TW200925324A - Etchant for metal alloy having hafnium and molybdenum, etching method using the etching solution and application therof - Google Patents

Description

200925324 22twf.doc/p 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種合金材料的蝕刻液及使用此蝕 ^液的餘刻方法，且特別是有關於一種用以姓刻含給鉬之 合金材料的蝕刻液及使用此蝕刻液的蝕刻方法及其應用。 【先前技術】 ' 隨著積體電路積集度的曰益提升，半導體元件之尺寸 ❹ 亦隨之縮小。當金氧半導體(Metal Oxide Semiconductor， MOS)電晶體之尺寸不斷縮小時，由於接觸電阻和接觸面積 成反比，因此當元件變小後，接觸電阻將隨之增加，而影 響π件之驅動能力。目前，已有許多研究利用耐火金屬、 ”金屬氮化物及其金屬氧化物來取代傳統的電晶體材料， 作為導電層、介電層及阻障層等。 鉬與銓具有適合的功函數、低電阻值以及高熱穩定性 的特性，因此被廣泛應用於半導體製程。近年發現利用 含铪鉬之合金材料含铪鉬能應用於N型通道金氧半導體電 « I體和P型通道金氧半導體電晶_製造。然而，至今未 有適當的蝕刻液能夠蝕刻含铪鉬之合金，因此限制了含給 鉬合金的發展性。 ° 【發明内容】 、本發明提供一種用以蝕刻含姶鉬合金的蝕刻液，能快 速而有效地移除含铪鉬之合金材料。 、 本發明另提供一種圖案化含铪鉬合金材料層的 法，能用於半導體製程。 200925324 22twf.doc/p 本發明再提供一種閘極結構的製造方法，能提升電 體的效能。 本發明提出一種用以蝕刻含铪鉬之合金材料的餘 刻液’其組成至少包括硝酸(HNO3)、氫氟酸(HF)和硫酸 (H2SO4)。 依照本發明實施例所述，上述之蝕刻液中，蝕刻 液所含之硝酸含量為20 wt%至80 wt%。 φ 依照本發明實施例所述’上述之蝕刻液中，蝕刻 液所含之氫氟酸含量為1 wt%至49 wt%。 依照本發明實施例所述’上述之蝕刻液中，蝕刻 液所含之硫酸含量為1 wt%至96 wt°/〇。 依照本發明實施例所述’上述之蝕刻液中，含铪 鉬之合金材料為氮化給二元合金。 本發明又提出一種圖案化含铪鉬之合金材料層的 方法。此方法包括在一基底的含給鉬合金材料層上形成 一圖案化的罩幕層。接著，以圖案化的罩幕層為罩幕， 使用一#刻液對含铪鉬合金材料層進行飯刻，以形成— 含铪銦合金層。所使用的蚀刻液的組成至少包括頌酸、 氫氟酸和硫酸。其後，移除圖案化的罩幕層。 依照本發明實施例所述’上述之圖案化含铪鉬之 合金材料層的方法中，圖案化的罩幕層包括一光阻層。 依照本發明實施例所述’上述之圖案化含铪鉬之 合金材料層的方法中’圖案化的罩幕層更包括一硬罩幕 層’位於光阻層與含給钥合金材料層之間。 200925324 22twf.doc/p 依照本發明實施例所述，上述之圖案化含铪翻之 合金材料層的方法中’硬罩幕層的材料包括氮化矽。 依照本發明實施例所述，上述之圖案化含铪鉬之 合金材料層的方法中，基底為一絕緣層。 依照本發明實施例所述’上述之圖案化含铪翻之 合金材料層的方法中，含铪鉬合金材料層為氮化铪鉬二 元合金。 〇 依照本發明實施例所述，上述之圖案化含铪鉬之 合金材料層的方法中，蝕刻液所含之硝酸含量為2〇 wt%至 80 wt% 〇 依照本發明實施例所述，上述之圖案化含铪鉬之 合金材料層的方法中，蝕刻液所含之氫氟酸含量為i wt% 至 49 wt% 〇 依照本發明實施例所述’上述之圖案化含給钥之 合金材料層的方法中，蝕刻液所含之硫酸含量為lwt% 至 96 wt%。 依照本發明實施例所述，上述之圖案化含給鉬之 合金材料層的方法令，含铪鉬合金材料層為氮化铪鉬二 元合金。 本發明又提出一種用以姓刻氮化給鉬二元合金材 料之蝕刻液，此蝕刻液至少包含硝酸、氫氟酸和硫酸。 20 wt%i 80 wt%。氫驗的含量為i wt%至49 wt%。硫酸的含量為i树％至％研％。水的 含量為1 wt%至30 wt%。 200925324 t22twf.doc/p _本發明之蝕刻液包括硝酸、氫氟酸、硫酸和水。在不 量百分濃度組合下，能分別進行含給齡金的移除 ::功函數、低電阻值以及熱穩定性等優點 此應用於金氧半導體電晶體的製造，提升電晶體的效能。 為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特

