TWI577793B - Preparation method of stripping liquid and pattern for photolithography etching - Google Patents
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Description
本發明係關於適用於IC、LSI等半導體元件或液晶面板元件等之製造中之光微影蝕刻用剝離液、及使用其之圖型形成方法。
在製造IC、LSI等半導體元件或液晶面板元件時,首先在矽晶圓、玻璃等基板上形成經CVD蒸鍍之金屬膜或SiO2膜等之絕緣膜。接著,於金屬膜或絕緣膜上均勻塗佈光阻組成物而形成光阻膜,使該光阻膜選擇性曝光、顯像,形成光阻圖型。接著,以該光阻圖型作為遮罩對基板進行蝕刻處理,形成微細電路。隨後,使光阻圖型灰化,且使用光微影用剝離液,剝離去除灰化後之光阻圖型之殘留物及蝕刻殘留物。
又,作為上述金屬膜,係使用鋁(Al);鋁-矽(Al-Si)、鋁-銅(Al-Cu)、鋁-矽-銅(Al-Si-Cu)等之鋁合金(Al合金);鈦(Ti);氮化鈦(TiN)、鈦鎢(TiW)等之鈦合金(Ti合金);鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)、鎢(W)、氮化鎢(WN)、銅(Cu)等。又,金屬膜或絕緣膜以外,亦可使用有機SOG(旋塗式玻璃)膜等之層間絕緣膜。該等金屬膜、絕緣膜、層間絕緣膜等可以單層~複數層於基板上形成。
此處,上述光微影蝕刻用剝離液期望可有效地剝離去
除光阻圖型之殘留物及蝕刻殘留物,且對金屬之防腐蝕性優異。為達成二者之性能,以往已提案使用氫氟酸及作為其抗衡胺(counter amine)之氨的化合物(參照專利文獻1~3),或使用氫氟酸及作為其抗衡胺之1,8-二氮雜雙環[5.4.0]十一碳烯-7的化合物(參照專利文獻4)等。
[專利文獻1]特開2001-83713號公報
[專利文獻2]特開平9-197681號公報
[專利文獻3]特開2000-47401號公報
[專利文獻4]特開2000-181083號公報
不過,剝離去除光阻圖型之殘留物及蝕刻殘留物時,有循環使用光微影蝕刻用剝離液,但該情況下,作為光微影蝕刻用剝離液期望有不隨時間經過而能維持均一性能特性。
然而,本發明人等檢討後,發現長時間持續循環使用專利文獻1~4中所記載之光微影蝕刻用剝離液時,隨著組成變化而有使光阻圖型之殘留物及蝕刻殘留物之剝離去除性能降低,且進行金屬腐蝕之問題。且,亦發現為提高剝離去除性能而在加溫條件下使用光微影蝕刻用剝離液時,上述問題更為顯著。
本發明係鑑於上述課題而完成者,其目的係提供一種可有效剝離去除光阻圖型之殘留物及蝕刻殘留物、對金屬之防腐蝕性優異,進而亦可長時間持續使用之光微影蝕刻用剝離液、及使用其之圖型形成方法。
本發明人等為解決上述課題,而著眼於光微影蝕刻用剝離液中含有之作為氫氟酸之抗衡胺之鹼性化合物重複積極研究。其結果,發現使用特定之鹼性化合物作為抗衡胺可解決上述課題,因而完成本發明。更具體而言,本發明係提供以下者。
本發明之第一樣態為一種光微影蝕刻用剝離液,其含有(A)氫氟酸、(B)以下述通式(b-1)表示之鹼性化合物,及(C)水,
