JP2021015967A - Silicon nitride film etching solution and manufacturing method of semiconductor devices using the same - Google Patents

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Abstract

To provide a technique for preventing the generation of silicon-based particles by etching a silicon nitride film.SOLUTION: In a silicon nitride film etching solution and a manufacturing method of a semiconductor devices using the same, due to inclusion of second colloidal silica particles having an increased surface area in spherical first colloidal silica particles based on the same volume, a phenomenon in which the colloidal silica particles aggregate even at a high temperature is prevented, and the generation of the silicon-based particles is prevented, and the etching selectivity of a silicon oxide film 12 to a silicon nitride film 11 is improved under an etching condition of a laminated structure 20.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、シリコン窒化膜エッチング溶液、及びこれを用いた半導体素子の製造方法に関し、より詳細には、パーティクルの発生を防ぎ、シリコン酸化膜に対しシリコン窒化膜に対する選択比を増加させるシリコン窒化膜エッチング溶液、及びこれを用いて行われる半導体素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a silicon nitride film etching solution and a method for manufacturing a semiconductor device using the same. More specifically, the present invention is a silicon nitride film that prevents the generation of particles and increases the selectivity of the silicon oxide film to the silicon nitride film. The present invention relates to an etching solution and a method for manufacturing a semiconductor device using the etching solution.

現在、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜をエッチングする方法としては、様々があるが、乾式エッチング法と湿式エッチング法が主に使用される方法である。 Currently, there are various methods for etching a silicon nitride film and a silicon oxide film, but a dry etching method and a wet etching method are mainly used.

乾式エッチング法は、通常に気体を用いたエッチング法であって、湿式エッチング法より等方性に優れるという長所があるものの、湿式エッチング法より生産性に劣り過ぎ、高価の方式である点から、湿式エッチング法が広く利用されつつある。 The dry etching method is usually an etching method using a gas, and although it has an advantage of being more isotropic than the wet etching method, it is too inferior in productivity to the wet etching method and is an expensive method. Wet etching methods are becoming widely used.

一般に、湿式エッチング法としては、エッチング溶液としてリン酸を用いる方法がよく知られている。このとき、シリコン窒化膜をエッチングするために、純粋なリン酸のみ用いる場合、素子が微細化するにつれて、シリコン窒化膜のみならず、シリコン酸化膜までエッチングされることによって、各種の不良及びパターンの異常が発生するなどの問題が生じ得るため、シリコン酸化膜に保護膜を形成して、シリコン酸化膜のエッチング速度をさらに下げる必要がある。 In general, as a wet etching method, a method using phosphoric acid as an etching solution is well known. At this time, when only pure phosphoric acid is used for etching the silicon nitride film, not only the silicon nitride film but also the silicon oxide film is etched as the device becomes finer, so that various defects and patterns are formed. Since problems such as abnormalities may occur, it is necessary to form a protective film on the silicon oxide film to further reduce the etching rate of the silicon oxide film.

本発明は、シリコン基板エッチング溶液の中にシリコン添加剤に含まれたコロイダルシリカ粒子の表面積を増加させてパーティクルの発生を防ぎ、エッチング条件でシリコン酸化膜に対しシリコン窒化膜に対する選択比を増加させるシリコン窒化膜エッチング溶液を提供することを目的とする。 The present invention increases the surface area of colloidal silica particles contained in the silicon additive in the silicon substrate etching solution to prevent the generation of particles, and increases the selectivity of the silicon oxide film to the silicon nitride film under the etching conditions. It is an object of the present invention to provide a silicon nitride film etching solution.

また、本発明は、上述したシリコン窒化膜エッチング溶液を用いて行われる半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。 Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device, which is performed by using the above-mentioned silicon nitride film etching solution.

上述した技術的課題を解決するために、本発明の一側面によれば、リン酸水溶液及びシリコン添加剤を含み、前記シリコン添加剤は、球状の第1のコロイダルシリカ及び第2のコロイダルシリカ粒子を含み、同一体積を基準に、前記球状の第1のコロイダルシリカ粒子の表面積に対して、前記第2のコロイダルシリカ粒子の表面積は、100%超124%以下であり、前記シリコン添加剤に含まれた前記第2のコロイダルシリカ粒子の含量は、50%以上であるシリコン窒化膜エッチング溶液が提供される。 In order to solve the above-mentioned technical problems, according to one aspect of the present invention, the silicon additive contains a phosphoric acid aqueous solution and a silicon additive, and the silicon additive is a spherical first colloidal silica and a second colloidal silica particles. The surface area of the second colloidal silica particles is more than 100% and 124% or less with respect to the surface area of the spherical first colloidal silica particles based on the same volume, and is contained in the silicon additive. A silicon nitride film etching solution in which the content of the second colloidal silica particles is 50% or more is provided.

また、本発明の他の側面によれば、上述したシリコン窒化膜エッチング溶液を用いて行われる半導体素子の製造方法が提供される。 Further, according to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, which is performed by using the above-mentioned silicon nitride film etching solution.

本発明によるシリコン窒化膜エッチング溶液は、同一体積を基準に、球状の第1のコロイダルシリカ粒子に対して、表面積の増加した第2のコロイダルシリカ粒子が含まれることによって、高温でもコロイダルシリカ粒子が凝集する現象を防ぎ、シリコン系パーティクルの発生を防ぐことができる。 The silicon nitride film etching solution according to the present invention contains the second colloidal silica particles having an increased surface area with respect to the spherical first colloidal silica particles based on the same volume, so that the colloidal silica particles can be formed even at a high temperature. It is possible to prevent the phenomenon of aggregation and prevent the generation of silicon-based particles.

また、本願で用いられる表面積の増加した第2のコロイダルシリカ粒子は、球状の第1のコロイダルシリカ粒子に対して、ヒドロキシ基(−OH)の表出量が増加することによって、エッチング条件でシリコン酸化膜に対しシリコン窒化膜に対するエッチング選択比を向上させることができる。 Further, the second colloidal silica particles having an increased surface area used in the present application are silicon under etching conditions due to an increase in the amount of hydroxy groups (−OH) expressed with respect to the spherical first colloidal silica particles. It is possible to improve the etching selectivity of the silicon nitride film with respect to the oxide film.

