下面详细地解释本发明。
本发明的剥离剂包含叔胺化合物、碱性化合物、氟化合物和阴离子 表面活性剂。
作为本发明的剥离剂中所包含的叔胺化合物,可以使用公知的任何 化合物,其中优选在氮
原子上具有至少两个烷基的叔胺化合物。
在氮原子上具有至少两个烷基的叔胺化合物包括具有三个烷基的胺 化合物、具有两个烷基和一个羟烷基的胺化合物、分子中具有两个烷基 和一个环烷基的胺化合物、分子中具有2个或2个以上氮原子的多胺化 合物等。
在这里,烷基有例如具有1~4个
碳原子的烷基,具体地说有例如甲 基、乙基、异丙基、正丙基或丁基等。
在上述胺化合物中,详细地说,具有三个烷基的胺化合物有例如三 甲胺、三乙胺或二甲基丁胺等,具有两个烷基和一个羟烷基的胺化合物 有例如N,N-二甲基
乙醇胺、N,N-二乙基乙醇胺、N,N-二异丙基乙醇胺或 N,N-二正丙基乙醇胺等,分子中具有两个烷基和一个环烷基的胺化合物 有例如N,N-二甲基环己胺、N,N-二乙基环己胺、N,N-二异丙基环己胺、 N,N-二正丙基环己胺或N,N-二丁基环己胺等。此外,分子中具有2个或 2个以上氮原子的多胺化合物有例如四甲基乙二胺、四甲基丙二胺、四甲 基丁二胺、四甲基戊二胺、四甲基己二胺、N,N,N′,N″,N″-五甲基二乙三胺、 二(二甲基
氨基乙基)醚或三(3-二甲基氨基丙基)六氢-均三嗪等。
本发明的剥离剂可以包含两种或两种以上的这些叔胺化合物。
其中,优选二甲基环己胺、N,N,N′,N″,N″-五甲基二乙三胺、二(二甲 基氨基乙基)醚。
本发明的剥离剂通常包含最多5重量%,优选0.001重量%~5重量 %,更优选0.001重量%~0.1重量%,特别优选0.01重量%~0.05重量 %量的这些叔胺化合物。如果所包含的叔胺化合物低于0.001重量%或高 于5重量%,则会降低对铜线路等的抗腐蚀效果。
作为本发明的剥离剂中所包含的碱性化合物,可以提及例如无机氢
氧化物、氢氧化季铵、链烷醇胺、吗啉类、哌嗪类和羟胺等。
无机氢氧化物具体地为例如
氢氧化铵、氢氧化
钾或氢氧化钠等;氢 氧化季铵可以为氢氧化四甲铵、氢氧化四乙铵或胆碱等。链烷醇胺有例 如单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、2-甲基氨基乙醇、2-乙基氨基乙醇、 N-甲基二乙醇胺、2-(2-氨基乙氧基)乙醇、1-氨基-2-丙醇、单丙醇胺或二 丁醇胺等;吗啉类有例如吗啉、N-甲基吗啉或N-乙基吗啉等;哌嗪类有 例如哌嗪、羟乙基哌嗪或2-甲基哌嗪等;羟基胺等。
本发明的剥离剂可以包含两种或两种以上的这些碱性化合物。
其中,优选氢氧化铵、氢氧化四甲铵、氢氧化四乙铵和胆碱等,更 优选氢氧化四甲铵和氢氧化四乙铵等。
当包含例如链烷醇叔胺、吗啉类、哌嗪类等作为叔胺化合物时,可 以不包含上述碱性化合物。
本发明的剥离剂通常包含0.01重量%~31重量%,优选0.05重量 %~10重量%,更优选0.1重量%~5.0重量%量的碱性化合物。当所述 浓度太低时,会降低光致抗蚀剂的可除去性;另一方面,当所述浓度太 高时,会降低对铜线路和低k膜损坏的抑制性能。
本发明的剥离剂中所包含的氟化合物具体有例如
氢氟酸或氟化物 盐,氟化物盐可包括例如氟化铵、氟化四甲铵和氟化四乙铵等。
本发明的剥离剂可以包含两种或两种以上的这些氟化合物。
氟化物盐优选为除金属盐以外的氟化物盐,其中优选氟化铵。
