在CMP后使用的清洁组合物及其相关方法技术

技术编号:15287674 阅读:83 留言:0更新日期:2017-05-10 11:44
本发明专利技术提供一种组合物,其用于在化学机械抛光后自半导体晶片清洁污染物。该清洁组合物含有大体积保护配体、有机胺、有机抑制剂及水。本发明专利技术亦提供使用该清洁组合物的方法。

Cleaning compositions and methods of use after CMP

The present invention provides a composition for cleaning contaminants from a semiconductor wafer after chemical mechanical polishing. The cleaning composition comprises a large volume protective ligand, an organic amine, an organic inhibitor and water. The invention also provides a method for using the cleaning composition.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利技术背景】半导体晶片通常由其上形成多个晶体管的基板(例如硅晶片)构成。晶体管以化学及物理方式连接至基板中且经由使用熟知的多级共面互连件互连以形成功能电路。典型的多级互连件包括由(例如)以下中的一者或多者组成的堆迭薄膜:钛(Ti)、硝酸钛(TiN)、铜(Cu)、铝(Al)、钨(W)、钽(Ta)或其任意组合。用于形成功能多级共面互连件的传统技术涉及经由化学机械抛光(CMP)平坦化互连件的表面。CMP涉及同时化学及机械抛光上覆第一层以暴露非平面第二层的表面,其上形成有第一层(例如参见美国专利4,671,851;4,910,155;4,944,836;6,592,776;7,524,347;及8,518,135)。CMP制程通常涉及含有在酸性或碱性溶液中的磨料粒子(例如二氧化硅或氧化铝)的抛光组合物(亦称作抛光浆液)。在典型CMP制程中,将晶片正面朝下安装于CMP工具中的载体上。使用一定力推动载体及晶片向下移向抛光垫。载体及晶片在CMP工具的抛光台上的旋转抛光垫上方旋转。随后在抛光制程期间将抛光组合物引入旋转晶片与旋转抛光垫之间。尽管常规CMP制程适于抛光,但其往往在晶片表面上留下不期望的污染物。具体而言,经抛光晶片的非金属基板(例如,二氧化硅)通常经抛光组合物的残留部分(例如二氧化硅或氧化铝磨料粒子)以及经抛光组合物及所抛光材料的金属离子污染。所述污染物会对半导体晶片的性能具有不良效应。因此,在将抛光组合物施加至半导体表面后,通常在完成CMP后,自晶片表面利用清洁水溶液洗涤抛光组合物(例如,参见美国专利4,051,057;5,334,332;5,837,662;5,981,454;6,395,693;及6,541,434及美国专利公开2009/0130849)。典型的CMP后清洁组合物在清洁半导体晶片中尚无法完全令人满意。举例而言,获得实现所抛光材料的低腐蚀及良好清洁的清洁溶液已成为挑战。因此,业内仍需要有效地清洁源自抛光组合物、抛光垫及半导体表面的所抛光材料的污染物、同时亦最小化腐蚀的组合物和/或方法。本专利技术试图提供该半导体清洁组合物。自本文提供的本专利技术的说明将阐明本专利技术的这些及其他优点。
技术实现思路
在一个方面,本专利技术提供用于在化学机械抛光后自半导体晶片清洁污染物的组合物。所述组合物包含以下物质、由以下物质组成或基本上由以下物质组成:(a)一种或多种选自以下的大体积保护配体:马来酸、乙二胺四乙酸(EDTA)、次氨基乙酸(NTA)、羟基乙烷二磷酸(HEDA)、乙二胺四亚甲基磷酸、氨基三(亚甲基磷酸)(ATMP)、羟乙基亚氨基二乙酸(HIDA)、二亚乙基三胺五乙酸(DPTA)、半胱氨酸(Cys)、抗坏血酸(Asc)、氢氧化胆碱及氢氧化季铵,(b)一种或多种有机胺,(c)一种或多种有机抑制剂,及(d)水。有机胺以基于组合物的总重量约0.001wt.%至约5wt.%的量存在,大体积保护配体对有机胺的重量比为约1:1或更高,且组合物具有约9至约13的pH。在另一方面,本专利技术提供用于在化学机械抛光后自半导体晶片清洁污染物的组合物。