CN101397499A - TaN材料腐蚀溶液以及TaN材料腐蚀方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于一种TaN材料腐蚀溶液以及TaN材料腐蚀方法。该TaN材料腐蚀溶液，以重量百分比计包括：NH4OH：1.47％－7.26％；H2O2：3.00％－24.91％；以及余量的水。所述的TaN材料腐蚀方法，是对于厚度小于400埃的TaN可采用光刻胶作为掩膜，先以重量百分含量为3.25％－10.44％的HF、7.17％－21.95％的HNO3以及余量的水组成的溶液对TaN材料进行腐蚀，再以重量百分含量为1.47％－7.26％的NH4OH，3.00％－24.91％的H2O2以及余量的水组成的溶液对TaN材料进行腐蚀；对于厚度大于400埃的TaN，必须采用硬掩膜，直接以重量百分含量为1.47％－7.26％的NH4OH，3.00％－24.91％的H2O2以及余量的水组成的溶液对TaN材料进行腐蚀。
Description
技术领域
本发明涉及一种集成电路制造技术领域的腐蚀技术，特别是涉及一种用于TaN(氮化钽)材料湿法腐蚀的溶液以及对不同厚度TaN材料进行腐蚀的方法。
背景技术
随着半导体器件的特征尺寸进入到45nm技术节点以后，SiO2(二氧化硅)栅介质泄漏电流显著增加、多晶硅栅电极的耗尽效应、窄多晶栅的高的电阻、PMOSFET(P型金属—氧化物—半导体场效应晶体管)中B(硼)穿透等问题限制了器件继续按照摩尔定律迅速发展，因此必须引入高K(介电常数)、金属栅材料代替传统的SiO2/poly(多晶硅)结构。为了满足NMOSFET(N型金属—氧化物—半导体场效应晶体管)，PMOSFET对栅材料的不同要求，需要采用功函数分别处于导带底、价带顶的双金属栅材料。但引入这些新的材料也带来了新的集成问题，如在双金属栅工艺中一个关键的技术就是在淀积第二层金属之前，须选择性去除第一层金属并对下面的栅介质没有任何损伤。由于等离子体刻蚀(干法刻蚀)容易使下面的栅介质造成损伤，使得NMOSFET、PMOSFET的等效氧化层厚度不相同，并影响栅介质的可靠性，因此通常采用湿法腐蚀工艺选择性去除第一层金属栅材料。
TaN材料由于具有好的热稳定性、化学稳定性，可以控制的功函数，以及与高介电常数栅介质有好的粘附性等特点使其成为了纳米级CMOS器件金属栅材料的有力候选者。但由于TaN材料的化学阻性很强，普通的酸溶液，甚至王水都不能对其进行腐蚀，使得采用湿法腐蚀工艺选择性去除TaN材料变得十分困难。在TaN材料被用作栅电极材料之前，TaN主要用于防止金属(如Cu)扩散并增加金属与介质的粘附性的势垒层，在集成电路制造工艺中一般用干法刻蚀势垒层，所以，目前没有实际应用的湿法腐蚀TaN的方法。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种新的TaN材料腐蚀溶液，所要解决的技术问题是使其能对TaN材料进行有效湿法腐蚀，从而更加适于实用。
本发明的另一目的在于，提供一种TaN材料的湿法腐蚀方法，所要解决的技术问题是使其顺利进行TaN材料的腐蚀，适于纳米级CMOS器件中高介电常数介质/双金属栅的集成，从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种TaN材料腐蚀溶液，以重量百分比计包括：NH4OH：1.47％-7.26％；H2O2：3.00％-24.91％；以及余量的水。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的TaN材料腐蚀溶液，其中所述的NH4OH的含量为：4％-7.26％。
前述的TaN材料腐蚀溶液，其中所述的H2O2的含量为：18％-24.91％。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种TaN材料腐蚀方法，其采用由重量百分含量为1.47％-7.26％的NH4OH，3.00％-24.91％的H2O2以及余量的水组成的溶液对TaN材料进行腐蚀。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的TaN材料腐蚀方法，其中在所述的TaN材料上设有一层具有图形的掩膜层。
