TWI748369B - 用於鋁氮化物的蝕刻溶液及方法 - Google Patents
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Abstract
於本文中描述出一種蝕刻溶液及該蝕刻溶液之使用方法,其係合適於在包含AlN及矽材料的半導體裝置之製造期間自一半導體基材蝕刻鋁氮化物(AlN)而沒有傷害矽材料。該蝕刻溶液包含一陽離子界面活性劑、水、一鹼及一水可溶混的有機溶劑。
Description
相關申請案之相互參照
本專利申請案係2019年3月11日提出的美國臨時性專利申請案序號62/816,781及2019年8月31日提出的美國臨時性專利申請案序號62/894,759之非臨時性申請案,該等前案的全文以參考之方式被併入本文。
於本文中描述出一種用於鋁氮化物去除的蝕刻溶液。更特別的是,於本文中描述出一種蝕刻溶液,其在微電子裝置之製造期間相關於其它金屬及介電層對鋁氮化物具有優良的選擇性蝕刻性質。
於最近幾年中,III族氮化物半導體已由於其獨特性質且有用於短波長光發射器及偵測器和用於高溫及高頻裝置應用之潛力而吸引了許多研究計劃。可使用AlN的直接寬能帶隙(6.2電子伏特)及其壓電性質來製造獨特的紫外、高亮度及長壽命發光二極體及高頻微電機系統(MEMS)。這些裝置大部分係三維(3D)結構及需要藉由蝕刻來圖形化。已經藉由在含氯氣體中進行化學乾蝕刻來達成高蝕刻速率。但是,此方法在III族氮化物材料系統InGaAlN中具有於不同合金間的選擇性降低。另一方面,已發現KOH基底的溶液會蝕刻AlN且對GaN及AlGaN具高度選擇性,且其係一種蝕刻在AlN-AlGaN異質結構中的犧牲層並產生3D AlN結構的快速方法。但是,KOH基底及其它高鹼性溼式化學蝕刻經常會因矽的各向異性蝕刻而在晶圓的背面邊造成矽粗糙。已經嘗試藉由加入非離子表面活性劑諸如Triton-X100®來解決此問題,但是此等界面活性劑趨向於在高溫下讓該溶液轉成混濁。溶液混濁對光具有降低的穿透度,此指示出該溶液之一或多種組分團聚及可在該溶液中形成粒子。此等溶液具有在製造製程中會阻塞過濾器及改變在其中的有效組分濃度之一致性的可能性。因此,在技藝中對用於AlN而不會遭遇到上述缺點之溼式化學組合物有需求。
於本文中描述出一種合適於蝕刻鋁氮化物的蝕刻溶液,其包含下列、基本上由下列組成或由下列組成:水;一具有由式A表示的結構之陽離子界面活性劑:(A)
其中R1
、R2
、R3
及R4
各者各自獨立地係氫、經取代或未經取代的C1
-C30
烷基、經取代或未經取代的C3
-C8
環烷基、經取代或未經取代的C2
-C30
烯基、經取代或未經取代的芳烷基、經取代或未經取代的芳基、或經取代或未經取代的雜芳基,其中R1
、R2
、R3
及R4
並非全部皆係氫及X係一陰離子抗衡離子;一水可溶混的有機溶劑;及一鹼。
在另一個具體實例中,有提供一種用以在微電子裝置之製造期間自微電子基材至少部分去除鋁氮化物的方法,其中該基材包含鋁氮化物及矽,該方法其步驟包括:讓該微電子基材與一水性蝕刻溶液接觸一段足以自該基材至少部分去除該鋁氮化物的時間,其中該水性蝕刻溶液包含下列、基本上由下列組成或由下列組成:水;一具有由式A表示的結構之陽離子界面活性劑:(A),
其中R1
、R2
、R3
及R4
各者各自獨立地係氫、經取代或未經取代的C1
-C30
烷基、經取代或未經取代的C3
-C8
環烷基、經取代或未經取代的C2
-C30
烯基、經取代或未經取代的芳烷基、經取代或未經取代的芳基、或經取代或未經取代的雜芳基,其中R1
、R2
、R3
及R4
並非全部皆係氫及X係一陰離子抗衡離子;一水可溶混的有機溶劑;及一鹼;及沖洗該基材。
本發明的具體實例可單獨或彼此組合著使用。
本發明可以任何組合提供下列一或多種利益:(a)高AlN蝕刻速率;(b)高AlN/矽(100)蝕刻選擇性,例如,大於1.5、或大於1.8、或大於2、或大於2.5、或大於3、或大於3.5、或大於4、或大於4.5、或大於5、或大於5.5、或大於6、或大於6.5、或大於7、或大於7.5、或2至15、或3至12的AlN/矽(100)蝕刻速率;(c)正量的Si(110)/(100)蝕刻選擇性,最高1.5或較大、較佳為大於0.5、或大於0.6至1.5、或0.8至1.5、或1至1.5;及(d)正量的Si(111)/(100)蝕刻選擇性,最高0.5、或0.2至約0.5、或0.2至0.4、或0.3至0.5。由本發明之組合物及方法所提供的這些蝕刻選擇性之一或多種將提供無粗糙度或幾乎無粗糙度的矽表面。比較上,習知的鹼性溶液典型顯示出約0.5之Si(110)/Si(100)蝕刻選擇性。本發明的額外利益可包括:清澈的組合物、與SiO2
及SiN有較好的相容性及這些組合物及方法可使用於溼式工作台工具上。在較佳具體實例中,本發明提供高AlN/矽(100)蝕刻選擇性及0.8至1.5的Si(110)/(100)蝕刻選擇性二者。
額外地,單獨或與任何其它利益組合,對某些具體實例來說,該AlN蝕刻速率可大於5,000埃/分鐘、或大於10,000埃/分鐘、或大於12,000埃/分鐘;對某些具體實例來說,該Si(100)蝕刻速率可少於4,000埃/分鐘、或少於3,000埃/分鐘、或少於2,500埃/分鐘;對某些具體實例來說,該Si(110)蝕刻速率可少於4,000埃/分鐘、或少於3,000埃/分鐘、或少於2,500埃/分鐘;對某些具體實例來說,該Si(111)蝕刻速率可少於1,000埃/分鐘、或少於900埃/分鐘、或少於800埃/分鐘;對某些具體實例來說,該矽氧化物(SiO2
)蝕刻速率可少於30埃/分鐘、或少於25埃/分鐘、或少於22埃/分鐘、或少於20埃/分鐘;對某些具體實例來說,該矽氮化物(SiN)蝕刻速率可少於1埃/分鐘、或少於0.5埃/分鐘、或少於0.3埃/分鐘。
於本文中所引用的全部參考,包括公告、專利申請案及專利藉此以參考方式併入本文,至如若每篇參考係各別及特別指示出以參考方式併入本文及其全文係於本文中提出般相同的程度。
