KR20200030121A - 애싱된 스핀-온 유리의 선택적 제거 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금속 게이트 물질 및/또는 ILD 물질에 대해 스핀-온 유리를 상기 물질을 그 위에 갖는 마이크로전자 장치로부터 선택적으로 제거하기 위한 반수성(semi-aqueous) 제거 조성물 및 방법에 관한 것이다. 상기 반수성 제거 조성물은 플루오라이드-함유 조성물 또는 알칼리 조성물일 수 있다.
Description
본 발명은 제 2 금속 게이트(gate) 물질에 대해 하나의 금속 게이트 물질을 상기 물질들을 포함하는 기재로부터 선택적으로 제거하기 위한 조성물 및 방법에 관한 것이다. 상기 기재는 바람직하게 고-k/금속 게이트 통합 구조를 포함한다.
스핀-온(spin-on) 유리(SOG) 필름은 다층 금속부 사이의 절연; 개선된 스텝 커버리지(coverage)를 위한 산화물 또는 금속에서의 콘투어링(contouring) 단계; 오토-도핑(auto-doping)을 위한 방지제; 백-필링(back-filling) 패키지; 확산 마스크; 및 평탄화를 포함하나 이에 제한되지 않는, 반도체 장치에서의 다양한 목적을 위하여 사용되어 왔다.
스핀-온 유리 조성물은 액체인 실리카계 조성물로서 반도체 웨이퍼의 표면에 적용되고 웨이퍼와 함께 회전하여 상부 표면에 코팅을 제공한다. 이러한 기술을 통해, 스핀-온 유리 조성물은 다양한 절연성 및 도전성 영역으로부터 야기되는 반도체 웨이퍼 표면의 임의의 골짜기(valley) 또는 오목한 영역을 채운다. 이어서, 스핀-온 유리 코팅은 건조되어 고체층을 형성한 후, 고온에서 경화되어 경질 실리카계 (유리)층을 형성한다. 이러한 경질 층은 추가 공정을 위한 제법에서 에칭될 수 있다.
불리하게, 노출될 수 있는 다른 층, 예컨대 레벨간 유전체(ILD) 및 금속 게이트 물질에 대한 스핀-온 유리의 제거의 선택성은 매우 낮았다. 보다 구체적으로, ILD 및 게이트 금속에 대한 스핀-온 유리의 선택적 에칭은 어려웠는데, 이는 에칭액이 SOG, ILD 및 게이트 금속을 용이하게 공격할 수 있는 것으로 알려져 있기 때문이다.
따라서, ILD 및 게이트 금속과 같은 마이크로전자 장치의 표면 상에 존재하는 다른 물질에 대해 스핀-온 유리 및 이와 관련된 물질을 선택적으로 제거할 수 있는 조성물을 제공하는 것은 당업계에서 상당한 진보가 될 것이다.
본 발명은 일반적으로 기재 상에 존재하는 다른 물질 층에 대해 스핀-온 유리를 선택적으로 제거하기 위한 조성물 및 방법에 관한 것이다. 더욱 바람직하게, 본 발명은 기재 상에 존재하는 다른 물질 층에 대해 처리된(treated) 스핀-온 유리를 선택적으로 제거하기 위한 조성물 및 방법에 관한 것이다. 다른 물질 층은 레벨간 유전체 층과 TiNx 및 TaNx와 같은 금속 게이트 물질을 포함한다.
하나의 양태에서, 본 발명은 금속 게이트 물질, ILD 물질 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중에서 선택된 물질에 대해 스핀-온 유리를 선택적으로 제거하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 스핀-온 유리 및 상기 물질을 포함하는 기재를 제거 조성물과 접촉시키는 것을 포함하되, 상기 제거 조성물은 상기 물질에 대해 스핀-온 유리를 선택적으로 제거한다.
다른 양태에서, 본 발명의 특징 및 이점은 본원 명세서 및 특허청구범위로부터 보다 명확해질 것이다.
본 발명은 일반적으로 기재 상에 존재하는 다른 물질 층에 대해 스핀-온 유리를 선택적으로 제거하기 위한 조성물 및 방법에 관한 것이다. 더욱 바람직하게, 본 발명은 기재 상에 존재하는 다른 물질 층에 대해 처리된 스핀-온 유리를 선택적으로 제거하기 위한 조성물 및 방법에 관한 것이다. 다른 물질 층은 레벨간 유전체 층과 TiNx 및 TaNx와 같은 금속 게이트 물질을 포함한다.
참고로, "마이크로전자 장치"라는 용어는 반도체 기재, 플랫 패널 디스플레이, 상 변화 메모리 장치, 태양 패널 및 태양 전지 장치, 광전지 및 마이크로전자기계 시스템(MEMS)을 포함하는 다른 제품에 상응하는데, 이들은 마이크로전기, 집적 회로, 에너지 수집 또는 컴퓨터 칩 적용에 사용하기 위해 제조된다. "마이크로전자 장치", "마이크로전자 기재" 및 "마이크로전자 장치 구조"라는 용어는 임의의 방식으로 제한되지 않고 궁극적으로 마이크로전자 장치 또는 마이크로전자 어셈블리가 되는 임의의 기재 또는 구조를 포함한다. 마이크로전자 장치는 패턴화되거나 피복될 수 있고, 제어 장치 및/또는 시험 장치일 수 있다.
본원에 정의된 바와 같이, "스핀-온 유리(SOG)"라는 용어는 저렴하고 통상적인 스핀-온 증착 기술을 사용하여 증착된 규산염, 폴리실록산 또는 다른 유기실리콘 유리 수지에 상응한다. 스핀-온 유리(SOG)는 다양한 종류의 용매 또는 알코올에 용해된 실록산, 실리케이트 또는 유기실리콘계 모노머를 함유하는 특허등록된(proprietary) 액체 용액이다. 코팅 및 경화 공정 동안, 모노머는 축합에 의해 중합되고 물, 알코올 및 다른 용매를 배출시킨다. 경화된 물질은 출발 용액, 코팅 및 경화 공정에 의존하는 기계적, 화학적 및 전기적 특성을 갖는 얇은 고체 필름이다. 유기실리콘 유리 수지는 본 발명의 목적 상 규소, 산소, 탄소 및 수소를 포함하는 비결정질 구조를 갖는 폴리머이다. 폴리실록산은 다양한 농도의 메틸기 및 페닐기를 포함할 수 있다. 소성(baking) 후, 스핀-온 유리 수지는 본질적으로 이산화 규소의 에칭 특성과 동등한 에칭 특성을 갖는데, 예컨대, 이들은 CHF3 및 O2(또는 공기) 플라즈마에서 용이하게 플라즈마 또는 반응성 이온 에칭된다.
본원에 정의된 바와 같이, "처리된 스핀-온 유리"라는 용어는 가공 전보다 가공 후에 더욱 다공성이 되도록 가공된 스핀-온 유리에 상응한다. 예컨대, 플라즈마 에칭 공정 동안, 스핀-온 유리 층은 다량의 잔존 탄소를 잃고, 잔존 층은 다공성이 된다. 바람직하게, 스핀-온 유리는 플라즈마 에칭된다.
