含有氨基苯磺酸的半水性溶脫和清洗組合物的製作方法

2023-09-20 10:02:30 1

專利名稱：：含有氨基苯磺酸的半水性溶脫和清洗組合物的製作方法含有氨基苯磺酸的半水性溶脫和清洗組合物
背景技術：
：在半導體或半導體微電路的製造過程中，有必要從半導體器件基板的表面除去某些物質。在某些情況中，要除去的物質是被稱作光致抗蝕劑(photoresists)的聚合的合成物。在其它情況中，要除去的物質是蝕刻或灰磨處理的殘留物或者僅是汙染物。溶脫(strip)和/或清洗組合物的目的是從半導體基板除去不需要的物質而不腐蝕、溶解或鈍化基板的暴露表面。現有技術中有眾多的涉及用於從半導體基板溶脫光致抗蝕劑和/或清洗蝕刻殘留物、灰分或其它汙染物的不同類型組合物的參考文獻。這一
技術領域：
中的專利包括Torii的US5,972,862、Inoue的US6,232,283Bl、Mayhan的US5,534,177、McGrady的US4,321,166、Jones的US4,199,483、Borchert的US3，653，931、Mey的US4,215,005、US4,165,295和US4,242,218。
發明內容本發明涉及半水性溶脫和清洗組合物及其使用方法。該組合物包含氨基苯磺酸、可與水混溶的有機溶劑和水。在一種實施方式中，所述半水性溶脫和清洗組合物包含a.0.5%至10%的氨基苯磺酸或其對應的鹽，b.30%至90%的可與水混溶的有機溶劑，和c.5%至70%的水。在另一種實施方式中，從半導體基板除去光致抗蝕劑、蝕刻和/或灰磨殘留物或者汙染物的方法包括使半導體基板與包含以下成分的組合物接觸足以充分地除去光致抗蝕劑、蝕刻和/或灰磨殘留物或者汙染物的一段時間a.0.5%至10%的氨基苯磺酸或其對應的鹽，b.30%至90%的可與水混溶的有機溶劑，和c.5%至70%的水。對於上述實施方式中的組合物和方法，氨基苯磺酸或其對應的鹽選自2-氨基苯磺酸、3-氨基苯磺酸、4-氨基苯磺酸及其混合物。在另一種實施方式中，所述半水性溶脫和清洗組合物包含a.0.5%至10%的2-氨基苯磺酸或其對應的鹽，b.30%至90%的可與水混溶的有機溶劑，和c.5%至70%的水。再在另一種實施方式中，從半導體基板除去光致抗蝕劑、蝕刻和/或灰磨殘留物或者汙染物的方法包括使半導體基板與包含以下成分的組合物接觸足以充分地除去光致抗蝕劑、蝕刻和/或灰磨殘留物或者汙染物的一段時間a.0.5%至10%的2-氨基苯磺酸或其對應的鹽，b.30%至90%的可與水混溶的有機溶劑，和c.5%至70%的水。對於上述實施方式，可與水混溶的有機溶劑選自二醇醚、糠醇及其混合物。更具體地，可與水混溶的有機溶劑選自丙二醇甲醚(PGME)、丙二醇丙醚(PGPE)、三(丙二醇)單甲醚、2-(2-丁氧基乙氧基)乙醇、四氫糠醇(THFA)及其混合物。所述組合物可以進一步包含最多15%的選自有機酸、有機酸鹽、苯酚、三唑、羥胺衍生物、果糖、亞硫酸銨、2-氨基嘧啶、硫代硫酸銨、甘氨酸、四曱基胍、亞氨基二乙酸、二甲基乙醯基乙醯胺及其混合物的腐蝕抑制劑。所述組合物可以進一步包含最多10%的選自氫氧化四甲基銨(TMAH)、氫氧化四乙基銨、氫氧化四丁基銨(TBAH)、氫氧化四丙基銨、氫氧化三甲基乙基銨、氫氧化(2-羥乙基)三曱基銨、氫氧化(2-羥乙基)三乙基銨、氬氧化(2-羥乙基)三丙基銨、氫氧化(l-羥丙基)三甲基銨、氫氧化乙基三甲基銨、氫氧化二乙基二甲基銨、氫氧化苯甲基三曱基銨及其混合物的季銨化合物。所述組合物優選具有6-11的pH值。具體實施例方式本發明提供一種其成分以有效地從基板(例如，舉例來說，半導體基板)除去殘留物的量存在的組合物。本發明還提供利用該組合物從基板除去殘留物的方法。