KR20220079928A - 습식 에칭 조성물 및 방법 - Google Patents

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엠마누엘 아이. 쿠퍼
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엔테그리스, 아이엔씨.
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Abstract

본 발명은 질화물 에칭 대 산화물 에칭의 선택성을 개선하기 위한 조성물 및 방법을 제공하고, 종래의 인산 습식 에칭 조성물과 함께 사용될 수 있다. 본 발명은 산화규소 표면 상의 규소, 산화물 및 관련 화합물의 재성장(즉, 재침착)을 억제하는 역할을 하는 첨가제를 기술한다. 특정 실시양태에서, 본 발명은 트리-알콕시 실란에 결합된 특정 아미노-치환된 아릴 화합물을 제공한다.

Description

습식 에칭 조성물 및 방법
본 발명은 산화규소, 폴리실리콘 및/또는 금속 규화물의 존재 하에서 질화규소를 선택적으로 에칭하기 위한 조성물 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 특히 다층 반도체 웨이퍼 구조에서, 산화규소, 폴리실리콘 및/또는 금속 규화물의 노출된 또는 하부 층에 대해 높은 에칭 속도 및 높은 선택성으로 질화규소 층을 효과적이고 효율적으로 에칭하기 위한 조성물 및 방법에 관한 것이다.
개선된 마이크로전자 장치 성능에 대한 지속적인 요구에 따라 장치 치수를 감소시키는 것에 대한 지속적인 강조가 있으며, 이는 장치 밀도를 극적으로 증가시킬 뿐만 아니라 장치 성능을 개선하는 이중 이점을 제공한다. 감소된 장치 치수로 인해 전하 운반체, 예를 들어, 전자가 이동해야 하는 경로가 더 짧아지기 때문에 장치 성능이 개선된다.
예를 들어, 금속-산화물-반도체 전계-효과 트랜지스터(MOSFET) 게이트 전극은 전기적 접촉점으로서 게이트 표면 및 소스 및 드레인 영역을 갖는다. 소스와 드레인 영역 사이의 거리는 게이트 전극의 채널 길이를 형성하며, 이와 같이, 장치 치수를 감소시킴으로써 채널 길이는 부수적으로 감소된다. 그 결과로 장치의 스위칭 속도가 증가한다.
장치 치수를 감소시키는 것으로 인해 마이크로전자 장치 칩 상의 장치의 패키징 밀도가 증가한다는 것은 자명하다. 이 증가된 패키징 밀도는 장치 간의 상호연결 경로 길이의 급격한 감소를 가져오고, 이는 이러한 상호연결 경로가 전체 장치 성능에 미치는 상대적인 부정적인 영향(예컨대 저항성 전압 강하, 크로스 토크 또는 RC 지연)을 감소시킨다.
그러나 이러한 요구사항은 증가된 기생 정전 용량, 장치 접촉 저항(MOSFET 장치의 게이트, 소스 및 드레인 접촉) 및 패턴 정의의 엄격한 허용 오차의 문제를 야기한다. 1 마이크로미터 이하 또는 0.5 마이크로미터 이하 또는 심지어 0.25 마이크로미터 이하의 매우 작은 현대 실리콘 장치의 경우, 접촉을 패터닝하기 위한 종래의 포토리소그래피 기술은 임계 치수의 요구되는 허용 오차를 충족하지 못할 것이다. 해상도 및 피처 크기를 개선하기 위해 연구된 방법에는 자가-정렬된 폴리-실리콘(폴리-Si) 게이트 구조의 형성이 포함되고, 이는 임계 치수 허용 오차의 문제를 해결하는데 도움이 된다. 이 방법을 이용하면, 게이트 전극의 소스와 드레인에 대해 형성된 접촉점이 폴리-Si 게이트와 자가-정렬된다.
자가-정렬 게이트 구조의 형성 동안 직면한 한 가지 문제는 폴리실리콘, 산화규소 및/또는 금속 규화물 물질에 대한 질화규소 물질의 선택적 제거였다. 예를 들어, 게이트 전극을 덮는 질화규소 층의 이방성 에칭 동안, 하부 산화규소 층 및 규소 기판 또한 종종 손상되어, 반도체 장치의 신뢰성을 저하시킨다.
질화규소(Si3N4)를 선택적으로 제거하기 위한 종래의 습식 에칭 기술은 물과 함께, 전형적으로 85 % 인산 및 15 % 물(부피 기준)을 갖는 고온(대략 145-180 ℃)의 인산(H3PO4) 용액을 활용했다. 새로운 고온 인산을 이용하면, 전형적인 Si3N4:SiO2 선택성은 약 40:1이다. 유리하게는, 질화물 층이 제거됨에 따라, 르 샤틀리에의 원리와 일치하는 수화된 산화규소가 형성되어, 장치 표면으로부터 산화규소의 추가적 제거를 억제하고; 따라서 선택성은 사용함에 따라 점차 증가한다. 뜨거운 인산 에칭의 사용과 관련된 단점은 금속 규화물 물질, 예를 들어 게이트 접촉 물질의 부식, 산화규소의 에칭, 및 공정 용액 내에서 특정 양의 물을 유지하는 것과 관련된 어려움으로 인한 공정 제어를 포함한다. 또한 고온 인산은 많은 제조업체에서 점점 더 선호되는 단일 웨이퍼 도구에 적용하기 어려운 매질이었다.
질화규소를 선택적으로 제거하는 또 다른 방법은 플루오린화수소산을 포함하는 조성물의 사용을 포함하지만, 상기 조성물은 산화규소 또한 제거한다. 희석을 통해 약 10:1의 Si3N4:SiO2 선택성을 얻을 수 있지만; 질화규소의 에칭 속도가 손상되거나 주위 압력 초과의 압력이 사용되어야 한다. 질화규소를 제거하는 또 다른 공정은 할로겐화 기체 종을 이용하는 건식 에칭 제거를 포함하지만; Si3N4:SiO2 선택성 비율은 전술한 습식 에칭 공정을 이용하여 얻은 것보다 훨씬 더 나쁘다.
오늘날 모든 주요 메모리 칩 제조업체에서 개발 중인 3D-NAND 구조는 산화물(PETEOS)에 의해 정의되는 높은 종횡비의 "슬릿" 중에서 질화규소(SiN)의 고선택성 에칭을 요구한다. 통상의 고온 인산 "고온 인(hot phos)" 공정에서, 선택성은 특정 양의 질화물을 미리 용해시킴으로써 제어된다. 용해된 질화규소는 난용성 산화물로 변환되고; 에칭 동안에도 동일한 일이 발생하지만, 산화물은 곧 슬릿의 개구부 근처에 침착되기 시작하여, 결국 이들을 차단한다. 문헌[US 2017/0287725], 특히 콜로이드성 실리카의 침착이 마이크로전자 장치의 갭 또는 트렌치를 "핀치 오프"하는 경향이 있는 예시를 나타내는 도 1d 참조. 그 결과, 사전 에칭 산화물 농도의 공정 윈도우가 매우 좁고, 제어하기 어렵고, 에칭 배스를 매우 자주 교체해야 한다. 따라서 산화물 재침착 속도는 최소화되어야 한다.
또한, 깊은 슬릿은 에칭하는데 긴 시간이 걸린다(전형적으로 1 시간 이상). 소량의 HF를 첨가하는 것은 에칭 속도를 증가시키지만, 가용성 실리카 종의 중합 및 결과적으로 산화물 재침착 속도 또한 증가시킨다. 또한, HF 및 관련 플루오린화 종의 휘발성으로 인해 공정 제어의 어려움을 야기한다.
평면 NAND 기술에서 스케일링은 주로 리소그래피에 의해 주도된다. 3D NAND 스케일링에서, 매우 높은 종횡비(HAR) 특징을 갖는 복잡한 3D 구조를 생성하려면 극도의 정밀도 및 공정 반복성이 요구된다. 따라서, 3D NAND로 성공을 달성하려면 변동성을 최소화하는 혁신적인 패터닝 솔루션이 요구된다. (3D NAND 대량 제조의 문제 극복(Overcoming Challenges in 3D NAND Volume Manufacturing) 참조. 솔리드 스테이트 테크놀로지(Solid State Technology) 웹사이트: http://electroiq.com/blog/2017/07/overcoming-challenges-in-3d-nand-volume-manufacturing/)
극도의 HAR 특징을 에칭하는데 있어서의 정밀도는, 셀 액세스를 위한 채널 홀 및 트렌치뿐 아니라, 데이터 판독, 기입, 및 소거를 위해 주변 CMOS 회로에 셀을 연결하는 그의 고유한 계단 구조 건축물을 최적화하는데 중요하다. 메모리 스택의 수직 피치가 약 50 nm이면, 96 층 스택은 높이가 4.8 ㎛ 정도이다. 이는 ~ 100:1의 까다로운 종횡비에 대응한다.