본원에 정의된 바와 같이, "금속 게이트 물질"이라는 용어는 Ti, Ta, W, Mo, Ru, Al, La, 티타늄 나이트라이드, 탄탈륨 나이트라이드, 탄탈륨 카바이드, 티타늄 카바이드, 몰리브덴 나이트라이드, 텅스텐 나이트라이드, 루테늄 (IV) 산화물, 탄탈륨 실리콘 나이트라이드, 티타늄 실리콘 나이트라이드, 탄탈륨 카본 나이트라이드, 티타늄 카본 나이트라이드, 티타늄 알루미나이드, 탄탈륨 알루미나이드, 티타늄 알루미늄 나이트라이드, 탄탈륨 알루미늄 나이트라이드, 란타늄 산화물, 또는 이들의 조합과 같은 반도체 기재의 중간 갭(mid-gap)에 상응하는 페르미 준위(Fermi level)를 갖는 물질에 상응한다. 금속 게이트 물질로서 개시된 화합물들은 다양한 화학양론(stoichiometry)을 가질 수 있다. 따라서, 티타늄 나이트라이드는 본원에서 TiNx로 표시되고, 탄탈륨 나이트라이드는 본원에서 TaNx로 표시될 것이다.
패턴화된 금속 층 내의 금속 선(metal line)은 "레벨간 유전체(interlevel dielectric)" 또는 "층간 유전체(interlayer dielectric)"(둘다 ILD로 약칭됨)로 알려진 층에 의해 절연된다. 레벨간 유전체는 금속 선을 동일하거나 또 다른 금속 층에서의 다른 금속 선 및 다른 회로 요소와의 임의의 원하지 않는 전기 접촉으로부터 절연시킨다. 바람직하게는, ILD는 저-k 유전체 물질을 포함한다. 본원에서 정의된 바와 같이, "저-k 유전체 물질"이라는 용어는 적층된 마이크로전자 장치에서 유전체 물질로서 사용되는 임의의 물질에 상응하되, 상기 물질은 약 3.5 미만의 유전 상수를 갖는다. 바람직하게는, 저-k 유전체 물질은 실리콘-함유 유기 폴리머, 실리콘-함유 하이브리드 유기/무기 물질, 유기실리케이트 유리(OSG), TEOS, 불소화 실리케이트 유리(FSG), 실리콘 이산화물 및 탄소-도핑된 산화물(CDO) 유리와 같은 저-극성 물질을 포함한다. 저-k 유전체 물질은 다양한 밀도 및 다공도를 가질 수 있다.
본원에 사용된 "에칭 후 잔류물(post-etch residue)" 및 "플라즈마 에칭 후 잔류물(post-plasma etch residue)"이라는 용어는 BEOL 이중 다마신(dual-damascene) 공정과 같은 기상 플라즈마 에칭 공정 후 남아 있는 물질에 상응한다. 에칭 후 잔류물은 사실상 유기 화합물, 유기 금속 화합물, 유기 규소 화합물 또는 무기 화합물일 수 있고, 예컨대 규소-함유 물질, 티타늄-함유 물질, 질소-함유 물질, 산소-함유 물질, 중합체 잔류 물질, 구리-함유 잔류 물질 (산화구리 잔류물 포함), 텅스텐-함유 잔류 물질, 코발트-함유 잔류 물질, 염소 및 불소와 같은 에칭 가스 잔류 물질, 및 이들의 조합일 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, “약”이라는 용어는 언급된 수치의 ±5%에 상응한다.
본원에서 "실질적으로 없는(포함하지 않는)"이라는 표현은 2 중량% 미만, 바람직하게는 1 중량% 미만, 더욱 바람직하게는 0.5 중량% 미만, 훨씬 더 바람직하게는 0.1 중량% 미만, 및 가장 바람직하게는 0 중량%로 정의된다.
본원에 사용된 바와 같이, "제거 조성물은 금속 게이트 물질에 대해 스핀-온 유리를 선택적으로 제거한다"라는 표현은 약 2:1 내지 약 1000:1, 바람직하게는 약 2:1 내지 약 100:1, 및 가장 바람직하게는 약 3:1 내지 약 50:1의 에칭 속도 선택성에 상응한다. 다시 말해, 스핀-온 유리의 에칭 속도가 2 Å분-1(또는 1000 Å분-1 이하)인 경우, 금속 게이트 물질의 에칭 속도는 1 Å분-1이다.
본원에 사용된 바와 같이, "제거 조성물은 ILD 물질에 대해 스핀-온 유리를 선택적으로 제거한다"라는 표현은 약 2:1 내지 약 1000:1, 바람직하게는 약 2:1 내지 약 100:1, 및 가장 바람직하게는 약 3:1 내지 약 50:1의 에칭 속도 선택성에 상응한다. 다시 말해, 스핀-온 유리의 에칭 속도가 2 Å분-1(또는 1000-1 Å분-1 이하)인 경우, ILD 물질의 에칭 속도는 1 Å분-1이다.
본 발명의 조성물은 보다 자세히 후술되는 바와 같은 광범위하고 다양한 특정 제형으로 구체화될 수 있다.
이러한 모든 조성물에 있어서, 조성물 중 특정 성분은 하한으로서 0(zero)을 포함하는 중량% 범위로 논의되는데, 상기 성분은 조성물의 다양한 특정 양태에서 존재하거나 부재할 수 있고, 상기 성분이 존재하는 경우, 상기 성분은 이들이 사용된 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 0.001 중량% 정도의 낮은 농도로 존재할 수 있는 것으로 이해된다.
제 1 양태에서, 본 발명은 금속 게이트 물질에 대해 스핀-온 유리를 선택적으로 제거하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 스핀-온 유리 및 금속 게이트 물질을 포함하는 기재를 제거 조성물과 접촉시키는 것을 포함하되, 상기 제거 조성물은 금속 게이트 물질에 대해 스핀-온 유리를 선택적으로 제거한다. 하나의 양태에서, 스핀-온 유리는 처리된다. 또 다른 양태에서, 금속 게이트 물질은 티타늄을 포함한다. 또 다른 양태에서, 스핀-온 유리는 처리되고, 금속 게이트 물질은 티타늄을 포함한다. 또 다른 양태에서, 스핀-온 유리는 플라즈마 에칭되고, 금속 게이트 물질은 티타늄을 포함한다. 또 다른 양태에서, 스핀-온 유리는 플라즈마 에칭되고 금속 게이트 물질은 티타늄 나이트라이드를 포함한다.
제 2 양태에서, 본 발명은 ILD 물질에 대해 스핀-온 유리를 선택적으로 제거하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 스핀-온 유리 및 ILD 물질을 포함하는 기재를 제거 조성물과 접촉시키는 것을 포함하되, 상기 제거 조성물은 ILD 물질에 대해 스핀-온 유리를 선택적으로 제거한다. 하나의 양태에서, 스핀-온 유리는 처리된다. 또 다른 양태에서, ILD 물질은 저-k 유전체를 포함한다. 또 다른 양태에서, 스핀-온 유리는 처리되고 ILD 물질은 저-k 유전체를 포함한다. 또 다른 양태에서, 스핀-온 유리는 플라즈마 에칭되고 ILD 물질은 저-k 유전체를 포함한다.
제 3 양태에서, 본 발명은 금속 게이트 물질 및 ILD 물질에 대해 스핀-온 유리를 선택적으로 제거하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 스핀-온 유리, 금속 게이트 물질 및 ILD 물질을 포함하는 기재를 제거 조성물과 접촉시키는 것을 포함하되, 상기 제거 조성물은 금속 게이트 물질 및 ILD 물질에 대해 스핀-온 유리를 선택적으로 제거한다. 하나의 양태에서, 스핀-온 유리는 처리된다. 또 다른 양태에서, 금속 게이트 물질은 티타늄, 더욱 바람직하게는 티타늄 나이트라이드를 포함한다. 또 다른 양태에서, ILD 물질은 저-k 유전체를 포함한다. 또 다른 양태에서, 스핀-온 유리는 플라즈마 에칭되고 금속 게이트 물질은 티타늄을 포함한다. 또 다른 양태에서, 스핀-온 유리는 플라즈마 에칭되고 금속 게이트 물질은 티타늄 나이트라이드를 포함한다. 바람직하게는, ILD 물질은 저-k 유전체를 포함한다.
