JP2003536242A - エッチ液およびエッチング方法 - Google Patents

エッチ液およびエッチング方法

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JP2003536242A
JP2003536242A JP2001557084A JP2001557084A JP2003536242A JP 2003536242 A JP2003536242 A JP 2003536242A JP 2001557084 A JP2001557084 A JP 2001557084A JP 2001557084 A JP2001557084 A JP 2001557084A JP 2003536242 A JP2003536242 A JP 2003536242A
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マタミス、ジョージ
エル. デントン、ハイジ
ジェイ. デービソン、マイケル
エイ. スミス、ジェフリー
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    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
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    • H01L21/3105After-treatment
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Abstract

(57)【要約】 フッ化水素(HF)、カルボン酸、および水から成り、金属、ポリシリコンおよび窒化物に比べて酸化シリコンに高いエッチング選択性を有するエッチ液。該エッチ液は、正確に調節された最小量の水を有するカルボン酸に、無水HFを注入することにより作製される。エッチ液は、マイクロエレクトロメカニカル(MEMS)デバイスの製造や、同じチップ上で集積電子回路と組み合わせたMEMSデバイスの製造に有用である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 (本発明の属する技術分野) 本発明は、一般に、エッチ液に関し、より詳細には、半導体およびマイクロエ
レクトロメカニカルシステム(MEMS)デバイスにエッチングするためのエッ
チ液に関する。
【0002】 (発明の背景) マイクロセンサ、マイクロアクチュエータおよびマイクロスイッチのようなM
ENSデバイスを形成するための誘電体および金属層の堆積およびエッチングは
、マイクロマシニングとして一般に知られている。二酸化ケイ素のような犠牲誘
電体層のエッチングは、MEMSデバイスの形成にも半導体デバイスの形成にも
使用される重要なマイクロマシニング法である。
【0003】 犠牲酸化物は、通常、窒化シリコンとメタライゼーション(例えばアルミニウ
ムまたは銅)をさらに含み得るポリシリコン構造物として提供される。犠牲酸化
物にエッチングする時には、最終構造物の一部分を形成するポリシリコン、金属
および窒化物材料が犠牲酸化物のエッチ液によってエッチングされる範囲を最小
限にすることが望ましい。
【0004】 特定のエッチ液が非酸化物材料をエッチングする範囲は、溶液のエッチング選
択性によって特徴付けられる。MENSおよび他の半導体デバイスの場合、例え
ば金属に比べて酸化物のエッチング選択性が高いことが望ましい。従来のエッチ
液の1つは、フッ化アンモニウムによって緩衝されたHFを含むいわゆるバッフ
ァード酸化物エッチ(BOE)液である。しかしながら、BOE液は、犠牲酸化
物のエッチング中に露出した金属、ポリシリコンおよび/または窒化物表面を激
しくエッチングするという点で、エッチング選択性に乏しい。詳細には、犠牲酸
化物全体が除去される前に、アルミニウムメタライゼーションがしばしば完全に
エッチングされてしまう。
【0005】 上述のようなマイクロマシニングの一般的な使用法は、MEMSセンサの製造
である。更に、MEMSセンサを形成するために使用されるのと同じデバイス上
に、集積電子回路を形成することが望ましくなってきている。したがって、犠牲
酸化物のエッチングを必要とするMEMSセンサと集積回路との組み合わせを形
成する際に、チップのメタライゼーションと不動態化の特徴が、犠牲酸化物のエ
ッチ液によって不都合にエッチングされないことが重要である。
【0006】 従って、金属、ポリシリコンおよび窒化物と比べて酸化シリコンに高いエッチ
ング選択性があり、かつ同じチップ上にMENSデバイスと電子デバイスを製作
するのに適した、犠牲酸化物のエッチング用の化学溶液を提供することが望まし
い。
【0007】 (詳細な説明) 本発明は一般に、無水HF、カルボン酸および水の混合物であるエッチ液を提
供する。このエッチ液は、例えばマイクロセンサやマイクロマシンのようなME
MSデバイスの製作に使用される酸化物のエッチングに有用である。本発明のエ
ッチ液の重要な利点は、該エッチ液が、MEMSや電子デバイスの構成コンポー
ネントを形成する金属、窒化物およびポリシリコンを含めた他の材料と比べて、
酸化シリコンに対して高いエッチング選択性を有するということである。このエ
ッチング選択性の結果、本発明のエッチ液は、そのような酸化物でない材料を比
較的少量エッチングするだけで、犠牲酸化物を除去することができる。したがっ
て、本発明のエッチ液は、MEMSと電子デバイスの製作プロセスを改良する。
【0008】 エッチ液を、本発明の1実施形態では、化学蒸着法によって作成されたリン酸
シリカグラス(PSG)の例に関して以下に説明する。熱成長SiOとPSG
は、マイクロマシニング構造物の形成において犠牲酸化物層として使用される酸
化膜の2つの例である。通常、犠牲酸化物層は、犠牲酸化物のエッチングの前に
、マイクロ構造の部分に接触している。しかしながら、当業者には、該エッチ液
が、マイクロ構造または電子コンポーネントを形成する金属、窒化物および/ま
たはポリシリコン材料が酸化物除去の間にエッチ液に露出され得る、MEMSと
電子デバイスに使用可能な他のタイプの酸化物の除去も一般に適用できることが
理解されよう。
【0009】 本発明のエッチ液の高いエッチング選択性は、露出された金属、窒化物または
ポリシリコンの表面をほとんど除去することなく、犠牲酸化物を除去することを
可能にする。重要な1つの結果は、電子デバイス(例えば相補型金属酸化物半導
体(CMOS)デバイス)を、MEMSデバイスを形成するために使用されるの
と同じチップ上に、実用的なプロセスフローにて組み込めることである。
【0010】 バッファードHFのような、犠牲酸化物層の除去用に使用される先行技術のエ
ッチ液は、アルミニウムや銅のような露出された金属表面の腐食という不都合な
効果があった。しかしながら、HFの溶媒または希釈液として、調節量の水とカ
ルボン酸を組み合わせて使用すると、望ましくない金属腐食の問題が克服される
ことが分かった。エッチ液中の、調節量の水と組み合わせたカルボン酸は、アル
ミニウムの溶解速度を遅くすると考えられている。実験結果により、無水HF、
カルボン酸、および調節量の水から成るエッチ液が、アルミニウムや銅のような
金属の腐食を著しく減少すること、ならびにポリシリコンと窒化シリコンの腐食
速度を相対的に最小にすることが示された。
【0011】 使用するカルボン酸は、例えば、一般的には1または複数のカルボキシル基を