在說明本發明的上下文中(特別是在下列申請專利範圍的上下文中),除非其它方面於本文中有指示出或上下文有明確矛盾,否則所使用的用語「一」及「一種」及「該」及類似的指示對象欲推斷為涵蓋單一及複數二者。除非其它方面有提到,否則用語「包含(comprising)」、「具有(having)」、「包括(including)」及「包括(containing)」欲推斷為開放式用語(即,意謂著「包括但不限於」)。除非其它方面於本文中有指示出,否則於本文中的值範圍之列舉全然意欲提供作為各別指出落在該範圍內的每個分別值之速記方法,及每個分別值係併入本專利說明書中,如若其係於本文中各別敘述般。除非其它方面於本文中有指示出或其它方面上下文有明確矛盾,否則於本文中所描述的全部方法可以任何合適的順序進行。除非其它方面有所主張,否則任何及全部實施例之使用或於本文中所提供的範例文字(例如,「諸如」)全然意欲較好地闡明本發明及不在本發明的範圍上引起限制。在本專利說明書中並無文字應該推斷為指示出任何未主張的元素作為實行本發明的基本。
於本文中描述出本發明的較佳具體實例,包括由發明家知曉用以進行本發明的最好模式。可由一般熟悉此技藝之人士在讀取前述說明後明瞭那些較佳具體實例的變化。本發明家預計熟練人士能適當地使用此等變化,及本發明家意欲本發明係非如本文所特別描述般而實行。因此,本發明包括在到此為止所附加如由合適的法律准許之申請專利範圍中所敘述的主題之全部修改及同等物。再者,除非其它方面於本文中有指示出或其它方面上下文有明確矛盾,否則本發明包括上述所描述的元素在其全部可能的變化內之任何組合。
本發明普遍關於一種有用地自上面具有鋁氮化物之微電子裝置去除此材料的組合物。
為了參照容易,「微電子裝置」與半導體基材、平板顯示器、相變化記憶裝置、太陽能面板及包括太陽能基板的其它產物、光電伏特計、及經製造用以使用在微電子、積體電路或電腦晶片應用中的微電機系統(MEMS)相應。該太陽能基板包括但不限於矽、非晶矽、多晶矽、單晶矽、CdTe、硒化銅銦、硫化銅銦及在鎵上的砷化鎵。該太陽能基板可經摻雜或未摻雜。要瞭解的是,用語「微電子裝置」不意謂著欲以任何方式進行限制及包括最終將變成微電子裝置或微電子總成之任何基材。
如於本文中所定義,「低k介電材料」與使用在積層的微電子裝置中作為介電材料之任何材料相應,其中該材料具有介電常數少於約3.5。較佳的是,該低k介電材料包括低極性材料,諸如含矽的有機聚合物、含矽的混雜有機/無機材料、有機矽酸鹽玻璃(OSG)、TEOS、氟化的矽酸鹽玻璃(FSG)、二氧化矽及摻雜碳的氧化物(CDO)玻璃。要瞭解的是,該低k介電材料可具有不同密度及不同孔隙度。
如於本文中所定義,用語「障壁材料」與在技藝中使用來密封金屬線例如銅互相連接,以最小化該金屬例如銅擴散進該介電材料中之任何材料相應。較佳的障壁層材料包括鉭、鈦、釕、鉿及其它耐火性金屬及其氮化物及矽化物。
「實質上無」於本文中係定義為少於2重量%,較佳為少於1重量%,更佳為少於0.5重量%及最佳為少於0.1重量%,或少於1 ppm或少於100 ppb。「實質上無」亦包括0.000000重量%。用語「無」意謂著0.000000重量%及較少。
如於本文中所使用,「約」意欲與所描述的值之±5%相應。
在全部此等組合物中,其中該組合物的特定組分係參照包括零下限之重量百分比範圍進行討論,將要了解的是,在該組合物的多個特定具體實例中,此等組分可存在或缺乏,及在此等組分係存在的例子中,它們可以低如0.0001重量百分比之濃度呈現,以使用此等組分的組合物之總重量為基準。該重量百分比係以該組合物的總重量為基準,也就是說,100重量%。除非其它方面有指示出,否則全部組分係以其「純」量列出,此意謂著若以溶劑或水溶液加入至該組合物時,排除任何溶劑或水。
於本文中所揭示出的蝕刻組合物係一種合適於在微電子裝置之製造期間自該裝置至少部分去除鋁氮化物之蝕刻溶液。在此態樣的寬廣實行上,於本文中具體化的蝕刻溶液以有效的蝕刻量計包含下列、基本上由下列組成或由下列組成:水;一具有由式A表示的結構之陽離子界面活性劑:(A),
其中R1
、R2
、R3
及R4
各者各自獨立地係氫、經取代或未經取代的C1
-C30
烷基、經取代或未經取代的C3
-C8
環烷基、經取代或未經取代的C1
-C30
烯基、經取代或未經取代的芳烷基、經取代或未經取代的芳基、或經取代或未經取代的雜芳基,其中R1
、R2
、R3
及R4
並非全部皆係氫及X係一陰離子抗衡離子;一水可溶混的有機溶劑;及一鹼。
在某些具體實例中,於本文中所揭示出的蝕刻溶液組合物可調配成實質上無或無至少一或多種呈任何組合之下列化學化合物:氟化物、氧化劑、過氧化物諸如過氧化氫、及含金屬氧化劑、有機酸及/或無機酸。
水
本開發之蝕刻溶液組合物係水性基底,因此,包含水。在本發明中,水以多種方式作用,諸如例如,溶解該組合物之一或多種固體組分、作為水解媒質、作為該等組分之載體、作為殘餘物去除之輔助、作為該組合物之黏度改質劑及作為稀釋劑。較佳的是,在該蝕刻組合物中所使用的水係去離子化(DI)水。
咸信對大部分應用來說,所包含的水可係例如約40%至約99重量%的水。本發明的其它較佳具體實例可包含約70%至約99重量%的水。本發明的又其它較佳具體實例可包括量能達成其它成分之想要的重量百分比之水。該水可以由下列所列出的終點所界定之任何重量百分比範圍呈任何組合呈現:40、45、50、55、60、63、65、68、70、72、75、77、80、84、86、90、92、95及99,諸如77%至約95重量%的水。
陽離子界面活性劑
本開發的蝕刻溶液組合物包含至少一種具有由式A表示的結構之陽離子界面活性劑:(A)
其中R1
、R2
、R3
及R4
各者各自獨立地係氫、經取代或未經取代的C1
-C30
烷基、經取代或未經取代的C3
-C8
環烷基、經取代或未經取代的C2
-C30
烯基、經取代或未經取代的芳烷基、經取代或未經取代的芳基、或經取代或未經取代的雜芳基,其中R1
、R2
、R3
及R4
並非全部皆係氫;及X係一陰離子抗衡離子。
如於本文中所使用,用語「烷基」或「C1
-C30
