含芳香酸抑制剂的光致抗蚀剂剥离剂/清洁剂组合物制作方法

达里尔·W·彼得斯, 小弗洛伊德·L·里德尔, 伊德 L 里德尔, 达里尔 W 彼得斯

2004年1月7日

2001年9月18日

2000年9月25日

阿什兰公司

C11D11/00GK1466708SQ01816265

光致抗蚀剂 抑制剂 芳香 剥离

1.一种用于从金属、金属合金或电介质表面上除去残留物的酸性或碱性剥离和清洁组合物，所述组合物包括水及有机极性溶剂，其改进措施包括所述组合物具有有效量的选自以下组中的芳香羧酸腐蚀抑制剂苯甲酸、苯甲酸铵、邻苯二甲酸、邻苯二甲酸酐、间苯二酸及其混合物，所述组合物不含氧化剂2.如权利要求1的组合物，其包括至少约25重量％的水3.如权利要求2的组合物，其包括约30-95重量％的水4.如权利要求1的组合物，其包括约0.2-15重量％的所述抑制剂5.如权利要求4的组合物，其包括约3-5重量％的所述抑制剂6.如权利要求1的组合物，其中所述抑制剂包括苯甲酸铵和苯甲酸的混合物，并且pH值约低于47.如权利要求1的组合物，其中所述极性溶剂为N，N′-二甲基乙酰胺8.一种如权利要求1的碱性光致抗蚀剂剥离和清洁组合物，其包括a)胆碱氢氧化物；b)约2-6重量％的苯甲酸铵和苯甲酸的混合物；c)约80-90重量％的水；以及d)0-约10重量％的N，N′-二甲基乙酰胺，其中苯甲酸铵和苯甲酸的比例为2∶1-1∶1，所述组合物不含氧化剂9.如权利要求1的碱性光致抗蚀剂剥离和清洁组合物，其基本上由以下物质组成a)约10重量％的N，N′-二甲基乙酰胺；b)约6重量％的胆碱氢氧化物；c)约4重量％的苯甲酸；以及d)约80重量％的水，所述组合物不含氧化剂10.一种从涂敷基底上除去残留物的方法，其包括以下步骤a)向所述涂敷基底施加剥离和清洁有效量的如权利要求1的组合物；b)保持所述组合物与所述基底接触有效时间，以便从所述涂敷基底上剥离和清除所述残留物；以及c)然后从所述基底上除去残留物11.如权利要求10的方法，其中所述组合物包含至少约25重量％的水12.如权利要求10的方法，其中所述组合物包含约30-95重量％的水13.如权利要求10的方法，其中所述组合物进一步包含羟胺14.如权利要求10的方法，其中所述残留物为有机涂层15.如权利要求14的方法，其中所述有机涂层为光致抗蚀剂16.一种从涂敷基底上除去光致抗蚀剂的方法，其包括以下步骤a)向所述涂敷基底施加剥离和清洁有效量的如权利要求5的组合物；b)保持所述组合物与所述基底接触有效时间，以便从所述涂敷基底上剥离和清除所述光致抗蚀剂；以及c)从所述基底上除去光致抗蚀剂

