[发明专利]用于在化学机械抛光之后清洁半导体器件基板的清洁组合物和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2012年9月17日提交的美国临时申请序列号61/702,056的权益，其全部内容据此明确地以引用方式并入本文。

技术领域

本发明整体涉及清洁包含铜互连器的半导体器件基板，并且更具体地，所描述并受权利要求书保护的一个或多个发明构思涉及在化学机械抛光之后除去残留在半导体器件基底和铜互连器上的残余物。所述一个或多个发明构思涉及清洁方法和组合物，所述组合物包含i)N,N,N'-三甲基-N'-(2-羟乙基)乙二胺和ii)动态抗蚀剂，所述动态抗蚀剂保护液相中的铜互连器表面并事实上在用去离子水冲洗之后不留下可检测的涂层。

背景技术

化学机械抛光或化学机械平面化(CMP)用于制造包含铜互连器的先进半导体器件。铜由于其低电阻和容易加工而成为先进半导体器件中的互连器首选材料。用铜的器件加工成形需要电化学沉积和CMP。因为在CMP期间产生的抛光的铜表面被认为是确定互连器性能的最重要因素之一，所以CMP后清洁剂必须有效除去可由抛光过程产生的任何残余物。因此，CMP浆液和CMP后清洁剂在很多情况下包括一种或多种抗蚀剂，选择所述抗蚀剂以在铜互连器表面上形成临时性保护层。然而，如果在清洁处理之后有机膜应保留在铜互连器表面上，则此类膜的存在可妨碍后续步骤，例如化学气相沉积(CVD)，并妨碍铜互连器的最终性能。因此，在CMP后清洁工艺中，重要的目标是具有残留在铜表面上的一种或多种低有机残余物和铜互连器的低腐蚀。常规的抗蚀剂，诸如例如苯并三唑(BTA)可抑制半导体器件中的铜腐蚀。然而，BTA和所述类型的抗蚀剂将通常在铜表面上留下疏水层，这继而导致不可取的高有机残余物的形成。此外，常规的胺，诸如例如2-氨基乙醇可从铜表面除去有机残余物，但是也已观察到常规的胺蚀刻铜互连器表面从而产生腐蚀缺陷。包含磨料溶液和活性化学品的浆液产生物理作用和化学作用的独特甚至协同组合，其可优先从晶圆表面除去金属和其它不可取物质的复合层，准备用于后续图案化、蚀刻和薄膜处理。

因此，仍然需要清洁组合物，所述清洁组合物能够提供包含铜互连器的半导体器件的CMP后清洁，并且不仅除去一种或多种有机残余物而且还使铜腐蚀最小化。

发明内容

根据本发明的实施例，提供用于包含一个或多个铜互连器的半导体器件的CMP后清洁的清洁组合物。所述组合物至少包含：

(A)约0.1重量％至约20重量％的N,N,N-三甲基-N'-(2-羟乙基)乙二胺；和

(B)约0.01重量％至约10重量％的至少一种抗蚀剂，所述抗蚀剂基本上选自尿酸、黄嘌呤、茶碱、副黄嘌呤、可可碱、咖啡因、鸟嘌呤、次黄嘌呤、腺嘌呤、以及它们的组合。

在一个优选的实施例中，基于一致性能和成本效率，抗蚀剂为黄嘌呤。

根据另一个实施例，所述组合物还包含约0.01重量％至最多20重量％的三(2-羟乙基)甲基氢氧化铵(THEMAH)。所描述且受权利要求书保护的一个或多个发明构思提供碱性CMPO后清洁组合物，所述组合物展示了对具有一个或多个铜互连器的微电子器件的增强的清洁效率，同时避免铜在清洁过程期间腐蚀。然后，清洁组合物可通过用去离子水冲洗来除去。

根据本发明的其它实施例，碱性清洁组合物可用于包含铜互连器的半导体器件的CMP后清洁，并且还可用于在半导体器件加工成形期间减少铜腐蚀的方法。当组合物的pH在约8.5至高达13的范围内时观察到良好的结果，但当组合物的pH介于约11和12.5之间时观察到最佳结果。

附图说明

图1是将具有抗蚀剂的各种碱性CMP后清洁溶液的铜蚀刻速率进行比较的图。

图2是描绘了水滴在已浸入清洁溶液中1至10分钟的铜表面上的接触角的图。

图3A是描绘了在包含不同抗蚀剂的溶液中获得的奈奎斯特图的图。

图3B是描绘了在具有用清洁溶液清洁并用去离子水冲洗的铜电极的惰性含水电解质溶液中获得的奈奎斯特图的图。

图4A是描绘了在具有或不具有外加电势的情况下，包含BTA的清洁溶液的奈奎斯特图的图。

图4B是描绘了在具有或不具有外加电势的情况下，包含抗蚀剂D的清洁溶液的奈奎斯特图的图。

图5是将已经用不同CMP后清洁制剂清洁的Cu/ULK图案化晶圆的缺陷进行比较的图。

具体实施方式

可包括含铜组分的半导体器件可在化学机械抛光(CMP)之后用碱性清洁组合物清洁，所述组合物至少包含：