TW201527284A - 新穎光阻去除劑 - Google Patents

Abstract

本發明係描述用於去除光阻材料之新穎化合物、組合物及方法。該等化合物係具有至少一為質子接受基團之取代基之經取代之環脲及環胺基甲酸酯。該質子接受基團可係羥烷基或胺烷基。該等化合物可與其他溶劑摻合以製備適用於去除光阻之組合物。使用該等組合物之方法包括將呈液體或呈蒸氣之該等組合物施加至基板表面。

Description

新穎光阻去除劑

本文所述之實施例大體上係關於半導體製造。更特定而言，描述一種用於去除光阻材料之新穎材料類型。

全球半導體加工工業係每年$ 3億之工業，該工業仰賴於自半導體基板沉積及移除材料之精確方法。該工業之核心係在半導體基板上形成奈米觀裝置之圖案之方法。典型地，於基板上形成材料之第一層，然後藉由化學方法圖案化。該圖案化典型地包括在第一層上形成圖案化層，將該圖案化層暴露於輻射圖案下以改變該圖案化層在照射區域中之材料。然後，使用化學顯影劑優先移除經照射或未經照射之材料。

該方法典型地根據由圖案化層所建立之圖案在半導體晶圓或晶板之全部表面上進行。在諸多該等方法中，圖案化層係光阻，因為該層係由會吸收輻射及受到改變之材料製成。該光阻可限定待進行蝕刻以從基板移除材料之區域，或該光阻可限定基板上待沉積材料之區域。在任一種情況下，圖案化該光阻使根據圖案處理基板表面成為可能。

圖案顯影後保留之圖案化層材料可用作處理圖案化層下基板之暴露區域的後續方法之遮罩。通常進行之方法包括材料沉積、離子植入、材料移除、及熱處理。遮罩處理完成後，遮罩材料通常藉由以會 移除該遮罩材料或光阻之試劑為特徵之濕或乾去除方法而移除。然而，在一些情況下，典型地用以移除光阻之試劑會破壞基板表面中之材料。例如，基板表面中之金屬會與光阻去除試劑反應，改變其電性質及減低基板上之裝置之功能。因此，需要用於移除光阻而不破壞基板材料之新穎試劑。

光阻通常係含碳材料，諸如碳聚合物或非晶形碳。通常使用之聚合物包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基戊二醯亞胺及酚醛清漆樹脂，其等經常藉由旋塗施加然後加熱以固化或乾燥該塗層。將該塗層經由遮罩暴露於輻射，通常UV輻射下，使得輻射根據遮罩上形成之圖案落於該塗層上。輻射改變該塗層在照射區域中之結構使得溶劑或蝕刻劑優先移除經照射或未經照射之材料以留下經圖案化之光阻。隨後該光阻本身可典型地用作用於光阻下方基板表面之沉積、離子植入、及/或蝕刻的遮罩。

光阻處理後，典型地移除該光阻。在諸多情況下，該基板具有可被用於移除光阻之習知材料破壞之金屬特徵。因此，相關技藝中需要不會破壞基板之光阻去除組合物及方法。

本申請案描述用於去除光阻材料之新穎化合物、組合物及方法。該等化合物係具有至少一個為質子接受基團之取代基的經取代之環脲及環胺基甲酸酯。該質子接受基團可係羥烷基或胺烷基。該等化合物可與其他溶劑摻合以製備適用於去除光阻之組合物。使用該等組合物之方法包括將呈液體或呈蒸氣之該等組合物施加至基板表面。

本發明者已發現可用於移除典型地用於半導體處理之遮罩材料 之新穎類型試劑，該等試劑極少或不損害可於移除光阻之基板上的裝置中存在之材料。該等試劑係經取代之環脲及環胺基甲酸酯。該等取代可係在環中之一或多個碳原子處或在環中之一或多個氮原子處進行。典型地，該等取代基中至少一者係於水性環境中具有質子親和性之基團，使該等試劑、或含該等試劑之組合物具有不同程度之鹼性。鹼性取代基可係醇基或胺基，其可係直鏈、分支鏈、或環狀，及可係第一、第二、或第三基團。其他取代基可係任何期望之取代基，諸如烴基、烯基、雜有機基團諸如含氧及/或氮基團、芳基、或氫。

