DE3821231A1

DE3821231A1 - Entschichterloesung fuer gehaertete positivlacke

Info

Publication number: DE3821231A1
Application number: DE19883821231
Authority: DE
Inventors: Ernst Andrascek; Hans Hadersbeck
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1987-06-25
Filing date: 1988-06-23
Publication date: 1989-01-05

Description

Die Erfindung betrifft eine Entschichterlösung für gehärtete Positivlacke sowie ein Verfahren zu seiner Verwendung.

Photolacke sind Hilfsmittel zur Strukturierung der Oberflächen speziell von Halbleitersubstraten. Photolackschichten werden als bilderzeugendes Medium beim Übertragen der vorgefertigten Struktur einer Maske auf das Substrat in einem Bestrahlungspro zeß eingesetzt. Zur weiteren Strukturierung des Substrates dient nun die Photolackschicht auf dem Substrat als Maske, zum Beispiel für Plasmaätzprozesse.

Besonders feine Strukturen können mit positiv arbeitenden Pho tolacken erzeugt werden. Der nach der Bildübertragung nicht "belichtete" Teil der Photolackschicht bleibt nach Entwicklung bestehen und muß für die folgenden Prozesse meist noch bei Tem peraturen bis ca. 150°C ausgehärtet werden.

Nach dem sich daran anschließenden strukturerzeugenden Prozeß wird die Photolackmaske mittels eines Entschichters vom Sub strat abgelöst.

Für den Aufbau weiterer Schichten bzw. Strukturen auf dem Sub strat ist es notwendig, den Photolack vollständig zu entfernen. Dabei dürfen jedoch die darunterliegenden Schichten (zum Bei spiel Leiterbahnen aus Metall) nicht angegriffen oder beschä digt und auch nicht kontaminiert werden, da es sonst im späte ren Bauelement zu Funktionsstörungen kommen kann.

Bisher wurden zum Ablösen von Positivphotolacken bevorzugt Naß entschichterlösungen verwendet. Diese enthalten üblicherweise eine oder mehrere der folgenden Verbindungen und Lösungsmittel: Halogenierte Kohlenwasserstoffe, zum Beispiel Methylenchlorid oder Tetrachlorethylen; Amine und deren Derivate, zum Beispiel Dimethylformamid, N-Methyl-2-pyrrolidon und Diethanolamin; Glykolether wie zum Beispiel Ethylenglykolmonoethylether, 2-Butoxyethanol und deren Acetate; Ketone wie Methylethylketon, Aceton und Cyclohexanon sowie Verbindungen wie Natriumphenolat, Schwefelsäure/Salpetersäuregemische, Perschwefelsäuremischungen und Lösungen vieler anderer ätzender Stoffe.

Diese Mischungen weisen eine Reihe von Nachteilen auf: uner wünscht leichte Entflammbarkeit, hohe Flüchtigkeit und/oder zu hohe Toxizität. Oft sind sie schwer zu handhaben, da durch die hohe Aggressivität auch unter dem Photolack liegende Schichten angegriffen werden. Bei über 120°C ausgeheizten Positivphoto lacken ist zudem ein vollständiges Ablösen vom Substrat nicht mehr einwandfrei möglich.

Eine weitere Möglichkeit zum Entfernen von Photolack ist durch Plasmaätzen (Veraschen) gegeben. Doch wird dabei der darunter liegende Halbleiteraufbau arg strapaziert, was nicht selten zu Funktionsstörungen des fertigen Bauelements führt. Zum Beispiel kann es durch die im Plasma erzeugten Ladungsträger zu elektro statischen Aufladungen des Bauelements und in der Folge zu un erwünschten elektrischen Strömen kommen (zum Beispiel 1_cc-Ef fekt). Diese Funktionsstörungen müssen durch Temperung bei 420°C ausgeheilt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Entschich terlösung anzugeben, mit der auch bei hohen Temperaturen (150°C) ausgehärtete Positivphotolacke vollständig und problem los entfernt werden können, ohne daß dabei ein Angriff auf Me talloberflächen (zum Beispiel Aluminium) stattfindet und die einen gefahrloseren Umgang (Toxizität, Entzündlichkeit der Dämpfe) ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Entschich terlösung der eingangs genannten Art, enthaltend

a) 20 bis 80 Volumen-Prozent eines niederen wasserlöslichen Alkohols,
b) 10 bis 50 Volumen-Prozent eines oder mehrerer Glykole oder Glykolether und
c) deionisiertes Wasser in einem derartigen Anteil, daß die Summe der Anteile a), b) und c) zusammen 100 Volumen-Prozent ergibt, sowie
d) einen Zusatz einer basischen alkalifreien oder einer sauren Komponente in einem Anteil von 1 bis 4 Promille bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten a), b) und c).