本発明の一実施例によるエッチング溶液を用いたシリコン窒化膜の除去工程を概略的に示した断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a step of removing a silicon nitride film using an etching solution according to an embodiment of the present invention.

本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は、後述する実施例を参照すれば明確になる。しかし、本発明は、以下に開示する実施例に限定されるものではなく、異なる様々な形態に具現されるものである。ただし、本実施例は、本発明の開示を完全にし、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は、請求項の範疇によって定義されるだけである。 The advantages and features of the present invention, and the methods for achieving them, will be clarified with reference to the examples described later. However, the present invention is not limited to the examples disclosed below, and is embodied in various different forms. However, the present embodiment is provided to complete the disclosure of the present invention and to fully inform a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs to the scope of the invention, and the present invention is claimed. It is only defined by the category of terms.

以下では、本発明によるシリコン窒化膜エッチング溶液について詳説する。 The silicon nitride film etching solution according to the present invention will be described in detail below.

通常、リン酸水溶液からシリコン酸化膜を保護するために、シリコン窒化膜エッチング溶液にシリコン添加剤が含まれていてもよく、シリコン添加剤は、球状(Sphere)のコロイダルシリカ粒子が用いられる。エッチング溶液内のコロイダルシリカ粒子は、凝集し合わせてシリコン系パーティクルに成長されうる。シリコン系パーティクルが成長される場合は、シリコン基板の不良を引き起こす最大な原因に作用するようになる。 Usually, in order to protect the silicon oxide film from the aqueous phosphoric acid solution, the silicon nitride film etching solution may contain a silicon additive, and as the silicon additive, spherical colloidal silica particles are used. Colloidal silica particles in the etching solution can aggregate and grow into silicon-based particles. When silicon-based particles grow, they act on the biggest cause of defective silicon substrates.

また、球状のコロイダルシリカ粒子は、ヒドロキシ基(−OH)の表出量が少なくて、シリコン酸化膜の保護層(passivation
layer)としての役割を十分に行えず、シリコン酸化膜に対しシリコン窒化膜に対するエッチング選択比が低下する問題が生じるようになる。
In addition, the spherical colloidal silica particles have a small amount of hydroxy group (-OH) expression, and the passivation of the silicon oxide film.
The role as a layer) cannot be sufficiently performed, and there arises a problem that the etching selectivity with respect to the silicon nitride film is lowered with respect to the silicon oxide film.

上述した問題点を解決するために、本発明の一実施例によるシリコン窒化膜エッチング溶液は、リン酸水溶液及びシリコン添加剤を含み、前記シリコン添加剤は、球状の第1のコロイダルシリカ及び第2のコロイダルシリカ粒子を含み、同一体積を基準に、前記球状の第1のコロイダルシリカ粒子の表面積に対して、前記第2のコロイダルシリカ粒子の表面積は、100%超124%以下であり、前記シリコン添加剤に含まれた前記第2のコロイダルシリカ粒子の含量は、50%以上を示すことで、シリコン酸化膜に対しシリコン窒化膜に対する選択比を増加させるとともに、温度が上昇してもシリコン系パーティクルとしての成長を抑制することができる。 In order to solve the above-mentioned problems, the silicon nitride film etching solution according to the embodiment of the present invention contains a phosphoric acid aqueous solution and a silicon additive, and the silicon additive is a spherical first colloidal silica and a second. The surface area of the second colloidal silica particles is more than 100% and 124% or less with respect to the surface area of the spherical first colloidal silica particles based on the same volume, and the silicon. When the content of the second colloidal silica particles contained in the additive is 50% or more, the selectivity of the second colloidal silica particles to the silicon nitride film is increased with respect to the silicon oxide film, and the silicon-based particles are contained even if the temperature rises. It is possible to suppress the growth as.

ここで、本願第2のコロイダルシリカ粒子は、球状の第1のコロイダルシリカ粒子の形状が変形されて、同一体積を基準に、球状の第1のコロイダルシリカ粒子に対して表面積が増加したことを意味し得るし、一例として、本願第2のコロイダルシリカ粒子は、楕円体、多面体、錠剤、またはラグビーのボール状を示し得る。 Here, in the second colloidal silica particles of the present application, the shape of the spherical first colloidal silica particles is deformed, and the surface area is increased with respect to the spherical first colloidal silica particles based on the same volume. It can mean, and by way of example, the second colloidal silica particles of the present application may exhibit an elliptical, polyhedral, tablet, or rugby ball shape.

すなわち、本願第2のコロイダルシリカ粒子は、球状の第1のコロイダルシリカ粒子の形状が変形されて、高温でもシリカ粒子らのスタッキング(stacking)の発生が減少し、これによってシリコン系パーティクルの生成を防ぐことができる。また、シリコン系パーティクルを防ぐことによって、シリコン基板上に具現される素子の不良及び装備の故障が減少し得る。 That is, in the second colloidal silica particles of the present application, the shape of the spherical first colloidal silica particles is deformed, and the occurrence of stacking of the silica particles is reduced even at a high temperature, thereby generating silicon-based particles. Can be prevented. Further, by preventing silicon-based particles, defects of elements and equipment failures embodied on the silicon substrate can be reduced.

また、本願第2のコロイダルシリカ粒子の表面積は、同一体積を基準に、球状の第1のコロイダルシリカ粒子の表面積に対して、100%超124%以下を示す。 Further, the surface area of the second colloidal silica particles of the present application is more than 100% and 124% or less with respect to the surface area of the spherical first colloidal silica particles based on the same volume.

ここで、本願第2のコロイダルシリカ粒子の表面積が、球状の第1のコロイダルシリカ粒子の表面積に対して100%を超えるということは、球状の第1のコロイダルシリカ粒子と同一体積を基準に、表面積が増加したことを意味する。また、本願第2のコロイダルシリカ粒子の表面積が、球状の第1のコロイダルシリカ粒子の表面積に対して124%以下であることは、球状の第1のコロイダルシリカ粒子と同一体積を基準に、表面積が124%を超えないことを意味する。 Here, the fact that the surface area of the second colloidal silica particles of the present application exceeds 100% with respect to the surface area of the spherical first colloidal silica particles is based on the same volume as the spherical first colloidal silica particles. It means that the surface area has increased. Further, the surface area of the second colloidal silica particles of the present application is 124% or less of the surface area of the spherical first colloidal silica particles, based on the same volume as the spherical first colloidal silica particles. Means that does not exceed 124%.

