CN110003911B - 具有针对两种晶格方向低选择比(Si(100)/Si(111))及低二氧化硅蚀刻率的硅蚀刻剂组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明是针对特殊的硅蚀刻剂组合物同时具有对两种晶格方向低选择比(Si(100)/Si(111))及低二氧化硅蚀刻率，适用于半导体制造过程，其包含以蚀刻剂组合物总重量计，约0.5重量％至约5重量％的至少一种四级铵氢氧化物、约5重量％至55重量％的至少一种一级胺化合物、约15重量％至80重量％的至少一种多元醇化合物、及约10重量％至35重量％的水性介质。其中比起存于基材上的二氧化硅，该组合物优先蚀刻存于前述基材上的硅。
Description
技术领域
本发明是关于一种蚀刻剂组合物，且特别是关于一种硅蚀刻剂组合物，其具备对两种晶格方向低选择比(Si(100)/Si(111))及保护二氧化硅的功能，本发明的蚀刻剂组合物可应用于集成电路。
背景技术
半导体制造过程中的闸极制造过程是影响电晶体性能的关键因素之一。闸极长度(Gate length)代表半导体的制造过程线宽，跟随摩尔定律(Moore’s law)的幅度缩小，达到低耗电、提升运算效能、缩小元件尺寸以提升产能的目标。由于其线宽最小，相关制造过程也最需要特殊的蚀刻剂。闸极图形的定义以干式蚀刻(dry etch)为主流，其优点是非等向性 (anisotropy)佳，但先天的等离子体非选择性物理碰撞特性(non-selectivephysical bombardment)，降低与其他基材的蚀刻选择性。随着高深宽比的立体式电晶体所衍生的复杂制造过程，各基材的蚀刻选择性要求提高。因此高二氧化硅选择性的硅蚀刻剂在制造过程中扮演重要的一环，已成为先进制造过程的主流硅蚀刻剂。
传统上使用单纯TMAH溶液蚀刻Silicon时，晶格方向Si(100)/Si(111)的选择比多为30以上，对SiO2的蚀刻率为
以上，不能有效保护二氧化硅结构，因此无法应用在先进半导体制造过程。
目前市场的硅蚀刻液配方多数无保护二氧化硅的功能，亦无考量在高深宽比结构所需要的低立体障碍化学分子，导致无法在有效时间内完成硅的蚀刻而产生硅残留，延长蚀刻时间，使二氧化硅层受损。因此开发具有选择性的硅蚀刻技术是产业亟须发展的领域。
发明内容
有鉴于上述的发明背景中，为了符合产业上特别的需求，本发明提供一种具有对两种晶格方向低选择比(Si(100)/Si(111))的硅蚀刻技术可用以解决上述传统技艺未能达成的标的。
本发明之一目的在于提供一种蚀刻剂组合物，包含铵化物、胺化物与多元醇，借以保护二氧化硅不受攻击，同时对两种晶格方向具有低选择比 (Si(100)/Si(111))，其适用于室温到90℃的操作范围。本发明的蚀刻剂组合物包含，以组合物总重量计，约0.5重量％至约5重量％的至少一种四级铵氢氧化物、约5重量％至55重量％的至少一种一级胺化合物、约15重量％至约 80重量％的至少一种多元醇化合物、及约10重量％至35重量％的水性介质。
本发明的另一目的在于提供一种蚀刻方法，该蚀刻方法比起存于基材上的二氧化硅能优先蚀刻存于前述基材上的硅。具体的，上述的蚀刻方法是使用一种蚀刻剂组合物对同时存在硅(100)、硅(111)和二氧化硅的基材表面进行处理，借此达到Si(100)/Si(111)蚀刻率选择比小于4及对SiO2蚀刻率小于
和保护二氧化硅不受蚀刻大于30分钟的效果。
根据本发明上述的目的，本发明提供一种蚀刻剂组合物，该蚀刻剂组合物包含至少一种铵化物、至少一种胺化物与至少一种多元醇化合物。其中上述的蚀刻剂组合物的组成重量百分比为0.5重量％至5重量％的至少一种铵化物、5重量％至55重量％的至少一种胺化物与15重量％至80重量％的至少一种多元醇化合物。其中上述的蚀刻剂组合物更包含10重量％至35重量％的水性介质。上述的至少一种铵化物更包含至少一种四级铵化物。上述的至少一种四级铵化物更包含至少一种四级铵氢氧化物，且该四级铵氢氧化物是具有通式R1R2R3R4N+OH-，其中R1、R2、R3及R4可独立为相同或不同的直链或分支C1-C4-烷基。上述的四级铵氢氧化物是氢氧化四甲基铵(TMAH)。所述的至少一种胺化物更包含至少一种一级胺化合物，该一级胺化合物包含： 2-氨基乙醇(2-aminoethanol)、3-氨基-1-丙醇(3-Aminopropan-1-ol)和4-氨基-1- 丁醇(4-Amino-1-butanol)。上述的至少一种多元醇化合物更包含：乙二醇 (Ethane-1,2-diol)、1,2-丙二醇(1,2-propanediol)和1,3-丙二醇(1,3-propanediol)。上述的
