CN115895800A - 半水基晶圆基底清洗液组合物及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种半水基晶圆基底清洗液组合物包含：有机醇胺、极性有机溶剂、γ‑丁内酯、缓蚀剂以及水，其中有机醇胺、γ‑丁内酯及水的重量比为1‑80：30‑2：40‑1。本发明另提供半水基晶圆基底清洗液组合物的使用方法，包含：提供蚀刻去光阻后的图案化晶圆，其具有聚合物杂质。以本发明的半水基晶圆基底清洗液组合物浸泡或喷淋图案化晶圆，去除聚合物杂质；以去离子水清洗去除聚合物杂质后的图案化晶圆。
Description
技术领域
本发明涉及半导体晶圆制程湿电子化学品的技术领域，具体是一种适用于剥离和去除晶圆上光阻、光阻残余物以及蚀刻残余物的半水基晶圆基底清洗液组合物及其使用方法。
背景技术
在铝(Al)或铝/铜(Cu)金属化基底的微电子元器件后段(back-end of line)制备过程中，一个必不可少的步骤就是在芯片基底上沉积光阻薄膜，然后以光阻作为屏蔽(Mask)形成电路图案，经过烘烤、显影之后，然后经由反应性等离子体蚀刻气体将所得到的图案转移至底层基底材料(电解质或金属层)。在等离子体蚀刻过程中，由于等离子体气体，蚀刻基底材料和光阻的相互作用，会在蚀刻基底的侧壁或周围形成蚀刻残余物，同时也会造成光阻屏蔽材料的交联，进而更加难以去除。
在蚀刻完成之后，光阻屏蔽以及蚀刻残余物必须从图案化晶圆(pattern wafer)上除去，以便进行下一步的操作。当前，主流的Al或Al(Cu)金属化基底在蚀刻及去除光阻屏蔽(灰化)后的清洗步骤是使用羟胺类清洗液，羟胺类清洗液的优点在于能够非常有效的去除各种难溶的无机残渣以及有机残余物。但是羟胺类清洗剂的操作温度通常要在65oC以上，而羟胺非常不稳定，在较高的操作温度下有爆炸的危险。同时较高的操作温度会造成体系组成的快速分解以及水分的挥发，使得羟胺类清洗液的槽液寿命(life time)通常只有1000分钟左右，需要不断的补液来维持槽液寿命。
另外，蚀刻灰化后的图案化晶圆经羟胺清洗液处理之后，需要使用异丙醇(Isopropanol,IPA)或N-甲基吡咯烷酮(N-Methyl pyrrolidone,NMP)等有机溶剂润洗后，才能以去离子水冲洗，以避免对图案化晶圆表面的金属基底造成腐蚀，从而也增加了晶圆制造成本。另外，由于羟胺的制造与纯化制程具有高危险性，导致了羟胺来源单一，当前电子级的羟胺是由巴斯夫公司(BASF)独家供应，价格极其昂贵。
基于当前羟胺类清洗液产品存在的种种问题，亟需开发出一款清洗性能优异，稳定，以及操作窗口较大的非羟胺类清洗液。
发明内容
为解决上述现有技术的种种问题，经详尽的研究，本发明提供适用半导体制程领域的半水基晶圆基底清洗液组合物，其具有良好的稳定性、对蚀刻灰化后图案化晶圆上的侧壁聚合物杂质和残留光阻的去除性能优越，同时不会对制程的铝、铝/铜、铝/硅/铜、钛、氮化钛、钛/钨、钨、氧化硅、多晶硅等基底材质产生腐蚀。
本发明的半水基晶圆基底清洗液组合物包含：有机醇胺、极性有机溶剂、γ-丁内酯、缓蚀剂以及水，其中有机醇胺、γ-丁内酯及水的重量比为1-80：30-2：40-1。
本发明的半水基晶圆基底清洗液组合物的使用方法包含：提供蚀刻去光阻后的图案化晶圆，其具有聚合物杂质；以本发明的半水基晶圆基底清洗液组合物浸泡或喷淋图案化晶圆，去除聚合物杂质；以去离子水清洗去除聚合物杂质后的图案化晶圆。
由于本发明的半水基晶圆基底清洗液组合物不含有羟胺，稳定性好，对去除蚀刻灰化后图案化晶圆上残留的侧壁聚合物杂质的性能优越，同时不会腐蚀基底材料，且具有实施范围大、操作窗口大等实质特点。
为使熟悉该项技艺人士了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施例，对本发明详加说明如下。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式做更详细的说明，俾使熟习该项技艺者在研读本说明书后能了解本发明的技术特征及技术功效。
