[发明专利]用于钨字线凹进的蚀刻溶液

说明书

本文描述了一种适用于含钨金属和含TiN材料两者的蚀刻溶液，其包含：水；和一种或多于一种氧化剂；和选自以下的组分中的一种或多于一种：一种或多种含氟蚀刻化合物、一种或多种有机溶剂、一种或多种螯合剂、一种或多种腐蚀抑制剂和一种或多种表面活性剂。

相关申请的交叉引用

本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求2018年3月16日提交的美国临时专利申请No.62/644,131和2018年4月11日提交的美国临时专利申请No.62/655,856的优先权，所述临时专利申请通过引用全文并入本文。

背景技术

半导体存储器件包括易失性存储器件，例如动态随机存取存储器(“DRAM”)或静态随机存取存储器(“SRAM”)器件，非易失性存储器件，例如电阻式随机存取存储器(“ReRAM”)、电可擦除可编程只读存储器(“EEPROM”)、闪存(其也可以被认为是EEPROM的子集)、铁电随机存取存储器(“FRAM”)和磁阻随机存取存储器(“MRAM”)，以及能够存储信息的其他半导体元件。每种类型的存储器器件可以具有不同的配置。例如，闪存器件可以配置为NAND或NOR配置。

半导体存储器件的制造涉及多层材料的沉积和蚀刻，以在介电层中形成期望的导电路径图案。各向异性蚀刻(即，在所选方向上占主导的蚀刻)是用于在半导体衬底上形成凹进特征的有价值的工具。在各向异性蚀刻的典型实例中，材料在垂直方向上被蚀刻掉，而没有水平蚀刻。例如，材料可以从凹进特征的底部移除，同时保持凹进特征的宽度。

钨和含钨材料作为在IC制造中存在许多用途的材料而出现，其也作为导电层，并且最近作为动态随机存取存储器(DRAM)和3D NAND制造中的硬掩模。虽然有多种多样的方法可用于钨沉积，包括化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)和物理气相沉积(PVD)，但用于钨蚀刻的方法仍然是有限的。含钨材料的蚀刻有时需要相对于其他暴露材料，例如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅及其组合，选择性地进行。

常规的垂直NAND串使用氧化铝(Al氧化物)蚀刻停止层来停止高纵横比柱(沟槽)的蚀刻。因为Al氧化物蚀刻停止层不具有足够的蚀刻选择性，所以需要相对较厚的Al氧化物层以能够控制蚀刻的停止。相对较厚的Al氧化物层导致NAND串的选择栅极(SG)和第一字线(WL)之间不期望的较长沟道距离，从而未充分利用NAND串沟道的全长。

在3D NAND存储器件的制造过程中，用于字线(WL)隔离的钨(W)凹进是关键工艺步骤之一。通常，高k/金属栅极被用于连接钨控制栅极。在凹进过程中，应以相等厚度同时蚀刻TiN和W。AlO_x是不应被损坏的保护层。随着层数的增加，难以通过干式蚀刻方法完全蚀刻W和TiN的底层，因为来自顶层的干式蚀刻副产物将留在沟槽中并限制蚀刻底层。因此，提出了湿式蚀刻法作为用于W凹进的替代方法。

常规的湿式蚀刻方法存在技术挑战。典型的湿式蚀刻化学物质容易蚀刻AlO_x并在AlO_x层处在沟道的侧壁中产生凹进，其形成不期望的浮置栅极并导致NAND串的导通电流(on-current)劣化。另外，常规的湿式蚀刻剂显示出低TiN或W蚀刻速率，其导致极长的处理时间(超过1小时)。长处理时间意味着需要在批式设备中施用湿式蚀刻剂，并且使得对该步骤使用单晶片设备(SWT)是不切实际的。

本文描述的是用于含钨和含氮化钛材料的蚀刻溶液。更具体地，本文描述的是在微电子器件的制造过程中对含钨和含氮化钛材料具有相对于其他金属和/或材料的选择性蚀刻性质的蚀刻溶液。

发明内容