【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于集成电路制造，更具体地，涉及一种用于铜表面化学机械平坦化后清洗的晶圆清洗液。
技术介绍
1、金属铜由于其低电阻率、高导热率、优异的机械加工性能和低成本，已广泛用作半导体制造中的金属互连材料。电化学沉积后，要利用cmp工艺在沉积后去除多余的铜以保证晶圆表面的平坦化。cmp工艺包括化学溶解和机械研磨作用的结合，可以实现高度平坦和非常光滑的表面，具有高的材料去除率和低的缺陷的优势。在过去的三十年里，化学机械平坦化(cmp)已成为集成电路制造业中充分实现晶圆表面平坦化的关键技术。然而，cmp工艺过程中，晶圆表面会留下大量污染物，因此它被认为是晶圆表面缺陷最脏的工艺之一。表面的清洁度对晶圆制造设备的质量和晶圆的良率至关重要。
2、在cmp工艺期间往往要在浆料中引入抑制剂，以通过在cu上形成薄钝化层来保护凹陷的cu表面免受化学溶解和腐蚀，或保护铜表面免受各种环境变化的影响，如ph，电解质等。抑制剂一般为含氮有机杂环化合物被用作抑制剂，如苯并三唑(bta)，化学式为c6h5n3，是一种芳香杂环化合物，其表面含有三个氮原子，被认为是在各种侵蚀性环境中对铜最有效的抑制剂。bta可以通过释放质子而成为弱酸，或者通过接受质子到氮上的孤对电子而成为弱碱。除此之外，bta可以利用存在于三个氮原子上的孤对电子与金属cu表面发生配位。将cu浸入bta溶液中会在其表面产生化学吸附生成不溶性的稳定络合物薄膜，从而防止cu在各种侵蚀性环境中腐蚀，达到有效的抑制作用。同时，cmp工艺浆料中的氧化剂会使表面的铜氧化，生成一层铜氧化物(cuo和
3、因此，cu-cmp工艺后往往在铜表面留下残余污染物，如有机残留物、研磨颗粒、铜氧化物、划痕和金属等。有机残留物主要含有bta，研磨颗粒通常为二氧化硅。bta使表面高度疏水，从而影响铜互连的可靠性，并导致堆叠层的附着力差等问题。为了解决cu-cmp工艺的上述缺点，需要使用不损坏铜表面的有效清洁液剂对晶片进行cmp后清洗。cmp后清洁液用于去除颗粒和有机残留物的作用包括以下方面：溶解有机残留物和金属污染物，蚀刻薄膜以削弱颗粒，在颗粒和薄膜之间产生静电排斥，形成表面钝化层，以及改善疏水性表面润湿。对cmp后清洁化学品的限制包括：无腐蚀，最大限度地减少表面粗糙度的增加，最小限度地减少低k介电常数的偏移，不去除表面钝化层，不存在额外的缺陷，如刷圆形划痕，以及清洁化学品与抛光浆或副产品之间没有相互作用。
4、科恩等人开发的rca标准清洁液(sc-1和sc-2)在过去的几十年中被广泛使用是目前大多数清洁液的基本解决方案。sc-1溶液是nh4oh(29wt％)、h2o2(30wt％)、di h2o的混合物，也称为过氧化氨混合物(apm)。它通过底切、颗粒剥离的方式有效地去除颗粒和有机残留物，并且通过静电排斥防止从晶片表面去除的颗粒和有机残余物的再沉积。由hcl(37wt％)、h2o2(30wt％)、di h2o组成的sc-2溶液可用于在酸性介质中形成可溶性金属络合物或与cl-离子形成络合物来去除金属污染物。由h2so4(96wt％)、h2o2(30wt％)组成的硫酸过氧化物混合物(spm)，也称为piranha溶液，可以去除光致抗蚀剂和其他有机残留物。在spm溶液中，h2so4被h2o2氧化成的卡罗酸h2so5是一种非常强的氧化剂，可以很容易地溶解有机残留物。然而，spm工艺不仅需要大量冲洗以消除晶圆表面的粘性液体和硫酸盐残留物，还需要高温(90-140℃)。基于晶圆厂的大批量生产清洁工艺的热spm工艺(原材料、废物处理、处理和设施)的使用成本非常高。稀的氢氟酸(hf)也可以用来去除氧化物层以及氧化物层中的颗粒、有机残留物和金属污染物。但是hf的腐蚀性太强，对sio2和si3n4也有腐蚀性，清洗对象的选择性较差。
5、近几年，发展了含有有机酸、有机盐或氢氧化季铵(r4n–oh，其中r＝有机部分)、螯合剂、表面活性剂和有机溶剂。由于铜cmp浆料和抛光副产品中存在各种有机添加剂，有机残留物沉积在晶片表面并将其去除是清洁的挑战。通常使用基于柠檬酸或草酸的酸性铜cmp后清洁溶液。在酸性溶液中加入各种添加剂可以提高颗粒的去除性能。但是酸性溶液会对设备造成腐蚀，也会溶解铜表面的钝化层，导致可靠性低。一些研究已经证明，碱性清洁溶液在去除有机残留物方面优于酸性溶液。由于高ph值的化学品只能溶解cuo，不能与cu2o反应，因此可以钝化表面。而ph值低的化学品会同时溶解cuo和cu2o，从而导致表面腐蚀。guang yang等人提出，使用乙二胺四乙酸(edta)、次氮基三乙酸(nta)和二亚乙基三胺五乙酸(dtpa)等可以去除bta，但edta在一般环境下极难溶于水，而nta和dtpa都是剧毒且不环保的试剂。