第2のコロイダルシリカ粒子の表面積が、同一体積を基準に、球状の第1のコロイダルシリカ粒子の表面積に対して100%以下である場合は、球状の第1のコロイダルシリカ粒子の表面に表されるヒドロキシ基の量が増加せず、シリコン酸化膜に対しシリコン窒化膜に対するエッチング選択比の向上効果が微弱であり得る。同一体積を基準に、球状の第1のコロイダルシリカ粒子の表面積に対して、表面積が124%を超える第2のコロイダルシリカ粒子は、製造上制約があり、シリカ粒子間の結合によりパーティクルが形成されうる。 When the surface area of the second colloidal silica particles is 100% or less of the surface area of the spherical first colloidal silica particles based on the same volume, it is represented on the surface of the spherical first colloidal silica particles. The amount of hydroxy groups does not increase, and the effect of improving the etching selectivity of the silicon nitride film with respect to the silicon oxide film may be weak. The second colloidal silica particles having a surface area of more than 124% with respect to the surface area of the spherical first colloidal silica particles based on the same volume have manufacturing restrictions, and particles are formed by bonding between the silica particles. sell.

好ましくは、本願第2のコロイダルシリカ粒子の表面積は、同一体積を基準に、球状の第1のコロイダルシリカ粒子の表面積に対して110%以上124%以下であってもよい。さらに好ましくは、本願第2のコロイダルシリカ粒子の表面積は、同一体積を基準に、球状の第1のコロイダルシリカ粒子の表面積に対して115%以上120%以下であってもよい。同一体積を基準に、球状の第1のコロイダルシリカ粒子の表面積に対して、本願第2のコロイダルシリカ粒子の表面積が増加するほど、シリコン酸化膜に対しシリコン窒化膜に対するエッチング選択比が向上する効果がある。 Preferably, the surface area of the second colloidal silica particles of the present application may be 110% or more and 124% or less with respect to the surface area of the spherical first colloidal silica particles based on the same volume. More preferably, the surface area of the second colloidal silica particles of the present application may be 115% or more and 120% or less with respect to the surface area of the spherical first colloidal silica particles based on the same volume. With respect to the surface area of the spherical first colloidal silica particles based on the same volume, the effect of increasing the etching selectivity of the silicon oxide film to the silicon nitride film as the surface area of the second colloidal silica particles of the present application increases. There is.

すなわち、本願第2のコロイダルシリカ粒子は、球状の第1のコロイダルシリカ粒子の形状が変形されて、球状の第1のコロイダルシリカ粒子と同一体積を基準に、表面積が増加することによって、第1のコロイダルシリカ粒子に比べて、第2のコロイダルシリカ粒子の表面に表されるヒドロキシ基(−OH)が増加する。 That is, the second colloidal silica particles of the present application are first formed by deforming the shape of the spherical first colloidal silica particles and increasing the surface area based on the same volume as the spherical first colloidal silica particles. The hydroxy group (-OH) represented on the surface of the second colloidal silica particles is increased as compared with the colloidal silica particles of.

このように、本願第2のコロイダルシリカ粒子は、球状の第1のコロイダルシリカ粒子に対して、さらに多いヒドロキシ基を示すことができる。ヒドロキシ基は、シリコン酸化膜と結合してシロキサンを形成し、シロキサンは、リン酸水溶液からシリコン酸化膜を保護する保護膜としての役割を行う。よって、本願第2のコロイダルシリカ粒子は、球状の第1のコロイダルシリカ粒子に対して、シリコン酸化膜と結合して、シロキサンをさらに多く形成することができ、シリコン酸化膜をさらに効果的に保護することができる。また、本願第2のコロイダルシリカ粒子が含まれたシリコン窒化膜エッチング溶液は、シリコン酸化膜に対しシリコン窒化膜に対するエッチング選択比を向上させることができる。 As described above, the second colloidal silica particles of the present application can exhibit more hydroxy groups than the spherical first colloidal silica particles. The hydroxy group binds to the silicon oxide film to form a siloxane, and the siloxane acts as a protective film that protects the silicon oxide film from the aqueous phosphoric acid solution. Therefore, the second colloidal silica particles of the present application can bond with the silicon oxide film to form more siloxane with respect to the spherical first colloidal silica particles, and more effectively protect the silicon oxide film. can do. In addition, the silicon nitride film etching solution containing the second colloidal silica particles of the present application can improve the etching selectivity of the silicon nitride film with respect to the silicon oxide film.

また、シリコン添加剤に含まれた第2のコロイダルシリカ粒子の含量は、50%以上を示す。一例として、シリコン添加剤は、球状の第1のコロイダルシリカ粒子及び第2のコロイダルシリカ粒子を含んでいてもよく、前記シリコン添加剤には、球状の第1のコロイダルシリカ粒子の含量に対して、第2のコロイダルシリカ粒子の含量が同じであるか高くてもよい。好ましくは、シリコン添加剤に含まれた第2のコロイダルシリカ粒子の含量は、70%以上であってもよい。さらに好ましくは、シリコン添加剤に含まれた第2のコロイダルシリカ粒子の含量は、90%以上であってもよい。他の一例として、シリコン添加剤は、球状の第1のコロイダルシリカ粒子を含んでいなくてもよく、このときは、シリコン添加剤に含まれた第2のコロイダルシリカ粒子の含量は、100%であってもよい。シリコン添加剤に含まれた第2のコロイダルシリカ粒子の含量が50%未満である場合は、高温でシリカ粒子らのスタッキング(stacking)が発生し、これによって、シリコン系パーティクルが生成されうる。また、第2のコロイダルシリカ粒子の含量が50%未満である場合は、シリカ粒子の表面に表されるヒドロキシ基の増加量が少なくて、シリコン酸化膜に対しシリコン窒化膜に対するエッチング選択比の向上効果が微弱でありうる。 The content of the second colloidal silica particles contained in the silicon additive is 50% or more. As an example, the silicon additive may include spherical first colloidal silica particles and second colloidal silica particles, and the silicon additive may contain relative to the content of the spherical first colloidal silica particles. , The content of the second colloidal silica particles may be the same or higher. Preferably, the content of the second colloidal silica particles contained in the silicon additive may be 70% or more. More preferably, the content of the second colloidal silica particles contained in the silicon additive may be 90% or more. As another example, the silicon additive does not have to contain the spherical first colloidal silica particles, in which case the content of the second colloidal silica particles contained in the silicon additive is 100%. It may be. When the content of the second colloidal silica particles contained in the silicon additive is less than 50%, stacking of the silica particles occurs at a high temperature, whereby silicon-based particles can be generated. When the content of the second colloidal silica particles is less than 50%, the amount of increase in hydroxy groups represented on the surface of the silica particles is small, and the etching selectivity of the silicon oxide film is improved with respect to the silicon nitride film. The effect can be weak.

