JP2020161626A - エッチング液、添加剤及びエッチング方法 - Google Patents

エッチング液、添加剤及びエッチング方法 Download PDF

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Abstract

【課題】高い処理効率を実現可能なエッチング液、添加剤、及びエッチング方法を提供する。【解決手段】実施形態によると、エッチング液が提供される。エッチング液は、窒化シリコンのエッチングに用いられる。エッチング液は、リン酸と、テトラフルオロホウ酸と、シリコン化合物と、水と、硫酸及びイオン性液体の少なくとも一方とを含む。【選択図】 図3

Description

本発明の実施形態は、エッチング液、添加剤及びエッチング方法に関する。
近年、半導体装置の製造において、酸化シリコン(SiO2)層及び窒化シリコン(Si34)層を含む基板から、窒化シリコン層のみを選択的に除去する技術が求められている。このような技術として、リン酸水溶液を用いたウェットエッチングが広く用いられている。
このウェットエッチングでは、窒化シリコンのエッチングレートと酸化シリコンのエッチングレートとの比、すなわち、選択比を高めることが求められる。この選択比を高める方法として、テトラフルオロホウ酸を加えたリン酸水溶液を用いたウェットエッチングが検討されている。
特開2009−21538号公報 特開2009−94455号公報
本発明が解決しようとする課題は、高い処理効率を実現可能なエッチング液、添加剤、及びエッチング方法を提供することにある。
第1実施形態によると、エッチング液が提供される。エッチング液は、窒化シリコンのエッチングに用いられる。エッチング液は、リン酸と、テトラフルオロホウ酸と、シリコン化合物と、水と、硫酸及びイオン性液体の少なくとも一方とを含む。
第2実施形態によると、添加剤が提供される。添加剤は、シリコン又はシリコン含有物のエッチングに用いるエッチング液に添加される。添加剤は、イオン性液体を含む。
第3実施形態によると、エッチング液が提供される。エッチング液は、第2実施形態に係る添加剤と酸性水溶液とを含む。
第4実施形態によると、エッチング方法が提供される。エッチング方法は、第1実施形態に係るエッチング液を用いて、窒化シリコンのエッチングを行うことを含む。
第5実施形態によると、エッチング方法が提供される。エッチング方法は、第3実施形態に係るエッチング液を用いて、シリコン又はシリコン含有物のエッチングを行うことを含む。
硫酸がケイ酸の重合阻害剤として機能することを説明するための説明図。 枚葉式エッチング装置の一例を概略的に示す断面図。 コロイダルシリカ濃度と選択比との関係の一例を示すグラフ。
以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
[第1実施形態]
第1実施形態に係るエッチング液は、窒化シリコンのエッチングに用いられる。このエッチング液は、特に、酸化シリコンと窒化シリコンとを含む構造から、窒化シリコンのみを選択的に除去するためのエッチング液として好適に用いられる。
第1実施形態に係るエッチング液は、リン酸と、テトラフルオロホウ酸と、シリコン化合物と、水と、硫酸及びイオン性液体の少なくとも一方とを含む。
第1実施形態に係るエッチング液は、エッチャントを生成するテトラフルオロホウ酸と、選択比向上剤であるシリコン化合物と、ダスト析出抑制剤である硫酸及びイオン性液体の少なくとも一方とを含む。したがって、第1実施形態に係るエッチング液を用いると、高い選択比を実現しながら、エッチング処理後のエッチング液におけるダストの析出を抑制できる。それゆえ、第1実施形態に係るエッチング液を用いると、エッチング処理の効率を高めることができる。ここで、選択比とは、窒化シリコンのエッチングレート(ERSiN)と酸化シリコンのエッチングレート(ERSiO)との比ERSiN/ERSiOを意味する。
第1実施形態に係るエッチング液を用いた窒化シリコンのエッチング機構は、下記のとおりであると考えられる。
先ず、テトラフルオロホウ酸(HBF)は、下記式(1)に示すように、高温化でリン酸水溶液中に溶解して、HBF(OH)及びフッ化水素(HF)を生成する。この反応は可逆反応である。テトラフルオロホウ酸と水とは穏やかに反応するため、エッチング液の組成を制御し易い。
HBF+ HO ⇔ HBF(OH) + HF (1)
フッ化水素は、下記式(2)に示すように、窒化シリコン(Si)のエッチャントとしてはたらき、窒化シリコンを、四フッ化ケイ素(SiF)とアンモニア(NH)とに分解する。
Si + 12HF → 3SiF + 4NH (2)
また、フッ化水素は、下記式(3)及び(4)に示すように電離する。
HF → H + F (3)
HF + F → HF (4)
フッ素イオン(F)は、窒化シリコンのエッチャントとして特に強くはたらく。その一方、フッ化水素は、下記式(5)に示すように、酸化シリコン(SiO)のエッチャントとしてもはたらき、酸化シリコンをケイフッ化水素酸(HSiF)及び水(HO)に分解する。この反応は可逆反応である。
SiO + 6HF ⇔ HSiF + HO (5)
すなわち、フッ化水素は、窒化シリコンのエッチングレートを高める一方で、酸化シリコンのエッチングレートも高めるため、選択比を向上させにくい。
第1実施形態に係るエッチング液は、選択比向上剤であるシリコン化合物を含んでいる。シリコン化合物は、例えば、ケイフッ化水素酸(HSiF)である。第1実施形態に係るエッチング液中にあらかじめケイフッ化水素酸(HSiF)を含むと、上記式(5)の平衡反応が右方向へと進みにくくなる。これにより、酸化シリコンのエッチングレートが低下する。したがって、第1実施形態に係るエッチング液を用いると、選択比を高めることができる。なお、シリコン化合物は、酸化シリコン(SiO)又はケイ酸化合物(Si(OH))であり得る。これらの化合物は、エッチング液中でケイフッ化水素酸へと変化し得る。