牛較佳實施例’纽合所關式，作詳細說明如下。 【實施方式】 f發明所提出的蝕刻液，適用於移除含銓鉬合金， ^如，氮化給la二元合金。此_液的組成至少包括确 酸、氯氟酸和硫酸’其組成含量為2〇 wt%至8〇游〇的 肖I 1 wt/。至49 wt%的氫氟酸、1 wt%至96 wt%的硫 酸以及1 wt°/〇S 30 wt%的水。此钱刻液例如是可全面 性地移除时_合⑽材料的導、填充層或 層等。 在一實施例中’本發明之蝕刻液可以用作為圖案化 含铪銷合金材料層的勤流，⑽㈣域至少包括硝 酸、氫氟酸和硫酸。 圖1A至圖1B是依照本發明一實施例之圖案化含 铪鉬合金材料層的製程剖面示意圖。 請參照圖1。首先，於基底100上的含铪鉬合金材 料層^02上形成圖案化的罩幕層104。基底100例如是 含二氧1匕Γ之絕緣材料、p型摻雜矽基底、N型摻雜矽 基底、磊晶矽基底、砷化鎵基底、磷化銦基底或矽化鍺 200925324 22twf.doc/p =等。含铪銦合金材料層102例如是—氮化給翻 丄00上的方法例如是習知的氣相沉積 方式。基底100與含铪鉬合金材料層102之間可以且 其他的元件或材料層，但在圖式中未繪示出來。在ς 施例中，圖案化的單幕層刚譬如{包 6 ，圖案化的罩幕層104的形成方罩 是6 先以化學氣相沉餘在含铪齡金材制1Q2上沉 ❹ 一層硬罩幕材料層(未料），再於硬罩幕材料層上形 2預定圖S的光阻層⑽。硬罩幕材料層的材料例如 疋氦化矽、非晶矽、多晶矽或是硼磷矽玻璃。在一實施 例中，光阻層108之預定圖案為導線之圖案。在另一實 施例中，光阻層1〇8之預定圖案為閘極之圖案。之後， 以光阻層108為罩幕，對硬罩幕材料層進行蝕刻，藉以 將光阻層⑽之預錢籍移至硬罩幕材料層，形^硬 罩幕層106。 續而，請參照圖1B，以圖案化的罩幕層1〇4為罩 幕’使用本發明之蝕刻液對含銓鉬合金材料層1〇2進行 姓刻製程110 ’以形成圖案化的含給鉬合金層1〇2心本 發明之蝕刻液的組成至少包括硝酸、氫氟酸和硫酸，其 組成含量為20 wt%至80 wt%的硝酸、1加％至49 wt〇/。 的氣氣酸、1 wt%至96 wt%的硫酸以及1 wt%至3〇 wt% 的f。而後，移除圖案化的罩幕層104，移除的方法例 如是濕式蝕刻法。如此便完成含铪鉬合金材料層1〇2 之圖案化製程。 22twf.doc/p 200925324 目2A至圖2D疋依照本發明另一實施例之問極結 構的製程剖面示意圖。 请參照圖2A，在基底200上形成閘極介電層2〇2。 基底200例如是P型摻雜石夕基底、N型捧雜石夕基底、遙 晶矽基底、砷化鎵基底、磷化銦基底或矽化鍺基底。閘 極介電層202的材料例如是氮氧化矽铪、氮氧化矽鍅或 氧化矽，其形成方法例如是化學氣相沉積法或熱氧化 ❹ 法。而後，於閘極介電層202上形成含铪鉬合金材料層 204。含铪鉬合金材料層2〇4的形成方法例如是物理氣 相沉積法(PVD)或化學氣相沉積法(CVD)。。 接著，請同時參照圖2A和圖2B，圖案化含铪鉬 口金材料層204，以形成圖案化的含铪錮合金層2〇4a。 圖案化含銓鉬合金材料層204的方法例如是在含铪鉬 合金材料層204上形成一層圖案化的罩幕層2〇5，以圖 案化的罩幕層205為罩幕，利用钱刻液钮刻含給鉬合金 材料層204。關於圖案化的罩幕層2〇5的形成方法和材 料可參考前面實施例的描述，在此不贅述。此處所使用 之餘刻液的組成至少包括确酸、氫氟酸和硫酸，其組成 含量為20 wt%至80 wt%的硝酸、1 wt%至49 wt%的氫 氣酸、1 wt%至96 wt%的硫酸以及1 wt%至30 wt%的 水。 之後’請同時參照圖2B和圖2C，可選擇性的利用 同—蝕刻液對含铪鉬合金層204a之側壁207進行一向 内縮移製程(Pull-Back Process) ’使含給鉬合金層204a ί22ΐ\νίΐ£ΐοο/ρ 200925324 溫度範圍為 :時含： 其後，請====。 ===罩幕廣2G5的方法可《採用濕式法、乾于式

