CN105814183B - 用于去除表面上的残余物的清洗调配物 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及清洗组合物,其含有:1)HF;2)经取代或未经取代的硼酸;3)硫酸铵;4)至少一种金属腐蚀抑制剂;5)水;和6)任选地,至少一种pH调节剂,该pH调节剂是不含金属离子的碱。本发明也涉及使用上述组合物清洗半导体基板的方法。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2013年12月11日提交的、系列号为61/914,479的美国临时申请的优先权,其全部内容通过引用结合在本文中。
技术领域
本发明涉及用于半导体基板的新型的清洗组合物以及清洗半导体基板的方法。更具体地,本发明涉及清洗组合物,其用于在对在基板上沉积的金属层或介电材料层进行等离子体蚀刻之后将在半导体基板上形成的等离子体残余物去除,以及用于在通过等离子体灰化工艺去除大量抗蚀剂之后将在基板上留下的残余物去除。
背景技术
在集成电路器件的制造中,光阻剂用作中间掩模,其通过一系列光刻和等离子蚀刻步骤将标线的原始掩模图案转印到晶圆基板上。集成电路器件制造工艺的主要步骤之一是从晶圆基板去除图案化的光阻剂膜。在一般情况下,通过两种方法之一进行此步骤。
一种方法包括湿式剥离步骤,其中使光阻剂覆盖的基板与光阻剂剥离液接触,该光阻剂剥离液主要由有机溶剂和胺类组成。然而,剥离液不能完全可靠地去除光阻剂膜,特别是如果在制造过程中光阻剂膜暴露于UV辐射和等离子体处理的情况下。一些光阻剂膜由于这些处理变成高度交联的,且更难以在剥离液中溶解。此外,有时,这些传统的湿式剥离方法中使用的化学品对去除用含卤气体进行金属或氧化物层的等离子体蚀刻过程中形成的无机或有机残余材料是无效的。
去除光阻剂膜的替代方法涉及将涂布光阻剂的晶圆暴露于氧基等离子体,以便在被称为等离子体灰化的过程中灼烧基板的抗蚀膜。然而,等离子体灰化在去除上述的等离子体蚀刻副产物上也不是完全有效的。相反,这些等离子体蚀刻副产物的去除通常通过后续将经处理的金属和介电薄膜暴露于某些清洗溶液而完成。
金属基板通常易于被腐蚀。例如,基板如铝、铜、铝铜合金、氮化钨、钨(W)、钴(Co)、氧化钛、其它金属和金属氮化物,会容易腐蚀,并且电介质[ILD,ULK]通过使用常规的化学清洗剂可以被蚀刻。此外,由于器件尺寸缩小,集成电路器件制造商容忍的腐蚀量变得越来越小。
同时,由于残余物变得更难以去除且腐蚀必须控制在较低水平,清洗溶液必须使用起来安全且环保。
因此,清洗溶液应该有效去除等离子体蚀刻和等离子体灰化残余物,且还必须对暴露的所有基板材料是无腐蚀性的。
发明内容
本发明涉及无腐蚀性的清洗组合物,其主要用于在多步骤制造过程中的中间步骤中从半导体基片去除残余物(例如,等离子体蚀刻和/或等离子体灰化的残余物)。这些残余物包括以下物质的众多相对不溶的混合物:有机化合物比如残余光阻剂、有机金属化合物、由暴露的金属(比如铝、铝/铜合金、铜、钛、钽、钨、钴)形成为反应副产物的金属氧化物、金属氮化物(比如氮化钛和氮化钨)、及其它材料。本文所述的清洗组合物的优点在于:其可以清洗所遇到的宽范围的残余物,并通常对暴露的基板材料(例如,暴露的金属,比如铝、铝/铜合金、铜、钛、钽、钨、钴,和金属氮化物,比如氮化钛和氮化钨)无腐蚀性。
一方面,本发明的特征为清洗组合物,其含有:1)HF;2)经取代或未经取代的硼酸;3)硫酸铵;4)至少一种金属腐蚀抑制剂;5)水;和6)任选地,至少一种pH调节剂,该pH调节剂是不含金属离子的碱。在一些实施方式中,清洗组合物的pH为约5-约6。在一些实施方式中,该清洗组合物是均匀的溶液。
例如,该清洗组合物可以包括:
1)约0.01wt%至约1wt%的HF;
2)约0.01wt%至约0.6wt%的经取代或未经取代的硼酸;
3)约0.05wt%至约5wt%的硫酸铵;
4)约0.1wt%至约0.6wt%的至少一种金属腐蚀抑制剂,其选自经取代或未经取代的苯并***;
5)约80%至约99.7%的水;和
6)可选地,至少一种pH调节剂。
另一方面,本发明的特征为清洗组合物,其含有:1)氟硼酸盐化合物;2)硫酸铵;3)至少一种金属腐蚀抑制剂;4)水;和5)任选地,至少一种pH调节剂,该pH调节剂是不含金属离子的碱。
例如,该清洗组合物可以包含:
1)约0.02wt至约2wt%的氟硼酸盐化合物;
2)约0.05wt%至约5wt%的硫酸铵;
3)约0.1wt%至约0.6wt%的至少一种金属腐蚀抑制剂,其选自经取代或未经取代的苯并***;
4)约80%至约99.7%的水;和
5)可选地,至少一种pH调节剂。
本发明还涉及从半导体基板清洗残余物的方法。该方法包括使含有蚀刻后残余物和/或灰化后残余物的半导体基板与本文中所描述的清洗组合物接触。例如,该方法可以包括如下步骤:
