TWI420262B - 用於乾膜移除的剝除劑 - Google Patents

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Description

用於乾膜移除的剝除劑 相關申請的交叉參考
本申請要求於2008年3月7日提交的美國臨時申請案第61/034592號的權益。
本發明涉及用於乾膜移除的剝除劑(stripper)。
在晶片上半導體電路的製造中，晶片被週期性塗敷有光阻劑以製造電路、電子器件和通道以及互連的不同的層。在顯影(develop)並使用光阻劑後，進行刻蝕和灰化(ashing)，導致必須在進一步處理前移除的殘留物。已經利用剝除劑來移除不需要的光阻劑和刻蝕和灰化的殘留物。選擇性地移除光阻劑、刻蝕殘留物或灰化殘留物而不損傷所需的電路結構是很困難的。剝除劑必須與介電和金屬導電材料相相容。這些不同類型材料的任一個的腐蝕速率必須在可接受的水準內。
對於厚的乾膜(通常從70至120微米(μm)的範圍)的移除應用商業上可得到的剝除劑包括二甲基亞碸(DMSO)和氫氧化四甲基銨(TMAH)的混合物。這些剝除劑通常在升高的溫度下(>90℃)操作並受到短的槽池壽命(bath-life)的影響。在該範圍中的剝除劑在US2005/0263743,US2006/0094613和US2006/0115970中描述。
本發明是從半導體器件表面移除光阻劑、刻蝕殘留物或灰化(ash)殘留物的光阻劑剝除劑配方，包括羥胺；水；溶劑，選自二甲基亞碸、N-甲基吡咯烷、二甲基乙醯胺、二丙二醇一甲基醚、單乙醇胺和它們的混合物；鹼(base)，選自氫氧化膽鹼、單乙醇胺、氫氧化四甲基銨；胺基乙基乙醇胺和它們的混合物；金屬腐蝕抑制劑，選自鄰苯二酚、沒食子酸、乳酸、苯并三唑和它們的混合物；和槽池壽命延長劑，選自丙三醇、丙二醇和它們的混合物。
本發明還是利用上述配方剝離光阻劑、刻蝕殘留物或灰化殘留物的方法。
已經在該領域內使用光阻劑剝除劑配方，但是目前這些配方受到高的銅導體刻蝕速率和較短的光阻劑剝除劑的有效槽池壽命和不希望的操作溫度的影響。
在本發明中，研發出新的光阻劑剝除劑用於乾膜移除的應用。為了改進這些問題，進行了一系列的測試，並發現了與乾膜移除和銅保護非常相關的多個關鍵組份。與用於乾膜清潔的商用剝除劑相比，該剝除劑可以在更溫和的條件下(優選60℃30分鐘)使用並具有相當的清潔性能和銅導線刻蝕速率。此外，在本發明中，有效的槽池壽命顯著提高。
本發明中的配方具有一些明顯的特徵：
1.本發明的剝除劑顯示出了在60℃下30分鐘而沒有攪拌時，乾膜的良好的可清潔性；
2.通過掃描電子顯微鏡(SEM)的檢查、利用本剝除劑處理的基底截面還顯示出了在75小時測試週期內銅損失小於10%；
3.本發明的剝除劑的槽池壽命在60℃時高於75小時。
工作實施例
在工作實施例中，使用下面的縮寫：TMAH=氫氧化四甲基銨；DMSO=二甲基亞碸；HA=羥胺；NMP=N-甲基吡咯烷；DMAC=二甲基乙醯胺；DPM=二丙二醇一甲基醚；MEA=單乙醇胺；AEEA=胺基乙基乙醇胺；DIW=去離子水；BZT=苯并三唑。
實施例1
本光阻劑剝除劑配方根據下面的表1進行製備。
本發明所得到的光阻劑剝除劑配方的一實施方案具有如表2中所述的組成，顯示出了對於優選實施方案的組分含量的優選範圍。
表2的優選實施方案在60℃ 30分鐘的處理條件下，在基底上的離散圖案化膜(乾膜)上進行測試。從圖1所示的SEM掃描圖像中清楚地示出極好的清潔性能。
預期本發明的光阻劑配方的變化，包括但不限於下面表3中列出的類似物。
實施例2
表2的優選實施方案在60℃的處理條件下、對於下面的表4所示的時間間隔、在基底上的銅膜上進行測試。
通過掃描電子顯微鏡(SEM)對銅損失進行檢查。SEM數據在圖2中示出。
圖2和表4中所示的資料證明了本發明的剝除劑配方的本實施方案顯示出了在寬範圍的曝光時間下可接受的銅刻蝕水準。銅損失在75小時測試週期內小於10%。
實施例3
表2的優選實施方案在60℃的處理條件下，對於20小時、27小時、45小時和75小時的時間間隔，在基底上的離散圖案化膜上進行測試。SEM圖像在圖3中示出。下面的表5顯示出了基於膜從來自圖像的圖案化的幾何結構移除，有效的槽池壽命的目測。
表5的結果顯示出了如表2的實施方案所例示的本發明的剝除劑的有效槽池壽命在75小時的範圍內具有有效的剝離能力。
鹼另外的例子包括氫氧化苯甲基三甲銨，氫氧化二基二乙基銨，氫氧化乙基三甲銨，氫氧化甲基三乙銨，氫氧化四丁基銨氫氧化四乙基銨，氫氧化四丙基銨，和具有在銨基團上代替氫的類似有機基團的氫氧化銨，所述有機基團例如烷基和芳香基，其包括甲基、乙基、丙基、丁基、戊基和已基的多個組合。
工作實施例已經顯示出研發了新的光阻劑剝除劑用於乾膜移除的應用。發現了與乾膜移除和銅保護非常相關的若干關鍵組份。在剝離配方中的羥胺與乾膜起反應並增加溶解度，其允許顯著降低的處理溫度，一般下降到60℃；丙三醇和/或甘油減慢DIW蒸發速度並延長槽池壽命；和鄰苯二酚防止銅腐蝕。
所述剝離配方已經證明了工作實施例中基底上離散圖案化膜(乾膜)上的剝離效果。然而，應當理解，剝離配方可以用於從任何半導體器件表面上移除光阻劑，和從刻蝕和灰化工序留下的殘留物。
雖然已經詳細描述了本發明的具體實施例，但是本領域技術人員可以理解根據公開內容的整體教導，這些細節的多種變形和可替換物可以得到。因此，公開的具體實施例僅是示例性的，並不限制本發明的範圍，其由所附權利要求的全部精神和其所有等同物限定。
圖1是示出了利用表2中的配方的清潔性能的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。
圖2是示出了當使用表2中的配方時在75小時測試週期內銅損失的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。
圖3是示出了當使用表2中的配方時在75小時測試週期內有效槽池壽命的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。

