[发明专利]一种用于清洗经化学机械抛光的晶片的清洗组合物

说明书

本发明提供了一种用于清洗经化学机械抛光的晶片的清洗组合物，其包含聚乙烯亚胺、链烷醇胺、金属腐蚀抑制剂和任选的非离子表面活性剂。本发明清洗组合物可用于对化学机械抛光后的含金属晶片进行表面清洗。本发明清洗组合物可将抛光后残留在晶片表面的研磨颗粒、各种有机残留物和金属离子去除，降低表面缺陷，并且可以防止金属表面的腐蚀。

技术领域

本发明涉及一种用于清洗经化学机械抛光的晶片的清洗组合物。此外，本发明涉及所述清洗组合物在清洗经化学机械抛光的晶片中的用途，以及使用所述清洗组合物清洗经化学机械抛光的晶片的方法。

背景技术

金属材料铜是先进半导体集成电路中常用的导线材料。在制造电子器件时，化学机械抛光(CMP)是半导体晶片平坦化的主要技术。金属化学机械抛光液通常包含研磨颗粒、络合剂、金属腐蚀抑制剂和氧化剂等。其中研磨颗粒根据用途主要为二氧化硅、三氧化二铝、掺杂铝或覆盖铝的二氧化硅、二氧化铈、二氧化钛或高分子研磨颗粒等。在化学机械抛光的研磨过程中，研磨液内的大量细微研磨颗粒和化学助剂以及晶片磨耗所剥离的碎屑可能会附着在晶片表面。晶片在研磨后常见的污染物通常为金属离子、有机化合物和研磨颗粒等。若无有效的清洗程序去除上述污染物，则将影响后续制程的进行并降低元件的良率和可靠性。CMP制程之中或之后的清洗程序已成为能否将CMP成功应用于半导体制程的关键技术。因此，在金属CMP工艺后，去除残留在晶片表面的金属离子、金属腐蚀抑制剂和研磨颗粒，改善清洗后的晶片表面的亲水性，降低表面缺陷是非常有必要的。

美国专利US6,498,131B1公开了一种用于清除化学机械研磨后表面残余物的组合物，其中包含pH值为10-12.5的水溶液，所述水溶液包含至少一种非离子表面活性剂、至少一种简单胺、至少一种粘合剂和至少一种季铵化合物，所述至少一种粘合剂选自乙二醇、丙二醇、聚乙二醇、聚丙二醇及其混合物，所述胺可例如为单乙醇胺(简称MEA)等。

美国专利US6,492,308B1公开了一种用于清洗微电子基板的清洗组合物，其包含氢氧化季铵、极性有机胺、腐蚀抑制剂和水。所述极性有机胺可选自单乙醇胺、氨基乙基乙醇胺、N-甲基氨基乙醇、氨基乙氧基乙醇、二乙醇胺、三乙醇胺、C₂-C₅链烷醇胺及其混合物。所述腐蚀抑制剂选自抗坏血酸、L(+)-抗坏血酸、异抗坏血酸、抗坏血酸衍生物、苯并三唑、柠檬酸、乙二胺四乙酸及其混合物。

美国公开专利申请US2005/0199264A1公开了一种含有羟基羧酸或其盐和杀菌剂的清洗组合物，其用于去除晶片表面残留的研磨颗粒和抑制晶片表面的细菌生长。该专利的问题在于只解决了去除研磨颗粒和杀菌的问题。

美国公开专利申请US2007/0066508A1公开了一种用于清洗集成电路制程中化学机械抛光后的含铜导线晶片的水性清洗组合物，其包含含氮杂环有机碱、醇胺和水。

现有技术的清洗组合物通常包含季铵碱，其中季铵碱主要为四甲基氢氧化铵(TMAH)。TMAH是一种剧毒的化学物质，现在逐渐被禁用或强制使用低浓度以降低毒性。然而，即使使用过低浓度的四甲基氢氧化铵也会使得产品的使用成本上升。

此外，现有技术的清洗组合物，例如美国专利US6,492,308B1所述的清洗组合物中由于空气中的氧气溶解在所述组合物中而包含氧气，其与待清洗的金属表面如铜反应消耗，从而使得溶液对金属的腐蚀伤害变大，其解决方案之一是添加抗氧化剂。但是由于在使用和储存中氧气在组合物中不断溶解而导致抗氧化剂不断消耗，因此为了保证清洗组合物对金属的不明显腐蚀，必须在溶液中维持一定浓度的抗氧化剂。因此，现有清洗组合物的抗氧化剂浓度比较高，一般大于1％，甚至在3％以上。即使如此，铜的腐蚀速率也比较高，不能满足先进节点(例如20纳米以下)对清洗组合物的要求。另一方面，抗氧化剂的氧化过程往往伴随着颜色的变化，这使得现有技术的清洗组合物的使用不可避免地变得复杂。