氮化物蚀刻剂组合物和方法技术

提供用于选择性地蚀刻氮化钛的组合物的方法，其通常使所存在的钼以及可能存在于装置上的任何氧化铝、二氧化硅和多晶硅不受工艺影响。本发明专利技术组合物通常能够实现超过/分钟的氮化钛蚀刻速率，由此在图案中提供均匀的凹部顶层和底层。凹部顶层和底层。凹部顶层和底层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氮化物蚀刻剂组合物和方法


[0001]本专利技术大体上涉及半导体制造的领域。确切地说，其涉及一种用于蚀刻微电子装置上的氮化钛膜的方法。

技术介绍

[0002]光阻掩模常用于半导体行业中以图案化如半导体或介电质的材料。在一种应用中，在双金属镶嵌工艺中使用光阻掩模以在微电子装置的后段金属工艺中形成互连件。双金属镶嵌工艺涉及在上覆金属导体层(如铜层)的低k介电层上形成光阻掩模。随后根据光阻掩模蚀刻低k介电层以形成暴露金属导体层的通孔和/或沟槽。通常称为双金属镶嵌结构的通孔和沟槽通常使用两个光刻步骤来界定。随后从低k介电层去除光阻掩模，之后将导电材料沉积到通孔和/或沟槽中以形成互连件。
[0003]随着微电子装置的尺寸减小，实现通孔和沟槽的临界尺寸变得愈加困难。因此，使用金属硬式掩模来提供对通孔和沟槽的优选轮廓控制。金属硬式掩模可由钛或氮化钛制成，并且在形成双镶嵌结构的通孔和/或沟槽之后通过湿式蚀刻工艺去除。湿式蚀刻工艺必需使用有效地去除金属硬式掩模和/或光阻蚀刻残留物，而不影响底层的金属导体层和低k介电材料或微电子装置上的其它材料的去除化学物质。确切地说，需要可用于湿式蚀刻工艺的组合物，所述组合物选择性地去除如氮化钛的物质，同时与亦可存在于微电子装置上的如钼、AlOx、SiOx和多晶硅的金属导电层相容。