上述したシリコン添加剤は、シリコン窒化膜エッチング溶液の中に100〜100,000ppmで存在することが好ましい。また、上述したシリコン添加剤は、シリコン窒化膜エッチング溶液の中に100〜10,000ppmで存在することがさらに好ましい。ここで、シリコン添加剤の含量は、シリコン窒化膜エッチング溶液中に溶解されたシリコン添加剤の量であって、ppmの単位で示したものである。 The above-mentioned silicon additive is preferably present in the silicon nitride film etching solution at 100 to 100,000 ppm. Further, it is more preferable that the above-mentioned silicon additive is present in the silicon nitride film etching solution at 100 to 10,000 ppm. Here, the content of the silicon additive is the amount of the silicon additive dissolved in the silicon nitride film etching solution, and is shown in units of ppm.

例えば、シリコン窒化膜エッチング溶液の中にシリコン添加剤が100ppmで存在するということは、シリコン窒化膜エッチング溶液の中に溶解されたシリコン添加剤が100ppmであることを意味し得る。 For example, the presence of the silicon additive in the silicon nitride film etching solution at 100 ppm may mean that the silicon additive dissolved in the silicon nitride film etching solution is 100 ppm.

シリコン窒化膜エッチング溶液の中にシリコン添加剤が100ppmで存在する場合は、エッチング条件下でシラン化合物の量が十分でなく、シリコン酸化膜に対しシリコン窒化膜に対するエッチング選択比の増加効果が微弱であり得る。 When the silicon additive is present at 100 ppm in the silicon nitride film etching solution, the amount of the silane compound is not sufficient under the etching conditions, and the effect of increasing the etching selectivity of the silicon oxide film with respect to the silicon nitride film is weak. possible.

一方、シリコン窒化膜エッチング溶液の中にシリコン添加剤が100,000ppmを超える場合は、シリコン窒化膜エッチング溶液内のシラン化合物の飽和濃度の増加によってシリコン系パーティクルが生成される問題が生じ得る。 On the other hand, when the silicon additive exceeds 100,000 ppm in the silicon nitride film etching solution, there may be a problem that silicon-based particles are generated due to an increase in the saturation concentration of the silane compound in the silicon nitride film etching solution.

シリコン基板は、少なくともシリコン酸化膜(SiO)を含むことが好ましく、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜を共に含んでいてもよく。また、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜が共に含まれたシリコン基板の場合は、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とが交互に積層するか、互いに異なる領域に積層した形態であってもよい。 The silicon substrate preferably contains at least a silicon oxide film (SiO x ), and may contain both a silicon oxide film and a silicon nitride film. Further, in the case of a silicon substrate containing both a silicon oxide film and a silicon nitride film, the silicon oxide film and the silicon nitride film may be alternately laminated or may be laminated in different regions.

ここで、シリコン酸化膜は、用途及び素材の種類等に応じて、SOD(Spin On Dielectric)膜、HDP(High Density
Plasma)膜、熱酸化膜(thermal oxide)、BPSG(Borophosphate
Silicate Glass)膜、PSG(Phospho Silicate Glass)膜、BSG(Boro Silicate
Glass)膜、PSZ(Polysilazane)膜、FSG(Fluorinated Silicate
Glass)膜、LP−TEOS(Low
Pressure Tetra Ethyl Ortho Silicate)膜、PETEOS(Plasma Enhanced Tetra
Ethyl Ortho Silicate)膜、HTO(High Temperature Oxide)膜、MTO(Medium
Temperature Oxide)膜、USG(Undopped Silicate Glass)膜、SOG(Spin On Glass)膜、APL(Advanced Planarization
Layer)膜、ALD(Atomic Layer
Deposition)膜、PE−酸化膜(Plasma Enhanced oxide)又はO−TEOS(O−Tetra Ethyl
Ortho Silicate)等に言及し得る。
Here, the silicon oxide film is an SOD (Spin On Dielectric) film or HDP (High Density) depending on the application and the type of material.
Plasma) film, thermal oxide film, BPSG (Borophosphate)
Silicate Glass (Silicate Glass) Membrane, PSG (Phospho Silicate Glass) Membrane, BSG (Boro Silicate)
Glass) film, PSZ (Polysilazane) film, FSG (Fluorinated Silicate)
Glass) film, LP-TEOS (Low)
Pressure Tera Ethyl Ortho Silicate) Membrane, PETEOS (Plasma Enhanced Tera)
Ethyl Ortho Silicate) Membrane, HTO (High Temperature Oxide) Membrane, MTO (Medium)
Temperature Oxide (Temperature Oxide) Membrane, USG (Unloaded Silicate Glass) Membrane, SOG (Spin On Glass) Membrane, APL (Advanced Development)
Layer) membrane, ALD (Atomic Layer)
Deposition membrane, PE-oxide membrane (Plasma Enhanced oxide) or O 3- TEOS (O 3- Tetra Ethyl)
Ortho Silicate) and the like.

ここでリン酸水溶液は、シリコン窒化膜をエッチングするとともに、エッチング溶液のpHを維持して、エッチング溶液内に存在するシリコン添加剤がシリコン系パーティクルに変化することを抑える成分である。 Here, the phosphoric acid aqueous solution is a component that etches the silicon nitride film and maintains the pH of the etching solution to prevent the silicon additive present in the etching solution from changing into silicon-based particles.

