選擇性高通量TiN蝕刻方法的研究

本研究的目的是我們華林科納開發(fā)足夠快的氮化鈦蝕刻配方，可用于單晶片工具(SWT)，但對電介質和金屬具有高選擇性。大多數(shù)蝕刻實驗是在分子間Tempus F-20TM工具上進行的，該工具能夠在一個基板上同時測試多達32個液體樣品，氮化鈦薄膜本質上是化學計量的(通過XPS)；大多數(shù)是從商業(yè)來源獲得，但當使用客戶膠片時，它們的蝕刻率與商業(yè)膠片相關。采用橢偏振法（氮化鈦、介電介質）和XRF(Cu、W)測量薄膜厚度，更有趣的解決方案在多次和多個溫度下進行了測試，多次測試有助于檢測表面薄膜的影響，如金屬氧化物。我們確定了非氧化溶液不能達到預期的氮化鈦蝕刻速率，顯然需要一種氧化劑，并嘗試了兩類含氧化劑的配方：高pH值（~6-10）和低pH值（主要為1-3）。

在高pH值領域的配方中，篩選了12種氧化劑和42種金屬(銅、鎢)緩蝕劑，在許多情況下實現(xiàn)了高蝕刻速率，同時對銅和ILD具有高選擇性，然而對鎢的選擇性很低，顯然在鈦配位劑存在下，高pH值下容易形成可溶性鎢酸鹽，這阻止了鎢鈍化，得出的結論是，當W存在時，這種類型的配方可以用于更高的金屬化水平，但不能用于M1(至少不能用于完全除錫)，選擇的結果顯示在表1中。

在低pH值領域的配方中，篩選了55種氧化劑、10種蝕刻劑、95種金屬(銅、鎢)緩蝕劑和6種ILD鈍化劑，在這種情況下，很難達到所需的高蝕刻速率，但防紫外線腐蝕是可行的。一些酸性配方確實產(chǎn)生了在60℃下接近200/分鐘或在50℃下> 100/分鐘的錫蝕刻速率，并且具有良好的選擇性，選擇的結果顯示在表II中。

實現(xiàn)快速選擇性蝕刻氮化鈦的部分原因是表面氧化物/氫氧化物薄膜的存在，它比氮化物本身更難溶解，因此，需要一個較強的Ti（4+）絡合物才能快速開始溶解，SC1（氨-過氧化物混合物）和SPM（硫酸-過氧化物混合物）對氮化鈦具有非常強的影響。在清洗Si/SiOx/SiN表面時需要保護氮化鈦時，這將導致困難，當這種混合物中的過氧化物被其他強氧化劑取代時，氮化鈦的蝕刻率通常較低，這種差異可以解釋為過氧化氫作為強Ti（4+）絡合物的活性，以及其氧化能力。

在一個相關的現(xiàn)象中，有時存在氧化劑濃度，氮化鈦蝕刻率顯示最大，當然較低濃度的活性較低，而較高濃度的蝕刻速率較低，這可能是因為表面氧化物的生成速度更快，并抑制了氮化鈦反應，在表二中列出的一些酸性溶液中觀察到了這種行為，這些溶液的中等酸度本身并不足以溶解二氧化鈦。

已經(jīng)開發(fā)了兩組具有快速錫蝕刻速率的配方，適用于swt中的錫去除，低pH配方對銅、鎢和ILD顯示出非常好的蝕刻選擇性，高pH值的更快，并且對銅和ILD具有極好的選擇性，但是對鎢沒有選擇性。

審核編輯：符乾江