제 1 양태 내지 제 3 양태의 방법은 약 실온 내지 약 100℃, 바람직하게는 약 20℃ 내지 약 60℃의 범위의 온도에서 금속 게이트 물질 및/또는 ILD 물질에 대해 스핀-온 유리를 선택적으로 제거한다. 제거가 단일 웨이퍼에서 수행되는지 또는 다중 웨이퍼에서 수행되는지에 따라 제거 시간이 변하고, 이때 바람직한 시간은 약 10초 내지 약 30분의 범위에 있다는 것은 통상의 기술자에게 잘 이해될 것이다. 이러한 접촉 시간 및 온도는 예시적이며, 금속 게이트 물질 및/또는 ILD 물질에 대해 스핀-온 유리를 기재로부터 선택적으로 제거하기에 효과적인 다른 적절한 시간 및 온도 조건이 사용될 수 있다.
금속 게이트 물질의 제거 속도는 바람직하게는 약 2 Å분-1 미만, 더욱 바람직하게는 약 1 Å분-1 미만이다. ILD 물질의 제거 속도는 바람직하게는 약 50 Å분-1 미만, 더욱 바람직하게는 약 20 Å분-1 미만, 훨씬 더 바람직하게는 약 10 Å분-1 미만이다. 약 500 내지 2000 Å분-1의 처리된 SOG 에칭 속도와 조합된 상기 바람직한 속도는 약 10:1 내지 약 100:1 초과의 범위의 선택성을 나타낸다.
제 4 양태에서, 본 발명은 에칭액을 포함하는 제거 조성물에 관한 것이다. 바람직하게, 에칭액을 포함하는 제거 조성물은 제 1 양태 내지 제 3 양태의 방법에 사용된다. 광범위한 의미에서, 에칭액은 플루오라이드 공급원을 포함한다. 따라서, 하나의 양태에서, 제거 조성물은 플루오라이드-함유 제거 조성물이되, 상기 플루오라이드-함유 제거 조성물은 하나 이상의 플루오라이드, 하나 이상의 금속 부식 억제제, 물, 및 선택적으로 하나 이상의 유기 용매를 포함하고, 금속 게이트 및/또는 ILD 물질에 대해 스핀-온 유리를 선택적으로 제거한다. 바람직한 양태에서, 플루오라이드-함유 제거 조성물은 완충된다. 하나의 양태에서, 플루오라이드-함유 제거 조성물은 하나 이상의 플루오라이드, 하나 이상의 금속 부식 억제제 및 물을 포함하거나, 이들로 이루어지거나 또는 본질적으로 이루어진다. 또 다른 양태에서, 플루오라이드-함유 제거 조성물은 하나 이상의 플루오라이드, 하나 이상의 금속 부식 억제제, 하나 이상의 유기 용매 및 물을 포함하거나, 이들로 이루어지거나 또는 본질적으로 이루어진다. 또 다른 양태에서, 플루오라이드-함유 제거 조성물은 완충된 플루오라이드, 하나 이상의 금속 부식 억제제, 하나 이상의 유기 용매 및 물을 포함하거나, 이들로 이루어지거나 또는 본질적으로 이루어진다. 또 다른 양태에서, 플루오라이드-함유 제거 조성물은 완충된 플루오라이드, 하나 이상의 금속 부식 억제제 및 물을 포함하거나, 이들로 이루어지거나 또는 본질적으로 이루어진다. 플루오라이드-함유 제거 조성물의 pH는 바람직하게 7 미만이다.
물은 바람직하게는 탈이온화된다. 본 발명의 바람직한 양태에서, 제거 조성물과 기재의 접촉 전의 플루오라이드-함유 제거 조성물은 화학적 기계적 광택 연마제 또는 다른 무기 입자 물질, 규산, 계면활성제, 산화제, 폴리프로필렌이민 덴드리머, 폴리(바이닐 아민), 폴리아민, 폴리이미드아민, 폴리에틸이민, 폴리아미드아민, 폴리 4차 아민, 폴리바이닐 아마이드, 폴리아크릴아마이드, 선형 또는 분지형 폴리에틸렌이민, 및 상기 호모폴리머를 포함하거나 상기 호모폴리머로 이루어질 수 있는 코폴리머, 또는 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군 중에서 선택된 폴리머 물질을 실질적으로 포함하지 않는다.
하나 이상의 플루오라이드 공급원은 불산, 암모늄 플루오라이드, 암모늄 바이플루오라이드, 헥사플루오로규산(HFSA), 암모늄 헥사플루오로실리케이트, 테트라플루오로붕산, 암모늄 테트라플루오로보레이트, 테트라뷰틸암모늄 테트라플루오로보레이트(TBA-BF4), 헥사플루오로탄탈산, 암모늄 헥사플루오로탄탈레이트, 헥사플루오로티탄산, 암모늄 헥사플루오로티타네이트, 및 이들의 조합을 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 바람직하게, 플루오라이드 공급원은 암모늄 플루오라이드 또는 HFSA을 포함한다. HFSA는 HF 및 미세 SiO2 또는 테트라에톡시실란(TEOS)과 같은 테트라알콕시실란으로부터 직접(in situ) 생성될 수 있다.
금속 부식 억제제는 바람직하게 스핀-온 유리에 대해 금속 게이트 물질의 제거를 억제하고, 붕산, 암모늄 보레이트, 아스코르브산, L(+)-아스코르브산, 아이소아스코르브산, 아스코르브산 유도체, 갈산, 글라이신, 세린, 프롤린, 류신, 알라닌, 아스파라긴, 아스파르트산, 글루타민, 발린, 라이신, 이미노다이아세트산(IDA), 붕산, 나이트릴로트라이아세트산, 말산, 아세트산, 말레산, 2,4-펜테인다이온, 포스폰산, 예컨대 1-하이드록시에틸리덴-1,1-다이포스폰산(HEDP), 1-하이드록시에테인-1,1-다이포스폰산, 나이트릴로트리스(메틸렌포스폰산)(NTMP), N,N,N',N'-에틸렌다이아민테트라(메틸렌포스폰산)(EDTMP), 1,5,9-트라이아자사이클로도데케인-N,N',N"-트리스(메틸렌포스폰산)(DOTRP), 1,4,7,10-테트라아자사이클로도데케인-N,N',N",N'"-테트라키스(메틸렌포스폰산)(DOTP), 다이에틸렌트라이아민펜타(메틸렌포스폰산)(DETAP), 아미노트라이(메틸렌포스폰산), 비스(헥사메틸렌)트라이아민 포스폰산, 1,4,7-트라이아자사이클로노네인-N,N',N"-트리스(메틸렌포스폰산)(NOTP), 포스폰산의 에스터, 5-아미노-1,3,4-싸이아다이아졸-2-싸이올(ATDT), 벤조트라이아졸(BTA), 시트르산, 에틸렌다이아민, 옥살산, 탄닌산, 에틸렌다이아민테트라아세트산(EDTA), 요산, 1,2,4-트라이아졸(TAZ), 톨릴트라이아졸, 5-페닐-벤조트라이아졸, 5-나이트로-벤조트라이아졸, 3-아미노-5-머캅토-1,2,4-트라이아졸, 1-아미노-1,2,4-트라이아졸, 하이드록시벤조트라이아졸, 2-(5-아미노-펜틸)-벤조트라이아졸, 1-아미노-1,2,3-트라이아졸, 1-아미노-5-메틸-1,2,3-트라이아졸, 3-아미노-1,2,4-트라이아졸, 3-머캅토-1,2,4-트라이아졸, 3-아이소프로필-1,2,4-트라이아졸, 5-페닐싸이올-벤조트라이아졸, 할로-벤조트라이아졸(할로 = 불소, 염소, 브롬 또는 요오드), 나프토트라이아졸, 2-머캅토벤즈이미다졸(MBI), 2-머캅토벤조싸이아졸, 4-메틸-2-페닐이미다졸, 2-머캅토싸이아졸린, 5-아미노테트라졸, 2,4-다이아미노-6-메틸-1,3,5-트라이아진, 싸이아졸, 트라이아진, 메틸테트라졸, 1,3-다이메틸-2-이미다졸리디논, 1,5-펜타메틸렌테트라졸, 1-페닐-5-머캅토테트라졸, 다이아미노메틸트라이아진, 이미다졸린 싸이온, 머캅토벤즈이미다졸, 4-메틸-4H-1,2,4-트라이아졸-3-싸이올, 벤조싸이아졸, 트라이톨릴 포스페이트, 이미다졸, 인다이아졸, 벤조산, 말론산, 암모늄 벤조에이트, 카테콜, 4-t-뷰틸 카테콜, 파이로갈롤, 레조르시놀, 하이드록퀴논, 사이아누르산, 바비투르산 및 1,2-다이메틸바비투르산과 같은 유도체, 피루브산과 같은 알파-케토산, 아데닌, 퓨린, 글라이신/아스코르브산, 디퀘스트(Dequest) 2000, 디퀘스트 7000, p-톨릴싸이오우레아, 석신산, 포스포노뷰테인 트라이카복실산(PBTCA), 및 이들의 조합을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 마이크로전자 장치의 표면이 알루미늄(예컨대, 알루미늄-구리 합금)을 포함하는 경우, 이의 부식을 억제하기 위해 포스페이트 화합물이 첨가될 수 있다. 