一実施例において、シリコン窒化膜エッチング溶液100重量部に対して、りん酸水溶液は、60〜90重量部で含まれることが好ましい。 In one example, the phosphoric acid aqueous solution is preferably contained in an amount of 60 to 90 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the silicon nitride film etching solution.

シリコン窒化膜エッチング溶液100重量部に対して、りん酸水溶液の含量が60重量部未満である場合は、シリコン窒化膜のエッチング速度が低下して、シリコン窒化膜が十分にエッチングされないか、シリコン窒化膜のエッチング工程の効率性が低下するおそれがある。 If the content of the phosphoric acid aqueous solution is less than 60 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the silicon nitride film etching solution, the etching rate of the silicon nitride film decreases and the silicon nitride film is not sufficiently etched or silicon nitrided. The efficiency of the film etching process may decrease.

一方、シリコン窒化膜エッチング溶液100重量部に対して、リン酸水溶液の含量が90重量部を超える場合は、シリコン窒化膜のエッチング速度に対して、シリコン酸化膜のエッチング速度が増加するにつれて、酸化膜に対しシリコン窒化膜に対するエッチング選択比が低下し得るし、シリコン酸化膜のエッチングによるシリコン基板の不良が引き起こされる。 On the other hand, when the content of the phosphoric acid aqueous solution exceeds 90 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the silicon nitride film etching solution, oxidation occurs as the etching rate of the silicon oxide film increases with respect to the etching rate of the silicon nitride film. The etching selectivity of the silicon nitride film to the film may decrease, and the etching of the silicon oxide film causes a defect of the silicon substrate.

本発明の一実施例によるシリコン窒化膜エッチング溶液は、シリコン添加剤を用いることによって低下するシリコン窒化膜のエッチング速度を補償するとともに、全体的なエッチング工程の効率を向上させるために、フッ素含有化合物をさらに含んでいてもよい。 The silicon nitride film etching solution according to an embodiment of the present invention is a fluorine-containing compound in order to compensate for the etching rate of the silicon nitride film, which is lowered by using the silicon additive, and to improve the efficiency of the overall etching process. May further be included.

本願におけるフッ素含有化合物は、フッ素イオンを解離させる任意の形態の化合物を全て指す。 The fluorine-containing compounds in the present application refer to all compounds in any form that dissociate fluorine ions.

一実施例において、フッ素含有化合物は、フッ化水素、フッ化アンモニウム、重フッ化アンモニウム、及びフッ化水素アンモニウムから選択される少なくとも一つである。 In one example, the fluorine-containing compound is at least one selected from hydrogen fluoride, ammonium fluoride, ammonium bicarbonate, and ammonium hydrogen fluoride.

さらに他の実施例において、フッ素含有化合物は、有機系カチオンとフッ素系アニオンとがイオン結合した形態の化合物であってもよい。 In still another embodiment, the fluorine-containing compound may be a compound in which an organic cation and a fluorine anion are ionically bonded.

例えば、フッ素含有化合物は、アルキルアンモニウムとフッ素系アニオンとがイオン結合した形態の化合物であってもよい。ここで、アルキルアンモニウムは、少なくとも一つのアルキル基を有するアンモニウムであって、最大4つのアルキル基を有し得る。アルキル基に対する定義は、前述したとおりである。 For example, the fluorine-containing compound may be a compound in which an alkylammonium and a fluorine-based anion are ionically bonded. Here, the alkylammonium is an ammonium having at least one alkyl group and may have up to four alkyl groups. The definition for the alkyl group is as described above.

さらに他の例において、フッ素含有化合物は、アルキルピロリウム、アルキルイミダゾリウム、アルキルオキサゾリウム、アルキルピリジニウム、アルキルピリミジニウム、アルキルピリダジニウム、アルキルピラジニウム、アルキルピロリジニウム、アルキルホスホニウム、アルキルモルホリニウム、ジアルキルイミダゾリウム、及びアルキルピペリジニウムから選択される有機系カチオンと、フルオロホスファート、フルオロアルキル−フルオロホスファート、フルオロボラート、及びフルオロアルキル−フルオロボラートから選択されるフッ素系アニオンとがイオン結合した形態のイオン性液体であってもよい。 In yet another example, the fluorine-containing compounds are alkylpyrrolium, alkylimidazolium, alkyloxazolium, alkylpyridinium, alkylpyrimidinium, alkylpyridazinium, alkylpyrazinium, alkylpyrrolidinium, alkylphosphonium. , Alkylation morpholinium, dialkyl imidazolium, and alkyl piperidinium, and selected from fluorophosphates, fluoroalkyl-fluorophosphates, fluoroborates, and fluoroalkyl-fluoroborates. It may be an ionic liquid in which a fluorine-based anion is ionically bonded.

シリコン窒化膜エッチング溶液のうち、フッ素含有化合物として一般に用いられるフッ化水素またはフッ化アンモニウムに比べて、イオン性液体状に提供されるフッ素含有化合物は、高い沸点及び分解温度を有するところ、高温で行われるエッチング工程中に分解されることによって、エッチング溶液の組成を変化させるおそれが少ないという利点がある。 Among the silicon nitride film etching solutions, the fluorine-containing compound provided in the form of an ionic liquid has a higher boiling point and decomposition temperature than hydrogen fluoride or ammonium fluoride which is generally used as a fluorine-containing compound, and at a high temperature. There is an advantage that there is little possibility of changing the composition of the etching solution due to decomposition during the etching process performed.

本発明の他の側面によれば、上述したシリコン窒化膜エッチング溶液を用いて行われる半導体素子の製造方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, which is carried out using the above-mentioned silicon nitride film etching solution.

本製造方法によれば、少なくともシリコン窒化膜(SI)を含むシリコン基板上で、上述したエッチング溶液を用いてシリコン窒化膜に対する選択的エッチング工程を行うことによって、半導体素子を製造することが可能である。 According to this manufacturing method, a semiconductor device is manufactured by performing a selective etching step on a silicon nitride film using the above-mentioned etching solution on a silicon substrate containing at least a silicon nitride film (SI x N y ). Is possible.

