JP2021015968A - Silicon nitride film etching solution and production method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シリコン窒化膜エッチング溶液及びこの製造方法に関し、より詳細には、シリコン窒化膜をエッチングする際、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の可能なシリコン窒化膜エッチング溶液及びこの製造方法に関する。 The present invention relates to a silicon nitride film etching solution and a method for producing the same. More specifically, when etching a silicon nitride film, a silicon nitride film capable of improving the etching selectivity of the silicon oxide film to the silicon nitride film is possible. The present invention relates to an etching solution and this manufacturing method.
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が劣り過ぎ、高価の方式であるという点から、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 method is being 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は、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 the occurrence of 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、シリコン酸化膜に対するエッチング速度を下げて、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を向上させることの可能な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。 An object of the present invention is to provide a silicon nitride film etching solution capable of lowering the etching rate for a silicon oxide film and improving the etching selectivity for a silicon nitride film with respect to a silicon oxide film.
また、本発明は、高温で行われるエッチング工程において、エッチング速度が安定して維持され、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しない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。 Another object of the present invention is to provide a silicon nitride film etching solution in which the etching rate is stably maintained in an etching process performed at a high temperature and the etching selectivity with respect to the silicon nitride film does not decrease with respect to the silicon oxide film. To do.
また、本発明は、上述したシリコン窒化膜エッチング溶液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 producing 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、シリコン窒化膜エッチング溶液は、リン酸水溶液及び下記化1で表される化合物を含む。 In order to solve the above-mentioned technical problems, according to one aspect of the present invention, the silicon nitride film etching solution contains an aqueous phosphoric acid solution and a compound represented by the following Chemical formula 1.
[化1]
[Chemical 1]
上記化1において、
X1〜X3は、それぞれ独立してC1−C20アルコキシ、ヒドロキシ基及びハロゲンから選択され、R1〜R3は、それぞれ独立して水素、C1−C20アルキル基、C6−C12シクロアルキル、少なくとも一つのヘテロ原子を含むC2−C10ヘテロアルキル、C2−C10アルケニル、C2−C10アルキニル、C1−C10ハロアルキル、C1−C10アミノアルキル、アリール、ヘテロアリール、アルアルキル、及びハロゲンから選択される。
In the above 1
X 1 to X 3 are independently selected from C 1- C 20 alkoxy, hydroxy group and halogen, respectively, and R 1 to R 3 are independently selected from hydrogen, C 1- C 20 alkyl group and C 6- , respectively. C 12 cycloalkyl, C 2- C 10 heteroalkyl containing at least one heteroatom, C 2- C 10 alkenyl, C 2- C 10 alkynyl, C 1- C 10 haloalkyl, C 1- C 10 aminoalkyl, aryl , Heteroaryl, Alalkyl, and Halogen.
また、本発明の他の側面によれば、(a)シリコン化合物前駆体と水を混合して混合液を製造した後、前記混合液に水酸化物を添加してシリコン化合物を合成するステップ、(b)前記(a)ステップで合成されたシリコン化合物の水溶液を第1の有機溶媒から抽出した後、前記第1の有機溶媒を除去するステップ、(c)前記(b)ステップの結果物と第2の有機溶媒を混合して還流(reflux)させるステップ、(d)前記(c)ステップの結果物を30℃〜−40℃の温度範囲に低くして、結晶化した固体化合物を分離するステップ、及び(e)前記(d)ステップの固体化合物をリン酸水溶液と混合して混合溶液を製造するステップ、とを含む、シリコン窒化膜エッチング溶液の製造方法が提供される。 Further, according to another aspect of the present invention, (a) a step of mixing a silicon compound precursor and water to produce a mixed solution, and then adding hydroxide to the mixed solution to synthesize a silicon compound. (B) After extracting the aqueous solution of the silicon compound synthesized in the step (a) from the first organic solvent, the step of removing the first organic solvent, and (c) the result of the step (b). The step of mixing and refluxing the second organic solvent, (d) lowering the result of the step (c) to a temperature range of 30 ° C. to −40 ° C. to separate the crystallized solid compound. A method for producing a silicon nitride film etching solution is provided, which comprises (e) a step of mixing the solid compound of the step (d) with an aqueous phosphate solution to produce a mixed solution.