(A)提供含有蚀刻后和/或灰化后残余物的半导体基板;
(B)使所述半导体基板与本文所述的清洗组合物接触;
(C)用适当的冲洗溶剂冲洗所述半导体基板;以及
(D)任选地,通过去除冲洗溶剂、且不损害所述半导体基板完整性的任何方法,干燥所述半导体基板。
具体实施方式
除非另有说明,本文所定义的表述的所有百分比应理解为占该清洗组合物的总重的重量百分比。除非另有说明,环境温度定义为在约16摄氏度~约27摄氏度(℃)之间。
本发明的一个实施例涉及非腐蚀性清洗组合物,其包括:
1)约0.01wt%至约1wt%的氟化氢(HF);
2)约0.01wt%至约0.6wt%的经取代或未经取代的硼酸;
3)约0.05wt%至约5wt%的硫酸铵;
4)约0.1wt%至约0.6wt%的至少一种金属腐蚀抑制剂,其选自经取代或未经取代的苯并***;
5)约80%至约99.7%的水;和
6)可选地,至少一种pH调节剂,该pH调节剂是不含金属离子的碱。
在一些实施方式中,本发明的组合物包括至少约0.01wt%(例如,至少约0.05wt%、至少约0.075wt%、或至少约0.1wt%)和/或至多约1wt%(例如,至多约0.5%、至多约0.3%、或至多约0.25%)的HF。
在一些实施方式中,本发明的组合物包括至少约0.01wt%(例如,至少约0.05wt%,至少约0.075wt%或至少约0.1wt%)和/或至多约0.5wt%(例如,至多约0.4wt%,至多约0.3wt%,或至多约0.2wt%)的经取代或未经取代的硼酸。
在一些实施方式中,本发明的组合物使用式R1B(OH)2的未经取代的硼酸,其中R1是OH。在其他实施方式中,本发明的组合物使用式R1B(OH)2的经取代的硼酸,其中R1是经取代或未经取代的烷基基团(例如,任选地被经取代或未经取代的芳基取代的C1-C10烷基(例如芳基烷基,如苯甲基)),或者经取代或未经取代的芳基基团。芳基基团(包括烷基芳基基团的芳基)上的取代基的例子包括经取代或未经取代的C1-C10烷基(例如甲基、乙基或三氟甲基)、卤素(例如F、Cl、Br或I)、硝基和C1-C10烷氧基(例如甲氧基)。烷基基团上的取代基的例子包括芳基基团(例如,苯基)。
经取代的硼酸的例子包括苯基硼酸、氯苯基硼酸、溴苯基硼酸、氟苯基硼酸、三氟甲基苯基硼酸、甲基苯基硼酸、甲基硼酸和苄基硼酸。
在一些实施方式中,本发明的组合物使用氟硼酸盐化合物。考虑到的氟硼酸盐化合物包括具有合适阳离子(例如,H+)和式(R2)xB(F)4-x -的氟硼酸盐阴离子的化合物,其中R2为经取代或未经取代的烷基、或者经取代或未经取代的芳基,且x为0、1、2或3。在一些实施方式中,该氟硼酸盐化合物包括四氟硼酸盐或三氟酸盐阴离子,和合适的阳离子。在这些实施方式中,x为0,该化合物可以氟硼酸或四氟硼酸盐。在一些实施方式中,四氟硼酸盐包括具有经取代或未经取代的铵阳离子的那些(例如铵阳离子和季铵阳离子,例如四甲基铵、四乙基铵、和N,N-二乙基-N-甲基-(2-甲氧基乙基)铵)。也可以使用碱金属(例如Li、Na或K)四氟硼酸盐。
在一些实施方式中,所述组合物可以包括式R2B(F)3 -的氟硼酸阴离子,其中R2为经取代或未经取代的烷基(例如芳基烷基)、或者经取代或未经取代的芳基。
合适的阳离子的例子包括,但不限于:经取代或未经取代的铵阳离子(铵和季铵阳离子,例如四甲基铵、四乙基铵、和N,N-二乙基-N-甲基-(2-甲氧基乙基)铵)。也可以使用碱金属(例如Li、Na或K)四氟硼酸盐。
烷基、芳基或烷基芳基三氟硼酸盐阴离子的例子包括但不限于:苯基三氟硼酸根、氯苯基三氟硼酸根、氟苯基三氟硼酸根、甲基苯基三氟硼酸根、三氟甲基苯基三氟硼酸根、甲基三氟硼酸根和苄基三氟硼酸根。特别的烷基、芳基或芳基烷基三氟硼酸盐的例子包括但不限于:上述列出的铵和季铵阳离子与所列出的烷基、芳基或烷基芳基三氟硼酸盐的组合。
在一些实施方式中,本发明的组合物包括至少约0.02wt%(例如至少约0.1wt%、至少约0.15wt%、或至少约0.2wt%)和/或至多约2wt%(例如至多约1wt%、至多约0.6wt%或至多约0.5wt%)的氟硼酸盐化合物。
在一些实施方式中,本发明的组合物包括至少0.05wt%(例如至少约0.2wt%、至少约0.4wt%、或至少约0.5wt%)和/或至多约5wt%(例如至多约4wt%、至多约3wt%或至多约2.5wt%)的硫酸铵。
本发明的组合物含有至少一种金属腐蚀抑制剂,例如经取代或未经取代的苯并***。合适的经取代的苯并***类包括,但不限于:被烷基基团、芳基基团、卤素基团、氨基基团、硝基基团、烷氧基基团,及羟基基团取代的苯并***。经取代的苯并***也包括与一个或多个芳基(例如,苯基)或者杂芳基基团稠合的苯并***。