半導体素子の製造に用いられるシリコン基板は、シリコン窒化膜(SI)を含むか、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜を共に含んでいてもよい。また、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜が共に含まれたシリコン基板の場合は、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とが交互に積層するか、互いに異なる領域に積層した形態であってもよい。 The silicon substrate used for manufacturing the semiconductor element may include a silicon nitride film (SI x N y ), or may contain both a silicon oxide film and a silicon nitride film. Further, in the case of a silicon substrate containing both a silicon oxide film and a silicon nitride film, the silicon oxide film and the silicon nitride film may be alternately laminated or may be laminated in different regions.

本発明による半導体素子の製造方法は、NAND素子の製造工程に適用されうる。より具体的には、NANDを形成するための積層構造体のうち、シリコン酸化膜に対する損失なく、シリコン窒化膜の選択的な除去が要求される工程ステップにおいて、上述したエッチング溶液を用いることで行われてもよい。 The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention can be applied to a manufacturing process for a NAND device. More specifically, among the laminated structures for forming NAND, the above-mentioned etching solution is used in a process step in which selective removal of the silicon nitride film is required without loss to the silicon oxide film. You may be broken.

一例として、図1は、本発明によるエッチング溶液を用いたシリコン窒化膜の除去工程を説明するための概略的な断面図である。 As an example, FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining a step of removing a silicon nitride film using an etching solution according to the present invention.

図1を参照すれば、シリコン基板10上にシリコン窒化膜11とシリコン酸化膜12とが交互に積層した積層構造体20上にマスクパターン層30を形成した後、異方性エッチング工程を介してトレンチ50が形成される。 Referring to FIG. 1, a mask pattern layer 30 is formed on a laminated structure 20 in which a silicon nitride film 11 and a silicon oxide film 12 are alternately laminated on a silicon substrate 10, and then an anisotropic etching step is performed. The trench 50 is formed.

また、図1を参照すれば、積層構造体20内に形成されたトレンチ50領域を介して本発明によるエッチング溶液が投入され、これによってシリコン窒化膜11がエッチングされて、シリコン酸化膜12とマスクパターン層30のみ残るようになる。 Further, referring to FIG. 1, the etching solution according to the present invention is injected through the trench 50 region formed in the laminated structure 20, and the silicon nitride film 11 is etched by this to etch the silicon oxide film 12 and the mask. Only the pattern layer 30 remains.

すなわち、本発明は、シリコン酸化膜に対しシリコン窒化膜に対するエッチング選択比の向上したエッチング溶液を用いることで、積層構造体20内のシリコン酸化膜12のエッチングを最小化し、十分な時間の間にシリコン窒化膜11を完全かつ選択的に除去することができる。その後、シリコン窒化膜11の除去された領域にゲート電極を形成するステップが含まれた後続工程を介して半導体素子を製造することができる。 That is, the present invention minimizes the etching of the silicon oxide film 12 in the laminated structure 20 by using an etching solution having an improved etching selectivity for the silicon nitride film with respect to the silicon oxide film, and within a sufficient time. The silicon nitride film 11 can be completely and selectively removed. After that, the semiconductor device can be manufactured through a subsequent step including a step of forming a gate electrode in the removed region of the silicon nitride film 11.

以下では、本発明の具体的な実施例を提示する。ただし、下記に記載の実施例は、本発明を具体的に例示するか説明するためのものに過ぎないし、これによって本発明が制限されてはならない。 Hereinafter, specific examples of the present invention will be presented. However, the examples described below are merely for exemplifying or explaining the present invention, and the present invention should not be restricted by this.

実施例
エッチング溶液の製造
製造例1
オルトケイ酸テトラエチル(Tetraethyl
Orthosilicate、TEOS)0.1g当量、水10mL、エタノール100mL、及びアムモニウムヒドロキシド(NHOH)1mLを30分間撹拌(stirring)した後、約1時間放置した。前記混合物の撹拌及び放置する工程を20回繰り返してシリカを製造した。製造済みシリカの表面積及び球状のコロイダルシリカ(製造社:(株)ヨンイル化成、製品名:YGS)の表面積は、BET法に従って測定された。同一体積を基準に、球状のコロイダルシリカ(製造社:
(株)ヨンイル化成、製品名:YGS)の表面積に対して、製造済みシリカの表面積は、123%を示した。
Example
Manufacture of etching solution
Manufacturing example 1
Tetraethyl orthosilicate
0.1 g equivalent of Orthosilicate, TEOS), 10 mL of water, 100 mL of ethanol, and 1 mL of ammonium hydroxide (NH 4 OH) were stirred for 30 minutes and then left to stand for about 1 hour. Silica was produced by repeating the steps of stirring and leaving the mixture 20 times. The surface area of the manufactured silica and the surface area of the spherical colloidal silica (manufacturer: Yonil Kasei Co., Ltd., product name: YGS) were measured according to the BET method. Spherical colloidal silica based on the same volume (manufacturer:
The surface area of the manufactured silica was 123% of the surface area of Yongil Kasei Co., Ltd., product name: YGS).

製造例2
製造例1と同一組成物を常温で3日間放置してシリカを製造した。製造済みシリカの表面積及び球状のコロイダルシリカ(製造社:(株)ヨンイル化成、製品名:YGS)の表面積は、BET法に従って測定した。同一体積を基準に、球状のコロイダルシリカ(製造社:(株)ヨンイル化成、製品名:YGS)の表面積に対して、製造済みシリカの表面積は、115%を示した。
Manufacturing example 2
The same composition as in Production Example 1 was left at room temperature for 3 days to produce silica. The surface area of the manufactured silica and the surface area of the spherical colloidal silica (manufacturer: Yonil Kasei Co., Ltd., product name: YGS) were measured according to the BET method. Based on the same volume, the surface area of the manufactured silica was 115% of the surface area of the spherical colloidal silica (manufacturer: Yonil Kasei Co., Ltd., product name: YGS).

