[发明专利]用于蚀刻含氮化硅衬底的组合物及方法

说明书

本发明描述适用于湿式蚀刻包含氮化硅的微电子装置衬底的组合物及方法；所述组合物包含磷酸、六氟硅酸及氨基烷氧基硅烷及任选地一或多种额外任选的成分；使用如所描述的组合物进行的包含氮化硅及氧化硅的衬底的湿式蚀刻方法可实现适用或改进的氮化硅蚀刻速率、适用或改进的氮化硅选择性、这些功能的组合以及任选地在蚀刻之后存在于衬底表面处的颗粒的减少。

技术领域

所描述的本发明涉及用于在氧化硅存在下蚀刻氮化硅的组合物及方法，包含以适用或有利地高蚀刻速率及相对于氧化硅的暴露层或底层以对氮化硅的适用或有利地高选择性有效地并高效地蚀刻氮化硅材料的组合物及方法，尤其在多层半导体晶片结构中。

背景技术

在微电子行业中，存在对改进装置性能且对减小装置大小及减小装置特征大小的持续需求。减小特征大小提供增加装置特征密度及增加装置速度的双重优点。

减小特征及装置大小需要寻找新方式来改进制造微电子装置的多步骤工艺的步骤。在用于制备许多类型微电子装置的方法中，去除氮化硅的步骤为常见的。通常通过化学气相沉积从硅烷(SiH₄)及氨(NH₃)沉积的氮化硅的薄层(Si₃N₄)在微电子装置中可用作水及钠的屏障。同样，图案化氮化硅层用作空间选择性氧化硅生长的掩模。在应用之后，可需要去除这些氮化硅材料的全部或一部分，其通常通过蚀刻来进行。

通过蚀刻从衬底去除氮化硅可优选地以不损害或中断微电子装置的其它暴露或覆盖特征的方式来进行。通常，去除氮化硅的工艺以优选地相对于亦存在于微电子装置衬底表面处的其它材料(例如氧化硅)去除氮化硅的方式来进行。根据各种商业方法，通过湿式蚀刻工艺从微电子装置表面去除氮化硅，所述工艺涉及在升高温度下，例如在温度在150℃到180℃范围内的浴液中将衬底表面暴露于浓磷酸(H₃PO₄)。用于相对于氧化硅选择性地去除氮化硅的常规湿式蚀刻技术使用水性磷酸(H₃PO₄)溶液，通常约85重量百分比磷酸及15重量百分比水。使用新制热磷酸，典型的Si₃N₄:SiO₂选择性可为约40:1。

发明内容

本发明涉及通过湿式蚀刻方法从微电子装置衬底表面去除氮化硅的新颖及创造性的蚀刻组合物及相关工艺。在实例方法中，蚀刻组合物用于从包含氮化硅及氧化硅以及其它任选的导电、隔热或半导电材料或在制造微电子装置期间适用的加工材料的表面去除氮化硅。

在过去，集成电路及半导体制造行业使用热磷酸作为蚀刻组合物以用于蚀刻氮化硅。有时包含例如经溶解硅石的添加剂以改进性能。参见例如美国专利6,162,370及8,940,182，其内容以引用的方式并入本文中。然而，当商用这些热磷酸组合物时，氮化硅蚀刻速率及相对于其它材料(例如，氧化硅)蚀刻氮化硅的选择性的改进仍为所期望的。作为性能的不同测量，在蚀刻之后，衬底应在其表面处包含可在蚀刻步骤期间产生(例如，沉淀)于蚀刻组合物中且作为颗粒再沉积到衬底表面上的可接受低水平的固体颗粒(例如固体硅石颗粒)；改进的蚀刻组合物为期望的，其使得在蚀刻步骤期间更少的这些类型的固体颗粒产生且沉积于衬底表面上。

根据申请人的发明，蚀刻组合物可包含磷酸、六氟硅酸及烷基胺烷氧基硅烷的组合。组合物还可包含一定量的水，例如，如存在于磷酸或另一种成分中，或可作为单独成分添加。组合物还可任选地包含以下中的一或多者：羧酸化合物；经溶解硅石，其可例如通过将硅石溶解于磷酸中或通过溶解可溶含硅化合物来提供；有机溶剂；表面活性剂；以及氨基烷基化合物。所描述的蚀刻组合物在用于湿式蚀刻步骤中时可提供期望的或有利的性能特性以从含有氮化硅及氧化硅材料的衬底去除氮化硅，所述特性例如：适用或高氮化硅蚀刻速率、相对于氧化硅对氮化硅的适用或高选择性、适用或有利地高蚀刻速率与适用或有利地高氮化硅选择性的平衡以及在蚀刻步骤后衬底表面上更少固体颗粒的存在。