本文用语仅用于阐述特定实施例，而并非旨在限制本发明。除非上下文中清楚地另外指明，否则本文所用的单数形式的用语“一”及“所述”旨在亦包括复数形式。本文所用的用语“和/或”包括相关所列项其中一或多者的任意及所有组合。本文所用的“灰化”指半导体的微影制程中去除光阻屏蔽的步骤。
本发明的半水基晶圆基底清洗液组合物包含有机醇胺、极性有机溶剂、γ-丁内酯、缓蚀剂以及水，其中有机醇胺、γ-丁内酯及水的重量比为1-80：30-2：40-1。以半水基晶圆基底清洗液组合物的整体重量百分比计算，有机醇胺的重量比可介于1-80％，例如2-50％；极性有机溶剂的重量比可介于10-75％，例如30-50％；γ-丁内的重量比介于2-30％，例如5-20％；缓蚀剂的重量比介于1-20％，例如2-10％；水的重量比介于1-40％，例如10-30％。
具体地，有机醇胺可选自单乙醇胺、N，N-二甲基乙醇胺、N，N-二乙基乙醇胺、异丙醇胺、二异丙醇胺、三异丙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、3-丙醇胺、2-氨基乙醇胺、乙基二乙醇胺、N-(2-氨基乙基)乙醇胺及二甘醇胺的至少一者。优选的有机醇胺例如：单乙醇胺、二甘醇胺、N-甲基乙醇胺、及N’N-二甲基乙醇胺。
具体地，极性有机溶剂选自甲酰胺、N-甲基甲酰胺、N-甲基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、四氢噻吩砜(环丁砜)、乙腈、苄腈、N-甲基-吡咯烷酮、N-乙基-吡咯烷酮、1-环已基-2-吡咯烷酮、二乙二醇单甲醚、二乙二醇单乙醚、二乙二醇单丁醚、二丙二醇单甲醚、二丙二醇单乙醚、二丙二醇单丁醚、二乙二醇二甲醚、二甘醇二甲醚、三甘醇二甲醚、四甘醇二甲醚、六亚甲基四胺、及碳酸丙烯酯的至少一者。
本发明的半水基晶圆基底清洗液组合物中的γ-丁内酯在强碱性条件下会缓慢水解，γ-丁内酯的水解是可逆的，在中性条件下，又生成内酯，有一定的弱酸性，具有缓蚀剂的作用。另外在溶解性能方面，对各种油脂有良好的溶解性，也是一种优异的溶剂。
具体地，缓蚀剂可选自苯酚及其衍生物类化合物的至少一者。优选的苯酚及其衍生物类化合物例如苯酚、4-甲基苯酚、3,4-二甲酸苯酚、邻苯二酚、间苯二酚、对苯二酚、3-甲基邻苯二酚、4-甲基邻苯二酚、3-羧基邻苯二酚、4-羧基邻苯二酚、二甲基邻苯二酚、3-叔丁基邻苯二酚、4-叔丁基邻苯二酚、乙酸邻苯二酚酯、三羟基苯、没食子酸、没食子酸甲酯、没食子酸乙酯、没食子酸正丙脂、没食子酸异丙脂、及没食子酸正丁酯。
制备本发明的半水基晶圆基底清洗液组合物只需将上述组成依次加入纯水搅拌溶解即可，在溶解过程中要控制有机碱放热的现象，整个溶解过程温度控制在50度以下，溶解完全后用0.1μm以下的滤芯过滤即可。
具体地，图案化晶圆形成有金属垫、金属线及通孔的至少一者。
具体地，以半水基晶圆基底清洗液组合物去除聚合物杂质的温度介于40-75℃。
具体地，以半水基晶圆基底清洗液组合物去除聚合物杂质的时间介于10-120分钟。
本发明的半水基晶圆基底清洗液组合物在使用过程中没有特殊限制，可以采用浸泡式或喷淋式。
为使熟悉本发明本领域技术人员能进一步了解本发明并据以实现，通过下述具体实施例详加说明本发明。
实施例及比较例的组成如下表1。
表1
为了测试本发明的半水基晶圆基底清洗液组合物的效果，将8寸蚀刻灰化后的图案化晶圆(pattern wafer)切割成10cm*10cm小块的样品，蚀刻形成的图案包含金属垫(pad)、金属线(metal line)及通孔(via)的至少一者，然后利用浸泡或喷淋上述实施例及对比例的清洗液清洗样品，清洗后的样品用去离子水清洗和氮气吹干。使用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscopy,SEM)和聚焦离子束(Focused Ion Beam,FIB)显微镜对清洗效果及基底腐蚀进行评估，评估结果如下表2至4。
表2：金属垫(pad)的清洗效果及基底腐蚀
表3：金属线(Metal line)的清洗效果及基底腐蚀
