[发明专利]水性清洗组合物

说明书

技术领域

本发明涉及一种水性清洗组合物，特别是涉及一种用于集成电路制程中化学机械平坦化(CMP)处理的水性清洗组合物。

背景技术

关于半导体元件，现今正朝向更小线宽、更高集成密度的方向发展。当集成电路最小线宽降低至0.25微米以下时，由金属导线本身的电阻及介电层寄生电容所引起的时间延迟(RCdelay)，已成为影响元件运算速度的主要关键。因此，为了提高元件的运算速度，目前业者于0.13微米以下的高阶制程已逐渐改采铜金属导线来取代传统的铝铜合金导线，且此制程被简称为“铜制程”。

将化学机械平坦化(Chemical Mechanical Planarization)的技术应用于铜金属导线制程中，不但可克服因铜金属蚀刻不易而难以定义图案的问题，且研磨后形成一全域性平坦化(globalplanarity)的平面，有助于多层导线化制程的进行。化学机械平坦化的原理是借研磨液中的研磨颗粒与化学助剂相配合，使对晶圆表面材质产生磨耗，借此使得表面不平坦的较高处因受压大而产生高移除速率，表面不平坦的较低处，则因受压小而有较慢移除速率，而达成全域性平坦化的目的。

在化学机械平坦化的研磨过程中，研磨液内的大量细微研磨颗粒和化学助剂，以及晶圆磨耗所剥离的碎屑可能会附着于晶圆表面。一般晶圆在研磨后常见的污染物为金属离子、有机化合物或研磨颗粒等。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及可靠度。因此，CMP制程中或其后续的清洗程序，已成为能否成功应用CMP于半导体制程的关键技术。

铜制程用研磨液中多会使用苯并三唑(benzotriazole，简称BTA)或其衍生物作为腐蚀抑制剂。在铜制程晶圆研磨后所产生的污染物中，以B TA有机残留物最难以去除，主要原因为BTA是以化学吸附方式键结于铜导线上。传统仅利用静电斥力、超声波震荡及聚乙烯醇(PVA)刷子刷洗等物理去除的方式，并不易有良好的清洗效果。

传统金属层间介电层(inter-metal dielectric layer)及钨栓塞(W plug)于化学机械平坦化后，经常使用氨水溶液、柠檬酸水溶液和/或含氟化合物进行清洗，但上述溶液并不适用于铜金属导线的晶圆。氨水溶液会不均匀地侵蚀铜金属表面，而造成粗糙化的现象。柠檬酸水溶液对铜溶解力太差且对污染物的去除率仍有改善空间。氢氟酸等含氟化合物则不仅会使铜表面粗糙化，且为避免其危害人体与环境，需付出更多成本于人员安全防护及废液处理。

Small等人的美国专利第6,498,131号揭示一种用于移除CMP残余物的组合物，其包含一pH值介于10至12.5的水溶液，该水溶液包括至少一非离子型界面活性剂、至少一胺、至少一季铵化合物，以及至少一选自由乙二醇、丙二醇、聚氧化乙烯、聚氧化丙烯及其混合物构成的群组的表面停留剂，该胺可为譬如单乙醇胺(monoethanolamine，简称MEA)等。

Naghshineh等人的美国专利第6,492,308号揭示一种用于清洗含铜集成电路的清洗液，其是由一C₁-C₁₀的氢氧化四烷基铵(quaternary ammonium hydroxide)、一极性有机胺及一腐蚀抑制剂组成，该极性有机胺可选自单乙醇胺等。

Ward等人的美国专利第5,988,186号揭示一种用以移除有机或无机物质的水性清洗组合物，其包含一混合物，该混合物是由水、一水溶性极性溶剂、一有机胺及一具苯环架构的醇酯系腐蚀抑制剂组成，说明书中揭示的该有机胺包含氢氧化四烷基铵、二胺基或单胺基羟基化合物等。

Chen等人的美国公开专利第2007/0066508号(中国台湾公开专利第200641121号)揭示一种用于清洗集成电路制程中化学机械平坦化后的含铜导线晶圆的水性清洗组合物，其由一含氮杂环有机碱、一醇胺及水组成。

Walker等人的美国公开专利第2006/0229221号(中国台湾公开专利第200706647号)揭示一种用于清洁微电子基板的清洗组合物，其是由一氢氧化四级铵、一烷醇胺(alkanolamine)及水组成，该氢氧化四级铵较佳是选自于氢氧化四甲基铵(tetramethylammonium hydroxide，简称为TMAH)、氢氧化四丁基铵或此等的混合物，而该烷醇胺较佳地是选自于单乙醇胺、1-胺基-2-丙醇、2-(甲胺基)乙醇、三乙醇胺或此等的混合物。