蚀刻金属阻挡层和金属层的方法和制造半导体器件的方法技术

公开了蚀刻金属阻挡层和金属层的方法以及制造半导体器件的方法。所述方法包括：在衬底上形成金属阻挡层和金属层；以及使用蚀刻组合物蚀刻金属阻挡层和金属层。蚀刻组合物可以包括：氧化剂，选自于硝酸、溴酸、碘酸、高氯酸、过溴酸、高碘酸、硫酸、甲磺酸、对甲苯磺酸、苯磺酸或它们的组合；金属蚀刻抑制剂，包括由如在说明书中所示的化学式1表示的化合物；以及金属氧化物增溶剂，选自于磷酸、磷酸盐、具有3个至20个碳原子的羧酸或它们的组合。

Method of etching metal barrier layer and metal layer and method of manufacturing semiconductor device

【技术实现步骤摘要】
蚀刻金属阻挡层和金属层的方法和制造半导体器件的方法相关申请的交叉引用本申请要求于2018年9月18日在韩国知识产权局提交的第10-2018-0111342号韩国专利申请的优先权，该韩国专利申请的全部内容通过引用包含于此。
本公开涉及蚀刻组合物、使用其蚀刻金属阻挡层和金属层的方法以及使用其制造半导体器件的方法。
技术介绍
半导体器件因其小尺寸、多功能和/或低制造成本而广泛用于电子工业。半导体器件可以包括用于存储数据的存储器件、用于处理数据的逻辑器件和用于同步或同时操作各种功能的混合器件。随着电子工业的高度发展，半导体器件已越来越需要高度集成。因此，因为在限定精细图案的曝光工艺中存在工艺余量减少的问题，制造半导体器件越来越困难。随着电子工业的高度发展，半导体器件也越来越多地被要求高速度。已经进行了各种研究以满足半导体器件中的高度集成和/或高速度的要求。
技术实现思路
本公开的一些示例性实施例提供了能够有效蚀刻金属阻挡层和金属层的蚀刻组合物以及使用该蚀刻组合物制造半导体器件的方法。根据本公开的一些示例性实施例，蚀刻金属阻挡层和金属层的方法可以包括：在衬底上形成金属阻挡层和金属层；以及使用蚀刻组合物蚀刻金属阻挡层和金属层。在这些示例性实施例中，蚀刻组合物可以包括：氧化剂，选自于硝酸、溴酸、碘酸、高氯酸、过溴酸、高碘酸、硫酸、甲磺酸、对甲苯磺酸、苯磺酸或它们的组合；金属蚀刻抑制剂，包括由下面的化学式1表示的化合物；以及金属氧化物增溶剂，选自于磷酸、磷酸盐、具有3个至20个碳原子的羧酸或它们的组合。[化学式1]在化学式1中，R1和R2独立地为氢、(C1-C10)烷基、(C3-C10)烯基、(C3-C10)炔基、(C1-C10)烷氧基或羧基，R3为氢、氨基、(C1-C10)烷基氨基、(C3-C10)芳基氨基、(C1-C10)烷基、(C3-C10)烯基、(C3-C10)炔基、(C1-C10)烷氧基或羧基，n是等于或大于1的整数，R1、R2和R3可以为未取代的或者取代的。根据本公开的一些示例性实施例，蚀刻氮化钛层和钨层的方法可以包括：在衬底上形成氮化钛层和钨层；以及使用蚀刻组合物蚀刻氮化钛层和钨层。在这些示例性实施例中，蚀刻组合物可以包括：氧化剂，选自于硝酸、溴酸、碘酸、高氯酸、过溴酸、高碘酸、硫酸、甲磺酸、对甲苯磺酸、苯磺酸或它们的组合；金属蚀刻抑制剂，包括具有一个或两个氨基的胺类化合物；以及金属氧化物增溶剂，选自于磷酸、磷酸盐、具有3个至20个碳原子的羧酸或它们的组合。根据本公开的一些示例性实施例，制造半导体器件的方法可以包括：形成在衬底上交替地且重复地堆叠的牺牲层和介电层；选择性地去除牺牲层以形成凹陷区域；形成填充凹陷区域的金属阻挡层和金属层；以及使用蚀刻组合物部分地蚀刻金属阻挡层和金属层，以在每个凹陷区域中形成金属阻挡图案和金属图案。在这些示例性实施例中，蚀刻组合物可以包括：氧化剂，选自于硝酸、溴酸、碘酸、高氯酸、过溴酸、高碘酸、硫酸、甲磺酸、对甲苯磺酸、苯磺酸或它们的组合；金属蚀刻抑制剂，包括具有一个或两个氨基的胺类化合物；以及金属氧化物增溶剂，选自于磷酸、磷酸盐、具有3个至20个碳原子的羧酸或它们的组合。附图说明下面将参照附图描述本公开的示例性实施例的特征，其中，同样的附图标记指示同样的元件，在附图中：图1至图3示出了显示出根据本公开的一些示例性实施例的蚀刻金属层和金属阻挡层的方法的截面图。图4至图14示出了显示出根据本公开的一些示例性实施例的制造半导体器件的方法的截面图。图15示出了显示出图14中描绘的半导体器件的透视图。图16A示出了显示出通过使用表4中的实施例4的蚀刻组合物的蚀刻工艺形成的所得物的截面的图像。图16B示出了显示出通过使用表4中的比较例3的蚀刻组合物的蚀刻工艺形成的所得物的截面的图像。图17示出了显示出通过使用表4中的实施例4和实施例5以及比较例3和比较例4的蚀刻组合物的蚀刻工艺形成的所得物的侧壁的轮廓误差率的曲线图。具体实施方式图1至图3示出了显示出根据本公开的一些示例实施例的蚀刻金属层和金属阻挡层的方法的截面图。参照图1，可以在衬底100上形成金属层MT和金属阻挡层BM。金属阻挡层BM可以与金属层MT相邻。金属层MT可以具有第一蚀刻目标表面ES1，金属阻挡层BM可以具有第二蚀刻目标表面ES2。第一蚀刻目标表面ES1和第二蚀刻目标表面ES2可以是根据本公开的一些示例实施例的被施加蚀刻组合物CO的表面，这将在下面讨论。例如，第一蚀刻目标表面ES1和第二蚀刻目标表面ES2可以基本上彼此共面。金属层MT可以包括铝、铜、钼和钴中的一种或更多种。金属阻挡层BM可以是金属氮化物层，金属氮化物层可以包括氮化钛(TiN)层、氮化钽(TaN)层、氮化钨(WN)层、氮化镍(NiN)层、氮化钴(CoN)层和氮化铂(PtN)层中的一种或更多种。参照图2，根据本公开的一些示例性实施例的蚀刻组合物CO可以被施加到金属层MT和金属阻挡层BM上。蚀刻组合物CO可以直接施加到第一蚀刻目标表面ES1和第二蚀刻目标表面ES2上。蚀刻组合物CO可包括氧化剂、金属蚀刻抑制剂、金属氧化物增溶剂和水。氧化剂可以使金属层MT和金属阻挡层BM氧化。氧化剂可以选自于硝酸、溴酸、碘酸、高氯酸、过溴酸、高碘酸、硫酸、甲磺酸、对甲苯磺酸、苯磺酸或它们的组合。金属蚀刻抑制剂可以抑制氧化剂作用在金属层MT上。金属蚀刻抑制剂可以是在单个分子中具有一个或两个氨基的胺类化合物。金属蚀刻抑制剂可以包括由下面的化学式1表示的化合物。[化学式1]R1和R2可以独立地为氢、(C1-C10)烷基、(C3-C10)烯基、(C3-C10)炔基、(C1-C10)烷氧基或羧基。烷基、烯基、炔基或烷氧基可以是未取代的或者取代有羧基或羟基。R3可以为氢、氨基、(C1-C10)烷基氨基、(C3-C10)芳基氨基、(C1-C10)烷基、(C3-C10)烯基、(C3-C10)炔基、(C1-C10)烷氧基或羧基。氨基、烷基氨基、芳基氨基、烷基、烯基、炔基或烷氧基可以是未取代的或者取代有羧基或羟基。在化学式1中，n是等于或大于1的整数。由化学式1表示的化合物可以在其分子中具有一个或两个氨基。例如，由化学式1表示的化合物可以具有一个或两个氮原子。例如，金属蚀刻抑制剂可以包括二乙酸化乙二胺(ethylenediaminediacetate，EDADA)、乙二胺四乙酸(EDATAA)、乙二胺(EDA)、间苯二甲胺(MXDA)、甲基二乙醇胺(MDEA)、二甲基单乙醇胺(DMMEA)、乙基二乙醇胺(EDEA)、二乙基单乙醇胺(DEMEA)、三乙胺(TEA)或三丁胺(TBA)。金属氧化物增溶剂可以在1个大气压下具有90℃至200℃的沸点。金属氧化物增溶剂可以是对金属层MT和金属阻挡层BM的氧化能力小于氧化剂的氧化能力的酸。例如，金属氧化物增溶剂可以选自于磷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种蚀刻金属阻挡层和金属层的方法，所述方法包括：/n在衬底上形成所述金属阻挡层和所述金属层；以及/n使用蚀刻组合物蚀刻所述金属阻挡层和所述金属层，/n其中，所述蚀刻组合物包括：/n氧化剂，所述氧化剂选自于由硝酸、溴酸、碘酸、高氯酸、过溴酸、高碘酸、硫酸、甲磺酸、对甲苯磺酸、苯磺酸和它们的组合组成的组；/n金属蚀刻抑制剂，所述金属蚀刻抑制剂包括由下面的式(1)表示的化合物；以及/n金属氧化物增溶剂，所述金属氧化物增溶剂选自于由磷酸、磷酸盐、具有3个至20个碳原子的羧酸和它们的组合组成的组，/n

【技术特征摘要】
20180918 KR 10-2018-01113421.一种蚀刻金属阻挡层和金属层的方法，所述方法包括：
在衬底上形成所述金属阻挡层和所述金属层；以及
使用蚀刻组合物蚀刻所述金属阻挡层和所述金属层，
其中，所述蚀刻组合物包括：
氧化剂，所述氧化剂选自于由硝酸、溴酸、碘酸、高氯酸、过溴酸、高碘酸、硫酸、甲磺酸、对甲苯磺酸、苯磺酸和它们的组合组成的组；
金属蚀刻抑制剂，所述金属蚀刻抑制剂包括由下面的式(1)表示的化合物；以及
金属氧化物增溶剂，所述金属氧化物增溶剂选自于由磷酸、磷酸盐、具有3个至20个碳原子的羧酸和它们的组合组成的组，



其中，在式(1)中，R1和R2独立地为氢、C1-C10烷基、C3-C10烯基、C3-C10炔基、C1-C10烷氧基或羧基，
R3为氢、氨基、C1-C10烷基氨基、C3-C10芳基氨基、C1-C10烷基、C3-C10烯基、C3-C10炔基、C1-C10烷氧基或羧基，
n是等于或大于1的整数，
R1、R2和R3独立地为未取代的或者取代有羧基或羟基。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述金属层包括钨、铝、铜、钼或钴中的至少一种。


3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述金属阻挡层包括氮化钛层、氮化钽层、氮化钨层、氮化镍层、氮化钴层或氮化铂层中的至少一种。


4.根据权利要求1所述的方法，其中，
相对于所述蚀刻组合物的总重量，所述氧化剂的量为10重量％至30重量％，
相对于所述蚀刻组合物的所述总重量，所述金属蚀刻抑制剂的量为0.01重量％至10重量％。


5.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述蚀刻组合物还包括水，
相对于所述蚀刻组合物的总重量，所述水的量为10重量％至30重量％。


6.一种蚀刻氮化钛层和钨层的方法，所述方法包括：
在衬底上形成所述氮化钛层和所述钨层；以及
使用蚀刻组合物蚀刻所述氮化钛层和所述钨层，
其中，所述蚀刻组合物包括：
氧化剂，所述氧化剂选自于由硝酸、溴酸、碘酸、高氯酸、过溴酸、高碘酸、硫酸、甲磺酸、对甲苯磺酸、苯磺酸和它们的组合组成的组；
金属蚀刻抑制剂，所述金属蚀刻抑制剂包括具有一个或两个氨基的胺类化合物；以及
金属氧化物增溶剂，所述金属氧化物增溶剂选自于由磷酸、磷酸盐、具有3个至20个碳原子的羧酸和它们的组合组成的组。


7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述蚀刻组合物对所述钨层的蚀刻速率大于所述蚀刻组合物对所述氮化钛层的蚀刻速率。


8.根据权利要求6所述的方法，其中，
相对于所述蚀刻组合物的总重量，所述氧化剂的量为10重量％至30重量％，
相对于所述蚀刻组合物的所述总重量，所述金属蚀刻抑制剂的量为0.01重量％至10重量％。


9.根据权利要求6所述的方法，其中，
所述蚀刻组合物还包括水，
相对于所述蚀刻组合物的总重量，所述水的量为10重量％至30重量％。


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【专利技术属性】
技术研发人员：金贞儿，朴美贤，李轸雨，金建伶，李晓山，韩勋，李珍旭，林廷训，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，秀博瑞殷株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR