專利名稱：使用超臨界二氧化碳法從襯底上去除光刻膠及殘渣的制作方法
相關申請本申請是1999年9月3日提出的共同未決美國申請No.09/389,788的部分繼續(xù)申請，后者是1998年5月27日提出的共同未決美國申請No.09/085,391的繼續(xù)申請，后者要求1997年5月27日提出的美國臨時申請No.601047,739的優(yōu)先權(quán)，所有這些引入本文做為參考。
本申請也要求1999年11月2日提出的美國臨時專利申請No.60/163,116、1999年11月2日提出的美國臨時專利申請No.60/163,120和2000年4月25日提出的美國臨時專利申請No.60/199,661的優(yōu)先權(quán)，所有這些引入本文做為參考。
在離子注入步驟后，光刻膠呈現(xiàn)為覆蓋膠狀核心的堅硬外殼。堅硬外殼導致光刻膠去除困難。
在蝕刻步驟后，殘留的光刻膠呈現(xiàn)為硬化的特性，這導致光刻膠去除困難。在蝕刻步驟后，與蝕刻殘渣混合的光刻膠殘渣覆蓋蝕刻部件(feature)的側(cè)壁。取決于蝕刻步驟的種類和所蝕刻的材料，與蝕刻殘渣混合的光刻膠殘渣存在復雜的去除問題，因為與蝕刻殘渣混合的光刻膠殘渣通常強結(jié)合到蝕刻部件的側(cè)壁上。
典型地，在現(xiàn)有技術中，光刻膠和光刻膠殘渣通過在O2等離子體中等離子灰化，然后在剝膜液(stripper bath)中剝落來去除。


圖1表示在離子注入后且在光刻膠去除前的n-p-n FET(場效應晶體管)結(jié)構(gòu)10。n-p-n結(jié)構(gòu)10包括具有把n-p-n結(jié)構(gòu)10與相鄰的電子器件隔離的隔離槽18的源區(qū)12、柵區(qū)14、漏區(qū)16。第一種光刻膠20遮蔽除了源區(qū)和漏區(qū)12和16以外的全部區(qū)域。在離子注入過程中，高能離子源向源區(qū)和漏區(qū)12和16中注入n型摻雜劑。高能離子源也使第一種光刻膠20暴露于n型摻雜劑，這在第一種光刻膠20的上表面22上產(chǎn)生硬殼。在現(xiàn)有技術中，第一種光刻膠20通過現(xiàn)有技術的等離子灰化和剝膜液去除。
圖2表示在RIE(活性離子蝕刻)蝕刻后且在光刻膠和殘渣去除之前的現(xiàn)有技術的第一種通孔結(jié)構(gòu)30。第一種通孔結(jié)構(gòu)30包括通孔32，它在第一個SiO2層34中蝕刻，到達第一個TiN層36。在第一種通孔結(jié)構(gòu)30中，通孔32在第一個TiN層36停止，因為第一個TiN層36為第一個SiO2層34的RIE蝕刻提供一個蝕刻阻擋。通過第一個TiN層36的蝕刻使得RIE蝕刻變復雜，因為對于第一種TiN層36，要求另外的蝕刻化學成分；所以對于這種特定的蝕刻，TiN層36不被蝕刻。第一個TiN層36位于第一個Al層38上，后者位于第一個Ti層40上。包含與SiO2蝕刻殘渣44混合的光刻膠殘渣42的第一種殘渣覆蓋通孔32的側(cè)壁46。第二種光刻膠48殘留在第一個SiO2層34的暴露表面50上。在現(xiàn)有技術中，使用現(xiàn)有技術的等離子灰化和剝膜液去除第二種光刻膠48、光刻膠殘渣42和SiO2蝕刻殘渣44。
注意，相對于第一種通孔結(jié)構(gòu)30和本文討論的其它薄膜結(jié)構(gòu)所描述的特定層材料和特定結(jié)構(gòu)是說明性的。在半導體制造中經(jīng)常使用許多其它層材料和其它結(jié)構(gòu)。
圖3表示在RIE蝕刻后且在光刻膠和殘渣去除前的現(xiàn)有技術的第二種通孔結(jié)構(gòu)60。第二種通孔結(jié)構(gòu)60包括第二種通孔62，它被蝕刻通過第一個SiO2層34和第一個TiN層36到達第一個Al層38。通過第一種TiN層36的蝕刻，改善了器件性能，因為與第一個Al層38的接觸電阻低于與第一個TiN層36的接觸電阻。第二種通孔60還包括第一個Ti層40。包含與SiO2蝕刻殘渣44混合的光刻膠殘渣42的第一種殘渣覆蓋第二種通孔62的第二種側(cè)壁64。包含與TiN蝕刻殘渣66混合的光刻膠殘渣42的第二種殘渣覆蓋第一種殘渣。第二種光刻膠48殘留在第一個SiO2層34的暴露表面50上。在現(xiàn)有技術中，使用現(xiàn)有技術的等離子灰化和剝膜液去除第二種光刻膠48、光刻膠殘渣42、SiO2蝕刻殘渣44和TiN蝕刻殘渣66。
注意，第一種殘渣(圖2和3)和第二種殘渣(圖3)是最糟的情況。根據(jù)特定的蝕刻方法，第一種殘渣或第二種殘渣可能不存在。
