[发明专利]一种用于选择性移除氮化钛硬掩模和/或蚀刻残留物的组合物

说明书

本发明公开了一种用于选择性移除氮化钛硬掩模和/或蚀刻残留物的组合物，其包含氧化剂、多胺化合物、铵盐和腐蚀抑制剂。本发明组合物可有效移除氮化钛硬掩模和/或蚀刻残留物，而不对半导体晶片结构上暴露的金属铜和介电材料(即低k材料)产生明显腐蚀。此外，本发明的移除组合物可在比较大的温度范围内发挥作用，具有较大的操作窗口。

发明领域

本发明涉及一种用于在铜金属导体和低k介电材料暴露的情况下从晶片上选择性地移除氮化钛硬掩模和/或光致抗蚀剂蚀刻残留物的组合物及其用途，以及使用所述组合物来移除氮化钛硬掩模和/或蚀刻残留物的方法。

背景技术

在半导体工艺制程中，在后段(BEOL)IC制程(即双镶嵌制程)期间，在形成通道和沟槽时使用各种掩模来形成图案，以获得在干蚀刻步骤期间对低介电常数的介电材料的高选择性。光致抗蚀剂掩模通常用于半导体工业中以将诸如半导体或电介质的材料形成图案。光致抗蚀剂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联。双镶嵌工艺涉及在金属导体层如铜层的低k介电层上形成光致抗蚀剂掩模。然后根据光致抗蚀剂掩模对低k介电层进行蚀刻以形成通道和/或沟槽，从而露出金属导体层。等离子干蚀刻通常用于铜半导体晶片制程中，以在低介电常数材料存在下在铜双镶嵌制造工艺中蚀刻出垂直侧壁沟槽以及用铜做互连通道。

随着先进半导体技术节点的发展，45nm及更小技术节点对通道与沟槽的精准蚀刻控制更具挑战性，实现通道和沟槽的临界尺寸变得更加困难。使用金属硬掩模可以提供对通道和沟槽的更好轮廓控制。金属硬掩模主要由氮化钛制成，并且在形成双镶嵌结构的通道和/或沟槽之后通过湿蚀刻法除去。除了用湿法蚀刻移除氮化钛硬掩模之外，还必须移除在蚀刻期间在侧壁上所产生的聚合物残留物以及在通道底部处所产生的颗粒或聚合物残留物。

移除侧壁上的聚合物残留物以及通道底部处的颗粒或聚合物残留物所需的时间取决于残留物的性质、产生残留物的制程(加热、交联、蚀刻、焙烧和/或灰化)以及是否使用批量或单一晶片移除制程。一些残留物可在非常短的时间段内移除，而一些残留物则需要远远更长的移除制程。

在与移除组合物接触期间内，移除组合物与低介电常数材料以及铜导体二者的相容性是期望的特性。低介电常数的电介质可能在湿法蚀刻移除氮化钛硬掩模制程中受损，表现出蚀刻，孔隙率或尺寸变化，以及介电特性的最终变化。铜的受损则表现在铜的过度腐蚀以及铜表面的粗糙度增加。

CN105683336A公开了一种组合物，所述组合物能选择性移除氮化钛和/或光致抗蚀剂的蚀刻残留物，并且不腐蚀金属导电材料和绝缘材料。所述组合物包含至少一种氧化剂、至少一种蚀刻剂、至少一种金属腐蚀抑制剂、至少一种螯合剂和至少一种溶剂。

CN106226991A公开了一种用于从28/20nm图案晶片移除PVD TiN硬掩模的组合物。所述组合物使用过氧化物作为氧化剂在微碱性条件下移除PVD TiN硬掩模。所述组合物包含1-20wt％过氧化物、1-5wt％碱、0.1-1wt％弱酸、0.5-2wt％铵盐、25-5000ppm腐蚀抑制剂或1-15wt％长链或混合的烷基氢氧化铵、10-5000ppm长链有机胺或多烷基胺，和余量的溶剂。

CN105612599A公开了一种用于从半导体基板上相对于低介电材料选择性移除基本上由TiN、TaN、TiNxOy、TiW、W、Ti以及Ti和W的合金组成的硬掩模的移除组合物。所述组合物包含：(a)0.1重量％至90重量％的氧化剂；(b)0.0001重量％至50重量％的羧酸盐；以及(c)补足100重量％的所述移除组合物的所述剩余部分，包括去离子水。所述移除组合物还包含至少一种碱、至少一种酸或其混合物。

随着半导体技术节点的持续缩小以及对高良率与可靠设备性能的相应要求，半导体晶片制程需要开发更加有效的组合物以期实现对氮化钛硬掩模和/或蚀刻残留物的更高选择性移除以及增强对介电材料和导电金属的保护。

发明内容