TWI415914B - 可去除光阻層之組合物 - Google Patents

Description

可去除光阻層之組合物

本發明係關於一種在半導體製造過程中，去除光阻層之組合物及其使用方法。

圖一為先前技藝中，光阻層的塗敷、曝光、成像以及等離子刻蝕之流程示意圖。在半導體元件製造過程中，光阻層的塗敷、曝光以及成像對元件的圖案製造來說是必要的步驟，如圖一所示。在成像之後，底層襯底上待注入離子的光阻層需除去，而在襯底上不要注入離子的光阻層需保留。在注入離子後，光阻層需要除去，接著進行退火過程。目前，半導體製造工業一直使用二步法除去光阻層。第一步係利用等離子體刻蝕除去光阻層的大部分，接著利用濕刻蝕/清洗步驟除去且清洗掉剩餘的光阻層。刻蝕步驟需要極強的等離子灰化機，而第二步需要化學活性強的清洗溶液，該清洗溶液通常易燃且毒性強，在等離子體刻蝕步驟中要使用含氟化合物。在隨後的清洗/刻蝕步驟中，通常使用的化學成分是高濃度的有機溶劑和氟化物。清洗/刻蝕步驟需要在加熱的環境下進行且作用時間較長，因為在摻雜步驟中經過離子轟擊後，光阻層中的聚合物會變硬，因此其溶解性會變小，所以作用時間較長。如美國專利公告第6,777,380號、第6,274,537號以及第6,692,903號等，皆是使用上述二步驟方法。而且現有的方法在有些情況下並不能保證乾淨地去除光阻層。

由於上述先前技藝之成本高、產量低又涉及環境和光阻去除不乾淨等問題，因此，本發明之主要範疇在於提供一種可有效去除光阻層之組合物，以解決上述問題。

本發明之一範疇在於提供一種可有效去除光阻層的組合物，其包含化學部分以及機械部分，其中該化學部分包含溶解或軟化光阻層的化學成分和水，且該機械部分為研磨顆粒。

上述之化學部分可進一步包含表面活性劑及/或抑制劑。該表面活性劑有助於提高化學成分的清洗效果。該抑制劑能降低或阻止底層襯底的化學或機械的損減、腐蝕和點腐蝕。在離子注入中，典型的襯底為矽襯底，有時候一薄層氧化層會沉積在矽襯底上。拋光墊為具有平表面的任何塑膠片或不同表面處理/渠溝的塑膠片，以確保有足夠的清潔溶液分佈在拋光襯底上。底層襯底包含但不限於矽、二氧化矽、離子摻雜的二氧化矽、低介電常數k的材料和金屬等襯底，如鋁或銅。

上述之研磨顆粒的濃度不超過40%，該化學成分的濃度為1%~70%，該表面活性劑的濃度為0.001%~5%，該抑制劑的濃度為0.005%~10%，並且剩下之百分比例成分為水，其中以上百分比均指佔整個組合物的質量百分比。研磨顆粒可為無機及/或有機聚合物研磨顆粒。較佳地，無機研磨顆粒可為二氧化矽、氧化鋁、二氧化鈦、二氧化鈰以及氧化鋯中的一種或數種，且有機聚合物研磨顆粒可為不溶於該組合物的高分子聚合物研磨顆粒。較佳地，研磨顆粒的平均粒徑可為0.005~1.0μm，更佳地，可為0.02~0.5μm。

上述之化學成分可為氧化劑、有機溶劑或無機助溶物質。該氧化劑可為有機或無機過氧化物中的一種或數種，較佳地，該氧化劑可為過氧化氫、過乙酸、過硼酸、過氧化鈉、過硫酸銨、高錳酸鉀、硝酸及/或硝酸鹽。較佳地，該有機溶劑可為有機胺、有機醇、有機醇胺、有機醚及/或有機酮，且該無機助溶物質可為可以增加光阻層溶解度的水溶性無機鹽，可幫助轉化或溶解光阻層。較佳地，該無機助溶物質可為KOH、KNO₃、K₃PO₄、K₂SO₄、NH₄NO₃、(NH₄)₂SO₄、CsNO₃、CsOH、KCl、CsCl、 NH₄Cl及/或草酸銨等物質。

較佳地，上述之水可為去離子水。

本發明之化學部分可進一步包含絡合劑、分散劑、催化劑以及pH調節劑中的一種或數種。

本發明之另一範疇在於提供一種使用上述之組合物去除一晶片之一光阻層之方法。該方法包含下列步驟：(a)將拋光墊置於拋光平臺上，將晶片置於晶片固定夾內，在施加合適的壓力下，使晶片與拋光墊接觸；(b)施加本發明的組合物於拋光墊以及與其接觸的晶片上，旋轉拋光墊及/或晶片使拋光墊摩擦晶片表面，直至徹底除去光阻層。

