在半導體加工中蝕刻金屬硬掩模材料的組合物的制作方法

專利名稱：在半導體加工中蝕刻金屬硬掩模材料的組合物的制作方法
技術領域：
本發明的實施方案涉及蝕刻集成電路結構。更特別地，本發明 的實施方案涉及選擇性蝕刻用于制備集成電路的金屬硬掩模層。技術水平
微電子器件的制備涉及在微電子襯底例如硅晶片上形成電子 元件。這些電子元件可包括晶體管、電阻器、電容器等，具有處于不同 水平的中間的和覆蓋性的金屬化圖案，所述金屬化圖案被絕緣材料分 隔，其使所述電子元件相互連接以形成集成電路。金屬化圖案一般稱作 "互連，，(interconnects)。
已知的用于形成互連的工藝是"鑲嵌工藝"(damascene process)。在典型的鑲嵌工藝中，在電介質材料上使光致抗蝕材料形成 圖案并通過所述光致抗蝕材料圖案蝕刻該電介質材料以形成洞或溝(此 后總稱為"開口")。然后去除光致抗蝕材料(典型地通過氧等離子體 或選擇性濕法蝕刻)，然后用導電材料(例如，金屬或金屬合金)填充 所述開口。如本領域技術人員所理解的，開口的填充可通過如下工藝完成物理氣相沉積、化學氣相沉積或電鍍。當開口是洞時，產生的填充 結構在本文中稱作"通孑L(via)"。當開口是溝時，產生的填充結構本 文中稱作"跡線(trace)"。此處"互聯"定義為包括所有互聯元件， 所述互聯元件包括跡線和通孔。
隨著器件接近更小的尺寸，通孔和跡線的臨界尺寸變得越發難 以實現。金屬例如鉭(Ta)和鈦(Ti)和金屬化合物例如氮化鉭(TaN) 和氮化鈦(TiN)已被用于幫助集成電路(IC)生產商獲得用于形成小的通 孔和跡線的臨界尺寸。金屬和金屬化合物也在許多工藝中被用作抗反射 涂層和/或阻擋層以形成所述跡線和通孔。因此，當IC生產技術進入 0.10pm并超越技術節點時，期待金屬和金屬化合物用作硬掩模層。
有數種已知的方法用于蝕刻金屬硬掩模。 一種方法利用高密度 等離子體反應器與含氯等離子體的聯合。這種方法需要對具有金屬硬掩模層和電介質層的IC結構利用兩種反應器。對于金屬硬掩模層，利用 高密度等離子體反應器，對于電介質層，利用中等密度等離子體反應器。 這種方法因而是昂貴并復雜的。
目前，沒有有效并安全的組合物可用于選擇性濕法蝕刻金屬硬 掩模層。如果采用濕蝕刻組合物，那么它被懷疑是致癌性的、毒性的并 且是難于處理的。更重要的是，目前的濕法蝕刻工藝典型的需要長時間 (例如，大約70分鐘或更長)以去除金屬硬掩模層，并且雖然如此， 它也不能如期望的那樣對所述金屬具有選擇性。
因此，研制能夠安全高效地蝕刻金屬硬掩模層的組合物會是有 利的。附圖簡述
雖然本說明書以特別指出并明確要求保護被認為是本發明的 內容的權利要求來結束，但是本發明的優點可結合下列附圖的閱讀從下 面對本發明的描述中容易地確定，其中


圖1圖示了根據本發明實施方案配制蝕刻組合物的示例性方法；[OOIO]圖2圖示了根據本發明實施方案配制蝕刻組合物的示例性方法；[OOll]圖3-4圖示了具有待去除的金屬(Ti)硬掩模層的晶片的橫 截面SEM (掃描電子顯微鏡)；
圖5-6圖示了圖3-4所示晶片在利用本發明的組合物進行 濕法蝕刻清除之后的一黃截面SEM，其中完全去除了蝕刻殘余物和Ti硬 掩模，鎢原封未動，并且對電介質材料沒有負面影響；
圖7A-7H圖示了根據本發明的實施方案可用于制造蝕刻組 合物的各種硅前體的化學結構；
圖8圖示了具有多種互連水平的半導體器件的橫截面側視 圖，其可包括金屬硬掩模并可受益于本發明；
圖9A-9E圖示了利用金屬硬掩模(一個或多個)制造半導體 結構的示例性工藝；和
圖10A-10J圖示了另一種利用金屬硬掩模(一個或多個)制 造半導體結構的示例性工藝。示例性實施方案的詳細描述在下面的詳細描述中，參考了通過圖示顯示了于其中可以實
