CN101750913A

CN101750913A - 一种去除光阻层残留物的清洗液

Info

Publication number: CN101750913A
Application number: CN200810204102A
Authority: CN
Inventors: 刘兵; 彭洪修; 彭杏
Original assignee: Anji Microelectronics Shanghai Co Ltd
Current assignee: Anji Microelectronics Shanghai Co Ltd
Priority date: 2008-12-05
Filing date: 2008-12-05
Publication date: 2010-06-23

Abstract

本发明公开了一种去除光阻层残留物的清洗液，含有N-甲基乙醇胺、其他醇胺、水和螯合剂。该清洗液对非金属和金属的腐蚀速率较低，能够去除晶圆上的光阻残留物。因此该发明的清洗液在半导体晶片清洗等领域具有良好的应用前景。

Description

一种去除光阻层残留物的清洗液

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺中的一种清洗液，尤其涉及一种去除光阻层残留物的清洗液。

背景技术

在半导体元器件制造过程中，光阻层的涂敷、曝光和成像对元器件的图案制造来说是必要的工艺步骤。在图案化的最后(即在光阻层的涂敷、成像、离子植入和蚀刻之后)进行下一工艺步骤之前，光阻层材料的残留物需彻底除去。在掺杂步骤中离子轰击会硬化光阻层聚合物，因此使得光阻层变得不易溶解从而更难于除去。至今在半导体制造工业中一般使用两步法(干法灰化和湿蚀刻)除去这层光阻层膜。第一步利用干法灰化除去光阻层(PR)的大部分；第二步利用缓蚀剂组合物湿蚀刻/清洗工艺除去且清洗掉剩余的光阻层，其步骤一般为清洗液清洗/漂洗/去离子水漂洗。在这个过程中只能除去残留的聚合物光阻层和无机物，而不能攻击损害金属层如铝层。

在目前的湿法清洗工艺中，用得最多的清洗液是含有羟胺类和含氟类的清洗液，羟胺类清洗液的典型专利有US6319885、US5672577、US6030932、US6825156和US5419779等。经过不断改进，其溶液本身对金属铝的腐蚀速率已经大幅降低，但该类清洗液由于使用羟胺，而羟胺存在来源单一、易爆炸和价格昂贵的问题。而半导体的发展已经逐渐演变为成本竞争，因此拥有较低营运成本的公司将在未来的竞争中处于有利地位。而现存的氟化物类清洗液虽然有了较大的改进，如US 5,972,862、US 6,828,289等，但仍然存在不能很好地同时控制金属和非金属基材的腐蚀，清洗后容易造成通道特征尺寸的改变；另一方面由于一些主流的半导体企业中湿法清洗设备是由石英制成，而含氟的清洗液对石英有腐蚀并随温度的升高而腐蚀加剧，故存在与现有石英设备不兼容的问题而影响其广泛使用。

因此尽管已经揭示了一些清洗液组合物，但还是需要而且近来更加需要制备一类价格更为便宜，更合适的清洗组合物或体系，以适应新的清洗要求，并与石英设备兼容。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对传统含羟胺类清洗液中羟胺来源单一、易爆炸和价格昂贵以及传统含氟类清洗液在湿法清洗中与石英设备不兼容的问题，提供一种能够去除晶圆上的光阻残留物的半导体晶圆清洗液，其对金属和非金属的腐蚀速率较小，其成本较低；性能稳定，并与石英设备兼容。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种去除光阻层残留物的清洗液，其包含：N-甲基乙醇胺、其他醇胺、水和螯合剂。

本发明中，所述N-甲基乙醇胺的含量为5-65wt％。

本发明中，所述其他醇胺选自单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、异丙醇胺、乙基二乙醇胺、N-(2-氨基乙基)乙醇胺和二甘醇胺的一种或多种，所述其他醇胺的含量为10～70wt％。

本发明中，所述水的含量为1～30wt％。

本发明中，所述的螯合剂是指本领域常用的含有多个官能团的有机化合物。如柠檬酸、亚氨基二乙酸、氨三乙酸、乙二胺四乙酸、邻苯二酚、邻苯三酚、3，4-二羟基苯甲酸、没食子酸、水杨酸和磺基水杨酸等。优选邻苯二酚、邻苯三酚、3，4-二羟基苯甲酸、没食子酸，所述螯合剂的含量为0.1～15wt％。