本发明的剥离剂通常包含0.001重量%~5重量%,优选0.01重量 %~1重量%,更优选0.01重量%~0.1重量%量的这类氟化合物。
当氟化合物的含量小于上述范围时,光致抗蚀剂可除去性趋于不足; 另一方面,当所述含量太高时,会降低对铜线路和低k膜损坏的抑制性 能。
本发明的剥离剂的特征在于,它包含阴离子表面活性剂。当本发明 的剥离剂仅包含例如非离子表面活性剂、阳离子表面活性剂等其它表面 活性剂,而不包含阴离子表面活性剂时,不能得到存在阴离子表面活性 剂时所达到的去除光致抗蚀剂的程度。
另外,当包含阴离子表面活性剂时,如果需要还可以包含其它的表 面活性剂。
阴离子表面活性剂可以是公知的所有阴离子表面活性剂,其中优选 分子结构中具有2个2个以上阴离子官能团的阴离子表面活性剂。
这里使用的术语“阴离子官能团”是指在
水中具有阴离子性的基团, 其具体例子可包括形成磺酸的基团(下文称为磺酸基团)、形成
硫酸酯的 基团(下文称为硫酸酯基团)、形成
磷酸酯的基团(下文称为磷酸酯基团) 和形成
羧酸的基团(下文称为羧酸基团)等。本发明的剥离剂优选使用 具有磺酸基团或硫酸酯基团的阴离子表面活性剂。
本发明的剥离剂中所包含的阴离子表面活性剂可包括例如具有下述 结构的化合物或这些化合物的盐。
这里使用的化合物可具体列举:具有磺酸基团的化合物,例如式(1) 表示的烷基二苯醚磺酸、式(2)表示的亚
烃基二磺酸、式(3)表示的 烷基苯磺酸、式(4)表示的
琥珀酸二烷酯磺酸、式(5)表示的琥珀酸 单烷酯磺酸、式(6)表示的烷基苯氧基乙氧基乙磺酸、式(7)表示的
萘磺酸-甲
醛的缩合物、式(8)表示的
苯酚磺酸-甲醛的缩合物或式(9) 表示的苯基苯酚磺酸-甲醛的缩合物等;具有硫酸酯基团的化合物,例如 式(10)表示的聚氧亚烷基烷基苯基醚硫酸酯、式(11)表示的聚氧亚 烷基烷基醚硫酸酯、式(12)表示的聚氧亚烷基多环苯基醚硫酸酯、式 (13)表示的聚氧亚烷基芳醚硫酸酯、式(14)表示的甲基
牛磺酸类化 合物例如烷基甲基牛磺酸、酰基甲基牛磺酸或
脂肪酸甲基牛磺酸等;具 有磷酸酯基团的化合物,例如式(15)表示的聚氧亚烷基烷基醚磷酸、 式(16)表示的聚氧亚烷基烷苯基醚磷酸;具有羧酸基团的化合物,例 如,如
棕榈油或油酸等脂肪酸、式(17)表示的例如酰基肌氨酸或脂肪 肌氨酸等肌氨酸类化合物;具有磺酸和羧酸的化合物,例如式(18)表 示的烷基磺基琥珀酸、式(19)表示的聚氧亚烷基烷基磺基琥珀酸等。
具有磺酸基团的化合物可以是由下式表示的化合物。
[式1]
[式2]
[式3]
[式4]
[式5]
[式6]
[式7]
[式8]
[式9]
具有硫酸酯基团的化合物可以是由下式表示的化合物。
[式10]
[式11]
R-O-(CmH2mO)n-SO3X
[式12]
[式13]
[式14]
具有磷酸酯基团的化合物可以是由下式表示的化合物。
[式15]
R-O-(CmH2mO)n-PO3X
[式16]
具有羧酸基团的化合物可以是由下式表示的化合物。
[式17]
具有磺酸基团和羧酸基团的化合物可以是由下式表示的化合物。
[式18]
[式19]
在上述式(1)~(19)中,X各自独立地表示氢、钠、铵、
钙或三乙醇 胺,R表示具有7~20个碳原子的烷基或亚烷基。并且,m表示2~4的 整数,n表示1~20的整数。
此外,分子结构中具有2个或2个以上阴离子官能团的阴离子表面 活性剂具体地可以为烷基二苯醚二磺酸、亚烷基二磺酸、萘磺酸-甲醛的 缩合物、苯酚磺酸-甲醛的缩合物、苯基苯酚磺酸-甲醛的缩合物或这些化 合物的盐。