또한, 다층 스택 높이가 증가함에 따라, 메모리 어레이의 상단 및 하단에서 일관된 에칭 및 침착 프로파일을 달성하는데 드는 어려움 역시 증가한다. 예를 들어, ~100:1의 비율을 가정하면, 메모리 스택에서 Si3N4의 선택적 제거는 습식 에칭 문제가 된다. 어려움은 SiO2를 전혀 에칭하지 않으면서 웨이퍼 전체에서 및 스택의 상단과 하단에서 Si3N4를 일관되게 제거하는 것이다. 96개 층 미만에서, 이 작업은 고온의 인산(~160 ℃)을 사용하여 수행되지만; 96개 층 이상에서는 공정 여유를 개선하기 위해 특별히 배합된 습식 에칭 화학물질이 필요하다.
발명의 요약
일반적으로, 본 발명은 산화규소 에칭을 억제하는 역할을 하여, 그에 따라 질화물 에칭 대 산화물 에칭의 선택성을 개선하고 종래의 인산 습식 에칭 조성물과 함께 사용될 수 있는 특정 실란 첨가제를 제공한다. 첨가제는 또한 산화규소 표면 상에서 Si 재성장(즉, 재침착)을 억제하는 역할을 한다. 특정 실시양태에서, 본 발명은 트리-알콕시실란에 결합된 특정 아미노-치환된 아릴 화합물을 제공한다. 이러한 화합물은 인산 습식 에칭 조성물의 첨가제로서 유용하다.
도 1은 본 발명의 조성물에서 p-아미노페닐 트리메톡시실란("APS"로 지정됨)의 에칭 성능을 도시한다.
도 2는 다양한 조성물에 대한 질화규소의 에칭 속도 대 TEOS 웨이퍼 에칭 속도의 비교이다. 좌측에서 우측으로, 조성물은 (i) 85 % H3PO4(기준); (ii) H3PO4/HF(0.004 중량 퍼센트)/N-(2아미노에틸)-3-아미노프로필실란트리올(1.5 중량 퍼센트); (iii) H3PO4/HF(0.004 중량%)/N-(2아미노에틸)-3-아미노프로필실란트리올(3.0 중량%), (iv) H3PO4/페닐포스폰산(0.5 중량 퍼센트)/(0.6 중량%) 트리메톡시페닐실란; 및 (v) H3PO4/p-아미노페닐트리메톡시실란(0.08 중량%)이다.
발명의 상세한 설명
첫 번째 측면에서, 본 발명은
(a)
(i) 화학식(I)의 화합물
Figure pct00001
(여기서 A는 방향족 고리 또는 헤테로방향족 고리이고, 각각의 R1은 동일하거나 상이하고, 수소, 히드록시, 또는 히드록실, C1-C20 알킬, C1-C20 알킬아미노, 페닐, 벤질, 및 C1-C20 알콕시, 페녹시, 및 C3-C8 시클로알킬로부터 선택되고; x는 0 또는 1이고; 각각의 y 및 y'는 동일하거나 상이할 수 있고 0이거나 또는 1 내지 5의 정수로부터 선택되고; z는 1, 2 또는 3으로부터 선택되는 정수이고; m은 1, 2 또는 3으로부터 선택되는 정수이고; w는 0이거나 또는 1, 2, 3 또는 4에서 선택된 정수이고, m + z = 4이다); 또는
(ii) 화학식 (II)의 화합물
Figure pct00002
(여기서 각각의 R1은 동일하거나 상이하고 상기 정의된 바와 같고, -M-은 -NH- 또는 -O-로부터 선택된다);
(b) 인산; 및
(c) 물을 포함하는 용매의 반응 생성물을 포함하는 조성물을 제공한다.
상기 사용된 바와 같이, 어구 "...의 반응 생성물”은 성분 (a)에 언급된 출발 화합물이 수성 인산의 존재 하에 가수분해되어 다른 종을 생성하는 상황을 반영한다.
일 실시양태에서, 본 발명의 조성물에서, 화학식 (I)의 화합물은
Figure pct00003
의 구조를 가지고, 여기서 R1이 상기 정의된 바와 같고 각각의 R2가 동일하거나 상이하고 H 및 C1-C20 알킬로부터 선택된다. 추가 실시양태에서, 화학식 (I)의 화합물은 p-아미노페닐 트리메톡시실란이다.
또 다른 실시양태에서, 성분 (a)가 트리페닐실란올이다.
또 다른 실시양태에서, 각각의 R1이 동일하거나 상이하고 히드록실, C1-C20 알콕시 및 C1-C20 알킬아미노로부터 선택되고, y, y', 및 x가 0이다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "방향족 고리" 또는 "아릴"은 페닐 및 나프틸 및 하기로부터 선택된 1개 내지 3개의 기로 치환된 이러한 기를 포함한다:
C1-C20 알킬, C1-C20 알콕시, -CN, -NO2, C1-C20 알콕시카르보닐, C1-C20 알카노일옥시, C1-C20 알킬술포닐, 히드록실, 카르복실, 할로, 페닐, 벤질, 아미노-C1-C20 알킬, --C1-C20 알킬-SO3H, --C1-C20 알킬-PO3H2, 및 화학식 -N(R1)2의 기.
용어 "헤테로방향족 고리" 또는 "헤테로아릴"은 1개의 산소 원자, 및/또는 1개의 황 원자, 및 최대 3개의 질소 원자를 함유하는 5 또는 6원 헤테로시클릭 아릴 고리를 포함하며, 상기 헤테로시클릭 아릴 고리는 1개 또는 2개의 페닐 고리에 임의적으로 융합된다. 이러한 계의 예는 티에닐, 푸릴, 피롤릴, 이미다졸릴, 피라졸릴, 티아졸릴, 이소티아졸릴, 옥사졸릴, 이속사졸릴, 트리아졸릴, 티아디아졸릴, 옥사디아졸릴, 테트라졸릴, 티아트리아졸릴, 옥사트리아졸릴, 피리딜, 피리미딜, 피라지닐, 피리다지닐, 티아지닐, 옥사지닐, 트리아지닐, 티아디아지닐, 옥사디아지닐, 디티아지닐, 디옥사지닐, 옥사티아지닐, 테트라지닐, 티아트리아지닐, 옥사트리아지닐, 디티아디아지닐, 이미다졸리닐, 디히드로피리미딜, 테트라히드로피리미딜, 테트라졸로-[1,5-b]피리다지닐 및 퓨리닐, 벤족사졸릴, 벤조티아졸릴, 벤즈이미다졸릴, 인돌릴 등을 포함하고; 이러한 기는 하기에서 선택된 1개 내지 3개의 기로 임의적으로 치환된다:
C1-C20 알킬, C1-C20 알콕시, -CN, -NO2, C1-C20 알콕시카르보닐, C1-C20 알카노일옥시, C1-C20 알킬술포닐, 히드록실, 카르복실, 할로, 페닐, 벤질, 아미노-C1-C20 알킬, --C1-C20 알킬-SO3H, --C1-C20 알킬-PO3H2, 및 화학식 -N(R1)2의 기.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "질소-함유 헤테로시클릭 고리"는 피리딘, 피페리딘, 피라진 및 이미다졸 등의 구조를 포함한다. 이러한 고리 계는 C1-C20 알킬, C1-C20 알콕시, -CN, -NO2, C1-C20 알콕시카르보닐, C1-C20 알카노일옥시, C1-C20 알킬술포닐, 히드록실, 카르복실, 할로, 페닐, 벤질, 아미노-C1-C20 알킬, --C1-C20 알킬-SO3H, --C1-C20 알킬-PO3H2, 및 화학식 -N(R1)2의 기로부터 선택된 1개 내지 3개의 기로 임의적으로 치환될 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "C1-C20 알킬아미노"는 1개 내지 20개의 탄소 원자 및 하나 이상의 1차 또는 2차 아미노 작용기를 갖는 기를 지칭한다. 이러한 화합물의 예로는 아미노에틸;
아미노프로필; 아미노부틸; (2-아미노에틸)아미노프로필; (2-아미노에틸)아미노에틸; (2-아미노에틸)아미노부틸; 및 2-아미노에틸(2-아미노에틸)아미노프로필을 포함한다.
본 발명의 하나의 측면은 산화규소 전구체 소스로부터 침착된 폴리실리콘(폴리-Si) 및 산화규소 물질에 대한 질화규소의 선택적 제거에 유용하고, 따라서 마이크로전자 장치로부터 질화규소 물질을 적어도 부분적으로 제거하는 습식 에칭제로서 유용한 조성물에 관한 것이다. 존재할 수 있는 금속 규화물 물질은 상기 제거 조성물에 의해 실질적으로 부식되지 않아야 한다.
본 발명은 또한 질화규소 및 산화규소를 함유하는 기판으로부터 질화규소를 제거하기 위해 습식 에칭 조성물을 사용하는 방법, 공정 및 시스템을 제공한다. 상기 조성물은 유리하게는 질화규소의 높은 에칭 속도, 및 유리하게는 산화규소에 대한 질화규소의 높은 선택성, 또는 이러한 성능 특성의 유리한 균형을 생성할 수 있다.
