選擇性蝕刻氮化鈦的組合物和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及在絕緣材料（即低k電介質(zhì))存在下選擇性蝕刻氮化鈦和/或光致抗蝕 劑蝕刻殘留物的組合物和方法，更具體地涉及在蝕刻速率和選擇性高于裸露的或底層的低 k電介質(zhì)材料的蝕刻速率和選擇性下有效地和有效率地蝕刻氮化鈦和/或光致抗蝕劑蝕刻 殘留物的組合物和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 光致抗蝕劑掩模普遍用于半導(dǎo)體工業(yè)中以將例如半導(dǎo)體或電介質(zhì)的材料形成圖 案。在一種應(yīng)用中，光致抗蝕劑掩模用于雙鑲嵌工藝中以在微電子器件的后端金屬化中形 成互連。所述雙鑲嵌工藝包括在覆蓋金屬傳導(dǎo)體層例如銅層的低k電介質(zhì)層上形成光致抗 蝕劑掩模。然后按照所述光致抗蝕劑掩模蝕刻所述低k電介質(zhì)層以形成暴露所述金屬傳導(dǎo) 體層的過孔和/或溝道。所述過孔和溝道，通稱為雙鑲嵌結(jié)構(gòu)，通常利用兩個(gè)光刻步驟劃定。 然后從所述低k電介質(zhì)層上除去所述光致抗蝕劑掩模，之后將導(dǎo)電材料沉積到所述過孔和/ 或溝道中以形成互連。
[0003] 隨著微電子器件的尺寸減小，要達(dá)到過孔和溝道的臨界尺寸變得更加困難。因此， 利用金屬硬掩模來提供更好的過孔和溝道剖面控制。所述金屬硬掩?？捎赦伝虻佒?成，并在形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的過孔和/或溝道后通過濕蝕刻過程除去。必要的是，所述濕蝕刻 過程使用有效除去所述金屬硬掩模和/或光致抗蝕劑蝕刻殘留物而不影響底層的低k電介 質(zhì)材料的清除化學(xué)物質(zhì)。換句話說，要求所述清除化學(xué)物質(zhì)對于所述金屬硬掩模，相對于所 述低k電介質(zhì)層而言，是高度選擇性的。
[0004] 因此，本發(fā)明的目的是提供改良的組合物，其相對于存在的低k電介質(zhì)層而選擇性 除去硬掩模材料，同時(shí)不損害所述硬掩模的蝕刻速率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明涉及相對于存在的低k電介質(zhì)層而選擇性蝕刻硬掩模層和/或光致抗蝕劑 蝕刻殘留物的組合物和方法。更具體地，本發(fā)明涉及相對于低k電介質(zhì)層而選擇性蝕刻氮化 鈦和/或光致抗蝕劑蝕刻殘留物的組合物和方法。
[0006] 在一個(gè)方面，描述了從其上具有氮化鈦和/或光致抗蝕劑蝕刻殘留物材料的微電 子器件的表面上選擇性去除所述氮化鈦和/或光致抗蝕劑蝕刻殘留物材料的組合物，所述 組合物包含至少一種氧化劑、至少一種活化劑和至少一種溶劑。
[0007]在另一個(gè)方面，描述了從其上具有氮化鈦和/或光致抗蝕劑蝕刻殘留物材料的表 面上選擇性去除所述氮化鈦和/或光致抗蝕劑蝕刻殘留物材料的組合物，所述組合物包含 至少一種氧化劑、至少一種活化劑和至少一種溶劑，其中所述至少一種活化劑包含選自如 下的物質(zhì)：乙酸、乙酸銨、乙酸鈉、乙酸鉀、四甲基乙酸銨和其他四烷基乙酸銨、乙酸鱗、丁酸 銨、三氟乙酸銨、氨基酸、磷酸、磷酸氫二銨、磷酸二氫銨、磷酸氫雙（四甲基銨）、磷酸氫二 鈉、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鉀、磷酸二氫鉀、磷酸氫二四烷基銨、磷酸二氫二四烷基銨、磷酸 氫二鱗、磷酸二氫鱗、膦酸銨、膦酸四烷基銨、膦酸鈉、膦酸鉀、膦酸鱗及其組合。