施本發明的特定實施方案的附圖。這些實施方案充分詳細地描述以使得 本領域技術人員可以實施本發明。應理解本發明的各種實施方案，雖然 是不同的，但沒有必要相互排斥。例如，與一種實施方案相關的此處描 述的特定特征、結構或特點可以在不背離本發明精神和范圍的情況下在 其他實施方案中實施。另外，應理解在每一公開的實施方案中的各個要 素的定位或排列可在不偏離本發明的精神和范圍的情況下進行改變。因 此，下面的詳細描述不是限制性意義的，并且本發明的范圍僅僅通過所 附的權利要求(被正確解釋的)以及賦予所述權利要求的全部等同范圍 一起限定。在附圖中，相同的附圖標記貫穿所述數個視圖表示相同或類 似的功能。本發明的實施方案涉及蝕刻包括金屬硬掩模層的集成電路 (IC)結構的組合物和方法。所述金屬硬掩模層包括金屬或金屬化合物，例如Ti、 Ta、 TiN 或TaN等。本發明的組合物選擇性地蝕刻硬掩才莫層例如Ti層，同時抑制 導電互連材料例如鴒(W)、銅(Cu)和電介質材^H列如石圭酸鹽玻璃、氧 化物、氧化硅(SiOx或Si02)和摻碳氧化物(CDO)。該組合物因而以比 蝕刻W、 Cu和電介質材料的速率快得多的速率(例如，10 - 100倍)選 擇性蝕刻金屬硬掩模。相對于多晶硅或其他用于Replacement Metal Gate Applications中的金屬硬掩模而言，本發明的組合物也可以選擇性蝕刻 犧牲性光吸收材料(SLAM)。在一個實施方案中，提供了選擇性蝕刻硬掩模層(例如，Ti) 同時抑制W和電介質材料的蝕刻的蝕刻溶液。蝕刻溶液包含稀HF (氬 氟酸)和MTES (曱基三乙氧基硅烷)或類似的含硅前體的混合物。在 一個實施方案中，蝕刻溶液包含稀HF溶液和MTES或其它硅前體，所 述HF溶液濃度范圍為0.1wto/o到49wt%,替代的，0.1wto/o到10wt%, 所述MTES或其他硅前體的濃度范圍為0.0001 wto/o到60wt%,替代的， 0.5wt。/。到10wt%。硅前體在稀HF溶液中的存在顯著抑制了電介質材料的蝕刻速率，所述電介質材料例如SiOx或Si02。另夕卜，稀HF導致該溶 液具有低pH(例如，1-3),其顯著抑制W的溶解而不會對金屬硬掩模 的蝕刻速率產生不利影響。本實施方案的蝕刻溶液可用作處于包4舌電介 質膜和w接觸(contacts )的圖案化設計中的金屬硬掩模的濕蝕刻溶液。在一個實施方案中，提供了選擇性蝕刻硬掩模層(例如，Ti) 同時抑制W、 Cu和電介質材料的蝕刻的蝕刻溶液。蝕刻溶液包含稀HF 和MTES或類似的含硅前體、表面活性劑/乳化劑、羧酸和銅腐蝕抑制 劑的混合物。在一個實施方案中，蝕刻溶液包含重量濃度范圍為0.001% 到49。/o的稀HF溶液、重量濃度范圍為0.0001%到60%的MTES、重量 濃度范圍為0.0001%到20%的銅腐蝕抑制劑、重量濃度范圍為0.0001% 到50%的表面活性劑/乳化劑、重量濃度范圍為0.0001%到50%的羧酸。 表面活性劑/乳化劑的添加有助于稀HF與MTES的混合以形成均勻的溶 液。羧酸的添加減緩并防止不期望的副反應，其可能導致聚合物的形成。 MTES和銅腐蝕抑制劑在稀HF溶液中的存在顯著抑制電介質材沖+例如 SiOx或Si02或CDO的蝕刻速率，并且抑制Cu溶解同時不對金屬硬掩 ^t的蝕刻速率產生不利影響。如前，稀HF使得所述溶液具有低pH(例 如，1-3),其顯著抑制W溶解。本實施方案的蝕刻溶液可以用作金屬 硬掩^t的濕法蝕刻溶液，所述金屬硬掩模處于包括電介質膜和W和/或 Cu接觸/金屬線的圖案化設計(patterning scheme )中。可用于本發明的蝕刻溶液的硅前體包括氨基官能性硅烷、環 氧官能性硅烷、乙烯基官能性硅烷、烷氧基硅烷、酮肟硅烷、乙酰氧基 硅烷、二乙基硅烷和二苯基硅烷。氨基官能性硅烷可以是氨基丙基三乙氧基硅烷、氨基丙基三 甲氧基硅烷、氨基丙基曱基二乙氧基硅烷、氨基丙基甲基二曱氧基硅烷、 氨基乙基氨基丙基三曱氧基硅烷、氨基乙基氨基丙基三乙氧基硅烷、氨 基乙基氨基丙基曱基二曱氧基硅烷、二亞乙基三氨基丙基三曱氧基硅 烷、二亞乙基三氨基丙基三乙氧基硅烷、二亞乙基三氨基丙基曱基二曱 氧基硅烷、二亞乙基三氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、二亞乙基三氨基丙 基甲基二乙氧基硅烷、環己基氨基丙基三曱氧基硅烷、己二氨基甲基三 乙氧基硅烷、苯基氨基甲基三甲氧基硅烷、苯基氨基甲基三乙氧基硅烷、 二乙基氨基曱基三乙氧基硅烷、(二乙基氨基甲基)曱基二乙氧基硅烷 和曱基氨基丙基三甲氧基硅烷。