しかしながら、エッチング液があらかじめシリコン化合物を含んでいると、エッチング処理中やエッチング処理後に粒子状のダストが生じ易くなる。ダストは、酸化シリコンなどの析出物が粗大化したものであり得る。ダストは、例えば、窒化シリコン又は酸化シリコンのエッチングにより生じたケイ酸(Si(OH))が重合して、SiO(OH)4−2nで表される多量体を生じ、この多量体が酸化シリコン(SiO)へと化学変化することにより析出し得る。
このようなダストが、エッチング処理後の基板に付着すると、エッチング処理後にダストを洗浄するための基板洗浄工程が必要となり得る。また、ダストがエッチング液中に多量に存在すると、エッチング処理装置内で目詰まり等が発生し、エッチング液の入れ替えや、フィルタの清掃が頻繁に必要となる。これらのことから、ダストが発生すると、エッチング処理効率が低下する。
ここで、第1実施形態に係るエッチング液は、ダスト析出抑制剤である硫酸及びイオン性液体の少なくとも一方を含んでいる。
硫酸は、上述したシリコン化合物の重合阻害剤として高い効果を有する。図1は、硫酸がケイ酸の重合阻害剤としての機能することを説明するための説明図である。図1の右側の式で示したように、硫酸は、プロトン(H)と硫酸水素イオン(HSO )とに電離する。そして、硫酸水素イオン(HSO )の一部は、プロトン(H)と硫酸イオン(SO 2−)とに電離する。この硫酸イオン(SO 2−)は、図1に示すように、ケイ酸(Si(OH))のヒドロキシル基と水素結合する。これにより、ケイ酸(Si(OH))の重合を阻害できる。
イオン性液体のアニオン若しくはカチオンは、2種類以上の官能基を含む有機物であり得る。互いに異なる官能基は、互いに異なる親水性を示す。したがって、これらはエッチング液中において界面活性剤として機能し得る。そのため、イオン性液体を用いると、ケイ酸の重合、あるいは、析出物の粗大化を抑制できる。また、イオン性液体は、エッチングレートを向上させ得る。
以上のことから、第1実施形態に係るエッチング液を用いると、高い選択比とダストの析出の抑制とを実現できるため、エッチングの処理効率を高めることができる。
第1実施形態に係るエッチング液において、リン酸の濃度は、例えば、66質量%以上93質量%以下であり、89質量%以上93質量%以下であることが好ましく、90質量%以上92質量%以下であることがより好ましい。リン酸の濃度が高いと、エッチング液の温度を高め易く、処理効率を高め易い。一方、リン酸の濃度が過剰に高いと、エッチャントである水の割合が低下して、エッチングレートが低下するおそれがある。
第1実施形態に係るエッチング液において、テトラフルオロホウ酸の濃度は、例えば、0.01質量%以上0.20質量%以下であり、0.10質量%以上0.20質量%以下であることが好ましく、0.15質量%以上0.20質量%以下であることがより好ましい。テトラフルオロホウ酸の濃度が高いと、フッ化水素の濃度が高まりやすく、エッチングレートを高めることができる。一方、テトラフルオロホウ酸の濃度が過剰に高いと、フッ化水素の濃度が過剰に高まり、酸化シリコンのエッチングレートが上昇して、選択比が低下するおそれがある。
シリコン化合物は、例えば、シリコン化合物源を溶かし込むことにより、エッチング液に導入できる。シリコン化合物源としては、例えば、窒化シリコン、酸化シリコン、ケイフッ化水素酸又はこれらの混合物を用いることができる。ケイ酸化合物源としては、ケイ酸化合物(SiO)を用いることが好ましい。ケイ酸化合物は、上記式(5)に示すように、加水分解せずにエッチング液中に溶解するため、エッチング液の組成を制御し易く、ダストがより析出しにくい。シリコン化合物源としては、コロイダルシリカを用いることが好ましい。コロイダルシリカはエッチング液に溶解し易く、エッチング処理効率をより高めることができる。
第1実施形態に係るエッチング液に含まれるシリコン化合物の濃度、例えばシリカ濃度は、ケイ素濃度を測定することによっても把握することができる。第1実施形態に係るエッチング液におけるシリカ濃度は880pm以上2500ppm以下であることが好ましく、1100ppm以上2500ppm以下であることがより好ましい。シリカ濃度が高いと、選択比を高めることができる。一方、シリカ濃度が過剰に高いと、ダストの析出量が増大してエッチング処理効率が低下するおそれがある。
第1実施形態に係るエッチング液において、水は残部を占める。第1実施形態に係るエッチング液における水の濃度は7質量%以上10質量%以下であることが好ましく、8質量%以上9質量%以下であることがより好ましい。水の濃度が高いと、窒化シリコンのエッチングレートを高めることできる。一方で、エッチング液中の水の濃度が過剰に高いと、エッチング処理時のエッチング液温度が上昇しにくく、エッチング処理効率が低下するおそれがある。
第1実施形態に係るエッチング液が硫酸を含む場合、その濃度は10質量%以上25質量%以下であることが好ましく、15質量%以上25質量%以下であることがより好ましい。硫酸の濃度が高いと、ダストの析出を抑制できる。一方で、エッチング液中に硫酸の濃度が過剰に高いと、水の活量が低下し、選択比が低下するおそれがある。
第1実施形態に係るエッチング液がイオン性液体を含む場合、その濃度は0.03質量%以上0.50質量%以下であることが好ましく、0.03質量%以上0.30質量%以下であることがより好ましい。イオン性液体の濃度が高いと、ダストの析出を抑制できるとともにエッチングレートを向上できる。一方で、エッチング液中にイオン性液体の濃度が過剰に高いと、エッチング液が泡立って流量を制御しにくくなり、エッチング処理効率が低下するおそれがある。
イオン性液体としては、第2実施形態に係る添加剤に含まれるものを用いることができる。イオン性液体の詳細は後述する。
第1実施形態に係るエッチング液に硫酸が含まれること、及び、含まれるイオン性液体の種類は、液体クロマトグラフィー質量分析(Liquid Chromatography-Mass spectrometry:LC−MS)、及び、キャピラリー電気泳動−質量分析(Capillary Electrophoresis-Mass spectrometry:CE−MS)により確認できる。