上述的蚀刻剂组合物具有Si(100)/Si(111)蚀刻率选择比小于4。
根据本发明上述的目的，本发明更提供一种Si/SiOx的蚀刻方法，该 Si/SiOx的蚀刻方法是使用蚀刻剂组合物以使Si(100)/Si(111)蚀刻率选择比小于4及对SiOx蚀刻率小于
其中，该蚀刻剂组合物包含至少一种铵化物、至少一种胺化物与至少一种多元醇化合物。其中上述的蚀刻剂组合物的组成重量百分比为0.5重量％至5重量％的至少一种铵化物、5重量％至55 重量％的至少一种胺化物与15重量％至80重量％的至少一种多元醇化合物。上述的蚀刻剂组合物更包含至少一种四级铵氢氧化物与至少一种一级胺化合物。所述的四级铵氢氧化物是具有通式R1R2R3R4N+OH-，其中R1、R2、R3及 R4可独立为相同或不同的直链或分支C1-C4-烷基。所述的一级胺化合物包含： 2-氨基乙醇(2-aminoethanol)、3-氨基-1-丙醇(3-Aminopropan-1-ol)和4-氨基 -1-丁醇(4-Amino-1-butanol)。所述的多元醇化合物包含：乙二醇 (Ethane-1,2-diol)、1,2-丙二醇(1,2-propanediol)和1,3-丙二醇(1,3-propanediol)。
借由上述技术方案，本发明具有针对两种晶格方向低选择比 (Si(100)/Si(111))及低二氧化硅蚀刻率的硅蚀刻剂组合物至少具有以下优点效果：
一种蚀刻剂组合物，包含铵化物、胺化物与多元醇，能够保护二氧化硅不受攻击，同时对两种晶格方向具有低选择比(Si(100)/Si(111))，其适用于室温到90℃的操作范围。
一种蚀刻方法，使用一种蚀刻剂组合物对同时存在硅(100)、硅(111)和二氧化硅的基材表面进行处理，借此达到Si(100)/Si(111)蚀刻率选择比小于4 及对SiO2蚀刻率小于
和保护二氧化硅不受蚀刻大于30分钟的效果。该蚀刻方法比起存于基材上的二氧化硅能优先蚀刻存于前述基材上的硅。
附图说明
无
具体实施方式
本发明在此所探讨的方向为半导体的蚀刻技术，为了能彻底地了解本发明，将在下列的描述中提出详尽的结构及其元件与方法步骤。显然地，本发明的施行并未限定于硅蚀刻的技艺者所熟习的特殊细节。另一方面，众所周知的结构及其元件或步骤并未描述于细节中，以避免造成本发明不必要的限制。此外，为提供更清楚的描述及使熟悉该项技艺者能理解本发明的发明内容，各部分并没有依照其相对的尺寸而绘图，某些尺寸与其他相关尺度的比例会被突显而显得夸张，且不相关的细节部分亦未完全绘出，以求简洁。本发明的较佳实施例会详细描述如下，然而除了这些详细描述之外，本发明还可以广泛地施行在其他的实施例中，且本发明范围不受限定，其以之后的专利范围为准。
根据本发明的第一实施例，本发明提供一种蚀刻剂组合物，其包含：至少一种铵化物、至少一种胺化物与至少一种多元醇化合物，其中上述的铵化物更包含至少一种四级铵化物(例如，四级铵氢氧化物)，胺化物更包含至少一种一级胺化合物，与至少一种多元醇化合物。此外，组合物总重量计，约0.5重量％至约5重量％的至少一种铵化物、约5重量％至55重量％的至少一种胺化合物、约15重量％至约80重量％的至少一种多元醇化合物，及约10重量％至35重量％的水性介质。本发明所使用的水性介质在任何比例下具有完全的混和相容性。
在一具体实施例，适用于本发明蚀刻剂组合物中的四级铵氢氧化物是具有通式R1R2R3R4N+OH-，其中R1、R2、R3及R4可独立为相同或不同的直链或分支C1-C4-烷基(较佳为C1)。在本发明的具体实施态样中，R1、R2、R3及R4最佳为CH3，所对应的物质是氢氧化四甲基铵(TMAH)。
在一具体实施例，本发明所使用的四级铵氢氧化物的含量，以蚀刻剂组合物总重量计，为约0.5重量％至约5重量％，较佳为约1.0重量％至约2.5重量％。