本発明によるシリコン窒化膜エッチング溶液のうち、上記化1で表される化合物は、エッチング条件下でシリコン酸化膜との結合を増加させることで、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速度を下げることができる。 Among the silicon nitride film etching solutions according to the present invention, the compound represented by the above-mentioned Chemical formula 1 reduces the etching rate of the silicon oxide film with respect to the silicon oxide film by increasing the bond with the silicon oxide film under etching conditions. be able to.
このとき、本願に用いる上記化1で表される化合物とシリコン酸化膜とヒドロキシ基(−OH)との反応性が増加することで、優れたシリコン酸化膜の保護層(passivation
layer)としての役割を行うことができる。
At this time, the reactivity of the compound represented by the above-mentioned compound 1 used in the present application, the silicon oxide film, and the hydroxy group (-OH) is increased, so that the passivation of the excellent silicon oxide film is increased.
It can play a role as a layer).
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、本発明が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及びこの製造方法について詳説する。 Hereinafter, the silicon nitride film etching solution according to the present invention and the method for producing the same will be described in detail.
<シリコン窒化膜エッチング溶液>
本発明の一側面によれば、リン酸水溶液及び下記の化1で表される化合物を含むシリコン窒化膜エッチング溶液が提供される。
<Silicon nitride film etching solution>
According to one aspect of the present invention, there is provided a silicon nitride film etching solution containing an aqueous phosphoric acid solution and the compound represented by Chemical formula 1 below.
[化1]
[Chemical 1]
上記化1において、
X1〜X3は、それぞれ独立してC1−C20アルコキシ、ヒドロキシ基及びハロゲンから選択され、R1〜R3は、それぞれ独立して水素、C1−C20アルキル基、C6−C12シクロアルキル、少なくとも一つのヘテロ原子を含むC2−C10ヘテロアルキル、C2−C10アルケニル、C2−C10アルキニル、C1−C10ハロアルキル、C1−C10アミノアルキル、アリール、ヘテロアリール、アルアルキル、及びハロゲンから選択される。
In the above 1
X 1 to X 3 are independently selected from C 1- C 20 alkoxy, hydroxy group and halogen, respectively, and R 1 to R 3 are independently selected from hydrogen, C 1- C 20 alkyl group and C 6- , respectively. C 12 cycloalkyl, C 2- C 10 heteroalkyl containing at least one heteroatom, C 2- C 10 alkenyl, C 2- C 10 alkynyl, C 1- C 10 haloalkyl, C 1- C 10 aminoalkyl, aryl , Heteroaryl, Alalkyl, and Halogen.
また、上記化1において、X1〜X3のうち二つは、立体化学構造上、トランス(trans)型を示す。 In the above Formula 1, two of X 1 to X 3 are the stereochemical structure, showing the trans (trans) type.
本願におけるCa−Cb作用基は、a〜b個の炭素原子を有する作用基を意味する。例えば、Ca−Cbアルキルは、a〜b個の炭素原子を有する、直鎖アルキル及び分鎖アルキル等を含む飽和脂肪族基を意味する。直鎖または分鎖アルキルは、これの主鎖に10個以下(例えば、C1−C10の直鎖、C3−C10の分鎖)、好ましくは4個以下、より好ましくは3個以下の炭素原子を有する。 The C a- C b working group in the present application means a working group having a to b carbon atoms. For example, C a- C b alkyl means a saturated aliphatic group containing a to b carbon atoms, including linear alkyl and branched chain alkyl. Straight or branched chain alkyl has 10 or fewer in the main chain of which (e.g., linear C 1 -C 10, branched of C 3 -C 10), preferably 4 or less, more preferably 3 or less Has a carbon atom of.
