JP2003174021A - 半導体基板の選択的エッチング方法 - Google Patents

半導体基板の選択的エッチング方法

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JP2003174021A
JP2003174021A JP2001373329A JP2001373329A JP2003174021A JP 2003174021 A JP2003174021 A JP 2003174021A JP 2001373329 A JP2001373329 A JP 2001373329A JP 2001373329 A JP2001373329 A JP 2001373329A JP 2003174021 A JP2003174021 A JP 2003174021A
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etching
thin film
semiconductor substrate
acid
conductive thin
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JP2001373329A
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Sei Nakahara
聖 中原
Yukihiko Takeuchi
志彦 竹内
Ryo Hashimoto
僚 橋本
Takehito Maruyama
岳人 丸山
Hisaoki Abe
久起 阿部
Tetsuo Aoyama
哲男 青山
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Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Sharp Corp
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Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Sharp Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体基板上に薄膜回路を形成する際のエッチ
ング選択性、さらに、半導体基板や薄膜回路に使用され
るスイッチング素子や配線材料を全く腐食することな
く、極めて効率よく薄膜回路をエッチングする方法を提
供すること。 【解決手段】導電薄膜をエッチングする際、酸化剤とキ
レート剤とからなるエッチング液で選択的にエッチング
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板を製造
する工程におけるエッチング液を使用したエッチング方
法に関し、詳しくは、液晶表示素子や半導体素子などの
製造に用いられるタンタル等をエッチングせず、アルミ
ニウム、チタン、モリブデン等を選択的にエッチングす
るエッチング液に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、液晶用薄膜回路素子のエッチング
液としては、硫酸、フッ酸、バッファードフッ酸等の酸
系エッチング剤が使用されている。しかし、これら無機
酸を使用したエッチング液は、薄膜のエッチング選択性
に乏しく、さらにガラスをもエッチングするため、エッ
チングによって発生したガラス基板面の損傷による微小
な面荒れなどの問題点があり、ガラス基板の表面性が大
きくなるにつれ、ますます重要な問題となってきてお
り、有効な改善方法が強く望まれている。
【0003】一般に、表示素子や半導体等の各種電子回
路装置を製造するにあたっては、基板上にスパッタリン
グ等の技術を用いて薄膜を形成した後、薄膜上にレジス
トを塗布し、フォトリソグラフィーにより薄膜上に所定
のパターンを形成し、次いで該フォトレジストをマスク
とし、非マスク部のドライエッチングを行って回路を形
成する。しかし、ドライエッチング後の回路素子テーパ
ー部は垂直や逆テーパー(ひさし状)になりその後の薄
膜との密着性に問題無生じる。従来、上記問題点に関し
て、ドライエッチング時に酸素分圧を上げることにより
改善を図った場合ドライエッチング後の形成パターン時
に発生する残渣物が問題となり、無機酸による処理を行
った場合バッファードフッ酸のようなフッ酸系洗浄剤で
は薄膜選択性がなく、さらにアモルファスシリコンやポ
リシリコンのようなスイッチング素子の材料やガラス基
板を腐食するなどの問題点が多い。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、半導体基板
上に薄膜回路を形成する際のエッチング選択性、さら
に、半導体基板や薄膜回路に使用されるスイッチング素
子や配線材料を全く腐食することなく、極めて効率よく
薄膜回路をエッチングする方法を提供することを目的と
するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前期目的
を達成するために鋭意研究を重ねた結果、導電薄膜をエ
ッチングする際、酸化剤とキレート剤とからなるエッチ
ング液で選択的にエッチングすることにより、その目的
を達成されることを見出した。本発明は、かかる知見に
基いて完成したものである。すなわち、本発明は、半導
体基板上に導電薄膜を成膜し、次いで該導電薄膜上に所
定のパターンをレジストで形成し、これをエッチングレ
ジストとして前記導電薄膜の不要部分をドライエッチン
グ除去し、しかる後にドライエッチング後の逆テーパー
(ひさし状)形状を、酸化剤とキレート剤とからなるエ
ッチング液によりエッチングし順テーパー形状にするこ
とを特徴とする半導体基板のエッチング方法を提供する
ものである。また、上記方法において、ドライエッチン
グ除去した後、ドライエッチング時に発生した導電薄膜
に由来する残渣物を、酸化剤とキレート剤とからなるエ
ッチング液によって同時に除去することもできる。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明で用いるエッチング液は、
酸化剤とキレート剤とからなるものであり、特に好まし
くは酸化剤とキレート剤とを含有する水溶液から構成さ
れている。ここで用いられる酸化剤としては、例えば、
過酸化水素、オゾン、過塩素酸などの水溶液等があげら
れる。これらの酸化剤の中で上記のいずれの酸化剤でも
使用できるが、通常は過酸化水素が最も好ましい。本発
明のエッチング液における上記酸化剤の濃度は特に制限
はないが、通常は0.1〜60重量%、好ましくは0.