(通式(b-1)中,R1b至R5b各自獨立表示氫原子、或可具有羥基、羧基、胺基、或磺酸基之碳數1~6之烷基,且R1b至R5b之至少一個為氫原子,R1b至R4b中之任一個可與R5b相互鍵結形成環構造,Y1b及Y2b各自獨立表示碳數1~3之伸烷基,n表示0~5之整數,n為2以上時,複數個R5b彼此及複數個Y1b彼此可相同亦可不同,R5b可彼此相互鍵結形成環構造)。
本發明之第二樣態為一種圖型形成方法,其係以設於基板上之光阻圖型作為遮罩而蝕刻該基板,接著使前述光阻圖型灰化(ashing)後,使用本發明第一樣態之光微影蝕刻用剝離液,剝離去除前述光阻圖型之殘留物及蝕刻殘留物。
依據本發明可提供一種可有效剝離去除光阻圖型之殘留物及蝕刻殘留物、對金屬之防腐蝕性優異,進而亦可長時間持續使用之光微影蝕刻用剝離液、及使用該等之圖型形成方法。
本發明之光微影蝕刻用剝離液(以下簡稱為「剝離液」)含有(A)氫氟酸、(B)鹼性化合物、及(C)水。以下針對本發明之剝離液中含有之各成分加以詳細說明。
本發明之剝離液必須含有氫氟酸。
氫氟酸之含量在剝離液中較好為0.05~0.5質量%,更好為0.08~0.32質量%。藉由成為該範圍,可更有效達到光阻圖型之殘留物及蝕刻殘留物之剝離去除性與對金屬之
防腐蝕性之均衡。
本發明之剝離液必須含有以下述通式(b-1)表示之鹼性化合物。
(通式(b-1)中,R1b至R5b各自獨立表示氫原子、或可具有羥基、羧基、胺基、或磺酸基之碳數1~6之烷基,且R1b至R5b之至少一個為氫原子,R1b至R4b中之任一個可與R5b相互鍵結形成環構造,Y1b及Y2b各自獨立表示碳數1~3之伸烷基,n表示0~5之整數,n為2以上時,複數個R5b彼此及複數個Y1b彼此可相同亦可不同,R5b可彼此相互鍵結形成環構造)。
R1b至R5b可為之碳數1~6之烷基可為直鏈狀或分支鏈狀之任一者,較好為直鏈狀。作為具體例列舉為甲基、乙基、正丙基、正丁基、正戊基、正己基等。該等中,以乙基最佳。
該烷基可具有羥基、羧基、胺基、或磺酸基。該等具體例列舉為2-羥基乙基、2-羧基乙基、2-胺基乙基、2-磺酸乙基等。
R1b至R4b中之任一者與R5b可相互鍵結形成之環構造,或者R5b彼此相互鍵結可形成之環構造,列舉為哌啶
環等。
Y1b及Y2b可為之碳數1~3之伸烷基可為直鏈狀或分支鏈狀之任一者,較好為直鏈狀。至於具體例列舉為亞甲基、伸乙基、伸丙基等。該等中,以伸乙基最佳。
n表示0~5之整數,更好為0~2之整數。
以上述通式(b-1)表示之鹼性化合物之具體例列舉為乙二胺、N-(2-胺基乙基)-1,2-乙二胺(=二伸乙基三胺)、N,N’-雙(2-胺基乙基)-1,2-乙二胺(=三伸乙基四胺)、參(2-胺基乙基)胺、N,N’-雙(2-胺基乙基)哌啶、N-[(2-胺基乙基)-2-胺基乙基]哌啶、N-(2-胺基乙基)-N’-{2-[(2-胺基乙基)胺基]乙基}-1,2-乙烷二胺(=四伸乙基五胺)、4-(2-胺基乙基)-N-(2-胺基乙基)-N’-{2-[(2-胺基乙基)胺基]乙基}-1,2-乙烷二胺、1-(2-胺基乙基)-4-{[(2-胺基乙基)胺基]乙基}哌啶、1-{2-[[2-[(2-胺基乙基)胺基]乙基]胺基]乙基}哌啶、1-哌啶乙烷胺、2-[(2-胺基乙基)胺基]乙醇、二伸乙基三胺五乙酸等。
以上述通式(b-1)表示之鹼性化合物中,較好為以下述通式(b-2)表示之鹼性化合物。
(通式(b-2)中,Y1b、Y2b及n係與上述通式(b-1)同義)。