在涉及半導體基板的應用中，這類殘留物包括，例如光致抗蝕劑(硬化的或其它)、填縫劑、底部抗反射塗層(BARC)及其它聚合物質(例如，含C-F的聚合物、低和高分子量聚合物)和/或工藝殘渣(如由蝕刻和灰磨處理產生的殘留物)、無化合物(如金屬氧化物)、來自化學機械平面化(CMP)漿料的陶資顆粒和其它無機蝕刻殘留物、含金屬的化合物(如，舉例來說，有機金屬殘留物和金屬有機化合物)。在一種實施方式中，按照本發明的組合物在從半導體基板除去含矽的BARC殘留物方面特別有效。殘留物通常存在於可能包括金屬、矽、矽酸鹽和/或層間介電物質(例如，舉例來說，沉積的矽氧化物和衍生的矽氧化物，如氫珪倍半氧烷(HSQ)、甲基矽倍半氧烷(MSQ)、場氧化物(FOX)、四乙氧基甲矽烷(TEOS)和旋塗玻璃(spin-onglass))、化學汽相澱積電介質物質、低介電(low-k)和/或高介電(high-k)物質(如矽酸鉿、氧化鉿、鈦酸鍶鋇(BST)、Ti02、Ta05)的基板中，其中殘留物和金屬、矽、矽化物、層間介電物質、低介電和/或高介電物質都與清洗組合物*接觸。本發明的舉例來說，上面描述的那些殘留物)而不會明顯地侵蝕所述金屬、矽、二氧化矽、層間介電物質、低介電或高介電物質。在特定的實施方式中，基板可以包含金屬，例如，但不限於銅、鈷、銅合金、鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、鴒和/或鈦/鴒合金。在製造過程中，光致抗蝕層塗敷在基板上。利用光刻工藝在光致抗蝕層上形成圖案。因此形成圖案的光致抗蝕層進行等離子蝕刻，圖案通過蝕刻轉印到基板上。蝕刻殘留物在蝕刻階段中產生。本發明中使用的某些基板進行灰磨處理，而某些不進行灰磨處理。當基板進行灰磨處理時，待清洗的主要殘留物是蝕刻和灰磨殘留物。如果基板不進行灰磨處理，則待清洗或溶脫的主要殘留物是蝕刻殘留物和光致抗蝕劑以及高度交聯的光致抗蝕劑。本發明公開的組合物是包含氨基苯磺酸或其對應的鹽、可與水混溶的有機溶劑和水的半水性溶脫和清洗組合物。對於本發明來說，"可混溶"包括可溶解。在特定的實施方式中，氨基苯磺酸選自2-氨基苯磺酸(也稱作鄰氨基苯磺酸、苯胺-2-磺酸、苯胺-鄰-磺酸和鄰位氨基苯磺酸(oaminobenzenesulfonic))、3-氨基苯磺酸(也稱作間氨基苯磺酸)、4-氨基苯磺酸(也稱作磺胺酸)及其混合物。在特定的實施方式中，可與水混溶的有機溶劑可以是二醇醚或糠醇。二醇醚可以包括二醇單(C廠C6)烷基醚和二醇二(C廣C。烷基醚，例如，但不限於(C廣C2。)鏈烷二醇(C廣C6)烷基醚和(C廣C2Q)鏈烷二醇二(C廣C6)烷基醚。二醇醚的實例為乙二醇單曱醚、乙二醇單乙醚、乙二醇單丁醚、乙二醇二曱醚、乙二醇二乙醚、二乙二醇單曱醚、二乙二醇單乙醚、二乙二醇單丙醚、二乙二醇單異丙醚、二乙二醇單丁醚、二乙二醇單異丁醚、二乙二醇單苯曱醚、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、三乙二醇單甲醚、三乙二醇二曱醚、聚乙二醇單曱醚、二乙二醇甲基乙基醚、三乙二醇乙二醇單曱醚乙酸酯、乙二醇單乙醚乙酸酯、丙二醇單甲醚、丙二醇二甲醚、丙二醇單丁醚、丙二醇單丙醚、二丙二醇單甲醚、二丙二醇單丙醚、二丙二醇單異丙醚、二丙二醇單丁醚、二丙二醇二異丙醚、三丙二醇單曱醚、l-曱氧基-2-丁醇、2-曱氧基-l-丁醇、2-甲氧基-2-曱基丁醇、l，l-二甲氧基乙烷和2-(2-丁氧基乙氧基)乙醇。更典型的二醇醚的實例為丙二醇單曱醚、丙二醇單丙醚、三(丙二醇)單曱醚和2-(2-丁氧基乙氧基)乙醇。糠醇的實例為四氫糠醇(THFA)。在一些實施方式中，組合物可以包括0.5%至大約15%重量的一種或多種腐蝕抑制劑。