本发明涉及一种用于氮化硅的蚀刻组成物与半导体元件的蚀刻方法。更具体而言，本发明尤其涉及一种用于氮化硅的蚀刻组成物与使用其进行的半导体元件的蚀刻方法，所述用于氮化硅的蚀刻组成物能够在蚀刻期间抑制副产物的沉淀的同时增大对氮化硅层的蚀刻速率及蚀刻选择性。
背景技术：
氧化硅层及氮化硅层在半导体制造制程中用作代表性绝缘层。此种绝缘层以单层或多层的形式使用。此外，所述氧化硅层及氮化硅层用作用于形成导电图案(例如，金属互连线)的硬遮罩(hardmask)。
在通过蚀刻移除此类氮化硅层时，通常使用磷酸。然而，磷酸是一种腐蚀性物质且促进例如si(oh)4等副产物的沉淀，从而使得在蚀刻期间保持制程稳定性方面存在困难。
因此，需要开发出一种能够在蚀刻期间抑制副产物的沉淀的同时增大对氮化硅层的蚀刻速率及蚀刻选择性的蚀刻组成物。
技术实现要素：
技术问题
本发明的目的是提供一种用于氮化硅的蚀刻组成物，所述用于氮化硅的蚀刻组成物能够在蚀刻期间抑制副产物的沉淀的同时增大对氮化硅层的蚀刻速率及蚀刻选择性。
本发明的另一目的是提供一种使用所述用于氮化硅的蚀刻组成物进行的半导体元件的蚀刻方法。
技术方案
根据本发明的一个实施例，用于氮化硅的蚀刻组成物包含：磷酸化合物；多元醇；以及水。
在一个实施例中，所述磷酸化合物可包括选自由正磷酸、偏磷酸、焦磷酸、亚磷酸及连二磷酸组成的群组中的至少一者。
在一个实施例中，所述多元醇可包括选自由二元醇、三元醇及糖醇组成的群组中的至少一者。
所述二元醇可包括邻苯二酚。
所述糖醇可包括选自由乳糖醇(lactitol)、山梨醇(sorbitol)、甘露醇(mannitol)、异麦芽糖醇(isomalt)、木糖醇(xylitol)、赤藓糖醇(erythritol)、核糖醇(adonitol)、阿拉伯糖醇(arabitol)及塔罗糖醇(talitol)组成的群组中的至少一者。
在一个实施例中，所述蚀刻组成物可包含：按重量计60重量％至95重量％的所述磷酸化合物；0.0001重量％至10重量％的所述多元醇；以及余量的水。
所述蚀刻组成物可还包含大于0重量％且约10重量％以下的含硅化合物。
所述含硅化合物可包括由式1表示的化合物：
[式1]
(其中r1、r2、r3及r4各自独立为氢、c1至c10烷基、c1至c10烷氧基、c3至c10环烷基或c6至c12芳基，r1、r2、r3及r4中的一者或多者为氢或c1至c10烷氧基。)
在一个实施例中，所述含硅化合物可包括四乙氧基硅烷(tetraethoxysilane，teos)。
在一个实施例中，所述蚀刻组成物可具有为2或小于2的ph。
本发明的另一实施例涉及一种半导体元件的蚀刻方法。所述蚀刻方法包括利用用于氮化硅的蚀刻组成物来蚀刻氮化硅层。
发明效果
本发明提供一种用于氮化硅的蚀刻组成物与使用所述用于氮化硅的蚀刻组成物进行的半导体元件的蚀刻方法，所述用于氮化硅的蚀刻组成物能够在蚀刻期间抑制副产物的沉淀的同时增大对氮化硅层的蚀刻速率及蚀刻选择性。
具体实施方式
根据本发明的实施例，一种用于氮化硅的蚀刻组成物包含：磷酸化合物；多元醇；以及水。
磷酸化合物
磷酸化合物可增大对氮化硅层的蚀刻速率。在一个实施例中，所述磷酸化合物可包括选自由正磷酸、偏磷酸、焦磷酸、亚磷酸及连二磷酸组成的群组中的至少一者。
所述磷酸化合物可以60重量％至95重量％，例如是75重量％至90重量％的量存在于所述用于氮化硅的蚀刻组成物中。在此范围内，蚀刻组成物能够增大对氮化硅层的蚀刻速率及蚀刻选择性。举例而言，磷酸化合物可以60重量％、61重量％、62重量％、63重量％、64重量％、65重量％、66重量％、67重量％、68重量％、69重量％、70重量％、71重量％、72重量％、73重量％、74重量％、75重量％、76重量％、77重量％、78重量％、79重量％、80重量％、81重量％、82重量％、83重量％、84重量％、85重量％、86重量％、87重量％、88重量％、89重量％、90重量％、91重量％、92重量％、93重量％、94重量％或95重量％的量存在于所述用于氮化硅的蚀刻组成物中。
多元醇
多元醇是指含有至少两个羟基(-oh)基团的醇且能够在蚀刻期间抑制例如si(oh)4等副产物的沉淀。
在一个实施例中，所述多元醇可包括选自由二元醇、三元醇及糖醇组成的群组中的至少一者。
举例而言，所述二元醇可包括邻苯二酚(catechol)。
在一些实施例中，所述糖醇可具有2,000或小于2,000的分子量，且可包括选自由乳糖醇(lactitol)、山梨醇(sorbitol)、甘露醇(mannitol)、异麦芽糖醇(isomalt)、木糖醇(xylitol)、赤藓糖醇(erythritol)、核糖醇(adonitol)、阿拉伯糖醇(arabitol)及塔罗糖醇(talitol)组成的群组中的至少一者。