以上説明した第1実施形態に係るエッチング液は、リン酸と、テトラフルオロホウ酸と、シリコン化合物と、水と、硫酸及びイオン性液体の少なくとも一方とを含む。したがって、第1実施形態に係るエッチング液を用いると、高い選択比を実現しながら、エッチング処理後のエッチング液に析出し得る二酸化ケイ素などのダストの析出を抑制できる。それゆえ、第1実施形態に係るエッチング液を用いると、エッチング処理の効率を高めることができる。
[第2実施形態]
第2実施形態に係る添加剤は、シリコン又はシリコン含有物のエッチングに用いるエッチング液に添加される。添加剤は、イオン性液体を含む。
イオン性液体は、上述したように、ダストの析出を抑制するとともにエッチングレートを向上させる。したがって、第2実施形態に係る添加剤を含むエッチング液を用いると、イオン性液体を含まないエッチング液を用いた場合と比較して、エッチング処理中のダストの発生を抑制できるとともにエッチングレートを向上できるため、エッチング処理効率を高めることができる。
第2実施形態に係る添加剤は、シリコン又はシリコン含有物など、エッチングされることによりダストを発生し得る物質のエッチング液用に用いることができる。シリコン含有物は、例えば、酸化シリコン又は窒化シリコンである。第2実施形態に係る添加剤は、窒化シリコンのエッチング液用の添加剤として好適に用いることができ、窒化シリコンと酸化シリコンを含む構造から、窒化シリコンのみを選択的にエッチングするためのエッチング液用の添加剤として特に好適に用いることができる。
イオン性液体としては、イミダゾリウム塩、ピリジニウム塩、アンモニウム塩、ホスホニウム塩、ピロリジニウム塩、モルホニウム塩、ピペリジニウム塩、及びスルホニウム塩からなる群より選ばれる少なくとも一種を用いることができる。イオン性液体は、イミダゾリウム塩、ピリジニウム塩、アンモニウム塩、ホスホニウム塩、及びピロリジニウム塩からなる群より選ばれる少なくとも一種であることが好ましく、イミダゾリウム塩及びピリジニウム塩からなる群より選ばれる少なくとも1種であることがより好ましい。
イオン性液体のカチオンは、2種類以上の官能基を有する有機物であることが好ましい。このようなカチオンは、例えば、イミダゾリウム骨格、ピリジニウム骨格、第4級アンモニウム骨格、第4級ホスホニウム骨格、ピロリジニウム骨格、モルホニウム骨格、ピペリジニウム骨格、及びスルホニウム骨格からなる群より選ばれる少なくとも1種である。
イオン性液体のアニオンは、無機物であっても有機物であってもよい。有機物のアニオンは、例えば、p−CHPhSO 、CHCO 、CFCO 、CHSO 、CFSO 、(CFSO、CCO 、CSO 、(CFSO、(CSO、(CFSO)(CFCO)N、又は(CN)である。無機物のアニオンは、例えば、AlCl 、NO 、NO 、Br、Cl、I、BF 、PF 、AsF 、SbF 、NbF 、TaF 、又はF(HF)2.3 である。
イオン性液体のアニオンは、エッチング液中でフッ化水素を生成するものを用いることが好ましい。このようなイオン性液体を用いると、シリコン又はシリコン含有物のエッチングレートが高いエッチング液を得ることができる。このようなアニオンは、例えば、BF 、PF 、AsF 、SbF 、NbF 、TaF 、及びF(HF)2.3 からなる群より選ばれる少なくとも1種類である。
イオン性液体のアニオンは、フッ化水素を生成し易いという点からは、BF 、及びPF からなる群より選ばれる少なくとも1種類であることがより好ましい。また、加水分解反応が穏やかであり、濃度等を制御し易いという点からは、BF であることが特に好ましい。
イオン性液体は、室温で液体であってもよく、室温で固体であってもよいが、室温で液体であるものが好ましい。室温で液体のイオン性液体は、被処理物にダストとして析出しにくく、エッチング処理効率をより高めることができる。ここで、「室温」とは、25℃以上40℃以下の温度をいう。
イオン性液体は、水溶性であってもよく、非水溶性であってもよいが、水溶性を有するもの、あるいは、水混和性を有するものが好ましい。このようなイオン性液体は、エッチング液中での分散性が高いためである。
アンモニウム塩としては、例えば、下記式(A01)及び(A02)で表されるものを用い得る。
イミダゾリウム塩としては、例えば、下記式(B01)〜(B14)で表されるものを用い得る。
イミダゾリウム塩は、室温で液体であるという点からは、式(B01)〜(B05)、(B07)、(B08)、及び(B11)〜(B13)で表されるものを用いることが好ましい。また、水溶性若しくは水混和性が高いという点からは、式(B01)、(B02)、(B05)、(B08)、及び(B11)で表されるものを用いることが好ましい。
ホスホニウム塩としては、例えば、下記式(C01)及び(C02)で表されるものを用い得る。
ピリニジウム塩としては、例えば、下記式(D01)〜(D06)で表されるものを用い得る。
ピリジニウム塩は、室温で液体であるという点からは、上記式(D01)及び(D02)で表されるものを用いることが好ましい。
ピロリジニウム塩としては、例えば、下記式(E01)で表されるものを用い得る。
イオン性液体としては、上記式で表されるもののうち、式(B02)、(B04)、(B05)、(B08)、(D01)及び(D02)で表されるものの少なくとも1種類を用いることが好ましい。これらのイオン性液体を含む添加剤を用いると、エッチング液のエッチングレートが高く、ダストが析出しにくいエッチング液を実現できる。
イオン性液体としては、式(B02)、(B05)及び(B08)で表されるものの少なくとも1種類を用いることがより好ましい。これらのイオン性液体を含む添加剤を用いると、エッチング液のエッチングレートをより高めることができる。
第2実施形態に係る添加剤は、例えば、イオン性液体からなる。第2実施形態に係る添加剤は、シリコン化合物、フッ化水素、及びフッ化水素生成物からなる群より選ばれる少なくとも1種を更に含んでいてもよい。