有する任意の酸として、より詳しくは、例えばシュウ酸、ギ酸、乳酸、酒石酸、
リンゴ酸、コハク酸、クエン酸および酢酸を含めた任意の酸として、選択するこ
とができる。酢酸を、上記に識別した成分と組み合わせると、熱成長SiO
よびPSGを選択的にエッチングするのに特に有用であることが見出された。
【0012】 カルボン酸への無水HFの混合比は、決定的に重要であるとは考えられていな
いが、好ましい範囲は約0.1%無水HPから特定のカルボン酸の溶解限界まで
であることがわかっている。優れた実験結果を示す好ましい1つの混合物は、カ
ルボン酸に対して約10%の無水HPである。HFの量に関して溶液を希釈する
と、エッチング速度はより遅くなる。カルボン酸に対する無水HFの混合比は、
本発明を制限するものではないことが理解される。
【0013】 より重要なのは、エッチ液中の水の量を調節しなければならないことである。
本発明のエッチ液の1実施形態に導入される水の好ましい範囲は、約0.5重量
%〜約5.0重量%の範囲にある。更に、無水カルボン酸(例えば氷酢酸)の使
用が、エッチ液中の水の量をより正確に調節するために好まれる。
【0014】 エッチ液は、正確に調節された最小量の水を有するカルボン酸(例えば氷酢酸
)の水溶液へ、無水HFを注入することにより作製される。混合のために使用さ
れる化学物質の比は上述した通りである。
【0015】 本発明のエッチ液を使用するために必要とされる温度は、決定的に重要である
とは考えられていない。通常、エッチングの間は、約30℃未満(摂氏)、例え
ば約15℃〜30℃の範囲、のより冷たい温度を使用することが好まれる。その
ような冷たい温度の利点は、エッチ液の蒸発による損失が減少することである。
さらに、エッチ液はエッチングの間、液相にあることが望ましい。
【0016】 更に、エッチ液と、エッチングされる犠牲酸化物を有するデバイスとは、エッ
チ溶液ではない水が本質的に存在しない密封環境に配置されることが好ましい。
例えば、窒素のような不活性ガスによって不要物質を除去した、閉じ蓋を備えた
密封容器やエッチング浴が使用され得る。エッチ液の調節した最小の水量を超え
る大気からの吸水は、金属エッチング速度を不都合に増加させることが発見され
た。
【0017】 無水HF、氷酢酸、および水を使用した作業例を、あくまでさらに詳しい説明
の目的で、以下に挙げるが、この例は、本発明の適用可能性の範囲を制限するこ
とを意図しない。以上に論じたように、本発明の好ましい実施形態は、広範な酸
化物犠牲層、マイクロ構造および電子コンポーネントに適用できると共に有用で
ある。
【0018】 無水HF(10%)、氷酢酸(89%)、および水(1%)の混合物(重量%
)を調製し、アルミニウム−ケイ素合金、ドープトポリシリコン、窒化シリコン
、熱成長SiOおよびPSG表面を有するサンプルデバイスをエッチングする
ために使用した。エッチングは18℃で行い、サンプルエッチング速度を以下の
ように測定した。
【0019】 材料 エッチング速度(オングストローム/分) Al:Si 2−15 ポリシリコン(ドープト) 0.5−2.0 窒化シリコン 4−14 熱成長SiO 130−160 PSG 10,000−100,000
【0020】 金属、ポリシリコン、および窒化物に対する犠牲酸化物のエッチング選択性は
、関連するエッチング速度に由来する。それぞれの比を約10:89:1とした
HF、カルボン酸、および最小の調節量の水から成るエッチ液を使用したとき、
アルミニウムまたは銅に対する熱成長したSiOのエッチング選択性は、約
9〜80の範囲にある。他方、ポリシリコンに対する熱成長SiOのエッチ
ング選択性は約65〜320の範囲にある。窒化シリコンに対する熱成長SiO のエッチング選択性は、約9〜40の範囲にある。
【0021】 PSG犠牲層に同じエッチ液を使用する場合、アルミニウムまたは銅に対する
PSGのエッチング選択性は、約666〜50,000の範囲にある。ポリシリ
コンに対するPSGのエッチング選択性は、約5,000〜200,000の範
囲にある。窒化シリコンに対するPSGのエッチング選択性は、約714〜25
,000の範囲にある。PSGの広範なエッチング選択性は、PGS膜がアニー
ルされるかどうか、リンのドーピングレベル、ならびに堆積温度を含むがそれら
に限定されない特定のプロセスパラメータに基づいて決まる。
【0022】 無水HFとカルボン酸の使用によってエッチ液中の水の量を比較的少ないレベ
ルに調節すると、特にアルミニウムと銅に関するエッチング選択性がより劇的に
改良されることがわかった。エッチング選択性は、一般に、エッチ液の自由水の
含量が減少するにつれて増加する。調節された最小量の水の実施形態では、ポリ
シリコンと窒化物に対するエッチング選択性も高い。
【0023】 この時点で、無水HF、カルボン酸、およびMEMSデバイスの製作中の犠牲
酸化物のエッチングに有用な水から成る新規なエッチ液が提供されたことを理解
すべきである。ポリシリコン、窒化物および金属と比べた犠牲酸化物層の本発明
のエッチ液のエッチング選択性は、従来の犠牲酸化物エッチ液のエッチング選択
制よりも大いに高く、集積電子回路と同じチップ上にMEMSデバイスを実際に
組み込むことが許容される。
【0024】 本発明を、典型的で好ましい実施形態を参照しながら詳しく示すと共に説明し
たが、形状および詳細についての変更を、本発明の精神および範囲から逸脱せず
に行いうることが、当業者には理解されよう。例えば、銅とアルミニウム以外の
他の適切な金属には、アルミニウム合金および銅合金が含まれる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE,TR),OA(BF ,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW, ML,MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,G M,KE,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ, MD,RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM, AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,B Z,CA,CH,CN,CR,CU,CZ,DE,DK ,DM,DZ,EE,ES,FI,GB,GD,GE, GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS,J P,KE,KG,KR,KZ,LC,LK,LR,LS ,LT,LU,LV,MA,MD,MG,MK,MN, MW,MX,MZ,NO,NZ,PL,PT,RO,R U,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM ,TR,TT,TZ,UA,UG,UZ,VN,YU, ZA,ZW (72)発明者 デントン、ハイジ エル. アメリカ合衆国 85259 アリゾナ州 ス コッツデール イースト キャロル アベ ニュー 11625 (72)発明者 デービソン、マイケル ジェイ. アメリカ合衆国 85208 アリゾナ州 メ ーサ サウス ナインティース ストリー ト 752 (72)発明者 スミス、ジェフリー エイ. アメリカ合衆国 85296 アリゾナ州 ギ ルバート イースト エリー ストリート 1310 Fターム(参考) 5F043 AA31 BB22 EE27