[0008] 在又一個(gè)方面，描述了從其上具有氮化鈦材料的微電子器件表面上蝕刻氮化鈦材 料的方法，所述方法包括用包含至少一種氧化劑、至少一種活化劑和至少一種溶劑的組合 物接觸所述表面，其中所述組合物從所述表面上相對于絕緣材料選擇性地除去所述氮化鈦 材料。
[0009] 在又一個(gè)方面，描述了從其上具有氮化鈦材料的微電子器件表面上蝕刻氮化鈦材 料的方法，所述方法包括用包含至少一種氧化劑、至少一種活化劑和至少一種溶劑的組合 物接觸所述表面，其中所述組合物從所述表面上相對于絕緣材料而選擇性地除去所述氮化 鈦材料，并且其中所述至少一種活化劑包含選自如下的物質(zhì)：乙酸、乙酸銨、乙酸鈉、乙酸 鉀、四甲基乙酸銨和其他四烷基乙酸銨、乙酸鱗、丁酸銨、三氟乙酸銨、氨基酸、磷酸、磷酸氫 二銨、磷酸二氫銨、磷酸氫雙（四甲基銨）、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鉀、磷酸二氫 鉀、磷酸氫二四烷基銨、磷酸二氫二四烷基銨、磷酸氫二鱗、磷酸二氫鱗、膦酸銨、膦酸四烷 基銨、膦酸鈉、膦酸鉀、膦酸鱗及其組合。
[0010] 本發(fā)明的其它方面、特征和實(shí)施方式將從接下來的公開內(nèi)容和所附的權(quán)利要求書 中更充分地明了。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 總的來說，本發(fā)明涉及相對于存在的低k電介質(zhì)層而選擇性蝕刻硬掩模層和/或光 致抗蝕劑蝕刻殘留物的組合物和方法。更具體地說，本發(fā)明涉及相對于低k電介質(zhì)層而選擇 性蝕刻氮化鈦和/或光致抗蝕劑蝕刻殘留物的組合物和方法。可以存在于微電子器件上的 其他材料不應(yīng)該被所述組合物明顯去除或腐蝕。
[0012] 為了易于參考，"微電子器件"對應(yīng)于半導(dǎo)體襯底、平板顯示器、相變存儲(chǔ)器件、太 陽能板和供用于微電子、集成電路、能量收集或計(jì)算機(jī)芯片應(yīng)用而制造的其他產(chǎn)品包括太 陽能電池器件、光伏器件和微型機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)。要理解，術(shù)語"微電子器件"、"微電子襯 底"和"微電子器件結(jié)構(gòu)"不以任何方式意味著限制并且包括最終將變成微電子器件或微電 子組件的任何襯底或結(jié)構(gòu)。所述微電子器件可以是被圖案化的、覆蓋的、控制和/或試驗(yàn)器 件。
[0013] "硬掩模覆蓋層"在本文中使用時(shí)對應(yīng)于沉積在電介質(zhì)材料之上以在等離子體蝕 刻步驟期間保護(hù)所述電介質(zhì)材料的材料。硬掩模覆蓋層傳統(tǒng)上是氮化硅、氮氧化硅、氮化 鈦、氧氮化鈦、鈦和其他類似的化合物。
[0014] 在本文中使用時(shí)，"氮化鈦"和"TiNx"對應(yīng)于純氮化鈦以及包括不定的化學(xué)計(jì)量和 氧含量的不純氮化鈦(TiO xNy)。
[0015]在本文中使用時(shí)，"約"意欲對應(yīng)于所指定值的±5%。
[0016] 如本文中定義，"低k電介質(zhì)材料"對應(yīng)于在分層微電子器件中用作電介質(zhì)材料的 任何材料，其中所述材料具有小于約3.5的介電常數(shù)。優(yōu)選地，所述低k電介質(zhì)材料包括低極 性材料，例如含硅有機(jī)聚合物、含硅雜化有機(jī)/無機(jī)材料、有機(jī)硅酸鹽玻璃(〇SG)、TE0S、氟化 硅酸鹽玻璃(FSG)、二氧化硅、和碳摻雜的氧化物(CD0)玻璃。要領(lǐng)會(huì)所述低k電介質(zhì)材料可 以具有變化的密度和變化的孔隙率。
