close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY15743

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2012.04.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 15743
(13) C1
(19)
H 01L 21/28 (2006.01)
СОСТАВ ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ФОТОРЕЗИСТА ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ
СИСТЕМЫ МЕТАЛЛИЗАЦИИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ
(21) Номер заявки: a 20100739
(22) 2010.05.14
(43) 2011.12.30
(71) Заявитель: Открытое акционерное
общество "ИНТЕГРАЛ" (BY)
(72) Авторы: Емельянов Виктор Андреевич; Емельянов Антон Викторович
(BY)
(73) Патентообладатель: Открытое акционерное общество "ИНТЕГРАЛ" (BY)
(56) BY 7756 C1, 2006.
BY 1688 C1, 1997.
EP 1649503 A2, 2006.
WO 2004/053970 A1.
EP 1550912 A1, 2005.
WO 2000/030164 A1.
RU 2249882 C1, 2005.
DE 2638799 A1, 1978.
BY 15743 C1 2012.04.30
(57)
Состав для удаления фоторезиста при изготовлении системы металлизации полупроводниковых приборов, содержащий моноэтаноламин и воду, отличающийся тем, что дополнительно содержит пузырьки газовой смеси, содержащей 0,1-1,5 об. % озона, а
концентрация моноэтаноламина составляет 70-95 об. %.
Изобретение относится к электронной технике, в частности к микроэлектронике, и
может быть использовано при изготовлении кристаллов интегральных схем (ИС) и дискретных полупроводниковых приборов.
Формирование активной структуры ИС осуществляется в настоящее время преимущественно по планарной технологии последовательным формированием слоев требуемой
конфигурации. Для получения топологического рисунка того или иного технологического
слоя используют методы фотолитографии, включающие нанесение фоторезиста на полупроводниковую пластину со сформированными на ней тонкими пленками, облучение удаляемых участков фоторезиста ультрафиолетовым светом, проявление фоторезиста,
термообработку полученной фотомаски, формирование рисунка в технологическом слое и
удаление фоторезиста. Проведение всех технологических операций по формированию
структуры требует особой чистоты процессов, в том числе и полноты удаления фоторезиста.
Традиционно для удаления фоторезиста используется смесь серной кислоты с перекисью водорода [1]. Недостатком этого состава является невозможность его использования
для формирования систем металлизации приборов, а также межуровневого диэлектрика
на основе полиимида вследствие разрушения металлических и органических пленок при
воздействии данной смеси.
В связи с этим при формировании систем металлизации для удаления фоторезиста
преимущественно используются составы на органической основе.
Известно использование для удаления фоторезиста при изготовлении системы металлизации полупроводниковых приборов смеси, принятой за прототип, состоящей из моноэтаноламина и перекиси водорода [2]. Моноэтаноламин используется при этом в чистом
BY 15743 C1 2012.04.30
виде, а перекись водорода - в форме 30 % водного раствора. Таким образом, используемый состав состоит из моноэтаноламина, воды и непосредственно перекиси водорода.
При этом водный раствор перекиси добавляется в ванну обработки небольшими порциями
по мере ее разложения до полного истощения состава.
Использование моноэтаноламина в качестве основного компонента смеси в данном
случае обусловлено как требованиями по качеству удаления фоторезиста, так и требованиями по обеспечению приемлемой адгезии металлизирующего покрытия к межуровнему
диэлектрику на основе полиимида. Поверхность полиимида гидролизуется в щелочной
среде (моноэтаноламин с водой) с разрывом имидных циклов и превращается в полиамид.
Наличие реакционноспособных функциональных групп -COOH на поверхности модифицированного таким образом диэлектрика обеспечивает образование химической связи между ним и металлической пленкой, что служит основой высокой адгезии между слоями и
высоких электрофизических характеристик системы металлизации в целом.
Недостатком данного состава является быстрый и достаточно сильный разогрев смеси
вследствие интенсивного разложения перекиси водорода. Этот факт накладывает значительные ограничения на процесс удаления фоторезиста особенно в том случае, если технологическим слоем является полиимидная пленка. Полиимидная пленка является
достаточно стойкой к холодной (до 30 °С) смеси, но быстро растворяется в горячей (при
40 °С уже наблюдается незначительное увеличение размеров контактных окон, а при
80 °С - полное растворение полиимида). В связи с этим необходим тщательный контроль
температуры процесса удаления фоторезиста. Кроме того, быстрое разложение перекиси
водорода при постоянном ее прибавлении приводит к разбавлению состава водой и потере
его первоначальных свойств. В результате такого разогрева и разбавления смесь моноэтаноламина и перекиси водорода очень быстро приходит в негодность, приводя к неоправданно высокому расходу реактивов на проведение данного процесса.