组合物包含以下物质、由以下物质组成或基本上由以下物质组成:(a)一种或多种选自以下的大体积保护配体:马来酸、EDTA、NTA、HEDA、乙二胺四亚甲基磷酸、ATMP、HIDA、DPTA、Cys、Asc、氢氧化胆碱及氢氧化季铵,(b)一种或多种有机胺,(c)一种或多种包含螯合还原剂及氧清除剂的双重有机抑制剂,及(d)水。所述组合物具有约9至约13的pH。在另一方面,本专利技术提供清洁方法。该方法包含以下步骤、由以下步骤组成或基本上由以下步骤组成:(a)提供具有由半导体晶片的化学机械抛光产生的污染物的半导体晶片,及(b)使半导体晶片表面与如本文所述的组合物接触,用于在化学机械抛光后自半导体晶片清洁污染物以自半导体晶片表面移除至少一些污染物。在另一方面,本专利技术提供清洁方法。该方法包含以下步骤、由以下步骤组成或基本上由以下步骤组成:(a)提供具有由半导体晶片的化学机械抛光产生的污染物的半导体晶片,及(b)使半导体晶片表面与如本文所述的组合物接触,用于在化学机械抛光后自半导体晶片清洁污染物以自半导体晶片表面移除至少一些污染物。在另一方面,本专利技术提供抛光及清洁半导体晶片表面的方法。该方法包含(a)提供抛光垫、化学机械抛光组合物及半导体晶片;(b)使半导体晶片与抛光垫及抛光组合物接触;(c)使抛光垫相对于半导体晶片表面移动,其间具有抛光组合物,以研磨半导体晶片表面并藉此抛光晶片表面,使得晶片的抛光表面含有来自化学机械抛光组合物的污染物;及(d)使含有污染物的半导体晶片的抛光表面与如本文所述清洁组合物接触,以自半导体晶片的抛光表面移除至少一些污染物。【附图说明】图1为据信图解说明与常规清洁系统相比的根据本专利技术实施方式的机制的示意图,而不希望受限于任何特定理论。图2为绘制在如实施例1中所述的化学机械抛光后使用五种清洁组合物以清洁基板时清洁程度(y-轴)对腐蚀分级(x-轴)的图。【具体实施方式】本专利技术的实施方式提供用于在化学机械抛光后自基板(例如半导体晶片)清洁污染物的组合物。具体而言,本专利技术的清洁组合物可用于移除由现有技术中已知的化学机械抛光(CMP)系统产生的一些或全部污染物。举例而言,抛光组合物及制程的残留部分可产生碎片,其可呈有机化合物形式,例如苯并三唑(BTA)、二氧化硅或其他磨料粒子、表面活性剂、金属离子、抛光垫碎片、CMP副产物(例如,具有有机配体的金属加成物离子)或诸如此类。藉由使用本文公开的清洁组合物减少这些残留部分及其他污染物的量或将其移除。组合物包含以下物质、由以下物质组成或基本上由以下物质组成:(a)一种或多种大体积保护配体,(b)一种或多种有机胺,(c)一种或多种有机抑制剂,及(d)水。大体积保护配体选自马来酸、乙二胺四乙酸(EDTA)、次氨基乙酸(NTA)、羟基乙烷二磷酸(HEDA)、乙二胺四亚甲基磷酸、氨基三(亚甲基磷酸)(ATMP)、羟乙基亚氨基二乙酸(HIDA)、二亚乙基三胺五乙酸(DPTA)、半胱氨酸(Cys)、抗坏血酸(Asc)、氢氧化胆碱及氢氧化季铵。不希望受限于任何特定理论,保护配体由于其相对体积(通常特征在于由这些配体诱导的空间效应)而通常是巨大的,由于其可自发地解离出金属离子或被其他不稳定配体(例如水分子)置换而通常是不稳定的,且可通过与金属表面上的最具活性位点反应而加以保护。有机胺可用作蚀刻剂以剥离在CMP制程期间形成的CMP副产物及金属氧化物。有机抑制剂用于控制CMP后清洁制程期间的金属氧化。在优选实施方式中,大体积保护配体对有机胺的重量比为约1:1或更高。在一些实施方式中,有机胺的量为约0.01wt.%至约5wt.%。在一些实施方式中,组合物的pH通常为约9至约13。有利地,本专利技术的清洁组合物有效清洁基板(例如半导体晶片),同时亦避免、减轻或消除粗糙和/或腐蚀。关于腐蚀性,其可由较快氧化及随后蚀刻剂攻击最具反应性金属位点(例如晶粒边界)的趋势(此导致金属导体的表面上的高粗糙度)引起。适于清洁的基板本专利技术的清洁组合物对于用于制作集成电路及其他微器件的多种半导体晶片具有适用性。通常,半导体晶片包括绝缘体及导电剂。本专利技术的清洁组合物可用于清洁含有本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种组合物,其用于在化学机械抛光后自半导体晶片清洁污染物,该组合物包含:(a)选自以下的大体积保护配体:马来酸、乙二胺四乙酸(EDTA)、次氨基乙酸(NTA)、羟基乙烷二磷酸(HEDA)、乙二胺四亚甲基磷酸、氨基三(亚甲基磷酸)(ATMP)、羟乙基亚氨基二乙酸(HIDA)、二亚乙基三胺五乙酸(DPTA)、半胱氨酸(Cys)、抗坏血酸(Asc)、氢氧化胆碱、氢氧化季铵及其组合,(b)一种或多种有机胺,(c)一种或多种有机抑制剂,及(d)水,其中该一种或多种有机胺以基于该组合物的总重量约0.01wt.