具体的には、アルキルは、メチル、エチル、n−プロピル、i−プロピル、n−ブチル、s−ブチル、i−ブチル、t−ブチル、ペント−1−イル、ペント−2−イル、ペント−3−イル、3−メチルブト−1−イル、3−メチルブト−2−イル、2−メチルブト−2−イル、2,2,2−トリメチルエト−1−イル、n−ヘキシル、n−ヘプチル、及びn−オキチルであってもよい。 Specifically, alkyl is methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl, n-butyl, s-butyl, i-butyl, t-butyl, pent-1-yl, pent-2-yl, pent-. 3-Il, 3-methylbut-1-yl, 3-methylbut-2-yl, 2-methylbut-2-yl, 2,2,2-trimethyleth-1-yl, n-hexyl, n-heptyl, and It may be n-oxytyl.
本願におけるアルコキシは、−O−(アルキル)基と−O−(非置換されたシクロアルキル)基を両方とも意味するものであって、一つ以上のエーテル基及び1〜10個の炭素原子を有する直鎖または分鎖炭化水素である。 Alkoxy in the present application means both an -O- (alkyl) group and an -O- (unsubstituted cycloalkyl) group, and comprises one or more ether groups and 1 to 10 carbon atoms. It is a straight-chain or split-chain hydrocarbon having.
具体的には、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、イソプロポキシ、n−ブトキシ、tert−ブトキシ、sdc−ブトキシ、n−ペントキシ、n−ヘキソキシ、1,2−ジメチルブトキシ、シクロプロピルオキシ、シクロブチルオキシ、シクロペンチルオキシ、シクロヘキシルオキシ等を含むが、これに限定されるものではない。 Specifically, methoxy, ethoxy, propoxy, isopropoxy, n-butoxy, tert-butoxy, sdc-butoxy, n-pentoxy, n-hexoxy, 1,2-dimethylbutoxy, cyclopropyloxy, cyclobutyloxy, cyclopentyl. It includes, but is not limited to, oxy, cyclohexyloxy and the like.
本願におけるシクロアルキル(cycloalkyl)またはヘテロ原子を含むシクロアルキル(heterocycloalkyl)は、他に定義されない限り、それぞれアルキルまたはヘテロアルキルの環状構造に理解されるだろう。 Cycloalkyl or heteroatom-containing cycloalkyl in the present application will be understood as alkyl or heteroalkyl cyclic structures, respectively, unless otherwise defined.
シクロアルキルの非制限的な例としては、シクロペンチル、シクロヘキシル、1−シクロヘキセニル、3−シクロヘキセニル、及びシクロヘプチルなどがある。 Non-limiting examples of cycloalkyl include cyclopentyl, cyclohexyl, 1-cyclohexenyl, 3-cyclohexenyl, and cycloheptyl.
ヘテロ原子を含むシクロアルキルの非制限的な例としては、1−(1,2,5,6−テトラヒドロピリジル)、1−ピペリジニル、2−ピペリジニル、3−ピペリジニル、4−モルホリニル、3−モルホリニル、テトラヒドロフラン−2−イル、テトラヒドロフラン−3−イル、テトラヒドロチエン−2−イル、テトラヒドロチエン−3−イル、1−ピペラジニル、及び2−ピペラジニルなどがある。 Non-limiting examples of cycloalkyls containing heteroatoms include 1- (1,2,5,6-tetrahydropyridyl), 1-piperidinyl, 2-piperidinyl, 3-piperidinyl, 4-morpholinyl, 3-morpholinyl, Tetrahydrofuran-2-yl, tetrahydrofuran-3-yl, tetrahydrothien-2-yl, tetrahydrothien-3-yl, 1-piperazinyl, 2-piperazinyl and the like.
