DE112014001478T5

DE112014001478T5 - Nassablöseprozess für eine antireflektierende Beschichtungsschicht

Info

Publication number: DE112014001478T5
Application number: DE112014001478.8T
Authority: DE
Inventors: Martin Glodde; Javier J. Perez; Takeshi Kinsho; Tsutomu Ogihara; Takeru Watanabe; Wu-Song Huang; Seiichiro Tachibana
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd; International Business Machines Corp
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd; GlobalFoundries Inc
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-02-17
Publication date: 2015-12-17
Anticipated expiration: 2034-02-18
Also published as: DE112014001478B4; WO2014149286A1; TWI600079B; TW201507016A; KR102184205B1; KR20160002663A; JP2016513884A; JP6172372B2; US9460934B2; US20140273501A1

Abstract

Ein Silizium enthaltendes, antireflektierendes Beschichtung-(SiARC, Silicon-containing Antireflective Coating-)Material wird auf einem Substrat aufgetragen. Das SiARC-Material, das ein Basispolymer enthält, kann ein Bor-Silikat-Polymer enthalten, das Silsesquioxan enthält. Es wird eine Ätzfolge verwendet, die eine erste Nassätzung aufweist, wobei eine basische Lösung verwendet wird, eine zweite Nassätzung, wobei eine saure Lösung verwendet wird, und eine dritte Nassätzung, wobei eine andere basisches Lösung verwendet wird. Die erste Nassätzung kann dazu verwendet werden, das Bor-Silikat-Polymer aufzubrechen, und die zweite Nassätzung kann das Basispolymermaterial entfernen, und die dritte Nassätzung kann das restliche Bor-Silikat-Polymer und andere Restmaterialien entfernen. Das SiARC-Material kann von einem Substrat mittels der Ätzfolge entfernt werden, und das Substrat kann zu Monitoring-Zwecken wiederverwendet werden.

Description

Hintergrund
Die vorliegende Offenlegung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verarbeiten einer Materialschicht und im Besonderen auf ein Verfahren zum Ablösen (Stripping) einer antireflektierenden Beschichtungsschicht (ARC-Schicht, Antireflective Coating Layer) von einem Substrat.
Die Fotolithographie ist ein Prozess, der in der Mikrofabrikation verwendet wird, um Teile eines dünnen Films oder den Großteil eines Substrats zu entfernen. In der Fotolithographie wird Licht zur Übertragung einer geometrischen Struktur von einer Fotomaske auf einen lichtempfindlichen Fotolack (Photoresist), oder einfach „Resist” (Lack), auf dem Substrat verwendet. Mit einer Reihe von chemischen Behandlungen wird dann das Belichtungsmuster in das Material unter dem Fotolack eingraviert. Typischerweise wird bei der Negativentwicklung (NTD, Negative Tone Development) der Bereich des Fotolacks, der keinem Licht ausgesetzt war, durch ein organisches Lösungsmittel im Entwicklungsprozess entfernt, wobei die gängigsten Lösungsmittel 2-Heptanon und N-Butylacetat (NBA) sind.
Es besteht ein hoher Bedarf an Techniken, die die Anwendung der ArF-Immersionslithographie erweitern. Neben Techniken, wie lithofreundliche Konzeptionen, Doppelbelichtungs-/Strukturierungsschemas, angepasste Belichtung sind auch alternative Verarbeitungschemas zukunftsfähige Kandidaten. Eine der vielversprechendsten alternativen Abläufe ist die Verwendung eines Umkehrlacks mittels NTD. Herkömmlicherweise wird beim Drucken von Kontakten und Gräben eine Dunkelfeldmaske in Kombination mit einem positiven Fotolack und einer Positiventwicklung (Positive Tone Development, PTD) verwendet. Bei NTD werden die gleichen Merkmale im positiven Fotolack unter Verwendung von Hellfeldmasken gedruckt, und in der Folge werden bessere Bildkontraste erhalten.
Ein integrierter Prozess ist erforderlich, um diesen Bildkontrast zu erzielen. Bevor die endgültige Struktur eingraviert wird, wird eine organische Planarisierungsschicht (Organic Planarization Layer, OPL) auf der Oberseite des Substrats aufgetragen, dann wird das für den NTD-Auftrag konzipierte siliziumhaltige antireflektierende Beschichtungsmaterial (SiARC-Material) aufgetragen, um einen Ätzwiderstand und eine Steuerung der Reflexivität vorzusehen, und schließlich wird ein Fotolackmaterial aufgetragen, um die ersten Bildübertragung auf das Substrat vorzusehen. Mit der Einführung von NTD-SiARC gehen aber neue Herausforderungen einher, im Besonderen wurde der nasschemische Stripping-Prozess verwendet, um NTD-SiARC von den Si-Monitor-Wafern zu entfernen. Viele SiARC-Materialien können im Rahmen dieses nasschemischen Stripping-Prozesses, bei dem allgemeine in der Fertigung verwendete Prozessabläufe zum Einsatz kommen, nicht vollständig entfernt werden.