以上述通式(b-2)表示之鹼性化合物之具體例列舉為乙二胺、N-(2-胺基乙基)-1,2-乙烷二胺(=二伸乙基三胺)、N,N’-雙(2-胺基乙基)-1,2-乙烷二胺(=三伸乙基四胺)、四伸乙基五胺、五伸乙基六胺、二亞甲基三胺、三亞甲基四胺等。
該等中,N-(2-胺基乙基)-1,2-乙烷二胺(=二伸乙基三胺)、N,N’-雙(2-胺基乙基)-1,2-乙烷二胺(=三伸乙基四胺)就對金屬之防腐蝕性較高、可更長時間持續使用方面而言係最佳。
該等鹼性化合物可單獨使用,亦可組合兩種以上使用。
以上述通式(b-1)表示之鹼性化合物之含量可依據氫氟酸之含量適當調整,但在剝離液中較好為0.01~2.00質量%,更好為0.01~1.24質量%。又,鹼性化合物之當量濃度(N)相對於氫氟酸之當量濃度(N)之比,較好為0.1~3.0,更好為0.1~1.5。藉由成為該範圍內,可更有效達到光阻圖型之殘留物及蝕刻殘留物之剝離去除性與對金屬之防腐蝕性之均衡,進而亦可更長時間持續使用。
本發明之剝離液必須含有水。
水之含量在剝離液中較好為1.0~80質量%,更好為15~40質量%。
本發明之剝離液可進而含有水溶性有機溶劑。
該水溶性有機溶劑只要與水及其他成分具有混合性者即無特別限制,可使用以往習知之水溶性有機溶劑。具體例列舉為二甲基亞碸等亞碸類;二甲基碸、二乙基碸、雙(2-羥基乙基)碸、四亞甲基碸等碸類;N,N-二甲基甲醯胺、N-甲基甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、N-甲基乙醯胺、N,N-二乙基乙醯胺等醯胺類;N-甲基-2-吡咯烷酮、N-乙基-2-吡咯烷酮、N-丙基-2-吡咯烷酮、N-羥基甲基-2-吡咯烷酮、N-羥基乙基-2-吡咯烷酮等內醯胺類;1,3-二甲基-2-咪唑啶酮、1,3-二乙基-2-咪唑啶酮、1,3-二異丙基-2-咪唑啶酮等咪唑啶酮類;γ-丁內酯、δ-戊內酯等內酯類;乙二醇、丙二醇、乙二醇單甲基醚、乙二醇單乙基醚、乙二醇單丁基醚、乙二醇單甲基醚乙酸酯、乙二醇單乙基醚乙酸酯、二乙二醇、二乙二醇單甲基醚、二乙二醇單乙基醚、二乙二醇單丁基醚等多元醇類及其衍生物等。
該等中,就光阻圖型及蝕刻殘留物之剝離去除性優要方面而言,較好為二甲基亞碸、N,N-二甲基磺醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、1,3-二甲基-2-咪唑啶酮、乙二醇、丙二醇、二乙二醇單丁基醚,更好為二甲基亞碸、N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、1,3-二甲基-2-咪唑啶酮、丙二醇。
該等水溶性有機溶劑可單獨使用,亦可組合兩種以上使用。
含有水溶性有機溶劑時,其含量在剝離液中較好為1.0~90質量%,更好為60~80質量%。
本發明之剝離液亦可進而含有防腐蝕劑。
該防腐蝕劑並無特別限制,可使用以往習知之防腐蝕劑,但較好為苯并三唑系化合物或含有巰基之化合物。
上述苯并三唑系化合物可列舉以下述通式(e-1)表示之化合物。
上述通式(e-1)中,R1e、R2e各獨立表示氫原子、可具有取代基之碳數1~10之烴基、羧基、胺基、羥基、氰基、甲醯基、磺醯烷基或磺基,Q表示氫原子、羥基、可具有取代基之碳數1~14之烴基(但,該烴基可藉醯胺鍵或酯鍵中斷)、或以下述通式(e-2)表示之基。
上述通式(e-2)中,R3e表示碳數1~6之伸烷基,R4e及R5e各獨立表示氫原子、羥基、或碳數1~6之羥基