참조의 편의를 위해 "마이크로전자 장치"는 마이크로전자, 집적 회로 또는 컴퓨터 칩 응용분야에 사용하기 위해 제조된 3D NAND 구조, 평면 패널 디스플레이 및 마이크로전자기계 시스템(MEMS)을 포함하는 반도체 기판에 대응한다. 용어 "마이크로전자 장치"는 어떤 식으로든 제한하려는 것이 아니며, 음의 채널 금속 산화물 반도체(nMOS) 및/또는 양의 채널 금속 산화물 반도체(pMOS) 트랜지스터를 포함하고 결국 마이크로전자 장치 또는 마이크로전자 조립체가 될 임의의 기판을 포함한다는 것이 이해되어야 한다.
본원에서 사용된 바와 같이, 그러한 질화물 물질을 그 위에 갖는 마이크로전자 장치로부터 질화규소 물질을 제거하기 위한 "적합성"은 마이크로전자 장치로부터 질화규소 물질의 적어도 부분적 제거에 대응한다.
본원에서 사용된 바와 같이, "질화규소" 및 "Si3N4"는 순수한 질화규소(Si3N4)뿐 아니라 결정 구조 내에 수소, 탄소 및/또는 산소 불순물을 포함하는 불순한 질화규소에 대응한다.
본원에서 사용된 바와 같이, "산화규소"는 산화규소(SiOx), 예를 들어 SiO2, "열 산화물"(ThOx) 등으로 이루어진 박막을 지칭한다. 산화규소는 TEOS 또는 다른 소스로부터의 화학적 증착에 의해 침착되거나 또는 열적으로 침착되는 등의 임의의 방법에 의해 기판 상에 배치될 수 있다. 산화규소는 일반적으로 상업적으로 유용한 낮은 수준의 기타 물질 또는 불순물을 함유한다. 산화규소는 마이크로전자 장치의 특징으로서, 예를 들어 절연 층으로서, 마이크로전자 장치 기판의 일부로서 존재할 수 있다.
본원에서 사용된 바와 같이, "질화규소 물질의 적어도 부분적 제거"는 노출된 질화규소 층의 적어도 일부의 제거에 대응한다. 예를 들어, 질화규소 물질의 부분적 제거는 Si3N4 측벽을 형성하기 위해 게이트 전극을 덮는/보호하는 질화규소 층의 이방성 제거를 포함한다. 본 발명의 조성물은 폴리-실리콘 및/또는 산화규소 층에 대해 질화규소 물질을 실질적으로 제거하기 위해 보다 일반적으로 사용될 수 있음이 또한 본원에서 고려된다. 이러한 상황에서, "실질적 제거"는 일 실시양태에서 90 % 이상, 다른 실시양태에서 95 % 이상, 및 또 다른 실시양태에서 99 % 이상의 질화규소 물질이 본 발명의 조성물을 이용하여 제거되는 것으로 정의된다.
본 명세서에 사용된 "약"은 명시된 값의 +/- 5 %에 대응하도록 의도된다.
명세서 및 첨부된 청구범위에 사용된 바와 같이, 단수 형태 "한", "하나의" 및 "그"는 문맥이 명백하게 달리 지시하지 않는 한 그들의 복수의 지시 대상을 포함한다. 용어 "함유하는" 또는 "비롯하는"은 용어 "포함하는"과 동의어로 의도되며, 이는 적어도 명명된 화합물, 원소, 입자 또는 방법 단계 등이 조성물 또는 물품 또는 방법에 존재하지만, 기타 화합물, 물질, 입자, 방법 단계 등이 명명된 것과 동일한 기능을 갖더라도, 청구범위에서 명백히 배제되지 않는 한, 이러한 기타 화합물, 물질, 입자, 방법 단계 등의 존재를 배제하지 않는다는 것을 의미한다.
본원에서 사용된 바와 같이, "금속 규화물"은 TiSi2, NiSi, CoSi2, NiPtSi, 규화 탄탈륨, 규화 몰리브데늄, 및 규화 텅스텐을 포함하지만 이에 한정되지 않는, Ni, Pt, Co, Ta, Mo, W 및 Ti 종을 포함하는 임의의 규화물에 대응한다.
"규산"은 일반식 [SiOx(OH)4-2x]n을 갖는, 규소, 수소 및 산소의 화학적 화합물 계열의 일반명으로, 화합물 메타규산((H2SiO3)n), 오르토규산(H4SiO4), 이규산(H2Si2O5) 및 피로규산(H6Si2O7)을 포함한다. 규산은 당업자에게 널리 공지된 많은 방식으로, 예를 들어 미세 실리카 분말(바람직하게는 직경 1 ㎛ 이하), 알콕시실란(예를 들어, 테트라메톡시실란(TMOS), 테트라에톡시실란(TEOS), 테트라-n-프로폭시실란, 테트라-n-부톡시실란), 아미노 기를 갖는 알콕시실란(예를 들어, 아미노트리에톡시실란, 헥사에톡시디실라잔), 하나 이상의 할로겐 또는 유사할로겐 기를 갖는 알콕시실란(예를 들어, 트리에톡시클로로실란, 트리에톡시플루오로실란, 트리에톡시(이소시아네이토)실란, 디에톡시디클로로실란), 또는 이들의 조합을 수화시킴으로써 얻을 수 있다. 참조의 편의를 위해, "알콕시실란"은 하기에서 알콕시실란, 아미노 기를 갖는 알콕시실란 및 하나 이상의 할로겐 또는 유사할로겐 기를 갖는 알콕시실란을 포함하기 위해 사용될 것이다.
본 명세서에 기술된 바와 같이, 산화규소 층은 산화규소 전구체 소스, 예를 들어 TEOS로부터 침착될 수 있거나, 열적으로 침착된 산화규소일 수 있다. 기타 전형적인 저-κ 물질 "저-k 유전체 물질"은 층상 마이크로전자 장치에서 유전체 물질로 사용되는 임의의 물질에 대응하며, 여기서 물질은 약 3.5 미만의 유전 상수를 갖는다. 특정 실시양태에서, 저-κ 유전체 물질은 저-극성 물질, 예컨대 규소-함유 유기 중합체, 규소-함유 하이브리드 유기/무기 물질, 유기실리케이트 유리(OSG), TEOS, 플루오린화 실리케이트 유리(FSG), 이산화규소, 옥시탄화규소, 옥시질화규소, 질화규소, 탄소 도핑 산화물(CDO) 또는 탄소 도핑 유리, 예를 들어 노벨러스 시스템즈, 인크.(Novellus Systems, Inc.)의 코랄™(CORAL™), 어플라이드 머티리얼즈, 인크.(Applied Materials, Inc.)의 블랙 다이아몬드™(BLACK DIAMOND™)(예를 들어, PECVD를 위한 BD1, BD2, 및 BD3 지정), 다우(Dow)의 실크™(SiLK™) 유전체 수지(다관능성 시클로펜타디에논 및 아세틸렌-함유 물질의 반응에 의해 가교된 폴리페닐렌계 중합체; 예를 들어, 본원에 참조로 포함되는 미국 특허 제5,965,679호 참조), 및 나노포어, 인크.(Nanopore, Inc)의 나노글래스™(NANOGLASS™), 실리카 에어로겔/제로겔(나노다공성 실리카로 알려짐) 등을 포함한다. 저-κ 유전체 물질은 다양한 밀도 및 다양한 공극률을 가질 수 있음을 이해해야 한다.
본 발명의 조성물은 하기에 보다 충분하게 기술된 바와 같이 매우 다양한 특정 제형으로 구현될 수 있다.
조성물의 특정 성분이 0 하한을 포함하는 중량 백분율 범위와 관련하여 논의되는 이러한 모든 조성물에서, 이러한 성분은 조성물의 다양한 특정 실시양태에 존재하거나 부재할 수 있으며, 이러한 성분이 존재하는 경우, 이러한 성분이 채용되는 조성물의 총 중량을 기준으로 0.001 중량 퍼센트만큼 낮은 농도로 존재할 수 있다는 것을 이해해야 한다.
조성물은 질화규소의 바람직한 에칭을 생성하기에 효과적인 양으로 수성 인산(예를 들어, 진한 인산)을 포함한다. 용어 "수성 인산”은 조성물의 다른 재료와 혼합 또는 조합되어 조성물을 형성하는 조성물의 재료를 지칭한다. 용어 "인산 고체"는 수성 인산 재료의, 또는 수성 인산 재료로부터 제조된 조성물의 비수성 성분을 지칭한다.
조성물에 함유된 인산 고체의 양은, 상기 에칭 조성물의 다른 물질과 조합하여 바람직한 질화규소 에칭 속도 및 선택성을 포함하는 바람직한 에칭 성능을 제공할 양일 수 있고, 이는 전형적으로 비교적 많은 양(농도)의 인산 고체를 요구한다. 예를 들어, 에칭 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 약 50 중량 퍼센트 이상의 양의 인산 고체, 예를 들어, 조성물의 총 중량을 기준으로 70 이상, 또는 약 80 또는 85 중량 퍼센트 이상의 양의 인산 고체를 함유할 수 있다.