質子接受基團可與該試劑之環中之氮原子鍵結。或者，質子接受基團可與該試劑之環中之碳原子鍵結。在一實施例中，兩個質子接受基團可與環鍵結。兩個基團均可與碳原子鍵結、均可與氮原子鍵結、或一個與碳原子鍵結及一個與氮原子鍵結。羥烷基及/或胺烷基可與環脲或環胺基甲酸酯之環鍵結。

該環脲及環胺基甲酸酯具有一般結構式，如下：

在上述每個式中，n係1至4，例如1或2。在上述每個式中，R¹至R⁶中至少一者係質子接受基團。該質子接受基團可係醇基，諸如羥烷基，或胺基，諸如胺烷基。胺基可係第一、第二、或第三胺基。R¹及R⁶可與碳原子、氧原子、或氮原子上之氮鍵結。R¹至R⁶中多於一者可係質子接受基團。R¹至R⁶中二、三、四、五或所有六者可係質子接受基團。只要R¹至R⁶中至少一者係質子接受基團，其他基團各者可個別 地係氫、烴基諸如烷基、烯基、環烷基、環烯基或芳基，例如甲基、含氧基團、含氮基團、或含另一官能基。典型地。當R²、R³、R⁴、及R⁵均係H時，則R¹及R⁵在環脲中係不同的。

如上結構式B所述之環脲之實施例可由使尿素H₂NCONH₂與二胺反應製備。通式H₂N(CH₂)_mNH₂之直鏈未經取代之二胺與尿素反應，通常產生通式HNCONH-(CH₂)_m-之環脲。使用廣義之經C-取代之二胺H₂N[(CH₂)_a(CH_1-xR_x)_b(CH₂)_c]_qH₂N獲得通式HNCONH-[(CH₂)_a(CH_1-xR_x)_b(CH₂)_c]_q-之環脲，其中R可係任何以上針對R¹至R⁶所述之取代基。因此，預期以下反應會獲得結構式B之一些實施例：

二胺亦可與碳酸烷二酯反應以產生結構式B之實施例，如下：

當經N-烷基取代之二胺RHN(CH₂)_mNHR’與尿素反應時，通常產生經N-烷基取代之環脲RNCONR’-(CH₂)_m-。經N-羥烷基取代之環脲可藉由首先製備可在其任何碳原子處經取代之環脲，然後使該環脲與環氧烷反應製備。經單取代及二取代之N-羥烷基環脲之分佈出現，其在一定程度上可由化學計量控制。N-胺烷基環脲亦可由碳酸二烷二酯與三胺反應而製備，如下：

上述如結構式A之環胺基甲酸酯之實施例可由烷醇胺與光氣反應而製備。如上，烷醇胺之碳及氮取代基通常保留於環胺基甲酸酯，及取代基可如上添加至該環胺基甲酸酯之氮原子。因此，式HO(CH₂)_mNH₂之直鏈烷醇胺與光氣反應形成通式HNCOO-(CH₂)_m-之環胺基甲酸酯，該廣義之經C-取代之烷醇胺HO[(CH₂)_a(CH_1-xR_x)_b(CH₂)_c]_qH₂N與光氣反應獲得通式HNCOO-[(CH₂)_a(CH_1-xR_x)_b(CH₂)_c]_q-之環胺基甲酸酯，其中R可係以上針對R¹至R⁶所述之任何取代基，及當經N-烷基取代之烷醇胺RHN(CH₂)_mOH與光氣反應時，通常產生經N-烷基取代之環胺基甲酸酯RNCOO’-(CH₂)_m-。因此，預期以下反應會獲得結構式A之一些實施例：

針對烷醇胺中之一個氫原子之取代典型地產生經N-取代之環胺基甲酸酯。因此，使用上述三胺之烷醇胺類似物一般會導致經N-取代之環胺基甲酸酯產物，如下所示，取決於與氮及氧鍵結之氫的反應性之分佈：