圖4表示在金屬RIE蝕刻后且在殘渣去除前的金屬線結(jié)構(gòu)70。金屬線結(jié)構(gòu)70包括在第二個Al層74上的第二個TiN層72、第二個Al層74在第二個Ti層76上。第二個TiN層72、第二個Al層74和第二個Ti層76形成金屬線。第二個Ti層76接觸W通孔78，W通孔78又與第一個Al層38接觸。W通孔78通過側(cè)壁阻擋層80與第一個SiO2層34分開。包含與金屬蝕刻殘渣84混合的鹵素殘渣82的第三種殘渣位于第一個SiO2層34的暴露表面50上。包含鹵素82和金屬蝕刻殘渣84的第三種殘渣還位于第二個TiN層72的暴露表面86上。包含光刻膠殘渣42與金屬蝕刻殘渣84的混合物的第四種殘渣覆蓋金屬線的側(cè)面88。第四種殘渣的邊緣90延伸到第二種TiN層72的第二個暴露表面86之上。在現(xiàn)有技術中，使用現(xiàn)有技術的等離子灰化和剝膜液去除光刻膠42、鹵素殘渣82和金屬蝕刻殘渣84。
圖5表示雙波紋(damascene)RIE蝕刻之后且在光刻膠和光刻膠殘渣去除之前現(xiàn)有技術的雙波紋結(jié)構(gòu)100。雙波紋結(jié)構(gòu)100包括在雙波紋通孔104上方形成的雙波紋線102。通過第二個SiO2層106和第一個SiN層108蝕刻雙波紋通孔102。通過第三個SiO2層110和第二個SiN層112蝕刻雙波紋通孔104。雙波紋通孔蝕刻到底層Cu層114。
在光刻膠和殘渣去除后的處理中，雙波紋線和通孔102和104的暴露表面被阻擋層覆蓋，然后用Cu填充雙波紋線和通孔102和104。
回到圖5，包含與SiO2蝕刻殘渣44混合的光刻膠殘渣42的第五種殘渣覆蓋線側(cè)壁116和通孔側(cè)壁118。包含與SiN蝕刻殘渣120混合的光刻膠殘渣42的第六種殘渣覆蓋第五種殘渣。包含與Cu蝕刻殘渣122混合的光刻膠殘渣42的第七種殘渣覆蓋第六種殘渣。光刻膠48殘留在第二種SiO2層106的第二個暴露表面上。在現(xiàn)有技術中，使用現(xiàn)有技術的等離子灰化和剝膜液去除光刻膠48、光刻膠殘渣42、SiO2蝕刻殘渣44、SiN蝕刻殘渣120和Cu蝕刻殘渣122。
注意，第五種、第六種和第七種殘渣是最糟的情況。取決于特定的蝕刻方法，第五種、第六種或第七種殘渣可能不存在。
近來半導體技術的發(fā)展已經(jīng)導致提出用低介電常數(shù)材料代替雙波紋結(jié)構(gòu)100的第二個和第三個介電層106和110。用低介電常數(shù)材料代替第二個和第三個介電層106和110提高電子器件的速度。目前開發(fā)的低介電常數(shù)材料的成果已經(jīng)產(chǎn)生了第一類和第二類低介電常數(shù)材料。第一類低介電常數(shù)材料是C-SiO2材料，其中，C(碳)降低SiO2的介電常數(shù)。第二類介電材料是旋壓(spin-on)聚合物，它是高度交聯(lián)的聚合物，特別設計以提供低介電常數(shù)。旋壓聚合物的實例是DowChemical的SILK。SILK是Dow Chemical的注冊商標。
通孔和線的幾何形狀正在向更小的尺寸和更大的深度寬度比發(fā)展。由于通孔和線的幾何形狀向更小的尺寸和更大的深度寬度比發(fā)展，現(xiàn)有技術的等離子灰化和剝膜液在去除光刻膠和光刻膠殘渣方面正變得效果更差。另外，用低介電常數(shù)材料代替SiO2提高了連續(xù)使用等離子灰化的難度。對于C-SiO2材料，O2等離子體侵蝕C。對于C-SiO2材料，O2等離子體可以用H2等離子體代替，但是這降低了等離子灰化的總體效果。對于旋壓聚合物，特別是Dow Chemical的SILK，等離子灰化對于去除光刻膠或光刻膠殘渣不是可行的方法，因為等離子灰化侵蝕旋壓聚合物。
所需要的是一種去除光刻膠的更有效的方法。
所需要的是一種去除殘渣的更有效的方法。
所需要的是一種去除光刻膠的更有效的方法。
所需要的是一種去除殘渣的更有效的方法。
所需要的是一種從襯底上去除光刻膠的方法，其中，通孔和線的幾何結(jié)構(gòu)的尺寸小。
所需要的是一種從襯底上去除殘渣的方法，其中，通孔和線的幾何結(jié)構(gòu)的尺寸小。
所需要的是一種從襯底上去除光刻膠的方法，其中，通孔和線的幾何結(jié)構(gòu)的深度寬度比大。
所需要的是一種從襯底上去除殘渣的方法，其中，通孔和線的幾何結(jié)構(gòu)的深度寬度比大。
所需要的是一種從襯底上去除光刻膠的方法，其中，在C-SiO2低介電常數(shù)材料上蝕刻部件。
所需要的是一種從襯底上去除殘渣的方法，其中，在C-SiO2低介電常數(shù)材料上蝕刻部件。
所需要的是一種從襯底上去除光刻膠的方法，其中，在旋壓聚合物低介電常數(shù)材料上蝕刻部件。
所需要的是一種從襯底上去除殘渣的方法，其中，在旋壓聚合物低介電常數(shù)材料上蝕刻部件。