可以使用本領域中已知的用於類似用途的任何腐蝕抑制劑。腐蝕抑制劑可以是，例如有衝幾酸、有才幾酸鹽、苯酚、三唑、羥胺衍生物或其酸鹽。特定腐蝕抑制劑的實例包括鄰氨基苯曱酸、沒食子酸、苯甲酸、間苯二酸、馬來酸、富馬酸、D,L-蘋果酸、丙二酸、鄰苯二曱酸、馬來酸酐、鄰苯二甲酸酐、苯並三唑(BZT)、間苯二酚、羧基苯並三唑、二烷基羥胺衍生物、乳酸、檸檬酸等等。可以使用的腐蝕抑制劑的進一步實例包括兒茶酚、1，2，3-苯三酚和沒食子酸的酯。可以使用的特定二烷基羥胺衍生物包括二乙基羥胺。合適的腐蝕抑制劑的另外的實例包括果糖、亞硫酸銨、2-氨基嘧啶、硫代硫酸銨、甘氨酸、四曱基胍、亞氨基二乙酸和二甲基乙醯基乙醯胺。在特定的實施方式中，腐蝕抑制劑可以包括具有大約4至大約7的pH值範圍的弱酸。弱酸的實例包括三羥基苯、二羥基苯和/或水楊基羥肟酸。在腐蝕抑制劑為有機酸的實施方式中，有機酸可以與緩衝溶液中所使用的相同。在一些實施方式中，組合物可以包括一種或多種季銨化合物。合適的季銨化合物的實例包括氫氧化四甲基銨(TMAH)、氫氧化四乙基銨、氫氧化四丁基銨(TBAH)、氫氧化四丙基銨、氫氧化三甲基乙基銨、氫氧化(2-羥乙基)三甲基銨、氫氧化(2-羥乙基)三乙基銨、氫氧化(2-羥乙基)三丙基銨、氫氧化(l-羥丙基)三甲基銨、氫氧化乙基三甲基銨、氫氧化二乙基二甲基銨和氫氧化苯曱基三甲基銨。季銨化合物的存在量為大約0.5%至大約10%或者大約5%至大約10%重量。在一些實施方式中，組合物可以任選地包括氟離子源，其量通常為大約0.1%至大約10%重量或大約5%至大約10%重量。這類化合物的實例包括氟化銨、四曱基氟化銨、四乙基氟化銨、四丁基氟化銨及其混合物。氟離子源的再進一步的實例包括氟硼酸、氫氟酸、氟硼酸鹽、四氟硼酸四丁基銨鹽、六氟化鋁和氟化膽鹼。在一些實施方式中，組合物包含0.5%至10%的氨基苯磺酸或其對應的鹽、30%至90%的有機溶劑和5%至70%的水，其中組合物的pH為6-11。在一個特定的實施方式中，組合物由0,5%至10%的2-氨基苯磺酸、30%至90%的可與水混溶的有機溶劑和5%至70%的水構成。組合物優選具有6-11的pH值。基板的組成在本發明的實施例中使用的各基板包括蝕刻後抗蝕劑的頂層，緊跟著是BARC層。BARC層又位於硬掩模頂上，緊跟著是低介電的電介質。硬掩模材料的例子通常是鈦和氮化鈦，但不限於此。對於雙重鑲嵌基板，電介質層後跟著蝕刻終止層，蝕刻終止層又通常跟著銅層，但不限於銅層。加工條件清洗測試使用305mL的清洗組合物在400mL的燒杯中利用設置為600rpm的/2，，圓形Teflon攪拌子進行。如果必要，清洗組合物在電熱板上被加熱到下面給出的預定溫度。尺寸為大約1/2，，X乂2"的晶片片斷在下面的設置條件下浸入到組合物中5CTC溫度下30分鐘。然後片斷在去離子(DI)水溢流槽中衝洗3分鐘，隨後使用過濾氮氣進行乾燥。然後使用掃描電子顯微鏡(SEM)鏡檢方法對它們進行清潔度分析。工作實施例下面的實施例用於進一步說明本發明的目的，但不以任何方式限制本發明。在下面的實施例中，所有的量以重量百分比給出併合計為100%重量。這裡公開的組合物通過在室溫下將各成分在容器中混合在一起直到所有固體溶解而製備。這裡公開的特定組合物的實施例在表1中給出。