また、シクロアルキル又はヘテロ原子を含むシクロアルキルは、ここにシクロアルキル、ヘテロ原子を含むシクロアルキル、アリール又はヘテロアリールが接合するか、共有結合で連結された形態を有してもよい。 Further, the cycloalkyl containing a cycloalkyl or a heteroatom may have a form in which the cycloalkyl, a cycloalkyl containing a heteroatom, an aryl or a heteroaryl is bonded or covalently linked.
本願におけるアリールは、他に定義されない限り、単一環又は互いに接合又は共有結合で連結された多重環(好ましくは、1〜4個の環)を含む不飽和芳香族性環を意味する。アリールの非制限的な例としては、フェニル、ビフェニル、o−テルフェニル(terphenyl)、m−テルフェニル、p−テルフェニル、1−ナプチル、2−ナプチル、1−アントリル(anthryl)、2−アントリル、9−アントリル、1−フェナントレニル(phenanthrenyl)、2−フェナントレニル、3−フェナントレニル、4−フェナントレニル、9−フェナントレニル、1−ピレニル、2−ピレニル、及び4−ピレニルなどがある。 Aryl in the present application means an unsaturated aromatic ring containing a single ring or multiple rings (preferably 1 to 4 rings) linked or covalently linked to each other, unless otherwise defined. Non-limiting examples of aryls include phenyl, biphenyl, o-terphenyl, m-terphenyl, p-terphenyl, 1-naptyl, 2-naptyl, 1-anthryl, 2-anthryl. , 9-Anthryl, 1-Phenylthrenyl, 2-Phenylthrenyl, 3-Phenylthrenyl, 4-Phenylthrenyl, 9-Phenylthrenyl, 1-Pyrenyl, 2-Pyrenyl, and 4-Pyrenyl.
本願におけるヘテロアリールは、上記に定義したアリール内の一つ以上の炭素原子が窒素、酸素又は硫黄のような非炭素原子で置換された作用基を意味する。 Heteroaryl in the present application means a working group in which one or more carbon atoms in the aryl defined above are substituted with non-carbon atoms such as nitrogen, oxygen or sulfur.
本願におけるアルアルキルは、アリールがアルキルの炭素で置換された形態の作用基であって、−(CH2)nArの総称である。アルアルキルの例として、ベンジル(−CH2C6H5)またはペネチル(−CH2CH2C6H5)等がある。 Alalkyl in the present application is a working group in which aryl is substituted with an alkyl carbon, and is a general term for − (CH 2 ) n Ar. Examples of alalkyl include benzyl (-CH 2 C 6 H 5 ) or penetyl (-CH 2 CH 2 C 6 H 5 ).
本願におけるハロゲンは、フルオロ(−F)、クロロ(−Cl)、ブロモ(−Br)又はヨード(−I)を意味し、ハロアルキルは、上述したハロゲンで置換されたアルキルを意味する。例えば、ハロメチルは、メチルの水素のうち少なくとも一つがハロゲンに取り替えられたメチル(−CH2X、−CHX2又は−CX3)を意味する。 Halogen in the present application means fluoro (-F), chloro (-Cl), bromo (-Br) or iodine (-I), and haloalkyl means the above-mentioned halogen-substituted alkyl. For example, halomethyl means methyl (-CH 2 X, -CHX 2 or -CX 3 ) in which at least one of the hydrogens of the methyl has been replaced with a halogen.
通常、添加剤として用いられるシリコン化合物は、リン酸水溶液からシリコン酸化膜を保護する効果がある反面、エッチング後に発生するシリコン不純物とシリコン化合物とが結合し、パーティクルが形成されて、シリコン基板を汚染させる問題がある。 The silicon compound usually used as an additive has the effect of protecting the silicon oxide film from the aqueous phosphoric acid solution, but on the other hand, the silicon impurities generated after etching and the silicon compound combine to form particles and contaminate the silicon substrate. There is a problem to make it.