優(yōu)選地，所述胺是仲胺或叔胺。較優(yōu)選地，所述胺是叔胺。更優(yōu)選地，所述胺選自2-(甲氨基)乙醇、PMDETA、三乙醇胺、三乙胺，和它們的混合物。最優(yōu)選地，所述胺選自2-(甲氨基)乙醇、PMDETA、三乙醇胺，和它們的混合物。優(yōu)選地，所述溶劑選自DMSO、EC、NMP、乙酰丙酮、BLO、乙酸、DMAC、PC和它們的混合物。
然后，從襯底附近去除光刻膠和殘渣。優(yōu)選地，該方法用沖洗步驟繼續(xù)，其中，襯底用超臨界二氧化碳和沖洗劑沖洗。優(yōu)選地，沖洗劑選自水、醇、酮和它們的混合物。更優(yōu)選地，沖洗劑是醇和水的混合物。優(yōu)選地，所述醇選自異丙醇、乙醇和其它低分子量醇。更優(yōu)選地，所述醇是乙醇。
在第一種供選擇的實施方案中，胺和溶劑用含水氟化物取代。在第二種供選擇的實施方案中，向第一種供選擇的實施方案的含水氟化物中加入溶劑。在第三種供選擇的實施方案中，向第二種供選擇的實施方案的含水氟化物和溶劑中加入胺。
圖2表示在RIE蝕刻后且在光刻膠和殘渣去除之前現(xiàn)有技術的第一種通孔結(jié)構(gòu)。
圖3表示在RIE蝕刻后且在光刻膠和殘渣去除之前現(xiàn)有技術的第二種通孔結(jié)構(gòu)。
圖4表示在RIE蝕刻后且在殘渣去除之前現(xiàn)有技術的金屬線結(jié)構(gòu)。
圖5表示在RIE蝕刻后且在光刻膠和殘渣去除之前現(xiàn)有技術的雙波紋結(jié)構(gòu)。
圖6是表示本發(fā)明優(yōu)選方法的步驟的流程圖。
圖7表示本發(fā)明的優(yōu)選的加工系統(tǒng)。
圖8表示本發(fā)明的優(yōu)選的時間線。
優(yōu)選的實施方案詳述本發(fā)明是一種使用超臨界二氧化碳從襯底上去除光刻膠和殘渣的方法。該殘渣包括光刻膠殘渣和蝕刻殘渣。襯底一般是半導體晶片。另外，襯底是非晶片襯底如橡膠圓盤(puck)。光刻膠通常放在晶片上，以便在前面的半導體制備加工步驟中遮蔽一部分晶片。這些前面的加工步驟包括離子注入和蝕刻步驟。
在離子注入步驟中，光刻膠遮蔽不注入摻雜劑的晶片區(qū)域，同時使摻雜劑注入未屏蔽區(qū)域的晶片中。離子注入步驟在光刻膠上形成硬化的外殼，在硬化的外殼下留下膠凍狀內(nèi)核。
在蝕刻步驟中，光刻膠遮蔽不蝕刻的晶片區(qū)域，同時蝕刻未遮蔽的區(qū)域。在蝕刻步驟中，光刻膠和晶片被蝕刻，產(chǎn)生蝕刻部件，同時還產(chǎn)生光刻膠殘渣和蝕刻殘渣。光刻膠的蝕刻產(chǎn)生光刻膠殘渣。蝕刻部件的蝕刻產(chǎn)生蝕刻殘渣。光刻膠和蝕刻殘渣一般覆蓋蝕刻部件的側(cè)壁。
在某些蝕刻步驟中，光刻膠不被完全蝕刻，所以一部分光刻膠殘留在蝕刻步驟后的晶片上。在這些蝕刻步驟中，蝕刻過程硬化殘留的光刻膠。在其它蝕刻步驟中，光刻膠被完全蝕刻，所以，在這樣的蝕刻步驟中，沒有光刻膠殘留在晶片上。在后一種情況下，只有殘渣殘留在晶片上，這種殘渣是光刻膠殘渣和蝕刻殘渣。
本發(fā)明優(yōu)選的是涉及為25微米和更小的幾何形狀去除光刻膠。換言之，本發(fā)明優(yōu)選的是涉及去除I線暴露的光刻膠和更小的波長暴露的光刻膠。這些是UV、深UV、和更小幾何尺寸的光刻膠。另外，本發(fā)明涉及去除更大尺寸的光刻膠。
熟悉本領域的技術人員容易理解，雖然本發(fā)明用去除光刻膠和殘渣來描述，它可以同樣應用于去除光刻膠和殘渣，或者僅去除光刻膠，或者僅去除殘渣。
本發(fā)明的優(yōu)選的實施方案是用超臨界二氧化碳、胺和溶劑從晶片上去除光刻膠和殘渣。優(yōu)選地，胺選自仲胺和叔胺。較優(yōu)選地，胺是叔胺。更優(yōu)選地，胺選自2-(甲氨基)乙醇、PMDETA(五甲基二亞乙基三胺)、三乙醇胺、三乙胺和它們的混合物。最優(yōu)選地，胺選自2-(甲氨基)乙醇、PMDETA、三乙醇胺和它們的混合物。優(yōu)選地，溶劑選自DMSO(二甲基亞砜)、EC(碳酸亞乙酯)、NMP(N-甲基-2-吡咯烷酮)、乙?；?、BLO(丁內(nèi)酯)、醋酸、DMAC(N，N’-二甲基乙酰胺)、PC(碳酸異丙烯酯)、和它們的混合物。更優(yōu)選地，溶劑選自DMSO、EC、NMP、乙?；?、BLO、冰醋酸、和它們的混合物。
本發(fā)明的優(yōu)選的方法用圖6中的框圖說明。優(yōu)選的方法200首先在第一個工藝步驟202中把晶片放置在壓力室內(nèi)并密封壓力室，晶片上有光刻膠和殘渣。在第二個工藝步驟204中，用二氧化碳對壓力室加壓，直到二氧化碳變?yōu)槌R界二氧化碳(SCCO2)。在第三個步驟206中，超臨界二氧化碳攜帶胺和溶劑進入處理室中。在第四個工藝步驟208中，保持超臨界二氧化碳、胺和溶劑與晶片接觸，直到從晶片上去除光刻膠和殘渣。在第四個工藝步驟208中，胺和溶劑至少部分溶解光刻膠和殘渣。在第五個工藝步驟210中，壓力室部分排氣。在第六個工藝步驟212中，沖洗晶片。在第七個工藝步驟214中，優(yōu)選的方法200結(jié)束于使壓力室減壓并取出晶片。