고려될 수 있는 알루미늄 금속 부식 억제제는 알킬 포스페이트(예컨대, 트라이아이소뷰틸 포스페이트, 모노(2-에틸헥실)포스페이트, 트리스(2-에틸헥실)포스페이트, 비스(2-에틸헥실)포스페이트, 트라이뷰틸 포스페이트, 2-에틸헥실 포스페이트, 다이뷰틸 수소 포스페이트) 및 인산, 및 이의 유도체를 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 알루미늄 금속 부식 억제제는 하나 이상의 다른 열거된 금속 부식 억제제와 조합될 수 있다. 바람직하게는, 금속 부식 억제제는 HEDP, NTMP, IDA, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다.
제 4 양태의 조성물의 하나 이상의 유기 용매는 에틸렌 글라이콜, 프로필렌 글라이콜, 다이에틸렌 글라이콜, 다이프로필렌글라이콜, 글리세롤, 모노글리세라이드, 다이글리세라이드, 글라이콜 에터, 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중에서 선택되는 글라이콜 용매를 포함할 수 있고, 이때 글라이콜 에터는 다이에틸렌 글라이콜 모노메틸 에터, 트라이에틸렌 글라이콜 모노메틸 에터, 다이에틸렌 글라이콜 모노에틸 에터, 트라이에틸렌 글라이콜 모노에틸 에터, 에틸렌 글라이콜 모노프로필 에터, 에틸렌 글라이콜 모노뷰틸 에터, 다이에틸렌 글라이콜 모노뷰틸 에터(즉, 뷰틸 카비톨), 트라이에틸렌 글라이콜 모노뷰틸 에터, 에틸렌 글라이콜 모노헥실 에터, 다이에틸렌 글라이콜 모노헥실 에터, 에틸렌 글라이콜 페닐 에터, 프로필렌 글라이콜 메틸 에터, 다이프로필렌 글라이콜 메틸 에터, 트라이프로필렌 글라이콜 메틸 에터, 다이프로필렌 글라이콜 다이메틸 에터, 다이프로필렌 글라이콜 에틸 에터, 프로필렌 글라이콜 n-프로필 에터, 다이프로필렌 글라이콜 n-프로필 에터(DPGPE), 트라이프로필렌 글라이콜 n-프로필 에터, 프로필렌 글라이콜 n-뷰틸 에터, 다이프로필렌 글라이콜 n-뷰틸 에터, 트라이프로필렌 글라이콜 n-뷰틸 에터, 프로필렌 글라이콜 페닐 에터, 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중에서 선택된 물질을 포함한다. 바람직하게, 제 4 양태의 하나 이상의 유기 용매는 에틸렌 글라이콜을 포함한다.
플루오라이드-함유 제거 조성물이 완충되는 경우, 바람직하게는 플루오라이드 공급원 또는 암모니아의 짝 염기(conjugate base)의 염과 같은 완충제가 조성물에 첨가된다. 예컨대, 플루오라이드 공급원이 HFSA인 경우, 헥사플루오로실리케이트의 염, 예컨대 암모늄 헥사플루오로실리케이트, 나트륨 헥사플루오로실리케이트, 또는 칼륨 헥사플루오로실리케이트가 첨가될 수 있다. 플루오라이드 공급원이 HF인 경우, 플루오라이드의 염, 예컨대, 암모늄 플루오라이드 또는 암모늄 바이플루오라이드가 첨가될 수 있다. 암모니아 또는 4차 암모늄 수산화물(예컨대, TMAH, TEAH 등)이 조성물을 완충시키기 위해 첨가될 수 있다. 완충제는 상기 열거된 것에 제한되지 않고 플루오라이드 공급원을 선택함에 따라 통상의 기술자에 의해 용이하게 결정될 수 있다.
제 4 양태의 조성물의 제 1 양태에 있어서, 플루오라이드-함유 제거 조성물은 완충된 플루오라이드, 글라이콜 용매, 하나 이상의 금속 부식 억제제 및 물을 포함하거나, 이들로 이루어지거나 또는 본질적으로 이루어진다. 플루오라이드-함유 제거 조성물은 완충된 플루오라이드, 글라이콜 용매, 포스폰산 및 물을 포함하거나, 이들로 이루어지거나 또는 본질적으로 이루어질 수 있다. 다르게는, 플루오라이드-함유 제거 조성물은 완충된 암모늄 플루오라이드, 글라이콜 용매, 포스폰산 및 물을 포함하거나, 이들로 이루어지거나 또는 본질적으로 이루어질 수 있다. 다르게는, 플루오라이드-함유 제거 조성물은 완충된 암모늄 플루오라이드, 글라이콜 용매, 포스폰산, 하나 이상의 추가의 부식 억제제 및 물을 포함하거나, 이들로 이루어지거나 또는 본질적으로 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 완충된 암모늄 플루오라이드는 암모늄 플루오라이드 및 암모니아의 조합을 포함한다. 따라서, 다르게는 플루오라이드-함유 제거 조성물은 NH4F, NH3 또는 TMAH, HEDP, IDA, 글라이콜 및/또는 글라이콜 에터 용매 및 물을 포함하거나, 이들로 이루어지거나 또는 본질적으로 이루어질 수 있다. 다르게는, 플루오라이드-함유 제거 조성물은 NH4F, NH3 또는 TMAH, HEDP, IDA, 에틸렌글라이콜 및 물을 포함하거나, 이들로 이루어지거나 또는 본질적으로 이루어질 수 있다. 다르게는, 플루오라이드-함유 제거 조성물은 NH4F, NH3 또는 TMAH, HEDP, IDA, 프로필렌 글라이콜 및 물을 포함하거나, 이들로 이루어지거나 또는 본질적으로 이루어질 수 있다. 각각의 양태의 플루오라이드-함유 제거 조성물은 바람직하게 연마제 또는 다른 무기 입자 물질, 규산, 계면활성제, 산화제 및 상기 폴리머 물질을 실질적으로 포함하지 않는다. 각각의 양태의 플루오라이드-함유 제거 조성물의 pH는 바람직하게 약 3 내지 약 7의 범위에 있다. 바람직하게, 이러한 제 1 양태의 제거 조성물은 약 0.01 중량% 내지 약 10 중량%의 하나 이상의 플루오라이드, 약 0.01 중량% 내지 약 2 중량%의 완충제, 약 0.01 중량% 내지 약 10 중량%의 하나 이상의 금속 부식 억제제, 약 10 중량% 내지 약 90 중량%의 하나 이상의 유기 용매, 및 약 10 중량% 내지 약 95 중량%의 물을 포함한다. 더욱 바람직하게, 이러한 양태의 제거 조성물은 약 0.5 중량% 내지 약 8 중량%의 하나 이상의 플루오라이드, 약 0.01 중량% 내지 약 1.5 중량%의 완충제, 약 0.5 중량% 내지 약 5 중량%의 하나 이상의 금속 부식 억제제, 약 45 중량% 내지 약 75 중량%의 하나 이상의 유기 용매, 및 약 10 중량% 내지 약 50 중량%의 물을 포함한다.