本发明涉及在半导体和微电路制造中从金属或电介质表面除去残留物的剥离和清洁组合物更具体而言，本发明提供一种新颖的能防止金属腐蚀和残留物再沉积于基底上的抑制系统包含芳香溶剂和碱性胺之混合物的抗蚀剂剥离和清洁试剂是公知的这些抗蚀剂剥离试剂虽然能有效除去光致抗蚀剂，它们也可能腐蚀金属或金属合金导体如铜、镀铝的二氧化硅和/或钛已经建议在某些剥离组合物中使用氟化氢来降低金属腐蚀的速率但是，氟化氢侵蚀钛金属，需要工作人员仔细处理，而且还会引起处置问题另外，为了除去特定的涂层，商业上可获得的光致抗蚀剂剥离组合物要求过分长的保留时间或重复应用此外，许多涂层对使用可获得的剥离组合物将其从特定基底上除去具有抵抗性当亚细微粒装置中加工尺寸变得更细小，即每平方厘米更多的晶体管时，蚀刻条件和除去蚀刻后残留物的必要性变得更为重要在更严格的条件下，光致抗蚀剂变得更容易受到损伤，并且更难除去因此，剥离/清洁剂配方必须改善，包括提供更有效的腐蚀抑制剂在半含水溶剂混合物中的半导体剥离剂/清洁剂中，公知的金属腐蚀抑制剂添加剂(即酚衍生物，如邻苯二酚、连苯三酚、没食子酸、间苯二酚(resorcenol)和β-萘酚)葡萄糖和吡咯如苯并三唑等在高含水量情况下不能维持可接受水平的腐蚀抑制能力当超过约25重量％的含水量时，常规抑制剂导致不可接受的对铝、铝合金和铜的腐蚀速率半导体装置的性能和产率强烈地取决于维持所设计的线宽不可接受的线宽损失导致产率的损失高含水量能提高每种无机残留物的除去速率，但是这将不得不以线宽的损失来平衡Ward等人的美国专利第5,496,491、5,556,482和5,707,947号公开了用于光致抗蚀剂的含有有机极性溶剂和碱性胺的有机剥离组合物，碱性胺包含能与金属形成配位络合物的抑制剂，此处这些专利引入本文作参考所公开的腐蚀抑制剂是不稳定的酚衍生物，其在pH值约为9的溶液中去质子化形成一价和二价阴离子，这些离子可以同金属阳离子螯合形成稳定的五、六和七员环已经研究苯甲酸和取代苯甲酸在高氯酸(HClO4)中用作铜的界面腐蚀抑制剂，R.K.Dinoppa和S.M.Mayanna，Journal Of AppliedElectrochemistry，11(1981)第111-116页，但是它们并没有在用于从半导体和微电路元件中除去光致抗蚀剂的剥离/清洁组合物的领域中经过测试需要提供一种光致抗蚀剂剥离/清洁组合物，其能够改善对金属和金属合金的防腐性能，并且能有效且基本上完全除去大量的有机聚合光致抗蚀剂和无机材料，而对基底却是化学惰性的在本发明的剥离和清洁组合物中使用的抑制剂是从苯甲酸铵、苯甲酸、邻苯二甲酸、邻苯二甲酸酐、间苯二酸及其混合物中选择的有效腐蚀抑制量的一组芳香羧酸和它们的衍生物有利地，包含含水碱性胺的光致抗蚀剂剥离和清洁组合物包括链烷醇胺、羟胺及其混合物本发明组合物对除去金属和电介质基底上的无机残留物是特别有用的本发明的目的之一是提供能够从基底上有效并高效地除去残留物而不会再沉积的改进的剥离和清洁组合物本发明的另一个目的是提供不腐蚀金属、金属合金或者电介质基底的改进的剥离和清洁组合物本发明的再另一个目的是提供能抑制金属离子再沉积的剥离和清洁组合物本发明的进一步目的是提供有效用于碱性或酸性剥离和清洁组合物中的腐蚀抑制剂本发明的再进一步目的是提供用于剥离和清洁组合物的腐蚀抑制剂，它们在高含水量情况下维持改善的腐蚀抑制水平本发明的再另一个目的是提供用于半含水光致抗蚀剂剥离和清洁组合物的腐蚀抑制剂，它们是不昂贵的并且在低浓度和低温下是有效的本发明的再另一个目的是提供用于铝和铜箔的含水剥离和清洁组合物，它们在降低毒性的含水配方中具有高的清洁效率图2表示在包含6％(45％)胆碱氢氧化物和4％苯甲酸的剥离组合物基质中，改变有机极性溶剂(DMAC)组分的比例对铜蚀刻速率的影响本发明优选的抑制剂是苯甲酸、苯甲酸铵、邻苯二甲酸、邻苯二甲酸酐和间苯二酸在碱性半含水溶剂混合物中使用酸酐将会导致原位形成酸腐蚀抑制剂可以以约0.2到约15重量％的量使用，并且能够加入剥离和/或清洁组合物中优选抑制剂浓度从约2到8重量％，更优选从约3到约5重量％，并且最优选地从约3到约5重量％这些百分数都是基于剥离和清洁组合物的总重量本发明的腐蚀抑制剂至少是与水可混溶的，并且在超过25重量％水的剥离和清洁组合物中是有效的实际上，剥离和清洁组合物可允许具有从约25到95重量％的含水量而不会降低对铝、铝合金和铜的腐蚀抑制性能作为本发明剥离和/或清洁组合物组分的有机极性溶剂包括许多类的材料，包括N，N′-二烷基链烷