本發(fā)明的優(yōu)選的超臨界處理系統(tǒng)在圖7中表示。優(yōu)選的超臨界處理系統(tǒng)220包括二氧化碳供給容器222、二氧化碳泵224、壓力室226、化學試劑供給容器228、循環(huán)泵230和廢氣收集容器234。二氧化碳供給容器222通過二氧化碳泵224和二氧化碳管道236連接到壓力室226。二氧化碳管道236包括位于二氧化碳泵224和壓力室226之間的二氧化碳加熱器238。壓力室226包括壓力室加熱器240。循環(huán)泵230位于循環(huán)管道242上，后者在循環(huán)入口244和循環(huán)出口246處連接到壓力室226。化學試劑供給容器228通過化學試劑供給管道248連接到循環(huán)管道242，化學試劑供給管道248包括第一個注入泵249。沖洗劑供給容器250通過沖洗劑供給管道252連接到循環(huán)管道242，沖洗劑供給管道252包括第二個注入泵253。廢氣收集容器234通過廢氣管道254連接到壓力室226。本領域技術人員容易理解，優(yōu)選的超臨界處理系統(tǒng)220包括閥門、控制電子裝置、過濾器、和設備連接裝置，這些在超臨界流體處理系統(tǒng)中是典型的。
本領域技術人員容易理解，另外的化學試劑供給容器可以連接到第一個注入泵249或者另外的化學試劑供應容器和另外的化學試劑注入泵可以連接到循環(huán)管道242中。
參考圖6和7，優(yōu)選的方法200的實施開始于第一個工藝步驟202，其中，將帶有光刻膠或殘渣或者光刻膠和殘渣的晶片放在壓力室226的晶片腔256內(nèi)，然后密封壓力室226。在第二個工藝步驟204中，用來自二氧化碳供給容器222的二氧化碳通過二氧化碳泵224對壓力室226加壓。在第二個步驟204過程中，通過二氧化碳加熱器238加熱二氧化碳，同時由壓力室加熱器240加熱壓力室，以保證壓力室226內(nèi)的二氧化碳的溫度高于臨界溫度。二氧化碳的臨界溫度為31℃。優(yōu)選地，壓力室226內(nèi)的二氧化碳的溫度為45℃-75℃。另外，壓力室226內(nèi)的二氧化碳的溫度保持在31℃-約100℃。
在達到初始超臨界條件時，第一個注入泵249把胺和溶劑從化學試劑供給容器228中通過循環(huán)管道242送入壓力室226中，同時，二氧化碳泵在第三個工藝步驟206中進一步加壓超臨界二氧化碳。一旦已經(jīng)向壓力室226中送入要求的胺和溶劑量并達到要求的超臨界條件，二氧化碳泵224停止對壓力室226加壓，第一個注入泵249停止向壓力室226送入胺和溶劑，且循環(huán)泵230在第四個步驟208中開始使超臨界二氧化碳、胺和溶劑循環(huán)。通過使超臨界二氧化碳、胺和溶劑循環(huán)，超臨界二氧化碳保持胺和溶劑與晶片接觸。另外，通過使超臨界二氧化碳、胺和溶劑循環(huán)，流體流動增強了晶片上光刻膠和殘渣的去除。
優(yōu)選地，在第四個工藝步驟208中，晶片在壓力室226中保持靜止。另外，在第四個工藝步驟208過程中，晶片在壓力室226內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
在已經(jīng)從晶片上去除光刻膠和殘渣后，通過把部分超臨界二氧化碳、胺、溶劑、去除的光刻膠和去除的殘渣排放到廢氣收集容器234中，使壓力室226部分卸壓，以便在第五個工藝步驟210中把壓力室226中的條件恢復到接近初始超臨界條件。
在第六個工藝步驟212中，第二個注入泵253把沖洗劑從沖洗劑供給容器250通過循環(huán)管道送入壓力室226中，同時，二氧化碳泵224把壓力室226加壓到接近要求的超臨界條件，然后，循環(huán)泵230使超臨界二氧化碳和沖洗劑循環(huán)，以沖洗晶片。優(yōu)選地，沖洗劑選自水、醇、丙酮和它們的混合物，更優(yōu)選地，沖洗劑是醇和水的混合物。優(yōu)選地，所述醇選自異丙醇、乙醇和其它低分子量醇。更優(yōu)選地，所述醇選自異丙醇和乙醇。最優(yōu)選地，所述醇是乙醇。
優(yōu)選地，在第六個工藝步驟212過程中，晶片在壓力室226中保持靜止。另外，在第六個工藝步驟212過程中，晶片在壓力室226內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