環氧官能性硅烷可以是環氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、環氧 丙氧基丙基三乙氧基硅烷、環氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷和環氧丙 氧基丙基甲基二曱氧基硅烷。乙烯基官能性硅烷可以是乙烯基三曱氧基硅烷、乙烯基三乙 氧基硅烷和乙烯基三(2 -曱氧基乙氧基)硅烷。烷氧基硅烷可以是甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、 四甲氧基硅烷(TMOS)、四乙氧基硅烷(TEOS)和四丙氧基硅烷。酮坊硅烷可以是曱基三(甲基乙基酮將)硅烷(MOS)、曱 基三(丙酮肟)硅烷、甲基三(甲基異丁基酮肟)硅烷、二甲基二 (曱 基酮肟)硅烷、三曱基(曱基乙基酮肟)硅烷、乙烯基三(甲基乙基酮 將)硅烷(VOS)、曱基乙烯基二 (甲基乙基酮肟)硅烷、曱基乙烯基 二 (環己酮坊)硅烷、乙烯基三(曱基異丁基酮肝)硅烷和苯基三(曱 基乙基酮將)硅烷(POS)。乙酰氧基硅烷可以是甲基三乙酰氧基硅烷和四乙酰氧基硅
貌o可用于本發明的蝕刻溶液的表面活性劑或乳化劑包括醇、胺、
酰胺、s旨、酮、醛、羧酸和醚。可用于本發明的蝕刻溶液的銅腐蝕抑制劑包括2 -巰基苯并 p塞唑、2-巰基苯并。米唑、5-氯苯并三唑、5-甲基苯并三唑、苯并三 唑、羧基苯并三唑、曱苯基三唑、1-苯基-1H-四唑-5-硫醇和十六 烷基三甲基溴化銨。圖1圖示了根據本發明的實施方案配制蝕刻溶液的示例性方 法100。本實施方案中蝕刻溶液選擇性地蝕刻金屬硬掩沖莫層(例如，Ti 掩模)同時抑制導電材料(例如，W插塞(Wplug))和電介質層(例 如，Si02和CDO)的蝕刻。在102,制備了稀HF溶液。例如，通過稀釋 49%濃度的HF到期望的濃度獲得稀HF。在104，將純硅前體加入到所 述溶液中。在一個實施方案中，甲基三乙氧基硅烷(MTES)是珪前體 并且在溫度范圍20。C到99。C下加入到稀HF溶液中。在106，形成了蝕 刻溶液。在一個實施方案中，蝕刻溶液包含濃度0.1wt。/o到10wt。/。的稀 HF溶液和濃度0.5wtM到10wt。/。的MTES (或其他硅前體)。在108, 調節所述蝕刻溶液。在一個實施方案中，加熱蝕刻溶液到大約60-99 。C范圍的溫度。蝕刻溶液然后在利用前保持在此溫度至少一個小時。然后，允許蝕刻溶液降溫到期望的操作溫度。在110，應用該蝕刻溶液到
濕蝕刻工藝中以除去金屬硬掩模例如Ti硬掩才莫或其殘余物。蝕刻溶液在108的加熱被期望來驅動形成所述蝕刻溶液并且 促進所述蝕刻溶液的調節的反應(式l)。硅前體例如MTES在更高的 溫度下分解動力學，因而增進硅酸的形成并給予所述蝕刻溶液在蝕刻金 屬方面的選擇特征。
CH3Si(OCH2CH3)3 + H20 + HF — SiF4 + H2Si03 +CH3CH2OH + H20 (1)圖2圖示了根據本發明的實施方案配制蝕刻溶液的示例性方 法200。本實施方案中的蝕刻溶液選擇性蝕刻金屬硬掩模層(例如，Ti 掩模)同時抑制電介質層(例如，Si02和CDO)的蝕刻和導電材料(例 如，W插塞和Cu接觸/金屬線)的蝕刻，并且特別抑制導電材料的腐蝕。 根據方法200制備的蝕刻溶液與方法100類似，增加了更特別地選擇性 抑制Cu的蝕刻或腐蝕。在202,制備了稀HF溶液。例如，通過將49 %濃度的HF稀釋到期望的濃度獲得稀HF。在一個實施方案中，在O.l °C到99 °C范圍的溫度制備稀HF溶液。在204，將羧酸(CA)添加到稀HF溶液中。在206,將純硅 前體(例如，MTES)添加到其中添加了羧酸的稀HF溶液中。