所述多元醇可以0.0001重量％至10重量％的量存在于所述用于氮化硅的蚀刻组成物中。举例而言，所述多元醇可以0.0005重量％至5重量％的量存在。作为另一选择，所述多元醇可以0.5重量％至3重量％的量存在。在此范围内，所述多元醇能够在蚀刻期间实质上抑制例如si(oh)4等副产物的沉淀。举例而言，所述多元醇可以0.0001重量％、0.0005重量％、0.01重量％、0.02重量％、0.05重量％、0.1重量％、0.2重量％、0.3重量％、0.4重量％、0.5重量％、0.6重量％、0.7重量％、0.8重量％、0.9重量％、1重量％、2重量％、3重量％、4重量％、5重量％、6重量％、7重量％、8重量％、9重量％或10重量％的量存在于所述用于氮化硅的蚀刻组成物中。
根据本发明的用于氮化硅的蚀刻组成物可还包含含硅化合物。在一个实施例中，所述含硅化合物可包括由式1表示的化合物：
[式1]
(其中r1、r2、r3及r4各自独立为氢、c1至c10烷基、c1至c10烷氧基、c3至c10环烷基或c6至c12芳基，r1、r2、r3及r4中的一者或多者为氢或c1至c10烷氧基。)
所述含硅化合物可为四乙氧基硅烷(tetraethoxysilane，teos)。
所述含硅化合物可以大于0重量％且约10重量％以下的量存在于所述用于氮化硅的蚀刻组成物中。在此范围内，蚀刻组成物能够增大对氮化硅层的蚀刻速率。举例而言，所述含硅化合物可以0.01重量％、0.02重量％、0.05重量％、0.1重量％、0.2重量％、0.3重量％、0.4重量％、0.5重量％、0.6重量％、0.7重量％、0.8重量％、0.9重量％、1重量％、2重量％、3重量％、4重量％、5重量％、6重量％、7重量％、8重量％、9重量％或10重量％的量存在于所述用于氮化硅的蚀刻组成物中。
在一个实施例中，所述蚀刻组成物可具有为2或小于2的ph。在此条件下，蚀刻组成物可在增大对氮化硅的蚀刻速率的同时改善对氮化硅层的蚀刻选择性。
在一个实施例中，所述蚀刻组成物可具有为50:1或大于50:1的氮化物层对氧化物层蚀刻选择比(氮化硅层的蚀刻速率对氧化硅层的蚀刻速率的比率＝氮化硅层的蚀刻速率/氧化硅层的蚀刻速率)。举例而言，所述蚀刻组成物可具有为50:1到350:1的氮化物层对氧化物层蚀刻选择比。
根据本发明的蚀刻方法可包括使用所述用于氮化硅的蚀刻组成物进行蚀刻。
实施本发明的方式
接下来，将参照实例来更详细地阐述本发明。然而，应注意提供这些实例仅用于说明，且不应理解为以任何方式限制本发明。
实例及比较例
在以下实例及比较例中所使用的组分的详细内容如下。
(a)磷酸化合物：使用磷酸(h3po4)(浓度为85％的水溶液，大中化学品有限公司)。
(b1)糖醇：使用山梨醇(奥德里奇股份有限公司)。
(b2)二元醇：使用邻苯二酚(奥德里奇股份有限公司)。
(b3)一元醇：使用正戊醇(奥德里奇股份有限公司)。
(b4)糖或糖酸：使用葡萄糖(奥德里奇股份有限公司)。
(c)水：使用去离子水。
(d)含硅化合物：使用四乙氧基硅烷(teos，奥德里奇股份有限公司)。
实例1至实例8及比较例1至比较例3
制备了包含如在表1中所列出的组分的用于氮化硅的蚀刻组成物。
[表1]
针对以下性质对在实例及比较例中制备的蚀刻组成物进行了评估，且结果示于表2中。
(1)对氮化硅层的蚀刻速率(埃/分钟)：将蚀刻组成物放置在烧杯中并加热到160℃。然后，将lp-sin膜放置在其中并使用经加热的蚀刻组成物对所述lp-sin膜蚀刻了5分钟，然后通过量测在蚀刻前及蚀刻后的平均厚度差来计算蚀刻速率。利用椭圆仪(m-2000，伍拉姆公司(woollam))在9个点(9point)处量测了膜的厚度。
(2)对氧化硅层的蚀刻速率(埃/分钟)：除了使用pe-sio膜代替lp-sin膜以外，以与评估对氮化硅层的蚀刻速率相同的方法量测了对氧化硅层的蚀刻速率。
(3)蚀刻选择比：计算并在表2中示出了氮化硅层的蚀刻速率对氧化硅层的蚀刻速率的蚀刻选择比。
(4)抑制副产物的沉淀：基于对氧化硅层的蚀刻速率因例如si(oh)4等副产物在氧化硅层的表面上的累积而产生的负变化而确认了抑制副产物的沉淀的效果。
[表2]
如在表2中所示，可看出根据本发明的用于氮化硅的蚀刻组成物具有对氮化硅层的高蚀刻速率以及改善的氮化硅对氧化硅层蚀刻选择性，且在蚀刻期间抑制副产物的沉淀。
然而，可看出不具有多元醇的比较例1的蚀刻组成物以及利用一元醇及葡萄糖代替多元醇而制备的比较例2及比较例3的蚀刻组成物无法在蚀刻期间抑制副产物的沉淀。
应理解，在不背离本发明的精神及范围的条件下，本领域技术人员可做出各种润饰、改变、变更及等效实施例。