在第七個工藝步驟214中，通過排放壓力室226到廢氣收集容器234中使壓力室226卸壓，最后從壓力室226中取出晶片。
本發(fā)明的優(yōu)選的時間線圖解表示在圖8中。優(yōu)選的時間線260表示優(yōu)選的方法200與時間的函數(shù)關系，還表示壓力262與時間的函數(shù)關系。本領域技術人員容易理解，圖8中的時間軸僅是說明性的，并不表示按刻度表示相對的時間周期。當然，理想的是為了獲得經(jīng)濟有效的處理方法，應該使所有的時間最短。
在初始時間t0之前，在第一個工藝步驟202中，把晶片放在壓力室226內(nèi)并密封壓力室。從初始時間t0通過第一時間t1到第二時間t2，在第二個步驟204中對壓力室226加壓。在第一時間t1，壓力室達到臨界壓力Pc。超臨界二氧化碳的臨界壓力Pc為1,070psi。優(yōu)選地，在第三個工藝步驟206中，在第一時間t1和第二時間t2之間，把胺和溶劑注入壓力室226。優(yōu)選地，在達到約1100-1200psi時，開始胺和溶劑的注入。另外，在第二時間t2附近或在第二時間t2之后，把胺和溶劑注入壓力室中。壓力室在第二時間t2達到操作壓力Pop。優(yōu)選地，操作壓力Pop約為2,800psi。供選擇地，操作壓力Pop為1,070psi-約6,000psi。
優(yōu)選的時間線260在第四個步驟208中繼續(xù)進行，保持超臨界二氧化碳、胺和溶劑與晶片接觸，直至從晶片上去除光刻膠和殘渣，這在第二時間t2到第三時間t3之間進行。在第五個步驟210中，壓力室226在第三時間t3到第四時間t4部分排氣。優(yōu)選地，通過使壓力在第一次排氣過程中從操作壓力Pop降低到1,100-1,200psi，在第一次加壓再填充過程中從1,100-1,200psi升高到操作壓力Pop，在第二次排氣過程中再降低到1,100-1,200psi可以做到這一點。另外，加壓再填充和第二次排氣不作為第五個工藝步驟210的一部分來進行。另外，附加的再充填和排氣作為第五個工藝步驟210的一部分進行，其中，一次或多次排氣可以是完全排氣。
優(yōu)選的時間線260在第六個步驟212繼續(xù)進行，從第四時間t4經(jīng)過第五時間t5到第六時間t6沖洗晶片。第六個工藝步驟212起始于第二次加壓再充填，在該過程中，沖洗劑優(yōu)選的是從第四時間t4到第五時間t5注入壓力室226中。在第七個工藝步驟214中，壓力室226從第六時間t6到第七時間t7排氣。優(yōu)選地，這通過下列過程完成，即在第三次排氣中，使操作壓力降低到約1,100-1,200psi，在第三次加壓再充填中從1,100-1,200psi升高到操作壓力Pop，在最終的排氣中最終降低到大氣壓。另外，第三次排氣和第三次加壓再充填不作為第七個工藝步驟214的一部分進行。另外，附加的排氣和加壓再充填作為第七個工藝步驟210的部分進行。
本發(fā)明的第一種供選擇的實施方案向優(yōu)選的實施方案中加入含水氟化物。在第一種供選擇的實施方案中，超臨界二氧化碳、胺、溶劑和含水氟化物去除光刻膠和殘渣。優(yōu)選地，含水氟化物選自氟化物堿和氟化物酸。更優(yōu)選地，含水氟化物選自含水氟化銨(含水NH4F)和含水氫氟酸(HF)。
在從二氧化硅(SiO2)表面去除至少部分光刻膠或部分殘渣時，第一種供選擇的實施方案是有用的。含水氟化物通過略微蝕刻SiO2表面從光刻膠和殘渣掏蝕SiO2表面。雖然含水氟化物從晶片的SiO2表面去除光刻膠和殘渣是有用的，但是當晶片包含暴露的鋁層時，不能使用含水氟化物。這是因為含水氟化物迅速蝕刻暴露的鋁層。
本發(fā)明的第二個供選擇的實施方案向第一種選擇的實施方案中加入附加的水。附加的水增強第一個實施方案的效果，因為光刻膠是親水的，而SiO2表面是疏水的。因此，附加的水把光刻膠與SiO2表面分離。
本發(fā)明的第三種供選擇的實施方案使用超臨界二氧化碳和含水氟化物除去光刻膠和殘渣。在第三種供選擇的實施方案中，不使用胺并且不使用溶劑。
本發(fā)明的第四種供選擇的實施方案向超臨界二氧化碳和含水氟化物中加入附加的水。
本發(fā)明的第五種供選擇的實施方案向第三種供選擇的實施方案中加入溶劑。
在第一種供選擇的時間線中，第四個工藝步驟208在初始的清洗壓力和最終的清洗壓力下進行。優(yōu)選地，初始清洗壓力約為1,100-1,200psi，最終清洗壓力約為2,800psi。在初始壓力下，某些化學物質(zhì)的第一溶解度小于在最終清洗壓力下的第二溶解度。在初始清洗壓力下進行的初始清洗階段中，較低溶解度的化學物質(zhì)凝結(jié)在晶片上。這在光刻膠和殘渣上提供了較大濃度的低溶解度化學物質(zhì)，因此，增強了光刻膠和殘渣與晶片的分離。在最終清洗壓力下進行的最終清洗階段中，低溶解度化學物質(zhì)不再凝結(jié)或者較少凝結(jié)在晶片上，因此在預計完成第四工藝步驟208時降低了晶片上低溶解度化學物質(zhì)的濃度。
