半导体显影剂制造技术

本发明专利技术提供在生产半导体－基电路元件或其前体中有用的显影剂溶液，其含有三（２－羟乙基）甲基氢氧化铵。本发明专利技术的显影剂是三（２－羟乙基）甲基氢氧化铵的含水溶液或者醇溶液，其中优选进一步包括稳定剂。通过使用本发明专利技术提供的组合物，大大地降低的挥发性胺含量在显影工艺过程中释放，由于降低的空气基杂质导致这会减轻对清洁的室内空气纯化设备的负担。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在通过加减工艺制造的集成电路和其它半导体衍生的电路元件的制造中用作显影剂的物质组合物。更特别地，本专利技术涉及在半导体工业中使用的显影剂，其含有甲基三乙醇铵离子。更特别地，本专利技术涉及在半导体工业中使用的显影剂溶液，其含有甲基三乙醇氢氧化铵(也可称为三(2-羟乙基)甲基氢氧化铵)。背景典型地通过在晶片状半导体基底或“晶片”上沉积多层预定材料的单层，以制造集成电路。依次通过多个制造步骤生产集成电路的单层。例如，在含有一层事先形成的电路层的晶片上形成单个电路层时，在该事先形成的电路层上沉积氧化物，如二氧化硅，以提供电路用绝缘层。然后使用一种称为光致抗蚀剂的辐射可变物质，在晶片上形成下一电路层的图案。光致抗蚀剂物质通常由有机树脂、光敏剂和溶剂的混合物组成。光敏剂是当暴露于辐射能，如可见光和紫外光时，会经历化学变化的化合物如重氮萘醌，从而形成相对于各种溶剂具有与非辐照材料不同拯救特征的辐照材料。使用树脂以提供对光致抗蚀剂的机械强度，和溶剂起降低光致抗蚀剂粘度的作用，以便可将它均匀涂敷到晶片表面上。在将光致抗蚀剂层涂敷到晶片表面上之后，通常通过热处理晶片，蒸发溶剂和硬化光致抗蚀剂层。然后通过将含有确定下一电路层图案的透明部分的不透辐射掩膜放置在光致抗蚀剂层上，接着将光致抗蚀剂层暴露于辐射，从而选择辐照光致抗蚀剂层。接着将光致抗蚀剂层暴露于称为显影剂的化学品下，在该化学品中，辐照或非-辐照的光致抗蚀剂是可溶的，且通过选择暴露底部绝缘层，在通过掩膜确定的图案中除去光致抗蚀剂。然后使用蚀刻剂，选择除去绝缘层的暴露部分，以暴露底部电路层的相应部分。光致抗蚀剂必须耐蚀刻剂，以便将蚀刻剂的进攻仅仅限制在绝缘层的暴露部分。或者，暴露的底层可以植入不会渗透到光致抗蚀剂层内的离子，从而仅仅选择渗透未被光致抗蚀剂覆盖的那部分底层。然后使用以等离子状态的液体或气体形式存在的溶剂或强氧化剂，汽提其余的光致抗蚀剂。接着沉积下一层，和重复该方法，直到完成半导体的制造。胆碱(2-羟乙基三甲基氢氧化铵)、双(2-羟乙基)二甲基氢氧化铵和三(2-羟乙基)甲基氢氧化铵是在印刷电路板(“PCB”)工业中使用的已知光致抗蚀剂汽提剂。已知在半导体制造中，仅仅胆碱和四甲基氢氧化铵可用作显影剂。然而，这些氢氧化铵不是热稳定的，和在显影工艺过程中，由于热分解导致它们倾向于释放胺蒸气。该胺蒸气可与在半导体-基电路元件的加工中使用的主要化学品反应或混合，在化学蒸气沉积室内形成不需要的沉积，若它没有完全从加工区域中除去的话。因此，必须不断地使用严格的过程控制以除去这些胺蒸气。若可获得充分充当显影剂且在使用它的显影工艺过程中不会释放大量胺蒸气的组合物，则这种组合物将代表半导体显影剂领域的进展。本专利技术提供一种这样的显影剂。专利技术概述本专利技术提供在加工半导体-基电路元件及其前体中用作显影剂的组合物，其包括单独的三(2-羟乙基)甲基氢氧化铵或更优选其与稳定剂如N-羟乙基乙二胺的混合物的水溶液或醇溶液。详细说明本专利技术提供一种在半导体加工工业中可用作显影剂的化学组合物。本专利技术的显影剂组合物包括三(2-羟乙基)甲基氢氧化铵，其显著降低显影工艺过程中产生的挥发性胺量。在显影工艺过程中产生降低的挥发性胺量大大地降低了其含量，其中内部大气控制设备必须在该含量下操作，以便从加工区域中除去这种非所需的胺。本专利技术所用的三(2-羟乙基)甲基氢氧化铵例举为以下化学结构 并可根据一般性反应，通过常规的烷氧化方法生产。 通过控制起始材料的浓度，使甲基二乙醇胺与环氧乙烷在水存在下反应，提供具有可变浓度的三(2-羟乙基)甲基氢氧化铵的含水溶液，这是使用环氧乙烷的烷氧化领域公知的。