作为金属腐蚀抑制剂的合适的苯并***包括,但不限于:苯并***(BTA)、5-氨基四唑、1-羟基苯并***、5-苯基硫醇-苯并***、5-氯苯并***、4-氯苯并***、5-溴苯并***、4-溴苯并***、5-氟苯并***、4-氟苯并***、萘并***、甲苯基***、5-苯基-苯并***、5-硝基苯并***、4-硝基苯并***、3-氨基-5-巯基-1,2,4-***、2-(5-氨基-戊基)-苯并***、1-氨基-苯并***、5-甲基-1H-苯并***、5-羧基苯并***、4-甲基苯并***、4-乙基苯并***、5-乙基苯并***、4-丙基苯并***、5-丙基苯并***、4-异丙基苯并***、5-异丙基苯并***、4-正丁基苯并***、5-正丁基苯并***、4-异丁基苯并***、5-异丁基苯并***、4-戊基苯并***、5-戊基苯并***、4-己基苯并***、5-己基苯并***、5-甲氧基苯并***、5-羟基苯并***、二羟基丙基苯并***、1-[N,N-双(2-乙基己基)氨基甲基]-苯并***、5-叔丁基苯并***、5-(1',1'-二甲基丙基)-苯并***、5-(1',1',3'-三甲基丁基)苯并***、5-正辛基苯并***、及5-(1',1',3',3'-四甲基丁基)苯并***。
在一些实施方式中,本发明的组合物含有至少约0.1wt%(例如,至少约0.15wt%,至少约0.2wt%,或至少约0.22wt%)和/或至多约0.6wt%(例如,至多约0.5wt%,至多约0.45wt%,或至多约0.4wt%)的金属腐蚀抑制剂。
本发明的清洗组合物进一步含有水。优选地,水是去离子的且超纯的,不含有有机污染物,且最小电阻为约4至约17兆欧(mega Ohm)。更优选地,水的电阻为至少17兆欧。
在一些实施方式中,本发明的组合物含有至少约80wt%(例如,至少约85wt%,至少90wt%,或至少约95wt%)和/或至多约99.7wt%(例如,至多约99.5wt%,至多约99wt%,或至多约98wt%)的水。
本发明的组合物任选地含有至少一种pH调节剂,以控制pH于约5至约6之间。在一些实施方式中,本发明的组合物可具有至少约5(例如,至少约5.1,至少约5.2,或至少约5.3)至至多约6(例如,至多约5.9,至多约5.8,或至多约5.7)的pH。不希望受理论限制,相信pH高于6的清洗组合物使等离子体蚀刻残余物清洗降低至不能实施完全清洗的程度,且pH低于5会使Co的蚀刻速率增至不合需要的程度。
所需pH调节剂(若有)的量可随其它组分的浓度在不同调配物而变化,特别是HF,且根据采用的特定pH调节剂的分子量而变化。一般地,pH调节剂浓度范围为约0%至约3%。在一些实施方式中,本发明的清洗组合物含有至少约0wt%(例如,至少约0.05wt%,至少约0.3wt%,或至少约0.5wt%)和/或至多约3wt%(例如,至多约2.5wt%,至多约2wt%,或至多约1.5wt%)的pH调节剂。
一般地,pH调节剂不含任何金属离子(除了微量的金属离子杂质以外)。合适的不含金属离子的pH调节剂包括氢氧化铵、氢氧化季铵、单胺(包含烷醇胺)、亚胺(比如,1,8-二氮杂二环[5.4.0]-7-十一烯,及1,5-二氮杂二环[4.3.0]-5-壬烯)、及胍盐(比如,碳酸胍)。
合适的氢氧化季铵的例子包括,但不限于:氢氧化四甲铵、氢氧化四乙铵、氢氧化四丙铵、氢氧化四丁铵、二甲基二乙基氢氧化铵、胆碱、四乙醇氢氧化铵、苯甲基三甲基氢氧化铵、苯甲基三乙基氢氧化铵、及苯甲基三丁基氢氧化铵。
合适的单胺的例子包括,但不限于:三乙胺、三丁胺、三戊胺、乙醇胺、二乙醇胺、二乙胺、丁胺、二丁胺、及苯甲胺。
在一些实施方式中,本发明的非腐蚀性清洗组合物含有下面的物质、由下面的物质的组成、或基本上由下面的物质的组成:至少约0.1wt%(例如,至少约0.05wt%、至少约0.075wt%、或至少约0.1wt%)和/或至多约1wt%(例如,至多约0.5wt%、至多约0.3wt%、或至多约0.25wt%)的HF;至少约0.01wt%(例如,至少约0.05wt%、至少约0.075wt%、或至少约0.1wt%)和/或至多约0.5wt%(例如,至多约0.4wt%、至多约0.3wt%、或至多约0.2wt%)的硼酸;至少约0.05wt%(例如,至少约0.2wt%、至少约0.4wt%、或至少约0.5wt%)和/或至多约5wt%(例如,至多约4wt%、至多约3wt%、或至多约2.5wt%)的硫酸铵;至少约0.1wt%(例如,至少约0.15wt%、至少约0.2wt%、或至少约0.22wt%)和/或至多约0.6wt%(例如,至多约0.5wt%、至多约0.45wt%、或至多约0.4wt%)的金属腐蚀抑制剂;至少约80wt%(例如,至少约85wt%、至少约90wt%、或至少约95wt%)和/或至多约99.7wt%(例如,至多约99.5wt%、至多约99wt%、或至多约98wt%)的水;和可选地,至少约0wt%(例如,至少约0.05wt%、至少约0.3wt%、或至少约0.5wt%)和/或至多约3wt%(例如,至多约2.5wt%、至多约2wt%、或至多约1.5wt%)的pH调节剂;其中,该非腐蚀性清洗组合物的pH为至少5(例如,至少约5.1、至少约5.2、或至少约5.3)至至多约6(例如,至多约5.9、至多约5.8、或至多约5.7)。