Kurzzusammenfassung
Ein Silizium enthaltendes, antireflektierendes Beschichtung-(SiARC-)Material wird auf einem Substrat aufgetragen. Das SiARC-Material, das ein Basispolymer enthält, kann ein Bor-Silikat-Polymer enthalten, das Silsesquioxan enthält. Es wird eine Ätzfolge genutzt, die eine erste Nassätzung aufweist, wobei eine basische Lösung genutzt wird, eine zweite Nassätzung, wobei eine sauere Lösung genutzt wird, und eine dritte Nassätzung, wobei eine andere basische Lösung genutzt wird. Die erste Nassätzung kann dazu verwendet werden, das Bor-Silikat-Polymer aufzubrechen, und die zweite Nassätzung kann das Basispolymermaterial entfernen, und die dritte Nassätzung kann des restliche Bor-Silikat-Polymer und andere Restmaterialien entfernen. Das SiARC-Material kann von einem Substrat mittels der Ätzfolge entfernt werden, und das Substrat kann zu Überwachungszwecken wiederverwendet werden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenlegung wird ein Verfahren zum Entfernen einer Silizium enthaltenden antireflektierenden Beschichtungs-(SiARC-)Schicht von einem Substrat vorgesehen. Eine SiARC-Schicht wird auf einem Substrat ausgebildet. Die SiARC-Schicht wird mit einer ersten Nassätzung behandelt, die eine erste basische Lösung verwendet. Die SiARC-Schicht wird dann mit einer zweiten Nassätzung behandelt, die eine saure Lösung verwendet. Danach werden Restbereiche der SiARC-Schicht mit einer dritten Nassätzung entfernt, die eine zweite basische Lösung verwendet.
Kurzbeschreibung der verschiedenen Ansichten der Zeichnungen
1 ist eine vertikale Querschnittsansicht einer beispielhaften Struktur mit einer Polymerschicht auf einem Substrat gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung.
2 ist eine vertikale Querschnittsansicht der beispielhaften Struktur nach Entfernen der Polymerschicht von dem Substrat gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung.
3 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Nassätzungs-Prozessfolge gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung veranschaulicht.
Detaillierte Beschreibung
Wie oben ausgeführt, bezieht sich die vorliegende Offenlegung auf ein Verfahren des Ablösens einer antireflektierenden Beschichtungs-(ARC-)Schicht von einem Substrat, das im Folgenden detailliert in Bezugnahme auf die Zeichnungen im Anhang beschrieben wird. Es ist anzumerken, dass ähnliche und entsprechende Elemente durch ähnliche Bezugsziffern bezeichnet werden. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu.
Es wird auf 1 Bezug genommen. Eine Polymerschicht 90 ist auf einer Oberseite eines Substrats 10 ausgebildet. Das Substrat 10 kann ein Halbleitersubstrat, wie ein Siliziumsubstrat, ein Isolatorsubstrat oder ein Leitersubstrat sein. Die Oberseite des Substrats 10 kann eine Halbleiterfläche sein, wie eine Siliziumfläche, eine dielektrische Fläche, wie eine Siliziumoxid-Fläche oder eine Siliziumnitrid-Fläche, oder kann eine leitfähige Fläche, wie eine Fläche einer Metallschicht oder einer leitfähigen Metallnitritschicht sein. In einer Ausführungsform kann das Substrat 10 ein reines Siliziumsubstrat mit einer Siliziumoberfläche sein.
Die Polymerschicht 90 enthält ein Silizium enthaltendes antireflektierendes Beschichtungs-(SiARC)-Material. Wie im vorliegenden Dokument verwendet, bezieht sich ein antireflektierendes Beschichtungsmaterial auf ein Material, das die Reflexion von ultraviolettem Licht in einer Wellenlänge verringert, die aus dem Bereich der ultravioletten Strahlung ausgewählt ist, d. h. dem Wellenlängenbereich von 10 nm bis 400 nm. Die Polymerschicht 90 kann ein Monitorsubstrat zum Überwachen der Dicke einer antireflektierenden Beschichtungs-(ARC-)Schicht sein, die auf ein Produktsubstrat aufzutragen ist oder bereits aufgetragen wurde, d. h. ein Substrat mit Musterstrukturen zur nachfolgenden Herstellung von Halbleiterbauteilen. Die Dicke der Polymerschicht 90 kann zwischen 10 nm und 100 nm liegen, obwohl auch eine geringere oder eine höhere Dicke verwendet werden können.
Die Materialzusammensetzung der Polymerschicht 90 kann als ein Silizium enthaltendes antireflektierendes Beschichtungs-(SiARC-)Material für die Positiventwicklung (PTD) verwendet werden. Es kann auch als Negativentwicklungs-(NTD-)SiARC-Material verwendet werden. Anders ausgedrückt, kann die Zusammensetzung der Polymerschicht 90 als eine ARC-Schicht für eine Negativentwicklung (NTD) verwendet werden, d. h. als eine NTD-ARC-Schicht. Die NTD-ARC-Schicht kann auf ein Produktsubstrat als untere ARC-(BARC-)Schicht aufgetragen werden, über die eine Negativentwicklungs-Fotolackschicht aufgetragen werden kann.
Das SiARC-Material enthält vor allem ein Silizium enthaltendes Basispolymer. Das Silizium enthaltende Basispolymer kann eine oder mehrere Monomereinheiten enthalten, die Strukturen haben, die ausgewählt sind aus den folgenden (I) bis (III):
wobei x von etwa 1 bis etwa 2 geht, R₁ ein Chromophor-Rest ist, R₂ ein transparenter Rest ist und R₃ eine reaktive Stelle zur Reaktion mit einer Vernetzerkomponente ist. Bei linearen Organosiloxan-Polymeren, liegt x bei etwa 1. Bei Silsesquioxan-Polymeren kann x bei etwa 1,5 liegen. Bei Silsesquioxan-Polymeren mit einer SiO₂-Komponente, kann x zwischen in etwa 1,5 und in etwa 2,0 liegen. Die SiO₂-Einheiten im Polymer können durch Hinzufügen von Tetraalkoxysilan, Tetrachlorosilan oder Tetrabromosilan in der Synthese des Silizium enthaltenden Polymers erhalten werden. In anderen Ausführungsformen sind Polymere mit einem x größer als etwa 1,5 aufgrund des besseren Ätzwiderstands bevorzugt. In einigen Ausführungsformen können im gleichen Monomer mehrere funktionale Teile vorhanden sein.