本发明中，所述清洗液还进一步包含溶剂，其含量为≤50wt％。

本发明中，所述的溶剂为本领域等离子刻蚀残留物清洗液中常规的溶剂，较佳的选自亚砜、砜、咪唑烷酮、吡咯烷酮、咪唑啉酮、醇、醚和酰胺中的一种或多种。其中，所述的亚砜较佳的为C₁-C₄亚砜和/或C₇-C₁₀的芳基亚砜，更佳的为二甲基亚砜；所述的砜较佳的为C₁-C₄砜和/或C₇-C₁₀的芳基砜，更佳的为环丁砜；所述的咪唑烷酮较佳的为1，3-二甲基-2-咪唑烷酮；所述的吡咯烷酮较佳的为N-甲基吡咯烷酮和/或羟乙基吡咯烷酮；所述的咪唑啉酮较佳的为1，3-二甲基-2-咪唑啉酮(DMI)；所述的醇较佳的为C₁-C₄烷基醇和/或C₇-C₁₀的芳基醇，更佳的为丙二醇和/或二乙二醇；所述的醚较佳的为C₃-C₂₀的醚，更佳的为丙二醇单甲醚和/或二丙二醇单甲醚；所述的酰胺较佳的为C₁-C₆烷基酰胺，更佳的为二甲基甲酰胺和/或二甲基乙酰胺。

本发明所用试剂及原料均市售可得。本发明的清洗液由上述成分简单均匀混合即可制得。在用光阻清洗液去除晶圆上刻蚀残余物以后，直接漂洗之后干燥即可。

本发明的积极进步效果在于：

1)本发明的清洗液可有效地去除光阻残留物，其金属铝的腐蚀速率可以比传统羟胺类溶液的腐蚀速率低，甚至可以达到与氟类清洗液相当的水准，而且保留了其非金属腐蚀速率较低(＜0.2)，随温度基本无显著变化的特点；但不含有羟胺和氟化物。

2)本发明的清洗液解决了传统羟胺类清洗羟胺成本高来源单一的问题，有利于降低成本；

3)本发明的清洗液由于其非金属腐蚀速率较低(＜0.2)，随温度基本无明显变化的特点；与石英设备兼容。

具体实施方式

下面通过各实施例进一步说明本发明。

实施例1～19

表1示出本发明实施例1～19的配方，将每一实施例中的组分简单混匀即可得到本发明的清洗液，含量均为质量百分比含量。

表1 本发明的实施例1～19配方

NA：表示未加入该类试剂。

效果实施例

为了进一步体现本发明的效果，本发明选择了实施例13～19来阐明本方案的效果，对这些实施例进行腐蚀速率测试和清洗能力测试。测试内容如下：

1、本发明的部分清洗液在不同温度下的金属铝及非金属SiO₂(石英)腐蚀速率测试

将传统的含有羟胺类和含氟类清洗液与本发明的效果实施例进行对比。其中传统羟胺类清洗液配方：55％的乙醇胺；30％的羟胺水溶液(此溶液中羟胺与水的质量比为1∶1)；7％的水；8％的邻苯二酚。某含氟清洗液：60.4％二甲基乙酰胺、25％水、7.6％醋酸铵、6％醋酸、1％氟化铵。测试结果见表2。