シリコン化合物は、選択比向上剤として機能し得る。シリコン化合物は、例えば、後述するエッチング原液に溶解してケイフッ化水素酸を生成するものである。シリコン化合物としては、例えば、窒化シリコン、酸化シリコン、ケイフッ化水素酸又はこれらの混合物を用いることができる。
シリコン化合物としては、微粒子状の酸化シリコン(SiO)を用いることが好ましい。酸化シリコンは、上記式(5)に示すように、加水分解せずにエッチング液中に溶解するため、エッチング液の組成を制御し易く、ダストがより析出しにくい。
フッ化水素及びフッ化水素生成物は、エッチングレート向上剤として機能し得る。フッ化水素生成物としては、例えば、テトラフルオロホウ酸(HBF)、及びケイフッ化水素酸(HSiF)からなる群より選ばれる少なくとも1種を用いる。
以上説明した第2実施形態によると、添加剤が提供される。添加剤はイオン性液体を含むため、エッチング液のエッチング処理効率を高めることができる。
[第3実施形態]
第3実施形態に係るエッチング液は、第2実施形態に係る添加剤と酸性水溶液とを含む。第3実施形態に係るエッチング液は、エッチング原液に第2実施形態に係る添加剤を添加することにより得られる。
エッチング原液は、酸性水溶液を含む。エッチング原液に含まれる酸(以下、第1酸と称する)は、例えば、硝酸、硫酸及びリン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種類である。第1酸の種類は、エッチング対象により選択され得る。すなわち、エッチング対象が窒化シリコン又は酸化シリコンである場合には、リン酸を主成分とするリン酸と硫酸との混酸であることが好ましい。また、エッチング対象がシリコンである場合には、硝酸を主成分とすることが好ましい。
第3実施形態に係るエッチング液は、イオン性液体と酸性水溶液とを含む。
第3実施形態に係るエッチング液において、イオン性液体の濃度は、0.10質量%以上0.35質量%以下であることが好ましく、0.20質量%以上0.30質量%以下であることがより好ましい。イオン性液体の濃度が高いと、ダストの析出を抑制できるとともにエッチングレートを向上できる。一方で、エッチング液中にイオン性液体の濃度が過剰に高いと、エッチング液が泡立って流量を制御しにくくなり、エッチング処理効率が低下するおそれがある。
第3実施形態に係るエッチング液がリン酸を含む場合、その濃度は、89質量%以上93質量%以下であることが好ましく、90質量%以上92質量%以下であることがより好ましい。リン酸の濃度が高いと、エッチング液の温度を高め易く、処理効率を高め易い。一方、リン酸の濃度が過剰に高いと、エッチャントである水の割合が低下して、エッチングレートが低下するおそれがある。
第3実施形態に係るエッチング液において、水は残部を占める。第1実施形態に係るエッチング液における水の濃度は7質量%以上10質量%以下であることが好ましく、8質量%以上9質量%以下であることがより好ましい。水の濃度が高いと、エッチングレートを高めることできる。一方で、エッチング液中の水の濃度が過剰に高いと、エッチング処理時のエッチング液温度が上昇しにくく、エッチング処理効率が低下するおそれがある。
第3実施形態に係るエッチング液は、シリコン化合物、フッ化水素、又はフッ化水素生成物を更に含んでいてもよい。
シリコン化合物としては、第1実施形態に係るエッチング液において説明したものと同様のものを用いることができる。また、第3実施形態に係るエッチング液におけるシリコン化合物濃度及びシリカ濃度の好ましい範囲は、第1実施形態に係るエッチング液におけるシリコン化合物濃度及びシリカ濃度の好ましい範囲と同様とできる。また、フッ化水素生成物としては、第2実施形態に係る添加剤において説明したものと同様のものを用いることができる。
以上説明した第3実施形態に係るエッチング液は、イオン性液体を含む。したがって、第3実施形態に係るエッチング液を用いると、エッチング処理効率を高めることができる。
[第4実施形態]
第4実施形態に係るエッチング方法は、第1実施形態に係るエッチング液を用いて、窒化シリコンのエッチングを行うことを含む。
第4実施形態に係るエッチング方法は、例えば、第1実施形態に係るエッチング液と、窒化シリコンを含む処理対象とを一定時間にわたって接触させることにより、窒化シリコンのエッチングを行う。
第4実施形態に係るエッチング方法は、エッチング装置を用いて行い得る。エッチング装置について、図2を参照しながら説明する。図2は、枚葉式エッチング装置の一例を概略的に示す断面図である。
図2に示す枚葉式エッチング装置1は、処理部510と、エッチング液貯留部420と、エッチング液調製部430と、水貯留部440と、第1添加剤貯留部450と、第2添加剤貯留部460と、第3添加剤貯留部490と、第4添加剤貯留部500と、高濃度リン酸貯留部470と、低濃度リン酸貯留部480と、図示しない制御部とを備えている。なお、図2において、矢印の向きは、流体の流れる方向を示している。
枚葉式処理部510は、エッチング液及び処理基板SB1を収容する処理槽511と、処理基板SB1上にエッチング液を供給するノズル512と、処理基板を回転させる回転機構と、回収部513とを備えている。なお、図2において、回転機構は省略している。ノズル512は、配管L13の端部に接続されている。回収部513は、処理槽511の下部とタンクT1とを接続する配管L24を備えている。なお、配管L24は、夾雑物を取り除くためのフィルタを備えていてもよい。
エッチング液貯留部420は、エッチング液を収容するタンクT1と、エッチング液を加熱し、循環させてエッチング液の温度及び各成分の濃度を検出する循環部421と、エッチング液を処理槽511へと供給する供給部422と、エッチング液を外部へと排出する排出部423とを備えている。