此外,在一些实施方式中,本发明的清洗组合物可含有添加剂,比如,另外的pH调节剂、另外的腐蚀抑制剂、表面活性剂、有机溶剂和杀菌剂。
在一些实施方式中,本发明的清洗组合物可特别排除任意组合(若多于一种)的一种或多种组分或化合物类型。这些组分选自:有机溶剂、氧清除剂、氢氧化季铵、胺、碱金属碱(比如,NaOH、KOH和LiOH)、表面活性剂、消泡剂、除了本文中公开的含氟化合物以外的含氟化合物、氧化剂(例如,过氧化物、过氧化氢、硝酸铁、碘酸钾、过锰酸钾、硝酸、亚氯酸铵、氯酸铵、碘酸铵、过硼酸铵、过氯酸铵、过碘酸铵、过硫酸铵、四甲基亚氯酸铵、四甲基氯酸铵、四甲基碘酸铵、四甲基过硼酸铵、四甲基过氯酸铵、四甲基过碘酸铵、四甲基过硫酸铵、尿素过氧化氢、及过乙酸)、除本文中公开的那些无机酸之外的无机酸(例如H5IO6、硝酸、硫酸、盐酸、磷酸等)、研磨剂、羟基羧酸、无氨基基团的羧酸及聚羧酸、非唑类腐蚀抑制剂、和式WzMXy的金属卤化物(其中,W选自H、碱金属或碱土金属、及不含金属离子的氢氧化物碱部分;M是选自Si、Ge、Sn、Pt、P、B、Au、Ir、Os、Cr、Ti、Zr、Rh、Ru及Sb的金属;y为4、5或6;且z为1、2、或3)。
一般地,本发明的清洗组合物并非特别设计用于从半导体基板去除大量光阻剂膜。相反地,本发明的清洗组合物一般设计用于通过干式或湿式剥离方法在去除大量抗蚀剂后来除所有残余物。因此,优选在干式或湿式光阻剂剥离方法后使用本发明的清洗方法。该光阻剂剥离方法一般通过图案转移方法进行,比如蚀刻或移植方法,或进行该光阻剂剥离方法以在图案转移前更正掩模误差。残余物的化学处理会取决于清洗步骤前进行的方法。
任何合适的干式剥离方法可用于从半导体基板去除大量抗蚀剂。合适的干式剥离方法的例子包括基于氧的等离子体灰化,比如氟/氧等离子体或N2/H2等离子体;臭氧气相处理;氟等离子体处理、热H2气体处理(比如,在专利号为5,691,117的美国专利中所述的那些,其全部内容并入本文以供参考)等。此外,可以使用本领域技术人员所知的任何传统有机湿式剥离溶液,以从半导体基板去除大量抗蚀剂。
与本发明的清洗方法组合使用的优选剥离方法为干式剥离方法。优选地,该干式剥离方法为基于氧的等离子体灰化方法。该方法通过在高温(典型地250℃)真空条件(即,1托)下施加反应性氧氛围从半导体基板去除大部分光阻剂。有机材料通过该方法被氧化,且被处理气体去除。但是,该方法并未从半导体基板去除无机或有机金属污染物。其后通常需要以本发明的清洗组合物清洗半导体基板以去除那些残余物。
本发明的一个实施方式为从半导体基板清洗残余物的方法,其包括使含有蚀刻后残余物和/或灰化后残余物的半导体基板与文中所述的清洗组合物接触。该方法可进一步包括在接触步骤后用冲洗溶剂冲洗半导体基板,和/或在冲洗步骤后干燥此该导体基板。
在一些实施方式中,清洗方法包括下面的步骤:
(A)提供半导体基板,其含有蚀刻后和/或灰化后残余物;
(B)使该半导体基板与在文中述的清洗组合物接触;
(C)用合适的冲洗溶剂冲洗该半导体基板;及
(D)任选地,通过去除冲洗溶剂、且不会损害该半导体基板的完整性的任何方法来干燥该半导体基板。
在一些实施方式中,清洗方法进一步包括通过由上述方法获得的半导体基板形成半导体器件(例如,集成电路器件,比如,半导体芯片)。
在该方法中,待清洗的半导体基板可含有有机及有机金属残余物,和另外含有待去除的大量金属氧化物。半导体基板典型地由硅、硅锗、如GaAs等的第III-V族化合物、或其任何组合所构成。半导体基板可另外含有暴露的集成电路结构,比如互连结构(interconnect feature),如金属线及介电材料。用于互连结构的金属及金属合金包括,但不限于:铝、铝铜合金、铜、钛、钽、钴、及硅、氮化钛、氮化钽、及钨。该半导体基板也可含有以下的层:层间介电物、氧化硅、氮化硅、碳化硅、氧化钛、及掺杂碳的氧化硅。
半导体基板可通过任何合适的方法与清洗组合物接触,比如,使清洗组合物置于槽内及使半导体基板沉浸和/或浸没于清洗组合物中,将清洗组合物喷洒在半导体基板上,将清洗组合物浇淋至半导体基板上,或其任何组合。优选地,半导体基板沉浸于清洗组合物中。
可在高达约90℃的温度下有效地使用本发明的清洗组合物。优选地,可在约25℃至约80℃使用清洗组合物。更优选地,可在约30℃至约65℃的温度范围内使用清洗组合物,且最优选的是约40℃至约65℃的温度范围。