Der Chromophor-Rest R₁ kann jedes geeignete Chromophor enthalten, das (i) auf dem Basispolymer aufgepolimerisiert sein kann, (ii) geeignete Strahlungsabsorbierungseigenschaften hat und (iii) die Leistungsfähigkeit der Schicht oder jeder anderen darüberliegenden Fotolackschicht nicht nachteilig beeinflusst. Zu den Beispielen von Chromophoren gehören Phenyl, Chrysene, Pyrene, Fluoranthrene, Anthrone, Benzophenone, Thioxanthone, Naphthaline und Anthrazene. Der Chromophor-Rest enthält vorzugsweise kein Stickstoff, außer möglicherweise bei deaktivierten Amino-Stickstoffen wie in Phenolthiazinen. Bei einer 193 nm-Bestrahlung werden alle Reste mit nicht gesättigten Kohlenstoffbindungen (zum Beispiel Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen) einschließlich nicht aromatischer Verbindungen, die nicht gesättigte Kohlenstoffbindungen enthalten, zu ebenso geeigneten Chromophoren. Bei einer 157 nm-Bestrahlung können Verbindungen, die gesättigte Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen enthalten, als Chromophore fungieren. Ungefähr 3 bis ungefähr 99 Molprozent der Monomere des Basispolymers können aus dem Chromophor-Rest R₁ bestehen. Das Basispolymer kann ein oder mehrere Arten des Chromophor-Restes R₁ enthalten.
Der transparente Rest R₂ kann in Abhängigkeit von der Wellenlänge oder der Eigenschaft der Strukturbildungsbestrahlung variieren. Zum Beispiel kann im Falle einer 193 nm Bildgebungsbestrahlung der transparente Rest R₂ aus voluminösen (C₁ oder höher) organischen Resten bestehen, die im Wesentlichen frei von ungesättigten Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen sind, vorzugsweise ein Alkohol, der aus einem mit Epoxid funktionalisierten Silsesquioxan-Monomer abgeleitet ist. Im Fall einer 157 nm-Bildgebungsbestrahlung, kann der transparente Rest R₂ aus Fluor enthaltenden Resten bestehen, wie eine Trifluoromethylgruppe oder ein Perfluoroalkyl. Der Anteil des transparenten Restes R₂ im Basispolymer kann mit dem Anteil des Chromophor-Restes R₁ im Gleichgewicht stehen, um eine gewünschte Kombination von Energieabsorption und Antireflexion vorzusehen. Ungefähr 0,5 bis ungefähr 96,5 Molprozent der Monomere des Basispolymers können aus dem transparenten Rest R2 bestehen. Das Basispolymer kann ein oder mehrere Arten des transparenten Restes R2 enthalten.
Der reaktive Rest R₃ kann eine Stelle zur Reaktion mit einer Verlinkungskomponente vorsehen. In einigen Ausführungsformen kann der reaktive Rest R₃ ein Alkohol sein, vorzugsweise ein aromatischer Alkohol (zum Beispiel Phenol, Hydroxymethyl-Benzyl) oder ein cycloaliphatischer Alkohol (z. B. Cyclohexanon). Alternativ können ein nicht-zyklischer Alkohol, wie ein Fluorkohlenstoffalkohol, ein aliphatischer Alkohol, eine Aminogruppe, am Vinylether oder Epoxid verwendet werden. In einer Ausführungsform kann der reaktive Rest eine Hydroxylgruppe sein. Der reaktive Hydroxyl-Rest kann mit sich selbst über die bekannte Silanolkondensierungsreaktion reagieren. Ungefähr 0,5 bis ungefähr 96,5 Molprozent der Monomere des Basispolymers können aus dem reaktiven Rest R₃ bestehen. Das Basispolymer kann ein oder mehrere Arten des reaktiven Restes R₃ enthalten.
Für speziell für NTD konzipierte Anwendungen kann des SiARC-Material weiterhin ein Polymer enthalten, das dazu ausgestaltet ist, die Oberflächeneigenschaft des Basispolymers zu modifizieren, das eine Monomereinheiten mit folgender Struktur enthält:
wobei x zwischen etwa 1 bis etwa 2 liegt, R₄ aus einer säurelabilen Funktionalität besteht, die mit einer hydrophilen Gruppe verbunden ist. Zu beispielhaften säurelabilen Funktionalitäten gehören tertiäre Alkylcarbonate, tertiäre Alkylester, tertiäre Alkylether, Acetate und Ketale. Zu den beispielhaften hydrophilen Gruppen gehören Phenole, Alkohole, Carbonsäuren, Amide und Sulfonamide. Das Polymer enthält eine Monomereinheit IV, die zum Basispolymer zugefügt werden kann, um den Kontaktwinkel des beschichteten SiARC-Materials auf eine hydrophobere Fläche zu erhöhen. Dies reduziert den Kontaktwinkel dann nach einer mit Säure katalysierten Entschützung der säurelabilen Gruppe auf eine hydrophilere Fläche.