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】無水フッ化水素と、 カルボン酸と、 水と、を含むエッチ液。
  2. 【請求項2】誘電材料を含むコンポーネントを製造する方法であって、 水とカルボン酸の水性混合物と、フッ化水素とを含むエッチ液を提供する工程
    と、 誘電材料にエッチングするためにエッチ液を使用する工程と、から成る方法。
  3. 【請求項3】エッチ液を製造する方法であって、 水とカルボン酸の水性混合物を形成する工程と、15 水とカルボン酸の水性混合物へ無水フッ化水素を注入して、エッチ液中の水の
    量が約0.5重量%〜約5重量%の範囲にあるようにする工程と、から成る方法
  4. 【請求項4】半導体コンポーネントを製造する方法であって、 誘電材料が上に配置された基板を提供する工程と、 フッ化水素、カルボン酸、および水を含むエッチ液を使用して、誘電材料の一
    部分にエッチングする工程と、から成る方法。
  5. 【請求項5】マイクロエレクトロメカニカルシステム(MEMS)コンポー
    ネントを製造する方法であって、 誘電材料が上に配置された基板を提供する工程と、 フッ化水素、カルボン酸、および水を含むエッチ液を使用して、誘電材料の一
    部分にエッチングする工程と、から成る方法。
JP2001557084A 2000-02-04 2001-01-26 エッチ液およびエッチング方法 Pending JP2003536242A (ja)

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