烷基」意謂著一可具有約1至約30個碳原子的鏈之直或分枝的脂肪烴基團。較佳的烷基具有1至約25、或1至20、或1至15、或1至10個碳原子的鏈。分枝意謂著一或多個短鏈烷基諸如甲基、乙基或丙基係接附至一線性烷基鏈。該烷基可經一或多個可相同或不同的「烷基取代基」取代,及其包括鹵基、環烷基、烷氧基、烷氧基羰基、芳烷氧基羰基或雜芳烷氧基羰基。典型的烷基包括甲基、三氟甲基、環丙基甲基、環戊基甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、三級丁基、正戊基、3-戊基、甲氧基乙基、二級丁基、異戊基、新戊基、己基、2-己基、3-己基及3-甲基戊基。
如於本文中所使用,「烯基」指為一包括2-30(例如,2-18、2-8、2-6或2-4)個碳原子及至少一個雙鍵的脂肪族碳基團。類似於烷基,該烯基可係直、分枝或環狀或其任何組合。該烯基的實施例包括但不限於烯丙基、異戊二烯基、2-丁烯基及2-己烯基。該烯基可選擇性經一或多個如在下列提出的取代基取代。
如於本文中所使用,「芳基」係單獨使用;或如在「芳烷基」中作為較大部分之部分時,其指為單環(例如,苯基)、雙環(例如,茚基、萘基、四氫萘基、四氫茚基)及三環(例如,茀基、四氫茀基或四氫蒽基、蒽基)的環系統,其中該單環的環系統係芳香族或在雙環或三環之環系統中的環之至少一個係芳香族。該雙環及三環基團包括苯并并合的2-3員碳環。例如,該苯并并合的基團包括苯基與二或更多個C4-8
碳環部分并合。該芳基係選擇性經一或多個如在下列提出的取代基取代。
如於本文中所使用,「芳烷基」或「芳基烷基」指為一經芳基取代的烷基(例如,C1-4
烷基)。「烷基」及「芳基」二者上述已經定義。該芳烷基的實施例有苄基。該芳烷基係選擇性經一或多個如在下列提出的取代基取代。
如於本文中所使用,「環烷基」指為3-10(例如,5-10)個碳原子之飽和碳環的單或雙環(并合或橋接)的環。該環烷基之實施例包括環丙基、環丁基、環戊基、環己基、環庚基、金剛烷基、降莰基、立方烷基(cubyl)、八氫-茚基、十氫-萘基、雙環[3.2.1]辛基、雙環[2.2.2]辛基、雙環[3.3.1]壬基、雙環[3.3.2]癸基、雙環[2.2.2]辛基、金剛烷基、氮雜環烷基或((胺基羰基)環烷基)環烷基。
如於本文中所使用,用語「雜芳基」指為具有4至18個環原子之單環、雙環或三環的環系統,其中該環原子的一或多個係雜原子(例如,N、O、S或其組合),及其中該單環的環系統係芳香族或在該雙環或三環的環系統中之環的至少一個係芳香族。該雜芳基包括一具有2至3個環之苯并并合的環系統。例如,該苯并并合的基團包括與一或二個4至8員雜環脂肪族部分苯并并合(例如,吲嗪基(indolizyl)、吲哚基、異吲哚基、3H-吲哚基、吲哚啉基、苯并[b]呋喃基、苯并[b]硫苯基、喹啉基或異喹啉基)。該雜芳基的某些實施例有吖呾基、吡啶基、1H-吲唑基、呋喃基、吡咯基、噻吩基、噻唑基、噁唑基、咪唑基、四唑基、苯并呋喃基、異喹啉基、苯并噻唑基、呫噸、噻呫噸、啡噻嗪、二氫吲哚、苯并[1,3]二噁呃、苯并[b]呋喃基、苯并[b]硫苯基、吲唑基、苯并咪唑基、苯并噻唑基、嘌呤基(puryl)、噌啉基(cinnolyl)、喹啉基、喹唑基、噌啉基、呔嗪基(phthalazyl)、喹唑基、喹噁啉基(quinoxalyl)、異喹啉基、4H-喹嗪基(quinolizyl)、苯并-1,2,5-噻二唑基或1,8-萘啶基(naphthyridyl)。
非為限制,該單環雜芳基包括呋喃基、硫苯基、2H-吡咯基、吡咯基、噁唑基、噻唑基(thazolyl)、咪唑基、吡唑基、異噁唑基、異噻唑基、1,30,4-噻二唑基、2H-哌喃基、4-H-哌喃基、吡啶基、嗒嗪基(pyridazyl)、嘧啶基、吡唑基(pyrazolyl)、吡唑基(pyrazyl)或1,3,5-三唑基。該單環雜芳基係根據標準化學命名法計數。
非為限制,該雙環雜芳基包括吲嗪基、吲哚基、異吲哚基、3H-吲哚基、吲哚啉基、苯并[b]呋喃基、苯并[b]硫苯基、喹啉基、異喹啉基、吲嗪基、異吲哚基、吲哚基、苯并[b]呋喃基、苯并[b]硫苯基、吲唑基、苯并咪唑基(benzimidazyl)、苯并噻唑基、嘌呤基、4H-喹嗪基、喹啉基、異喹啉基、噌啉基、呔嗪基、喹唑基、喹噁啉基、1,8-萘啶基或喋啶基。該雙環雜芳基係根據標準化學命名法計數。
該雜芳基係選擇性經一或多個如在下列提出的取代基取代。
措辭「選擇性經取代」可與措辭「經取代或未經取代」互換地使用。如於本文中所描述,本揭示之化合物可選擇性經一或多個取代基取代,諸如上述一般闡明,或如由本揭示的特別種類、次種類及物種所例示。如於本文中所描述,上述部分之任何或下列所引進的那些可選擇性經一或多個於本文中所描述的取代基取代。特定基團的每個取代基進一步選擇性經一至三個鹵基、氰基、側氧烷氧基、羥基、胺基、硝基、芳基、鹵烷基及烷基取代。例如,該烷基可經烷基硫烷基取代,及該烷基硫烷基可選擇性經一至三個鹵基、氰基、側氧烷氧基、羥基、胺基、硝基、芳基、鹵烷基及烷基取代。
通常來說,用語「經取代」不論是否冠上用語「選擇性」,其指為以具體指定的取代基基團置換在所提供的結構中之氫基團。特定的取代基係在上述定義中及在下列其化合物及實施例之說明中有所描述。除非其它方面有指示出,否則選擇性經取代的基團可在該基團的每個可取代位置處具有一取代基,及當在任何所提供的結構中之多於一個位置可經多於一個選自於具體指定的基團之取代基取代時,在每個位置處的取代基可相同或不同。諸如雜環烷基的環取代基可鍵結至另一個環諸如環烷基而形成一螺形雙環系統,例如,二者環共享一個共同原子。如一般技藝人士將了解,由本揭示所設想的取代基組合係造成穩定或化學可行的化合物形成之那些組合。
由式A表示的陽離子界面活性劑功能為抑制可於強鹼存在下發生之矽粗糙(包括Si(100))。再者,由式A表示的陽離子界面活性劑亦允許在溫度最高100℃下去除鋁氮化物而沒有該組合物轉混濁。
在一個具體實例中,R1
、R2
、R3
及R4
之至少一個係甲基。
在另一個具體實例中,R1
、R2
、R3
及R4
之至少一個係經取代或未經取代的芳基。
在另一個具體實例中,R1
、R2
、R3
及R4
之至少一個係經取代或未經取代的芳烷基。
由式A之結構表示的陽離子部分之實施例包括例如苄基三甲基銨(R1
=C6
H5
CH2
,R2
=R3
=R4
=CH3
)、蘿烷基三甲基銨(behentrimonium)(R1
=CH3
(CH2
)21
,R2
=R3
=R4
=CH3
)、苄烷銨(R1
=C6
H5
CH2
,R2