其中,特别优选烷基二苯醚二磺酸或它的盐,更具体地,更优选十 二烷基二苯醚二磺酸二钠、十二烷基二苯醚二磺酸二铵、十二烷基二苯 醚二磺酸二乙醇胺盐。
本发明的剥离剂可以包含两种或两种以上的这些阴离子表面活性 剂。
本发明的剥离剂通常包含0.001重量%~10重量%,优选0.001重 量%~1重量%,更优选0.01重量%~1重量%量的阴离子表面活性剂。 如果阴离子表面活性剂的含量低于0.001重量%,光致抗蚀剂的可除去性 趋于变低;另一方面,如果该含量大于10重量%,则起泡性增加,变得 难以操作。
本发明的剥离剂包含水作为
溶剂。
本发明的剥离剂通常包含40重量%~99.98重量%,优选50重量 %~99.98重量%,更优选70重量%~99.98重量%,特别优选90重量 %~99.98重量%的水。
另外,尽管现有技术的光致抗蚀剂剥离剂一般是包含
有机溶剂作主 成分的试剂,但是本发明的剥离剂包含水作主成分,且仍然表现出优异 的光致抗蚀剂剥离效果。近年来,因为要降低环境负荷,因此需要以水 作主成分的剥离剂,本发明的剥离剂也优选包含大量的水。
此外,如果需要,本发明的剥离剂可以包含
水溶性有机溶剂作为溶 剂。用于该目的的水溶性有机溶剂为例如:如甲醇、乙醇或异丙醇等普 通的醇;二元醇类,例如乙二醇、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二 醇单异丙醚、乙二醇单丁醚、二乙二醇、二乙二醇单甲醚、二乙二醇单 乙醚、二乙二醇单异丙醚、二乙二醇单丁醚等;N-甲基-2-吡咯烷
酮或二 甲基亚砜等。
当包含这些水溶性有机溶剂时,相对于本发明的剥离剂的总量,其 含量在5重量%~30重量%的范围内。
此外,如果需要,在不脱离本发明目的的范围内,本发明的剥离剂 可以包含其它成分。
所述其它成分可包括例如,如非离子表面活性剂或阳离子表面活性 剂等各种表面活性剂、过氧化氢的水溶液和消泡剂等。
此处,非离子表面活性剂可包括聚氧亚烷基烷基醚、聚氧亚烷基烷 苯基醚、聚氧亚烷基二醇脂肪酸酯、聚氧亚烷基山梨醇脂肪酸酯、山梨 聚糖脂肪酸酯或聚氧乙烯山梨聚糖脂肪酸酯等表面活性剂。
阳离子表面活性剂包括烷基三甲铵盐、烷基酰氨基胺和烷基二甲基 苯甲基铵盐。
消泡剂具体地为:例如,乳化剂,如
硅酮类、聚醚类、专用的非离 子表面活性剂或脂肪酸酯类等;和水溶性有机化合物,例如甲醇、乙醇、 1-丙醇、2-丙醇、2-甲基-1-丙醇、丙酮或甲乙酮等。
当本发明的剥离剂包含上述其它成分时,其总量通常在0.01重量 %~5重量%,优选0.1重量%~1重量%的范围内。
采用与制备光致抗蚀剂剥离剂的已知方法等同的方法来调制本发明 的剥离剂。具体地说,通过例如将溶剂与诸如胺化合物、碱性化合物、 氟化合物、阴离子表面活性剂等成分混合而得到该剥离剂。
而且,可以将本发明的剥离剂制备成各成分浓度相对较高的储备溶 液,使用时用水将该储备溶液稀释为原始浓度的本发明的剥离剂。
本发明的剥离剂用于半导体器件制备中所使用的基片,在所述半导 体器件中,连接至例如晶体管等元件的线路材料由铜或以铜为主成分的 铜
合金制成。
在这里,以铜为主成分的
铜合金是指含有大于或等于90
质量%铜的 铜合金,并包括含有异质元素例如Sn、Ag、Mg、Ni、Co、Ti、Si或Al等的铜合金。这些金属借助其低