シリコン原子に親水性作用基が結合した形態のシラン化合物は、水との反応によって低温で分解しやすいし、シリコン−ヒドロキシ基(−Si−OH)を形成することができる。シリコン−ヒドロキシ基は、重合によってシリコン原子と酸素原子とが交互に結合して、ランダムな鎖構造を形成したシロキサン(−Si−O−Si−)基を生成するようになる。シロキサン基を含むシラン化合物は、結果的にシロキサンが繰り返して重合したシリコン系パーティクルであって、成長及び析出されて保管安全性が低下する問題が生じるようになる。 A silane compound in which a hydrophilic acting group is bonded to a silicon atom is easily decomposed at a low temperature by a reaction with water, and a silicon-hydroxy group (-Si-OH) can be formed. In the silicon-hydroxy group, silicon atoms and oxygen atoms are alternately bonded by polymerization to form a siloxane (-Si-O-Si-) group having a random chain structure. The silane compound containing a siloxane group is, as a result, silicon-based particles in which siloxane is repeatedly polymerized, and causes a problem that storage safety is lowered due to growth and precipitation.
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、パーティクルの生成を抑制するために、下記化1で表される化合物を含む。 The silicon nitride film etching solution according to an embodiment of the present invention contains the compound represented by the following Chemical formula 1 in order to suppress the formation of particles.
[化1]
[Chemical 1]
上記化1において、
X1〜X3は、それぞれ独立してC1−C20アルコキシ、ヒドロキシ基及びハロゲンから選択され、R1〜R3は、それぞれ独立して水素、C1−C20アルキル基、C6−C12シクロアルキル、少なくとも一つのヘテロ原子を含むC2−C10ヘテロアルキル、C2−C10アルケニル、C2−C10アルキニル、C1−C10ハロアルキル、C1−C10アミノアルキル、アリール、ヘテロアリール、アルアルキル、及びハロゲンから選択される。
In the above 1
X 1 to X 3 are independently selected from C 1- C 20 alkoxy, hydroxy group and halogen, respectively, and R 1 to R 3 are independently selected from hydrogen, C 1- C 20 alkyl group and C 6- , respectively. C 12 cycloalkyl, C 2- C 10 heteroalkyl containing at least one heteroatom, C 2- C 10 alkenyl, C 2- C 10 alkynyl, C 1- C 10 haloalkyl, C 1- C 10 aminoalkyl, aryl , Heteroaryl, Alalkyl, and Halogen.
ここで、本発明の上記化1で表される化合物は、環状を示すことで、高温に至る前まで化合物構造を維持させる。これによって、シリコン−ヒドロキシ基が重合によってシロキサン(−Si−O−Si−)化合物に変化する現象を減少させることで、パーティクルの生成を抑制することができる。 Here, the compound represented by the above-mentioned Chemical formula 1 of the present invention exhibits a cyclic structure so that the compound structure is maintained until the temperature reaches a high temperature. As a result, the generation of particles can be suppressed by reducing the phenomenon in which the silicon-hydroxy group is transformed into a siloxane (-Si-O-Si-) compound by polymerization.
また、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、シリコン酸化膜のヒドロキシ基(−OH)との反応性を増加させて、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を高めるために、化1で表される化合物を含む。 Further, the silicon nitride film etching solution according to the embodiment of the present invention is for increasing the reactivity of the silicon oxide film with the hydroxy group (-OH) and increasing the etching selectivity of the silicon oxide film with respect to the silicon nitride film. Includes the compound represented by Chemical formula 1.
具体的には、シリコン窒化膜エッチング溶液に含まれた化1で表される化合物は、シリコン酸化膜のヒドロキシ基(−OH)とのSN2(Bimolecular
Nucleophilic Substitution)反応によって、シリコン酸化膜の保護層(passivation layer)を形成する。すなわち、シリコン酸化膜の保護層(passivation
layer)を十分に形成するためには、前記化合物とヒドロキシ基(−OH)とのSN2反応性を増加させなければならない。具体的には、前記化合物構造が不安定であるほど、ヒドロキシ基(−OH)とのSN2反応性が増加されうるところ、前記化合物構造の安全性度合に応じて、前記化合物と前記ヒドロキシ基(−OH)との反応性が定められてもよい。
Specifically, the compound represented by Chemical formula 1 contained in the etching solution of the silicon nitride film is SN2 (Bimolecular) with the hydroxy group (-OH) of the silicon oxide film.