바람직한 양의 인산 고체를 제공하기 위해, 조성물은 다른 재료(하나의 재료는 임의적으로, 일부 형태에서의 물이다)와 혼합 또는 조합되어 조성물을 생성하는 재료로서 "농축된" 인산을 함유할 수 있다. "농축된" 인산은 소량의 또는 최소량의 물의 존재 하에서 높은 또는 최대량의 인산 고체를 함유하고, 실질적으로 다른 재료가 없는(예를 들어, 0.5 또는 0.1 중량 퍼센트 미만의 임의의 비-물 또는 비-인산 고체 물질) 수성 인산 재료를 지칭한다. 농축된 인산은 전형적으로 약 15 또는 20 중량 퍼센트의 물 중에서 약 80 또는 85 중량 퍼센트 이상의 인산 고체를 갖는 것으로 간주될 수 있다. 대안적으로, 조성물은 물로 희석된 농축된 인산의 일정량을 포함하는 것으로 간주될 수 있으며, 이는 예를 들어 에칭 조성물의 다른 재료와 조합되기 전 또는 후에 일정량의 물로 희석된 농축된 인산, 또는 임의의 방식으로 형성된 등가물을 의미한다. 다른 대안으로서, 조성물의 재료는 농축된 인산 또는 희석된 인산일 수 있고, 에칭 조성물은 상이한 재료의 성분으로서 또는 별도의 물 재료로서 조성물에 제공되는 추가량의 물을 함유할 수 있다.
예로서, 농축된 인산을 이용하여 조성물을 형성하는 경우, 농축된 인산(물 중 85 중량 퍼센트)의 양은 조성물의 총 중량을 기준으로 조성물의 60 이상, 예를 들어, 80 이상, 또는 90, 93, 95 이상, 또는 98 중량 퍼센트 이상인 양일 수 있다. 인산 고체의 농도가 85 %를 초과하는 실시양태에서, 이는 일반적으로 농축된 산에 함유된 후자의 일부를 증발시킴으로써, 또는 고체(99-100 %) 인산 또는 피로인산 등의 인산 올리고머를 첨가함으로써 얻어진다.
성분 (c)는 물을 포함하는 용매이다. 임의적으로, 용매는 하나 이상의 수혼화성 용매, 예컨대 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올 및 고급 알코올(예를 들어, C2-C4 디올 및 C2-C4 트리올), 테트라히드로푸르푸릴 알코올(THFA), 할로겐화 알코올(예를 들어, 3-클로로-1,2-프로판디올, 3-클로로-1-프로판티올, 1-클로로-2-프로판올, 2-클로로-1-프로판올, 3-클로로-1-프로판올, 3-브로모-1,2-프로판디올, 1-브로모-2-프로판올, 3-브로모-1-프로판올, 3-아이오도-1-프로판올, 4-클로로-1-부탄올, 2-클로로에탄올), 디클로로메탄, 클로로포름, 아세트산, 프로피온산, 트리플루오로아세트산, 테트라히드로푸란 N-메틸피롤리디논(NMP), 시클로헥실피롤리디논, N-옥틸피롤리디논, N-페닐피롤리디논, 메틸디에탄올아민, 메틸포르메이트, 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸설폭시드(DMSO), 테트라메틸렌 설폰(설폴란), 디에틸 에테르, 페녹시-2-프로판올(PPh), 프로프리오페논, 에틸 락테이트, 에틸 아세테이트, 에틸 벤조에이트, 아세토니트릴, 아세톤, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜(PG), 1,3-프로판디올, 디옥산, 부티릴락톤, 부틸렌카보네이트, 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 디프로필렌글리콜, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르, 트리에틸렌글리콜모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르, 트리에틸렌글리콜모노에틸에테르, 에틸렌글리콜모노프로필에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르(즉, 부틸카르비톨), 트리에틸렌글리콜모노부틸에테르, 에틸렌글리콜모노헥실에테르, 디에틸렌글리콜모노헥실에테르, 에틸렌글리콜페닐에테르, 프로필렌글리콜메틸 에테르, 디프로필렌 글리콜 메틸 에테르(DPGME), 트리프로필렌 글리콜 메틸 에테르(TPGME), 디프로필렌 글리콜 디메틸 에테르, 디프로필렌 글리콜 에틸 에테르, 프로필렌 글리콜 n-프로필 에테르, 디프로필렌 글리콜 n-프로필 에테르(DPGPE), 트리프로필렌 글리콜 n-프로필 에테르, 프로필렌 글리콜 n-부틸 에테르, 디프로필렌 글리콜 n-부틸 에테르, 트리프로필렌 글리콜 n-부틸 에테르, 프로필렌 글리콜 페닐 에테르, 디프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트, 테트라에틸렌 글리콜 디메틸 에테르(TEGDE), 이염기성 에스테르, 글리세린 카보네이트, N-포르밀 모르폴린, 트리에틸 포스페이트, 및 이들의 조합을 포함하지만 이에 한정되지 않는, 피롤리디논, 글리콜, 아민, 및 글리콜 에테르를 더 포함할 수 있다. 알콕시실란 첨가제를 사용하는 경우, 그의 가수분해로 인해 소량의 알코올, 예를 들어, 메탄올 또는 에탄올이 생성되며, 이는 알코올 자체로서 또는 그의 인산 모노에스테르로서 제형에 통합된다. 또한, 유기 용매는 다른 양친매성 종, 즉 계면활성제와 유사하게 친수성 및 소수성 부분 모두를 함유하는 종을 포함할 수 있다.
조성물은 인용된 재료 및 임의적인 재료의 임의의 조합을 포함하거나, 이로 구성되거나 본질적으로 구성될 수 있다. 본 명세서 전반에 걸친 일반적인 관례로서, 특정 재료 또는 물질의 그룹으로 "본질적으로 구성된다"고 언급되는 기술된 바와 같은 조성물, 또는 이의 재료 또는 성분은, 적거나 미미한 양의 다른 재료 또는 물질, 예를 들어 5, 2, 1, 0.5, 0.1, 또는 0.05 중량부 이하의 다른 재료 또는 물질을 갖는, 특정 재료 또는 물질을 함유하는 조성물을 지칭한다. 예를 들어,
(a) (i) 화학식(I)의 화합물
Figure pct00004
(여기서 A는 방향족 고리 또는 헤테로방향족 고리이고, 각각의 R1은 동일하거나 상이하고, 수소, C1-C20 알킬, C1-C20 알킬아미노, 페닐, 벤질, 및 C1-C20 알콕시, 페녹시, 및 C3-C8 시클로알킬로부터 선택되고; x는 0 또는 1이고; 각각의 y 및 y'는 동일하거나 상이할 수 있고 0이거나 또는 1 내지 5의 정수로부터 선택되고; z는 1, 2 또는 3으로부터 선택되는 정수이고; m은 1, 2 또는 3으로부터 선택되는 정수이고; w는 0이거나 또는 1, 2, 3 또는 4에서 선택된 정수이고, m + z = 4이다); 또는
(ii) 화학식 (II)의 화합물
Figure pct00005
(여기서 각각의 R1은 동일하거나 상이하고 상기 정의된 바와 같고, -M-은 -NH- 또는 -O-로부터 선택된다);
(b) 인산; 및
(c) 물을 포함하는 용매의 반응 생성물로 본질적으로 구성된 조성물은
이러한 재료 및 확인된 물질 이외의 물질 또는 다른 용해되거나 용해되지 않은 물질(개별적으로 또는 총합으로서)을 5, 2, 1, 0.5, 0.1 또는 0.05 중량부 이하로 함유하는 조성물을 의미한다.
본 발명의 특정 실시양태에서, 조성물은 플루오라이드 화합물을 더 포함할 수 있다. 일 실시양태에서, 플루오라이드 화합물은 HF 및 모노플루오로 인산으로부터 선택된다. 다른 실시양태에서, 플루오라이드 화합물은 플루오로규산, 플루오린화 세슘, 및 플루오린화 칼륨으로부터 선택된다. 다른 실시양태에서, 플루오라이드 화합물은 플루오로붕산; 테트라메틸암모늄 헥사플루오로포스페이트; 암모늄 플루오라이드; 암모늄 바이플루오라이드; 각 R'가 서로 동일하거나 상이할 수 있고 수소, 직쇄형, 분지형, 또는 고리형 C1-C6 알킬, 및 직쇄형 또는 분지형 C6-C10 아릴로부터 선택되는, 각각 화학식 NR'4BF4 및 PR'4BF4를 갖는 4차 암모늄 테트라플루오로보레이트 및 4차 포스포늄 테트라플루오로보레이트; 테트라부틸암모늄 테트라플루오로보레이트(TBA-BF4); 및 이들의 조합으로부터 선택된다.