电阻性能改善了元件的高速性能,然而 它们在试剂中容易发生溶解、劣化等腐蚀,这样使本发明的效果非常显 著。
使用本发明的剥离剂制备半导体器件的方法例如可以使用下述方 法。
首先,在形成了例如晶体管等元件的半导体基片上,形成例如硅的 氧化物膜等绝缘膜,使用已知的CMP技术和光刻技术在绝缘膜上形成铜 线路。接着在铜线路上形成低k膜或硅的氧化物膜、硅的氮化物膜等。 然后,在采用光刻技术使光致抗蚀剂形成图案后,采用该光致抗蚀剂作 为掩模,使用干蚀刻技术在介电膜等中形成通孔。然后,用氧等离子体 等灰化除去光致抗蚀剂,再用本发明的剥离剂剥离残留在通孔内的残余 物。然后,将铜膜或钨膜嵌在通孔的内部形成层间连接插头。
由于蚀刻后铜线路膜暴露在通孔的开口处,低k膜暴露在孔的内壁, 所以需要本发明的剥离剂具有防止铜腐蚀的作用或抑制低k膜损坏的性 能。使用本发明的剥离剂,可以有效地除去光致抗蚀剂残余物和蚀刻残 余物,而不会损坏铜膜或低k膜。
作为可用本发明的剥离剂处理的膜,可以提及的是低k膜,即近来 所使用的线路之间的层间绝缘膜,也可以是硅的氧化物膜,即传统的层 间绝缘膜,等等。
可用本发明的剥离剂处理的低k膜可以是任何膜,而不管膜的类型 或成膜方法如何,只要是通常已知的即可。本文中所述的低k膜通常是 指相对介电常数为3.0或低于3.0的绝缘膜。
这类低k膜可以是例如无机膜、基于聚有机硅氧烷的膜、芳香膜和 有机膜。所述无机膜有例如FSG(含F的SiO2)膜、SiOC(含C的SiO2) 膜和SiON(含N的SiO2)膜;基于聚有机硅氧烷的膜有例如MSQ(甲 基硅倍半氧烷)膜、HSQ(氢硅倍半氧烷)膜或MHSQ(甲基化氢硅倍 半氧烷)膜等;所述芳香膜有例如PAE(聚芳基醚)膜或BCB(二乙烯 基硅烷-双-苯并环丁烯)膜等;所述有机膜有例如SiLk膜或多孔SiLk膜 等。
特别地,适合用本发明的剥离剂处理的膜包括SiOC、MSQ和PAE (聚芳基醚)等。
用于处理本发明的剥离剂的方法包括:将半导体基片直接浸渍在本 发明的剥离剂中的浸渍法;将本发明的剥离剂喷洒到旋转的25~50片基 片上的喷洒法;将本发明的剥离剂喷洒到旋转的一片基片上的单晶片旋 转法等。
实施例采用下列实施例更加详细地解释本发明,但这些实施例并不以任何 方式限制本发明。
实施例1
在铜线路上形成通孔的过程中,评价本发明剥离剂的剥离性能和抗 腐蚀性能。
按照下述方式制备用于评价的样品。
首先,在硅晶片上形成铜线路,然后使用等离子体CVD技术在其上 形成作为低k膜的SiOC膜。接着在其上形成正型光致抗蚀剂膜,曝光并 显影,以便产生光致抗蚀剂图案。
在干蚀刻低k膜时,采用该光致抗蚀剂膜作为掩模,并且形成通孔。 蚀刻完成后,用氧等离子体灰化法对光致抗蚀剂膜进行灰化,然后使用 具有如表1的组成的本发明的剥离剂(称为本发明的剥离剂1)和专利文 献1中描述的剥离剂(称为对比剥离剂1),对灰化后附着有光致抗蚀剂 残余物的样品进行剥离处理。
在室温下将样品浸渍在剥离剂中10分钟以进行剥离处理,然后用纯 水清洗,用SEM(扫描
电子显微镜)观察样品的横截面。对通孔底部的 孔内残余物的光致抗蚀剂残余物的剥离、暴露在通孔底部的铜层的抗腐 蚀性和暴露的低k膜(SiOC)表面的损坏进行评价。结果表示在表1中。
评价标准表示如下。