m本發日狀_㈣組成成份至少包括石肖 虱氟3文、硫酸和水。在不同的 / ^ 能針對含給嫩材料進純刻以及對二 ，=案化製程，使含铪銦合讀料得以錢於金氧^ 與閘的η::成電晶體中需要導電材料的導線 ^疋’以發揮含铪錮合金具有極佳的功函數、低 以及熱穩定性等優點，使電晶體的效能提升。_ 限定Γΐ日ί發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 ^發月，任何所屬技術領域巾具有通常知識者， 因hi明之精神和範圍内，當可作些許之更動與潤飾， 為準。發明之賴朗#視伽之㈣專職騎界定者 【圖式簡單說明】 圖1Α至圖1Β是依照本發明一實施例之圖案化含 铪鉬合金材料層的製程剖面示意圖。 圖2Α至圖2D是依照本發明另一實施例之閘極ί士 構的製程剖面示意圖。 風、。 [22twf.doc/p 200925324 【主要元件符號說明】 100 :基底 102 :含铪鉬合金材料層 102a :含給鉬合金層 104 :圖案化的罩幕層 106 :硬罩幕層 108 :光阻層 110 :蝕刻製程 200 :基底 202 :閘極介電層 204 :含铪鉬合金材料層 204a :含給鉬合金層 204b :閘極 205 :圖案化的罩幕層 207 :侧壁 d :向内縮移 11

Claims (1)

1. 22twf.doc/p 200925324 十、申謗專利範困： L 一種用以餘刻含铪鉬之合金材料的蝕刻液， 其耝成至少包括硝酸(HN〇3)、氫氟酸(HF)和硫酸 (h2so4)。 ^ 2.如申請專利範圍第1項所述之蝕刻液，其中 β亥蝕刻液所含之硝酸含量為20加％至80 wt%。 Ο

