[发明专利]用于铜后化学机械平坦化的含水清洗组合物

说明书

提供用于铜后化学机械平坦化的含水清洗组合物。所述组合物包含有机碱、铜蚀刻剂、有机配体、腐蚀抑制剂、及水，其中该有机碱的浓度为至少200ppm，该铜蚀刻剂的浓度为至少200ppm，该有机配体的浓度为至少50ppm，且该腐蚀抑制剂的浓度为至少10ppm。当用于铜后化学机械平坦化清洗程序时，所述含水清洗组合物可有效地从晶片表面去除残余污染物和降低晶片表面上的缺陷数，同时赋予晶片以更好的表面粗糙度。

技术领域

本发明涉及含水清洗组合物，特别是用于集成电路工艺中的铜后化学机械平坦化(CMP)(post copper chemical mechanical planarization)的含水清洗组合物。

背景技术

较新的半导体器件具有较小的线宽和较高的集成密度。然而，当最小线宽窄于0.25μm或更小时，金属线的电阻以及电介质寄生电容的RC延迟已使器件的运行(运算)速度减慢。为了改善器件的运行速度，铜线已使用低于0.13μm的高阶工艺代替常规的铝-铜合金线；该工艺由此称为“铜工艺”。

化学机械平坦化(CMP)将研磨剂颗粒例如二氧化硅、氧化铝、二氧化铈、或二氧化锆与化学助剂例如pH缓冲剂或氧化剂在研磨溶液中组合，以抛光表面材料。不平坦的表面的较高区域将处于较高的压力下且因此将以较高的移除速率抛光。同时，不均匀的表面的较低区域将处于较低的压力下且因此将以较低的移除速率抛光。实现全域性平坦化。将CMP技术应用于铜线工艺可解决由于蚀刻铜的困难所致的在晶片上限定图案的问题，而且可在研磨后形成具有全域性平坦性的平面，这有助于多层线结构化工艺。

在CMP工艺期间，研磨溶液内的细的研磨剂颗粒和化学助剂以及由研磨晶片所产生的切屑可附着到晶片表面上。在晶片的研磨之后产生的通常的污染物为金属离子、有机化合物、或研磨剂颗粒。如果没有有效的清洗程序来去除所述污染物，则后续工艺被妨碍并且器件的产率和可靠度将降低。因此，在CMP工艺之后的清洗程序已成为可否将CMP工艺成功地应用于半导体工艺领域的关键。

用于铜工艺的研磨溶液经常使用苯并三唑(简称BTA)或其衍生物作为腐蚀抑制剂。在铜工艺的研磨之后所产生的污染物之中，最难去除BTA有机残留物。主要原因是BTA有机残留物通过化学吸附键合至铜线。常规地，仅利用物理方式例如静电斥力、超声处理、和PVA刷洗去除BTA，不过不是成功地去除BTA。

此外，在CMP工艺之后，经常使用氨的水溶液、柠檬酸的水溶液和/或含氟化合物清洗金属间介电层(inter-metal dielectric layer)和W塞。然而，氨的水溶液不均匀地侵蚀铜表面，因此导致粗糙化。另外，柠檬酸的水溶液对铜具有差的溶解力且因此具有较低的污染物去除率。含氟化合物例如氢氟酸不仅使铜表面粗糙化，而且由于有害的化学品，处置起来是昂贵的。因此，以上清洗溶液不适合用于清洗具有铜线的晶片。

已提出用含N化合物的溶液来代替清洗组合物中的氨。Naghshineh等人的US 6,492,308公开了用于含铜的集成电路的清洗溶液，其包括C₁-C₁₀氢氧化季铵、极性有机胺和腐蚀抑制剂，其中该极性有机胺可选自单乙醇胺。Kolic等人的US2009/0162537 A1公开了用于清洗具有铜和介电镶嵌金属化层的基材的方法，其包括使用具有一种或多种胺例如醇胺的清洗溶液，其中至少一种胺可向该清洗溶液提供7至13的pH。Chen等人的US8,063,006公开了用于清洗集成电路工艺中的后CMP铜晶片的含水清洗组合物，其包含含N杂环有机碱、醇胺、和水。然而，现有技术中的由清洗组合物导致的在晶片表面上的粗糙度需要改善。尤其是对于具有铜线的晶片，难以控制胺对金属的蚀刻、减少在研磨晶片之后产生的污染物、以及降低晶片表面上具有不同组分的区域上的总缺陷数。