在本發(fā)明的第二種供選擇的時間線中，在進行第一次沖洗之后，進行第二次沖洗。
具體實施方案本發(fā)明的第一種到第七種特定實施方案討論如下。第一種到第七種實施方案的每一個是在實驗室系統(tǒng)中使用的具體化學物質(zhì)和具體方法的概述，類似于優(yōu)選的超臨界處理系統(tǒng)220。該實驗室系統(tǒng)用于從試驗晶片上去除光刻膠，或者去除光刻膠和殘渣，或者去除殘渣。實驗室系統(tǒng)的特征是壓力室226、循環(huán)泵230和循環(huán)管道242的總內(nèi)部體積約為1.8升。作為概念驗證可行性研究的一部分的第一種到第七種具體實施方案用來表示本發(fā)明用于半導體制造的可行性。在半導體制造中引入本發(fā)明之前，可以想象，可以進行進一步的工藝改進。
第一種具體實施方案在第一種具體實施方案中，在前面的通孔蝕刻步驟中形成的SiO2通孔結(jié)構(gòu)中進行去除，其中所述蝕刻步驟在到達鋁蝕刻終點時結(jié)束。所用的具體化學物質(zhì)如下2毫升的2-甲基氨基乙醇(胺)、20毫升DMSO(溶劑的第一種成分)、和20毫升的EC(溶劑的第二種成分)。壓力室保持在50℃。胺和溶劑在2,800psi循環(huán)5分鐘。在去除與沖洗步驟之間使用兩次部分排氣和一次完全排氣，其中，對于部分排氣，壓力從2,700psi降低到1,100psi，對于完全排氣，壓力從2,700psi降低到大氣壓。沖洗步驟的沖洗劑為56毫升丙酮。沖洗劑和超臨界二氧化碳循環(huán)5分鐘。在進行沖洗步驟之后的完全排氣之前，進行一次部分排氣。
在第一種具體實施方案中去除光刻膠和殘渣之后，拍攝第一種SEM照片。第一種SEM照片表明了在第一種具體實施方案中去除光刻膠和殘渣。
第二種具體實施方案在第二種具體實施方案中，從前面的金屬線蝕刻步驟中形成的金屬線結(jié)構(gòu)中去除殘渣，包括光刻膠殘渣和蝕刻殘渣，其中，所述蝕刻步驟在達到氧化物蝕刻終點時結(jié)束。(根據(jù)Lucent Technologies提供第二種具體實施方案的試驗晶片)。所用的具體化學物質(zhì)如下1.5毫升PMDETA(胺)、7.5毫升NMP(溶劑的第一種成分)和6毫升乙?；?溶劑的第二種成分)。壓力室保持在50℃。胺和溶劑在2,800psi循環(huán)2分鐘。在去除和沖洗步驟之間使用一次部分排氣和一次完全排氣。沖洗步驟的沖洗劑為20毫升按體積計80％乙醇和20％水的混合物。沖洗劑和超臨界二氧化碳循環(huán)1分鐘。在沖洗步驟后進行完全排氣。
在第二種具體實施方案中去除殘渣之前拍攝第二種SEM照片。第二種SEM照片表明了在金屬線側(cè)壁上的殘渣，表明了殘渣突出到金屬線之上的裙邊，并且表明了在金屬線頂部殘留的殘渣。在第二種具體實施方案中去除殘渣之后拍攝第三種和第四種SEM照片。第三種和第四種SEM照片表明，在第二個具體實施方案中殘渣被去除。
第三種具體實施方案在第三種具體實施方案中，從中等劑量離子注入之后的晶片上去除光刻膠。所用的具體化學物質(zhì)如下0.15毫升的24體積％的含水氟化銨(含水氟化物)、20毫升BLO(溶劑的第一種成分)、20毫升DMSO(溶劑的第二種成分)、0.15毫升冰醋酸(溶劑的第三種成分)、和1毫升附加的水。壓力室保持在70℃。含水氟化物和溶劑在1,250psi循環(huán)2分鐘，然后，將壓力室加壓到2,800psi。在去除和沖洗步驟之間采用兩次部分排氣和一次完全排氣，其中，對于部分排氣，壓力在2,700psi下降低到1,100psi，對于完全排氣，壓力從2,700psi降低到大氣壓。沖洗步驟用的沖洗劑為20毫升的80％乙醇和20％水的混合物。沖洗劑和超臨界二氧化碳循環(huán)1分鐘。在進行沖洗步驟后的完全排氣之前，進行一次部分排氣。
之前和之后的XPS(x射線光電子能譜法)試驗表明，在第三種具體實施方案中去除了光刻膠。
第四種具體實施方案在第四種具體實施方案中，從高劑量離子注入后的晶片上去除光刻膠。所用的具體化學物質(zhì)如下0.22毫升24體積％的含水氟化銨(含水氟化物)、20毫升DMSO(溶劑的第一種成分)、20毫升的EC(溶劑的第二種成分)和2毫升附加的水。壓力室保持在70℃。含水氟化物和溶劑在2,800psi下循環(huán)2分鐘。在去除和沖洗步驟之間采用兩次部分排氣和一次完全排氣，其中，對于部分排氣，壓力從2,700psi降低到1,100psi，在完全排氣中，壓力從2,700psi降低到大氣壓。沖洗步驟用的沖洗劑為20毫升80％乙醇和20％水的混合物。沖洗劑和超臨界二氧化碳循環(huán)1分鐘。在進行沖洗步驟后的完全排氣之前，進行一次部分排氣。