In einigen Ausführungsformen enthält die Polymerschicht 90 ein Basispolymermaterial. Das Basispolymermaterial enthält einen großen Anteil von dreidimensional verketteten SiO₂-Einheiten. Der Gewichtsanteil des Siliziums in der Basispolymerschicht kann in einem Bereich von 10% bis 45% liegen. Der bevorzugte Bereich liegt über 30%. Der Molprozentsatz der SiO₂-Einheiten kann im Bereich von 0% bis 97% liegen. Der bevorzugte Molprozentsatz der SiO₂-Einheiten liegt über 45%. In einigen anderen Ausführungsformen weist die Polymerschicht 90 ein Basispolymer und ein Polymer mit der Monomereinheit IV auf. Das Polymer, das das Monomer IV enthält, ist dazu ausgebildet, die Oberflächeneigenschaft des Basispolymers zu modifizieren. In der Polymerschicht 90 ist das Polymer, das dazu ausgestattet ist, die Oberflächeneigenschaft des Basispolymermaterials zu modifizieren, mit dem Basispolymermaterial gemischt, sodass das Verhältnis des Gewichts des Polymers, das dazu ausgebildet ist, die Oberflächeneigenschaft des Basispolymermaterials zu modifizieren, sich zum Gewicht des Basispolymermaterial in einem Bereich von 0,5:100 bis 20:100 befindet.
In einer Ausführungsform weist die Basispolymerschicht 90 ein Basispolymermaterial und ein Bor-Silikat-Polymer auf, das im Basispolymermaterial eingebettet ist. Das Basispolymermaterial enthält einen großen Anteil an dreidimensional verketteten SiO₂-Einheiten (Q-Einheiten). Das Basispolymermaterial ist ein Silizium-basiertes Polymermaterial. Der Gewichtsanteil des Siliziums in der Basispolymerschicht kann in einem Bereich von 35% bis 45% liegen. In einer Ausführungsform kann das Basispolymermaterial ein im Stand der Technik bekanntes Polymermaterial mit hohem Q-Anteil sein. Ein Beispiel eines Polymermaterials mit einem hohen Q-Anteil wird in der U.S.-amerikanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 201310005150 A1 offengelegt, deren Inhalte hier durch Bezugnahme enthalten sind.
Das Basispolymermaterial enthält eine Mehrzahl von Arten von Monomereinheiten. In einer Ausführungsform kann die Mehrzahl der Arten der Monomereinheiten Monomereinheiten eines ersten Typs, Monomereinheiten eines zweiten Typs und Monomereinheiten eines dritten Typs enthalten. In einer Ausführungsform kann das Basispolymermaterial aus Monomereinheiten des ersten, zweiten und dritten Typs bestehen.
Die Monomereinheiten des ersten Typs für das Basispolymermaterial können eine chemische Zusammensetzung aufweisen von: -SiO₂-. Die Monomereinheiten des ersten Typs bilden die Polymerschicht 90, die für eine Nassätzung basierend auf einer Fluorwasserstoffsäure aufnahmefähig ist.
Die Monomereinheiten des zweiten Typs für das Basispolymermaterial können eine chemische Zusammensetzung aufweisen von:
Die Monomereinheiten des zweiten Typs sehen eine Transparenz bei 193 nm vor, um die Absorptionseigenschaften des Polymer zu optimieren. Die Monomereinheiten des zweiten Type bieten auch eine Adhäsion mit der darunterliegenden organischen Planarisierungsschicht und/oder dem darüberliegenden Fotolack.
Die Monomereinheiten des dritten Typs für das Basispolymermaterial können eine chemische Zusammensetzung aufweisen von:
Die Monomereinheiten des dritten Typs sehen eine Absorption von 193 nm ultraviolettem Licht in der Polymerschicht 90 vor, sodass die Polymerschicht als ARC-Material verwendet werden kann.
Die Monomereinheiten des ersten Typs können zusammen einen Molprozentsatz über 70% des Basispolymermaterials aufweisen. In einer Ausführungsform können die Monomereinheiten des ersten Typs zusammen einen Molprozentsatz in einem Bereich von 75% bis 95% des Basispolymermaterials aufweisen. In einer anderen Ausführungsform können die Monomereinheiten des ersten Typs zusammen einen Molprozentsatz in einem Bereich von 80% bis 94% des Basispolymermaterials aufweisen.
Die Monomereinheiten des zweiten Type können zusammen einen Molprozentsatz in einem Bereich von 0,1% bis 15% des Basispolymermaterials aufweisen. In einer Ausführungsform können die Monomereinheiten des zweiten Typs einen Molprozentsatz in einem Bereich von 0,2% bis 10% des Gesamtgewichts des Basispolymermaterials aufweisen.
Die Monomereinheiten des dritten Typs können zusammen einen Molprozentsatz in einem Bereich von 1% bis 15% des Basispolymermaterials aufweisen. In einer Ausführungsform können die Monomereinheiten des dritten Typs einen Molprozentsatz in einem Bereich von 2% bis 12% des Basispolymermaterials aufweisen.
Das Bor-Silikat-Polymer-Material enthält eine säurelabile Gruppe, die nach einer lithografischen Belichtung das SiARC-Material der Polymerschicht 90 dazu veranlasst, den Wasserkontaktwinkel zu ändern. Wie im vorliegenden Dokument verwendet, ist ein Bor-Silikat-Polymer-Material ein Polymermaterial, das Silikate und Bor enthält. Das Verhältnis der Anzahl der Siliziumatome zur Anzahl der Boratome im Bor-Silikat-Polymer-Material kann in einem Bereich von 1:2 bis 2:1 liegen, obwohl kleinere und größere Verhältnisse ebenso verwendet werden können. Ein Beispiel eines Bor-Silikat-Polymers wird in der U.S.-amerikanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2013/0005150 A1 offengelegt.