上述晶片拋光後，可進一步藉由清洗步驟清洗之。該清洗步驟為：將拋光後的晶片從固定夾內取出，並清洗之。可以僅用去離子水清洗晶片。較佳地，去離子水中含有添加劑，以達到更佳的清潔效果。該清洗步驟可以於清洗晶片時，同時刷洗晶片。清洗晶片可以是指在同一或不同的拋光平臺上使用同一或不同的拋光墊緩衝晶片表面。

因此，本發明之組合物具有下列功效：(1)利用本發明之組合物去除光阻層，可以將習知光阻層清潔步驟從二步(等離子體刻蝕和濕刻蝕)減至一步(化學機械拋光清潔)，使得步驟得到簡化、成本得到降低；(2)該組合物使用毒性小、可燃性小的化學物質且減少化學成分的用量，使得其與環境更加友善、減少化學廢物處理的費用(特別是減少化學成分的使用量)；(3)使用該組合物可縮短清潔時間，最終提高產量；(4)該組合物將殘留物除去得更徹底，最終提高導電性能。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述得到進一步的瞭解。

為達到上述有關本發明之範疇，所採用之技術手段及其餘功效，茲舉數個較佳實施例加以說明如下：

第一實施例：

於此實施例中，本發明之組合物包含150g之二氧化矽(平均粒徑為80nm)、1500g之乙醇胺以及1350g之去離子水。清洗時，先將拋光墊置於拋光平臺上，將晶片置於晶片固定夾內，在施加壓力3Psi下使晶片與拋光墊接觸；施加上述組合物於拋光墊和與其接觸的晶片上，以每分鐘75轉的轉速旋轉拋光墊和每分鐘55轉的轉速旋轉晶片使拋光墊摩擦晶片表面，直至徹底除去光阻層。

第二實施例：

於此實施例中，本發明之組合物包含150g之二氧化鈦(平均粒徑為50nm)、1500g之乙醇胺以及1350g之去離子水。清洗時，先將拋光墊置於拋光平臺上，將晶片置於晶片固定夾內，在施加3Psi壓力下使晶片與拋光墊接觸；施加上述組合物於拋光墊和與其接觸的晶片上，以每分鐘75轉的轉速旋轉拋光墊和每分鐘55轉的轉速旋轉晶片使拋光墊摩擦晶片表面，直至徹底除去光阻層。

第三實施例：

於此實施例中，本發明之組合物包含150g之二氧化矽(平均粒徑為100nm)、30g之過硫酸銨、1000g之乙醇、3g之非離子表面活性劑以及1817g之去離子水。清洗時，先將拋光墊置於拋光平臺上，將晶片置於晶片固定夾內，在施加2Psi壓力下使晶片與拋光墊接觸；施加上述組合物於拋光墊和與其接觸的晶片上，以 每分鐘75轉的轉速旋轉拋光墊和每分鐘55轉的轉速旋轉晶片使拋光墊摩擦晶片表面，直至徹底除去光阻層。

第四實施例：

於此實施例中，本發明之組合物包含1200g之氧化鋁(平均粒徑為5nm)、15g之過硫酸銨、15g之乙二胺、0.03g之非離子表面活性劑、0.15g之苯並三唑以及1769.82g之去離子水。清洗時，先將拋光墊置於拋光平臺上，將晶片置於晶片固定夾內，在施加1Psi壓力下使晶片與拋光墊接觸；施加上述組合物於拋光墊和與其接觸的晶片上，以每分鐘75轉的轉速旋轉拋光墊和每分鐘55轉的轉速旋轉晶片使拋光墊摩擦晶片表面，直至徹底除去光阻層。

第五實施例：

於此實施例中，本發明之組合物包含10g之聚氨基甲酸酯研磨顆粒(平均粒徑為1000nm)、1830g之乙二胺、150g之非離子表面活性劑、270g之硝酸鉀、30g之三唑和710g之去離子水。清洗時，先將拋光墊置於拋光平臺上，將晶片置於晶片固定夾內，在施加3Psi壓力下使晶片與拋光墊接觸；施加上述組合物於拋光墊和與其接觸的晶片上，以每分鐘75轉的轉速旋轉拋光墊和每分鐘55轉的轉速旋轉晶片使拋光墊摩擦晶片表面，直至徹底除去光阻層。

相較於先前技藝，根據本發明之組合物，可達成下列功效：(1)利用本發明之組合物去除光阻層，可以將習知光阻層清潔步驟從二步(等離子體刻蝕和濕刻蝕)減至一步(化學機械拋光清潔)，使得步驟得到簡化、成本得到降低；(2)該組合物使用毒性小、可燃性小的化學物質且減少化學成分的用量，使得其與環境更加友善、減少化學廢物處理的費用(特別是減少化學成分的使用量)；(3)使用該組合物可縮短清潔時間，最終提高產量；(4)該組合物將 殘留物除去得更徹底，最終提高導電性能。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。因此，本發明所申請之專利範圍的範疇應該根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。