下面是表l使用的縮略詞PGME=丙二醇曱醚THFA=四氬糠醇PGPE=丙二醇丙醚DEHA-二乙基羥胺2-ASA=2-氨基苯磺酸3-ASA=3-氨基苯磺酸4-ASA=4-氨基苯磺酸p-TSA=對曱苯磺酸MSA=曱磺酸TMAH=氫氧化四曱基銨TMAF二四甲基氟化銨Amm.Sulfite=亞碌u酸4妄表l:示例性的組合物實施例APGME46去離子水44.42-ASA2TMAH7TMAF0.6實施例DPGME59去離子水30.92-ASA2亞石危酸銨1TMAH6.5實施例BPGME54.8去離子水39.52-ASA2TMAH2.1TMAF0.62-氨基嘧啶1實施例EPGME37去離子水49.92-ASA2亞硫酸銨2TMAH7.5實施例CPGME37.7去離子水512-ASA7TMAH3.7TMAF0.6實施例FPGME10去離子水49.42-ASA2苯甲酸1TMAH7TMAF0.6實施例GTHFA40去離子水49.42-ASA2苯曱酸1TMAH7TMAF0.6實施例JPGME32.8去離子水51.24-ASA2.2檸檬酸0.9TMAH7.3TMAF0.6DEHA5實施例MPGME40去離子水52.12-ASA2檸檬酸0.9DEHA5TMAF0.62-氨基嘧啶1實施例HPGME33去離子水49.42畫ASA2丙二酸3TMAH7TMAF0.6DEHA5實施例KPGME32.8去離子水51.2p畫TSA2.2檸檬酸0.9TMAH7.3TMAF0.6DEHA5實施例NPGME67.6去離子水20.2TBAH1.12-ASA2DEHA5TEA1.1TMAF0.6THFA30實施例IPGME32.8去離子水51.22-ASA2.2檸檬酸0.9TMAH7.3TMAF0.6DEHA5實施例LPGME32.8去離子水51.2MSA2.2檸檬酸0.9TMAH7.3TMAF0.6DEHA5實施例OPGPE32.8去離子水51.22-ASA2.2檸檬酸0.9TMAH7.3TMAF0.6間苯二酚3DEHA實施例PPGME32.8去離子水46.72-ASA2.2檸檬酸6TMAH7.3DEHA5實施例QPGME32.8去離子水46.7p-TSA2.2檸檬酸6TMAH7.3DEHA5實施例RPGME32.8去離子水46.7MSA2.2檸檬酸6TMAH7.3DEHA5實施例SPGME32.8去離子水46.73-ASA2.2檸檬酸6TMAH7.3DEHA5實施例TPGME32.8去離子水46.74-ASA2.2檸檬酸6TMAH7.3DEHA5示例性組合物的清洗效果顯示於表2中表2.示例性組合物的清洗效果數據tableseeoriginaldocumentpage12tableseeoriginaldocumentpage13如表l中所示，在實施例P-T的設置中唯一變化的成分是在組合物中使用了不同的磺酸。如表2中所示，所有氨基苯磺酸都具有一定的清洗效果。看來磺酸官能團的位置對清潔效率有影響。如下面的結構中所示，當磺酸基團位於鄰位時，如2-氨基苯磺酸(2-ASA,實施例P)，組合物能夠同時清洗基質和除去BARC物質。但是，當磺酸基團分別位於間位和對位時，如3-氨基苯磺酸(3-ASA)和4-氨基苯磺酸(4-ASA)(實施例S和T),這些組合物清潔效率較低，其中一些不能完成基板的清洗。在其它的磺酸化合物中，如對甲苯磺酸(p-TSA)和曱磺酸(MSA),也顯示出弱的清洗效果，它們不能完成基板的清洗。當氟化物加入到組合物中時，含有2-ASA的組合物的有益清洗效果出現下降。清洗效果的減弱通過實施例P和實施例I的對比可以明顯地看出。實施例P和實施例I各包含2-ASA，但實施例I除了實施例P具有的所有成分外還含有氟化物。實施例P能夠同時清洗基質和除去BARC物質，而很顯然實施例I不能同時清洗基質和除去BARC物質(如表2中所示)。二乙基鞋胺(以及其它的羥胺衍生物)用作銅的腐蝕抑制劑。一般來說，羥胺衍生物由於其蝕刻銅的能力而被認為與銅不相容，但在那些組合物中，它們被用於防止銅腐蝕。前述的實施例和對優選實施方式的描述應理解為對權利要求中定義的本發明的舉例說明，而不是對本發明的限制。