Das Bor-Silikat-Polymer-Material enthält eine Mehrzahl von Arten von Monomereinheiten. Das Bor-Silikat-Polymer ist ein polymeres Tensid. In einer Ausführungsform können die Monomereinheiten der Mehrzahl der Arten Monomereinheiten eines ersten Typs, Monomereinheiten eines zweiten Typs und Monomereinheiten eines dritten Typs umfassen. Die Monomereinheiten des ersten Typs können ein Boratom umfassen. Die Monomereinheiten des zweiten Typs und die Monomereinheiten des dritten Typs können ein Siliziumatom enthalten. In einer Ausführungsform kann das Bor-Silikat-Polymer-Material aus Monomereinheiten des ersten, zweiten und dritten Typs bestehen.
Die Monomereinheiten des ersten Typs für das Bor-Silikat-Polymer-Material können eine chemische Zusammensetzung aufweisen von: -BO_1.5-.
Die Monomereinheiten des zweiten Typs für das Bor-Silikat-Polymer-Material können eine chemische Zusammensetzung aufweisen von:
Die Monomereinheiten des dritten Typs für das Bor-Silikat-Polymer-Material können eine chemische Zusammensetzung aufweisen von:
Die Monomereinheiten des ersten Typs können zusammen einen Molprozentsatz von über 35% des Bor-Silikat-Polymer-Materials haben. In einer Ausführungsform können die Monomereinheiten des ersten Typs zusammen einen Molprozentsatz in einem Bereich von 40% bis 70% des Bor-Silikat-Polymer-Materials haben. In einer anderen Ausführungsform können die Monomereinheiten des ersten Typs einen Molprozentsatz in einem Bereich von 45% bis 60% des Bor-Silikat-Polymer-Materials haben. In einer Ausführungsform können die Monomereinheiten des ersten Typs zusammen einen Molprozentsatz von nicht weniger als 50% des Bor-Silikat-Polymer-Materials haben.
Die Monomereinheiten des zweiten Typs können zusammen einen Molprozentsatz in einem Bereich von 12,5% bis 35% des Bor-Silikat-Polymer-Materials haben. In einer Ausführungsform können die Monomereinheiten des zweiten Type einen Molprozentsatz in einem Bereich von 20% bis 30% des Bor-Silikat-Polymer-Materials haben.
Die Monomereinheiten des dritten Typs können zusammen einen Molprozentsatz in einem Bereich von 12,5% bis 35% des Bor-Silikat-Polymer-Materials haben. In einer Ausführungsform können die Monomereinheiten des dritten Type einen Molprozentsatz in einem Bereich von 20% bis 30% des Bor-Silikat-Polymer-Materials haben.
In der Polymerschicht 90 ist das Bor-Silikat-Polymer-Material mit dem Basispolymermaterial gemischt, sodass sich des Verhältnis des Gewichts des Bor-Silikat-Polymer-Materials zum Gewicht des Basispolymermaterials in einem Bereich von 0,5:100 bis 20:100 befindet. In einer Ausführungsform liegt das Verhältnis des Gewichts des Bor-Silikat-Polymer-Materials zum Gewicht des Basispolymermaterials in einem Bereich von 1:100 bis 10:100. In einer anderen Ausführungsform liegt das Verhältnis des Gewichts des Bor-Silikat-Polymer-Materials zum Gewicht des Basispolymermaterials in einem Bereich von 2:100 bis 5:100. Die Polymerschicht 90 kann auf die Oberseite des Substrats 10 zum Beispiel durch Rotationsbeschichtung aufgetragen werden
Das Bor-Silikat-Polymer-Material enthält säurelabile Gruppen, die die Tendenz haben, während eines herkömmlichen Stripping-Prozesses unlösliches Material zu bilden. Das Basispolymermaterial bildet eine siliziumbasierte Polymer-Matrix, in der das Bor-Silikat-Polymer-Material eingebettet ist. Aufgrund der starken molekularen Interaktion ist es schwierig, das Bor-Silikat-Polymer-Material während eines Nassätzungsprozesses des Standes der Technik aufzubrechen. Diese Eigenschaft führt dazu, dass bei Versuchen, das NTD-SiARC-Material von dem Substrat zu entfernen, Beschädigungen auf dem Substrat verbleiben, wenn konventionelle Ätzprozesse zum Einsatz kommen.
Die Unmöglichkeit, das NTD-SiARC-Material ohne die Generierung von Defekten zu entfernen, beeinflusst die Produktivität bei der Halbleiterfertigung negativ, da die Substrate nicht wiederverwendet werden können, um die Leistungsstärke der Werkzeuge zu überwachen, die zur Überwachung des Auftrags des NTD-SiARC-Materials eingesetzt werden.
Es wird auf 2 Bezug genommen. Die Polymerschicht 90 kann gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung von der Oberseite des Substrats 10 durch eine Nassätzfolge entfernt werden, ohne Reste oder beschädigte Materialien auf der Oberfläche des Substrats 10 zurückzulassen. Die Nassätzfolge der vorliegenden Offenlegung ist eine dreistufige Nassätzfolge, die in 3 dargestellt ist.