5〜30重量%である。その濃度が0.1重量%未満で
は所望のエッチング効果が得られず、60重量%を越え
ると導電薄膜材料を腐食する恐れがある。
【0007】一方、本発明のエッチング液におけるキレ
ート剤としては、各種のものがあるが、好適なものとし
ては、例えば、エチレンジアミンテトラ酢酸(EDT
A)、ヒドロキシエチルエチレンジアミン三酢酸(HE
DTA)、ジヒドロキシエチルエチレンジアミンニ酢酸
(DHEDDA)、1,3−プロパンジアミン四酢酸
(1,3−PDTA)、ジエチレントリアミン五酢酸
(DTPA)、トリエチレンテトラミン六酢酸(TTN
A)、ニトリロ三酢酸(NTA)またはヒドロキシエチ
ルイミノ二酢酸(HIMDA)等のアミノポリカルボン
酸類、あるいはこれらのアンモニウム塩、金属塩、有機
アルカリ塩等があげられる。さらには、メチルジホスホ
ン酸、アミノトリスメチレンホスホン酸、エチリデンジ
ホスホン酸、1−ヒドロキシエチリデン−1,1−ジホ
スホン酸、1−ヒドロプロピリデン−1,1−ジホスホ
ン酸、エチルアミノビスメチレンホスホン酸、ドデシル
アミノビスメチレンホスホン酸、ニトリロトリスメチレ
ンホスホン酸、エチレンジアミンビスメチレンホスホン
酸、エチレンジアミンテトラキスメチレンホスホン酸、
ヘキセンジアミンテトラキスメチレンホスホン酸、ジエ
チレントリアミンペンタメチレンホスホン酸、1,2−
プロパンジアミンテトラメチレンホスホン酸等のホスホ
ン酸類、あるいはこれらのアンモニウム塩、アルカリ金
属塩、有機アミン塩等、分子中にホスホン酸基またはそ
の塩を1以上有するキレート剤が挙げられ、それらの酸
化体としては、これらホスホン酸系キレート剤の内、そ
の分子中に窒素原子を有するものが酸化されてN−オキ
シド体となっているものが挙げられる。また、本発明に
おけるキレート剤には、縮合リン酸類を用いることがで
きるが、この縮合リン酸類としては、例えばメタリン
酸、テトラメタリン酸、ヘキサメタリン酸、トリポリリ
ン酸などがあり、さらに、これらのアンモニウム塩、金
属塩、有機アミン塩等があげられる。上記キレート剤は
何れも使用できるが、より好ましくは、ホスホン酸系キ
レート剤であり、特に2つあるいはそれ以上のホスホン
酸基を有するキレート剤が好ましく、具体的には、1,
2−プロパンジアミンテトラメチレンホスホン酸、ジエ
チレントリアミンペンタメチレンホスホン酸およびエチ
レンジアミンビスメチレンホスホン酸等である。本発明
の洗浄剤における上記キレート剤の濃度は、特に制限は
ないが、通常は0.0001〜5重量%である。濃度が0.