在一個實 施方案中，硅前體的添加在20。C到99。C范圍的溫度實施。在208，將表 面活性劑或乳化劑添加到該溶液中。可在添加石圭前體之前或之后添加表 面活性劑或乳化劑(SA)。在210，將銅腐蝕抑制劑(CI)添加到該溶 液中。在212,形成蝕刻溶液。在一個實施方案中，蝕刻溶液包含 濃度O.OOlwt %到49wt %的稀HF溶液、濃度0.0001wto/o到60wto/o的 MTES、濃度0.0001wt。/。到20wtQ/。的銅腐蝕抑制劑、濃度0.000lwt。/。到 50wt"/o的表面活性劑或乳化劑、濃度0.0001wt。/o到50wtQ/o的羧酸。在214,調節所述蝕刻溶液。在一個實施方案中， 一旦添加 了所有的蝕刻溶液成分，溫度就保持在范圍可以是O.rC到99。C的溫度 長時間直到反應完成。該反應溫度保4寺至少1分鐘并可4艮據該反應溫度 保持至多72小時。替代的， 一旦所有的蝕刻溶液成分都添加了，溫度 然后升高到高于該混合溫度并最高為99。C之間的某溫度。 一旦達到期望的溫度，維持該溫度直到反應完成。然后，允許蝕刻溶液降溫到期望的 操作溫度。在110,將蝕刻溶液施加到濕法蝕刻工藝中以去除金屬硬掩
模例如Ti硬掩模或其殘余物。在一個實施方案中，金屬硬掩才莫的蝕刻
速率通過控制蝕刻溶液溫度和/或蝕刻條件的溫度來控制。蝕刻溶液的合成和其反應速率是溫度依賴性的，并且它是驅 動下面反應(式2)和促進調節的原因
CH3Si(OCH2CH3)3 + H20 + HF + SA + CA + CI + SiFx + H2Si03 + CH3CH2OH + H20 (2)硅前體在更高的溫度下動力學分解(break down kinetics )并
在更短的時間內增進硅酸的形成，并且賦予蝕刻溶液獨特的選擇性性 質，以蝕刻金屬硬掩模而不是W或Cu接觸和電介質材料。羧酸在防止 不希望的沉淀或聚合副反應中是有幫助的。表面活性劑/乳化劑的存在對 于稀HF和硅前體的成功混合是關鍵要素，其促進了熱力學穩定的均質 溶液的形成，和條件無關。銅腐蝕通過添加銅腐蝕抑制劑(一種或多種) 到蝕刻溶液中而^皮防止。
獲得或提供的晶片的例子，所述電介質層306形成于器件例如晶偉口管(、在 這些圖中不可見)的頂部。在許多例子中，在電介質層306中蝕刻了通
在許J;l中，由金屬硬掩模4料或與用^產生金屬;硬掩模的材料類似 的材料制成的蝕刻終止層304被設置以保護下面的接觸。在用導電材料 (一種或多種)填充通孔和形成另外的金屬化層(例如典型地在Back EndOfLine加工中所做的)之前，聚合物副產物302和蝕刻終止層304 會需要被去除。在一個實施方案中，根據本發明的實施方案制備的蝕刻 溶液用于去除所述聚合物副產物302和蝕刻終止層304。圖5-6圖示了用本發明的蝕刻溶液處理后的晶片。注意蝕刻 殘余物、聚合物副產物、和Ti硬掩模被完全去除，并且先前在器件(未 顯示)上形成的鴒插塞502在接觸溝內部原封未動。另外，沒有觀察到 對于CDO或電介質層306的不利影響。圖7A-7H圖示了可用于配制或合成根據本發明實施方案的蝕刻溶液的各種硅前體的化學結構。可用于本發明的蝕刻溶液的石圭前體包
括氨基官能性硅烷(圖7A-7C)、環氧官能性硅烷(圖7D)、乙烯基官 能性硅烷(圖7D)、烷氧基硅烷(圖7E)、酮肟硅烷(圖7F)和乙酰氧基 硅烷(圖7H) 。 二乙基硅烷和二苯基硅烷也可被使用(未顯示)。圖8圖示了可利用數種金屬或金屬硬掩模制備的示例性微結 構器件800。器件800可以是晶體管或電容器或其他半導體器件。器件 800在半導體襯底802 (例如，硅晶片)上形成。隔離區域例如STI 804 在襯底802中形成以使一個器件和另一個器件隔離，這是本領域公知的。 源和漏區806也通過如本領域已知的那樣通過摻雜形成在襯底808中。 在源和漏區806之間并在襯底808的頂表面之上，形成了柵電介質810。 柵電極808形成在柵電介質810的頂部。到器件800的接觸可以制備成 到源和漏區806和任選的柵電極808的接觸。