본원에 사용된 바와 같이, "플루오라이드 화합물"은 이온성 플루오라이드 이온(F-) 또는 공유 결합된 플루오린을 포함하는 종에 대응한다. 플루오라이드 종은 플루오라이드 종으로서 포함되거나 계 내에서 생성될 수 있음을 이해해야 한다. 특정 실시양태에서, 이온 또는 플루오라이드 이온을 생성할 수 있는 이 화합물은 HF 또는 모노플루오로인산으로부터 유도될 것이다. 농축된 인산 조성물에서, HF는 대부분 모노플루오로인산(MFPA)의 형태로 존재할 것이다. 특정 실시양태에서, 비휘발성 MFPA는 첨가 및 블렌딩을 단순화하기 위해 조성물에 직접 사용될 수 있다. 다른 실시양태에서, 플루오라이드 화합물은 CsF 및 KF로부터 선택될 수 있다. 다른 실시양태에서, 플루오라이드 화합물은 테트라메틸암모늄 헥사플루오로포스페이트; 암모늄 플루오라이드; 암모늄 바이플루오라이드; 각 R'가 서로 동일하거나 상이할 수 있고 수소, 직쇄형, 분지형, 또는 고리형 C1-C6 알킬(예를 들어, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실), 및 직쇄형 또는 분지형 C6-C10 아릴(예를 들어, 벤질)로부터 선택되는, 각각 화학식 NR'4BF4 및 PR'4BF4를 갖는 4차 암모늄 테트라플루오로보레이트 및 4차 포스포늄 테트라플루오로보레이트; 테트라부틸암모늄 테트라플루오로보레이트(TBA-BF4); 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다. 특정 실시양태에서, 플루오라이드 화합물은 암모늄 플루오라이드, 암모늄 바이플루오라이드, 4차 암모늄 테트라플루오로보레이트(예를 들어, 테트라메틸암모늄 테트라플루오로보레이트, 테트라에틸암모늄 테트라플루오로보레이트, 테트라프로필암모늄 테트라플루오로보레이트, 테트라부틸암모늄 테트라플루오로보레이트), 4차 포스포늄 테트라플루오로보레이트, 또는 이들의 조합으로부터 선택된다. 특정 실시양태에서, 플루오라이드 화합물은 암모늄 바이플루오라이드, 암모늄 플루오라이드, 또는 이들의 조합을 포함한다.
특정 실시양태에서, 본 발명의 조성물은 저분자량 아민 및 아민 포스페이트 염을 더 포함한다. 다른 실시양태에서, 저분자량 아민 및 아민 포스페이트 염은 1차, 2차 또는 3차 C1-C6알킬아민 또는 그의 포스페이트 염이다. 예에는 트리메틸아민, 트리에틸아민, 트리프로필아민, 트리부틸아민, N,N-디메틸아닐린, N-메틸아닐린 등이 포함된다. 이러한 아민이 농축된 H3PO4 조성물에 첨가될 때, 아민 포스페이트 염이 형성될 것임을 이해해야 한다. 또한, 조성물은 C1-C20 알킬, C1-C20 알콕시, -CN, -NO2, C1-C20 알콕시카르보닐, C1-C20 알카노일옥시, C1-C20 알킬술포닐, 히드록실, 카르복실, 할로, 페닐, 벤질, 아미노-C1-C20 알킬,
--C1-C20 알킬-SO3H, --C1-C20 알킬-PO3H2, 및 화학식 -N(R1)2의 기로부터 선택된 1개 내지 3개의 기로 임의적으로 치환될 수 있는, 질소-함유 헤테로시클릭 고리를 더 포함할 수 있다.
특정 실시양태에서, 조성물은 하나 이상의 중합체를 더 포함할 수 있다. 존재하는 경우, 중합체는 메타크릴산 단독중합체 및 예를 들어 아크릴아미도메틸프로판 설폰산 및 말레산과의 공중합체; 말레산/비닐 에테르 공중합체; 폴리(비닐피롤리돈)/비닐 아세테이트; 단독중합체, 예컨대 포스폰화 폴리에틸렌글리콜 올리고머, 폴리(아크릴산)(PAA), 폴리(아크릴아미드), 폴리(비닐 아세테이트), 폴리(에틸렌 글리콜)(PEG), 폴리프로필렌 글리콜)(PPG), 폴리(스티렌 설폰산), 폴리(비닐 설폰산), 폴리(비닐 포스폰산), 폴리(비닐 인산), 폴리(에틸렌이민), 폴리(프로필렌이민), 폴리알릴아민, 폴리에틸렌 옥시드(PEO), 폴리비닐 피롤리돈(PVP), PPG-PEG-PPG 블록 공중합체, PEG-PPG-PEG 블록 공중합체, 폴리(비닐 알코올), 폴리(히드록시에틸)아크릴레이트, 폴리(히드록시에틸)메타크릴레이트, 히드록시에틸 셀룰로오스, 메틸히드록시에틸 셀룰로오스, 히드록시프로필 셀룰로오스, 메틸히드록시프로필 셀룰로오스, 잔탄검, 포타슘 알기네이트, 펙틴, 카르복시메틸셀룰로오스 , 글루코사민, 폴리(디알릴디메틸암모늄) 클로라이드, PEG화(즉, 폴리에틸렌글리콜화) 메타크릴레이트/아크릴레이트 공중합체, 폴리 MADQuat 및 그의 공중합체, 디메틸아미노메타크릴레이트 중합체 및 그의 공중합체, 트리메틸암모늄 메틸메타크릴레이트 중합체(즉, 수혼화성 용매) 및 이들의 공중합체, 및 이들의 조합을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 상기 공중합체는 랜덤 또는 블록 공중합체일 수 있다. 존재하는 경우, 조성물 중 중합체(들)의 양은 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0.0001 중량% 내지 약 5 중량% 범위이다. 또 다른 실시양태에서, 조성물 중 중합체(들)의 양은 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0.0001 중량% 내지 약 20 중량% 범위이다.
조성물은 임의적으로 계면활성제(들)를 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "계면활성제"는 두 액체 사이 또는 액체와 고체 사이의 표면 장력(또는 계면 장력)을 낮추는 유기 화합물, 전형적으로 소수성 기(예를 들어, 탄화수소(예를 들어, 알킬) "꼬리") 및 친수성 기를 함유하는 유기 양친매성 화합물을 지칭한다. 존재하는 경우, 본원에 기술된 조성물에 사용하기 위한 계면활성제는 데실포스폰산, 도데실포스폰산(DDPA), 테트라데실포스폰산, 헥사데실포스폰산, 비스(2-에틸헥실)포스페이트, 옥타데실포스폰산, 퍼플루오로헵탄산, 퍼플루오로데칸산, 트리플루오로메탄술폰산, 포스포노아세트산, 도데실벤젠설폰산(DDBSA), 기타
R*-벤젠 술폰산 또는 그의 염(여기서, R*은 직쇄형 또는 분지형 C8-C18 알킬 기), 도데세닐숙신산, 디옥타데실 히드로겐 포스페이트, 옥타데실 디히드로겐 포스페이트, 도데실아민, 도데세닐숙신산 모노디에탄올 아미드, 라우르산, 팔미트산, 올레산, 주니퍼산, 12-히드록시스테아르산, 옥타데실포스폰산(ODPA), 도데실 포스페이트를 포함하지만, 이에 한정되지 않는 양쪽성 염, 양이온성 계면활성제, 음이온성 계면활성제, 쯔비터이온성 계면활성제, 비이온성 계면활성제, 및 이들의 조합을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 고려되는 비이온성 계면활성제는 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르, 도데세닐숙신산 모노디에탄올 아미드, 에틸렌디아민 테트라키스(에톡실레이트-블록-프로폭실레이트) 테트롤, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 글리콜 에테르, 에틸렌 옥시드 및 프로필렌 옥시드 기반 블록 공중합체, 폴리옥시프로필렌 수크로스 에테르, t-옥틸페녹시폴리에톡시에탄올, 10-에톡시-9,9-디메틸데칸-1-아민, 폴리옥시에틸렌(9) 노닐페닐에테르, 분지형, 폴리옥시에틸렌(40) 노닐페닐에테르, 분지형, 디노닐페닐 폴리옥시에틸렌, 노닐페놀 알콕실레이트, 폴리옥시에틸렌 소르비톨 헥사올레에이트, 폴리옥시에틸렌 소르비톨 테트라올레에이트, 폴리에틸렌 글리콜 소르비탄 모노올레에이트, 소르비탄 모노올리에이트, 알코올 알콕실레이트, 알킬-폴리글루코시드, 에틸 퍼플루오로부티레이트, 1,1,3,3,5,5-헥사메틸-1,5-비스[2-(5-노보넨-2-일)에틸]트리실록산, 단량체 옥타데실실란 유도체, 실록산 개질 폴리실라잔, 실리콘-폴리에테르 공중합체 및 에톡실화 플루오로계면활성제를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 고려되는 양이온성 계면활성제는 세틸 트리메틸암모늄 브로마이드(CTAB), 헵타데칸플루오로옥탄 설폰산의 테트라에틸암모늄 염, 스테아릴 