0001重量%未満では、所望のエッチング効果が得ら
れず、一方5重量%を越えると導電薄膜材料を腐食する
恐れがある。また、洗浄効果、経済性などの理由から、
キレート剤の好ましい濃度は0.01〜3重量%である。
本発明のエッチング液のpHは、特に制限はなく、適宜
選定すればよいが、通常はpH3〜12、好ましくはp
H5〜9の範囲に調節される。エッチング液がpH3未
満では洗浄効果の低下の恐れがあり、pH12を越える
と酸化剤が分解し、不安定になる傾向がある。さらにエ
ッチング液のpHは、エッチングの条件および使用され
る導電薄膜材料の種類等より選択すれば良く、アルカリ
性で使用するならばアンモニア、アミン、テトラメチル
アンモニウム水酸化物のような第四級アンモニウム水酸
化物を添加してもよく、酸性で使用するならば、有機
酸、無機酸等を添加すればよい。
【0008】本発明のエッチング液には、濡れ性を向上
させるために、さらに界面活性剤を添加しても差し支え
なく、カチオン系、ノニオン系、アニオン系の何れの界
面活性剤も使用できる。なかでも好ましくは、スルホン
酸系界面活性剤、ポリカルボン酸型界面活性剤またはエ
チレンオキサイド付加型の界面活性剤である。本発明の
方法を実施する際の温度は、通常は、常温から80℃の
範囲であり、エッチング条件や使用される薄膜材料によ
い適宜選択すれば良い。本発明のエッチング対象となる
導電薄膜の材料としては、様々なものがあるが、例えば
チタン、窒化チタン、チタン合金、モリブデン、窒化モ
リブデン、モリブデン合金、タングステン、タングステ
ン合金、アルミニウム、アルミニウム合金等の半導体配
線材料が挙げられる。また非エッチング対象となる導電
薄膜材料としてはタンタル、タンタル酸化物、タンタル
合金、クロム、クロム酸化物、クロム合金、ニオブ、ニ
オブ合金、ITO等の半導体配線材料の他に、シリコ
ン、非晶性シリコン、ポリシリコン、シリコン酸化膜、
シリコン窒化膜等のシリコン系材料、あるいはガリウム
一砒素、ガリウム−リン、インジウム−リン等の化合物
半導体等が挙げられる。特に、本発明の方法は、上記導
電積層薄膜材料の中で、チタン系/タンタル系の選択性
エッチングに好適に使用される。
【0009】
【実施例】次に、本発明を実施例によりさらに詳しく説
明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定さ
れるものではない。
【0010】実施例1 (1)エッチング液の調製 超純水835.7gに酸化剤として高純度31重量%過
酸化水素161.3g、キレート剤として1,2−プロ
パンジアミンテトラメチレンホスホン酸3gを添加し、
攪拌して均一にし、液晶パネル用基板のエッチング剤を
調製した。 (2)上記エッチング液によるエッチング ガラス基板上にタンタル薄膜2、チタン薄膜3とをスパ
ッタリングで積層させ、その上にレジスト4を塗布しフ
ォトリングラフィーによりパターンを形成し、これをマ
スクとしてフッ素系ガスを使用してドライエッチング処
理を行った。そこで形成されたチタン/タンタル積層薄
膜回路素子の断面図を図1に示す。この図1によれば、
ガラス基板1上に形成された薄膜回路素子のエッジ部分
には、ドライエッチング処理時に形成されたひさし5が
存在する。その後、このチタン/タンタル積層薄膜回路
素子を上記(1)で調製したエッチング液に50℃で1
0分間浸漬し、超純水でリンスして乾燥した。このエッ
チング後のチタン/タンタル積層薄膜回路素子の断面図
を図2に示す。タンタル部分2はエッチングされておら
ず、チタン部分3のみ選択的にエッチングされ、チタン
/タンタル積層薄膜回路素子上のひさし5部分は除去さ
れ順テーパー形状になった。
【0011】実施例2 ガラス基板1上に、チタン薄膜3、アルミニウム薄膜
6、窒化チタン薄膜7をスパッタリングで積層し、その
上にレジスト4を塗布し、フォトリソグラフィ−により
パタ−ンを形成した。その断面図を図3に示す。実施例
1のエッチング液を使用し、50℃、10分間浸漬し、
超純水でリンスして乾燥した。得られた窒化チタン/ア
ルミニウム/チタン積層薄膜回路素子の断面を、SEM
で観察した。その断面図を図4に示す。本実施例は、本
エッチング液のエッチングレ−ト差(窒化チタン>アル
ミニウム>チタン)を利用し、階段状のテ−パ−形状を
形成することが可能であることを示したものである。
【0012】