(1)溶液的金属腐蚀速率测试方法：

a)利用Napson四点探针仪测试4×4cm铝空白硅片的电阻初值(Rs₁)；

b)将该4×4cm铝空白硅片浸泡在预先已经恒温到指定温度的溶液中30分钟；

c)取出该4×4cm铝空白硅片，用去离子水清洗，高纯氮气吹干，再利用Napson四点探针仪测试4×4cm铝空白硅片的电阻值(Rs₂)；

d)把上述电阻值和浸泡时间输入到合适的程序可计算出其腐蚀速率。

(2)溶液的非金属腐蚀速率测试方法：

a)利用Nanospec6100测厚仪测试4×4cm SiO₂硅片的厚度(T₁)；

b)将该4×4cm SiO₂硅片浸泡在预先已经恒温到指定温度的溶液中30分钟；

c)取出该4×4cmSiO₂硅片，用去离子水清洗，高纯氮气吹干，再利用Nanospec6100测厚仪测试4×4cm SiO₂硅片的厚度(T₂)；

d)把上述厚度值和浸泡时间输入到合适的程序可计算出其腐蚀速率。

表2 对比例及部分实施例在不同温度下的金属铝及非金属SiO2腐蚀速率

在半导体清洗业界，一般要求清洗液能有效去除光阻残留物，而对接触到的金属和非金属的腐蚀速率要求小于2A/min。而传统羟胺类的溶液，一般金属铝的腐蚀速率会稍微比标准要求的要大一点，但其非金属腐蚀速率一般都较低(＜0.2)，而且随温度基本无明显变化。表2中对比例1的测试结果也表明了这一点。而含氟清洗液一般金属铝和非金属的腐蚀速率在操作温度下一般会小于2A/min，但其最大的缺点是其非金属的腐蚀速率会随温度的升高而升高。从表2中可以看出，对比例2的二氧化硅腐蚀速率确实随温度的升高而升高，所以该类清洗液不能使用传统的石英槽设备。表2表明本发明的清洗液其金属铝的腐蚀速率是可控制的，有些配方的金属铝的腐蚀速率比传统羟胺类溶液的腐蚀速率低，甚至可以达到与氟类清洗液相当的水准，而且保留了其非金属腐蚀速率较低(＜0.2)，随温度基本无显著变化的特点，与石英设备兼容。

2、效果实施例对不同晶圆清洗的结果

将效果实施例对不同的晶圆进行清洗测试，测试结果见表3。

表3 部分实施例对不同晶圆清洗的结果

表3表明：实施例13到19能有效地去除三种晶圆(金属线，Metal；通道，Via；金属垫，Pad)的光阻残留物，而未对金属和非金属产生明显的腐蚀。

综上，本发明提供一种去除光阻层残留物的清洗液，该清洗液不含羟胺和氟，不会对石英产生腐蚀作用，可与石英设备相兼容。并且解决了传统含羟胺类清洗液中羟胺来源单一、易爆炸和价格昂贵的问题，从而节省成本。且该清洗液能够很好的去除晶圆上的光阻残留物，同时对金属和非金属的腐蚀速率较小。

Claims

1.一种去除光阻层残留物的清洗液，其包含：N-甲基乙醇胺、其他醇胺、水和螯合剂。

2.如权利要求1所述清洗液，其特征在于，所述N-甲基乙醇胺的含量为5-65wt％。

3.如权利要求1所述清洗液，其特征在于，所述其他醇胺选自单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、异丙醇胺、乙基二乙醇胺、N-(2-氨基乙基)乙醇胺和二甘醇胺的一种或多种。

4.如权利要求1所述清洗液，其特征在于，所述其他醇胺的含量为10～70wt％。

5.如权利要求1所述清洗液，其特征在于，所述水的含量为1～30wt％。

6.如权利要求1所述清洗液，其特征在于，所述螯合剂选自柠檬酸、亚氨基二乙酸、氨三乙酸、乙二胺四乙酸、邻苯二酚、邻苯三酚、3，4-二羟基苯甲酸、没食子酸、水杨酸和磺基水杨酸的一种或多种。

7.如权利要求1所述清洗液，其特征在于，所述螯合剂的含量为0.1～15wt％。

8.如权利要求1所述清洗液，其特征在于，所述清洗液还进一步包含溶剂。

9.如权利要求8所述清洗液，其特征在于，所述溶剂选自亚砜、砜、咪唑烷酮、吡咯烷酮、咪唑啉酮、醇、醚和酰胺中的一种或多种。

10.如权利要求9所述清洗液，其特征在于，所述亚砜为C₁-C₄亚砜和/或C₇-C₁₀的芳基亚砜；所述砜为C₁-C₄砜和/或C₇-C₁₀的芳基砜；所述的咪唑烷酮为1，3-二甲基-2-咪唑烷酮；所述吡咯烷酮为N-甲基吡咯烷酮和/或羟乙基吡咯烷酮；所述咪唑啉酮为1，3-二甲基-2-咪唑啉酮；所述醇为C₁-C₄烷基醇和/或C₇-C₁₀的芳基醇；所述醚为C₃-C₂₀的醚；所述酰胺为C₁-C₆烷基酰胺。

11.如权利要求10所述清洗液，其特征在于，所述亚砜为二甲基亚砜；所述砜为环丁砜；所述的咪唑烷酮为1，3-二甲基-2-咪唑烷酮；所述吡咯烷酮为N-甲基吡咯烷酮和/或羟乙基吡咯烷酮；所述咪唑啉酮为1，3-二甲基-2-咪唑啉酮；所述醇为丙二醇和/或二乙二醇；所述醚为丙二醇单甲醚和/或二丙二醇单甲醚；所述酰胺为二甲基甲酰胺和/或二甲基乙酰胺。

12.如权利要求8所述清洗液，其特征在于，所述溶剂的含量为≤50wt％但不包括0wt％。