烷基或烷氧基烷基。
又,上述通式(e-1)中,R1e、R2e、Q之各定義中,烴基可為芳香族烴基及脂肪族烴基之任一者,亦可具有不飽和鍵,亦可為直鏈狀、分支鏈狀及環狀之任一種。芳香族烴基列舉為例如苯基、對-甲苯基等。直鏈狀脂肪族烴基列舉為例如甲基、正丙基、乙烯基等。分支鏈狀脂肪族烴基列舉為例如異丁基、第三丁基等。環狀脂肪族烴基列舉為例如環戊基、環己基等。具有取代基之烴基列舉為例如羥基烷基、烷氧基烷基等。
又,上述通式(e-1)中,Q較好為以上述通式(e-2)表示之基。尤其以上述通式(e-2)表示之基中,R4e及R5e較好各獨立選擇為碳數1~6之羥基烷基或烷氧基烷基之基。
再者,Q較好以使以上述通式(e-1)表示之化合物顯示水溶性之方式選擇。具體而言,較好為氫原子、碳數1~3之烷基(亦即,甲基、乙基、丙基、異丙基)、碳數1~3之羥基烷基、羥基等。
苯并三唑系化合物具體而言列舉為苯并三唑、5,6-二甲基苯并三唑、1-羥基苯并三唑、1-甲基苯并三唑、1-胺基苯并三唑、1-苯基苯并三唑、1-羥基甲基苯并三唑、1-苯并三唑羧酸甲酯、5-苯并三唑羧酸、1-甲氧基-苯并三唑、1-(2,2-二羥基甲基)-苯并三唑、1-(2,3-二羥基丙基)苯并三唑;「IRGAMET」系列之由BASF公司銷售之2,2’-{[(4-甲基-1H-苯并三唑-1-基)甲基]亞胺基}雙乙
醇、2,2’-{[(5-甲基-1H-苯并三唑-1-基)甲基]亞胺基}雙乙醇、2,2’-{[(4-甲基-1H-苯并三唑-1-基)甲基]亞胺基}雙乙烷、2,2’-{[(4-甲基-1H-苯并三唑-1-基)甲基]亞胺基}雙丙烷等。
其中,以1-(2,3-二羥基丙基)-苯并三唑、2,2’-{[(4-甲基-1H-苯并三唑-1-基)甲基]亞胺基}雙乙醇、2,2’-{[(5-甲基-1H-苯并三唑-1-基)甲基]亞胺基}雙乙醇等較佳。
該等苯并三唑化合物可單獨使用,亦可組合兩種以上使用。
上述含有巰基之化合物較好為於鍵結於巰基之碳原子之α位、β位之至少任一者具有羥基及/或羧基之化合物。該化合物具體而言列舉為1-硫代丙三醇、3-(2-胺基苯硫基)-2-羥基丙硫醇、3-(2-羥基乙硫基)-2-羥基丙硫醇、2-巰基丙酸、3-巰基丙酸等。該等中,最好使用1-巰基丙三醇。
該等含巰基之化合物可單獨使用,亦可組合兩種以上使用。
含有防腐蝕劑時,其含量在剝離液中較好為0.1~10質量%,更好為0.5~5質量%。
又,本發明之剝離液亦可進而含有界面活性劑。
該界面活性劑並無特別限制,可使用以往習知之界面活性劑,但較好為乙炔醇系界面活性劑。
含有界面活性劑時,其含量在剝離液中較好為0.01~5
質量%,更好為0.05~2質量%。
本發明之剝離液藉由必須含有上述(A)~(C)成分,可有效達到光阻圖型之殘留物及蝕刻殘留物之剝離去除性及對金屬(尤其是Al及Al合金)之防腐蝕性之均衡。因此,本發明之剝離液可適當地使用於例如由Al或Al合金所成之金屬配線圖型之形成。
又,本發明之剝離液即使長時間持續使用時亦不易產生組成變化,故適用於循環使用剝離液之情況。
本發明之圖型形成方法係以設於基板上之光阻圖型作為遮罩而蝕刻基板,接著使上述光阻圖型灰化後,使用本發明之剝離液剝離去除上述光阻圖型之殘留物及蝕刻殘留物者。以下針對本發明之圖型形成方法加以詳細說明。
首先,於形成金屬膜之基板上塗佈光阻組成物,經乾燥,形成光阻膜。