源/漏區或柵電極有時可稱 作導電表面，以使可制備到器件800的第一接觸。經常地，硅化物材料 層818在源和漏區806和任選的柵電極808上形成以增強/建立導電接觸 區域。硅化物層818可如常規做法那樣形成。當包括硅化物層818時， 接觸表面是硅化物表面。間隔側壁812也設置在柵電極808的每側上。制備到器件的接觸。如此處提到的，笫一層接觸指直接到器 件800或在襯底802頂表面上或如圖8所示的那樣(在硅化物層818頂 部)制備的接觸。因此，制備到源/漏區806和柵電極808 (或它們上面 各自形成的硅化物層)的接觸。在一個實施方案中，電介質層816形成 于襯底808的頂表面上。開口 801形成到電介質層816中并暴露^5圭化物 層818。在一個實施方案中，硅化物層818內襯在每個開口 801的底部。 在一個實施方案中，阻擋層(未標記)可內襯在開口 801的整個表面(底 表面和側壁)。開口 801然后利用例如沉積、濺射、電鍍或無電鍍膜法 用鵠(W)填充以形成第一接觸820。在一個實施方案中，形成連接第 一接觸820的通孔連接件822。通孔連接件822然后與上面的一個或多 個金屬化層826 (例如，MT1到MT8 )相互連4妾。可利用方法例如雙鑲 嵌加工形成通孔連接件822和金屬化層MT1-MT8。如本領域已知的那 樣，在每一金屬化層處也使用層間電介質層(interlevel dielectric layer) 830。在形成用于形成通孔連接件822的通孔之前，可以4吏用金屬 蝕刻終止層以在利用蝕刻形成用于通孔連接件822的通孔時保護鵠第一接觸820。同樣，為形成通孔開口801,還可利用金屬硬掩模。類似的， 在通孔連接件822形成之后在其上設置金屬蝕刻終止層，以在采用蝕刻 形成用于金屬化線MT1的溝時保護導電材料。同樣，電介質層也在所 述制備的許多過程中存在。本發明的蝕刻溶液可用于在沉積導電材料以 填充通孔或溝之前選擇性去除金屬蝕刻終止層的金屬硬掩模材料。本發 明的蝕刻溶液具有徹底去除金屬材料例如鈦而不影響下面的導電材料 例如鴒或電介質材料例如Si02的能力。
圖9A-9E圖示了根據本發明的實施方案形成互連的示例性方 法。這些示了在下面的鵠或銅互連之上形成互連的過程。典型的集 成電路可能具有例如四或五個互聯層或線，所述互連層或線各自通過電 介質材津+互相絕緣。
圖9A圖示了具有形成于電介質材料902中的第一 W互連線 910的集成電路襯底或晶片的部分的一黃截面側-魄圖。W互連線910,例 如，與下面的類似于前面圖8所示的形成于半導體襯底之中或之上的器 件(一個或多個)(例如，第一接觸820)連接。電介質材料902是， 例如，通過原硅酸四乙酯(TEOS )或等離子增強化學氣相沉積(PECVD ) 源形成的Si02。在此例子中，電介質層902和W互連910 ^皮平坦化。 平坦化的電介質層902和W互連線910上覆蓋的是第 一金屬掩模層920 (例如，Ti層)。代替所述金屬掩模層，層920可以是普通的蝕刻終止 層，例如碳化硅或本領域已知的其他適合的蝕刻終止層。在一個實施方 案中，掩模層920在一個方面作為防止W互連線910氧化的掩模或屏障， 以及作為用于該蝕刻工藝的蝕刻終止層以在W互連襯里910之上形成 通孑L或溝。
覆蓋金屬掩模層920的是第二電介質層930。電介質層930 是，例如，TEOS或PECVD形成的Si02。電介質層930的厚度將部分 依賴于器件的大小特征和規模考慮。 一旦電介質層930被沉積和形成， 該材料可例如利用化學機械拋光4皮平坦化。接下來，如圖9B所示，在 電介質層930上形成通孔圖案或第二掩模層940的圖案。第二掩模層940 也是，例如，金屬掩模并且也可能用光成像材料例如光致抗蝕劑(未顯 示)形成。第二掩^t層940在電介質層930上方限定了通孔或開口 945 的區域。通孔945然后在電介質層930中形成，如圖9C中所示的(通 過如常規做法那樣蝕刻)。