Die Nassätzfolge weist einen ersten Schritt 100 einer ersten Nassätzung auf, wobei eine basische Lösung verwendet wird, einen zweiten Schritt 200 einer zweiten Nassätzung, wobei eine saure Lösung verwendet wird, und einen dritten Schritt 300 einer dritten Nassätzung, wobei die basische Lösung verwendet wird. Die erste Nassätzung kann basische lösbare Komponenten des Polymers einschließlich des Silizium-Polymers mit der restlichen Hydroxylgruppe auflösen oder die O-Si-O- oder Si-R-Ketten langsam mit einer basischen katalysierten Hydrolyse auflösen. Die R-Gruppe stellt hier den organischen Anteil dar. Die Ätzung kann beliebige organische Komponenten auflösen, die in Basen löslich sind. Die zweite Nassätzung kann die -SiO_x-Hauptkomponente aufgrund der bekannten Auflösung von Si-Materialien in Fluorwasserstoffsäurelösungen entfernen. Die dritte Nassätzung kann dann alle restlichen organischen und anorganischen Komponenten entfernen. Dieser Prozess der Erfindung kann auf die meisten im Stand der Technik bekannten SiARC-Materialien angewendet werden, einschließlich PTD-SiARCs und NTD-SiARCs. Er ist vor allem bei NTD-SiARC nützlich, wo der herkömmliche Nachbearbeitungsprozess die SiARC-Materialien nicht vollständig entfernen kann und viele Beschädigungen auf dem Wafer zurückbleiben.
In einer Ausführungsform wurde der Prozess der Erfindung erfolgreich zum Entfernen von SiARC-Materialien mit einem Basispolymer, das eine oder mehrere Monomereinheiten mit Strukturen enthält, die aus (I) bis (III) ausgewählt sind, verwendet. In der anderen Ausführungsform wurde der Prozess der Erfindung erfolgreich zum Entfernen der NTD-SiARC-Materialien verwendet, die ein Basispolymer und ein Polymer aufweisen, das dazu ausgebildet ist, die Oberflächeneigenschaft des Basispolymers zu modifizieren, einschließlich einer Monomereinheit mit einer Struktur gemäß (IV). In einer anderen Ausführungsform wurde der Prozess der Erfindung erfolgreich zum Entfernen der NTD-SiARC-Materialien mit einem Basispolymer und einen Bor-Silikat-Polymer verwendet.
Die erste Nassätzung kann dazu verwendet werden, das Bor-Silikat-Polymer aufzubrechen, und die zweite Nassätzung kann des Basispolymermaterial entfernen, und die dritte Nassätzung kann das restliche Bor-Silikat-Polymer und andere Restmaterialien entfernen. Das SiARC-Material der Polymerschicht 90, die das Bor-Silikat-Polymer enthält, kann von dem Substrat durch Einsatz der Ätzfolge entfernt werden, und das Substrat 10 kann zu Monitoring-Zwecken wiederverwendet werden.
Es wird auf den ersten Schritt 100 Bezug genommen. Das eingebettete Bor-Silikat-Polymer-Material in der Polymerschicht 90 wird in ausgewählter Weise zum Basispolymermaterial in der Polymerschicht 90 durch die erste Nassätzung entfernt, wobei die erste basische Lösung verwendet wird. Während der ersten Nassätzung hydrolisiert die erste basische Lösung der ersten Nassätzung und löst den Großteil des Bor-Silikat-Polymer-Materials auf. In einer Ausführungsform kann das eingebettete Bor-Silikat-Polymer-Material in ausgewählter Weise zum Basispolymermaterial der ersten Nassätzung entfernt werden, d. h., ohne das Basispolymermaterial in der siliziumbasierten polymeren Matrix zu entfernen.
Die Dauer der ersten Nassätzung hängt von der Stärke der Polymerschicht 90 ab. Bei einer Stärke von 50 nm für die Polymerschicht 90 kann die Dauer der ersten Nassätzung im Bereich von 2 Minuten bis 30 Minuten liegen, obwohl kürzere und längere Zeitspannen ebenso verwendet werden können.
Die in der ersten Nassätzung verwendete Basislösung kann Amine oder quartäre Ammoniumhydroxide enthalten. Wässrige Ammoniumhydroxide sind bevorzugt. Zu den Beispielen von quartären Ammoniumhydroxiden, die gemäß dem Prozess der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, gehören Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH), Tetraethylammoniumhydroxid, Tetrapropylammoniumhydroxid, Trimethyl-Hydroxyethylammoniumhydroxid, Dimethyl-Dihydroxyethylammoniumhydroxid, Methyl-Trihydroxyethylammoniumhydroxid, Phenyl-Trimethylammoniumhydroxid, Phenyl-Triethyl-Ammoniumhydroxid, Benzyl-Trimethylammoniumhydroxid usw. In einer Ausführungsform wurde als erste Nassätzungslösung 0,263 N wässrige TMAH-Lösung verwendet. Organische Lösungsmittel sind beim Lösen und Benässen der organischen Komponenten der SiARC-Materialien nützlich, und können daher zusammen mit quartärem Ammoniumhydroxid zur Bildung der ersten Nassätzungslösung hinzugefügt werden.
