[发明专利]剥离剂溶液和使用剥离剂溶液的方法

说明书

提供了可以替代蚀刻抗蚀剂灰化过程的剥离溶液。所述剥离溶液可用于以良好的光致抗蚀剂去除效率和低氧化硅蚀刻速率和低金属蚀刻速率在用于半导体集成电路的半导体器件上制造电路和/或形成电极和/或封装/凸块应用。类似地提供了它们的使用方法。优选的剥离剂含有极性非质子溶剂、水、羟胺、腐蚀抑制剂、季铵氢氧化物和任选的表面活性剂。进一步提供了根据这些方法制备的集成电路器件和电子互连结构。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年9月29日提交的美国临时专利申请No.62/565,939和2018年9月27日提交的美国专利申请No.16/144,710的权益，该两者的全部内容如同其在此完整陈述通过引入并入本文。

技术领域

本公开涉及在用于半导体集成电路或液晶显示器的半导体器件上用于制造电路或形成电极和/或封装/凸块应用的方法中的剥离剂(其可以是后段制程(back-end-of-line)剥离剂)，及用该新型剥离剂制备的半导体器件，和进一步涉及使用该剥离剂制造半导体器件的方法和用于生产该剥离剂的方法。

背景技术

制造半导体集成电路的技术在可以在单个集成电路芯片上制造的晶体管、电容器和其他电子器件的数量方面已经取得了进步。这种集成水平的提高很大程度上是由于集成电路的最小特征尺寸的减小以及构成集成电路的层数的增加。当今的设计特征(通常称为“亚微米”)已降至0.25微米以下。具有这种减小的尺寸的集成电路部件的制造和对于减少生产步骤的需要已经对其生产的所有方面提出了新的要求，包括用化学剥离剂溶液除去抗蚀剂和相关材料。

用于半导体集成电路或液晶显示器的半导体器件通常通过包括以下步骤的方法来制造：用一层或多层聚合物抗蚀剂材料涂覆衬底以提供抗蚀剂膜；通过暴露于光和随后显影使光敏抗蚀剂膜图案化；使用图案化的抗蚀剂膜作为掩模蚀刻衬底的暴露部分以形成微小电路；和从无机衬底除去抗蚀剂膜。或者，在形成微小电路之后，可以将蚀刻后残留物灰化，并使用蚀刻后残留物去除剂从衬底除去剩余的抗蚀剂残留物。该部分的电路制造称为后段(BEOL)制程。需要的是可以在单个步骤中除去残留的光致抗蚀剂和蚀刻后残留物的剥离剂溶液。

优异的剥离剂溶液应提供以下益处中的一项或多项：(a)在中等至低温下快速且干净地除去所有抗蚀剂残留物、蚀刻残留物和相关材料，而无需最终灰化或蚀刻后去除步骤，(b)对衬底上暴露的组分(特别是氧化硅和金属)具有可接受的影响，(c)具有溶解和/或悬浮抗蚀剂和/或蚀刻后残留物以阻止固体沉淀和/或再沉积到晶片上而使得有必要早期处置剥离剂溶液的显著能力；(d)从待清洁的衬底或晶片的所有表面和边缘完全除去光致抗蚀剂；(e)在生产环境中安全使用；(f)具有可接受的保质期，和(g)向后兼容较低技术节点。优异的剥离剂溶液还应在返工流程中快速除去抗蚀剂残留物而没有衬底损伤。最后，优异的剥离剂溶液应表现出很低毒性。本公开处理和解决了可用于BEOL的这些需要。

发明内容

本发明的总体目的是提供可以在后段制程操作中使用的、用于除去光致抗蚀剂、残留物和相关材料的组合物，用于在半导体结构的制造中利用该组合物的方法，和利用该组合物制造的半导体结构。可以使用该组合物的优选实施方式而不蚀刻或以其他方式损伤待清洁的衬底上的半导体结构中或半导体结构上包含的金属和/或介电材料。如本文所用，术语“抗蚀剂”是指光致抗蚀剂或抗蚀剂材料、蚀刻后残留物或其组合。

本公开的一个方面是剥离剂组合物，其包含一种或多于一种有机溶剂、水、一种或多于一种羟胺和/或羟胺衍生物或其混合物、一种或多于一种季铵氢氧化物、一种或多于一种腐蚀抑制剂和任选地一种或多于一种表面活性剂。合适的季铵氢氧化物由以下提供的式I表示：