제 4 양태의 조성물의 제 2 양태에 있어서, 플루오라이드-함유 제거 조성물은 완충된 플루오라이드, 하나 이상의 금속 부식 억제제 및 물을 포함하거나, 이들로 이루어지거나 또는 본질적으로 이루어진다. 플루오라이드-함유 제거 조성물은 완충된 플루오라이드, 포스폰산 및 물을 포함하거나, 이들로 이루어지거나 또는 본질적으로 이루어질 수 있다. 다르게는, 플루오라이드-함유 제거 조성물은 완충된 헥사플루오로규산, 포스폰산 및 물을 포함하거나, 이들로 이루어지거나 또는 본질적으로 이루어질 수 있다. 다르게는, 플루오라이드-함유 제거 조성물은 HFSA, AHFS, HEDP 및 물을 포함하거나, 이들로 이루어지거나 또는 본질적으로 이루어질 수 있다. 다르게는, 플루오라이드-함유 제거 조성물은 HFSA, AHFS, NTMP 및 물을 포함하거나, 이들로 이루어지거나 또는 본질적으로 이루어질 수 있다. 각각의 양태의 플루오라이드-함유 제거 조성물은 바람직하게는 연마제 또는 다른 무기 입자 물질, 규산, 계면활성제, 산화제, 4차 암모늄 수산화물 및 상기 폴리머 물질을 실질적으로 포함하지 않는다. 각각의 양태의 플루오라이드-함유 제거 조성물의 pH는 바람직하게 약 2 미만, 더욱 바람직하게는 약 1 미만이다. 바람직하게는, 이러한 제 2 양태의 제거 조성물은 약 0.01 중량% 내지 약 10 중량%의 하나 이상의 플루오라이드, 약 0.01 중량% 내지 약 10 중량%의 완충제, 약 0.01 중량% 내지 약 10 중량%의 하나 이상의 금속 부식 억제제, 및 약 50 중량% 내지 약 99 중량%의 물을 포함한다. 더욱 바람직하게, 이러한 양태의 제거 조성물은 약 1 중량% 내지 약 8 중량%의 하나 이상의 플루오라이드, 약 1 중량% 내지 약 5 중량%의 완충제, 약 1 중량% 내지 약 5 중량%의 하나 이상의 금속 부식 억제제 및 약 75 중량% 내지 약 90 중량%의 물을 포함한다.
바람직한 양태에서, 제 4 양태의 제거 조성물은 약 0.01 중량% 내지 약 10 중량%의 하나 이상의 플루오라이드, 약 0.01 중량% 내지 약 20 중량%의 하나 이상의 금속 나이트라이드 부식 억제제, 선택적으로 하나 이상의 산화제, 선택적으로 하나 이상의 계면활성제, 및 약 55 중량% 내지 약 99 중량%의 물을 포함하거나, 이들로 이루어지거나 또는 본질적으로 이루어진다. 보다 바람직하게는, 제 4 양태의 제거 조성물은 약 0.01 중량% 내지 약 2 중량%의 하나 이상의 플루오라이드, 약 0.01 중량% 내지 약 10 중량% 하나 이상의 금속 나이트라이드 부식 억제제, 선택적으로 하나 이상의 산화제, 선택적으로 하나 이상의 계면 활성제, 및 약 84 중량% 내지 약 99.5 중량% 물을 포함하거나, 이들로 이루어지거나 또는 본질적으로 이루어진다. 존재하는 경우, 하나 이상의 산화제의 양은 약 0.01 중량% 내지 약 10 중량%, 바람직하게는 약 0.5 중량% 내지 약 3 중량%이다. 존재하는 경우, 하나 이상의 계면 활성제의 양은 약 0.01 중량% 내지 약 5 중량%, 바람직하게는 약 0.01 중량% 내지 약 1 중량%이다.
제 5 양태에서, 본 발명은 에칭액을 포함하는 제거 조성물에 관한 것이다. 바람직하게, 에칭액을 포함하는 제거 조성물은 제 1 양태 내지 제 3 양태의 방법에 사용된다. 광범위한 의미에서, 에칭액은 수산화물 공급원 또는 아민을 포함한다. 따라서, 하나의 양태에서, 알칼리 제거 조성물은 하나 이상의 4차 수산화 암모늄 또는 아민, 하나 이상의 유기 용매, 하나 이상의 알칼리 금속염 또는 알칼리 토금속염(수산화물 포함), 물, 및 선택적으로 하나 이상의 금속 부식 억제제를 포함하는데, 상기 제거 조성물은 금속 게이트 및/또는 ILD 물질에 대해 스핀-온 유리를 선택적으로 제거한다. 하나의 양태에서, 알칼리 제거 조성물은 하나 이상의 4차 수산화 암모늄 또는 아민, 하나 이상의 유기 용매, 하나 이상의 알칼리 금속염 또는 알칼리 토금속염 및 물을 포함하거나, 이들로 이루어지거나 또는 본질적으로 이루어진다. 또 다른 양태에서, 알칼리 제거 조성물은 하나 이상의 4차 수산화 암모늄 또는 아민, 하나 이상의 유기 용매, 하나 이상의 알칼리 금속염 또는 알칼리 토금속염, 하나 이상의 금속 부식 억제제 및 물을 포함하거나, 이들로 이루어지거나 또는 본질적으로 이루어진다. 알칼리 제거 조성물의 pH는 바람직하게 10 초과, 더욱 바람직하게 12 초과, 및 가장 바람직하게 13 초과이다.
물은 바람직하게는 탈이온화된다. 본 발명의 바람직한 양태에서, 알칼리 제거 조성물은 연마제 또는 다른 무기 입자 물질, 계면활성제, 산화제, 플루오라이드 공급원, 또는 이들의 임의의 조합을 실질적으로 포함하지 않는다. 금속 부식 억제제는 상기 기재된 바와 같다.