如圖9D所示，在通孔945形成之后，根據本發明實施方案制 備的蝕刻溶液被用于去除掩模層940以及阻擋掩模層920的一部分以暴 露下面的W互連線910。然后，可沉積導電材料(例如，銅或鋁)以形 成到W互連線910的互連950。可利用普通的沉積和拋光4支術完成互連 950 (圖9E)。
圖10A-10J圖示了用于形成到銅的互連線的雙鑲嵌工藝，其 中使用了金屬硬掩模并且當完成形成通孔和溝的蝕刻時利用本發明的 蝕刻溶液去除所述硬掩模。
圖10A圖示了具有形成于電介質材料1002中的第一Cu互連 線1010的集成電路襯底或晶片的部分橫截面側視圖。Cu互連線1010 例如是與下面的和前面圖8所示類似的形成于半導體襯底之中和之上的 器件(一個或多個)(例如，通孔連接件822)連接。電介質材料1002 例如是通過原硅酸四乙酯(TEOS )或等離子增強化學氣相沉積(PECVD ) 源形成的Si02。在此例子中，電介質層1002和Cu互連1010是平坦化 的。平坦化的電介質層1002和Cu互連1010上覆蓋的是第一金屬掩模 層1020 (例如，Ti層)。替代該金屬掩模層，層1020可以是普通的蝕 刻終止層例如碳化硅或本領域已知的其他適合的蝕刻終止層。在 一個實 施方案中，掩模層1020在一個方面作為掩模或障礙以防止Cu互連線 1010的氧化以及作為在Cu互連襯里1010上方形成通孔或溝的蝕刻工藝 的蝕刻終止層。
覆蓋在金屬蜂模層1020上的是第二電介質層1030。電介質 層1030例如是TEOS或PECVD形成的Si02。電介質層1030的厚度部 分依賴于器件的大小特征和規;漢考慮。 一旦電介質層1030被沉積和形 成，所述材料可例如用化學機械拋光平坦化。接下來，如圖10B所示， 在電介質層1030上形成通孔圖案或第二掩模層1040的圖案。第二掩模 層1040例如也是金屬掩模并且也可用光成像材料例如光致抗蝕劑(未 顯示)形成。第二掩模層1040在電介質層1030上限定了通孔或開口 1045 的區域。通孔1045然后如圖IOC所示在電介質層1030中形成(通過普 通做法那樣蝕刻)。
如圖IOD所示，形成通孔1045后，利用根據本發明實施方案 制備的蝕刻溶液去除掩模層1040。
在圖IOE中，犧牲性光吸收材料(SLAM) 1050沉積到通孔1045和電介質層1030表面上。如本領域已知的，SLAM 1050已凈皮廣泛 應用于雙重鑲嵌工藝中。接下來，如圖IOF所示，在SLAM材料1050 上形成溝圖或第三掩模層1060的圖案。第三掩片莫層1060例如也是金屬 掩模并且也可用光成像材料例如光致抗蝕劑(未顯示)形成。第三掩模 層1060在電介質層1030上限定了溝開口 1070的區域。溝1070然后形 成到電介質層1030中，如圖IOG所示(通過普通做法那樣蝕刻)，與 先前形成的通孔1045連接。
在這一點上，SLAM殘余物1050以及第三硬掩模1060需要 在沉積另 一種導電材料以形成另一互連層之前去除。根據本發明的實施 方案配制的蝕刻溶液可用于去除SLAM殘余物和硬掩模1060,產生的 結構顯示于圖IOH。
阻擋掩it層1020的一部分也被去除(也利用本發明的蝕刻溶 液)以暴露下面的Cu互連線1010 (圖101)。然后，導電材fl"(例如， 銅或鋁)可隨后沉積到通孔1045和溝1070中以形成到Cu互連線1010 的互連1080。可利用普通的沉積和拋光技術完成互連1080 (圖10J)。
本發明的實施方案因而描述了可用于選擇性去除典型用于硬 掩模、蝕刻終止層或其他微電路制備的金屬或金屬性材料的新型蝕刻溶 液。該蝕刻溶液可選擇性去除所述金屬性材料，而不影響下面的電介質 材料例如氧化硅或導電互連例如Ti或Cu。蝕刻溶液使得Ti硬掩才莫可以 在雙重鑲嵌圖案化方法中使用，并且創造了獨特的用途，在該用途中到 目前為止還沒有解決選擇性需求的濕化學可用。目前的針對其他應用設 計的濕化學制劑當用于去除金屬硬掩模時不是成本有效的，去除金屬硬 掩膜的工藝時間太長(例如，大約70分鐘)，而且操作不安全，并且 即使如此，不如期望的那樣有選擇性。應該認識到根據本發明制備的蝕 刻溶液在如下場合具有寬的實用性需要用于去除在導電材料(例如， Cu和W)和電介質材料上的金屬層(例如，Ti掩模)的選擇性。