   3.如申請專利範圍第1項所述之蝕刻液，其中 該餘刻液所含之氫I酸含1：為1 wt%至49 wt%。 4·如申請專利範圍第1項所述之蝕刻液，其中 該蝕刻液所含之硫酸含量為丨加％至％ 。 二5.如申請專利範圍第2項所述之蝕刻液，其中 ”亥餘刻液所含之氫氟酸含量為丨游。至49 。 6.如申請專利範圍第2項所述之蝕刻液其中 該餘刻液所含之硫酸含量為i破。至％ 。 7. 如申請專利範圍第3項所述之蝕刻液，其中 k蝕刻液所含之硫酸含量為1至％。 8. 如申請專利範圍第7項所述之蝕刻液，其中 〜刻液所含之硝酸含量為2〇 wt%至8〇 wt%。 社人9·如申請專利範圍第1項所述之侧液，其中 Sx S給鉬之合金材料為氮化給鉬二元合金。 10.如巾請專概圍第8項所狀細液其中 k3 ^鉬之合金材料為氮化給鉬二元合金。 11·—種圖案化含铪鉬之合金材料層的方法，包 枯· 12 22twf.doc/p 200925324 提供一基底，該基底上已形成有一含铪鉬合金材 料層； 形成一圖案化的罩幕層於該含铪鉬合金材料層 上； ❾ ❹ 以該圖案化的罩幕層為罩幕，使用一蝕刻液對該 含給鉬合金材料層進行钱刻，以形成一含銓鉬合金層， 其中該餘刻液的組成至少包括硝酸(HN〇3)、氫氟酸(HF) 和硫酸(h2so4);以及 移除該圖案化的罩幕層。 12·如申請專利範圍第11項所述之圖案化含銓鉬 之合金材料層的方法’其中該圖案化的罩幕層包括一光 阻層。 13. 如申請專利範圍第12項所述之圖案化含铪鉬 之合金材料層的方法，其中該圖案化的罩幕層更包括一 硬罩幕層，位於該光阻層與該含铪鉬合金材料層之間。 14. 如申請專利範圍第13項所述之圖案化含铪鉬 之合金材料層的方法，其中該硬罩幕層的材料包括氮化 石夕。 15. 、如申請專利範圍帛U項所述之圖案化含铪鉬 之合金材料層的方法，其中該基底為—絕緣層。 16.如專利申請範圍帛11項所述之圖案化含給錮 ==的方法’其中該含铪翻合金材料層為氮化 17.如申請專利範圍㈣項所述之_化含給麵 13 22twf.doc/p 200925324 之合金材㈣的韻，其巾軸職齡 20 wt%至 80 wt%。 肖酸 3 1 為 1S.如申請專利範圍第心所述之 :合金材料層的方法，其中該餘刻液所含之氫匕 為1 wt%至49 wt%。 L鼠馱含I 19. 如申請專利範圍第u項所述 e ❿ ，合金材料層的方法’其中該崎所二 1 wt%至96 wt%。 丨1敗3里马 20. 如申請專利範圍第17項所述 之合金材料層的方法，复中兮^_丨^^ 3触 yWt%至49Wt%。^之氫氟酸含量 21. 如申明專利範圍帛17項所it之圖案化含於銦 之合金材料制妓，Μ魏謙齡 1 wt%至 96 wt%。 夂 3 里# 22. 如申請專利範圍第18項所述之圖案化含給钥 之合金材騎的綠，其巾該侧液所奴硫酸含量為 1 wt%至 96 wt%。 23·如中請專利範圍第22項所述之圖案化含給錮 之σ金材料層的方法’其巾該㈣丨液所含之$肖酸含量為 20 wt%至 80 wt%。 24. 如專利申請範圍第23項所述之圖案化含铪鉬 之合金材㈣的方法，其巾該含铪齡金材料層為氮化 給钥二元合金。 25. —種用以蝕刻氮化铪鉬二元合金材料之蝕刻 [22ΐΛν£ί1οο/ρ 200925324 液，該姓刻液至少包含： 石肖酸(ΗΝ〇3)，含量為20 wt%至80 wt% ; 氫氟酸(HF)，含量為1 wt%至49 wt% ; 硫酸(H2SO4)，含量為1 wt%至96 wt% ;以及 水，含量為1 wt%至30 wt%。

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