醇酰胺、N-烷基内酰胺、乙二醇醚的乙酸酯、聚乙二醇醚的乙酸酯、脂肪族酰胺、杂环化合物、环状脂肪砜、二元酸酯、环酮、环砜、二元酸酯、亚砜、醚醇以及它们的混合物具体地说，有用的溶剂包括N，N′-二甲基乙酰胺、乙酸卡必醇酯、己二酸二甲酯、一乙醇胺、三乙醇胺、碳酸异丙烯酯、胆碱氢氧化物、2-(2-氨基-乙氧基乙醇)、二甲基甲酰胺、四氢糠醇(tetrahydrofurylalcohol)、丁基二甘醇、戊二酸二甲酯、异佛尔酮、γ-丁内酯(butrolactone)、甲基乙酰氧丙烷、N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基亚砜以及它们的混合物其它适合用于本发明剥离和/或清洁组合物中的有机极性溶剂包括乙二醇、乙二醇烷基醚、二乙二醇烷基醚、三乙二醇烷基醚、丙二醇、丙二醇烷基醚、二丙二醇烷基醚、三丙二醇烷基醚、乙二胺和亚乙基三胺还可以在本发明组合物中使用本领域公知的其他极性溶剂如果需要，本发明剥离组合物还可以包含任何适当的不影响剥离和清洁作用的水可混溶性非离子表面活性剂，典型地以全部组合物重量的约0.1％到约2％的量使用本发明中使用的适当链烷醇胺可以用下式表达R3-n-N[(CH2)mOR′]]n式中R和R’可以是H或者烷基，且m是2或3，n是1、2或3，并且优选地具有相对高的沸点、即100℃或更高，以及高的闪点、即45℃链烷醇胺优选为水溶性的并且能与羟胺混溶适当链烷醇胺的实例包括一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、异丙醇胺、2-氨基-1-丙醇、3-氨基-1-丙醇、异丁醇胺、2-氨基-2-乙氧基乙醇、2-氨基-2-乙氧基丙醇、三丙醇胺等在本发明剥离组合物中还可任选包括约0.1％到约0.5重量％的本领域公知的各种其它组分，如染料或着色剂、消泡剂等本发明剥离和清洁组合物所使用的抑制剂取决于组合物是酸性还是碱性的在酸性组合物中使用上述公开的芳香酸酐但是，在含有氧化剂的酸性组合物中不使用抑制剂本发明的含水剥离和清洁组合物包括以下物质的混合物a)约25重量％到约95重量％的水；b)约1重量％到约30重量％的有机极性溶剂；以及c)有效量的选自苯甲酸铵、苯甲酸、邻苯二甲酸、邻苯二甲酸酐和间苯二酸的腐蚀抑制剂，所述组合物不含氧化剂剥离和清洁组合物可以通过简单混合各组分来制备，加入次序并不重要在使用羟胺的配方中，首先在水中溶解，然后加入其它组分本发明的剥离组合物由于各种原因是尤其有用和有利的，包括剥离组合物是水可混溶的、非腐蚀性的、不可燃的，而且对人具有低毒性，对环境也没有污染半导体装置的性能和产率强烈取决于所维持的设计线宽不可接受的线宽损失导致产率损失高含量的水改善每种残留物的除去速率，但是这是以线宽损失来平衡的本发明的抑制剂可以和较高的含水量一起作用由于组合物的低环境蒸汽压，所以它们比现有技术组合物表现出基本上更少的蒸发，而且是非反应性的并和环境兼容本发明剥离和清洁组合物可以循环多次使用，并且可以很容易地处理，而不会对环境造成压力并且不需要麻烦的安全措施通过相同的表述，剥离涂层可以很容易地作为固体除去，并为了便于处理而收集本发明剥离和清洁组合物被证明在较低的温度对于很多种涂层和基底具有较高的剥离效率代表性的有机聚合材料包括正光致抗蚀剂、电子束抗蚀剂、X射线抗蚀剂、离子束抗蚀剂等有机聚合材料具体实例包括包含苯酚-甲醛、聚(p-乙烯基苯酚)和酚醛清漆树脂的正抗蚀剂，或者包含环化聚异戊二烯或含树脂的聚甲基丙烯酸酯的负抗蚀剂等有机聚合材料可以从本领域技术人员公知的任何常规基底中除去，如硅、二氧化硅、氮化硅、多晶硅、铝、铝合金、铜、铜合金、聚酰亚胺等本发明的方法包括将有机聚合材料与公开的剥离和清洁组合物接触工艺条件如温度、时间和接触的持续时间可以在很大的范围变化，并且一般取决于需除去的有机聚合材料的性质和厚度，以及其它本领域技术人员熟悉的因素一般来说，对于约10分钟到约60分钟的接触时间，典型的温度范围从约25℃到约100℃在本发明实践中，可以使用许多方式来使聚合材料与剥离—清洁组合物接触例如，含有有机聚合材料的基底可以浸入剥离浴中，或者剥离—清洁组合物可以喷涂到聚合材料的表面上，这些方式对本领域技术人员来说都是很明显的本发明将通过下面的实施例被详细地进一步描述除非另有明确说明，所有分数和百分数都是重量百分数，并且所有温度是摄氏度表I 实施例2实施例1中使用的几种抑制剂包括苯甲酸铵(AB)，不同浓度比的苯甲酸铵(AB)和苯甲酸(BA)