=Cn
H2n+1
(n=8、10、12、14、16、18),R3
=R4
=CH3
)、卡貝銨(carbethopendecinium)(R1
=1-乙氧基-1-側氧十六烷-2-基,R2
=R3
=R4
=CH3
)、十六烷基三甲基銨(R1
=C16
H33
,R2
=R3
=R4
=CH3
)、二癸基二甲基銨(R1
=R2
=C10
H21
,R3
=R4
=CH3
)、二甲基雙十八烷基銨(R1
=R2
=C18
H37
,R3
=R4
=CH3
)、二甲基二丙基銨(R1
=R2
=C3
H7
,R3
=R4
=CH3
)、司拉銨(stearalkonium)(R1
=C6
H5
CH2
,R2
=C18
H37
,R3
=R4
=CH3
)及四甲基銨(R1
=R2
=R3
=R4
=CH3
)。
該式A的結構之X-
部分係「陰離子抗衡離子」,其係一種衍生自有機或無機酸鹽而能抵銷該陽離子電荷之陰離子或陰離子基團。選出該陰離子抗衡離子部分的實施例包括:i)鹵化物,諸如氯化物或溴化物;ii)硝酸鹽;iii)磺酸鹽,包括C1
-C6
烷基磺酸鹽:Alk-S(O)2
O-
,諸如甲磺酸鹽或甲磺酸鹽(mesylate)及乙磺酸鹽;iv)芳基磺酸鹽:Ar--S(O)2
O-
,諸如苯磺酸鹽及甲苯磺酸鹽或甲苯磺酸鹽(tosylate);v)檸檬酸鹽;vi)琥珀酸鹽;vii)酒石酸鹽;viii)乳酸鹽;ix)烷基亞硫酸鹽:Alk-O--S(O)O-
,諸如甲基亞硫酸鹽及乙基亞硫酸鹽;x)芳基亞硫酸鹽:Ar--O--S(O)O-
,諸如苯亞硫酸鹽及甲苯亞硫酸鹽;xi)烷氧基硫酸鹽:Alk-O--S(O)2
O-
,諸如甲氧基硫酸鹽及乙氧基硫酸鹽;xii)芳氧基硫酸鹽:Ar--O--S(O)2
O-
;xiii)磷酸鹽O=P(OH)2
-O-
、O=P(O-
)2
--OHO=P(O-
)3
、HO--[P(O)(O-
)]w
--P(O)(O-
)2
,其中w係整數;xiv)醋酸鹽;xv)三氟甲基磺酸鹽;及xvi)硼酸鹽,諸如四氟硼酸鹽;xvii)二硫酸鹽(O=)2
S(O-
)2
或SO4 2-
及單硫酸鹽HSO4 -
。該衍生自有機或無機酸鹽的陰離子抗衡離子保證該分子的電中性。
該陰離子抗衡離子X-
較佳為鹵化物,較佳為諸如氯化物、溴化物或碘化物;(C1
-C4
)烷基硫酸鹽或(C1
-C4
)烷基-或(C1
-C4
)烷基芳基-磺酸鹽。但是,可使用甲磺酸鹽、磷酸鹽、硝酸鹽、甲苯磺酸鹽、衍生自有機酸的陰離子諸如醋酸鹽或乳酸鹽、或與包括酯官能性的銨相容之任何其它陰離子。在某些具體實例中,該X-
非為氫氧化物(-OH-
)。
該陰離子抗衡離子X-
甚至更特別為甲苯磺酸鹽、氯化物、溴化物或氫氧化物。
該由式A之結構表示的範例性陽離子界面活性劑包括鹵化烷基三甲基銨及甲苯磺酸烷基三甲基銨。
該鹵化烷基三甲基銨包括例如溴化辛基三甲基銨、溴化癸基三甲基銨、溴化十二烷基三甲基銨、溴化肉豆蔻基三甲基銨及溴化鯨蠟基三甲基銨。
該甲苯磺酸烷基三甲基銨包括例如甲苯磺酸辛基三甲基銨、甲苯磺酸癸基三甲基銨、甲苯磺酸十二烷基三甲基銨、甲苯磺酸肉豆蔻基三甲基銨及甲苯磺酸鯨蠟基三甲基銨(CTAT)。
在某些具體實例中,該陽離子界面活性劑係選自於下列或選自於由下列所組成之群:氯化硬脂基三甲基銨、甲苯磺酸鯨蠟基三甲基銨、氯化辛基三甲基銨、氯化廿二烯基雙-(羥乙基)甲基銨、氯化廿二烯基三甲基銨、氯化鯨蠟基三甲基銨、溴化鯨蠟基三甲基銨、氯化肉豆蔻基三甲基銨、溴化肉豆蔻基三甲基銨、氯化十二烷基三甲基銨、溴化十二烷基三甲基銨、氯化癸基三甲基銨、溴化癸基三甲基銨及其組合。
咸信在本開發之蝕刻組合物中的陽離子界面活性劑化合物之量可係該組合物的約0.0001%至約5.0重量%。較佳的是,該陽離子界面活性劑化合物包含該組合物之約0.001%至約2.0重量%,及最佳為約0.005%至約1.0重量%,或在由下列終點所界定的任何重量%範圍內呈任何組合:0.0001、0.001、0.005、0.01、0.02、0.03、0.05、0.07、0.09、0.1、0.15、0.2、0.3、0.5、0.7、0.9、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5及5。
鹼性/鹼組分
本發明的蝕刻溶液組合物包含一鹼,諸如例如,四級銨化合物(諸如例如,氫氧化四烷基銨)、有機胺、鹼金屬氫氧化物或其混合物。該鹼可輔助AlN溶解。
於本文中考慮到之氫氧化四烷基銨鹼包括具有式NRa
Rb
Rc
Rd
OH的化合物,其中Ra
、Rb
、Rc
及Rd
可彼此相同或不同及選自於下列或選自於由下列所組成之群:氫、直鏈或分枝的C1
-C6
烷基(例如,甲基、乙基、丙基、丁基、戊基及己基)及經取代或未經取代的C6
-C10
芳基,例如,苄基。可使用可商業購得的氫氧化四烷基銨,包括氫氧化四乙基銨(TEAH)、氫氧化四甲基銨(TMAH)、氫氧化四丙基銨(TPAH)、氫氧化四丁基銨(TBAH)、氫氧化三丁基甲基銨(TBMAH)、氫氧化苄基三甲基銨(BTMAH)及其組合。未可商業購得的氫氧化四烷基銨可以類似於已公告由一般技藝之人士知曉使用來製備TMAH、TEAH、TPAH、TBAH、TBMAH及BTMAH的合成方法之方式進行製備。另一種廣泛使用的四級銨鹼係氫氧化膽鹼。
可在特定組合物中有用的闡明性有機胺包括具有通式NR’R”R’”之物種,其中R’、R”及R’”可彼此相同或不同及選自於下列或選自於由下列所組成之群:氫、直鏈或分枝的C1
-C6
烷基(例如,甲基、乙基、丙基、丁基、戊基及己基)及直鏈或分枝的C1
-C6
醇(例如,甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇及己醇)。最佳的是,R’、R”及R’”之至少一個係直鏈或分枝的C1
-C6
醇。實施例包括但不限於胺基乙基乙醇胺、N-甲基胺基乙醇、胺基乙氧基乙醇、二甲基胺基乙氧基乙醇、二乙醇胺、N-甲基二乙醇胺、單乙醇胺、三乙醇胺、1-胺基-2-丙醇、2-胺基-1-丁醇、異丁醇胺、三伸乙基二胺、其它C1
-C8
烷醇胺及其組合。
鹼金屬氫氧化物的闡明性實施例包括氫氧化鋰、氫氧化鈉及氫氧化鉀。
在某些具體實例中,所使用的鹼係氫氧化鉀。