In einer Ausführungsform weist die erste basische Lösung wenigstens N-Methyl-2-Pyrrolidon, Propylenglykol und Tetramethylammoniumhydroxid auf. Der Gewichtsanteil von N-Methyl-2-Pyrrolidon kann in einem Bereich von 50% bis 90% liegen. In einer Ausführungsform kann der Gewichtsanteil von N-Methyl-2-Pyrrolidon in einem Bereich von 67% bis 77% liegen. Der Gewichtsanteil von Propylenglykol kann in einem Bereich von 10% bis 40% liegen. In einer Ausführungsform kann der Gewichtsanteil von Propylenglykol in einem Bereich von 21% bis 31% liegen. Der Gewichtsanteil von Tetramethylammoniumhydroxid kann in einem Bereich von 1% bis 5% liegen. In einer Ausführungsform kann der Gewichtsanteil von Tetramethylammoniumhydroxid in einem Bereich von 1,2% bis 2,7% liegen. Optional kann die erste basische Lösung Wasser enthalten. Wenn Wasser in der ersten basische Lösung vorhanden ist, kann der Gewichtsanteil des Wassers im Bereich von 0,1% bis 2% liegen
Es wird auf den zweiten Schritt 200 Bezug genommen. Das Basispolymermaterial der Silizium-basierten polymeren Matrix in der Polymerschicht 90 wird durch die zweite Nassätzung entfernt, bei der die Säurelösung verwendet wird. Eine Säure kann wirksam die Monomereinheiten des ersten Typs auflösen, d. h. SiO(OH)₂ kann als saure Lösung ausgewählt werden. Bei der zweiten Nassätzung wird kein Bor-Silikat-Polymer-Material entfernt. In einer Ausführungsform wird über 90% des Materials des Basispolymermaterials durch die zweite Nassätzung entfernt. In einer anderen Ausführungsform wird über 99% des Materials des Basispolymermaterials durch die zweite Nassätzung entfernt.
Während der zweiten Nassätzung kann die saure Lösung einfach in die Masse des SiARC-Materials eindringen, da Mikrokavitäten durch Entfernen des Bor-Silikat-Polymers ausgebildet wurden. Die saure Lösung löst das Basispolymermaterial. Die Dauer der zweiten Nassätzung hängt von der Stärke der Polymerschicht 90 ab. Bei einer Stärke von 50 nm für die Polymerschicht 90 kann die Dauer der zweiten Nassätzung in einem Bereich von 2 Minuten bis 20 Minuten liegen, obwohl kürzere und längere Zeitspannen ebenso verwendet werden können.
In einer Ausführungsform enthält die saure Lösung verdünnte Fluorwasserstoffsäure. In einer Ausführungsform enthält die verdünnte Fluorwasserstoffsäure Fluorwasserstoffsäure mit einem Gewichtsanteil in einem Bereich von 0,1% bis 2,0%. In einer anderen Ausführungsform enthält die verdünnte Fluorwasserstoffsäure Fluorwasserstoffsäure mit einem Gewichtsanteil in einem Bereich von 0,2% bis 1,0%. In wiederum einer anderen Ausführungsform besteht die saure Lösung im Wesentlichen aus verdünnter Fluorwasserstoffsäure.
Es wird auf den dritten Schritt 300 Bezug genommen. Restbereiche des Bor-Silikat-Polymer-Materials und des Basispolymermaterials werden durch eine dritte Nassätzung entfernt, die eine zweite basische Lösung verwendet.
Die Behandlung mit der zweiten basischen Lösung entfernt alle restlichen Bor-Silikat-Polymere und restlichen Basispolymere. Die Dauer der dritten Nassätzung hängt von der Stärke der Polymerschicht 90 ab. Bei einer Stärke von 50 nm der Polymerschicht 90 kann die Dauer der dritten Nassätzung in einem Bereich von 2 Minuten bis 30 Minuten liegen, obwohl kürzere und längere Zeitspannen ebenso verwendet werden können.
In einer Ausführungsform weist die zweite basische Lösung wenigstens N-Methyl-2-Pyrrolidon, Propylenglykol und Tetramethylammoniumhydroxid auf. Der Gewichtsanteil von N-Methyl-2-Pyrrolidon kann in einem Bereich von 50% bis 90% liegen. In einer Ausführungsform kann der Gewichtsprozentsatz von N-Methyl-2-Pyrrolidon in einem Bereich von 67% bis 77% liegen. Der Gewichtsprozentsatz von Propylenglykol kann in einem Bereich von 10% bis 40% liegen. In einer Ausführungsform kann der Gewichtsprozentsatz von Propylenglykol in einem Bereich von 21% bis 31% liegen. Der Gewichtsprozentsatz von Tetramethylammoniumhydroxid kann in einem Bereich von 1% bis 5% liegen. In einer Ausführungsform kann der Gewichtsprozentsatz von Tetramethylammoniumhydroxid in einem Bereich von 1,2% bis 2,7% liegen. Optional kann die zweite basische Lösung Wasser enthalten. Wenn Wasser in der zweiten basischen Lösung vorhanden ist, kann der Gewichtsprozentsatz des Wassers im Bereich von 0,1% bis 2% liegen In einer Ausführungsform kann die zweite basische Lösung eine beliebige Zusammensetzung haben, die für die erste basische Lösung verwendet wird. Die Zusammensetzung der zweiten basische Lösung kann die gleiche wie die Zusammensetzung der ersten basische Lösung oder davon verschieden sein.
Die Nassätzprozessfolge kann die SiARC-Materialschicht von dem Substrat 10 vollständig entfernen. Es wurde gezeigt, dass die Nassätzungsprozessfolge im Vergleich zu anderen Nassätzprozessfolgen überlegene Ergebnisse liefert. Eine vergleichbare beispielhafte Nassätzfolge, die eine Nassätzung umfasst, die eine Kombination aus Schwefelsäure und Fluorwasserstoffsäure enthält, eine zweite Nassätzung, bei der eine Kombination aus deionisiertem Wasser, Wasserstoffperoxid und Ammoniumhydroxide verwendet wird, und eine dritte Nassätzung, bei der eine wässrige Fluorwasserstoffsäure verwendet wird, haben sich als unzureichend für die vollständige Entfernung einer SiARC-Materialschicht ohne Restpolymere erwiesen.