之前和之后的XPS試驗表明，在第四種具體實施方案中去除了光刻膠。
第五種具體實施方案在第五種具體實施方案中，從前面的通孔蝕刻步驟中形成的SiO2通孔結(jié)構(gòu)去除光刻膠，其中蝕刻步驟在到達TiN蝕刻終點時結(jié)束。所用的具體化學物質(zhì)如下0.15毫升24體積％的含水氟化銨(含水氟化物)和8毫升附加的水。壓力室保持在50℃。含水氟化物和附加的水在1,500psi循環(huán)2分鐘。在去除步驟和第一次沖洗步驟之間采用兩次部分排氣和一次完全排氣，其中，對于部分排氣，壓力從1,500psi降低到1,050psi，在完全排氣中，壓力從1,500降低到大氣壓。第一個沖洗步驟中的沖洗劑為12毫升水。在第一個沖洗步驟中，沖洗劑和超臨界二氧化碳在1,500psi循環(huán)1分鐘，隨后使壓力升高到2,800psi。在第一次沖洗步驟和第二次沖洗步驟之間進行兩次部分排氣和一次完全排氣，其中，對于部分排氣，壓力從2,800psi降低到1,100psi，在完全排氣中，壓力從2,800psi降低到大氣壓。第二次沖洗的沖洗劑為20毫升甲醇。在第二次沖洗步驟中，沖洗劑和超臨界二氧化碳在2,800psi循環(huán)1分鐘。在進行第二次沖洗步驟后的完全排氣之前，進行一次部分排氣。
在第五種具體實施方案中的去除光刻膠之前，拍攝第五種SEM照片。第五種SEM照片表明了在SiO2通孔結(jié)構(gòu)和通孔底部的TiN蝕刻終點之上的光刻膠。在第五種具體實施方案中除去光刻膠之后，拍攝第六種SEM照片。第六種SEM照片表明在第五種具體實施方案中去除了光刻膠。
第六種具體實施方案在第六種具體實施方案中，從在前面的通孔蝕刻步驟中形成的SiO2通孔結(jié)構(gòu)去除光刻膠。所用的具體化學物質(zhì)如下1.5毫升24體積％的含水氟化銨(含水氟化物)和8毫升DMSO(溶劑)和4毫升附加的水。壓力室保持在50℃。含水氟化物、溶劑和附加的水在2,800psi循環(huán)2分鐘。在去除步驟和沖洗步驟之間采用一次部分排氣和一次完全排氣。沖洗劑為20毫升80％乙醇和20％水的混合物。沖洗劑和超臨界二氧化碳在2,700psi循環(huán)1分鐘。在進行沖洗步驟后的完全排氣之前，進行一次部分排氣。
在第六種具體實施方案中的去除光刻膠之后，拍攝第七種SEM照片。第七種SEM照片表明，在第六種具體實施方案中去除了光刻膠。
第七種具體實施方案在第七種具體實施方案中，從前面的通孔蝕刻步驟中形成的C-SiO2波紋結(jié)構(gòu)中去除光刻膠和殘渣。所用的具體化學物質(zhì)如下0.15毫升24體積％的含水氟化銨(含水氟化物)、20毫升BLO(溶劑的第一種成分)、20毫升DMSO(溶劑的第二種成分)、0.15毫升冰醋酸(溶劑的第三種成分)和1毫升附加的水。壓力室保持在70℃。含水氟化物、溶劑和附加的水在2,800psi循環(huán)2分鐘。在去除步驟和沖洗步驟之間采用兩次部分排氣和一次完全排氣。沖洗步驟用的沖洗劑為20毫升50％乙醇和50％水。沖洗劑和超臨界二氧化碳在2,700psi循環(huán)1分鐘。在進行沖洗步驟后的完全排氣之前，進行一次部分排氣。
在第七種具體實施方案中的光刻膠和殘渣去除之后，拍攝第八種SEM照片。第八種SEM照片表明，在第七種具體實施方案中，去除了光刻膠和殘渣。
本領域技術人員容易理解，可以對優(yōu)選的實施方案進行其它各種改進而不脫離由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的實質(zhì)和范圍。
權(quán)利要求
1.一種處理襯底的方法，它包括下列步驟a.保持超臨界二氧化碳和含水氟化物與襯底接觸，所述襯底具有承載選自光刻膠、光刻膠殘渣、蝕刻殘渣和它們的組合的材料的二氧化硅表面，使得含水氟化物從所述材料掏蝕二氧化硅表面，從而使所述材料變成被掏蝕的材料；b.保持水和超臨界二氧化碳與被掏蝕的材料接觸，使得被掏蝕的材料與二氧化硅表面分離，從而使被掏蝕的材料變成被分離的材料；和c.從襯底附近去除被分離的材料。
2.權(quán)利要求1的方法，其中，含水氟化物選自含水氟化銨、氫氟酸和它們的混合物。
3.權(quán)利要求2的方法，其中，所述含水氟化物是含水氟化銨。
4.權(quán)利要求1的方法，其中，從襯底附近去除被分離的材料的步驟包括使超臨界二氧化碳流過所述襯底。
5.權(quán)利要求1的方法，它還包括使用溶劑至少部分溶解被掏蝕材料的步驟。
6.權(quán)利要求5的方法，其中，所述溶劑選自BLO、DMSO、醋酸、EC、DMAC、NMP和它們的混合物。