雖然如此已對本發明的實施方案進行了詳細描述，但是應理節所限制，許多其明顯的變化只要不偏離其精神或范圍都是可能的。
權利要求
1、濕蝕刻溶液，所述濕蝕刻溶液能夠選擇性蝕刻鈦同時抑制鎢、銅、氧化物電介質材料和摻碳氧化物。
2、 權利要求1的濕蝕刻溶液，進一步包含稀HF (氫氟酸)和含硅 前體的混合物、表面活性劑、羧酸和銅腐蝕抑制劑。
3、 權利要求1的濕蝕刻溶液，其中所述含硅前體選自MTES(甲 基三乙氧基硅烷)、氨基官能性硅烷、環氧官能性硅烷、乙烯基官能性硅 烷、烷氧基硅烷、酮肟硅烷、乙酰氧基硅烷、二乙基硅烷和二苯基硅烷。
4、 權利要求3的濕蝕刻溶液，其中所述含硅前體選自氨基丙基 三乙氧基硅烷、氨基丙基三曱氧基硅烷、氨基丙基甲基二乙氧基硅烷、 氨基丙基曱基二曱氧基硅烷、氨基乙基氨基丙基三曱氧基硅烷、氨基乙 基氨基丙基三乙氧基硅烷、氨基乙基氨基丙基曱基二曱氧基硅烷、二亞 乙基三氨基丙基三曱氧基硅烷、二亞乙基三氨基丙基三乙氧基硅烷、二 亞乙基三氨基丙基甲基二曱氧基硅烷、二亞乙基三氨基丙基曱基二曱氧 基硅烷、二亞乙基三氨基丙基曱基二乙氧基硅烷、環己基氨基丙基三曱 氧基硅烷、己二氨基甲基三乙氧基硅烷、苯基氨基曱基三曱氧基硅烷、 苯基氨基曱基三乙氧基硅烷、二乙基氨基曱基三乙氧基硅烷、(二乙基 氨基曱基)甲基二乙氧基硅烷、曱基氨基丙基三甲氧基硅烷、環氧丙氧 基丙基三曱氧基硅烷、環氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、環氧丙氧基丙基 曱基二乙氧基硅烷、環氧丙氧基丙基曱基二甲氧基硅烷、乙烯基三曱氧 基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(2-曱氧基乙氧基)硅烷、 曱基三曱氧基硅烷、曱基三乙氧基硅烷、四曱氧基硅烷(TMOS)、四 乙氧基硅烷(TEOS)、四丙氧基硅烷、曱基三(曱基乙基酮肟)硅烷(MOS)、曱基三(丙酮肟)硅烷、曱基三(曱基異丁基酮肟)硅烷、 二曱基二 (曱基酮肟)硅烷、三曱基(甲基乙基酮肟)硅烷、乙烯基三(曱基乙基酮肟)硅烷(VOS)、甲基乙烯基二 (甲基乙基酮肟)硅烷、 曱基乙烯基二(環己酮肟)硅烷、乙烯基三(甲基異丁基酮肟)硅烷、 苯基三(甲基乙基酮將)硅烷(POS)、曱基三乙酰氧基硅烷、四乙酰 氧基硅烷、二乙基硅烷和二苯基硅烷。
5、 權利要求3的濕蝕刻溶液，其中所述表面活性劑選自醇、胺、 酰胺、酯、酮、醛、羧酸和醚。
6、 權利要求3的濕蝕刻溶液，其中所述銅腐蝕抑制劑選自巰基苯并噻唑、2-巰基苯并咪唑、5-氯苯并三唑、5-甲基苯并三唑、苯 并三唑、羧基苯并三唑、曱苯基三唑、1-苯基-lH-四哇-5-碌u醇和 十六烷基三曱基溴化銨。
7、 權利要求1的濕蝕刻溶液，其中所述蝕刻溶液包含濃度范圍 為0.001wt%到49wt。/o的稀HF溶液、濃度范圍為0.0001wto/。到60wt% 的硅前體、濃度范圍為0.0001wty。到20wt。/。的銅腐蝕抑制劑、濃度范圍 為0.0001 wt。/o到50wto/o的表面活性劑/乳化劑、和濃度范圍為0.0001 wt% 到50wt。/。的羧酸。
8、 濕蝕刻溶液，所述濕蝕刻溶液能夠選擇性蝕刻鈦同時抑制鵠、 氧化物電介質材料和摻碳氧化物。
9、 權利要求8的濕蝕刻溶液，進一步包含稀HF和含硅前體的混合物。
10、 權利要求8的濕蝕刻溶液，進一步包含濃度范圍為O.lwt %到 10wtQ/。的稀HF溶液和濃度范圍為0.5wty。到10wt。/。的硅前體的混合物。
11、 權利要求9的濕蝕刻溶液，其中所述含硅前體選自MTES(曱基 三乙氧基硅烷)、氨基官能性硅烷、環氧官能性硅烷、乙烯基官能性硅烷、 烷氧基硅烷、酮肟硅烷、乙酰氧基硅烷、二乙基硅烷和二苯基硅烷。