前述的TaN材料腐蚀方法，该方法的腐蚀温度为60-70摄氏度。
前述的TaN材料腐蚀方法，所述的掩膜层的材料为光刻胶，非晶硅，等离子体增强化学气相淀积或正硅酸乙酯热分解形成的二氧化硅，或者氮化硅。
前述的TaN材料腐蚀方法，所述的TaN材料的厚度小于400埃，所述的掩膜的材料为光刻胶时，首先进行酸腐蚀：采用由重量百分含量3.25％-10.44％的HF、7.17％-21.95％的HNO3以及余量的水组成的溶液进行腐蚀，腐蚀速率为240-3.8埃/分钟；然后进行碱腐蚀：采用由重量百分含量为1.47％-7.26％的NH4OH，3.0％-24.91％的H2O2以及余量的水组成的溶液对TaN材料进行腐蚀。
前述的TaN材料腐蚀方法，在酸腐蚀之后，所述的TaN材料在温度160-180摄氏度下保持40-60分钟，然后再进行碱腐蚀。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本发明至少具有下列优点：
1、本发明提出的TaN材料腐蚀溶液可以对TaN材料进行湿法腐蚀，并能达到良好的腐蚀效果。
2、本发明的湿法腐蚀方法对TaN下面的栅介质具有很高的选择比。本发明提出的腐蚀方法，无论是采用一步腐蚀还是两步腐蚀工艺，在腐蚀到介质前都是采用含有NH4OH和H2O2的溶液腐蚀TaN，该溶液对SiO2或高介电常数介质具有很高的选择比。
3、本发明的腐蚀方法使高介电常数介质/双金属栅的集成工艺得到简化。在高介电常数介质/金属栅的集成中，由于整个栅材料都采用TaN时会对N沟器件的沟道产生压应力，影响载流子迁移率，且TaN本身的电阻较大，所以一般采用薄的TaN/多晶硅或其他低电阻率金属的叠层结构。薄的TaN金属栅的厚度一般是小于
因此采用本发明提出的两步腐蚀方法不必采用硬掩膜，减少了硬掩膜的淀积，刻蚀等工艺，只采用传统的光刻胶作为掩膜就可以实现高介电常数介质/双金属栅的集成。
因此，本发明所提供的对TaN材料湿法腐蚀的溶液和腐蚀方法更适于纳米级CMOS器件中高介电常数介质/双金属栅的集成，更符合超大规模集成电路的内在要求和发展方向。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的TaN材料腐蚀溶液以及TaN材料腐蚀方法其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。
实施例1
本实施例提出一种TaN材料碱性腐蚀溶液，其包括：重量百分含量为1.47％-7.26％的NH4OH；3.00-24.91％的H2O2；以及余量的水。
在实际配制中，采用的氨水(NH4OH的重量百分浓度为25％，密度为0.9g/ml)，双氧水(H2O2的重量百分浓度为30％，密度为1.1g/ml)和去离子水，混合均匀即可得到本实施的腐蚀溶液。
本发明提出如下的实例1至实例5，其具体组成请参阅表1所示。
实施例2
本实施例提出一种TaN材料的腐蚀方法，其采用实施例1所提供的碱性腐蚀溶液。该方法包括：在TaN材料上形成一层带图形的硬掩膜，然后采用上述的碱性腐蚀溶液对其进行湿法腐蚀，腐蚀结果参阅表1所示。
对于厚度大于400埃的TaN材料，现有的光刻胶已经不能承受腐蚀液长时间的腐蚀，需采用非晶硅、PECVDSiO2(等离子体化学气相沉积法形成的二氧化硅)、Si3N4或TEOS(正硅酸乙酯热分解形成的二氧化硅)硬掩膜。
对于厚度为的TaN，先采用PECVD工艺或热分解正硅酸乙酯的方法将
的PECVDSiO2硬掩膜(在温度为350度，压强为0.39托，功率为100瓦条件下，采用硅烷与一氧化氮反应得到)或TEOS硬掩膜(温度为400度，压力为8.2托，功率为700瓦条件下热分解正硅酸乙酯得到)淀积到TaN上，然后通过刻蚀工艺将光刻胶上的图形转移到硬掩膜上。去胶后，在60-70℃条件下，采用实施例1所得到的溶液进行湿法腐蚀。
以实例5所得到的溶液为例，在70℃条件下进行腐蚀，其腐蚀速率为
该条件下TaN对PECVDSiO2、TEOS硬掩膜的选择比分别为89：1、282：1，对SiO2栅介质的选择比为346：1。
以实例4所得到的溶液为例，在70℃的条件下，其腐蚀速率为123
/min，该条件下TaN对PECVDSiO2、TEOS硬掩膜的选择比分别为21：1、41：1，对SiO2、HfSiON栅介质的选择比分别为105：1、112：1。