技术实现思路

[0004]本专利技术大体上提供用于在例如3D与非(NAND)闪存器装置的微电子装置结构中产生钼凹部的组合物的方法。在此方法中，第一步骤涉及使用高选择率钼蚀刻剂去除钼层，所述高选择率钼蚀刻剂展现出的对钼的选择率高于亦存在于微电子装置上的氮化钛。此第一步骤为已知的并且可表征为干式或湿式蚀刻工艺(参见例如IEEE电子装置的交易(Transactions on Electronic Devices)，第51卷，第12期，2004年12月)。在第二步骤中，在本专利技术的一个实施例中，选择性地蚀刻氮化钛层，通常使存在的钼以及可能存在于装置上的任何氧化铝、二氧化硅和多晶硅不受所述工艺影响。本专利技术组合物通常能够实现超过的氮化钛蚀刻速率，由此在图案中提供均匀的凹部顶层和底层。另外，组合物非常稳定，例如浴寿命超过24小时并且存放期超过6个月。
[0005]因此，在第一方面，本专利技术提供一种组合物，其包含：
[0006]a.水；
[0007]b.至少一种氧化剂；
[0008]c.至少一种含氟化物的蚀刻剂；
[0009]d.至少一种金属腐蚀抑制剂；
[0010]e.至少一种pH调节剂；和任选的
[0011]f.至少一种可与水混溶的溶剂。
[0012]所述组合物适用于选择性地蚀刻氮化钛。组合物的选择率视工艺温度和时间(即暴露)而定。在一个实施例中，当在约50℃下测量5分钟时，氮化钛蚀刻相对于钼的选择率为约5至25。
附图说明
[0013]图1为本专利技术方法的流程图。以具有包含钨和钼的栅极材料的装置结构开始，使所述装置结构经历例如干式蚀刻(或湿式蚀刻)技术以提供栅极金属凹部。随后，蚀刻例如氮化钛和/或氮化钽的障壁金属。用于去除氮化钛和氮化钽的此选择率与现存栅极材料(如钨或钼)和高k材料(如AlOx或ZrOx)相容。
具体实施方式
[0014]在第一方面，本专利技术提供一种组合物，其包含：
[0015]a.水；
[0016]b.至少一种氧化剂；
[0017]c.至少一种含氟化物的蚀刻剂；
[0018]d.至少一种金属腐蚀抑制剂；
[0019]e.至少一种pH调节剂；和任选的
[0020]f.至少一种可与水混溶的溶剂。
[0021]如本文所用，术语“微电子装置”对应于制造用于微电子、集成电路、能量收集或计算机芯片应用中的半导体衬底、平板显示器、相变存储器装置、太阳能电池板和其它产品(包括太阳能电池装置、光伏装置和微机电系统(MEMS))。应了解，术语“微电子装置”、“微电子衬底”和“微电子装置结构”并不意谓以任何方式为限制性的并且包括最终将变成微电子装置或微电子组合件的任何衬底或结构。微电子装置可经图案化、经覆盖、为控制件和/或为测试装置。
[0022]如本文所用，术语“氮化钛”和“TiN
x”对应于纯氮化钛以及包括不同化学计量和氧含量的非纯氮化钛(即TiO
x
N
y
)。
[0023]如本文所用，“约”意谓对应于陈述值的+或
‑
0.5％。
[0024]如本文所用，术语“低k介电材料”对应于用作分层微电子装置中的介电材料的任何材料，其中所述材料具有小于约3.5的介电常数。在某些实施例中，所述低k介电材料包括低极性材料，如含硅有机聚合物、含硅有机/无机混合材料、有机硅酸盐玻璃(OSG)、TEOS、氟化硅酸盐玻璃(FSG)、二氧化硅、氧化铝(AlO
x
)、氧化锆(ZrO
x
)和掺碳氧化物(CDO)玻璃。亦应了解，低k介电材料可能具有不同密度和不同孔隙率。
[0025]如本文所用，术语“金属导体层”包含铜、钨、钴、钼、铝、钌、包含其的合金和其组合。
[0026]如本文所用，“氟化物”物种对应于包括氟离子(F
‑
)或共价键合的氟的物种。应了解氟化物物种可以氟化物物种包括在内或原位产生。
[0027]如下文更充分地描述，本专利技术组合物可体现于广泛多种特定调配物中。
[0028]在所有此类组合物中，其中参考重量百分比范围(包括零下限)论述组合物的特定组分，应了解此类组分可存在或不存在于组合物的各种特定实施例中，并且在存在此类组
分的情况下，按采用此类组分的组合物的总重量计，所述组分可以低至0.0001重量％的浓度存在。
[0029]添加蚀刻剂以增加氮化钛的蚀刻速率。所考虑的蚀刻剂包括(但不限于)氟化物源，如HF、氟化铵、四氟硼酸、六氟硅酸、其它含有B
‑‑
F或Si
‑‑
F键的化合物、四丁基四氟硼酸铵(TBA
‑
BF4)、四烷基氟化铵(NR1R2R3R4F)；强碱，如四烷基氢氧化铵(NR1R2R3R4OH)，其中R1、R2、R3、R4可彼此相同或不同并且选自氢、直链或分支链C1‑
C6烷基(例如，甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基)、C1‑
C6烷氧基(例如羟乙基、羟丙基)、经取代或未经取代的芳基(例如，苯甲基)；弱碱；和其组合。在一个实施例中，氟化物源包含HF、四氟硼酸、六氟硅酸、H2ZrF6、H2TiF6、HPF6、氟化铵、四甲基氟化铵、四甲基氢氧化铵、六氟硅酸铵、六氟钛酸铵，或氟化铵与四甲基氟化铵的组合。在另一实施例中，蚀刻剂包含HF、六氟硅酸或四氟硼酸。在又一实施例中，蚀刻剂为HF。
[0030]氧化剂包括在其中以蚀刻或氧化TiN
x
膜中的Ti
3+
。本文中所考虑的氧化剂包括(但不限于)过氧化氢(H2O2)、FeCl3、FeF3、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】1.一种组合物，其包含：a.水；b.至少一种氧化剂；c.至少一种含氟化物的蚀刻剂；d.至少一种金属腐蚀抑制剂；e.至少一种pH调节剂；和任选的f.至少一种可与水混溶的溶剂。2.根据权利要求1所述的组合物，其中pH为约
‑
1至5。3.根据权利要求1所述的组合物，其中pH为约0至4。4.根据权利要求1所述的组合物，其中所述含氟化物的蚀刻剂选自HF、四氟硼酸、六氟硅酸、H2ZrF6、H2TiF6、HPF6、氟化铵、四甲基氟化铵、四甲基氢氧化铵、六氟硅酸铵、六氟钛酸铵或其组合。5.根据权利要求1所述的组合物，其中所述含氟化物的蚀刻剂为HF。6.根据权利要求5所述的组合物，其中所述金属腐蚀抑制剂选自十二烷基三甲基氯化铵、4
‑
(3
‑
苯丙基)吡啶、苯甲基二甲基十四烷基氯化铵和5
‑
甲基苯并三唑。7.根据权利要求1所述的组合物，其中所述组合物包含选自乙二醇和丙二醇的可与水混溶的溶剂。8.根据权利要求1所述的组合物，其中所述氧化剂为过碘酸，所述蚀刻剂为HF，并且其中所述金属腐蚀抑制剂选自十二烷基三甲基氯化铵、4
...

【专利技术属性】
技术研发人员：E，
申请(专利权)人：恩特格里斯公司，
类型：发明
国别省市：