Während die Offenlegung anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, sind für Fachleute angesichts der obigen Beschreibung vielzählige Alternativen, Modifikationen und Variationen offensichtlich. Jede der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenlegung kann alleine oder in Kombination mit anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenlegung implementiert werden, sofern dies nicht ausdrücklich anderweitig offen gelegt wird oder anderweitig unmöglich ist, wie für Fachleute nachvollziehbar ist. Demgemäß ist die Offenlegung dazu gedacht, alle solche Alternativen, Modifikationen und Variationen zu umschließen, die in den Umfang und Geist der Offenlegung und der folgenden Ansprüche fallen.

Claims

Ein Verfahren zum Entfernen einer Silizium enthaltenden antireflektierenden Beschichtungs-(SiARC)-Schicht von einem Substrat, wobei das Verfahren aufweist: Ausbilden einer SiARC-Schicht auf dem Substrat; Behandeln der SiARC-Schicht mit einer ersten Nassätzung, wobei eine erste basische Lösung verwendet wird; Behandeln der SiARC-Schicht mit einer zweien Nassätzung, wobei eine saure Lösung verwendet wird; und Entfernen von Restbereichen der SiARC-Schicht mit einer dritten Nassätzung, wobei eine zweite basische Lösung verwendet wird.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste basische Lösung quartäres Ammoniumhydroxid aufweist.
Das Verfahren nach Anspruch 2, wobei die erste basische Lösung aufweist: N-Methyl-2-Pyrrolidon mit einem Gewichtsanteil im Bereich von 50% bis 90%; Propylenglykol in einem Gewichtsanteil in einem Bereich von 10% bis 40%; und Tetramethylammoniumhydroxid in einem Bereich von 1% bis 5%.
Das Verfahren nach Anspruch 3, wobei die erste basische Lösung weiterhin Wasser in einem Gewichtsanteil in einem Bereich von 0,1% bis 2% aufweist.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die saure Lösung verdünnte Fluorwasserstoffsäure enthält.
Das Verfahren nach Anspruch 5, wobei die verdünnte Fluorwasserstoffsäure Fluorwasserstoffsäure in einem Gewichtsanteil in einem Bereich von 0,1% bis 2,0% enthält.
Das Verfahren nach Anspruch 5, wobei die saure Lösung im Wesentlichen aus verdünnter Fluorwasserstoffsäure besteht.
Das Verfahren nach Anspruch 2, wobei die erste basische Lösung eine wässrige Tetramethylammoniumhydroxid-Lösung aufweist.
Das Verfahren nach Anspruch 8, wobei die wässrige Tetramethylammoniumhydroxid-Lösung eine 0,263 N-Tetramethylammoniumhydroxid-Lösung ist.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die SiARC-Schicht ein Silizium aufweist, das ein Basispolymer enthält, das eine oder mehrere Monomereinheiten enthält, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die besteht aus:
wobei x zwischen etwa 1 bis etwa 2 liegt, R₁ ein Chromophor-Rest ist, R₂ ein transparenter Rest ist und R₃ eine reaktive Stelle zur Reaktion mit einer Vernetzerkomponente ist.
Das Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Chromophor-Rest ungesättigte Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen enthält.
Das Verfahren nach Anspruch 10, wobei die reaktive Stelle ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Hydroxylgruppen, Aminogruppen, Iminogruppen, Carbonsäuren, Vinylethern, Epoxiden und Gemischen daraus.
Das Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Silizium enthaltende Basispolymer weiterhin ein Polymer aufweist, das dazu ausgestaltet ist, die Oberflächeneigenschaft des Basispolymers zu modifizieren, das wenigstens eine Monomereinheit enthält von:
wobei x zwischen etwa 1 und etwa 2 liegt, R₄ aus einer säurelabilen Funktionalität besteht, die mit einer hydrophilen Gruppe verbunden ist.
Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei die säurelabile Funktionalität ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus tertiären Alkylcarbonaten, tertiären Alkylestern, tertiären Alkylethern, Acetalen und Ketalen.
Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Gruppe mit der hydrophilen Stelle ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Phenolen, Alkoholen, Carbonsäuren, Amiden und Sulfonamiden.
Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Gewichtsverhältnis des Polymers, das dazu ausgebildet ist, die Oberflächeneigenschaft des Basispolymers zu modifizieren, zum Basispolymer in einem Bereich von 0,5:100 bis 20:100 liegt.
Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Polymer, das dazu ausgestaltet ist, die Oberflächeneigenschaft des Basispolymers zu modifizieren, wenigstens eine der Monomereinheiten aufweist von:
Das Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Silizium enthaltende Basispolymer Monomereinheiten aufweist, die enthalten: Monomereinheiten eines ersten Typs mit einer chemischen Verbindung von -SiO₂-, Monomereinheiten eines zweiten Typs mit einer chemischen Verbindung von
Monomereinheiten eines dritten Typs mit einer chemischen Verbindung von
Das Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Polymer, das dazu ausgestaltet ist, die Oberflächeneigenschaft des Basispolymers zu modifizieren, ein Bor-Silikat-Polymer ist, das aufweist: Monomereinheiten eines ersten Typs mit einer chemischen Verbindung von
Monomereinheiten eines zweiten Typs mit einer chemischen Verbindung von
Monomereinheiten eines dritten Typs mit einer chemischen Verbindung von
Das Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Monomereinheiten des ersten Typs einen Molprozentsatz über 40% des Bor-Silikat-Polymers haben.