选择性高通量TiN蚀刻方法的研究

本研究的目的是我们华林科纳开发足够快的氮化钛蚀刻配方，可用于单晶片工具(SWT)，但对电介质和金属具有高选择性。大多数蚀刻实验是在分子间Tempus F-20TM工具上进行的，该工具能够在一个基板上同时测试多达32个液体样品，氮化钛薄膜本质上是化学计量的(通过XPS)；大多数是从商业来源获得，但当使用客户胶片时，它们的蚀刻率与商业胶片相关。采用椭偏振法（氮化钛、介电介质）和XRF(Cu、W)测量薄膜厚度，更有趣的解决方案在多次和多个温度下进行了测试，多次测试有助于检测表面薄膜的影响，如金属氧化物。我们确定了非氧化溶液不能达到预期的氮化钛蚀刻速率，显然需要一种氧化剂，并尝试了两类含氧化剂的配方：高pH值（~6-10）和低pH值（主要为1-3）。

在高pH值领域的配方中，筛选了12种氧化剂和42种金属(铜、钨)缓蚀剂，在许多情况下实现了高蚀刻速率，同时对铜和ILD具有高选择性，然而对钨的选择性很低，显然在钛配位剂存在下，高pH值下容易形成可溶性钨酸盐，这阻止了钨钝化，得出的结论是，当W存在时，这种类型的配方可以用于更高的金属化水平，但不能用于M1(至少不能用于完全除锡)，选择的结果显示在表1中。

在低pH值领域的配方中，筛选了55种氧化剂、10种蚀刻剂、95种金属(铜、钨)缓蚀剂和6种ILD钝化剂，在这种情况下，很难达到所需的高蚀刻速率，但防紫外线腐蚀是可行的。一些酸性配方确实产生了在60℃下接近200/分钟或在50℃下> 100/分钟的锡蚀刻速率，并且具有良好的选择性，选择的结果显示在表II中。

实现快速选择性蚀刻氮化钛的部分原因是表面氧化物/氢氧化物薄膜的存在，它比氮化物本身更难溶解，因此，需要一个较强的Ti（4+）络合物才能快速开始溶解，SC1（氨-过氧化物混合物）和SPM（硫酸-过氧化物混合物）对氮化钛具有非常强的影响。在清洗Si/SiOx/SiN表面时需要保护氮化钛时，这将导致困难，当这种混合物中的过氧化物被其他强氧化剂取代时，氮化钛的蚀刻率通常较低，这种差异可以解释为过氧化氢作为强Ti（4+）络合物的活性，以及其氧化能力。

在一个相关的现象中，有时存在氧化剂浓度，氮化钛蚀刻率显示最大，当然较低浓度的活性较低，而较高浓度的蚀刻速率较低，这可能是因为表面氧化物的生成速度更快，并抑制了氮化钛反应，在表二中列出的一些酸性溶液中观察到了这种行为，这些溶液的中等酸度本身并不足以溶解二氧化钛。

已经开发了两组具有快速锡蚀刻速率的配方，适用于swt中的锡去除，低pH配方对铜、钨和ILD显示出非常好的蚀刻选择性，高pH值的更快，并且对铜和ILD具有极好的选择性，但是对钨没有选择性。

审核编辑：符乾江