12、 權利要求9的濕蝕刻溶液，其中所述氨基官能性硅烷選自氨 基丙基三乙氧基硅烷、氨基丙基三曱氧基硅烷、氨基丙基甲基二乙氧基 硅烷、氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、氨基乙基氨基丙基三曱氧基硅烷、 氨基乙基氨基丙基三乙氧基硅烷、氨基乙基氨基丙基曱基二曱氧基硅 烷、二亞乙基三氨基丙基三甲氧基硅烷、二亞乙基三氨基丙基三乙氧基 硅烷、二亞乙基三氨基丙基甲基二曱氧基硅烷、二亞乙基三氨基丙基曱 基二曱氧基硅烷、二亞乙基三氨基丙基甲基二乙氧基硅烷、環己基氨基 丙基三曱氧基硅烷、己二氨基曱基三乙氧基硅烷、苯基氨基曱基三曱氧 基硅烷、苯基氨基曱基三乙氧基硅烷、二乙基氨基曱基三乙氧基硅烷、(二乙基氨基曱基)曱基二乙氧基硅烷、曱基氨基丙基三甲氧基硅烷、 環氧丙氧基丙基三曱氧基硅烷、環氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、環氧丙 氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、、環氧丙氧基丙基曱基二曱氧基硅烷、乙 烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(2-曱氧基乙氧 基)硅烷、甲基三曱氧基硅烷、曱基三乙氧基硅烷、四曱氧基硅烷(TMOS)、四乙氧基硅烷(TEOS)、四丙氧基硅烷、曱基三(甲基乙基酮將)硅烷(MOS)、甲基三(丙酮肟)硅烷、甲基三(甲基異丁基 酮將)硅烷、二甲基二 (曱基酮肟)硅烷、三甲基(曱基乙基酮肟)硅烷、乙烯基三(甲基乙基酮坊)硅烷(VOS)、曱基乙烯基二(曱基乙 基酮肟)硅烷、甲基乙烯基二 (環己酮肟)硅烷、乙烯基三(曱基異丁 基酮肟)硅烷、苯基三(甲基乙基酮肟)硅烷(POS)、甲基三乙酰氧 基硅烷、四乙酰氧基硅烷、二乙基硅烷、和二苯基硅烷。
13、 制備集成電路(IC)結構的方法，包含 提供包含電介質層、導電接觸或互連的IC結構； 在所述電介質層上形成并圖案化金屬硬掩模，以限定到所述導電接觸的通孔或溝；形成到所述導電接觸的所述通孔或溝；和利用蝕刻溶液去除所述金屬硬掩沖莫，所述蝕刻溶液包含稀HF溶液 和硅前體的混合物，其中所述蝕刻溶液選擇性去除所述金屬硬掩^t并且 不對所述導電接觸或互連和所述電介質層產生影響。
14、 權利要求13的方法，其中所述蝕刻溶液進一步包含濃度范圍 為O.lwt %到10wt。/。的所述HF溶液和濃度范圍為0.5wt。/。到10wt。/o的所 述硅前體，其中所述蝕刻溶液選擇性去除金屬硬掩模而不對所述包含鵠的導電接觸或互連產生影響。
15、 權利要求13的方法，其中所述蝕刻溶液進一步包含濃度范圍 為0.001 wty。到49wt。/o的所述HF溶液、濃度范圍為0.0001 wto/o到60wt% 的所述硅前體、濃度范圍為0.0001wt。/。到20wt。/。的銅腐蝕抑制劑、濃度 范圍為0.0001wtQ/。到50wtQ/。的表面活性劑/乳化劑和濃度范圍為 0.0001wt。/。到50wt。/o的羧酸，其中所述蝕刻溶液選擇性去除所述金屬硬 掩模而不對包含銅或鴒的所述導電接觸或互連產生影響。
16、 權利要求13的方法，進一步包含，在形成到所述導電接觸或 互連的所述通孔或溝之前在所述導電接觸或互連上方形成包含金屬性 材料的蝕刻終止層，和在形成所述通孔或溝之后采用所述蝕刻溶液去除 至少一部分所述蝕刻終止層，其中所述蝕刻溶液選擇性去除所述蝕刻終 止層而不對所述導電接觸或互連和所述電介質層產生影響。
全文摘要
用于金屬硬掩模的蝕刻溶液。所述蝕刻溶液包含稀HF(氫氟酸)和含硅前體的混合物。所述蝕刻溶液還包含表面活性劑、羧酸和銅腐蝕抑制劑。所述蝕刻溶液選擇性蝕刻所述金屬硬掩模材料(例如，鈦)，同時抑制鎢、銅、氧化物電介質材料和摻碳氧化物。
文檔編號C09K13/08GK101410481SQ200780010521
公開日2009年4月15日 申請日期2007年3月20日 優先權日2006年3月29日
發明者L·多明格斯, N·米斯特卡維 申請人:英特爾公司