循環部421は、タンクT1の下部とタンクT1の上部とを接続する配管L12を備えている。配管L12内には、ポンプP1と、温度計付きヒータTH1と、エッチング液中に含まれる各成分の濃度を測定可能な濃度計D1とが備えられている。ポンプP1、濃度計D1、及び温度計付きヒータTH1は、図示しない制御部に接続されている。なお、配管L12は、夾雑物を取り除くためのフィルタを備えていてもよい。
供給部422は、タンクT1と処理槽511とを接続する配管L13を備えている。配管L13内には、バルブV10と、流量計F1とが備えられている。バルブV10と、流量計F1とは、図示しない制御部に接続されている。
排出部423は、タンクT1の下部とエッチング装置1の外部とを接続する配管L14を備えている。配管L14内には、バルブV11と、流量計F2と、冷却ユニットCL1とが備えられている。バルブV11、流量計F2、及び冷却ユニットCL1は、図示しない制御部に接続されている。
エッチング液調製部430は、エッチング液若しくはバッファー液の原料を収容し、エッチング液若しくはバッファー液を調製するタンクT2と、エッチング液若しくはバッファー液を循環させて、エッチング液若しくはバッファー液中の各成分の濃度を検出する循環部431、エッチング液若しくはバッファー液をタンクT1へと供給する供給部432とを備えている。
循環部431は、タンクT2の下部とタンクT2の上部とを接続する配管L15を備えている。配管L15内には、ポンプP2と、エッチング液中に含まれる各成分の濃度を測定可能な濃度計D2とが備えられている。ポンプP2及び濃度計D2は、図示しない制御部に接続されている。
供給部432は、タンクT2とタンクT1とを接続する配管L16が備えられている。配管L16内には、バルブV12と、流量計F3とが備えられている。バルブV12及び流量計F3は、図示しない制御部に接続されている。
水貯留部440は、水(HO)を収容するタンクT3と、水をタンクT2へと供給する第1供給部441と、水をタンクT1へと供給する第2供給部442とを備えている。
第1供給部441は、タンクT3と、タンクT2とを接続する配管L17を備えている。配管L17内には、ポンプP3と、バルブV13と、流量計F4とが備えられている。ポンプP3、バルブV13、及び流量計F4は、図示しない制御部に接続されている。
第2供給部442は、タンクT3と配管L16とを接続する配管L18を備えている。配管L18内には、ポンプP4と、バルブV14と、流量計F5とが備えられている。ポンプP4、バルブV14及び流量計F5は、図示しない制御部に接続されている。配管L18は、配管L16の代わりに、タンクT1に接続されていてもよい。
第1添加剤貯留部450は、テトラフルオロホウ酸水溶液を収容するタンクT4と、テトラフルオロホウ酸水溶液をタンクT2へと供給する供給部451とを備えている。テトラフルオロホウ酸水溶液におけるテトラフルオロホウ酸の濃度は、例えば、42質量%である。
供給部451は、タンクT4と配管L17とを接続する配管L19を備えている。配管L19内には、ポンプP5と、バルブV15と、流量計F6とが備えられている。ポンプP5、バルブV15、及び流量計F6は、図示しない制御部に接続されている。なお、配管L19は、配管L17の代わりにタンクT2に接続されていてもよい。
第2添加剤貯留部460は、シリコン化合物分散液を収容するタンクT5と、シリコン化合物分散液をタンクT2へと供給する供給部461とを備えている。シリコン化合物分散液におけるシリコン化合物の濃度は、例えば、12質量%以上23質量%以下である。シリコン化合物分散液における分散媒は、例えば、水である。
供給部461は、タンクT5と配管L19とを接続する配管L20を備えている。配管L20内には、ポンプP6と、バルブV16と、流量計F7とが備えられている。ポンプP6、バルブV16及び流量計F7は、図示しない制御部に接続されている。配管L20は、配管L19の代わりに、配管L17に接続されていてもよく、タンクT2に接続されていてもよい。
第3添加剤貯留部490は、硫酸水溶液を収容するタンクT8と、硫酸水溶液をタンクT2へと供給する供給部491とを備えている。硫酸水溶液における硫酸の濃度は、例えば、98質量%である。
供給部491は、タンクT8と配管L19とを接続する配管L24を備えている。配管L24内には、ポンプP9と、バルブV20と、流量計F11とが備えられている。ポンプP9、バルブV20及び流量計F11は、図示しない制御部に接続されている。配管L24は、配管L19の代わりに、配管L17に接続されていてもよく、タンクT2に接続されていてもよい。
第4添加剤貯留部500は、イオン性液体を収容するタンクT9と、イオン性液体をタンクT2へと供給する供給部501とを備えている。
供給部501は、タンクT9と配管L19とを接続する配管L25を備えている。配管L25内には、ポンプP10と、バルブV21と、流量計F12とが備えられている。ポンプP10、バルブV21及び流量計F12は、図示しない制御部に接続されている。配管L25は、配管L19の代わりに、配管L17に接続されていてもよく、タンクT2に接続されていてもよい。
第3添加剤貯留部490及び第4添加剤貯留部500の何れか一方は、省略してもよい。
高濃度リン酸貯留部470は、高濃度リン酸水溶液を収容するタンクT6と、リン酸水溶液を加熱し、循環させることによりリン酸水溶液の濃度を高める循環部471と、高濃度リン酸水溶液をタンクT2に供給する供給部472とを備えている。高濃度リン酸水溶液におけるリン酸の濃度は、例えば、98質量%である。
循環部471は、タンクT6の下部とタンクT6の上部とを接続する配管L21と、温度計付き冷却ユニットCL2と配管L21とを接続する配管L21aとを備えている。配管L21内には、温度計付きヒータTH2と、リン酸濃度計D3と、ポンプP7とが備えられている。温度計付きヒータTH2、リン酸濃度計D3、及びポンプP7は、図示しない制御部に接続されている。