Задачей настоящего изобретения является снижение удельного расхода реактивов за
счет повышения срока годности смеси.
Поставленная задача решается тем, что состав для удаления фоторезиста при изготовлении системы металлизации полупроводниковых приборов, содержащий моноэтаноламин и воду, дополнительно содержит пузырьки газовой смеси, содержащей 0,1-1,5 об. %
озона, а концентрация моноэтаноламина составляет 70-95 об. %.
Сущность заявляемого технического решения заключается в стабилизации состава и
температурного режима процесса удаления фоторезиста.
Наличие в заявляемом составе барботируемых пузырьков газовой смеси, содержащей
0,1-1,5 об. % озона, приводит к его насыщению атомарным кислородом, что аналогично
добавлению к этому раствору перекиси водорода. Состав обеспечивает быстрое растворение и окисление фоторезистивной маски, а также гидролиз поверхности полиимида.
Однако интенсивного разогрева смеси при этом не происходит. Барботирование может осуществляться как постоянно, так и только непосредственно в процессе удаления
фоторезиста. По окончании процесса подача газовой смеси может быть прекращена. Не
происходит также и разбавления раствора водой, являющейся продуктом разложения перекиси. В результате температура и состав исходного раствора (содержание воды) сохраняются достаточно долго, вплоть до полного его истощения. Количество обрабатываемых
в таком растворе пластин значительно возрастает.
Заявляемое техническое решение поясняется уравнениями химических реакций.
Перекись водорода разлагается согласно реакции:
(1)
H2O2 → H2O + O*↑
Озон разлагается согласно реакции:
(2)
O3 → O2↑ + O*↑
Из приведенных схем реакций видно, что использование перекиси приводит к разбавлению раствора водой, а использование озона предупреждает разбавление, поскольку все
2
BY 15743 C1 2012.04.30
продукты его разложения являются газообразными. Кислород не участвует в реакции гидролиза, поэтому гидролиз поверхности полиимидной пленки, как и в случае прототипа,
протекает согласно реакции:
CO
CO
N
N
CO
O
+
n
CO
+H2NCH2CH2OH+H2O
HOCH2CH2NH2:HOOC
COOH:H2NCH2CH2OH
N
O
O
N
,
CO
(3)
n
Промежуточное соединение
HOOC
COOH
NH
CO
O
+
NH
CO
.
n
+H2NCH2CH2OH
Протекание данной химической реакции обусловлено контактом раствора с поверхностью полиимидной пленки по окончании процесса удаления фоторезиста. Водные растворы моноэтаноламина обладают основными свойствами. Первоначально в процессе
гидролиза образуется промежуточное соединение, которое можно отнести к классу солей,
образованных слабой кислотой и слабым основанием. Однако, как известно, соли, образованные слабой кислотой и слабым основанием, разлагаются водой за счет гидролиза. Поэтому промежуточное соединение нестойко в рассматриваемых условиях и далее
распадается на полиамидокислоту и моноэтанол амин. Моноэтаноламин вымывается из
пленки при последующей промывке структур в воде.
Образовавшаяся на поверхности полиимидной пленки в результате реакции (3) полиамидокислота обеспечивает образование адгезионных химических связей с металлической
пленкой согласно реакции
HOOC
COOH
NH
CO
O
+ Al
NH
CO
n
К другим атомам алюминия
AlOOC
COOAl
NH
CO
O
NH
+ H2↑
CO
n
3
.
BY 15743 C1 2012.04.30
Таким образом, использование заявляемого технического решения позволяет значительно снизить удельный расход реактивов на проведение процесса при сохранении высоких технических характеристик получаемых структур.
Содержание озона в газовой смеси, барботируемой через раствор, определяется в основном требованием селективности удаления фоторезиста по отношению к полиимидной
пленке. Содержание озона более 1,5 об. %, например 5 об. %, обеспечивает быстрое удаление фоторезиста, но приводит к подтравливанию полиимидной пленки, что регистрируется уменьшением ее толщины и увеличением размеров контактных окон. Содержание
озона менее 0,1 об. %, например 0,01 об. %, не обеспечивает приемлемой скорости и качества удаления фоторезиста. Остатки фоторезиста на поверхности полиимидной пленки
приводят к образованию дефектов токопроводящих дорожек.