하나 이상의 4차 암모늄 수산화물은 화학식 [NR1R2R3R4]OH의 화합물을 포함하고, 상기 식에서, R1, R2, R3 및 R4는 서로 동일하거나 상이할 수 있고, 수소, 직쇄 또는 분지쇄 C1-C6 알킬(예컨대, 메틸, 에틸, 프로필, 뷰틸, 펜틸 및 헥실), 및 치환되거나 비치환된 C6-C10 아릴, 예컨대, 벤질, 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(TMAH), 테트라프로필암모늄 하이드록사이드(TPAH), 테트라뷰틸암모늄 하이드록사이드, 테트라에틸암모늄 하이드록사이드, 벤질트라이에틸암모늄 하이드록사이드, 벤질트라이메틸암모늄 하이드록사이드, 트라이뷰틸메틸암모늄 하이드록사이드, 암모늄 하이드록사이드, 테트라뷰틸포스포늄 하이드록사이드(TBPH), (2-하이드록시에틸) 트라이메틸암모늄 하이드록사이드, (2-하이드록시에틸) 트라이에틸암모늄 하이드록사이드, (2-하이드록시에틸) 트라이프로필암모늄 하이드록사이드, (1-하이드록시프로필) 트라이메틸암모늄 하이드록사이드, 에틸트라이메틸암모늄 하이드록사이드, 다이에틸다이메틸암모늄 하이드록사이드(DEDMAH), 및 이들의 조합으로부터 이루어진 군 중에서 선택된다. 하나 이상의 아민은 1,1,3,3-테트라메틸구아니딘(TMG), 구아니딘 카보네이트, 아르기닌, 모노에탄올아민(MEA), 다이에탄올아민(DEA), 트라이에탄올아민(TEA), 에틸렌다이아민, 시스테인, 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중에서 선택된 화합물을 포함한다.
제 5 양태의 조성물의 하나 이상의 유기 용매는 메탄올, 에탄올, 아이소프로판올, 및 고급 알코올(다이올, 트라이올 등 포함), 테트라하이드로퓨란(THF), N-메틸피롤리디논(NMP), 사이클로헥실피롤리디논, N-옥틸피롤리디논, N-페닐피롤리디논, 메틸 포메이트, 다이메틸 폼아마이드(DMF), 다이메틸설폭사이드(DMSO), 테트라메틸렌 설폭사이드, 다이메틸 설파이트, 3-클로로-1,2-프로페인다이올, 테트라메틸렌 설폰(설포란), 다이에틸 에터, 페녹시-2-프로판올(PPh), 프로프라이오페논, 에틸 락테이트, 에틸 아세테이트, 에틸 벤조에이트, 아세토나이트릴, 아세톤, 에틸렌 글라이콜, 프로필렌 글라이콜, 다이옥세인, 뷰티릴 락톤, 뷰틸렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 또는 글라이콜 용매를 포함할 수 있다. 에스터 또는 아마이드가 조성물 중 유기 용매로서의 역할을 하도록 선택되는 경우, 둘 사이의 반응을 최소화하기 위하여 공정 직전에 염기와 바람직하게 혼합된다는 것이 통상의 기술자에게 자명할 것이다. 바람직하게는, 제 5 양태의 하나 이상의 유기 용매는 DMSO를 포함한다.
하나 이상의 알칼리 금속염 또는 알칼리 토금속염은 나트륨, 칼륨, 류비듐, 세슘, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬 또는 바륨의 임의의 염을 포함할 수 있다. 고려되는 염은 염화물, 브롬화물, 요오드화물, 탄산염, 수산화물, 황산염, 인산염, 아세트산염, 질산염, 아질산염 및 아황산염을 포함한다. 바람직하게, 알칼리 금속염 또는 알칼리 토금속염은 염화 세슘 또는 수산화 세슘을 포함한다.
제 5 양태의 본 발명의 조성물은 바람직하게 4차 암모늄 수산화물 또는 아민, 하나 이상의 유기 용매, 알칼리 금속염 또는 알칼리 토금속염 및 물을 포함하거나, 이들로 이루어지거나 또는 본질적으로 이루어진다. 알칼리 제거 조성물은 4차 암모늄 수산화물 또는 아민, 하나 이상의 유기 용매, 염화 세슘 또는 수산화 세슘 및 물을 포함하거나, 이들로 이루어지거나 또는 본질적으로 이루어질 수 있다. 다르게는, 알칼리 제거 조성물은 4차 암모늄 수산화물 또는 아민, DMSO, 염화 세슘 또는 수산화 세슘 및 물을 포함하거나, 이들로 이루어지거나 또는 본질적으로 이루어질 수 있다. 또 다르게는, 알칼리 제거 조성물은 BTMAH, DMSO, 염화 세슘 또는 수산화 세슘 및 물을 포함하거나, 이들로 이루어지거나 또는 본질적으로 이루어질 수 있다. 상기 각각의 양태의 알칼리 제거 조성물은 바람직하게 상기 연마제 또는 다른 무기 입자 물질, 계면활성제, 산화제, 플루오라이드 공급원, 또는 이들의 조합을 실질적으로 포함하지 않는다. 바람직하게, 이러한 양태의 제거 조성물은 약 0.01 중량% 내지 약 40 중량%의 하나 이상의 4차 수산화 암모늄 또는 아민, 약 1 중량% 내지 약 30 중량%의 하나 이상의 유기 용매, 약 0.01 중량% 내지 약 5 중량%의 하나 이상의 알칼리 금속염 또는 알칼리 토금속염, 및 약 10 중량% 내지 약 95 중량%의 물을 포함한다. 보다 바람직하게, 이러한 양태의 제거 조성물은 약 0.1 중량% 내지 약 20 중량%의 하나 이상의 4차 수산화 암모늄 또는 아민, 약 5 중량% 내지 약 20 중량%의 하나 이상의 유기 용매, 약 0.1 중량% 내지 약 3 중량%의 하나 이상의 알칼리 금속염 또는 알칼리 토금속염, 및 약 50 중량% 내지 약 90 중량%의 물을 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 본원에 기재된 임의의 제거 조성물은 용해된 스핀-온 유리를 추가로 포함할 수 있다. 예컨대, 플루오라이드-함유 제거 조성물은 하나 이상의 플루오라이드, 하나 이상의 금속 부식 억제제, 물, 용해된 스핀-온 유리, 및 선택적으로 하나 이상의 유기 용매를 포함하거나, 이들로 본질적으로 이루어지거나 또는 이루어질 수 있다. 또 다른 양태에서, 플루오라이드-함유 제거 조성물은 완충된 플루오라이드, 하나 이상의 금속 부식 억제제, 물, 용해된 스핀-온 유리, 및 선택적으로 하나 이상의 유기 용매를 포함하거나, 이들로 본질적으로 이루어지거나 또는 이루어질 수 있다. 또 다른 양태에서, 알칼리 제거 조성물은 하나 이상의 4차 수산화 암모늄 또는 아민, 하나 이상의 유기 용매, 하나 이상의 알칼리 금속염 또는 알칼리 토금속염, 물, 용해된 스핀-온 유리, 및 선택적으로 하나 이상의 금속 부식 억제제를 포함하거나, 이들로 이루어지거나 또는 본질적으로 이루어질 수 있다.
제 4 양태 또는 제 5 양태의 제거 조성물의 농축된 형태를 사용 전에 희석시키는 것은 통상적이다. 예컨대, 제거 조성물은 사용 전 및/또는 사용 중 제조 장치에서 보다 농축된 형태로 제조될 수 있고, 이어서 물 및/또는 유기 용매로 희석될 수 있다. 희석 비율은 약 0.1부의 희석액 : 1부의 제거 조성물 농축액 내지 약 100 부의 희석액 : 1부의 제거 조성물 농축액의 범위일 수 있다.