【発明の効果】本発明の方法によれば、積層薄膜回路素
子形成の際、ドライエッチング後に発生する逆テーパー
(ひさし状)形状を選択的エッチングにより順テーパー
形状にできると共に、ガラス基板や薄膜回路に使用され
るスイッチング素子や配線材料を全く腐食することな
く、十分に洗浄することができるため、清浄化された不
純物の極めて少ない高品質の液晶パネルを得ることが出
来る。 また、本発明の方法によれば、ガラス基板その
ものの洗浄にも極めて効果的であり、この方法で洗浄さ
れガラス基板は、様々な高品質液晶パネル用基板として
有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 ドライエッチング処理後のレジスト膜を有す
るチタン/タンタル積層薄膜回路素子の断面図である。
【図2】 図1で示されるチタン/タンタル積層薄膜回
路素子をドライエッチング後エッチング剤により処理し
た後のチタン/タンタル積層薄膜回路素子の断面図であ
る。
【図3】ドライエッチング処理後のレジスト膜を有する
窒化チタン/アルミニウム/チタン積層薄膜回路素子の断
面図である。
【図4】 図3で示される窒化チタン/アルミニウム/チ
タン積層薄膜回路素子をドライエッチング後エッチング
剤により処理した後の窒化チタン/アルミニウム/チタン
積層薄膜回路素子の断面図である。
【符号の説明】
1:ガラス基板 2:タンタル薄膜 3:チタン薄膜 4:残存レジスト 5:ひさし部分 6:アルミニウム 7:窒化チタン
フロントページの続き (72)発明者 竹内 志彦 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 橋本 僚 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 丸山 岳人 新潟県新潟市太夫浜新割182 三菱瓦斯化 学株式会社新潟研究所内 (72)発明者 阿部 久起 新潟県新潟市太夫浜新割182 三菱瓦斯化 学株式会社新潟研究所内 (72)発明者 青山 哲男 新潟県新潟市太夫浜新割182 三菱瓦斯化 学株式会社新潟研究所内 Fターム(参考) 4M104 BB02 BB14 BB16 BB18 BB30 BB31 DD37 DD64 DD72 FF08 FF09 FF13 HH20 5F033 HH08 HH09 HH18 HH19 HH20 HH32 HH33 MM08 MM19 PP15 QQ08 QQ10 QQ19 QQ24 QQ34 QQ35 WW04 XX00 5F043 AA27 BB18 DD15 GG10

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に導電薄膜を成膜し、次い
    で該導電薄膜上に所定のパターンをレジストで形成後、
    これをエッチングレジストとして前記導電薄膜の不要部
    分を酸化剤とキレート剤とからなるエッチング液により
    選択的にエッチングすることを特徴とする半導体基板の
    エッチング方法。
  2. 【請求項2】 半導体基板上に導電薄膜を成膜し、次い
    で該導電薄膜上に所定のパターンをレジストで形成後、
    これをエッチングレジストとして前記導電薄膜の不要部
    分をドライエッチング除去し、しかる後にドライエッチ
    後の逆テーパー部分を酸化物とキレート剤とからなるエ
    ッチング液により選択的にエッチングし、順テーパー形
    状とすることを特徴とする半導体基板のエッチング方
    法。
  3. 【請求項3】 エッチング液の酸化剤濃度が0.1〜6
    0重量%であり、かつキレート剤濃度が0.0001〜
    5重量%である請求項1または2に記載の半導体基板の
    エッチング方法。
  4. 【請求項4】 酸化剤が、過酸化水素である請求項1〜
    3何れか1項記載の半導体基板のエッチング方法。
  5. 【請求項5】 キレート剤が、ホスホン酸系キレートで
    ある請求項1〜4何れか1項記載の半導体基板のエッチ
    ング方法。
JP2001373329A 2001-12-06 2001-12-06 半導体基板の選択的エッチング方法 Pending JP2003174021A (ja)

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