製造例3
製造例1と同一組成物を約300RPMで2時間撹拌(stirring)した後、約30分間放置した。前記混合物の撹拌及び放置する工程を20回繰り返してシリコン添加剤を製造した。製造済みシリカの表面積及び球状のコロイダルシリカ(製造社:(株)ヨンイル化成、製品名:YGS)の表面積は、BET法に従って測定した。同一体積を基準に、球状のコロイダルシリカ(製造社:(株)ヨンイル化成、製品名:YGS)の表面積に対して、製造済みシリカの表面積は、109%を示した。
Manufacturing example 3
The same composition as in Production Example 1 was stirred at about 300 RPM for 2 hours and then left to stand for about 30 minutes. The steps of stirring and leaving the mixture were repeated 20 times to produce a silicon additive. The surface area of the manufactured silica and the surface area of the spherical colloidal silica (manufacturer: Yonil Kasei Co., Ltd., product name: YGS) were measured according to the BET method. Based on the same volume, the surface area of the manufactured silica was 109% of the surface area of the spherical colloidal silica (manufacturer: Yonil Kasei Co., Ltd., product name: YGS).

製造例4
製造例1と同一構成及び含量の組成物を約300RPMで24時間撹拌(stirring)して、シリコン添加剤を製造した。製造済みシリカの表面積及び球状のコロイダルシリカ(製造社:(株)ヨンイル化成、製品名:YGS)の表面積は、BET法に従って測定した。同一体積を基準に、球状のコロイダルシリカ(製造社:(株)ヨンイル化成、製品名:YGS)の表面積に対して、製造済みシリカの表面積は、102%を示した。
Manufacturing example 4
A composition having the same composition and content as that of Production Example 1 was stirred at about 300 RPM for 24 hours to produce a silicon additive. The surface area of the manufactured silica and the surface area of the spherical colloidal silica (manufacturer: Yonil Kasei Co., Ltd., product name: YGS) were measured according to the BET method. Based on the same volume, the surface area of the manufactured silica was 102% with respect to the surface area of the spherical colloidal silica (manufacturer: Yonil Kasei Co., Ltd., product name: YGS).

実施例1
リン酸85重量%、製造例1によるシリカ70ppm、球状のコロイダルシリカ(製造社:(株)ヨンイル化成、製品名:YGS)30ppm、及び残量の水を混合して、シリコン窒化膜エッチング溶液を製造した。
Example 1
85% by weight of phosphoric acid, 70 ppm of silica according to Production Example 1, spherical colloidal silica (manufacturer: Yonil Kasei Co., Ltd., product name: YGS) 30 ppm, and the remaining amount of water are mixed to prepare a silicon nitride film etching solution. Manufactured.

実施例2
リン酸85重量%、製造例2によるシリカ90ppm、球状のコロイダルシリカ(製造社:(株)ヨンイル化成、製品名:YGS)10ppm、及び残量の水を混合して、シリコン窒化膜エッチング溶液を製造した。
Example 2
85% by weight of phosphoric acid, 90 ppm of silica according to Production Example 2, spherical colloidal silica (manufacturer: Yonil Kasei Co., Ltd., product name: YGS) 10 ppm, and the remaining amount of water are mixed to prepare a silicon nitride film etching solution. Manufactured.

実施例3
リン酸85重量%、製造例3によるシリカ70ppm、球状のコロイダルシリカ(製造社:(株)ヨンイル化成、製品名:YGS)30ppm、及び残量の水を混合して、シリコン窒化膜エッチング溶液を製造した。
Example 3
85% by weight of phosphoric acid, 70 ppm of silica according to Production Example 3, spherical colloidal silica (manufacturer: Yonil Kasei Co., Ltd., product name: YGS) 30 ppm, and the remaining amount of water are mixed to prepare a silicon nitride film etching solution. Manufactured.

実施例4
リン酸85重量%、製造例4によるシリカ50ppm、球状のコロイダルシリカ(製造社:(株)ヨンイル化成、製品名:YGS)50ppm、及び残量の水を混合して、シリコン窒化膜エッチング溶液を製造した。
Example 4
A silicon nitride film etching solution is prepared by mixing 85% by weight of phosphoric acid, 50 ppm of silica according to Production Example 4, 50 ppm of spherical colloidal silica (manufacturer: Yonil Kasei Co., Ltd., product name: YGS), and the remaining amount of water. Manufactured.

比較例1
リン酸85重量%、球状のコロイダルシリカ(製造社:(株)ヨンイル化成、製品名:YGS)100ppm、及び残量の水を混合して、シリコン窒化膜エッチング溶液を製造した。
Comparative Example 1
A silicon nitride film etching solution was produced by mixing 85% by weight of phosphoric acid, spherical colloidal silica (manufacturer: Yonil Kasei Co., Ltd., product name: YGS) 100 ppm, and the remaining amount of water.

比較例2
リン酸85重量%、製造例4によるシリカ10ppm、球状のコロイダルシリカ(製造社:(株)ヨンイル化成、製品名:YGS)90ppm、及び残量の水を混合して、シリコン窒化膜エッチング溶液を製造した。
Comparative Example 2
A silicon nitride film etching solution is prepared by mixing 85% by weight of phosphoric acid, 10 ppm of silica according to Production Example 4, 90 ppm of spherical colloidal silica (manufacturer: Yonil Kasei Co., Ltd., product name: YGS), and the remaining amount of water. Manufactured.

実験例
各実施例1〜4及び比較例1〜2による組成を有するシリコン窒化膜エッチング溶液を175℃で500Å厚みのシリコン酸化膜(thermal oxide layer)及びシリコン窒化膜を、加熱されたエッチング溶液に浸漬して、10分間エッチングした。
Experimental Example A silicon nitride film etching solution having the composition according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 was added to a heated etching solution at 175 ° C. and a silicon oxide film (thermal oxide layer) having a thickness of 500 Å and a silicon nitride film. Immersed and etched for 10 minutes.

エッチングの前及びエッチング後、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜の厚みは、エリプソメトリー(Nano−View、SE
MG−1000;Ellipsometery)を用いて測定しており、エッチング速度は、エッチングの前及びエッチング後、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜の厚みの差をエッチング時間(10分)で除して算出した数値である。
Before and after etching, the thickness of the silicon oxide film and the silicon nitride film is determined by ellipsometry (Nano-View, SE).
It is measured using MG-1000; Ellipometry), and the etching rate is a numerical value calculated by dividing the difference in thickness between the silicon oxide film and the silicon nitride film by the etching time (10 minutes) before and after etching. Is.