트리메틸암모늄 클로라이드, 4-(4-디에틸아미노페닐아조)-1-(4-니트로벤질)피리듐 브로마이드, 세틸피리디늄 클로라이드 일수화물, 벤잘코늄 클로라이드, 벤제토늄 클로라이드 벤질디메틸도데실암모늄 클로라이드, 벤질디메틸헥사데실암모늄 클로라이드, 헥사데실트리메틸암모늄 브로마이드, 디메틸디옥타데실암모늄 클로라이드, 도데실트리메틸암모늄 클로라이드, 헥사데실트리메틸암모늄 p-톨루엔술포네이트, 디도데실디메틸암모늄 브로마이드, 디(수소화 수지)디메틸암모늄 클로라이드, 테트라헵틸암모늄 브로마이드, 테트라키스(데실)암모늄 브로마이드, 및 옥시페노늄 브로마이드, 구아니딘 히드로클로라이드(C(NH2)3Cl) 또는 트리플레이트 염, 예컨대 테트라부틸암모늄 트리플루오로메탄술포네이트, 디메틸디옥타데실암모늄 클로라이드, 디메틸디헥사데실암모늄 브로마이드, 디(수소화 수지)디메틸암모늄 클로라이드 및 폴리옥시에틸렌(16) 수지 에틸모늄 에토설페이트를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 고려되는 음이온성 계면활성제는 폴리(아크릴산 나트륨 염), 암모늄 폴리아크릴레이트, 나트륨 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르, 나트륨 디헥실술포숙시네이트, 나트륨 도데실 술페이트, 디옥틸술포숙시네이트 염, 2-술포숙시네이트 염, 2,3-디메르캅토-1-프로판술폰산염, 디시클로헥실술포숙시네이트나트륨염, 나트륨 7-에틸-2-메틸-4-운데실 설페이트, 포스페이트 플루오로계면활성제, 플루오로계면활성제, 및 폴리아크릴레이트 등을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 쯔비터이온성 계면활성제는 아세틸렌 디올 또는 개질 아세틸렌 디올, 에틸렌 옥시드 알킬아민, N,N-디메틸도데실아민 N-옥시드, 나트륨 코코아민프로피네이트, 3-(N,N-디메틸미리스틸암모니오)프로판술포네이트, 및 (3-(4-헵틸)페닐-3-히드록시프로필)디메틸암모니오프로판술포네이트를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 조성물 중 계면활성제의 양은 에칭 조성물의 다른 물질과 조합하여 바람직한 전체 성능을 제공할 양일 수 있다. 예를 들어, 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0.001 내지 약 10 중량 퍼센트, 예를 들어, 약 0.01 내지 약 0.5, 1, 2, 7, 또는 7 중량 퍼센트 계면활성제 범위일 수 있는 양의 계면활성제를 함유할 수 있다.
임의적으로, 조성물은 일정량의 카르복실산 화합물을 더 포함할 수 있으며, 이는 하나 이상의 카르복실산 기를 함유하는 유기 화합물을 의미한다. 본 발명에 따르면, 기술된 바와 같은 조성물 중 카르복실산 화합물의 존재는 산화규소의 재침착 또는 그의 입자 형성을 억제함으로써 성능을 개선할 수 있다. 특정 실시양태에서, 조성물에 사용하기 위한 카르복실산 화합물은 아세트산, 말론산, 옥살산, 모노알킬 및 2,2-디알킬말론산, 숙신산, 2-메틸숙신산, 글루타르산, 아디프산, 살리실산, 1,2,3-프로판트리카르복실산(트리카르발릴산으로도 알려진다), 2-포스포노아세트산, 3-포스포노프로판산 및 2-포스포노부탄-1,2,4-트리카르복실산(PBTCA)을 포함하지만 이에 한정되지는 않으며, 이들 중 임의의 것은 단독으로, 서로 조합하여, 또는 에티드론산, 니트릴로트리스(메틸렌포스폰산), 에틸렌디아민테트라(메틸렌포스폰산) 등의 상이한 카르복실산 화합물과 조합하여 사용될 수 있고, 임의적으로 디에틸렌트리아민펜타키스(메틸렌포스폰산), 옥틸포스폰산 및 페닐포스폰산을 포함한다.
조성물에 함유된 카르복실산 화합물(이의 유도체 포함)의 양은, 조성물의 다른 물질과 조합하여 에칭 조성물의 성능 또는 화학적 안정성에 달리 영향을 미치지 않으면서 바람직한 에칭 성능을 제공할 양일 수 있다. 예를 들어, 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0.01 내지 약 10 중량 퍼센트 범위의, 또는 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0.1 내지 약 5 또는 8 중량 퍼센트의 단일 종 또는 2종 이상의 조합일 수 있는 일정량의 카르복실산 화합물을 함유할 수 있다.
조성물은 하나 또는 여러 소스로부터의 물을 함유할 수 있다. 예를 들어, 물은 수성 인산 재료에 존재할 것이다. 또한, 물은 에칭 조성물의 기타 재료 중 하나 이상에 대한 운반체로 사용될 수 있으며, 물은 그 자신의 재료로서 단독으로 첨가될 수 있다. 물의 양은 조성물이 유용한(충분히 높은) 질화규소 에칭 속도를 포함하여 바람직한 또는 선호되거나 유리한 에칭 성능 특성을 나타내게 하도록 충분히 낮아야 한다. 물 존재의 증가는 질화규소의 에칭 속도를 증가시키는 경향이 있지만, 또한 에칭 조성물의 끓는점을 저하시킬 수 있으며, 이는 에칭 조성물의 작동 온도의 감소 및 반대 효과를 강제한다. 에칭 조성물에서 모든 소스로부터의 물의 양의 예는 조성물의 총 중량을 기준으로 약 50, 40, 또는 30 중량 퍼센트 미만, 예를 들어 약 5 중량 퍼센트 내지 약 25 중량 퍼센트 범위, 또는 조성물의 총 중량을 기준으로 약 10 내지 20 중량 퍼센트 범위 물일 수 있다.
임의적으로, 기술된 바와 같은 이들 및 다른 예시적인 조성물은 인산, 물을 포함하는 용매, 성분 (a) 물질, 및 확인된 임의적인 재료의 임의의 하나 또는 임의의 조합을 함유하거나, 이로 이루어지거나, 본질적으로 이루어질 수 있다. 본 발명의 조성물의 특정 실시양태는 에칭 조성물에 전형적으로 포함되지 않은 기타 유형의 재료, 예컨대 pH 조정제(본원에서 잠재적 재료로 언급된 산 이외의 것) 및 연마 입자 등의 고체 물질을 필요로 하지 않으며 배제할 수 있다.
본 발명의 특정 실시양태에서, 기술된 조성물은 마이크로전자 장치로부터 질화규소를 제거하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 마이크로전자 장치로부터 상기 질화규소 물질을 적어도 부분적으로 제거하기에 충분한 조건 하에 충분한 시간 동안 마이크로전자 장치를 본 발명의 조성물과 접촉시키는 단계를 포함한다.
예를 들어, 질화규소 물질은 금속 및 금속 규화물 상호접속 물질을 실질적으로 손상시키지 않으면서 제거될 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 명세서에 기술된 조성물을 이용하여 폴리실리콘 및/또는 산화규소 물질에 대해 그 위에 동일한 것을 갖는 마이크로전자 장치의 표면으로부터 질화규소 물질을 선택적으로 및 실질적으로 제거하는 방법을 제공한다. 존재하는 금속 규화물 물질은 상기 방법을 이용하는 상기 제거 조성물에 의해 실질적으로 부식되지 않는다.
에칭 도포에서, 예를 들어 장치의 표면 상에 제거 조성물을 분무함으로써, 질화규소 물질을 포함하는 장치를 침지(제거 조성물의 정적 또는 동적 부피에)시킴으로써, 그 위에 흡수된 제거 조성물을 갖는 다른 물질, 예를 들어, 패드 또는 섬유상 흡착제 도포기 요소와 장치를 접촉시킴으로써, 순환하는 제거 조성물과 질화규소 물질을 포함하는 장치를 접촉시킴으로써, 또는 제거 조성물이 질화규소 물질과 제거 접촉되는 임의의 다른 적절한 수단, 방식 또는 기술에 의해, 조성물은 그 위에 질화규소 물질을 갖는 마이크로전자 장치의 표면 상에 임의의 적합한 방식으로 도포된다. 도포는 동적 또는 정적 세정을 위해 배치 또는 단일 웨이퍼 장치에 있을 수 있다. 일 실시양태에서, 마이크로전자 장치의 표면에 대한 제거 조성물의 도포는 조성물이 상기 조성물을 수용하는 용기를 통해 순환되도록 제어되는 교반이다. 규화물 및/또는 폴리-Si의 에칭 속도가 바람직하게 낮을 때, 난류, 휘저음 등과 같은 능동적인 교반은 권장되지 않는다. 그러나, 높은 종횡비 구조로부터 질화규소를 제거하기 위해, 구조 안팎으로 더 빠른 액체 교환 및 산화물의 재침착을 최소화하기 위해 휘저음이 바람직할 수 있다.