[0017] 如本文中定義，"胺"物質(zhì)包括至少一種伯、仲和叔胺，條件是（i)包含羧酸基團(tuán)和 胺基團(tuán)二者的物質(zhì)(例如氨基酸包含胺基團(tuán)的表面活性劑，（iii)其中所述胺基團(tuán)是 取代基(例如，與芳基或雜環(huán)部分相連)的物質(zhì)，和(iv)胺-N-氧化物不被認(rèn)為是依據(jù)這種定 義的"胺"。所述胺的化學(xué)式可以由NR 1!?2!?3表示，其中R\R2和R3可以是彼此相同或不同的，并 選自氫、直鏈或支鏈&-C6烷基(例如，甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基）、C 6-C1Q芳基(例如 芐基）、直鏈或支鏈Q(jìng)-C6烷醇（例如，甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇）、及其組合，條件是 R\R2和R3不能全部是氫。
[0018] 如本文中定義，"光致抗蝕劑蝕刻殘留物"對應(yīng)于包含光致抗蝕劑材料的任何殘留 物，或是在蝕刻或灰化步驟之后作為光致抗蝕劑的副產(chǎn)物的材料，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員容 易理解的。
[0019] "基本上沒有"在本文中定義為小于2重量％，優(yōu)選小于1重量％，更優(yōu)選小于0.5重 量％，更加優(yōu)選小于0.1重量％，并最優(yōu)選0重量％。
[0020] 在本文中使用時(shí)，"氟化物"物質(zhì)對應(yīng)于包含離子型氟化物(F)的物質(zhì)。要領(lǐng)會(huì)，所 述氟化物物質(zhì)可以作為氟化物物質(zhì)包含在內(nèi)或當(dāng)場產(chǎn)生。
[0021] 在本文中使用時(shí)，"氯化物"物質(zhì)對應(yīng)于包含離子型氯化物(Cl_)的物質(zhì)，條件是包 含氯陰離子的表面活性劑不被認(rèn)為是依據(jù)這種定義的"氯化物"。
[0022] 如本文中定義，強(qiáng)堿是至少一個(gè)pKa大于11的任何堿，而弱堿是至少一個(gè)pKa小于 11的任何堿。
[0023] 本發(fā)明的組合物可以體現(xiàn)為多種多樣的具體制劑，如在下文中更充分地描述。
[0024] 在其中所述組合物的具體組分參考包括下限為零的重量百分比范圍來論述所有 這樣的組合物中，應(yīng)理解這樣的組分在所述組合物的各種【具體實(shí)施方式】中可以存在或不存 在，并且在存在這樣的組分的情況下，它們存在的濃度，基于使用這樣的組分的組合物的總 重量，可以低到0.001重量％。
[0025] 本發(fā)明的實(shí)施方式包括用于去除硬掩模和/或光致抗蝕劑蝕刻殘留物的化學(xué)物 質(zhì)。在一種實(shí)施方式中，所述清除組合物是去除電介質(zhì)層上的金屬硬掩模和/或光致抗蝕劑 蝕刻殘留物并且對所述電介質(zhì)層高度選擇性的濕蝕刻溶液。在更具體的實(shí)施方式中，所述 清除組合物是去除氮化鈦層和/或光致抗蝕劑蝕刻殘留物的濕蝕刻溶液，其對低k電介質(zhì)材 料是高度選擇性的。
[0026] 在第一個(gè)方面，描述了從其上具有氮化鈦和/或光致抗蝕劑蝕刻殘留物材料的微 電子器件的表面上選擇性