Weiterhin liegt es im Rahmen der Erfindung, daß zum Ablösen ge härteter Strukturen unbelichteten positiven Photolacks von einem Halbleitersubstrat das Substrat in einem die Entschichter lösung enthaltenden Bad mit Ultraschallunterstützung behandelt wird.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Mit der erfindungsgemäßen Entschichterlösung wird die Positiv lackschicht sauber entfernt, ohne daß ein Angriff auf Aluminium- und andere Metalloberflächen stattfindet. Auch Polyimidschich ten, Epoxidesterschichten und ähnliche Hilfsschichten bleiben unversehrt. Das Verfahren kann bis zu einer Entschichterbadtem peratur von 45°C durchgeführt werden. Dabei entstehen noch keine flammbaren Lösungsmitteldämpfe.

In geeigneten (geschlossenen) Bädern ist auch eine höhere Bad temperatur möglich, doch arbeitet die Entschichterlösung bereits bei Raumtemperatur zufriedenstellend.

Auch durch Plasmabehandlung, zum Beispiel Plasmanitridätzen in ihrer chemischen Struktur veränderte und gegen Lösungsmittel resistent gewordene Positivlackschichten können entfernt werden. Dazu kann eine Wiederholung der Behandlung in einem zweiten gleichartigen Entschichterbad nötig sein. Üblicherweise ist je doch eine einmalige zweiminütige Behandlung in einem Bad aus reichend.

Grundbestandteil der erfindungsgemäßen Entschichterlösung ist ein niederer mit Wasser mischbarer primärer oder sekundärer Alkohol. Wegen der leichten Verfügbarkeit und gleichzeitig nie drigen Toxizität sind dabei Ethanol und 2-Propanol (iso-Pro panol) bevorzugt. Der Anteil des Alkohols an der Lösung macht vorteilhafterweise 40 bis 60 Volumen-Prozent aus. Die obere Grenze wird von der Temperatur des Entschichterbades bestimmt, um keine unerwünscht hohen Konzentrationen an Alkoholdampf in der Luft über dem Bad zu erzeugen.

Die zweite Hauptkomponente b) bildet ein oder mehrere Glykole oder Glykolether. Auch Di- und höhere Glykolether (zum Bei spiel von Diethylenglykol, Polyethylenglykol) sind möglich, vorausgesetzt sie sind mit Wasser mischbar. Bevorzugt werden jedoch vor allem wegen der niederen Toxizität Diethylenglykol monoethyl- und -monomethylether. Gute Ergebnisse werden mit einer 1:1 Mischung (Volumen) der beiden letztgenannten Glykol ether in einem Anteil von 20 bis 40 Volumen-Prozent an der Ge samtlösung erzielt.

Deionisiertes Wasser ist die letzte Hauptkomponente, die in Ab hängigkeit von den Anteilen der beiden Komponenten a) und b) in der Lösung enthalten ist und mit diesen zusammen 100 Volumen- Prozent ergibt.

Als letzter Bestandteil ist mit geringem Anteil eine basische oder eine saure Komponente enthalten. Der ca. 1 bis 4 Promille (bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten a) + b) + c)) ausmachende Zusatz dient dazu, einen pH-Wert von ca. 11 bis 13 oder ca. 1 bis 3 einzustellen. Alkali (zum Beispiel NaOH) ist dabei ausgeschlossen. Am besten geeignet sind schwächer basi sche Salze oder organische Verbindungen, wie Amine und Ammonium verbindungen. Geeignet sind zum Beispiel Kaliumcarbonat, Guani dincarbonat, Cholin oder Aminosäuren wie zum Beispiel Lysin. Als saure Komponenten sind Mineralsäuren und organische Säuren ge eignet. Geeignete Verbindungen für letzter sind zum Beispiel aus der Gruppe der Carbonsäuren, der Sulfonsäuren oder der Phe nole ausgewählt.

Der hohe pH-Wert erleichtert die Ablösung des Photolacks, der auf Novolackbasis aufgebaut ist. Nach oben hin sollte der pH- Wert 13 nicht überschritten werden, um nicht Aluminium oder Polyimid anzugreifen. Denkbar ist dazu auch eine Pufferung der Lösung, um den pH-Wert stabil zu halten. Auch im sauren Bereich wird eine gute Ablösung des Photolacks beobachtet.

Bei starker Beanspruchung des Entschichterbades kann auch eine weitere Zugabe der basischen oder sauren Komponente während des Ablöseprozesses nötig sein.

Die Entschichterlösung ist klar und stabil. Sie kann über mehre re Monate verwahrt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei spiels näher erläutert.

Ein Aluminiumleiterbahnen aufweisendes Halbleitersubstrat wird mit Hilfe eines bei 150°C ausgehärteten Positivphotolacks struk turiert. Dazu wird ein Tetrachlorkohlenstoff-Plasma zur Ätzung des Aluminiums verwendet. Durch das Plasma erfährt der Photo lack eine chemische Veränderung und wird gegen Lösungsmittel resistent. Man spricht auch von "gestreßtem" Photolack.

