[发明专利]非水性钨相容性金属氮化物选择性蚀刻剂和清洁剂

说明书

因此，本文提供了一种新型酸性氟化物活化的清洁化学品。本发明包括新型酸性氟化物活化的、独特的基于有机溶剂的微电子选择性蚀刻剂/清洁剂组合物，其具有高金属氮化物蚀刻和广泛、优异的相容性(包括与钨(W)和低k材料)。其不使用W不相容性氧化剂如过氧化氢或产生颗粒的腐蚀抑制剂。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年3月24日提交的美国临时申请序列号62/312,689的优先权，所述临时申请通过引用并如本文。

背景技术

本发明涉及用于在金属导体和绝缘体材料(即低k电介质)存在下选择性地清洁和蚀刻微电子基材(包括金属氮化物和/或光刻胶蚀刻残留物)的组合物和方法。

微电子和纳米电子器件生产的最新进展导致需要新的剥离和清洁组合物，其具有前段制程(FEOL)和后段制程(BEOL)二者的剥离或清洁能力。迄今为止通常使用的清洁组合物已被发现不适用于微电子或纳米电子平台生产中所使用的新材料。先前使用的剥离或清洁组合物过于具有侵蚀性和/或不够具有选择性。用于生产这些新型微电子或纳米电子器件的新用材料为诸如以下材料：低_-k(3)和高_-k(20)和多孔电介质、铜敷金属、含氟聚合物抗反射涂层(ARC)、特殊硬质掩模(如由Ti和TiN构成的那些)、Si/Ge或Ge的应变晶片、以及金属盖层(如CoWP和CoWB的那些)。这些新材料给设备制造商带来了新的困难挑战。

例如，光刻胶掩模通常用于半导体工业中以图案化诸如半导体或电介质的材料。在一种应用中，光刻胶掩模用于双镶嵌工艺中以在微电子器件的后端金属化中形成互连。双镶嵌工艺涉及在覆盖金属导体层(如铜层)的低k介电层上形成光刻胶掩模。然后根据该光刻胶掩模蚀刻低k介电层，以形成暴露金属导体层的通孔和/或沟槽。通常称为双镶嵌结构的通孔和沟槽通常使用两个光刻步骤来定义。然后在将导电材料沉积到通孔和/或沟槽中以形成互连之前，从低k介电层去除该光刻胶掩模。

随着微电子器件尺寸的减小，实现通孔和沟槽的临界尺寸变得更加困难。因此，将金属硬掩模用于提供对通孔和沟槽的更好的轮廓控制。金属硬掩模可以由钛或氮化钛制成，并且在形成双镶嵌结构的通孔和/或沟槽之后通过湿蚀刻工艺去除。重要的是，湿蚀刻工艺使用去除化学品，所述去除化学品有效地去除金属硬掩模和/或光刻胶蚀刻残留物而不影响下面的金属导体层和低k电介质材料。换言之，要求去除化学品对金属导体层和低k介电层具有高选择性。

尽管它们很受欢迎，但特别是当使用基于酸性氟化物的化学品作为选择性金属氮化物蚀刻时存在许多困难。这样的清洁剂和蚀刻剂具有广泛的基材和金属(包括W和低k介电材料)相容性是特别重要的；特别是对使用金属氮化物如氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN)和氮化钨(WN)而言。

目前的金属氮化物蚀刻化学品包括例如基于碱性过氧化氢的化学品(例如5:1:1的H₂O-30％NH₄OH-30％H₂O₂)。然而，这样的组合物是W不相容的。基于氢氟酸的化学品如10:1或100:1稀释的HF水溶液。然而，它们具有非常低的TiN蚀刻速率和与普通基材如氧化硅(例如TEOS)的不良基材相容性。

大多数金属氮化物蚀刻技术是水基配方。通常使用腐蚀抑制剂。它们均具有以下一个或多个缺点：低金属氮化物蚀刻速率、由组合物产生颗粒(可能涉及腐蚀抑制添加剂)以及与基材或敷金属(metallization)(包括W)的不良或有限相容性。

因此，本发明的一个目的是提供用于清洁和蚀刻微电子基材的改进的组合物和方法。希望提供具有高金属氮化物蚀刻和广泛、优异的相容性(包括与(W)和低k电介质材料)的组合物。我们的发明描述了用于先进技术节点中的微电子器件制造的酸性金属氮化物选择蚀刻剂/清洁剂

发明内容