咸信在本開發的蝕刻組合物中之強鹼量可係該組合物的約0.1%至約60重量%。較佳的是,所包含的強鹼係該組合物之約1.0%至約30重量%,及最佳為約1.0%至約20重量%。該鹼之其它有用的範圍可選自於下列所列出的重量百分比終點而呈任何組合:0.1、0.5、1、3、5、7、10、12、15、17、20、22、25、28、30、35、38、40、45、50、55及60。
水可溶混的溶劑
本發明之蝕刻溶液組合物包括一或多種水可溶混的有機溶劑。該水可溶混的有機溶劑功能至少部分係使得該陽離子界面活性劑溶解在鹼性溶液中而產生清澈溶液和改良矽表面粗糙度。該溶劑亦可作用為調整該溶液的極性。可使用之水可溶混的有機溶劑之實施例有乙二醇、丙二醇(PG)、1,4-丁二醇、三丙二醇甲基醚、丙二醇丙基醚、二甘醇正丁基醚(可以商業稱號Dowanol DB商業購得)、己基氧基丙基胺、聚(氧基伸乙基)二胺、二甲基亞碸、四氫糠基醇(THFA)、甘油、醇、亞碸、3-甲氧基-3-甲基-1-丁醇或其混合物。
在某些具體實例中,該水可溶混的有機溶劑包括一含羥基水可溶混的溶劑。該含羥基水可溶混的溶劑之種類包括但不限於烷烴雙醇及多元醇(包括但不限於伸烷基二醇)、二醇、烷氧基醇(包括但不限於二醇單醚)、飽和的脂肪族單羥基醇、不飽和的非芳香族單羥基醇及包括環結構的低分子量醇。
該可溶於水的烷烴雙醇及多元醇諸如(C2
-C20
)烷烴雙醇及(C3
-C20
)烷烴三醇之實施例包括但不限於2-甲基-1,3-丙二醇、1,3-丙二醇、2,2-二甲基-1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,3-丁二醇、1,2-丁二醇、2,3-丁二醇及片吶。
該可溶於水的伸烷基二醇之實施例包括但不限於乙二醇、丙二醇、二甘醇、二丙二醇、三甘醇及四甘醇。
該可溶於水的烷氧基醇之實施例包括但不限於3-甲氧基-3-甲基-1-丁醇、3-甲氧基-1-丁醇、1-甲氧基-2-丁醇及可溶於水的二醇單醚。
該可溶於水的二醇單醚之實施例包括但不限於乙二醇單甲基醚、乙二醇單乙基醚、乙二醇單正丙基醚、乙二醇單異丙基醚、乙二醇單正丁基醚、二甘醇單甲基醚、二甘醇單乙基醚、二甘醇單丁基醚、三甘醇單甲基醚、三甘醇單乙基醚、三甘醇單丁基醚、1-甲氧基-2-丙醇、2-甲氧基-1-丙醇、1-乙氧基-2-丙醇、2-乙氧基-1-丙醇、丙二醇單正丙基醚、二丙二醇單甲基醚(DPM)、二丙二醇單乙基醚、二丙二醇單正丙基醚、三丙二醇單乙基醚、三丙二醇單甲基醚及乙二醇單苄基醚、二甘醇單苄基醚及其混合物。
該可溶於水的飽和脂肪族單羥基醇之實施例包括但不限於甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、1-丁醇、2-丁醇、異丁基醇、三級丁醇、2-戊醇、三級戊醇、1-己醇及其混合物。
該可溶於水的不飽和非芳香族單羥基醇之實施例包括但不限於烯丙醇、炔丙醇、2-丁烯基醇、3-丁烯基醇、4-戊烯-2-醇及其混合物。
該可溶於水之包括環結構的低分子量醇之實施例包括但不限於α-萜品醇、四氫糠基醇、糠醇、1,3-環戊二醇及其混合物。
咸信對大部分應用來說,該水可溶混的有機溶劑若存在時,其可包含的量係該組合物之約0.001至約75,或約5至約75,或約0.001至約50,或5至約50,或約0.001至約30,或約5至約30重量%。咸信對大部分應用來說,該水可溶混的有機溶劑若存在時,其可包含的量係該組合物之約0.1至20重量%,或該組合物的0.2至約10重量%或約0.3%至約8重量%。任擇地,該組合物可包含在選自於下列所列出的終點之重量%範圍內呈任何組合的任何量之水可溶混的有機溶劑:0.001、0.01、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.5、2、3、4、5、7、9、10、12、15、17、20、50及75。
金屬螯合劑(選擇性)
可使用在本文所揭示的蝕刻組合物中之另一種選擇性成分係金屬螯合劑,其典型功能為增加該組合物將金屬保留在溶液中及提高金屬殘餘物溶解的能力。對此目的有用的螯合劑之典型實施例有下列有機酸及其異構物及鹽:(伸乙基二腈基)四醋酸(EDTA)、伸丁基二胺四醋酸、(1,2-伸環己基二腈基-)四醋酸(CyDTA)、二伸乙基三胺五醋酸(DETPA)、伸乙基二胺四丙酸、(羥乙基)伸乙基二胺三醋酸(HEDTA)、N,N,N’,N’-伸乙基二胺四(伸甲基膦)酸(EDTMP)、三伸乙基四胺六醋酸(TTHA)、1,3-二胺基-2-羥基丙烷-N,N,N’,N’-四醋酸(DHPTA)、甲基亞胺基二醋酸、伸丙基二胺四醋酸、次氮基三醋酸(nitrolotriacetic acid)(NTA)、檸檬酸、酒石酸、葡萄糖酸、糖質酸、甘油酸、草酸、酞酸、馬來酸、扁桃酸、丙二酸、乳酸、水楊酸、兒茶酚、沒食子酸、沒食子酸丙酯、焦棓酚、8-羥基喹啉及半胱胺酸。較佳的螯合劑有胺基羧酸,諸如EDTA、CyDTA;及胺基膦酸,諸如EDTMP。
咸信對大部分應用來說,若存在時,該螯合劑可以該組合物的0至約10重量%之量存在於該組合物中,較佳量為約0.1至10%或約0.1至5重量%。
在某些具體實例中,本發明之組合物可無或實質上無任何或全部上述列出的金屬螯合劑加入至該組合物。
腐蝕抑制劑(選擇性)
本發明之組合物選擇性包含至少一種腐蝕抑制劑。該腐蝕抑制劑提供與欲清潔的基材表面反應而使該表面鈍化及防止過量蝕刻,其中該表面可係金屬特別是銅或非金屬。
可使用在技藝中已知用於類似應用的任何腐蝕抑制劑。該腐蝕抑制劑的實施例包括芳香族羥基化合物、炔性醇、含羧基有機化合物及其酐、及三唑化合物。
該範例性芳香族羥基化合物包括酚、甲酚、二甲苯酚、焦兒茶酚、間苯二酚、氫醌、焦棓酚、1,2,4-苯三醇、水楊醇、對-羥基苄醇、鄰-羥基苄醇、對-羥基苯乙醇、對-胺基酚、間-胺基酚、二胺基酚、胺基間苯二酚、對-羥基苯甲酸、鄰-羥基苯甲酸、2,4-二羥基苯甲酸、2,5-二羥基苯甲酸、3,4-二羥基苯甲酸及3,5-二羥基苯甲酸。