Claims (10)

  1. 一種從半導體器件表面移除光阻劑、刻蝕殘留物或灰化殘留物的光阻劑剝除劑配方，由以下成分組成：2.5至5wt%的羥胺；5至10wt%的水；40至70wt%的溶劑，選自二甲基亞碸；N-甲基吡咯烷；二甲基乙醯胺；二丙二醇一甲基醚；單乙醇胺和它們的混合物；5至7.5wt%的鹼，選自氫氧化膽鹼、單乙醇胺、氫氧化四甲基銨、胺基乙基乙醇胺和它們的混合物；0.25至1.0wt%的金屬腐蝕抑制劑，選自鄰苯二酚、沒食子酸、乳酸、苯并三唑和它們的混合物；和2.0至10wt%的槽池壽命延長劑，其為丙三醇。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的光阻劑剝除劑配方，由以下成分組成：5至10wt%的羥胺(50%水溶液)；5至10wt%的水；40至70wt%的二甲基亞碸；20至30wt%的氫氧化四甲基銨(25%水溶液)；0.25至1.0wt%的鄰苯二酚；和2至10wt%的丙三醇。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的光阻劑剝除劑配方， 由以下成分組成：8.26wt%的羥胺(50%水溶液)；5.72wt%的水；57.18wt%的二甲基亞碸；22.87wt%的氫氧化四甲基銨(25%水溶液)；0.57wt%的鄰苯二酚；和5.4wt%的丙三醇。
  4. 一種從半導體器件表面移除光阻劑、刻蝕殘留物或灰化殘留物的方法，包括利用光阻劑剝除劑配方接觸所述光阻劑、刻蝕殘留物或灰化殘留物，該光阻劑剝除劑配方由以下成分組成：2.5至5wt%的羥胺；5至10wt%的水；40至70wt%的溶劑，選自二甲基亞碸；N-甲基吡咯烷；二甲基乙醯胺；二丙二醇一甲基醚；單乙醇胺和它們的混合物；5至7.5wt%的鹼，選自氫氧化膽鹼、單乙醇胺、氫氧化四甲基銨；胺基乙基乙醇胺和它們的混合物；0.25至1.0wt%的金屬腐蝕抑制劑，選自鄰苯二酚、沒食子酸、乳酸、苯并三唑和它們的混合物；和2.0至10wt%的槽池壽命延長劑，其為丙三醇。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的方法，其中所述光阻 劑剝除劑配方由以下成分組成：5至10wt%的羥胺(50%水溶液)；5至10wt%的水；40至70wt%的二甲基亞碸；20至30wt%的氫氧化四甲基銨(25%水溶液)；0.25至1.0wt%的鄰苯二酚；和2至10wt%的丙三醇。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的方法，其中所述光阻劑剝除劑配方由以下成分組成：8.26wt%的羥胺(50%水溶液)；5.72wt%的水；57.18wt%的二甲基亞碸；22.87wt%的氫氧化四甲基銨(25%水溶液)；0.57wt%的鄰苯二酚；和5.4wt%的丙三醇。
  7. 如申請專利範圍第4項的方法，其中該光阻劑、刻蝕殘留物或灰化殘留物在低於70℃的溫度下與所述配方接觸。
  8. 如申請專利範圍第7項的方法，其中溫度是60℃。
  9. 如申請專利範圍第4項的方法，其中該光阻劑、刻 蝕殘留物或灰化殘留物與所述配方接觸的時間小於60分鐘。
  10. 如申請專利範圍第9項的方法，其中該光阻劑、刻蝕殘留物或灰化殘留物與所述配方接觸的時間不大於30分鐘。
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