表4：通孔(Via)的清洗效果及基底腐蚀
侧壁聚合物杂质比基底上的聚合物杂质难去除，如果可去除侧壁聚合物杂质，表示蚀刻灰化后的图案化晶圆的杂质已去除干净。从表2至4的结果可知，本发明的半水基晶圆基底清洗液组合物能有效去除蚀刻灰化后的图案化晶圆的金属垫、金属线、通孔的侧壁聚合物杂质，同时不腐蚀基底材料，且具有实施范围大、操作窗口大等实质特点。
值得说明的是，与实施例10相比，对比例1未添加γ-丁内酯，尽管能去除侧壁聚合物杂质，但是对基底材质腐蚀严重；对比例2不含有机醇胺，不能有效去除侧壁聚合物杂质；对比例3不含水，也是不能有效去除基底聚合物杂质。
综上所述，本发明的半水基晶圆基底清洗液组合物，不含非羟胺，稳定性好，对侧壁聚合物杂质的清洗效果优异，不会对基底产生腐蚀，且具有实施范围大、操作窗口大等实质特点。
以上通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，所属技术领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在权利要求的范围内。
Claims (10)
1.一种半水基晶圆基底清洗液组合物，其特征在于，包含：有机醇胺、极性有机溶剂、γ-丁内酯、缓蚀剂及水，其中该有机醇胺、γ-丁内酯及水的重量比为1-80：30-2：40-1。
2.如权利要求1所述半水基晶圆基底清洗液组合物，其特征在于，所述有机醇胺、γ-丁内酯及水的重量比为2-50：20-5：30-5。
3.如权利要求1所述半水基晶圆基底清洗液组合物，其特征在于，所述有机醇胺选自单乙醇胺、N，N-二甲基乙醇胺、N，N-二乙基乙醇胺、异丙醇胺、二异丙醇胺、三异丙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、3-丙醇胺、2-氨基乙醇胺、乙基二乙醇胺、N-(2-氨基乙基)乙醇胺及二甘醇胺的至少一者。
4.如权利要求1所述半水基晶圆基底清洗液组合物，其特征在于，所述极性有机溶剂选自甲酰胺、N-甲基甲酰胺、N-甲基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、四氢噻吩砜(环丁砜)、乙腈、苄腈、N-甲基-吡咯烷酮、N-乙基-吡咯烷酮、1-环已基-2-吡咯烷酮、二乙二醇单甲醚、二乙二醇单乙醚、二乙二醇单丁醚、二丙二醇单甲醚、二丙二醇单乙醚、二丙二醇单丁醚、二乙二醇二甲醚、二甘醇二甲醚、三甘醇二甲醚、四甘醇二甲醚、六亚甲基四胺及碳酸丙烯酯的至少一者。
5.如权利要求1所述半水基晶圆基底清洗液组合物，其特征在于，所述缓蚀剂选自苯酚及其衍生物类化合物的至少一者。
6.如权利要求1所述半水基晶圆基底清洗液组合物，其特征在于，所述缓蚀剂选自苯酚、4-甲基苯酚、3,4-二甲酸苯酚、邻苯二酚、间苯二酚、对苯二酚、3-甲基邻苯二酚、4-甲基邻苯二酚、3-羧基邻苯二酚、4-羧基邻苯二酚、二甲基邻苯二酚、3-叔丁基邻苯二酚、4-叔丁基邻苯二酚、乙酸邻苯二酚酯、三羟基苯、没食子酸、没食子酸甲酯、没食子酸乙酯、没食子酸正丙脂、没食子酸异丙脂、及没食子酸正丁酯的至少一者。
7.一种半水基晶圆基底清洗液组合物的使用方法，其特征在于，包含：
提供蚀刻去光阻后的图案化晶圆，其具有聚合物杂质；
以权利要求1至6任一项所述的半水基晶圆基底清洗液组合物浸泡或喷淋所述图案化晶圆，去除该聚合物杂质；以及
以去离子水清洗去除该聚合物杂质后的所述图案化晶圆。
8.如权利要求7所述半水基晶圆基底清洗液组合物的使用方法，其特征在于，所述图案化晶圆形成有金属垫、金属线及通孔的至少一者。
9.如权利要求7所述半水基晶圆基底清洗液组合物的使用方法，其特征在于，以所述半水基晶圆基底清洗液组合物去除该聚合物杂质的温度介于40-75℃。
10.如权利要求7所述半水基晶圆基底清洗液组合物的使用方法，其特征在于，以该半水基晶圆基底清洗液组合物去除该聚合物杂质的时间介于10-120分钟。
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