在一具体实施例，本发明所使用的一级胺化合物，例如2-氨基乙醇(2-aminoethanol)、3-氨基-1-丙醇(3-Aminopropan-1-ol)、4-氨基-1-丁醇 (4-Amino-1-butanol)，最佳为2-氨基乙醇(2-aminoethanol)。本发明所使用的一级胺化合物，以蚀刻剂组合物总重量计，为约5重量％至约55重量％，更佳为40％至55％。
在一具体实施例，本发明所使用的多元醇化合物，例如(但不限于)乙二醇(Ethane-1,2-diol)、1,2-丙二醇(1,2-propanediol)、1,3-丙二醇 (1,3-propanediol)，最佳为乙二醇(Ethane-1,2-diol)。
在一具体实施例，本发明所使用的多元醇化合物，以蚀刻剂组合物总重量计，为约15重量％至约80重量％，更佳为20％至75％。
在一具体实施例，本发明的
(60℃)及对SiO2蚀刻率小于
和保护二氧化硅在30分钟之内不被蚀刻。
根据本发明的第二实施例，本发明提供一种蚀刻方法，该方法是使用一种蚀刻剂组合物对同时存在硅(100)、硅(111)和二氧化硅的基材表面进行处理，借此达到Si(100)/Si(111)蚀刻率选择比小于4及对SiO2蚀刻率小于
和保护二氧化硅不受蚀刻>30分钟的效果，其中所述的蚀刻剂组合物包含以蚀刻剂组合物总重量计，约1.0重量％至约2.5重量％的至少一种四级铵氢氧化物、约40重量％至55重量％的至少一种一级胺化合物、约20重量％至约75重量％的至少一种多元醇化合物、和余量的水性介质。
在一具体实施例，其中所述的四级铵氢氧化物是具有通式 R1R2R3R4N+OH-，其中R1、R2、R3及R4可独立为相同或不同的直链或分支C1-C4- 烷基。较佳的，所述的四级铵氢氧化物是氢氧化四甲基铵(TMAH)。
在一具体实施例，其中所述的一级胺化合物包含：2-氨基乙醇 (2-aminoethanol)、3-氨基-1-丙醇(3-Aminopropan-1-ol)和4-氨基-1-丁醇 (4-Amino-1-butanol)。最佳为2-氨基乙醇(2-aminoethanol)。
在一具体实施例，其中所述的多元醇化合物包含：乙二醇 (Ethane-1,2-diol)、1,2-丙二醇(1,2-propanediol)和1,3-丙二醇(1,3-propanediol)。最佳为乙二醇(Ethane-1,2-diol)。
显然地，依照上面实施例中的描述，本发明可能有许多的修正与差异。因此需在其附加的权利请求项的范围内加以理解，除上述详细描述外，本发明还可以广泛地在其他的实施例中施行。上述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的申请专利范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在本发明申请专利范围内。
Claims (5)
1.一种Si/SiOx的蚀刻方法，其特征在于：该Si/SiOx的蚀刻方法是使用硅蚀刻剂组合物以使Si(100)/Si(111)蚀刻率选择比小于4及对SiOx蚀刻率小于
其中，该硅蚀刻剂组合物包含至少一种铵化物、至少一种胺化物与至少一种多元醇化合物，其中上述的硅蚀刻剂组合物的组成重量百分比为0.5重量％至5重量％的至少一种铵化物、5重量％至55重量％的至少一种胺化物与15重量％至80重量％的至少一种多元醇化合物。
2.如权利要求1所述的Si/SiOx的蚀刻方法，其特征在于：其中上述的硅蚀刻剂组合物更包含至少一种四级铵氢氧化物与至少一种一级胺化合物。
3.如权利要求2所述的Si/SiOx的蚀刻方法，其特征在于：其中所述的四级铵氢氧化物是具有通式R1R2R3R4N+OH-，其中R1、R2、R3及R4可独立为相同或不同的直链或分支C1-C4-烷基。
4.如权利要求2所述的Si/SiOx的蚀刻方法，其特征在于：其中所述的一级胺化合物更包含：2-氨基乙醇、3-氨基-1-丙醇和4-氨基-1-丁醇。
5.如权利要求1所述的Si/SiOx的蚀刻方法，其特征在于：其中所述的多元醇化合物更包含：乙二醇、1,2-丙二醇和1,3-丙二醇。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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