供給部472は、タンクT6と配管L20とを接続する配管L22を備えている。配管L22内には、バルブV19と、流量計F10と、温度計付き冷却ユニットCL2と、バルブV17と、流量計F8とが備えられている。バルブV19、流量計F10、温度計付き冷却ユニットCL2、バルブV17、及び流量計F8は、図示しない制御部に接続されている。なお、配管L22は、配管L20の代わりに、配管L19に接続されていてもよく、配管L17に接続されていてもよく、タンクT2に接続されていてもよい。
低濃度リン酸貯留部480は、低濃度リン酸水溶液を収容するタンクT7と、低濃度リン酸水溶液をタンクT6へと供給する供給部481とを備えている。低濃度リン酸水溶液におけるリン酸の濃度は、例えば、85質量%である。
供給部481は、タンクT7とタンクT6とを接続する配管L23を備えている。配管L23内には、ポンプP8と、バルブV18と、流量計F9とが備えられている。ポンプP8、バルブV18、及び流量計F9は、図示しない制御部に接続されている。
このように構成された枚葉式エッチング装置1では、制御部の制御により、以下に説明する第1乃至第12動作に沿ってエッチング処理を行う。
先ず、第1動作として、バルブV18を開き、ポンプP8及び流量計F9を起動する。これにより、タンクT7に収容された低濃度リン酸水溶液の所定量が、タンクT6に供給される。
次いで、第2動作として、温度計付きヒータTH2、リン酸濃度計D3及びポンプP7を起動する。これにより、タンクT6に供給された低濃度リン酸水溶液は、タンクT6及び配管L21内を循環し、温度計付きヒータTH2により、所定温度まで加熱される。この動作は、リン酸濃度計D3が検知した配管L21内のリン酸濃度が、処置の濃度に達するまで行う。このようにして調製された高濃度リン酸水溶液は、所定の温度及び濃度に維持される。
次いで、第3動作として、バルブV19及びバルブV17を開き、温度計付き冷却ユニットCL2、流量計F10及び流量計F8を起動する。これにより、タンクT6に収容された高濃度リン酸水溶液の所定量が、温度計付き冷却ユニットCL2により所定の温度まで冷却された後、タンクT2に供給される。ここで、高濃度リン酸水溶液が温度計付き冷却ユニットCL2において所定の温度まで冷却されなかった場合には、高濃度リン酸水溶液は、配管L21aを介して、循環部471へと回収される。これにより、温度計付き冷却ユニットCL2により十分に冷却された高濃度リン酸水溶液のみが、タンクT2へ供給される。
次いで、第4動作として、バルブV13を開き、ポンプP3及び流量計F4を起動する。これにより、タンクT3に収容された水の所定量が、タンクT2へと供給される。
次いで、第5動作として、バルブV15を開き、ポンプP5及び流量計F6を起動する。これにより、タンクT4に収容されたテトラフルオロホウ酸水溶液の所定量が、タンクT2へと供給される。
次いで、第6動作として、バルブV16を開き、ポンプP6及び流量計F7を起動する。これにより、タンクT5に収容されたシリコン化合物分散液の所定量が、タンクT2へと供給される。
次いで、第7動作として、バルブV20を開き、ポンプP9及び流量計F11を起動する。これにより、タンクT8に収容された硫酸水溶液の所定量が、タンクT2へと供給される。
次いで、第8動作として、バルブV21を開き、ポンプP10及び流量計F12を起動する。これにより、タンクT9に収容されたイオン性液体の所定量が、タンクT2へと供給される。
なお、第7動作及び第8動作の何れか一方は省略してもよい。
次いで、第9動作として、ポンプP2及び濃度計D2を起動する。これにより、タンクT2に供給された高濃度リン酸水溶液、水、シリコン化合物分散液、硫酸水溶液、及びイオン性液体が、タンクT2及び配管L15内を循環しながら十分に混合される。また、濃度計D2は、配管L15内を循環する溶液内のリン酸の濃度、硫酸の濃度、テトラフルオロホウ酸の濃度、シリコン化合物の濃度及びイオン性液体の濃度を検出し、その情報を図示しない配線を介して制御部に伝達する。この情報に基づいて、制御部は、高濃度リン酸水溶液、水、硫酸水溶液、テトラフルオロホウ酸、シリコン化合物、及びイオン性液体の供給量及び温度の調整を行う。このようにして、エッチング液を調製する。調製されたエッチング液は、所定の温度及び組成に維持される。シリコン化合物源が固体である場合、シリコン化合物源は、エッチング液中に溶解する。
次いで、第10動作として、バルブV12を開き、流量計F3を起動する。これにより、タンクT2に収容されたエッチング液の所定量を、タンクT1へと供給する。
次いで、第11動作として、ポンプP1、温度計付きヒータTH1、及び濃度計D1を起動する。これにより、タンクT1に供給されたエッチング液は、タンクT1及び配管L2内を循環し、温度計付きヒータTH1により、所定温度まで加熱される。また、濃度計D1は、配管L2内を循環する溶液内のリン酸の濃度、硫酸の濃度、テトラフルオロホウ酸の濃度、シリコン化合物の濃度及びイオン性液体の濃度を検出し、その情報を図示しない配線を介して制御部に伝達する。
次いで、第12動作として、制御部に伝達された情報に基づいて、バッファー液の調製及び温度の調整を行う。すなわち、高温下において、エッチング液からは、水などが揮発し得る。これらの濃度低下によるエッチング液の組成変化を防止するために、制御部は、タンクT1に水やバッファー液を供給する。水を供給する場合には、バルブV14を開き、ポンプP4及び流量計F5を起動する。これにより、エッチング液の組成が所定の値となるように、タンクT1に水が供給される。また、バッファー液を供給する場合には、第1乃至第10動作を繰り返し、エッチング液の組成を調整するためのバッファー液を調製して、タンクT1にバッファー液を供給する。これにより、タンクT1中のエッチング液の各成分の組成は、常に所定の値となるように保たれる。第12動作は、以下に説明する第11動作及び第12動作中においても同様に行われ得る。
次いで、第13動作として、処理槽511内の回転機構に、処理基板SB1を設置する。次いで、回転機構を動作させ、処理基板SB1を所定の速さで回転させる。