A protective layer (passivation layer) of a silicon oxide film is formed by a Nucleophilic Substation reaction. That is, the passivation of the silicon oxide film.
In order to sufficiently form the layer), the SN2 reactivity of the compound with the hydroxy group (-OH) must be increased. Specifically, the more unstable the compound structure is, the more the SN2 reactivity with the hydroxy group (-OH) can be increased. However, depending on the degree of safety of the compound structure, the compound and the hydroxy group ( Reactivity with −OH) may be determined.
シリコン窒化膜エッチング溶液に添加剤として用いられる環状化合物は、立体化学構造上、シス(cis)またはトランス(trans)型を示し得る。 The cyclic compound used as an additive in the silicon nitride film etching solution may exhibit a cis (cis) or trans (trans) type in terms of stereochemical structure.
一例として、シス型化合物は、エッチング条件下で下記反応式1によって反応が行われてもよい。 As an example, the cis-type compound may be reacted by the following reaction formula 1 under etching conditions.
[反応式1]
[Reaction formula 1]
上記反応式1のように、シス型化合物は、エッチング条件下でリン酸水溶液と反応して、ヒドロキシ基(−OH)にカチオンが添加されてもよい。カチオンの添加によってヒドロキシ基(−OH)は、−OH2 +を示し、分子内のヒドロキシ基(−OH)及び−OH2 +とのSN2反応が行われてもよい。 As in the above reaction formula 1, the cis-type compound may react with the aqueous phosphoric acid solution under etching conditions to add a cation to the hydroxy group (-OH). Hydroxy groups by the addition of cations (-OH) may, -OH 2 + indicates, SN2 reaction of the hydroxy group (-OH) and -OH 2 + and in the molecule may be performed.
ただし、シス型化合物は、離脱基の−OH2 +と求核剤のヒドロキシ基(−OH)が軸方向(axial)に配列されていない。すなわち、シス型化合物のあらゆるヒドロキシ基(−OH)は、離脱基の−OH2 +と水平方向(equatorial)にだけ配列されているところ、シス型化合物は、分子内のヒドロキシ基(−OH)及び−OH2 +とのSN2反応が行われにくい。 However, the cis type compound, hydroxy group -OH 2 + and nucleophile leaving groups (-OH) are not arranged axially (axial). That is, any hydroxy group cis type compound (-OH) is -OH 2 + and horizontal leaving group where is only arranged in (equatorial), cis-compounds, hydroxy group in the molecule (-OH) and -OH 2 + and the SN2 reaction is carried out difficult.
ここで、本発明の化1で表される化合物は、分子内のヒドロキシ基(−OH)及び−OH2 +とのSN2反応が行されてもよい。 Here, the compound represented by Formula 1 of the present invention, SN2 reaction of hydroxy groups in the molecule (-OH) and -OH 2 + and may be rows.
一例として、本発明の化1で表される化合物は、下記化2または化3で表される化合物で表されてもよい。 As an example, the compound represented by Chemical formula 1 of the present invention may be represented by the compound represented by Chemical formula 2 or Chemical formula 3 below.
[化2]
[Chemical 2]
[化3]
[Chemical 3]
上記化2及び化3において、R1〜R3は、それぞれ独立して水素、C1−C20アルキル基、C6−C12シクロアルキル、C6−C30アリール、及びハロゲンから選択される。 In Chemical formulas 2 and 3, R 1 to R 3 are independently selected from hydrogen, C 1- C 20 alkyl group, C 6- C 12 cycloalkyl, C 6- C 30 aryl, and halogen, respectively. ..
また、一例として、上記化2で表されるトランス型化合物は、エッチング条件下で下記反応式2によって反応が行われてもよい。 Further, as an example, the trans-type compound represented by Chemical formula 2 may be reacted by the following reaction formula 2 under etching conditions.