發現可用作光阻去除劑之試劑之實例如下：

可用作光阻去除劑之試劑包括(但不限於)N,N-羥基乙基環脲、N,N-二胺基乙基環脲、N-羥基乙基環胺基甲酸酯、N-胺基乙基環胺基甲酸酯、N-二乙基胺基乙基環脲、N-二乙基胺基乙基環胺基甲酸酯、N-乙基胺基乙基環脲、N-乙基胺基乙基環胺基甲酸酯。

上述試劑可用於可呈液體或呈蒸氣形式施加至基板以移除光阻 材料之組合物中。上述一或多種試劑可在水性環境中與溶劑摻合以形成去除組合物。可使用之溶劑包括水、二甲基亞碸(DMSO)、乙腈(ACN)、二甲基甲醯胺(DMF)、二甲基乙醯胺(DMA)、及四氫呋喃(THF)。該等組合物可包括一或多種上述試劑類型。該等組合物亦可包括目前通用之光阻去除劑，諸如N-甲基吡咯啶酮及3-甲基-2-噁唑啶酮。

雖然前文係針對本發明之實施例，但是本發明之其他及進一步實施例可在不脫離其基本範疇下設計出，且其範疇係由下述申請專利範圍確定。

Claims (19)

1. 一種具有以下通式之化合物， 或具有以下通式之化合物， 其中n係1至2，R¹至R⁶各獨立地係H、烴基、烯基、雜有機取代基、質子接受基團、芳基，R¹至R⁶中至少一者係質子接受基團，及若R¹或R⁶係羥烷基，則R¹及R⁶中至少一者具有多於一個碳原子。
2. 如請求項1之化合物，其中每個質子接受基團係羥烷基或胺烷基。
3. 如請求項1或2之化合物，其進一步包括非質子接受基團之取代基。
4. 如請求項1之化合物，其中該化合物係環脲及該環脲環中之一個氮原子係未經取代。
5. 如請求項1或2之化合物，其中每個質子接受基團係鍵結至碳原子。
6. 一種組合物，其包含如請求項1之化合物及水性溶劑。
7. 一種組合物，其包含如請求項1之化合物及選自由DMSO、DMF、THF及ACN組成之群之溶劑。
8. 如請求項6或7之組合物，其進一步包括第二光阻去除試劑。
9. 一種光阻去除組合物，其包含：具有以下通式之試劑， 或具有以下通式之試劑， 其中n係1至2，R¹至R⁶各獨立地係H、烴基、烯基、雜有機取代基、質子接受基團、芳基，R¹至R⁶中至少一者係質子接受基團，及若R¹或R⁶係羥烷基，則R¹及R⁶中至少一者具有多於一個碳原子；選自由DMSO、DMF、THF及ACN組成之群之溶劑；及水性組分。
10. 如請求項9之光阻去除組合物，其中每個質子接受基團係羥烷基或胺烷基。
11. 如請求項9或10之光阻去除組合物，其中該試劑進一步包括非質 子接受基團之取代基。
12. 如請求項9或10之光阻去除組合物，其進一步包括光阻去除劑。
13. 一種從基板中移除光阻材料之方法，其包括：將該基板暴露於包含具有以下通式之試劑 或具有以下通式之試劑之組合物， 其中n係1至2，R¹至R⁶各獨立地係H、烴基、烯基、雜有機取代基、質子接受基團、芳基，R¹至R⁶中至少一者係質子接受基團，及若R¹或R⁶係羥烷基，則R¹及R⁶中至少一者具有多於一個碳原子。
14. 如請求項13之方法，其中該組合物係液體。
15. 如請求項13或14之方法，其中該組合物進一步包含水性組分。
16. 如請求項13或14之方法，其中該組合物進一步包含選自由DMSO、DMF、THF及ACN組成之群之溶劑。
17. 如請求項13之方法，其中每個質子接受基團係羥烷基或胺烷基。
18. 如請求項17之方法，其中該試劑進一步包括非質子接受基團之 取代基。
19. 如請求項18之方法，其中該組合物係鹼性。