Содержание моноэтаноламина выше 95 об. %, например, 99 об. %, приводит к снижению селективности удаления фоторезиста по отношению к полиимиду. Это связано с тем,
что уменьшение концентрации воды приводит к значительному снижению скорости гидролиза. Время, требуемое на модификацию поверхности полиимидной пленки, возрастает,
но при этом также возрастает и толщина стравливаемого слоя полиимида. Содержание
моноэтаноламина менее 70 об. %, например 50 об. %, не обеспечивает требуемое качество
и скорость удаления фоторезиста.
Использование заявляемого технического решения обеспечивает стабильность состава
для удаления фоторезиста, необходимую селективность по отношению к полиимидной
пленке, высокие электрофизические характеристики получаемых структур и низкий
удельный расход реактивов.
Испытания заявляемого состава для удаления фоторезиста проводили следующим образом. На кремниевые пластины марки КЭФ 4,5 со сформированными активными тестовыми структурами методом центрифугирования на автомате нанесения фоторезиста
08ФН-125 наносили раствор полипиромеллитамидной кислоты ЫУ0 028.108 ТУ. Пластины
высушивались на установке конвейерной термообработки 02СТ-125 в течение 10 минут
при температуре 160 °С. Затем пластины нагревали 1 час при температуре 350 °С в атмосфере аргона в установке СДО 3/15. Толщина полиимидной пленки составила 1,1 мкм.
Далее методами стандартной фотолитографии формировалась маска фоторезиста ФП-383,
после чего полиимид вытравливали в контактных окнах в кислородной плазме на установке 08ПХО-100Т-005. После этого вытравливали оксид кремния в контактных окнах
для обеспечения контакта металлизации к активным областям. Далее пластины обрабатывали в заявляемом составе на установке химической обработки ЩЦМ3.240.212. Содержание компонентов состава приведено в таблице. Объем ванны для обработки составляет
около 5,5 л. Озон получали на установке КФНС 443.121.002. Концентрацию озона регулировали выбором режимов работы установки и измеряли при помощи газоанализатора.
Барботаж полученной газовой смеси осуществляли через отверстия диаметром 0,2 мм.
При этом удаляли остатки фоторезиста и проводили гидролиз поверхностного слоя полиимида. Полноту удаления фоторезиста контролировали методами оптической микроскопии при увеличении 250х. Все составы использовали до полного истощения, что
определяли по полноте удаления фоторезиста. Пластины промывали водой в каскадной
ванне той же установки и высушивали центрифугированием на установке отмывки и сушки ЩЦМ3.240.213. После этого на пластинах формировали пленку алюминия с добавкой
1 % кремния на агрегате непрерывного действия 01НИ-7-006 толщиной 1,0 мкм. Затем
формировали рисунок металлизации методами стандартной фотолитографии и травления
и после удаления фоторезиста в холодном диметилформамиде пластины нагревали при
температуре 510 °С в течение 20 минут на установке АДС6-100 в атмосфере аргона.
На полученных таким образом структурах измеряли напряжение пробоя межуровневого диэлектрика. Результаты измерений приведены в таблице.
4
BY 15743 C1 2012.04.30
Влияние режимов удаления фоторезиста на количество
и характеристики обработанных структур.
Содержание Содержание
Напряжение
Количество
моноэтано- озона в газопробоя изо- Примечание, расход раствора
обработанных
ламина в рас- вой смеси,
ляции,
на одну пластину, мл
пластин, шт.
творе, об. %
об. %
Вольт
50
1,0
120
45,83
70
1,0
560
330
9,82
85
1,0
580
325
9,48
95
1,0
575
325
9,57
99
1,0
590
285
Подтравливание полиимида
Велико время обработки,
90
0,01
неполное удаление фоторезиста
90
0,1
610
325
9,02
90
1,5
590
320
9,32
Частичное растворение поли90
5,0
имидной пленки, растравы
Прототип
175
325
31,43
Из приведенных данных видно, что заявляемое техническое решение по сравнению с
прототипом позволяет значительно уменьшить (более чем в 3 раза) удельный расход реактивов на одну пластину при сохранении высоких электрофизических характеристик
структур. Запредельное содержание компонентов не позволяет получить структуры приемлемого качества.
Источники информации:
1. Готра З.Ю. Технология микроэлектронных устройств: Справочник. 1991. - С.350.
2. Патент РБ 7756 / С.Ф.Сенько, В.А.Емельянов, А.И Белоус. Способ изготовления системы металлизации полупроводниковых приборов. Заявка № a20030172 от 27.02.2003 г.
МПК7 H 01L 21/02, 21/28, C 23C 14/00 // Официальный бюллетень. Изобретения, полезные
модели, промышленные образцы. - № 1 (48). - 2006.02.28. - С. 141 (прототип).
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
106 Кб
Теги
патент, by15743
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа