蚀刻组合物制造技术

本公开涉及蚀刻组合物，该蚀刻组合物用于，例如，从半导体基板选择性移除氮化钽(TaN)。(TaN)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】蚀刻组合物
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请主张2019年6月3日提交的美国临时专利申请第62/856,213号的优先权，其内容通过引用整体并入本文中。


[0003]本公开涉及蚀刻组合物及该蚀刻组合物的使用方法。特别地，本公开涉及蚀刻组合物，该蚀刻组合物可在其它暴露的或在下面的材料诸如金属导体(例如，铜)、障壁材料、绝缘材料(例如，低k介电材料)存在的情况下，选择性蚀刻氮化钽(TaN)。

技术介绍

[0004]半导体工业正在快速减小微电子器件、硅芯片、液晶显示器、MEMS(微机电系统)、印刷配线板等中的电子电路及电子部件的尺寸并增加其密度。在其中的集成电路被层迭或堆栈，每个电路层间的绝缘层厚度不断减小且特征尺寸愈来愈小。随着特征尺寸缩小，图案也变得较小，而且器件性能参数变得更加紧密且更稳健。因此，由于较小的特征尺寸，先前可容忍的各种问题不再可容忍或已变成更大的问题。
[0005]在制造先进的集成电路时，为了最小化与较高密度相关的问题及优化性能，已经使用高k及低k绝缘体与各种各样的障壁层材料。
[0006]氮化钽(TaN)被应用于半导体器件、液晶显示器、MEMS(微机电系统)、印刷配线板等中，及作为贵金属、铝(Al)及铜(Cu)配线的接地层及帽层。在半导体器件中，氮化钽可用作位障金属、硬掩模或栅极材料。
[0007]在建构用于这些应用的器件时，时常需要对TaN进行蚀刻。在TaN的多种类型的使用及器件环境中，在对TaN进行蚀刻的同时，其它层与TaN接触或以其它方式被暴露。在这些其它材料(例如，金属导体、介电质及硬掩模)存在的情况下，TaN的高选择性蚀刻通常是器件良率及长寿命所需要的。用于TaN的蚀刻制程可以是等离子体蚀刻制程。但是，在TaN层上使用等离子体蚀刻制程可能对栅极绝缘层及半导体基板之一或两者造成损伤。此外，蚀刻制程可通过蚀刻由栅极电极所暴露的栅极绝缘层而移除该半导体基板的一部分。晶体管的电特性可能受到负面影响。为了避免这样的蚀刻损伤，可使用额外的保护器件制造步骤，但是成本很高。
[0008]用于TaN的湿式蚀刻方法是已知的。此方法可包括将蚀刻剂与其它试剂结合使用。但是，它们对硅基介电质及金属(例如，Cu)的选择性不足，并且器件中其它暴露的金属也可能被腐蚀或蚀刻。
[0009]因此，需要具有高TaN蚀刻速率，但是对在蚀刻制程期间暴露于Ta或TaN或者与Ta或TaN接触的其它半导体材料具有低蚀刻及腐蚀速率的蚀刻溶液。

技术实现思路

[0010]本公开基于如下出乎意料的发现：某些蚀刻组合物可相对于存在于半导体器件中
的金属导体层、硬掩模层及低k介电层而选择性蚀刻TaN。更特别地，本公开涉及相对于铜、钴及/或钌而选择性蚀刻TaN的组合物及方法。
[0011]在一个方面中，本公开的特征在于一种蚀刻组合物，其包括：1)氧化剂；2)包含至少两个羧基的羟基羧酸；3)阴离子表面活性剂；及4)水，其中，该组合物不含磨料且具有约7至约10的pH。
[0012]在另一个方面中，本公开的特征在于一种蚀刻组合物，其包括：1)氧化剂；2)包含至少两个羧基的羟基羧酸；及3)水，其中，该组合物不含磨料且具有约7至约10的pH。
[0013]在另一个方面中，本公开的特征在于一种方法，其包括：将包括TaN形貌体(TaN feature)的半导体基板与本文描述的蚀刻组合物接触，以移除该TaN形貌体的至少一部分。
[0014]在又一个方面中，本公开的特征在于一种通过上述方法形成的制品，其中该制品为半导体器件(例如，集成电路)。
具体实施方式
[0015]如于本文中所定义，除非另有说明，否则全部表示出的百分比应该理解为相对组合物的总重量的重量百分比。除非另有说明，否则环境温度定义为约16至约27摄氏度(℃)。
[0016]如于本文中所定义，“水溶性”物质(例如，水溶性醇、酮、酯、醚等)指在25℃的水中具有至少0.5重量％(例如，至少1重量％或至少5重量％)的溶解度的物质。
[0017]互变异构在本文中被定义为氢原子或质子伴随着单键与相邻双键的转换的形式迁移。由于用于三唑环系统中的互变异构的活化能低，所提及、描述或请求保护的三唑化合物还包括该三唑化合物的互变异构体。
[0018]一般来说，本公开的特征在于一种蚀刻组合物(例如，用于选择性移除TaN的蚀刻组合物)，其包括(例如，包含下列、基本上由下列组成或由下列组成)：1)氧化剂；2)包括至少两个羧基的羟基羧酸；3)阴离子表面活性剂；及4)水，其中，该组合物不含磨料且具有约7至约10的pH。
[0019]本公开的蚀刻组合物可包括至少一种(例如，两种、三种或四种)适用于微电子应用中的氧化剂。合适的氧化剂的示例包括但不限于氧化性酸或其盐(例如，硝酸、高锰酸或高锰酸钾)、过氧化物(例如，过氧化氢、二烷基过氧化物、过氧化脲)、过磺酸(例如，六氟丙烷过磺酸、甲烷过磺酸、三氟甲烷过磺酸或对甲苯过磺酸)及其盐、臭氧、过氧羧酸(例如，过醋酸)及其盐、过磷酸及其盐、过硫酸及其盐(例如，过硫酸铵或过硫酸四甲基铵)、高氯酸及其盐(例如，高氯酸铵、高氯酸钠或高氯酸四甲基铵)及高碘酸及其盐(例如，高碘酸、高碘酸铵或高碘酸四甲基铵)。这些氧化剂可单独或组合使用。
[0020]在某些实施例中，该至少一种氧化剂可为本公开的蚀刻组合物的总重量的至少约10重量％(例如，至少约12重量％、至少约14重量％、至少约15重量％、至少约16重量％、至少约18重量％或至少约20重量％)至至多约30重量％(例如，至多约28重量％、至多约26重量％、至多约25重量％、至多约24重量％、至多约22重量％或至多约20重量％)。不意欲由理论限制，据信该氧化剂可(例如，通过形成可溶解在该蚀刻组合物中的TaOx型材料)促进及增强半导体基板上TaN的移除。
[0021]在某些实施例中，本公开的蚀刻组合物可包括至少一种(例如，两种、三种或四种)羟基羧酸。在某些实施例中，该羟基羧酸可包括至少两个(例如，三个或四个)羧基(COOH)
及/或至少一个(例如，两个或三个)羟基(OH)。在某些实施例中，该羟基羧酸可为非芳香族及/或非环状(例如，没有环结构)。例如，该羟基羧酸可包括柠檬酸或酒石酸。在某些实施例中，本文所述的羟基羧酸排除仅包括一个羧基的羟基羧酸(例如，乳酸或羟基乙酸)。
[0022]在某些实施例中，该至少一种羟基羧酸可为本公开的蚀刻组合物的总重量的至少约1重量％(例如，至少约2重量％、至少约3重量％、至少约4重量％或至少约5重量％)至至多约10重量％(例如，至多约9重量％、至多约8重量％、至多约7重量％、至多约6重量％或至多约5重量％)。不意欲由理论限制，据信该羟基羧酸可增强半导体基板上TaN的移除。
[0023]在某些实施例中，本公开的蚀刻组合物可任选地包括至少一种(例如，两种、三种或四种)阴离子表面活性剂。在某些实施例中，该阴离子表面活性剂可为烷基乙氧基化的羧酸或其盐。在某些实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种蚀刻组合物，包含：1)氧化剂；2)包含至少两个羧基的羟基羧酸；3)阴离子表面活性剂；及4)水；其中，所述组合物不含磨料且具有约7至约10的pH。2.如权利要求1所述的组合物，其中，所述组合物具有约7至约9.5的pH。3.如权利要求1所述的组合物，其中，所述氧化剂包含过氧化物、过磺酸或其盐、臭氧、过氧羧酸或其盐、过磷酸或其盐、过硫酸或其盐、高氯酸或其盐、或者高碘酸或其盐。4.如权利要求1所述的组合物，其中，所述氧化剂包含过氧化氢或过硫酸。5.如权利要求1所述的组合物，其中，所述氧化剂的量为所述组合物的约10重量％至约30重量％。6.如权利要求1所述的组合物，其中，所述羟基羧酸为柠檬酸或酒石酸。7.如权利要求1所述的组合物，其中，所述羟基羧酸的量为所述组合物的约1重量％至约10重量％。8.如权利要求1所述的组合物，其中，所述阴离子表面活性剂为烷基乙氧基化的羧酸或其盐。9.如权利要求1所述的组合物，其中，所述阴离子表面活性剂为式(I)的化合物：或其盐，其中R为C1‑
C
14
烷基且n为1至14的整数。10.如权利要求1所述的组合物，其中，所述阴离子表面活性剂的量为所述组合物的约0.001重量％至约5重量％。11.如权利要求1所述的组合物，其中，所述水的量为所述组合物的约50重量％至约90重量％。12.如权利要求1所述的组合物，进一步包含金属腐蚀抑制剂。13.如权利要求12所述的组合物，其中，所述金属腐蚀抑制剂包含唑或其盐。14.如权利要求12所述的组合物，其中，所述金属腐蚀抑制剂包含1,2,3
‑
三唑、1,2,4
‑
三唑、4
‑
氨基
‑
1,2,4
‑
三唑、3
‑
氨基
‑
1,2,4
‑
三唑
‑5‑
硫醇、1H
‑
苯并三唑、5
‑
甲基
‑
1H
‑
苯并三唑、1H
‑
苯并三唑
‑1‑
甲醇、5,6
‑
二甲基
‑
1H
‑
苯并三唑、2
‑
氨基
‑
1,3,4
‑
噻二唑、1H
‑
四唑、5
‑
苯基
‑
1H
‑
四唑、5
‑
氨基
‑
1H
‑
四唑或其组合。15.如权利要求12所述的组合物，其中，所述金属腐蚀抑制剂的量为所述组合物的约0.01重量％至约10重量％。16.如权利要求1所述的组合物，进一步包含螯合剂。17.如权利要求16所述的组合物，其中，所述螯合剂为膦酸或其...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：富士胶片电子材料美国有限公司，
类型：发明
国别省市：