表1 NH4OH、H2O2和去离子水混合溶液对TaN腐蚀速率
表1中的数据表明，本发明提出的TaN材料腐蚀溶液能有效地对TaN材料进行湿法腐蚀。溶液中NH4OH和H2O2浓度越高、腐蚀温度越高，腐蚀速率越快。另外，该溶液的腐蚀速度应该受到H2O2氧化TaN表面的速度和NH4OH去除表面氧化物的速度中较小者决定，提高H2O2对NH4OH的浓度比可以提高腐蚀速率。
实施例3
本实施提供一种对TaN材料的厚度小于400埃的湿法腐蚀方法，其采用光刻胶作为掩膜材料。该方法包括：在SiO2/TaN
结构上涂覆光刻胶掩膜层，然后经过温度为180度，时间为40分钟的坚膜过程；接着进行酸腐蚀：在室温下，采用由重量百分含量为6.23％的HF、12.93％的HNO3以及余量的水组成的溶液进行腐蚀，腐蚀速率为62埃/分钟，腐蚀时间为345-375秒；酸腐蚀后，该TaN材料采用去离子水冲洗干净，并在温度180摄氏度下保持40分钟，进行再坚膜过程；然后进行碱腐蚀：采用由采用由重量百分含量为7.26％的NH4OH、21.29％的H2O2以及余量的水组成的溶液进行腐蚀，腐蚀速率为123埃/分钟，腐蚀时间为70-75秒。腐蚀结果参阅表2所示。
表2 对于的TaN采用两步腐蚀的时间和台阶数据
从表2中可以看出，设定的两步腐蚀工艺在以光刻胶为掩膜的条件下是完全可以腐蚀掉
的TaN。采用较长时间的HF、HNO3和去离子水的混合溶液进行腐蚀主要是因为该溶液在8分钟内不损伤光刻胶掩膜，且以该步骤腐蚀掉大部分TaN。另外，从腐蚀速率上来看，完全可以缩短第二步的腐蚀时间来完成TaN的腐蚀，但考虑到腐蚀的不均匀性以及NH4OH、H2O2的混合溶液对下面栅介质的选择比很高，用稍长一点的腐蚀时间确保整个片子都被腐蚀干净。
上述酸腐蚀过程中，采用由3.25％-10.44％的HF、7.17％-21.95％的HNO3以及余量的水所组成的酸性溶液进行腐蚀，皆可达到实施例3所述的技术效果，上述溶液的腐蚀速率为240-3.8埃/分钟。同样，碱性溶液的组成为1.47％-7.26％的NH4OH；3.00-24.91％的H2O2以及余量的水。本领域技术人员在实施例3的启发下皆可选取适合的溶液组成进行TaN材料的腐蚀。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (9)
1、一种TaN材料腐蚀溶液，其特征在于以重量百分比计包括：
NH4OH：1.47％-7.26％；
H2O2：3.00％-24.91％；以及
余量的水。
2、根据权利要求1所述的TaN材料腐蚀溶液，其特征在于所述的NH4OH的含量为：4％-7.26％。
3、根据权利要求1所述的TaN材料腐蚀溶液，其特征在于所述的H2O2的含量为：18％-24.91％。
4、一种TaN材料腐蚀方法，其特征在于，
采用由重量百分含量为1.47％-7.26％的NH4OH，3.00％-24.91％的H2O2以及余量的水组成的溶液对TaN材料进行腐蚀。
5、根据权利要求4所述的TaN材料腐蚀方法，其特征在于，在TaN材料上设有一层具有图形的掩膜层。
6、根据权利要求4所述的TaN材料腐蚀方法，其特征在于，腐蚀温度为60-70摄氏度。
7、根据权利要求5或6所述的TaN材料腐蚀方法，其特征在于，所述的掩膜层的材料为光刻胶，非晶硅，等离子体增强化学气相淀积或正硅酸乙酯热分解形成的二氧化硅，或者氮化硅。
8、根据权利要求5所述的TaN材料腐蚀方法，其特征在于，所述的TaN材料的厚度小于400埃，所述的掩膜的材料为光刻胶时，
首先进行酸腐蚀：采用由重量百分含量3.25％-10.44％的HF、7.17％-21.95％的HNO3以及余量的水组成的溶液进行腐蚀，腐蚀速率为240-3.8埃/分钟；
然后进行碱腐蚀：采用由重量百分含量为1.47％-7.26％的NH4OH，3.0％-24.91％的H2O2以及余量的水组成的溶液对TaN材料进行腐蚀。
9、根据权利要求8所述的TaN材料腐蚀方法，其特征在于，在酸腐蚀之后，所述的TaN材料在温度160-180摄氏度下保持40-60分钟，然后再进行碱腐蚀。
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