[反応式2]
[Reaction equation 2]
上記反応式2のように、本発明のトランス型化合物は、シス型化合物と同様、エッチング条件下でリン酸水溶液と反応して、ヒドロキシ基(−OH)にカチオンが添加されてもよい。 As in the above reaction formula 2, the trans-type compound of the present invention may react with an aqueous phosphoric acid solution under etching conditions to add a cation to the hydroxy group (-OH), as in the case of the cis-type compound.
ただし、本発明のトランス型化合物は、シス型化合物と異なり、離脱基の−OH2 +と求核剤のヒドロキシ基(−OH)が軸方向(axial)に配列されている。これによって、前記トランス型化合物は、分子内のヒドロキシ基(−OH)及び−OH2 +とのSN2反応によって、不安定なSi−O−Si構造を形成するようになる。 However, trans-type compound of the present invention, unlike the cis type compound, hydroxy group -OH 2 + and nucleophile leaving group (-OH) is arranged in the axial direction (axial). Thereby, the trans compounds may be administered by SN2 reaction with hydroxyl groups (-OH) and -OH 2 + in the molecule, so to form an unstable Si-O-Si structure.
ここで、前記トランス型化合物は、分子内に不安定なSi−O−Si構造が形成されることによって、シリコン酸化膜表面のヒドロキシ基(−OH)とのSN2反応性が増加し得る。 Here, in the trans-type compound, the SN2 reactivity with the hydroxy group (-OH) on the surface of the silicon oxide film can be increased by forming an unstable Si—O—Si structure in the molecule.
具体的には、前記不安定なSi−O−Si構造を含む化合物と、シリコン酸化膜表面のヒドロキシ基(−OH)は、下記反応式3によって反応が行われてもよい。 Specifically, the compound containing the unstable Si—O—Si structure and the hydroxy group (−OH) on the surface of the silicon oxide film may be reacted by the following reaction formula 3.
[反応式3]
[Reaction equation 3]
上記反応式3のように、前記不安定なSi−O−Si構造を含む化合物は、高い結合角ひずみ(angle
strain)を示す。これによって、前記化合物は、シリコン酸化膜表面のヒドロキシ基(−OH)とのSN2反応性が増加し、シリコン酸化膜表面のヒドロキシ基(−OH)と容易に結合することができる。
As in the above reaction formula 3, the compound containing the unstable Si—O—Si structure has a high bond angle strain (angle).
Strine) is shown. As a result, the compound has increased SN2 reactivity with the hydroxy group (-OH) on the surface of the silicon oxide film, and can be easily bonded to the hydroxy group (-OH) on the surface of the silicon oxide film.
すなわち、シリコン酸化膜表面のヒドロキシ基(−OH)と結合した前記化合物は、シリコン酸化膜の保護層(passivation
layer)を形成して、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。
That is, the compound bonded to the hydroxy group (-OH) on the surface of the silicon oxide film is a passivation of the silicon oxide film.
By forming a layer) and lowering the etching rate for the silicon oxide film, it is possible to improve the etching selectivity for the silicon nitride film with respect to the silicon oxide film.