該範例性炔性醇包括2-丁炔-1,4-二醇、3,5-二甲基-1-己炔-3-醇、2-甲基-3-丁炔-2-醇、3-甲基-1-戊炔-3-醇、3,6-二甲基-4-辛炔-3,6-二醇、2,4-7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇及2,5-二甲基-3-己炔-2,5-二醇。
該範例性含羧基有機化合物及其酐包括蟻酸、醋酸、丙酸、丁酸、異丁酸、草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、馬來酸、反丁烯二酸、苯甲酸、酞酸、1,2,3-苯三羧酸、羥醋酸、乳酸、馬來酸、醋酸酐及水楊酸。
該範例性三唑化合物包括苯并三唑、鄰-甲苯基三唑、間-甲苯基三唑、對-甲苯基三唑、羧基苯并三唑、1-羥基苯并三唑、硝基苯并三唑及二羥基丙基苯并三唑。
在範例性具體實例中,該腐蝕抑制劑包括下列之一或多種:苯并三唑、羧基苯并三唑、胺基-苯并三唑、D-果糖、三級丁基兒茶酚、L-抗壞血酸、香草精、水楊酸、二乙基羥胺(DEHA)及聚(伸乙基亞胺)。
在其它具體實例中,該腐蝕抑制劑係三唑且係苯并三唑、鄰-甲苯基三唑、間-甲苯基三唑及對-甲苯基三唑之至少一種。
咸信對部分應用來說,若存在時,所包含的腐蝕抑制劑可係該組合物之約0.1重量%至約15重量%,或約0.1重量%至約10重量%,或約0.5重量%至約5重量%,或約0.1重量%至約1重量%,或約0.5重量%至約5重量%,或約5重量%至15重量%,或該組合物的約7至約12重量%。
在某些具體實例中,本發明之組合物可無或實質上無任何或全部上述列出的腐蝕抑制劑加入至該組合物。
可在該蝕刻組合物中包括習知量之其它通常已知的組分,諸如染料、滅菌劑等等,例如,其量係最高總共該組合物的約5重量%。
pH
本開發之蝕刻組合物的pH可經改變而製造出一對意欲的末端使用最佳化之組合物。通常來說,該pH將係鹼性,例如,大於約9.0,及更佳為10.0或較大。最佳的是,該蝕刻組合物之pH可係12或較大。在使用時,最好該蝕刻組合物的pH係至少約12,且14較佳。
該等組分的重量百分比比率範圍可涵蓋於本文中所描述之全部可能的濃縮或稀釋具體實例。為此目的,在一個具體實例中,提供一種濃縮蝕刻組合物,其可經稀釋而使用作為蝕刻溶液。濃縮組合物或「濃縮物」有利地准許使用者例如製程工程師在使用點處將該濃縮物稀釋至想要的強度及pH。該濃縮的蝕刻組合物之稀釋範圍可係約1:1至約2500:1,較佳為約5:1至約200:1,其中該蝕刻組合物係在該工具處或僅在其之前以溶劑例如去離子水稀釋。熟習該項技術者會賞識的是,在稀釋後,於本文中所揭示的組分之重量百分比比率範圍應該保持未改變。
本發明之蝕刻溶液組合物典型藉由在室溫下於容器中將該等組分混合在一起直到全部固體已溶解於該水性基底媒質中而製備。
方法
在另一個態樣中,有提供一種在微電子裝置之製造期間自該微電子基材至少部分去除鋁氮化物的方法,其中該基材包含鋁氮化物及矽,該方法其步驟包括:讓該微電子基材與一水性蝕刻溶液接觸一段足以自該基材至少部分去除該鋁氮化物的時間,其中該水性蝕刻溶液包含下列、基本上由下列組成或由下列組成:水;一具有由式A表示的結構之陽離子界面活性劑:,
其中R1
、R2
、R3
及R4
各者各自獨立地係氫、經取代或未經取代的C1
-C30
烷基、經取代或未經取代的C3
-C8
環烷基、經取代或未經取代的C2
-C30
烯基、經取代或未經取代的芳烷基、經取代或未經取代的芳基、或經取代或未經取代的雜芳基,其中R1
、R2
、R3
及R4
並非全部皆係氫及X係一陰離子抗衡離子;一水可溶混的有機溶劑;及一鹼;及沖洗該基材。在某些具體實例中,可有至少一個包括乾燥步驟的額外步驟。
該接觸步驟可藉由任何合適的方法進行,諸如例如,沈浸、噴灑或經由單一晶圓製程。
該沖洗步驟係藉由任何合適的方法進行,例如,使用去離子水藉由沈浸或噴灑技術來沖洗該基材。在較佳的具體實例中,該沖洗步驟係使用去離子水與水可溶混的有機溶劑諸如例如異丙醇之混合物進行。
該乾燥步驟係藉由任何合適的方法進行,例如,異丙醇(IPA)蒸氣乾燥或藉由向心力。
在本發明之方法中所使用的微電子基材除了鋁氮化物及/或矽(除了該矽基材外)之膜、層及/或圖形化區域外,可在上面進一步包括一包含下列之一或多種的膜、層及/或圖形化區域:二氧化矽、矽氮化物、金屬。
如於本文中所使用,用語「蝕刻」或其動名詞指為一種使用蝕刻現象的製程,及其自然包括去除鋁氮化物。因此,該微電子裝置可進一步包括一其製造製程具有一藉由蝕刻溶液來溶解掉全部鋁氮化物,就算在最後產物上無餘留鋁氮化物的步驟之電子裝置。
使用根據本發明之蝕刻溶液來處理鋁氮化物層或部分層通常將藉由一浸泡方法達成,但是可使用其它方法諸如噴灑或旋轉蝕刻來進行該處理。藉由浸泡來處理的條件無法對全部情況進行具體指定,因為它們將依該蝕刻溶液的組分及該鋁氮化物的膜厚度而不同,但是通常來說,該處理溫度可係約20至100℃及更佳為約30-80℃或20-60℃。在某些具體實例中,可進行此處理同時施加超音波。
自該微電子裝置「至少部分去除」鋁氮化物與去除至少90%的該材料相應,較佳為去除至少95%。最佳的是,使用本開發之組合物去除至少99%。
在達成想要的去除作用後,本開發之蝕刻溶液容易地例如藉由沖洗、清洗或其它去除步驟自先前已施加其的裝置去除,如可在本發明之組合物所提供的末端使用應用中想要及有效般。例如,該裝置可以包括去離子水的沖洗溶液來沖洗及/或乾燥(例如,旋轉乾燥、N2
、蒸氣-乾燥等等)。因此,本開發的另一個態樣係關於一種自微電子裝置表面去除鋁氮化物的二步驟方法。該第一步驟包括在約20℃至約100℃,較佳為約20℃至約60℃之溫度範圍下,讓該含鋁氮化物裝置與本開發之蝕刻溶液接觸一段約0.5分鐘至約60分鐘的時間。通常來說,溫度愈高,蝕刻速率愈高,因此可使用溫度作為控制蝕刻速率的變數。之後,在約20℃至約30℃之溫度範圍下,讓該裝置與去離子水沖洗接觸例如15秒至約300秒。
藉由下列討論的闡明性實施例更完整地顯示出特徵及優點。
實施例
用以製備該蝕刻組合物的通用程序
本實施例的目標之全部組合物係藉由在250毫升燒杯中以1”塗佈鐵弗龍的攪拌棒混合100克材料而製備。對沒有水可溶混的有機溶劑之組合物來說,加入至燒杯的第一材料係去離子化(DI)水。然後,可以任何順序加入剩餘組分。