形成金屬膜之基板列舉為形成鋁(Al);鋁-矽(Al-Si)、鋁-銅(Al-Cu)、鋁-矽-銅(Al-Si-Cu)等鋁合金(Al合金);鈦(Ti);氮化鈦(TiN)、鈦鎢(TiW)等鈦合金(Ti合金);鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)、鎢(W)、氮化鎢(WN)、銅(Cu)等金屬膜之基板。本發明之圖型形成方法尤其適合於在基板上形成由Al或Al合金所成之金屬膜之情況。
且,光阻組成物列舉為(i)含有萘醌疊氮化合物及
酚醛清漆樹脂之正型光阻組成物,(ii)含有藉曝光產生酸之化合物、藉酸分解而增加對鹼性水溶液之溶解性之化合物、及鹼可溶性樹脂之正型光阻組成物,(iii)含有藉曝光產生酸之化合物、及具有藉酸分解而增大對鹼性水溶液之溶解性之基之鹼可溶性樹脂之正型光阻組成物,(iv)含有藉曝光產生酸之化合物、交聯劑及鹼可容性樹脂之負型光阻組成物等,但並不限於該等。
接著,使光阻膜選擇性曝光。曝光係以可發出紫外線、遠紫外線、準分子雷射、X射線、電子束等之活性光線之光源,例如低壓水銀燈、高壓水銀燈、超高壓水銀燈、氙氣燈等,透過所需之遮罩圖型使光阻膜曝光,或者亦可將電子束直接照射於光阻膜上。
隨後,視需要施以加熱處理(PEB)。
接著,使用顯像液使曝光後之光阻膜顯像,獲得特定之光阻圖型。顯像方法列舉為浸漬法、溢液法、噴佈法等。
隨後,視需要施以加熱處理(後烘烤)。
接著,以形成之光阻圖型作為遮罩,選擇性蝕刻上述金屬膜。蝕刻可為濕式蝕刻、乾式蝕刻之任一種,亦可組合二者使用,但以乾式蝕刻較佳。
接著,使上述光阻圖型灰化。
又,灰化後之基板上殘留大多蝕刻殘留物或變質之光阻圖型之殘留物。
接著,使用本發明之剝離液剝離去除上述光阻圖型之
殘留物及蝕刻殘留物。於基板上形成由Al或Al合金所成之金屬膜時,殘留物列舉為Al2O3、AlCl3、AlF3、SiO2等。剝離去除方法列舉為浸漬法、噴佈法等,可藉批式或逐片式處理。剝離去除時間並無特別限制,但通常於批式處理為10~30分鐘左右,於逐片式處理為0.5~3分鐘左右。本發明之剝離液較好以逐片處理而使用。剝離液之溫度並無特別限制,但通常為25~70℃左右。
隨後,亦可施以使用純水或低級醇等之洗滌處理及乾燥處理。
藉上述步驟,可於基板上形成金屬配線圖型。
以下,顯示本發明之實施例,更詳細說明本發明,但本發明並不受限於下述實施例。
基於下述表1~5所示之組成及調配量調製剝離液。又,關於各試藥,未特別記載者係使用一般市售之試藥。又,表中括號內之數值只要無特別說明則為以質量%之單位表示者。
上述表1~5中之簡寫如下述。
DETA:二伸乙基三胺
TETA:三伸乙基四胺
MEA:單乙醇胺
TEtA:三乙醇胺
DBU:1,8-二氮雜雙環[5.4.0]十一碳烯-7
PMDETA:五甲基二伸乙基三胺
NMP:N-甲基-2-吡咯烷酮
DMAC:N,N-二甲基乙醯胺
PG:丙二醇
DMSO:二甲基亞碸
使蒸鍍約0.3μm之Al-Si-Cu膜之矽晶圓浸漬於25℃或加溫至35℃之剝離液中10分鐘,求得浸漬前後之膜厚變化量。結果示於表6~8。
將TFT用之光阻組成物的TFR-H(東京應化工業公司製造)旋轉塗佈於蒸鍍約0.3μm之Al-Si-Cu膜之矽晶圓上,在90℃施以90秒之預烘烤,形成膜厚2.0μm之光阻膜。使用縮小投影曝光裝置NSR-2005i10D(NIKON公司製),透過遮罩圖型對該光阻膜照射紫外線,以2.38重量%之氫氧化四甲基銨水溶液顯像,藉由在150℃施以90秒之後烘烤,獲得線與間隔0.6μm之光阻圖型。