본 발명의 조성물은, 마이크로전자 장치 구조 상에 존재할 수 있고 조성물에 노출될 수 있는 기타 물질, 예컨대 금속화, 폴리실리콘, 산화규소(들) 등에 비해 질화규소 물질에 대한 선택성으로 인해, 매우 효율적이고 매우 선택적인 방식으로 질화규소 물질의 적어도 부분적 제거를 달성한다.
질화규소 물질을 그 위에 갖는 마이크로전자 장치 구조로부터 이를 제거하기 위한 본 발명의 조성물의 사용에서, 조성물은 전형적으로 약 1 분 내지 약 200 분의 충분한 시간, 일 실시양태에서 약 15 분 내지 약 100 분, 또는 단일 웨이퍼 도구의 경우 약 1 분 내지 약 5 분 동안, 일 실시양태에서는 약 60 ℃ 내지 약 120 ℃, 또는 다른 실시양태에서, 약 100 ℃ 내지 약 250 ℃ 범위의 온도를 포함하나 이에 제한되지 않는 충분한 조건에서, 마이크로전자 장치 구조와 접촉된다. 이러한 접촉 시간 및 온도는 예시적이며, 본 발명의 실시 내에서 장치 구조로부터 질화규소 물질을 적어도 부분적으로 제거하는데 효과적인 임의의 기타 적절한 시간 및 온도 조건이 채용될 수 있다.
바람직한 제거 작용을 달성한 후, 본 발명의 조성물의 주어진 최종 사용 적용에서 바람직하고 효과적일 수 있는 바와 같이, 제거 조성물은 예를 들어 헹굼, 세척 또는 기타 제거 단계(들)에 의해 이전에 도포되었던 마이크로전자 장치로부터 용이하게 제거된다. 예를 들어, 장치는 탈이온수를 포함하는 헹굼 용액으로 헹구고/거나 건조될 수 있다(예를 들어, 회전 건조, N2, 증기 건조 등).
본 발명의 조성물은 마이크로전자 장치의 표면으로부터 폴리-Si 및 산화규소에 대해 질화규소 물질을 선택적으로 에칭한다. 예를 들어, 본 발명의 제거 조성물의 존재 하에 산화규소(들)에 대한 질화규소의 선택성은, 일 실시양태에서 약 10:1 내지 약 7,000:1, 다른 실시양태에서 약 30: 1 내지 약 3,000:1, 및 다른 실시양태에서 약 100:1 내지 약 2000:1의 범위이다. 규산 소스가 알콕시실란, 예를 들어, TEOS를 포함하는 경우, 산화규소(들)에 대한 질화규소의 선택성은 일 실시양태에서는 약 20:1 내지 무한대로, 및 다른 실시양태에서는 약 20:1 내지 약 7,000:1의 범위로 조정될 수 있다.
본 설명의 에칭 단계는 임의의 유형의 기판의 표면으로부터 질화규소 물질을 에칭하는데 유용할 수 있다. 특정 실시양태에 따르면, 기판은 산화규소와 교대하는 질화규소 층의 박막 층을 포함하는 기판의 구조적 특징으로서 교대하는 질화규소 박막 층을 포함할 수 있다. 산화규소 층은 산화규소 층 사이에 배치된 질화규소 층을 포함하는 높은 종횡비 구조이다.
본 발명의 또 다른 측면은 마이크로전자 장치를 포함하는 물품의 제조 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 질화규소 물질을 그 위에 가진 마이크로전자 장치의 표면으로부터 이를 에칭 제거하기에 충분한 시간 동안 마이크로전자 장치를 본 발명의 조성물과 접촉시키는 단계, 및 상기 마이크로전자 장치를 상기 물품에 통합하는 단계를 포함한다.
본 명세서에 기술된 조성물은 각각의 재료의 단순한 첨가 및 균질한 조건으로의 혼합으로써 용이하게 배합된다. 또한, 조성물은 사용 시점에서 혼합되는 단일-패키지 제형 또는 다중-부분 제형으로 용이하게 배합될 수 있다. 다중-부분 제형의 개별 부분은 도구에서 또는 도구의 상류에 있는 저장 탱크에서 혼합될 수 있다. 각각의 재료의 농도는 조성물의 특정 배수로 광범위하게 변할 수 있으며, 즉 더 희석되거나 더 농축될 수 있으며, 본 명세서에 기술된 조성물은 다양하게 및 대안적으로 본원의 개시내용과 일치하는 재료의 임의의 조합을 포함하거나, 구성되거나 본질적으로 구성될 수 있음이 이해될 것이다.
본 발명의 또 다른 측면은 본원에 기술된 조성물을 형성하도록 구성된 하나 이상의 성분을 하나 이상의 용기에 포함하는 키트에 관한 것이다. 일 실시양태에서, 키트는 팹(fab)에서 또는 사용 지점에서 물과 조합하기 위한 상기 성분 (a) 내지 (c) 중 적어도 하나의 조합을 하나 이상의 용기에 포함한다. 키트의 용기는 상기 세정 조성물 성분, 예를 들어 나우팍®.(NOWPak®.) 용기(미국, 코네티컷주, 댄버리 소재의 엔테그리스, 인크.(Entegris, Inc.))를 저장 및 운송하기에 적합해야 한다. 제1 세정 조성물의 성분을 함유하는 상기 하나 이상의 용기는 바람직하게는 블렌딩 및 분배를 위해 상기 하나 이상의 용기 내의 성분을 유체 연통시키기 위한 수단을 포함한다. 예를 들어 나우팍®. 용기의 경우, 상기 하나 이상의 용기에 있는 라이너의 외부에 가스 압력이 가해져서 라이너 내용물의 적어도 일부가 배출되도록 하고, 따라서 블렌딩 및 분배를 위한 유체 연통을 가능하게 할 수 있다. 대안적으로, 가스 압력은 종래의 가압 가능한 용기의 헤드 스페이스에 가해질 수 있거나 또는 유체 소통을 가능하게 하기 위해 펌프가 사용될 수 있다. 또한, 시스템은 바람직하게는 블렌딩된 세정 조성물을 공정 도구에 분배하기 위한 분배 포트를 포함한다.
고밀도 폴리에틸렌 등의 실질적으로 화학적으로 불활성이고, 불순물이 없고, 유연하고 탄성이 있는 중합체 필름 물질이, 상기 하나 이상의 용기를 위한 라이너를 제조하는데 이용될 수 있다. 바람직한 라이너 물질은 공압출 또는 차단 층을 필요로 하지 않고, 라이너에 배치될 성분의 순도 요건에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 임의의 안료, UV 억제제 또는 처리제 없이 처리된다. 바람직한 라이너 물질 목록에는 순수(무첨가) 폴리에틸렌, 순수 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리프로필렌, 폴리우레탄, 폴리비닐리덴 클로라이드, 폴리비닐클로라이드, 폴리아세탈, 폴리스티렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리부틸렌 등을 포함하는 필름이 포함된다. 이러한 라이너 물질의 예시적인 두께는 약 5 밀(mil)(0.005 인치) 내지 약 30 밀(0.030 인치)의 범위, 예를 들어 20 밀(0.020 인치)의 두께이다.
키트용 용기와 관련하여, 하기 특허 및 특허 출원의 개시내용은 그 각각의 전문이 참조로서 본 명세서에 포함된다: 명칭이 “초순도 액체 내의 입자의 생성을 최소화하기 위한 장치 및 방법(APPARATUS AND METHOD FOR MINIMIZING THE GENERATION OF PARTICLES IN ULTRAPURE LIQUIDS)"인 미국 특허 번호 제7,188,644호; 명칭이 "반환 및 재사용 가능한, 백-인-드럼 유체 저장 및 분배 용기 시스템(RETURNABLE AND REUSABLE, BAG-IN-DRUM FLUID STORAGE AND DISPENSING CONTAINER SYSTEM)"인 미국 특허 번호 제6,698,619호; 및 2007년 5월 9일에 존 이. 큐. 휴(John E. Q. Hughes)의 이름으로 출원된 명칭이 "물질 블렌딩 및 배부를 위한 시스템 및 방법(SYSTEMS AND METHODS FOR MATERIAL BLENDING AND DISTRIBUTION)"인 미국 특허 출원 번호 제60/916,966호, 및 2008년 5월 9일 어드밴스드 테크놀로지 머티리얼즈, 인크.(Advanced Technology Materials, Inc.)의 이름으로 출원된 명칭이 "물질 블렌딩 및 배부를 위한 시스템 및 방법(SYSTEMS AND METHODS FOR MATERIAL BLENDING AND DISTRIBUTION)"인 PCT/US08/63276호.
따라서, 추가적인 측면에서, 본 발명은 마이크로전자 장치로부터 질화규소를 제거하기에 적합한 구성요소를 내부에 갖는 하나 이상의 용기를 포함하는 키트를 제공하며, 여기서 상기 키트의 하나 이상의 용기는 본원에 기재된 바와 같은 구성요소 (a), (b) 및 (c)를 포함한다.