相似地,清洗时间可根据所采用的特定清洗方法及温度大范围地改变。当以沉浸批量式方法清洗时,合适的时间范围为,例如,高达约60分钟。用于批量式方法的优选范围为约1分钟至约60分钟。用于批量式方法的更优选时间范围为约3分钟至约20分钟。用于批量式清洗方法的最优选时间范围为约4分钟至约15分钟。
用于单一晶圆工艺的清洗时间范围可为约10秒至约5分钟。用于单一晶圆工艺的优选清洗时间范围可为约30秒至约5分钟。用于单一晶圆工艺的更优选清洗时间范围可为约1分钟至约4分钟。用于单一晶圆工艺的最优选清洗时间范围可为约2分钟至约4分钟。
为进一步增进本发明的清洗组合物的清洗能力,可使用机械式搅拌手段。合适的搅拌手段的例子包括使清洗组合物在基板上循环、将清洗组合物浇淋或喷洒于基板上、在清洗过程期间进行超音波或兆音波搅拌。半导体基板相对于地面的方向可为任何角度。优选水平或垂直方向。
清洗后,在具有或不具有搅拌手段的情况下,半导体基板用合适的冲洗溶剂冲洗约5秒至高达约5分钟。合适的冲洗溶剂的例子包括,但不限于:去离子(DI)水、甲醇、乙醇、异丙醇、N-甲基吡咯烷酮、γ-丁内酯、二甲基亚砜、乳酸乙酯、及丙二醇单甲醚乙酸酯。可替换地,可使用pH>8的水性冲洗液(比如,稀释的氢氧化铵水溶液)。冲洗溶剂的优选例子包括,但不限于:稀释的氢氧化铵水溶液、去离子水、甲醇、乙醇、及异丙醇。更优选的冲洗溶剂为稀释的的氢氧化铵水溶液、去离子水及异丙醇。最优选的冲洗溶剂为稀释的的氢氧化铵水溶液和去离子水。溶剂可使用与施用文中所述的清洗组合物所用的手段相似的手段来施用。清洗组合物可在冲洗步骤开始前从半导体基板去除,或可在冲洗步骤开始时仍与半导体基板接触。优选地,冲洗步骤中采用的温度在16℃与27℃之间。
任选地,在冲洗步骤后干燥半导体基板。可采用本领域所知的任何合适的干燥手段。合适的干燥手段的例子包含旋转干燥、使干燥气体流过半导体基板、以加热装置(比如,热板或红外线灯)加热半导体基板、马兰葛尼式(Marangoni)干燥、旋转移动式(rotagoni)干燥、IPA干燥、或其任何组合。干燥时间会取决于所使用的特定方法,但典型地为大约30秒至高达数分钟。
在一些实施方式中,使用文中所述的清洗组合物制造集成器件置的方法可包括下列步骤。第一,将光阻剂层施加至半导体基板。接着,因此获得的半导体基板可进行图案转移过程,比如,蚀刻或移植过程,从而形成集成电路。然后,可通过干式或湿式剥离方法(例如,基于氧的等离子体灰化过程)去除大量的光阻剂。可使用文中所述的清洗组合物,以上述方式去除半导体基板上的留下的残余物。随后,加工该半导体基板从而在基板上形成一条或多条另外电路,或可通过,例如组装(例如,切割及粘合)及封装(例如,芯片密封)加工从而形成半导体芯片。
实施例
参考下列实施例,其更详细地展示本发明,该实施例用于说明目的且不应阐释为限制本发明的范围。除非另有说明,列举的任何百分率为重量百分比(wt%)。除非另有注记,测试期间的控制式搅拌用1英寸搅拌棒以250rpm进行。
一般程序1
调配物的混合
通过在搅拌时,将除了不含金属离子的pH调节剂以外的清洗调配物的组分加入计量的超纯去离子水(DIW)中,利用市售的高纯度成分制备清洗组合物的样品。然后将清洗组合物转移至单个600ml聚四氟乙烯烧杯中,盖上M,并加热至65℃。利用涂敷有聚四氟乙烯的玻璃温度计测量温度,以防止氟化物阴离子与暴露的玻璃反应而被消耗。移除M盖,以通过滴加pH调节剂来调节pH,直至达到pH目标。一旦利用抗HF的pH探针确定了pH,重新用M盖住单个聚四氟乙烯烧杯。
一般程序2
用烧杯测试进行清洗评估
基板的PER(蚀刻后残余物)清洗,以所述清洗组合物,使用光阻剂/TiOx/SiN/Co/ILD(ILD=层间介电物)或光阻剂/TiOx/SiN/W/ILD的多层基板来进行,其已光刻图案化,在等离子体金属蚀刻机中蚀刻,且其后进行氧等离子体灰化以完全去除顶层光阻剂。
使用4”长塑料锁定夹固定测试片,据此,接着可将测试片悬浮于含有约200毫升本发明蚀刻组合物的600毫升体积的聚四氟乙烯烧杯中。将测试片沉浸于蚀刻组合物中之前,组合物预热至想要的测试条件温度(65℃),并且进行控制式搅拌。然后,通过以测试片的含有PER层的侧面朝向搅拌棒的方式,将由塑料夹固定的测试片置于经加热的组合物中进行清洗测试。测试片在蚀刻组合物中保持静止3至20分钟,同时组合物在控制式搅拌下保持于测试温度。当达到所需的清洗时间时,将测试片从蚀刻组合物中快速移出,并在适度搅拌下,在室温下,用pH~10的稀释的NH4OH溶液冲洗30秒,然后在室温下用去离子水流冲洗约30秒。测试片立即暴露于来自手持式吹氮***的氮气流,这造成测试片表面上的任何滴液被从测试片吹走,且进一步,使测试片器件表面完全干燥。在该最终氮气干燥步骤后,测试片从塑料夹固定器移除,且置于经覆盖的塑料载具内,且使此器件侧向上,用于短期贮存。然后,收集经清洗的测试片器件表面的关键特征(key feature)的扫瞄式电子显微镜(SEM)图像。