圖一為先前技藝中，光阻層的塗敷、曝光、成像以及等離子刻蝕之流程示意圖。

Claims (24)

1. 一種組合物(Composition)，用以去除一光阻層(Photoresist layer)，該組合物包含：一化學部分(Chemical portion)，該化學部分包含可溶解或軟化該光阻層之一化學成分(Chemical constituent)或水；以及一機械部分(Mechanical portion)，該機械部分包含一研磨顆粒(Grinding grain)，其中，該研磨顆粒的平均粒徑為0.005~1.0μm，該化學成分包含氧化劑、有機物質或無機助溶物質，該有機物質包含有機胺，有機醇，有機醇胺，有機醚及/或有機酮。
2. 如申請專利範圍第1項所述之組合物，其中該化學部分進一步包含一表面活性劑及/或抑制劑。
3. 如申請專利範圍第2項所述之組合物，其中該研磨顆粒之濃度不超過40%，該化學成分之濃度為1%~70%，該表面活性劑之濃度為0.001%~5%，該抑制劑之濃度為0.005%~10%以及水之濃度為剩下之百分比例，其中以上百分比均指佔該組合物之質量百分比。
4. 如申請專利範圍第1項所述之組合物，其中該研磨顆粒為無機及/或有機聚合物研磨顆粒。
5. 如申請專利範圍第4項所述之組合物，其中該無機研磨顆粒為二氧化矽、氧化鋁、二氧化鈦、二氧化鈰以及氧化鋯中的一種或數種。
6. 如申請專利範圍第4項所述之組合物，其中該有機聚合物研磨顆粒係不溶於該組合物之高分子聚合物研磨顆粒。
7. 如申請專利範圍第1項所述之組合物，其中該研磨顆粒的平均粒徑為0.02~0.5μm。
8. 如申請專利範圍第1項所述之組合物，其中該無機助溶物質為可增加該光阻層溶解度的水溶性無機鹽。
9. 如申請專利範圍第1項所述之組合物，其中該無機助溶物質為KOH、KNO₃、K₃PO₄、K₂SO₄、NH₄NO₃、(NH₄)₂SO₄、CsNO₃、CsOH、KCl、CsCl、NH₄Cl及/或草酸銨。
10. 如申請專利範圍第1項所述之組合物，其中該氧化劑為過氧化氫、過乙酸、過硼酸、過氧化鈉、過硫酸銨、高錳酸鉀、硝酸及/或硝酸鹽。
11. 如申請專利範圍第1項所述之組合物，其中該水為去離子水。
12. 如申請專利範圍第1項所述之組合物，其中該化學部分進一步包含絡合劑、分散劑、催化劑以及pH調節劑中的一種或數種。
13. 一種使用一組合物去除一晶片之一光阻層之方法，該組合物包含一化學部分以及一機械部分，該化學部分包含可溶解或軟化該光阻層之一化學成分或水，該機械部分包含一研磨顆粒，該方法包含下列步驟：(a)將一拋光墊置於一拋光平臺上，將該晶片置於一晶片固定夾內，在施加合適的壓力下，使該晶片與該拋光墊接觸；以及(b)施加該組合物於該拋光墊以及與其接觸之該晶片上，旋轉該拋光墊及/或該晶片，致使該拋光墊摩擦該晶片表面，直至徹底除去該光阻層，其中，該研磨顆粒的平均粒徑為0.005~1.0μm，該化學成分包含氧化劑、有機物質或無機助溶物質，該有機物質包含有機胺，有機醇，有機醇胺，有機醚及/或有機酮。
14. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該化學部分進一步包含一表面活性劑及/或抑制劑。
15. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中該研磨顆粒之濃度不 超過40%，該化學成分之濃度為1%~70%，該表面活性劑之濃度為0.001%~5%，該抑制劑之濃度為0.005%~10%以及水之濃度為剩下之百分比例，其中以上百分比均指佔該組合物之質量百分比。
16. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該研磨顆粒為無機及/或有機聚合物研磨顆粒。
17. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中該無機研磨顆粒為二氧化矽、氧化鋁、二氧化鈦、二氧化鈰以及氧化鋯中的一種或數種。
18. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中該有機聚合物研磨顆粒係不溶於該組合物之高分子聚合物研磨顆粒。
19. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該研磨顆粒的平均粒徑為0.02~0.5μm。
20. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該無機助溶物質為可增加該光阻層溶解度的水溶性無機鹽。
21. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該無機助溶物質為KOH、KNO₃、K₃PO₄、K₂SO₄、NH₄NO₃、(NH₄)₂SO₄、CsNO₃、CsOH、KCl、CsCl、NH₄Cl及/或草酸銨。
22. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該氧化劑為過氧化氫、過乙酸、過硼酸、過氧化鈉、過硫酸銨、高錳酸鉀、硝酸及/或硝酸鹽。
23. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該水為去離子水。
24. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該化學部分進一步包含絡合劑、分散劑、催化劑以及pH調節劑中的一種或數種。