7.權(quán)利要求6的方法，其中，所述溶劑選自BLO、DMSO、醋酸、EC和它們的混合物。
8.權(quán)利要求7的方法，其中，所述溶劑是BLO。
9.權(quán)利要求1的方法，它還包括使用溶劑至少部分溶解被分離材料的步驟。
10.權(quán)利要求9的方法，其中，所述溶劑選自BLO、DMSO、醋酸、EC、DMAC、NMP和它們的混合物。
11.權(quán)利要求10的方法，其中，所述溶劑選自BLO、DMSO、醋酸、EC和它們的混合物。
12.權(quán)利要求11的方法，其中，所述溶劑是BLO。
13.權(quán)利要求1的方法，它還包括用超臨界二氧化碳和沖洗劑沖洗襯底的步驟。
14.權(quán)力要求13的方法，其中，所述沖洗劑包含水。
15.權(quán)利要求13的方法，其中，所述沖洗劑包含醇。
16.權(quán)利要求15的方法，其中，所述醇包括乙醇。
17.權(quán)利要求13的方法，其中，所述沖洗劑包含丙酮。
18.權(quán)利要求1的方法，其中，所述襯底包括低介電常數(shù)材料。
19.權(quán)利要求18的方法，其中，所述低介電常數(shù)材料包括旋壓聚合物。
20.權(quán)利要求18的方法，其中，所述低介電常數(shù)材料包括C-SiO2材料。
21.一種從二氧化硅表面去除材料的方法，所述材料選自光刻膠、光刻膠殘渣、蝕刻殘渣和它們的組合物，該方法包括下列步驟a.保持超臨界二氧化碳和含水氟化物與所述材料和二氧化硅表面接觸，使得含水氟化物從所述材料掏蝕二氧化硅表面；b.保持水和超臨界二氧化碳與所述材料接觸，使得所述材料從二氧化硅表面分離；和c.從二氧化硅表面附近去除所述材料。
22.一種處理襯底的方法，它包括下列步驟a.保持超臨界二氧化碳、胺和溶劑與襯底表面上的材料接觸，所述材料選自光刻膠、光刻膠殘渣、蝕刻殘渣和它們的混合物，使得所述胺和所述溶劑至少部分溶解所述材料；和b.從所述襯底附近去除所述材料。
23.權(quán)利要求2 2的方法，其中，所述胺包括仲胺。
24.權(quán)利要求2 2的方法，其中，所述胺包括叔胺。
25.權(quán)利要求24的方法，其中，所述叔胺選自2-甲基氨基乙醇、PMDETA、三乙醇胺、三乙胺和它們的混合物。
26.權(quán)利要求25的方法，其中，所述胺選自2-甲基氨基乙醇、PMDETA、三乙醇胺和它們的混合物。
27.權(quán)利要求22的方法，其中，所述溶劑選自DMSO、EC、NMP、乙酰基丙酮、BLO、醋酸、DMAC、PC和它們的混合物。
28.權(quán)利要求22的方法，其中，所述胺選自仲胺、叔胺、二異丙胺、三異丙胺、二乙二醇胺和它們的混合物。
29.權(quán)利要求22的方法，它還包括用超臨界二氧化碳和沖洗劑沖洗襯底的步驟。
30.權(quán)利要求29的方法，其中，所述沖洗劑包括水。
31.權(quán)利要求29的方法，其中，所述沖洗劑包括醇。
32.權(quán)利要求31的方法，其中，所述醇包括乙醇。
33.權(quán)利要求29的方法，其中，所述沖洗劑包括丙酮。
34.一種處理在襯底表面上有一種材料的襯底的方法，所述材料選自光刻膠、光刻膠殘渣、蝕刻殘渣和它們的混合物，該方法包括下列步驟a.保持超臨界二氧化碳、胺和溶劑與所述材料接觸，使得所述胺和溶劑至少部分溶解所述材料；和b.從襯底附近去除所述材料。
35.一種處理襯底的方法，它包括下列步驟a.保持超臨界二氧化碳、叔胺和溶劑與所述襯底表面上的一種材料接觸，所述材料選自光刻膠、光刻膠殘渣、蝕刻殘渣和它們的混合物，使得所述材料至少部分被溶解；和b.從所述襯底附近去除所述材料。
全文摘要
一種從襯底上去除光刻膠和殘渣的方法,它起始于保持超臨界二氧化碳、胺和溶劑與所述襯底接觸,使得所述胺和溶劑至少部分溶解光刻膠和殘渣。優(yōu)選地,所述胺是叔胺。優(yōu)選地,所述溶劑選自DMSO、EC、NMP、乙酰基丙酮、BLO、醋酸、DMAC、PC和它們的混合物。然后,把光刻膠和殘渣從襯底附近去除。優(yōu)選地,該方法繼續(xù)沖洗步驟,其中,襯底在超臨界二氧化碳和沖洗劑中沖洗。優(yōu)選地,沖洗劑選自水、醇、二者的混合物以及丙酮。在一種供選擇的實施方案中,胺和溶劑用含水氟化物代替。
文檔編號H01L21/3213GK1384972SQ00815082
公開日2002年12月11日 申請日期2000年11月1日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月2日
發(fā)明者W·H·穆勒, M·A·比伯格, P·E·施林 申請人:東京威力科創(chuàng)股份有限公司