Zum Ablösen des verhärteten Photolacks wird das Substrat nun in ein Ultraschallbad gegeben, das pro Liter Lösung folgende Be standteile enthält:
500 ml Ethanol denaturiert
150 ml Diethylenglykolmonoethylether
150 ml Diethylenglykolmonomethylether
200 ml deonisiertes Wasser
2 gr Kaliumcarbonat (K₂CO₃)

Auf das Bad von 35°C läßt man Ultraschall einwirken. Der Fort gang des Ablöseprozesses kann am Dunklerwerden der Lösung op tisch verfolgt werden.

Nach drei Minuten wird das Substrat herausgenommen und der Ab löseprozeß mit einer frischen Entschichterlösung wiederholt.

Nach weiteren drei Minuten ist der Photolack vollständig ent fernt. Das Substrat wird aus dem Bad genommen und kann dank der hydrophilen Oberfläche mit vollentsalztem Wasser abgespült werden und wird schließlich getrocknet.

Die Aluminiumleiterbahnen und die übrige Oberfläche des Sub strats sind unversehrt geblieben. Es hat sich auch keine Kon tamination gebildet, so daß zur Fertigstellung des elektroni schen Bauelements weitere Schichten auf das Substrat aufgebracht werden können.

In einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungsgedankens kann bei Verwendung einer basischen Entschichterlösung die Löslich keit der Photolackstrukturen durch Vorbehandlung der die Photo lackstrukturen tragenden Substrate mit einer Säurelösung vor dem Entschichterbad erhöht werden. Die Vorbehandlung kann aus einem weiteren, dem Entschichterbad vorgeschaltetem Bad beste hen, oder kann durch Besprühen oder Abspülen des Substrats mit Säurelösung vorgenommen werden. Geeignete Lösungen hierfür kön nen wäßrig oder organisch sein und entsprechend auch anorgani sche oder organische Säuren enthalten. Möglich sind hierfür zum Beispiel verdünnte Mineralsäuren, Carbonsäuren, Sulfonsäuren, Phenole oder ähnliche saure Verbindungen, sofern sie keine Kon tamination der elektronischen Bauelemente hervorrufen.

Mit einer solchen Vorbehandlung wird im Entschichterbad eine deutlich verbesserte Löslichkeit des Photolacks beobachtet und so zum Beispiel auch eine weitere Zeitersparnis erzielt.

Claims

1. Entschichterlösung für gehärtete Positivlacke, enthaltend

2. Entschichterlösung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der niedere Alkohol Ethanol oder 2-Propanol ist.

3. Entschichter nach mindestens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompo nente b) Diethylenglykolmonoethylether und/oder Diethylengly kolmonomethylether, vorzugsweise eine 1:1 Mischung der beiden Ether ist.

4. Entschichterlösung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der An teil des niederen Alkohols im Entschichter 40 bis 60 Volumen- Prozent beträgt.

5. Entschichterlösung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der An teil der Komponente b) zwischen 20 und 40 Volumen-Prozent liegt.

6. Entschichterlösung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente d) eine basische Komponente ist und ausgewählt ist aus der Gruppe Kaliumcarbonat, Guanidincarbonat, Lysin oder Cholin.

7. Entschichterlösung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente d) eine Mineralsäure ist.

8. Entschichterlösung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente d) eine organische Säure ist.

9. Verfahren zum Ablösen gehärteter Strukturen unbelichteten positiven Photolacks von einem Halbleitersubstrat unter Verwen dung einer Entschichterlösung nach mindestens einem der An sprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat in einem die Entschichterlösung enthaltenden Bad mit Ultraschallunterstützung behandelt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß das Entschichterbad auf maximal 45°C, vorzugsweise auf 35°C aufgeheizt ist.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch ge kennzeichnet, daß zum Ablösen besonders resisten ter Photolackschichten (zum Beispiel nach einer Plasmabehand lung) die Prozedur in einem zweiten gleichartigen Bad wieder holt wird.

12. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der pH auf einen Wert von 11-13 eingestellt wird.

13. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der pH auf einen Wert von 1 bis 3 eingestellt wird.

14. Verfahren zum Entschichten von gehärteten, unbelichteten po sitiven Photolackstrukturen nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer basischen Entschichterlösung das Substrat mit dem gehärteten Photolack vor der Entschichtung mit einer Säure lösung vorbehandelt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekenn zeichnet, daß zur Vorbehandlung eine verdünnte Mine ralsäure verwendet wird.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekenn zeichnet, daß die Vorbehandlung mit einer sauren organi sche Verbindungen enthaltenden Lösung erfolgt.