典型地，可制备三(2-羟乙基)甲基氢氧化铵的含水溶液，基于总的溶液重量，其浓度约10.00至80.00wt％，其中包括在其间的每一百分数。通过用水稀释，可得到低于80.00％的任何三(2-羟乙基)甲基氢氧化铵浓度。基于显影剂溶液总重量，本专利技术的显影剂溶液最优选含有10.00至70.00％的任何重量百分数的三(2-羟乙基)甲基氢氧化铵，其中包括在其间的每一百分数。三(2-羟乙基)甲基氢氧化铵显示出预料不到的结果，其热稳定性显著高于胆碱和双(2-羟乙基)二甲基氢氧化铵，当在半导体衍生的电路元件或其前体的显影中常用的条件下使用时。尽管以含水溶液形式描述了本专利技术的显影剂，但它也可包括在醇(如C1-C6醇，毫无限制地包括甲醇和乙醇)溶液内的双(2-羟乙基)二甲基氢氧化铵，它是通过仅仅在选择的醇或醇的含水溶液中进行烷氧化反应而得到的。显然，本专利技术的三(2-羟乙基)甲基氢氧化铵 不同于双(2-羟乙基)二甲基氢氧化铵 以及与胆碱 的区别在于与季铵中的氮原子键接的甲基和羟乙基数量不同。实施例1双(2-羟乙基)二甲基氢氧化铵的制备向配有温度计、磁搅拌、干冰冷凝器、冷却浴和氮气入口的2升三颈烧瓶中引入约267g二甲基乙醇胺(DMEA)和330g去离子水。使用适度搅拌，通过供料管向反应混合物内供入约128g环氧乙烷，和将反应温度维持在低于20℃。在滴加完环氧乙烷之后，使反应蒸煮(digest)又一小时。然后用氮气冲洗反应混合物1小时。产物是透明且无色的溶液。然而，在室温下静置约4天之后，产物有点变暗。实施例2三(2-羟乙基)甲基氢氧化铵的制备根据实施例1制备双(2-羟乙基)二甲基氢氧化铵的方法，所不同的是使用约357g甲基二乙醇胺(MDEA)替代DMEA，使用489g去离子水和115g环氧乙烷。产物是透明且无色的溶液。然而，在室温下静置约4天之后，产物有点变暗。实施例3双(2-羟乙基)二甲基氢氧化铵的制备根据实施例1的方法，所不同的是使用约267g DMEA，300g去离子水和125g环氧乙烷。然而，在氮气冲洗的最后，加入约4.5g乙二胺。产物是透明且无色的溶液，和在室温下静置1月之后没有观察到颜色变化。实施例4双(2-羟乙基)二甲基氢氧化铵的制备根据实施例1的方法，所不同的是使用约356g DMEA，400g去离子水和170g环氧乙烷。在氮气冲洗的最后，加入约9g氨乙基乙醇胺(AEEA)。产物是透明且无色的溶液，和在室温下静置1月之后没有观察到颜色变化。实施例5三(2-羟乙基)甲基氢氧化铵的制备根据实施例1的方法，所不同的是使用约357g MDEA替代DMEA，使用360g去离子水和125g环氧乙烷。在氮气冲洗的最后，加入约6g乙二胺。产物是透明且无色的溶液，和在室温下静置1月之后没有观察到颜色变化。实施例6三(2-羟乙基)甲基氢氧化铵的制备根据实施例5的方法，所不同的是使用约8g AEEA替代EDA。获得透明且无色的产物，和在室温下静置1月之后没有观察到颜色变化。热稳定性研究-使用液面上空间的GC-MS分析方法进行热稳定性研究。约10ml样品放入样瓶内，然后在80℃下加热达到平衡。注射500微升体积的蒸气并分析。评价实施例3和实施例6的样品以及胆碱。在胆碱情况下，检测到显著量的轻质胺，如三甲胺、未知的烷胺、乙基吡嗪、二乙基吡嗪和三乙基吡嗪。在双(2-羟乙基)二甲基氢氧化铵情况下，也检测到显著量的轻质胺，如二甲胺和二甲基乙胺和DMEA。然而，在三(2-羟乙基)甲基氢氧化铵情况下，检测到仅仅痕量的胺。这些结果表明三(2-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在加工半导体基电路器件和其前体中用作显影剂的组合物，包括三（２－羟乙基）甲基氢氧化铵水溶液。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：苏维扬，SL斯卓伯格，WC克劳弗德，
申请(专利权)人：胡茨曼石油化学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]