一般程序3
用烧杯测试进行材料相容性评估
将硅基板上的覆盖Co、硅基板上的W、硅基板上的SiO2上的TiOx、硅基板上的SiN、硅基板上的SiO2上的ILD切割成约1英寸x 1英寸的方形测试片,以进行材料相容性测试。首先,通过4点探针(4-point probe)、用于金属膜(Co、W)的CDE Resmap 273、或是用于介电膜(TiOx、SiN和ILD)的Elipsometry,使用Woollam M-2000X,对测试片进行厚度或薄层电阻测试。然后,将测试片安装在4”长的塑料锁定夹上,以一般程序2中的清洗程序进行处理,且测试片的含有Co、W、TiOx、SiN、或ILD层的一侧面向搅拌棒,持续10分钟。
最终氮气干燥步骤后,将测试片从塑料夹固定器移除,且置于经覆盖的塑料载具中。然后,通过4点探针(4-point probe)、用于金属膜(Co、W)的CDE Resmap 273、或是用于介电膜(TiOx、SiN和ILD)的Elipsometry,使用Woollam M-2000X,来收集处理后的厚度或薄层电阻。
调配物实施例FE-1-FE-6与比较调配物实施例CFE-1-CFE-2
表1总结了通过一般程序1制备的调配物实施例FE-1-FE-6与比较调配物实施例CFE-1-CFE-2。
表1
调配物实施例 | HF | 硼酸 | 硫酸铵 | 腐蚀抑制剂 | 水 | pH调节剂 | pH |
CFE-1 | 0.10% | 0% | 2.50% | BTA(0.5%) | 96.20% | DBU(0.72%) | 5.2 |
CFE-2 | 0.10% | 0.095% | 0% | 5MBTA(0.22%) | 98.90% | DBU(0.735%) | 5.4 |
FE-1 | 0.10% | 0.100% | 2.50% | BTA(0.5%) | 96.10% | DBU(0.72%) | 5.2 |
FE-2 | 0.10% | 0.095% | 2.50% | BTA(0.5%) | 96.10% | DBU(0.744%) | 5.46 |
FE-3 | 0.125% | 0.095% | 2.50% | BTA(0.5%) | 96.90% | DBU(0.958%) | 5.25 |
FE-4 | 0.10% | 0.095% | 2.50% | 5MBTA(0.22%) | 96.40% | DBU(0.729%) | 5.4 |
FE-5 | 0.10% | 0.095% | 1.25% | 5MBTA(0.22%) | 97.60% | DBU(0.7%) | 5.25 |
FE-6 | 0.10% | 0.095% | 1.25% | 5MBTA(0.44%) | 97.40% | DBU(0.7%) | 5.28 |
5MBTA=5-甲基苯并***;BTA=苯并***;DBU=1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一-7-烯
实施例1-6与比较实施例CE1-CE2
清洗剂与暴露膜的相容性
对于调配物实施例FE-1-FE-6与比较调配物实施例CFE-1-CFE-2,根据一般程序3,在65℃下持续10分钟,测试材料相容性。表2总结了通过根据一般程序3获得的材料相容性测试得到的,清洗组合物中的Co、W、TiOx、SiN、SiC、及ILD的蚀刻速率(埃/分钟)。
表2
实施例 | 调配物实施例 | Co | W | TiO<sub>x</sub> | SiN | SiC | ILD |
CE-1 | CFE-1 | 0 | 1.2 | 5.67 | 6.8 | NM | NM |
CE-2 | CFE-2 | 0.07 | 0.8 | 0.82 | 0.89 | 0 | 0 |
1 | FE-1 | 0 | 0.3 | 4.52 | 1.56 | NM | NM |
2 | FE-2 | 1.02 | 1.6 | 4.3 | 3.25 | 0 | 0 |
3 | FE-3 | 5.22 | 1.2 | 5.8 | 5.24 | 0 | 0 |
4 | FE-4 | 2.13 | 1.1 | 4.82 | 1.76 | 0 | 0 |
5 | FE-5 | 2.02 | 1.35 | 5.1 | 3.12 | NM | NM |
6 | FE-6 | 0.06 | 1.05 | 4.46 | 2.65 | NM | NM |
NM=未测量
蚀刻后残余物的清洗