제 4 양태 또는 제 5 양태의 제거 조성물은 각각의 성분을 단순히 첨가하고 균질 조건으로 혼합함으로써 용이하게 제조된다. 또한, 제거 조성물은 단일-패키지(package) 제형, 또는 사용 시 또는 사용 전에 혼합되는 다중-부(part) 제형, 바람직하게는 다중-부 제형으로서 용이하게 제조될 수 있다. 다중-부 제형의 각각의 부는 장치 또는 혼합 영역/지역(예컨대 직렬식 혼합기) 또는 장치의 저장 탱크의 상류에서 혼합될 수 있다. 다중-부 제형의 다양한 부는 함께 혼합되었을 때 원하는 제거 조성물을 형성할 수 있는 성분/구성 요소의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 각각의 성분의 농도는 본 발명의 광범위한 실시에 있어서 특정 다수의 제거 조성물에서 광범위하게 변할 수 있고(즉, 보다 묽거나, 보다 농축됨), 본 발명의 제거 조성물은 다양하게 그리고 선택적으로 본원의 기재에 부합하는 성분의 임의의 조합을 포함하거나 이들로 이루어지거나 또는 본질적으로 이루어질 수 있다.
따라서, 제 6 양태는 하나 이상의 용기에서 제 4 양태 또는 제 5 양태의 조성물을 형성하는 하나 이상의 성분을 포함하는 키트(kit)에 관한 것이다. 키트의 용기(예컨대, 나우팩®(NOWPak®) 용기(미국, 코네티컷주, 덴버리시, 어드밴스드 테크놀러지 머티리얼, 인코포레이티드)는 상기 제거 조성물을 저장하고 운반하는데 적합해야 한다. 각각의 제거 조성물의 성분을 포함하는 상기 하나 이상의 용기는 바람직하게 하나 이상의 용기 내의 상기 성분을 혼합 및 분배(dispense)하기 위한 유체 연통(fluid communication)을 야기하는 수단을 포함한다. 예컨대, 나우팩® 용기와 관련하여, 기체 압력은 상기 하나 이상의 용기 내의 라이너(liner)의 외부에 인가되어 라이너의 적어도 일부가 방출되어 혼합 및 분배를 위한 유체 연통을 가능하게 할 수 있다. 다르게는, 기체 압력이 통상의 압력 용기 또는 펌프의 상부 공간에 인가되어 유체 연통을 가능하게 하는데 사용될 수 있다. 또한, 상기 시스템은 바람직하게는 혼합된 제거 조성물을 공정 장치로 분배하기 위한 분배 포트(port)를 포함한다.
실질적으로 화학적으로 비활성이고 불순물이 없으며 유연하고 탄성이 있는 폴리머 필름 물질, 예컨대 고밀도 폴리에틸렌은 바람직하게 상기 하나 이상의 용기의 라이너를 제조하는데 사용된다. 바람직한 라이너 물질은 공-압출 또는 장벽층 없이, 그리고 임의의 안료, UV 억제제 또는 라이너에 배치된 성분의 순도 요건에 불리한 영향을 미칠 수 있는 가공제 없이 가공된다. 바람직한 라이너 물질의 예는 버진(virgin) (무첨가제) 폴리에틸렌, 버진 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE), 폴리프로필렌, 폴리우레탄, 폴리바이닐리덴 클로라이드, 폴리바이닐클로라이드, 폴리아세탈, 폴리스타이렌, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리뷰틸렌 등을 포함하는 필름을 들 수 있다, 이러한 라이너 물질의 바람직한 두께는 약 5 밀(0.005 인치) 내지 약 30 밀(0.030 인치), 예컨대 20 밀(0.020 인치)의 두께의 범위이다.
키트를 위한 용기와 관련하여, 하기 특허 및 특허 출원의 기재 내용이 본원에 참조로 혼입된다: 미국특허 제7,188,644호(발명의 명칭: 초순수 액체에서 입자의 생성을 최소화하는 장치 및 방법); 미국특허 제6,698,619호(발명의 명칭: 회수 가능하고 재사용 가능한 백이 내장된 드럼형 유체 저장 및 분배 용기 시스템); 및 미국특허출원 제60/916,966호(발명의 명칭:“물질 혼합 및 분배 시스템 및 방법"; 출원일: 2007년 5월 9일; 출원인: 존 이.큐. 휴즈) 및 국제출원 제PCT/US08/63276호(발명의 명칭: 물질 혼합 및 분배 시스템 및 방법; 출원일: 2008년 5월 9일).
제거 적용에 있어서, 제거 조성물(예컨대, 제 4 양태 또는 제 5 양태의 제거 조성물)은 임의의 적절한 방법, 예컨대 장치 기재의 표면 상에 제거 조성물을 분무하거나, 정적 또는 동적 체적의 제거 조성물에서 장치 기재를 디핑하거나, 장치 기재를, 그 위에 흡수된 제거 조성물을 갖는 또 다른 물질, 예컨대 패드 또는 섬유상 흡착 어플리케이터 요소와 접촉시키거나, 제거 조성물이 스핀-온 유리, 게이트 금속 물질 및/또는 ILD 물질을 갖는 장치 기재와 제거 접촉할 수 있는 다른 적절한 방법, 방식 또는 기술에 의해 장치 기재에 적용된다. 또한, 배치(batch) 또는 단일 웨이퍼 공정이 본원에서 고려된다.
원하는 제거 작용을 달성한 후에, 제거 조성물은 상기 조성물이 적용되었던 장치 기재로부터, 예컨대 희망하거나 효과적일 수 있는 린스(rinse), 세척 또는 다른 제거 단계에 의해 용이하게 제거된다. 예컨대, 장치 기재는 탈이온수 및/또는 드라이(예컨대, 스핀-드라이, N2, 용매(예컨대, IPA) 증기-드라이 등) 린스 용액으로 세척될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태는 본 발명의 방법에 따라 제조된 개선된 마이크로전자 장치 및 상기 마이크로전자 장치를 포함하는 제품에 관한 것이다.
본 발명의 추가의 양태는 마이크로전자 장치를 포함하는 물품(article)을 제조하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 금속 게이트 물질 및/또는 ILD 물질에 대해 스핀-온 유리를 상기 물질을 그 위에 갖는 마이크로전자 장치로부터 선택적으로 제거하기에 충분한 시간 동안 마이크로전자 장치를 제거 조성물과 접촉시키고, 마이크로 전자 장치를 상기 물품에 투입시키는 것을 포함한다. 제거 조성물은 하나 이상의 플루오라이드, 하나 이상의 금속 부식 억제제, 물, 및 선택적으로 하나 이상의 유기 용매를 포함하거나, 이들로 이루어지거나 또는 본질적으로 이루어질 수 있다. 다르게는, 제거 조성물은 완충된 플루오라이드, 하나 이상의 금속 부식 억제제, 물, 및 선택적으로 하나 이상의 유기 용매를 포함하거나, 이들로 본질적으로 이루어지거나 또는 이루어질 수 있다. 또 다른 양태에서, 제거 조성물은 하나 이상의 4차 수산화 암모늄 또는 아민, 하나 이상의 유기 용매, 하나 이상의 알칼리 금속염 또는 알칼리 토금속염, 물, 및 선택적으로 하나 이상의 금속 부식 억제제를 포함하거나, 이들로 이루어지거나 또는 본질적으로 이루어질 수 있다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 에칭 후 잔류물(residue)을 제거하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 에칭 후 잔류물을 포함하는 기재를 제 4 양태의 제거 조성물과 접촉시키는 것을 포함하되, 상기 제거 조성물은 기재로부터 에칭 후 잔류물을 제거하는데 유용하다. 예컨대, 폴리-실리콘은 에칭될 수 있고 남아있는 잔류물은 제 4 양태의 조성물을 사용하여 제거할 수 있다. 바람직하게, 제 4 양태의 조성물은 하나의 양태로서 약 3 내지 약 7의 범위의 pH를 가진다.
본 발명의 특징 및 이점은 하기의 비-제한적인 실시예에 의해 더욱 자세히 설명되고, 달리 언급되지 않는 한 모든 부 및 퍼센트는 중량을 기준으로 한다.