對包括水可溶混的有機溶劑之組合物來說,該組合物係如上述描述般混合,但是較佳為在引進該陽離子界面活性劑前,將該溶劑諸如例如3-甲氧基-3-甲基-1-丁醇(「MMB」)加入至水。
基材之組合物
在本實施例中,使用來決定鋁氮化物的蝕刻速率之每個基材皆包含一在矽晶圓上的鋁氮化物膜。為了決定不同矽定向的蝕刻速率,使用矽(100)晶圓、矽(110)晶圓及矽(111)晶圓。
加工條件
在150毫升燒杯中,使用設定在500 rpm的½”圓鐵弗龍攪拌棒,使用100克蝕刻組合物進行蝕刻測試。若需要的話,在加熱板上將該蝕刻組合物加熱至下列指示出之想要的溫度。在下列條件設定下,將尺寸大約1”x1”的晶圓斷片沈浸在該組合物中。
5分鐘@ 65℃
5分鐘@ 75℃
10分鐘@ 65℃
10分鐘@ 75℃
然後,在DI水溢流槽中沖洗該等斷片3分鐘及隨後使用經過濾的氮乾燥。
蝕刻速率測量程序
自蝕刻前後之厚度變化來估計鋁氮化物蝕刻速率,及使用Nanospec®光譜儀,藉由光學顯微鏡(OM)測量來決定。藉由測量晶圓片與在下列表中認定的組合物接觸前與接觸後及如上所述般沖洗及乾燥後之片重量來決定矽(100)、或矽(110)、或矽(111)之晶圓片的蝕刻速率。對該等晶圓製得厚度(或重量)變化如為沈浸時間的函數之曲線圖及自該曲線的斜率來決定該蝕刻速率,以埃/分鐘計。(對重量測量來說,藉由考慮到每片測試晶圓片的體積及面積,將重量變化轉換成埃/分鐘。)本發明描述出一種提供高AlN蝕刻速率而沒有矽粗糙度的新型組合物。再者,在高溫下未觀察到起霧現象(此係當溶液變混濁時)。該粗糙度及平滑度係藉由光學評估使用光學顯微鏡及SEM成像來決定。如在下列表中報導,若一表面不平滑時,其視為「粗糙」。「嚴重粗糙」係比「粗糙」更不平滑及「損傷」係比嚴重粗糙更差。
評估降低矽粗糙度及起霧現象形成的不同方法。這些包括調查溶劑效應或溶劑對水比率及起霧現象對界面活性劑型式的靈敏度。
表1及2顯示出多種組合物就「起霧」形成及矽保護而論的性能。
表1. 非離子表面活性劑(Sulfonyl® 485,來自Evonik)在KOH溶液中之評估
1D | 1C | |
KOH | 11.00 | 11.00 |
DIW | 89.00 | 89.00 |
Surfynol® 485 | 0.050 | |
混濁現象 | 清澈溶液 | 混濁溶液 |
Si(100)損傷 | 粗糙 | 平滑 |
表1顯示出非離子表面活性劑可抑制矽粗糙化,但是會導致起霧現象。KOH值係「純的」,以100% KOH(無水)為基準。該溶液1E的起霧點係40℃。溶液1D在任何溫度下皆不具有「混濁」現象。
表2. 陽離子界面活性劑(CTAT)在KOH溶液中之評估
溶液 | 1D | 1E |
KOH | 11.00 | 11.00 |
DIW | 89.00 | 89.00 |
Surfynol 485 | 0.050 | |
混濁現象 | 清澈溶液 | 混濁 |
Si(100)損傷 | 嚴重損傷 | 平滑 |
Si( 100) E/R | 12074 | 2398 |
Si( 110)E/R | 6368 | 2772 |
Si( 111)E/R | 1225 | 768 |
表2顯示出陽離子界面活性劑可在65℃下抑制矽表面的粗糙化而沒有「起霧」形成。
表3顯示出不同溶劑在矽表面粗糙上的影響。
表3:
溶液 | 1D | 1Y | 1Z | 2H | 2I | 2J | 1K |
KOH | 11 | 11 | 11 | 11 | 11 | 11 | 11 |
DIW | 89 | 79 | 79 | 79 | 79 | 79 | 79 |
DPM | 10 | ||||||
MMB | 10 | ||||||
THFA | 10 | ||||||
DEHA | 10 | ||||||
PG | 10 | ||||||
甘油 | 10 | ||||||
混濁現象 | 清澈溶液 | 清澈溶液 | CP= 50ºC | 清澈溶液 | 清澈溶液 | 清澈溶液 | 清澈溶液 |
矽100 E/R | 12074 | 4331 | 2298 | 未測試 | 未測試 | 7529 | 7867 |
矽110 E/R | 6368 | 2920 | 1245 | 3615 | 5107 | ||
矽111 E/R | 1225 | 941 | 661 | 1349 | 1597 | ||
矽損傷 | 嚴重粗糙 | 平滑 | 損傷 | 嚴重粗糙 | 損傷 | 嚴重粗糙 | 損傷 |
Si (110)/ Si(100) | 0.53 | 0.67 | 0.54 | 0.48 | 0.65 | ||
Si (111)/ Si(100) | 0.10 | 0.22 | 0.27 | 0.18 | 0.20 |
已發現DPM係保護矽對抗表面粗糙化的好溶劑。對某些實施例來說,該溶劑降低矽蝕刻速率;但是,某些溶劑在AlN蝕刻速率上具有負面衝擊。
表4顯示出多種調配物之時間及溫度在AlN蝕刻上的效應。藉由視覺計數來自SEM的三角錐體或其它缺陷數目來決定缺陷計數,以於晶圓上的單位面積計。
單位面積係0.01平方公分
溶液 | KOH (11%) | 1T | 1T | 2N |
KOH | 11 | 11 | 11 | 11 |
DIW | 89 | 88 | 88 | 88 |
CTAT | 0.05 | 0.05 | 0.1 | |
MMB | 0.95 | 0.95 | ||
2-丁醇 | 1.9 | |||
總重量 | 100 | 100 | 100 | 100 |
溫度 | 65°C | 65°C | 75°C | 65°C |
AlN OM結果時間=1分鐘 | 缺陷計數係每單位面積約40~50個 | 缺陷計數係每單位面積約30~40個 | 缺陷計數係每單位面積約10~20個 | 缺陷計數係每單位面積約10~20個 |
AlN OM結果時間=3分鐘 | 缺陷計數係每單位面積約10~20個 | 缺陷計數係約每單位面積10~20個 | 在該條件下無缺陷 | 缺陷計數係每單位面積約0~10個 |
增加溫度可增加AlN的蝕刻速率,此可觀察到在1分鐘處的AlN結晶較少及在3分鐘處完全去除。
表5顯示出不同溶劑在矽及AlN蝕刻選擇性上的影響。
藉由光譜儀來測量AlN蝕刻速率資料,於此情況中使用奈米分光光度計。