次いで、第14動作として、バルブV10を開き、流量計F1を起動する。これにより、配管L13に接続されたノズル512から、回転する処理基板SB1上にエッチング液を供給する。これにより、処理基板SB1中の窒化シリコンを選択的にエッチングすることができる。所定時間経過後に、処理基板SB1を処理槽511内から取り出し、乾燥させる。処理槽511の下部に溜まったエッチング液は、配管L24を介してタンクT1へと回収される。
以上説明した第1乃至第14動作をすべて、あるいは、第11乃至第14動作を繰り返すことにより、処理基板SB1を連続的に処理することができる。また、エッチング処理完了後、あるいは、エッチング液中の夾雑物の量が非常に増えた場合には、バルブV11を開き、流量計F2及び冷却ユニットCL1を起動させ、これにより、冷却したエッチング液を装置の外部へと排出する。
ここでは、エッチング液調製機構を含むエッチング装置を例に挙げて説明したが、エッチング液は、エッチング装置1の外部で調製したものを用いてもよい。この場合、第1添加剤貯留部450、第2添加剤貯留部460、第3添加剤貯留部490、第4添加剤貯留部500、高濃度リン酸貯留部470、及び低濃度リン酸貯留部480は省略してもよい。また、エッチング液調製部430を省略してもよい。
第1実施形態に係るエッチング液を用いると、例えば、50以上、100以上の高い選択比を実現できる。したがって、第1実施形態に係るエッチング液は、枚葉式エッチング装置用のエッチング液として好適に用いることができる。なお、エッチング装置としては、バッチ式エッチング装置を用いてもよい。
以上説明した第4実施形態に係るエッチング方法は、第1実施形態に係るエッチング液を用いるため、高いエッチング処理効率を実現できる。
[第5実施形態]
第5実施形態に係るエッチング方法は、第3実施形態に係るエッチング液を用いて、シリコン又はシリコン含有物のエッチングを行うことを含む。シリコン含有物は、例えば、酸化シリコン又は窒化シリコンである。
第5実施形態に係るエッチング方法は、例えば、第3実施形態に係るエッチング液と、窒化シリコンを含む処理対象とを一定時間にわたって接触させることにより、シリコン又はシリコン含有物のエッチングを行う。
第5実施形態に係るエッチング方法は、エッチング装置を用いて行い得る。エッチング装置としては、上述した図2に示すエッチング装置を用い得る。例えば、窒化シリコンのエッチングを行う場合、第1添加剤貯留部450に第2実施形態に係る添加剤を収容し、第2乃至第4添加剤貯留部を省略したこと以外は、上述したエッチング装置1と同様のものを用いてもよい。また、第2添加剤貯留部460に上述したフッ化水素生成物の水溶液を収容したこと以外は、上述したエッチング装置1と同様のものを用いてもよい。また、シリコンのエッチングを行う場合、高濃度リン酸貯留部470に硝酸を収容し、低濃度リン酸貯留部480を省略したこと以外は、上述したエッチング装置1と同様のものを用いてもよい。
以上説明した第5実施形態に係るエッチング方法は、第3実施形態に係るエッチング液を用いるため、高いエッチング処理効率を実現できる。
以下、本発明の実施例について説明する。
<実施例1〜実施例4>
上述した式(B05)で表されるイオン性液体(C11BFO)を用いて、表1に示す組成の実施例1〜実施例4に係るエッチング液を調製した。
<実施例5〜実施例8>
上述した式(B08)で表されるイオン性液体(C13BF)を用いて、表2に示す組成の実施例5〜実施例8に係るエッチング液を調製した。
<実施例9〜実施例12>
上述した式(B02)で表されるイオン性液体(C15BF)を用いて、表3に示す組成の実施例9〜実施例12に係るエッチング液を調製した。
<実施例13>
上述した式(B04)で表されるイオン性液体(C1223BF)を用いて、表4に示す組成の実施例13に係るエッチング液を調製した。
<実施例14及び15>
上述した式(D01)で表されるイオン性液体(C14BFN)を用いて、表5に示す組成の実施例14及び15に係るエッチング液を調製した。
<実施例16及び17>
上述した式(D02)で表されるイオン性液体(C1016BFN)を用いて、表6に示す組成の実施例16及び17に係るエッチング液を調製した。
<実施例18〜23、比較例1〜7>
上述した式(B08)で表されるイオン性液体(C13BF)又は硫酸を用いて、表7に示す組成の実施例18〜23及び比較例1〜7に係るエッチング液を調製した。
<エッチングレートの測定>
先ず、基材として、一辺を2.5cmとする正方形状の単結晶シリコン板を準備した。この基材上に、酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜を、基材の主面に対して垂直な方向に交互に並列するように形成して、処理基板を得た。この処理基板における酸化シリコン膜の厚さ及び窒化シリコン膜の厚さを、分光エリプソメータ(J.A.Woollam社製 M-2000)で測定した。測定は9か所で行い、処理前の酸化シリコン膜の厚さの平均値及び窒化シリコン膜の厚さの平均値を得た。
次いで、エッチング液をビーカに入れた後、このビーカをマントルヒータースターラにセットした。セットしたビーカを、100rpmの速さでエッチング液を撹拌しながら加熱した。ビーカ内のエッチング液の温度が最高温度に達した後、エッチング液中に処理基板を浸漬させ、100rpmの速度でエッチング液を15分間にわたって撹拌して、エッチング処理を行った。その後、エッチング液中から処理基板を取り出し、この処理基板を純水で1分間にわたって洗浄し、その後、この処理基板に窒素(N)ガスを吹き付けて処理基板を乾燥させた。
エッチング処理後の基板について、窒化シリコン膜の膜厚と酸化シリコン膜の膜厚とを、分光エリプソメータを用いて測定した。測定は9か所で行い、処理後の酸化シリコン膜の厚さの平均値及び窒化シリコンの厚さの平均値を得た。処理前の窒化シリコン膜の厚さの平均値から、処理後の窒化シリコン膜の厚さの平均値を差し引いた値を処理時間で割ることにより、窒化シリコンのエッチングレートを算出した。また、処理前の酸化シリコン膜の厚さの平均値から、処理後の酸化シリコン膜の厚さの平均値を差し引いた値を処理時間で割ることにより、酸化シリコンのエッチングレートを算出した。