%至约5wt.%的量存在,该大体积保护配体对该有机胺的重量比为约1:1或更高,且该组合物具有约9至约13的pH。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.18 US 62/026,0691.一种组合物,其用于在化学机械抛光后自半导体晶片清洁污染物,该组合物包含:(a)选自以下的大体积保护配体:马来酸、乙二胺四乙酸(EDTA)、次氨基乙酸(NTA)、羟基乙烷二磷酸(HEDA)、乙二胺四亚甲基磷酸、氨基三(亚甲基磷酸)(ATMP)、羟乙基亚氨基二乙酸(HIDA)、二亚乙基三胺五乙酸(DPTA)、半胱氨酸(Cys)、抗坏血酸(Asc)、氢氧化胆碱、氢氧化季铵及其组合,(b)一种或多种有机胺,(c)一种或多种有机抑制剂,及(d)水,其中该一种或多种有机胺以基于该组合物的总重量约0.01wt.%至约5wt.%的量存在,该大体积保护配体对该有机胺的重量比为约1:1或更高,且该组合物具有约9至约13的pH。2.如权利要求1所述的组合物,其中所述污染物包括磨料粒子、有机残余物、金属离子、抛光垫碎片、CMP副产物或其任意组合。3.如权利要求1或2所述的组合物,其中该大体积保护配体对该有机胺的重量比为约1:1至约10:1。4.如权利要求3所述的组合物,其中该大体积保护配体对该有机胺的重量比为约1:1至约3:1。5.如权利要求3所述的组合物,其中该大体积保护配体对该有机胺的重量比为约2.5:1。6.如权利要求1-5任一项所述的组合物,其中该大体积保护配体为具有下式的氢氧化季铵:其中R1、R2、R3及R4各自独立地为未经取代或经取代的烷基。7.如权利要求5所述的组合物,其中该大体积保护配体为氢氧化季铵,其包含氢氧化铵、四烷基氢氧化铵、羟基烷基氢氧化铵、三羟基烷基氢氧化铵或其任意组合。8.如权利要求5所述的组合物,其中该大体积保护配体为四甲基氢氧化铵(TMAH)、四乙基氢氧化铵(TEAM)、四丁基氢氧化铵(TBAH)、鲸蜡基三甲基氢氧化铵、氢氧化胆碱、三羟乙基甲基氢氧化铵(THEMAH)或其任意组合。9.如权利要求5所述的组合物,其中该大体积保护配体为三羟乙基甲基氢氧化铵(THEMAH)。10.如权利要求1-9所述的组合物,其中该大体积保护配体以基于该组合物的总重量至少约3wt.%的量存在。11.如权利要求10所述的组合物,其中该大体积保护配体以基于该组合物的总重量至少约5wt.%的量存在。12.如权利要求1-11任一项所述的组合物,其中该有机胺具有下式:其中R1为未经取代或经取代的烷基,且R2及R3各自独立地为H或R-OH,其中R为未经取代或经取代的烷基。13.如权利要求1-12任一项所述的组合物,其中该有机胺为烷基胺、二烷基胺、三烷基胺、链烷醇胺或其组合。14.如权利要求13所述的组合物,其中该有机胺为甲胺、乙胺、丙胺、异丙胺、丁胺、二甲胺、二乙胺、二异丙胺、乙基甲胺、丁基甲胺、丙基乙胺三甲胺、三乙胺、乙基二甲胺、三丁胺、单乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、三乙醇胺(TEA)、3-氨基-1-丙醇、2-二甲基氨基乙醇、三(羟基甲基)氨基甲烷(Tris)或其组合。15.如权利要求1-14任一项所述的组合物,其中该有机抑制剂为抗坏血酸(Asc)、碳酰肼(CHZ)、儿茶酚、氢醌(HQn)、氢醌单甲醚(MEHQ)、二乙基羟胺(DEHA)、二甲基乙二肟(DMGO)、甲基乙基酮肟(MEKO)、亚硫酸铵或其组合。16.如权利要求15所述的组合物,其中该有机抑制剂为碳酰肼(CHZ)及二乙基羟胺(DEHA)。17.如权利要求1所述的组合物,其中:(a)该大体积保护配体为三羟乙基甲基氢氧化铵(THEMAH),其以基于该组合物的总重量约0.01重量%至0.2重量%的量存在,(b)该有机胺为单乙醇胺(MEA),其以基于该组合物的总重量约0.005重量%至0.12重量%的量存在,(c)该有机抑制剂为(i)碳酰肼(CHZ),其以基于该组合物的总重量约0.002重量%至0.12重量%的量存在,及(ii)二乙基羟胺(DEHA),其以基于该组合物的总重量约0.002重量%至0.06重量%的量存在,(d)水以约99.5wt.%至约99.98wt.%的量存在;且(e)该组...

【专利技术属性】
技术研发人员:R伊万诺夫柯政远F孙
申请(专利权)人:嘉柏微电子材料股份公司
类型:发明
国别省市:美国;US

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