본 발명은 이의 특정 실시양태의 하기 실시예에 의해 추가로 예시될 수 있지만, 이러한 실시예는 단지 예시의 목적으로 포함된 것이고, 달리 구체적으로 지시되지 않는 한 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다는 것이 이해될 것이다.
실시예
일반 절차:
표 1 및 표 2에 나타낸 실험에서, 조성물 성분이 혼합되고 약 130 내지 250 ℃의 온도로 가열되고 휘저어졌다. 150 ℃ 초과의 온도를 나타내는 특정 실시예에서, 물은 끓고 있고, 방법은 끓는점 근처에서 또는 끓는점에서 수행된다. 질화규소 웨이퍼는 묽은 HF(100:1)로 20 초 동안 세정되었다. TEOS 웨이퍼는 있는 그대로 사용되었다. 양 웨이퍼는 엘립소미터를 이용하여 기준 필름 두께를 측정했다. TEOS 웨이퍼는 TEOS 웨이퍼의 경우 약 30 분 내지 2 시간 범위의 기간 동안, 질화규소 웨이퍼의 경우 약 10 분 동안 가열된 용액에 침지되었다. 이어서, 웨이퍼를 약 90 ℃의 온도를 갖는 물로 9 분 동안 헹군 후, 실온의 물로 약 20 초 동안 헹구었다. 건조 질소로 웨이퍼를 건조시킨 후, 엘립소미터를 이용하여 웨이퍼의 에칭 효율을 측정하였다.
Figure pct00006
*제1 값(예를 들어, 30)은 TEOS 에칭 시간, 제2 값(예를 들어, 10)은 SiN 에칭 시간을 지칭하고, 제3 값은 존재할 경우 폴리실리콘 에칭 시간을 지칭한다.
PPA는 페닐포스폰산이다.
TMPS는 트리메톡시페닐실란이다.
APS는 p-아미노페닐트리메톡시실란이다.
TEA는 트리에틸아민이다.
SiN(A) LPCVD SiN
SiN(B) PECVD SiN
TMAS는 테트라메틸암모늄 실리케이트이다.
BAEAPTMOS는 N-(2-N-벤질아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란이다.
DMOPSPEDA는 3-(디메톡시(페닐)실릴)프로필)에탄-1,2-디아민이다.
염기 용액: H3PO4
Figure pct00007
염기 용액: H3PO4

Claims (20)

  1. (a)
    (i) 화학식(I)의 화합물
    Figure pct00008

    (여기서 A는 방향족 고리 또는 헤테로방향족 고리이고, 각각의 R1은 동일하거나 상이하고, 수소, 히드록실, C1-C20 알킬, C1-C20 알킬아미노, 페닐, 벤질, 및 C1-C20 알콕시, 페녹시, 및 C3-C8 시클로알킬로부터 선택되고; x는 0 또는 1이고; 각각의 y 및 y'는 동일하거나 상이할 수 있고 0이거나 또는 1 내지 5의 정수로부터 선택되고; z는 1, 2 또는 3으로부터 선택되는 정수이고; m은 1, 2 또는 3으로부터 선택되는 정수이고; w는 0이거나 또는 1, 2, 3 또는 4에서 선택된 정수이고, m + z = 4임); 또는
    (ii) 화학식 (II)의 화합물
    Figure pct00009

    (여기서 각각의 R1이 동일하거나 상이하고 상기 정의된 바와 같고, -M-이 -NH- 또는 -O-로부터 선택됨);
    (b) 인산; 및
    (c) 물을 포함하는 용매
    의 반응 생성물을 포함하는, 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 화학식 (I)의 화합물이
    Figure pct00010

    의 구조를 가지고, 여기서 R1이 제1항에 정의된 바와 같고, 각각의 R2가 동일하거나 상이하고 H 및 C1-C20 알킬로부터 선택되는, 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 성분 (a)가 트리페닐실란올인, 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 성분 (a)가 p-아미노페닐 트리메톡시실란인, 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 각각의 R1이 동일하거나 상이하고 히드록실, C1-C20 알콕시 및 C1-C20 알킬아미노로부터 선택되고, y, y' 및 x가 0인, 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 성분 (a)가 화학식 (I)의 화합물이고, R1이 C1-C20 알킬인 화학식 (II)의 화합물을 더 포함하는, 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 3-아미노프로필실란 트리올 및/또는 테트라메틸암모늄 실리케이트를 더 포함하는, 조성물.
  8. 제1항에 있어서, HF 및 모노플루오로인산으로부터 선택되는 플루오라이드 화합물을 포함하는, 조성물.
  9. 제8항에 있어서, 상기 플루오라이드 화합물이 플루오로규산; 플루오로붕산; 테트라메틸암모늄 헥사플루오로포스페이트; 암모늄 플루오라이드; 암모늄 바이플루오라이드; R'가 서로 동일하거나 상이할 수 있고 수소, 직쇄형, 분지형, 또는 고리형 C1-C6 알킬, 및 직쇄형 또는 분지형 C6-C10 아릴로부터 선택되는, 각각 화학식 NR'4BF4 및 PR'4BF4를 갖는 4차 암모늄 테트라플루오로보레이트 및 4차 포스포늄 테트라플루오로보레이트; 테트라부틸암모늄 테트라플루오로보레이트(TBA-BF4); 및 이들의 조합으로부터 선택되는, 조성물.
  10. 제9항에 있어서, 상기 플루오라이드 화합물이 플루오린화 세슘 및 플루오린화 칼륨으로부터 선택되는, 화합물.
  11. 제1항에 있어서, C1-C20 알킬, C1-C20 알콕시, -CN, -NO2, C1-C20 알콕시카르보닐, C1-C20 알카노일옥시, C1-C20 알킬술포닐, 히드록실, 카르복실, 할로, 페닐, 벤질, 아미노-C1-C20 알킬, --C1-C20 알킬-SO3H, --C1-C20 알킬-PO3H2, 및 화학식 -N(R1)2의 기로부터 선택된 1 내지 3개의 기에 의해 임의적으로 치환된, 1차, 2차 또는 3차 아민, C1-C6 알칸올아민, 또는 이의 디히드로겐 포스페이트 염, 또는 질소-함유 헤테로시클릭 고리를 더 포함하는, 조성물.
  12. 제11항에 있어서, 상기 1차, 2차 또는 3차 아민이 트리메틸아민, 트리에틸아민, 트리프로필아민, 트리부틸아민, N,N-디메틸아닐린 또는 N-메틸아닐린으로부터 선택되는, 조성물.
  13. 제1항에 있어서, 피롤리디논, 글리콜, 아민 및 글리콜 에테르로부터 선택되는 하나 이상의 수혼화성 용매를 더 포함하는, 조성물.
  14. 제1항에 있어서, 하나 이상의 계면활성제를 더 포함하는, 조성물.
  15. 제1항에 있어서, 하나 이상의 중합체를 더 포함하는, 조성물.
  16. 제1항에 있어서, 하나 이상의 산을 더 포함하는, 조성물.
  17. 제16항에 있어서, 상기 산이 황산, 질산, 메탄술폰산, 및 카르복실산으로부터 선택되는 것인, 조성물.
  18. 제1항에 있어서, 상기 화학식 (I)의 화합물이 p-아미노페닐 트리메톡시실란, 트리페닐 실란올, 및 2-(4-피리딜에틸)트리에톡시실란으로부터 선택되는, 조성물.
  19. 제1항에 있어서, 화학식 (II)의 화합물이 헥사메틸디실록산인, 조성물.
  20. (i) 화학식(I)의 화합물
    Figure pct00011

    (여기서 A는 방향족 고리 또는 헤테로방향족 고리이고, 각각의 R1은 동일하거나 상이하고, 수소, 히드록실, C1-C20 알킬, C1-C20 알킬아미노, 페닐, 벤질, 및 C1-C20 알콕시, 페녹시, 및 C3-C8 시클로알킬로부터 선택되고; x는 0 또는 1이고; 각각의 y 및 y'는 동일하거나 상이할 수 있고 0이거나 또는 1 내지 5의 정수로부터 선택되고; z는 1, 2 또는 3으로부터 선택되는 정수이고; m은 1, 2 또는 3으로부터 선택되는 정수이고; w는 0이거나 또는 1, 2, 3 또는 4에서 선택된 정수이고, m + z = 4임); 또는
    (ii) 화학식 (II)의 화합물
    Figure pct00012

    (여기서 각각의 R1은 동일하거나 상이하고 상기 정의된 바와 같고, -M-은 -NH- 또는 -O-로부터 선택됨);
    (b) 인산; 및
    (c) 물을 포함하는 용매
    를 포함하는 조성물과 마이크로전자 장치를 접촉시키는 단계
    및 마이크로전자 장치로부터 상기 질화규소 물질을 제거하는 단계
    를 포함하는, 마이크로전자 장치로부터 질화규소를 제거하는 방법.
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