실시예 1
하기 조성물을 제조하였다.
조성물 A : 62.50 중량%의 에틸렌 글라이콜, 30.80 중량%의 탈이온수, 4.00 중량%의 NH4F, 1.00 중량%의 HEDP(60 중량% 수용액), 1.50 중량%의 IDA, 0.20 중량%의 농축 NH3
조성물 A의 pH는 약 6.4로 측정되었다. 티타늄 나이트라이드, 탄탈륨 나이트라이드, SOG 및 ILD의 층을 갖는 각각의 블랭킷(Blanketed) 웨이퍼를 30℃에서 5분, 5분, 0.75분 및 2분 동안 각각 조성물 A에 함침시켰다. 각각의 나이트라이드의 에칭 속도는 2 Å분-1 미만으로 측정되었다. SOG 및 ILD의 에칭 속도는 각각 959 Å분-1 및 123 Å분-1로 측정되었고, ILD에 대한 SOG의 선택성은 7.8:1이었다. 동일한 조성물을 탈이온수로 1:1의 중량비로 희석시키는 경우, 상기와 동일한 조건 하에 SOG 및 ILD 각각의 에칭 속도는 688 및 56 Å분-1로 감소하였고, 12.4:1의 개선된 선택성을 나타내었다.
실시예 2
하기 조성물을 제조하였다.
조성물 B : 71.43 중량%의 탈이온수, 17.86 중량%의 BTMAH (20 중량% 수용액), 9.92 중량%의 DMSO, 0.79 중량%의 CsCl
조성물 B의 pH는 약 14로 측정되었다. 티타늄 나이트라이드, 탄탈륨 나이트라이드, SOG 및 ILD의 층을 갖는 각각의 블랭킷 웨이퍼를 60℃에서 1.5분 동안 조성물 B에 함침시켰다. 각각의 나이트라이드의 에칭 속도는 2 Å분-1 미만으로 측정되었다. SOG 및 ILD의 에칭 속도는 각각 약 1800 Å분-1 및 약 9 Å분-1로 측정되었다. 유리하게, ILD에 대한 SOG의 선택성은 약 200:1이었다.
실시예 3
하기 조성물을 제조하였다.
조성물 C : 3.50 중량%의 암모늄 헥사플루오로실리케이트, 1.72 중량%의 HFSA, 1 중량%의 NTMP, 93.78 중량%의 탈이온수.
조성물 C의 pH는 1 미만으로 측정되었다. 티타늄 나이트라이드, SOG 및 ILD의 층을 갖는 각각의 블랭킷 웨이퍼를 25℃에서 0.75분 및 2분 동안 각각 조성물 C에 함침시켰다. 티타늄 나이트라이드의 에칭 속도는 0.7 Å분-1으로 측정되었다. SOG 및 ILD의 에칭 속도는 각각 650 Å분-1 및 37.4 Å분-1로 측정되었고, ILD에 대한 SOG의 선택성은 17.4:1이었다.
밀접하게 연관된 데이터들은, 조금 더 양호한 SOG/ILD 선택성과 함께 합리적인 TiN 에칭 속도가 훨씬 더 낮은 억제제 농도로 얻어질 수 있다는 것을 보여준다. 구체적으로, 조성물은 3.50%의 AHFS, 1.72%의 HFSA, 0.25%의 NTMP 및 94.03%의 탈이온수을 포함한다. SOG 에칭 속도는 689 Å분-1이었고, ILD 에칭 속도는 36.8 Å분-1이었으며, ILD에 대한 SOG의 선택성은 18.7:1이었고, TiN의 에칭 속도는 2.2 Å분-1이었다.
실시예 4
하기 성분을 갖는 조성물 D를 제조하였다:
조성물 D
탈이온수 28.28 중량%
암모늄 플루오라이드(96%) 3.67 중량%
IDA 1.43 중량%
HEDP(60%) 1.59 중량%
프로필렌 글라이콜 59.65 중량%
카테콜 0.48 중량%
알킬 포스페이트(KC-212) 0.24 중량%
TMAH(25%) 4.66 중량%
pH = 약 5.2 내지 약 5.5
스핀-온 유리(SOG), TiN, TaN 및 Al/AlOx의 쿠폰(coupon)을 25℃에서 제형에 함침시키고 에칭 속도를 측정하였다. SOG의 에칭 속도는 880 내지 900 Å분-1, TiN의 에칭 속도는 0.3 Å분-1 미만이었고, TaN에 대해서는 뚜렷한 손상(damage)이 없었다. Al/AlOx 쿠폰과 관련하여, Al에 대한 손상 없이 AlOx를 제거하였다. 따라서, 금속 게이트 물질에 대해 선택적으로 SOG를 제거하고, 알루미늄을 부식시키지 않는 제거 조성물을 제조하였다.
금속 게이트 물질에 대해 SOG를 선택적으로 제거하고 알루미늄을 부식시키지 않는 추가의 제거 조성물은 다음과 같은 조성을 갖는다: 약 25 중량% 내지 약 35 중량%의 탈이온수, 약 3 중량% 내지 약 5 중량%의 암모늄 플루오라이드, 약 1 중량% 내지 약 2 중량%의 IDA, 약 0.5 중량% 내지 약 1.5 중량%의 HEDP, 약 57 중량% 내지 약 70 중량%의 글라이콜 용매(예컨대, EG 또는 PG), 약 0.5 중량% 내지 약 2 중량%의 4차 염기(예컨대, NH4OH 또는 TMAH), 약 0.1 중량% 내지 약 0.5 중량%의 알킬 포스페이트, 및 선택적으로 약 0.1 중량% 내지 약 1 중량%의 카테콜. pH는 약 5.2 내지 약 5.5의 범위에 있다.
실시예 5
다음과 같은 조성을 갖는 에칭 후 잔류물 제거 조성물을 제조하였다: 약 15 중량% 내지 약 35 중량%의 탈이온수, 약 0.5 중량% 내지 약 1.5 중량%의 암모늄 플루오라이드, 약 0.25 중량% 내지 약 2 중량%의 IDA, 약 0.1 중량% 내지 약 1 중량%의 HEDP, 약 55 중량% 내지 약 80 중량%의 글라이콜 및/또는 글라이콜 에터 용매(예컨대, EG, PG, 글라이콜 에터), 약 0.1 중량% 내지 약 1 중량%의 4차 염기(예컨대, NH4OH 또는 TMAH), 및 약 0.1 중량% 내지 약 0.5 중량%의 알킬 포스페이트. pH는 약 5.2 내지 약 5.5의 범위에 있다. 이러한 조성물은 폴리-실리콘 에칭 후 잔류물을 제거하는데 사용된다.
본 발명은 예시적인 양태 및 특징을 참조로 하여 다양하게 기재되었으나, 본원에 기재된 양태 및 특징은 본 발명을 제한하지 않고 본원의 기재에 기초하여 다른 변형예, 변경예 및 다른 양태가 통상의 기술자에게 제안될 수 있다. 그러므로, 본 발명은 후술할 본원 특허청구범위의 사상 및 범위 내의 모든 변형예, 변경예 및 다른 양태를 포함하는 것으로 광범위하게 이해되어야 한다.
Claims (1)
- 금속 게이트 물질, ILD 물질, 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중에서 선택된 물질에 대해 스핀-온(spin-on) 유리를 선택적으로 제거하는 방법으로서,
상기 방법은 상기 스핀-온 유리 및 상기 물질을 포함하는 기재를 제거 조성물과 접촉시키는 것을 포함하되, 상기 제거 조성물은 상기 물질에 대해 상기 스핀-온 유리를 선택적으로 제거하는, 방법.
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