表5
溶劑效應(使用10%) | E/R(埃/分鐘) | E/R(埃/分鐘) | 蝕刻選擇性 | ||||
膜型式 | AlN | Si(100) | Si(110) | Si(111) | Si(110)/Si(100) | Si(111)/Si(100) | AlN/Si(100) |
水 | 18241 | 12074 | 6367 | 1989 | 0.53 | 0.16 | 1.51 |
甘油 | 18441 | 7867 | 5107 | 1597 | 0.65 | 0.2 | 2.34 |
PG | 15511 | 7529 | 3615 | 1349 | 0.48 | 0.18 | 2.06 |
DPM | 13598 | 4331 | 2920 | 941 | 0.67 | 0.22 | 3.14 |
MMB | 11430 | 2298 | 1245 | 661 | 0.54 | 0.27 | 4.97 |
如所顯示出,AlN蝕刻速率隨著所選擇的溶劑而改變。當Si(100)蝕刻速率係更高於Si(111)蝕刻速率時,產生角錐形蝕刻曲線,此提供高表面粗糙度。
表6顯示出陽離子界面活性劑在矽及AlN蝕刻選擇性上的影響。
表6
添加劑效應 | E/R(埃/分鐘) | E/R(埃/分鐘) | 蝕刻選擇性 | ||||
調配物 | AlN | Si(100) | Si(110) | Si(111) | Si(110)/Si(100) | Si(111)/Si(100) | AlN/Si(100) |
1D | 18241 | 12074 | 6367 | 1989 | 0.53 | 0.16 | 1.51 |
1T | 18310 | 2398 | 2772 | 768 | 1.16 | 0.32 | 7.64 |
由本發明之調配物達成高AlN蝕刻速率及高AlN/Si蝕刻選擇性。額外地,達成較低Si粗糙度,如由Si(110)/Si(100)增加指示出,其中該比率係大約等於或大於1,或更佳為大於1。
表7顯示出陽離子界面活性劑在二氧化矽及矽氮化物蝕刻上的影響。
表7:
調配物 | SiO2 E/R | SiN E/R |
1D | 23.8 | 0.43 |
1T | 19.0 | 0.15 |
在表7中所報導之對矽氧化物及矽氮化物的蝕刻速率係使用上面具有矽氧化物或矽氮化物層的晶圓及使用與上述描述相同的程序決定。該蝕刻速率係使用Nanospec®光譜儀決定。
前述說明主要意欲用於闡明的目的。雖然本發明已經相關於其範例性具體實例來進行顯示及描述,應該要由熟習該項技術者了解的是可在前述其形式及細節上製得多種其它改變、省略及加入而沒有離開本發明之精神及範圍。
無
無
Claims (19)
- 如請求項1之蝕刻溶液,其中該陰離子抗衡離子係選自於鹵化物、硝酸鹽、磺酸鹽、檸檬酸鹽、琥珀酸鹽、酒石酸鹽、乳酸鹽、烷基硫酸鹽、芳基硫酸鹽、烷氧基硫酸鹽、芳氧基硫酸鹽、烷基亞硫酸鹽、芳基亞硫酸鹽、烷氧基亞硫酸鹽、芳氧基亞硫酸鹽、醋酸鹽、三氟甲基磺酸鹽、硼酸鹽及二硫酸鹽。
- 如請求項2之蝕刻溶液,其中該陰離子抗衡離子係鹵化物。
- 如請求項3之蝕刻溶液,其中該鹵化物係選自於氟化物、氯化物、溴化物及碘化物。
- 如請求項1之蝕刻溶液,其中該陰離子抗衡離子係磺酸鹽。
- 如請求項5之蝕刻溶液,其中該磺酸鹽係甲苯磺酸鹽。
- 如請求項1的蝕刻溶液,其中該R1、R2、R3及R4之至少一個係甲基。
- 如請求項1的蝕刻溶液,其中該陽離子界面活性劑係選自於苄基三甲基銨(R1=C6H5CH2,R2=R3=R4=CH3)、蘿烷基三甲基銨(R1=CH3(CH2)21,R2=R3=R4=CH3)、苄烷銨(R1=C6H5CH2,R2=CnH2n+1(n=8、10、12、14、16、18),R3=R4=CH3)、卡貝銨(R1=1-乙氧基-1-側氧十六烷-2-基,R2=R3=R4=CH3)、十六烷基三甲基銨(R1=C16H33,R2=R3=R4=CH3)、二癸基二甲基銨(R1=R2=C10H21,R3=R4=CH3)、二甲基雙十八烷基銨(R1=R2=C18H37,R3=R4=CH3)、二甲基二丙基銨(R1=R2=C3H7,R3=R4=CH3)、司拉銨(R1=C6H5CH2,R2=C18H37,R3=R4=CH3)及四甲基銨(R1=R2=R3=R4=CH3)。
- 如請求項1的蝕刻溶液,其中該R1、R2、R3及R4之至少一個係經取代或未經取代的芳基。
- 如請求項1的蝕刻溶液,其中該R1、R2、R3及R4之至少一個係經取代或未經取代的芳烷基。
- 如請求項1的蝕刻溶液,其中該陽離子界面活性劑係甲苯磺酸烷基三甲基銨。
- 如請求項11之蝕刻溶液,其中該甲苯磺酸烷基三甲基銨係選自於甲苯磺酸辛基三甲基銨、甲苯磺酸癸基三甲基銨、甲苯磺酸十二烷基三甲基銨、甲苯磺酸肉豆蔻基三甲基銨及甲苯磺酸鯨蠟基三甲基銨。
- 如請求項12之蝕刻溶液,其中該甲苯磺酸烷基三甲基銨係甲苯磺酸鯨蠟基三甲基銨。
- 如請求項1的蝕刻溶液,其中該陽離子界面活性劑係選自於氯化硬脂基三甲基銨、甲苯磺酸鯨蠟基三甲基銨、氯化辛基三甲基銨、氯化廿二烯基雙-(羥乙基)甲基銨、氯化廿二烯基三甲基銨、氯化鯨蠟基三甲基銨、溴化鯨蠟基三甲基銨、氯化肉豆蔻基三甲基銨、溴化肉豆蔻基三甲基銨、氯化十二烷基三甲基銨、溴化十二烷基三甲基銨、氯化癸基三甲基銨、溴化癸基三甲基銨及其混合物。
- 如請求項1的蝕刻溶液,其中該鹼係選自於四級銨化合物、有機胺、鹼金屬氫氧化物及其混合物。
- 如請求項15之蝕刻溶液,其中該鹼係鹼金屬氫氧化物。
- 如請求項16之蝕刻溶液,其中該鹼金屬氫氧化物係KOH。
- 如請求項1的蝕刻溶液,其包含:水;甲苯磺酸鯨蠟基三甲基銨;3-甲氧基-3-甲基-1-丁醇;及KOH。
- 一種用以在微電子裝置之製造期間自該微電子基材至少部分去除鋁氮化物的方法,其中該基材包含鋁氮化物及矽,該方法包括下列步驟: 讓該微電子基材與一水性蝕刻溶液接觸一段足以自該基材至少部分去除鋁氮化物的時間,其中該水性蝕刻溶液包含如請求項1-18之任一項的蝕刻溶液;及沖洗該基材。
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