接著,對形成光阻圖型之基板,使用蝕刻裝置TSS-6000(東京應化工業公司製造),以氯與三氯化硼之混合氣體作為蝕刻劑,在壓力5mmTorr、階台溫度20℃蝕刻Al-Si-Cu膜168秒,形成Al-Si-Cu配線圖型,接著使用氧與三氟甲烷之混合氣體,在壓力20mmTorr、階台溫度20℃進行後腐蝕處理30秒。
接著,使用灰化裝置TCA-3822(東京應化工業公司製),在壓力1.2mmTorr、階台溫度220℃使光阻圖型灰化40秒。
接著,將灰化後之矽晶圓以逐片處理浸漬在加溫至
35℃之剝離液中45秒,剝離去除光阻圖型之殘留物及蝕刻殘留物。接著,以Al-Si-Cu配線圖型未被腐蝕者記為○,受腐蝕者記為×而評價防腐蝕性。又,以光學顯微鏡及掃描型電子顯微鏡(SEM)觀察剝離去除處理後之矽晶圓,且以光阻圖型之殘留物及蝕刻殘留物未殘留者記為○,有殘留者記為×而評價剝離性。結果示於表6~8。又,防腐蝕性之評價為×者由於腐蝕過度進展而法確認光阻圖型之殘留物及蝕刻殘留物,故表中表示為「NA」。
將蒸鍍約0.2μm之Al2O3膜之矽晶圓浸漬在加溫至35℃之剝離液中10分鐘,由浸漬前後之膜厚變化算出蝕刻速率(埃/min)。又,使用在35℃持續加溫48小時之剝離液,與上述同樣算出蝕刻速率(埃/min)。接著,以蝕刻速率變化量未達10埃/min者評價為○,為10埃/min以上者評價為×。結果示於表6~8。
將剝離液在35℃加溫48小時,求得加溫前後之鹼性化合物之濃度變化。接著,以濃度變化未達0.15%者記為○,為0.15%以上者記為×而進行評價。結果示於表6~8。
如由表6~8可了解,含有以上述通式(b-1)表示之鹼性化合物作為氫氟酸之抗衡胺之實施例1~31之剝離液可有效地去除光阻圖型之殘留物及蝕刻殘留物,而且,對Al-Si-Cu之防腐蝕性優異。又,即使在35℃長時間加溫亦幾乎不發生蝕刻速率變化或組成變化,確認適合循環使用。
另一方面,含有氟化銨之比較例2之剝離液或含有氨作為氫氟酸之抗衡胺之比較例3之剝離液可有效地剝離去除光阻圖型之殘留物及蝕刻殘留物,且對於Al-Si-Cu之防腐蝕性優異,但在35℃長時間加溫時發生蝕刻速率變化或組成變化,為不適合循環使用者。又,不含鹼性化合物之比較例1、18~20之剝離液或含有氨以外之鹼作為氫氟酸
之抗衡胺之比較例4~17之剝離液對於Al-Si-Cu之防腐蝕性差。
Claims (5)
- 一種光微影蝕刻用剝離液,其含有(A)氫氟酸、(B)以下述通式(b-1)表示之鹼性化合物,及(C)水,
- 如申請專利範圍第1項之光微影蝕刻用剝離液,其進而含有(D)水溶性有機溶劑。
- 如申請專利範圍第1項之光微影蝕刻用剝離液,其中前述鹼性化合物之當量濃度相對於前述氫氟酸之當量濃度之比為0.1~3.0。
- 一種形成金屬配線圖型之方法,其係使用如申請專利範圍第1至3項中任一項之光微影蝕刻用剝離液,且由Al或Al合金所成。
- 一種圖型形成方法,其係以設於基板上之光阻圖型作為遮罩而蝕刻該基板,接著使前述光阻圖型灰化 (ashing)後,使用如申請專利範圍第1至4項中任一項之光微影蝕刻用剝離液,剝離去除前述光阻圖型之殘留物及蝕刻殘留物。
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