表1 本发明的剥离剂1 对比剥离剂1 N,N,N′,N″,N″-五甲基二乙三胺 0.01重量% 45重量% 氢氧化四甲铵 0.5重量% 氟化铵 0.02重量% 5重量% 十二烷基二苯醚二磺酸二铵*1 0.25重量% 乙酰乙酸甲酯*2 6重量% 水 99.22重量% 44重量% 孔内残余物可除去性 ◎ × 对铜线路的腐蚀性 ◎ △ 对低k膜的损坏 ◎ ◎
*1:分子结构中具有2个或2个以上阴离子官能团的阴离子表面活 性剂
*2:金属螯合剂
[评价标准]
残余物可除去性
◎:很好
○:良好
△:稍微不足
×:不足
对铜线路的腐蚀
◎:无腐蚀
○:轻微腐蚀
△:出现腐蚀
×:严重腐蚀
对低k膜的损坏
◎:无损坏
○:稍微损坏
△:出现损坏
×:严重损坏
如表1所示,本发明的剥离剂1具有良好的孔内残余物可除去性, 且没有表现出任何对铜线路和低k膜的腐蚀和损坏。然而,在对比剥离 剂1中,孔内残余物可除去性不足,并且观察到了铜线路的腐蚀。
实施例2
使用与实施例1相同的样品和剥离剂,在旋转速度为500rpm,剥离 剂的流速为150毫升/分钟的条件下,将样品进行单晶片旋转1分钟,再 用水清洗10秒钟。然后用SEM(扫描电子显微镜)观察样品。对通孔底 部的孔内残余物的光致抗蚀剂残余物的剥离、暴露在通孔底部的铜线路 的抗腐蚀性和暴露的低k膜(SiOC)表面的损坏进行评价。结果表示在 表2中。
表2 本发明的剥离剂1 对比剥离剂2 N,N,N′,N″,N″-五甲基二乙三胺 0.01重量% 0.01重量% 氢氧化四甲铵 0.5重量% 0.5重量% 氟化铵 0.02重量% 0.02重量% 十二烷基二苯醚二磺酸二铵*1 0.25重量% 聚氧乙烯十二烷基醚*2 0.25重量% 水 99.22重量% 99.22重量% 孔内残余物可除去性 ◎ × 对铜线路的腐蚀性 ◎ ◎ 对低k膜的损坏 ◎ ◎
*1:分子结构中具有2个或2个以上阴离子官能团的阴离子表面活 性剂
*2:加成8摩尔氧化乙烯的非离子表面活性剂
如表2所示,即使在单片旋转处理情况中,本发明的剥离剂也具有 良好的孔内残余物可除去性,没有表现出任何对铜线路与低k膜的腐蚀 和损坏。然而,在使用非离子表面活性剂,即不同于本发明剥离剂的情 况中,孔内残余物的可除去性不足。
实施例3
调制表3所示组成的剥离剂。用电
镀法在硅晶片上形成铜层来制备 样品,在室温下将该样品浸渍在剥离剂中1分钟。在蚀刻前后测定层厚 确定铜层的蚀刻量,用SEM(扫描电子显微镜)观察浸渍后铜层的表面 考查腐蚀条件。
表3 本发明剥离剂2 本发明剥离剂3 对比剥离剂3 氢氧化四甲铵 0.5重量% 0.5重量% 0.5重量% 氟化铵 0.02重量% 0.02重量% 0.02重量% 十二烷基二苯醚二 磺酸二铵*1 0.25重量% 0.25重量% 0.25重量% 二(2-二甲氨基乙 基)醚 0.05重量% 二甲基环己胺 0.05重量% 2-(2-氨基乙氨基)乙 醇 0.05重量% 水 99.18重量% 99.18重量% 99.1重量% 铜层的蚀刻量() 0.6 6.1 39.4 对铜层的腐蚀性 良好 良好 腐蚀
*1:分子结构中具有2个或2个以上阴离子官能团的阴离子表面活 性剂
如表3所示,在含有二(2-二甲氨基乙基)醚或二甲基环己胺的本发明 的剥离剂2和3中,二(2-二甲氨基乙基)醚为氮原子上具有至少两个烷基 的胺化合物,铜层的蚀刻量较小,且表面腐蚀性也良好。但是在含有例 如2-(2-氨基乙氨基)乙醇的胺化合物的对比剥离剂3中,2-(2-氨基乙氨基) 乙醇在氮原子上没有烷基,铜层的蚀刻量较大,还观察到了腐蚀。