測定されたエッチング速度は、下記表1のとおりである。 The measured etching rates are shown in Table 1 below.

Figure 2021015967
Figure 2021015967

上記表1に示したように、実施例1〜4のシリコン窒化膜エッチング溶液は、比較例1〜2のシリコン窒化膜エッチング溶液に比べて、シリコン酸化膜に対するエッチング速度を下げることができ、これによって、シリコン酸化膜に対しシリコン窒化膜に対するエッチング選択比が向上することを確認することができる。 As shown in Table 1 above, the silicon nitride film etching solutions of Examples 1 to 4 can reduce the etching rate for the silicon oxide film as compared with the silicon nitride film etching solutions of Comparative Examples 1 and 2. It can be confirmed that the etching selectivity for the silicon nitride film is improved with respect to the silicon oxide film.

以上では、本発明の一実施例について説明したが、該技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載した本発明の思想から外れない範囲内で、構成要素の付加、変更、削除または追加等によって本発明を多様に修正及び変更させることができ、これも本発明の権利範囲内に含まれると言える。 In the above, one embodiment of the present invention has been described, but if the person has ordinary knowledge in the technical field, addition of components within the range not deviating from the idea of the present invention described in the claims. The present invention can be modified and changed in various ways by modification, deletion, addition, etc., and it can be said that this is also included in the scope of rights of the present invention.

10 シリコン基板
11 シリコン窒化膜
12 シリコン酸化膜
20 積層構造体
30 マスクパターン層

50 トレンチ
10 Silicon substrate 11 Silicon nitride film 12 Silicon oxide film 20 Laminated structure 30 Mask pattern layer

50 trench

Claims (8)

リン酸水溶液;及び、
シリコン添加剤;を含み、
前記シリコン添加剤は、球状の第1のコロイダルシリカ及び第2のコロイダルシリカ粒子を含み、
同一体積を基準に、前記球状の第1のコロイダルシリカ粒子の表面積に対して、前記第2のコロイダルシリカ粒子の表面積は、100%超124%以下であり、
前記シリコン添加剤に含まれた前記第2のコロイダルシリカ粒子の含量は、50%以上である、
シリコン窒化膜エッチング溶液。
Phosphoric acid aqueous solution;
Silicone additive; including
The silicon additive comprises spherical first colloidal silica and second colloidal silica particles.
Based on the same volume, the surface area of the second colloidal silica particles is more than 100% and 124% or less with respect to the surface area of the spherical first colloidal silica particles.
The content of the second colloidal silica particles contained in the silicon additive is 50% or more.
Silicon nitride film etching solution.
前記第2のコロイダルシリカ粒子の表面積は、同一体積を基準に、前記球状の第1のコロイダルシリカ粒子の表面積に対して110%以上124%以下である、
請求項1に記載のシリコン窒化膜エッチング溶液。
The surface area of the second colloidal silica particles is 110% or more and 124% or less with respect to the surface area of the spherical first colloidal silica particles based on the same volume.
The silicon nitride film etching solution according to claim 1.
前記シリコン窒化膜エッチング溶液の中に前記シリコン添加剤は、100〜100,000ppmで含まれることを特徴とする、
請求項1に記載のシリコン窒化膜エッチング溶液。
The silicon additive is contained in the silicon nitride film etching solution at an amount of 100 to 100,000 ppm.
The silicon nitride film etching solution according to claim 1.
前記シリコン窒化膜エッチング溶液は、フッ化水素、フッ化アンモニウム、重フッ化アンモニウム、及びフッ化水素アンモニウムから選択される少なくとも一つのフッ素含有化合物をさらに含むことを特徴とする、
請求項1に記載のシリコン窒化膜エッチング溶液。
The silicon nitride film etching solution is characterized by further containing at least one fluorine-containing compound selected from hydrogen fluoride, ammonium fluoride, ammonium bicarbonate, and ammonium hydrogen fluoride.
The silicon nitride film etching solution according to claim 1.
前記シリコン窒化膜エッチング溶液は、有機系カチオンとフッ素系アニオンとがイオン結合した形態を有するフッ素含有化合物をさらに含むことを特徴とする、
請求項1に記載のシリコン窒化膜エッチング溶液。
The silicon nitride film etching solution is characterized by further containing a fluorine-containing compound having a form in which an organic cation and a fluorine anion are ionically bonded.
The silicon nitride film etching solution according to claim 1.
前記有機系カチオンは、アルキルイミダゾリウム(Alkyl−imidazolium)、ジアルキルイミダゾリウム(DiAlkyl−imidazolium)、アルキルピリジニウム(Alkyl−Pyridinium)、アルキルピロリジニウム(Alkyl−pyrrolidinium)、アルキルホスホニウム(Alkyl−phosphonium)、アルキルモルホリニウム(Alkyl−morpholinium)、及びアルキルピペリジニウム(Alkyl−piperidinium)から選択される少なくとも一つであることを特徴とする、
請求項5に記載のシリコン窒化膜エッチング溶液。
The organic cations include alkyl-imidazolium, dialkyl-imidazolium, alkyl-pyridinium, alkylpyrrolidinium, alkylphosphonium, alkylphosphonium. It is characterized in that it is at least one selected from alkylmorpholinium (Alkyl-morpholinium) and alkylpiperidinium (Alkyl-piperidinium).
The silicon nitride film etching solution according to claim 5.
前記フッ素系アニオンは、フルオロホスファート(Fluorophosphate)、フルオロアルキル−フルオロホスファート(Fluoroalkly−fluorophosphate)、フルオロボラート(Fluoroborate)、及びフルオロアルキル−フルオロボラート(Fluoroalkly−fluoroborate)から選択される少なくとも一つであることを特徴とする、
請求項5に記載のシリコン窒化膜エッチング溶液。
The fluoroan anion is selected from at least one selected from fluorophosphate, fluoroalkyl-fluorophosphate, fluoroborate, and fluoroalkyl-fluoroborate. Characterized by being one,
The silicon nitride film etching solution according to claim 5.
請求項1によるシリコン窒化膜エッチング溶液を用いて行われるエッチング工程を含む半導体素子の製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor device, which comprises an etching step performed by using the silicon nitride film etching solution according to claim 1.
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