根据一般程序2,对于比较调配物实施例CFE-2、以及调配物实施例FE-4、FE-5和FE-6进行清洗测试。通常,希望具有尽可能低的Co、W、SiN、SiC和ILD的蚀刻速率,同时对于TiOx具有平衡的刻蚀速率(例如4-6埃/分钟)。通过一般程序2获得的清洗测试结果表明,CFE-2表现出差的清洗能力,而FE-4、FE-5和FE-6表现出优越的清洗能力。
通过一般程序3获得的表2的结果和通过一般程序2获得清洗测试的结果表明,比较调配物实施例CFE-1(没有硼酸)和CFE-2(没有硫酸铵)均具有高的SiN蚀刻速率,或者不能清洗基板。出乎意料地,该结果示出本发明的调配物实施例(例如FE-1至FE-6)表现出低的SiN蚀刻速率,同时与其他金属仍保持相容性,并表现优异的清洗能力。
调配物实施例7-27
为了进一步详细说明本发明的组合物,表3和4描述了另外的清洗组合物。表3中取代的硼酸具有如下定义的结构。
表4中的氟硼酸盐化合物包含(R2)xB(F)4-x -的氟硼酸盐阴离子,并具有如下定义的结构:
NA=不适用
表3
BTA=苯并***
*调配物还包含0.5%DBU;
**调配物还包括0.4%四甲基氢氧化铵(TMAH);
表4
BTA=苯并***
*调配物还包含0.5%DBU;
**调配物还包括0.4%四甲基氢氧化铵(TMAH)。
Claims (39)
1.清洗组合物,其含有:
1)按所述组合物的重量计0.01wt%至1wt%的HF;
2)按所述组合物的重量计0.01wt%至0.6wt%的经取代或未经取代的硼酸;
3)按所述组合物的重量计0.05wt%至5wt%的硫酸铵;
4)按所述组合物的重量计0.1wt%至0.6wt%的至少一种金属腐蚀抑制剂;
5)水;和
6)任选地,至少一种pH调节剂,该pH调节剂是不含金属离子的碱;
其中,所述清洗组合物的pH为5至6且所述清洗组合物还不含氧化剂。
2.根据权利要求1所述的组合物,其特征在于,所述组合物的pH为5至5.9。
3.根据权利要求1所述的组合物,其特征在于,所述组合物包括0.01wt%至0.5wt%的HF。
4.根据权利要求1所述的组合物,其特征在于,所述组合物包含0.01wt%-0.1wt%的HF。
5.根据权利要求1所述的组合物,其特征在于,所述经取代或未经取代的硼酸的化学式为R1B(OH)2,其中R1是OH、经取代或未经取代的烷基、或经取代或未经取代的芳基。
6.根据权利要求5所述的组合物,其特征在于,R1是OH。
7.根据权利要求5所述的组合物,其特征在于,R1是任选地被经取代或未经取代的芳基所取代的C1-C10的烷基,或者任选地被经取代或未经取代的C1-C10烷基、卤素、硝基或C1-C10烷氧基所取代的芳基。
8.根据权利要求1所述的组合物,其特征在于,所述组合物包含0.01wt%至0.5wt%的所述经取代或未经取代的硼酸。
9.根据权利要求1所述的组合物,其特征在于,所述组合物包括0.2wt%至5wt%的硫酸铵。
10.根据权利要求1所述的组合物,其特征在于,所述金属腐蚀抑制剂为经取代或未经取代的苯并***。
11.根据权利要求10所述的组合物,其特征在于,所述金属腐蚀抑制剂为苯并***,其任选地被选自以下的至少一种取代基所取代:烷基基团、芳基基团、卤素基团、氨基基团、硝基基团、烷氧基基团、及羟基基团。
12.根据权利要求11所述的组合物,其特征在于,该金属腐蚀抑制剂选自包括以下物质的组:苯并***、5-氨基四唑、1-羟基苯并***、5-苯基硫醇-苯并***、5-氯苯并***、4-氯苯并***、5-溴苯并***、4-溴苯并***、5-氟苯并***、4-氟苯并***、萘并***、甲苯基***、5-苯基-苯并***、5-硝基苯并***、4-硝基苯并***、3-氨基-5-巯基-1,2,4-***、2-(5-氨基-戊基)-苯并***、1-氨基-苯并***、5-甲基-1H-苯并***、5-羧基苯并***、4-甲基苯并***、4-乙基苯并***、5-乙基苯并***、4-丙基苯并***、5-丙基苯并***、4-异丙基苯并***、5-异丙基苯并***、4-正丁基苯并***、5-正丁基苯并***、4-异丁基苯并***、5-异丁基苯并***、4-戊基苯并***、5-戊基苯并***、4-己基苯并***、5-己基苯并***、5-甲氧基苯并***、5-羟基苯并***、二羟基丙基苯并***、1-[N,N-双(2-乙基己基)氨基甲基]-苯并***、5-叔丁基苯并***、5-(1',1'-二甲基丙基)-苯并***、5-(1',1',3'-三甲基丁基)苯并***、5-正辛基苯并***、及5-(1',1',3',3'-四甲基丁基)苯并***。
13.根据权利要求1所述的组合物,其特征在于,所述组合物包含0.15wt%至0.6wt%的所述金属腐蚀抑制剂。
14.根据权利要求1所述的组合物,其特征在于,所述组合物包含80%至99.7%的水。
15.根据权利要求1的组合物,其特征在于,其进一步包含至少一种pH调节剂,所述pH调节剂为不含金属离子的碱。