很容易理解，可以採用上述給出的特徵的多種變型或組合而不會與如權利要求中所列的本發明脫離。這類變型不認為脫離本發明的精神和範圍，且所有這類變型應當包括在所附權利要求的範圍內。權利要求1、一種半水性溶脫和清洗組合物，包含a.0.5％至10％的氨基苯磺酸或其對應的鹽，b.30％至90％的可與水混溶的有機溶劑，和c.5％至70％的水；其中該組合物的pH值為6-11。2、如權利要求1所述的組合物，其中所述氨基苯磺酸選自2-氨基苯磺酸、3-氨基苯磺酸、4-氨基苯磺酸及其混合物，優選所述氨基苯磺酸為2-氨基苯磺酸。3、如權利要求1或2所述的組合物，其中所述可與水混溶的有機溶劑選自二醇醚、糠醇及其混合物，優選所述可與水混溶的有機溶劑選自丙二醇曱醚(PGME)、丙二醇丙醚(PGPE)、三(丙二醇)單曱醚、2-(2-丁氧基乙氧基)乙醇、四氬糠醇(THFA)及其混合物。4、如權利要求1-3任一項所述的組合物，其中所述組合物進一步包含0.5%至15%的選自有機酸、有機酸鹽、苯酚、三唑、羥胺衍生物、果糖、亞硫酸銨、2-氨基嘧啶、硫代硫酸銨、甘氨酸、四曱基胍、亞氨基二乙酸、二甲基乙醯基乙醯胺及其混合物的腐蝕抑制劑。5、如權利要求l-4任一項所述的組合物，其中所述組合物進一步包含0.5%至10%的選自氫氧化四甲基銨(TMAH)、氫氧化四乙基銨、氫氧化四丁基銨(TBAH)、氫氧化四丙基銨、氫氧化三曱基乙基銨、氫氧化(2-羥乙基)三甲基銨、氬氧化(2-羥乙基)三乙基銨、氬氧化(2-羥乙基)三丙基銨、氫氧化(l-羥丙基)三曱基銨、氬氧化乙基三曱基銨、氫氧化二乙基二甲基銨、氫氧化苯曱基三曱基銨及其混合物的季銨化合物。6、一種從半導體基板除去光致抗蝕劑、蝕刻和/或灰磨殘留物或者汙染物的方法，包括使半導體基板與包含以下成分的組合物接觸足以充分地除去所述光致抗蝕劑、蝕刻和/或灰磨殘留物或者汙染物的一4殳時間a.0.5%至10%的氨基苯磺酸或其對應的鹽，b.30%至90%的可與水混溶的有機溶劑，和c.5%至70%的水;其中該組合物的pH值為6-11。7、如權利要求6所述的方法，其中所述氨基苯磺酸選自2-氨基苯磺酸、3-氨基苯磺酸、4-氨基苯磺酸及其混合物，優選所述氨基苯磺酸為2-氨基苯磺酸。8、如權利要求6或所述的方法，其中所述可與水混溶的有機溶劑選自二醇醚、糠醇及其混合物，優選所述可與水混溶的有機溶劑選自丙二醇曱醚(PGME)、丙二醇丙醚(PGPE)、三(丙二醇)單曱醚、2-(2-丁氧基乙氧基)乙醇、四氫糠醇(THFA)及其混合物。9、如權利要求6-8任一項所述的方法，其中所述組合物進一步包含0.5%至15%的選自有機酸、有機酸鹽、苯酚、三唑、羥胺衍生物、果糖、亞硫酸銨、2-氨基嘧啶、硫代硫酸銨、甘氨酸、四甲基胍、亞氨基二乙酸、二甲基乙醯基乙醯胺及其混合物的腐蝕抑制劑。10、如權利要求6-9任一項所述的方法，其中所述組合物進一步包含0.5%至10%的選自氫氧化四曱基銨(TMAH)、氫氧化四乙基銨、氫氧化四丁基銨(TBAH)、氫氧化四丙基銨、氫氧化三曱基乙基銨、氫氧化(2-羥乙基)三甲基銨、氫氧化(2-羥乙基)三乙基銨、氫氧化(2-羥乙基)三丙基銨、氫氧化(l-羥丙基)三曱基銨、氫氧化乙基三曱基銨、氫氧化二乙基二甲基銨、氫氧化苯甲基三甲基銨及其混合物的季銨化合物。全文摘要本發明涉及用於除去高度交聯的抗蝕劑和蝕刻殘留物的半水性組合物及其使用方法。該組合物包含氨基苯磺酸、可與水混溶的有機溶劑和水。文檔編號C11D1/22GK101531950SQ20091012816公開日2009年9月16日申請日期2009年3月12日優先權日2008年3月13日發明者D·L·德拉姆,M·I·埃格比,M·W·萊格恩扎申請人:氣體產品與化學公司