venkatesh等人提出了基于四甲基氢氧化铵tmah的清洁溶液(tmah、精氨酸和尿酸)，从cu表面去除吸附的bta和二氧化硅颗粒。tmah溶液可以蚀刻部分cu层，并通过底切和剥离去除颗粒。通过与精氨酸形成金属络合物来防止cu离子的再次沉积，并且尿酸可以在清洗过程中抑制铜的腐蚀。然而，tmah也是对环境不友好的有毒试剂。唐等报道采用脂肪醇聚氧乙烯醚类的aeo-9表面活性剂和fa/oii螯合剂去除铜表面的bta残留物。王等人含有fa/oii、精氨酸和络合剂的清洗液(ph＝10.8)可以有效去除bta。然而使用无机碱作为ph调节剂，将会引入金属离子，引起对晶圆的二次污染。
技术实现思路
1、本专利技术解决了现有技术中铜表面化学机械平坦化后的晶圆清洗液存在的引入金属离子引起二次污染，以及有机残留和颗粒污染物清洗低效、清洗过程中造成铜腐蚀等技术问题。本专利技术提供了一种用于铜表面化学机械平坦化后的晶圆清洗液，包括有机胺螯合剂、糖类螯合剂和非离子型表面活性剂，该晶圆清洗液利用不含金属离子的碱调节ph至碱性。本专利技术利用不含金属离子的碱调节ph，不引入金属离子，且本专利技术可提高清洗后晶圆表面的亲水性，抑制铜的腐蚀，达到更有效清洁的目的。
2、根据本专利技术的目的，提供了一种用于铜表面化学机械平坦化后清洗的晶圆清洗液，所述晶圆清洗液为碱性水溶液，包括有机胺螯合剂、糖类螯合剂和非离子型表面活性剂；所述晶圆清洗液利用不含金属离子的碱调节ph至碱性。
3、优选地，所述糖类螯合剂的浓度为0.01～20mmol/l；所述糖类螯合剂为呋喃糖基螯合剂、吡喃糖基螯合剂、链状醛糖螯合剂、链状酮糖螯合剂、糖酸内酯螯合剂、糖醇螯合剂中的一种或多种。
4、优选地，所述呋喃糖基螯合剂的结构式如式(1)所示：
5、
6、其中：r1表示氢、羟基、氨基、酰胺基、氨甲基、磷酸酰基、磷酸根、由糖苷键或氨基连接的单糖残基或双糖残基；r2表示氢、羟基、羟甲基、氨基、氨甲基、酰胺基、羧基、磷酸酰基、磷酸根、碱基、由糖苷键或氨基连接的单糖残基或多糖残基；
7、优选地，所述呋喃糖基本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于铜表面化学机械平坦化后清洗的晶圆清洗液，其特征在于，所述晶圆清洗液为碱性水溶液，包括有机胺螯合剂、糖类螯合剂和非离子型表面活性剂；所述晶圆清洗液利用不含金属离子的碱调节pH至碱性。
2.如权利要求1所述的用于铜表面化学机械平坦化后清洗的晶圆清洗液，其特征在于，所述糖类螯合剂的浓度为0.01～20mmol/L；所述糖类螯合剂为呋喃糖基螯合剂、吡喃糖基螯合剂、链状醛糖螯合剂、链状酮糖螯合剂、糖酸内酯螯合剂、糖醇螯合剂中的一种或多种。
3.如权利要求2所述的用于铜表面化学机械平坦化后清洗的晶圆清洗液，其特征在于，所述呋喃糖基螯合剂的结构式如式(1)所示：
4.如权利要求2所述的用于铜表面化学机械平坦化后清洗的晶圆清洗液，其特征在于，所述吡喃糖基螯合剂的结构式如式(2)所示：
5.如权利要求2所述的用于铜表面化学机械平坦化后清洗的晶圆清洗液，其特征在于，所述链状醛糖螯合剂的结构式如式(3)所示：
6.如权利要求2所述的用于铜表面化学机械平坦化后清洗的晶圆清洗液，其特征在于，所述链状酮糖螯合剂的结构式如式(4)所示：<...
【技术特征摘要】
1.一种用于铜表面化学机械平坦化后清洗的晶圆清洗液，其特征在于，所述晶圆清洗液为碱性水溶液，包括有机胺螯合剂、糖类螯合剂和非离子型表面活性剂；所述晶圆清洗液利用不含金属离子的碱调节ph至碱性。
2.如权利要求1所述的用于铜表面化学机械平坦化后清洗的晶圆清洗液，其特征在于，所述糖类螯合剂的浓度为0.01～20mmol/l；所述糖类螯合剂为呋喃糖基螯合剂、吡喃糖基螯合剂、链状醛糖螯合剂、链状酮糖螯合剂、糖酸内酯螯合剂、糖醇螯合剂中的一种或多种。
3.如权利要求2所述的用于铜表面化学机械平坦化后清洗的晶圆清洗液，其特征在于，所述呋喃糖基螯合剂的结构式如式(1)所示：
4.如权利要求2所述的用于铜表面化学机械平坦化后清洗的晶圆清洗液，其特征在于，所述吡喃糖基螯合剂的结构式如式(2)所示：
5.如权利要求2所述的用于铜表面化学机械平坦化后清洗的晶圆清洗液，其特征在于，所述链状醛糖螯合剂的结构式如式(3...
【专利技术属性】
技术研发人员：方淳，昌淼，程方圆，张稳，秦道敏，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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