次いで、窒化シリコンのエッチングレートERSiNと酸化シリコンのエッチングレートERSiOとの比を求め、選択比ERSiN/ERSiOを算出した。この結果を、表1乃至表7に示す。
<析出物判定>
エッチング処理後のエッチング液中に析出した白色状の物質の量を、目視で確認した。この際、析出量が少ない又は無かったものを析出度1とし、やや析出したものを析出度2として、析出量が多かったものを析出度3とした。この結果を、表1乃至表7に示す。
表7に示すように、コロイダルシリカ濃度が2500ppmの場合、硫酸又はイオン性液体を含む実施例18〜23は、高い選択比と析出物抑制とを実現できた。これに対して、硫酸又はイオン性液体を含まない比較例1は、高い選択比は実現できたが析出物が多量に発生した。また、表7に示すように、イオン性液体を含むエッチング液を用いた実施例20〜23は、硫酸を含むエッチング液を用いた実施例18及び19よりも析出物抑制に優れていた。
また、表1〜表6に示すように、イオン性液体を含むエッチング液を用いた実施例1〜17は、優れた選択比を実現できた。
図3は、コロイダルシリカ濃度と選択比との関係の一例を示すグラフである。図3に示すグラフは、実施例1、3及び4、実施例5、7及び8、実施例9、11及び12、並びに比較例3〜6に基づいている。図3に示すように、式(B02)、(B05)、及び(B08)で表されるイオン性液体をフッ化水素源として用いたエッチング液は、テトラフルオロホウ酸をフッ化水素源として用いたエッチング液と比較して、優れた選択比を実現することができた。
以上説明した少なくとも一つの実施形態に係るエッチング液は、リン酸と、テトラフルオロホウ酸と、シリコン化合物と、水と、硫酸及びイオン性液体の少なくとも一方とを含む。したがって、実施形態に係るエッチング液を用いると、高い選択比を実現しながら、エッチング処理後のエッチング液に析出し得る二酸化ケイ素などのダストの析出を抑制できる。それゆえ、実施形態に係るエッチング液を用いると、エッチング処理の効率を高めることができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1…枚葉式エッチング装置、420…エッチング液貯留部、421…循環部、422…供給部、423…排出部、430…エッチング液調製部、431…循環部、432…供給部、440…水貯留部、441…第1供給部、442…第2供給部、450…第1添加剤貯留部、451…供給部、460…第2添加剤貯留部、461…供給部、470…高濃度リン酸貯留部、471…循環部、472…供給部、480…低濃度リン酸貯留部、481…供給部、490…第3添加剤貯留部、491…供給部、500…第4添加剤貯留部、501…供給部、510…枚葉式処理部、511…処理槽、512…ノズル、513…回収部、CL1及びCL2…冷却ユニット、D1乃至D3…濃度計、F1乃至F12…流量計、L2、L12乃至L25及びL21a…配管、P1乃至P10…ポンプ、SB1…処理基板、T1乃至T9…タンク、TH1及びTH2…ヒータ、V10乃至V21…バルブ。

Claims (15)

  1. 窒化シリコンのエッチングに用いるエッチング液であって、リン酸と、テトラフルオロホウ酸と、シリコン化合物と、水と、硫酸及びイオン性液体の少なくとも一方とを含むエッチング液。
  2. 前記テトラフルオロホウ酸の濃度は0.10質量%以上0.25質量%以下である請求項1に記載のエッチング液。
  3. 前記エッチング液のシリカ濃度は1100ppm以上2500ppm以下である請求項1又は2に記載のエッチング液。
  4. 前記水の濃度は7質量%以上10質量%以下である請求項1乃至3の何れか1項に記載のエッチング液。
  5. 前記エッチング液は前記硫酸を含み、前記硫酸の濃度は13質量%以上25質量%以下である請求項1乃至4の何れか1項に記載のエッチング液。
  6. 前記イオン性液体のアニオンは、BF 、及び、PF からなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項1乃至5の何れか1項に記載のエッチング液。
  7. 前記イオン性液体のカチオンは、イミダゾリウム骨格、ピリジニウム骨格、第4級アンモニウム骨格、第4級ホスホニウム骨格、ピロリジニウム骨格、モルホニウム骨格、ピペリジニウム骨格、及びスルホニウム骨格からなる群より選ばれる少なくとも1種を有する請求項1乃至6の何れか1項に記載のエッチング液。
  8. 請求項1乃至7の何れか1項に記載のエッチング液を用いて、窒化シリコンのエッチングを行うことを含むエッチング方法。
  9. シリコン又はシリコン含有物のエッチング液に含まれる添加剤であって、イオン性液体を含む添加剤。
  10. 前記イオン性液体のアニオンは、BF 、及び、PF からなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項9に記載の添加剤。
  11. 前記イオン性液体のカチオンは、イミダゾリウム骨格、ピリジニウム骨格、第4級アンモニウム骨格、第4級ホスホニウム骨格、ピロリジニウム骨格、モルホニウム骨格、ピペリジニウム骨格、及びスルホニウム骨格からなる群より選ばれる少なくとも1種を有する請求項9又は10に記載の添加剤。
  12. シリコン化合物を更に含む請求項9乃至11の何れか1項に記載の添加剤。
  13. 請求項9乃至12の何れか1項に記載の添加剤と酸性水溶液とを含むエッチング液。
  14. 前記酸性水溶液は、硝酸、硫酸及びリン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種の酸を含む請求項13に記載のエッチング液。
  15. 請求項13又は14に記載のエッチング液を用いて、シリコン又はシリコン含有物のエッチングを行うことを含むエッチング方法。
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