16.根据权利要求15所述的组合物,其特征在于,所述pH调节剂为氢氧化季铵、单胺、亚胺、或胍盐。
17.清洗组合物,其含有:
1)按所述组合物的重量计0.02wt%至2wt%的氟硼酸盐化合物;
2)按所述组合物的重量计0.05wt%至5wt%的硫酸铵;
3)按所述组合物的重量计0.1wt%至0.6wt%的至少一种金属腐蚀抑制剂;
4)水;和
5)任选地,至少一种pH调节剂,该pH调节剂是不含金属离子的碱;
其中,所述清洗组合物的pH为5至6且所述清洗组合物还不含氧化剂。
18.根据权利要求17所述的组合物,其特征在于,所述氟硼酸盐化合物包括合适的阳离子和式(R2)xB(F)4-x -的氟硼酸盐阴离子,其中R2为经取代或未经取代的烷基、或者经取代或未经取代的芳基,且x为0、1、2或3。
19.根据权利要求18所述的组合物,其特征在于,所述氟硼酸盐阴离子式为R2B(F)3 -,其中R2为经取代或未经取代的烷基、或者经取代或未经取代的芳基。
20.根据权利要求18所述的组合物,其特征在于,所述氟硼酸盐化合物为氟硼酸或四氟硼酸盐。
21.根据权利要求18所述的组合物,其特征在于,所述氟硼酸盐化合物为四氟硼酸铵盐或四氟硼酸季铵盐。
22.根据权利要求19所述的组合物,其特征在于,R2为任选地被经取代或未经取代的芳基所取代的C1-C10烷基,或者任选地被经取代或未经取代的C1-C10烷基、卤素、硝基或C1-C10烷氧基所取代的芳基。
23.根据权利要求18所述的组合物,其特征在于,所述氟硼酸盐化合物为三氟硼酸铵盐或三氟硼酸季铵盐。
24.根据权利要求17所述的组合物,其特征在于,所述组合物的pH为5至5.9。
25.根据权利要求17所述的组合物,其特征在于,所述组合物包含0.1wt%至2wt%的氟硼酸盐化合物。
26.根据权利要求17所述的组合物,其特征在于,所述组合物包含0.2wt%至5wt%的硫酸铵。
27.根据权利要求17所述的组合物,其特征在于,所述金属腐蚀抑制剂为经取代或未经取代的苯并***。
28.根据权利要求27所述的组合物,其特征在于,所述金属腐蚀抑制剂为苯并***,其任选地被选自以下的至少一种取代基所取代:烷基基团、芳基基团、卤素基团、氨基基团、硝基基团、烷氧基基团、及羟基基团。
29.根据权利要求28所述的组合物,其特征在于,所述金属腐蚀抑制剂选自包括以下物质的组:苯并***、5-氨基四唑、1-羟基苯并***、5-苯基硫醇-苯并***、5-氯苯并***、4-氯苯并***、5-溴苯并***、4-溴苯并***、5-氟苯并***、4-氟苯并***、萘并***、甲苯基***、5-苯基-苯并***、5-硝基苯并***、4-硝基苯并***、3-氨基-5-巯基-1,2,4-***、2-(5-氨基-戊基)-苯并***、1-氨基-苯并***、5-甲基-1H-苯并***、5-羧基苯并***、4-甲基苯并***、4-乙基苯并***、5-乙基苯并***、4-丙基苯并***、5-丙基苯并***、4-异丙基苯并***、5-异丙基苯并***、4-正丁基苯并***、5-正丁基苯并***、4-异丁基苯并***、5-异丁基苯并***、4-戊基苯并***、5-戊基苯并***、4-己基苯并***、5-己基苯并***、5-甲氧基苯并***、5-羟基苯并***、二羟基丙基苯并***、1-[N,N-双(2-乙基己基)氨基甲基]-苯并***、5-叔丁基苯并***、5-(1',1'-二甲基丙基)-苯并***、5-(1',1',3'-三甲基丁基)苯并***、5-正辛基苯并***、及5-(1',1',3',3'-四甲基丁基)苯并***。
30.根据权利要求17所述的组合物,其特征在于,所述组合物包含0.15wt%至0.6wt%的所述金属腐蚀抑制剂。
31.根据权利要求17所述的组合物,其特征在于,所述组合物包含80%至99.7%的水。
32.根据权利要求17所述的组合物,其进一步包含至少一种pH调节剂,所述pH调节剂为不含金属离子的碱。
33.根据权利要求32所述的组合物,其特征在于,所述pH调节剂为氢氧化季铵、单胺、亚胺、或胍盐。
34.一种方法,包括:使含有蚀刻后残余物和/或灰化后残余物的半导体基板与权利要求1-33中任一项的清洗组合物接触。
35.根据权利要求34所述的方法,其进一步包含在接触步骤后用冲洗溶剂冲洗所述半导体基板。
36.根据权利要求35所述的方法,其进一步包含在冲洗步骤后干燥所述半导体基板。
37.根据权利要求36所述的方法,其进一步包含由所述半导体基板形成半导体器件。
38.半导体器件,其通过权利要求34所述的方法制备。
39.根据权利要求38所述的器件,所述半导体器件为集成电路器件。
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