上述した化1で表される化合物を含む添加剤は、シリコン窒化膜エッチング溶液の中に50〜200,000ppmで存在することが好ましい。ここで、添加剤の含量は、シリコン窒化膜エッチング溶液の中に溶解された添加剤の量であって、ppmの単位で示したものである。例えば、シリコン窒化膜エッチング溶液の中に添加剤が5,000ppm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添加剤が5,000ppmであることを意味し得る。シリコン窒化膜エッチング溶液の中に添加剤が50ppm未満で存在する場合は、エッチング条件下で添加剤の量が十分でなく、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。一方、シリコン窒化膜エッチング溶液の中に添加剤が200,000ppmを超える場合は、シリコン窒化膜エッチング溶液内の添加剤の飽和濃度の増加により、多量のシリコン系パーティクルに生成される問題が生じ得る。 The additive containing the compound represented by Chemical formula 1 described above is preferably present in the silicon nitride film etching solution at an amount of 50 to 200,000 ppm. Here, the content of the additive is the amount of the additive dissolved in the silicon nitride film etching solution, and is shown in units of ppm. For example, the presence of an additive in a silicon nitride film etching solution at 5,000 ppm may mean that the additive dissolved in the silicon nitride film etching solution is 5,000 ppm. When the additive is present in the silicon nitride film etching solution at less than 50 ppm, the amount of the additive is not sufficient under the etching conditions, and the effect of increasing the etching selectivity with respect to the silicon nitride film is weak. possible. On the other hand, when the amount of the additive in the silicon nitride film etching solution exceeds 200,000 ppm, a problem may occur in which a large amount of silicon-based particles are generated due to an increase in the saturation concentration of the additive in the silicon nitride film etching solution. ..
また、前記添加剤のうち、上述した化1で表されるトランス化合物の含量は、50%以上であることが好ましい。より好ましくは、前記添加剤のうち、化1で表されるトランス化合物の含量は、90%以上であることが好ましい。前記添加剤のうち、化1で表される含量が50%未満で存在する場合は、エッチング条件下でシリコン酸化膜表面のヒドロキシ基(−OH)との反応性が減少し得る。これによって、シリコン酸化膜の保護層を十分に形成することができないし、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。すなわち、添加剤のうち、化1で表されるトランス化合物の含量比率が高いほど、シリコン酸化膜の保護層を十分に形成して、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を向上させることができる。 Further, among the additives, the content of the trans compound represented by the above-mentioned Chemical formula 1 is preferably 50% or more. More preferably, the content of the trans compound represented by Chemical formula 1 in the additives is 90% or more. When the content represented by Chemical formula 1 is less than 50% of the additives, the reactivity with the hydroxy group (-OH) on the surface of the silicon oxide film can be reduced under etching conditions. As a result, the protective layer of the silicon oxide film cannot be sufficiently formed, and the effect of increasing the etching selectivity of the silicon oxide film on the silicon nitride film may be weak. That is, the higher the content ratio of the trans compound represented by Chemical formula 1 among the additives, the more the protective layer of the silicon oxide film is sufficiently formed, and the etching selectivity ratio of the silicon oxide film to the silicon nitride film is improved. be able to.
本発明によるシリコン窒化膜エッチング溶液のエッチング対象であるシリコン基板は、少なくともシリコン酸化膜(SiOx)を含むことが好ましいし、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 to be etched by the silicon nitride film etching solution according to the present invention 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O3−TEOS(O3−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様々な形態のシリコン化合物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 suppress the conversion of various forms of silicon compounds existing in the etching solution into silicon-based particles. ..
一実施例において、シリコン基板エッチング溶液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 embodiment, 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 substrate etching solution.
シリコン基板エッチング溶液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 substrate etching solution, the etching rate of the silicon nitride film is lowered and the silicon nitride film is not sufficiently etched, or the silicon nitride film is not sufficiently etched. There is a risk that the efficiency of the etching process will 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の増加量に比べて、シリコン酸化膜のエッチング速度の増加量が大きくなり、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うる。 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, the increase in the etching rate of the silicon oxide film is compared with the increase in the etching rate of the silicon nitride film. The etching selectivity for the silicon nitride film may decrease with respect to the silicon oxide film, and the etching of the silicon oxide film may cause a defect in 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、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 one embodiment of the present invention compensates for the etching rate of the silicon nitride film, which is lowered by using the additive, and further adds a fluorine-containing compound in order to improve the efficiency of the overall etching process. It may 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あらゆる化合物を指す。 Fluorine-containing compounds in the present application refer to any compound in any form that dissociates 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.
また、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。 Further, in 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、アルキルピラゾリウム、アルキルオキサゾリウム、アルキルチアゾリウム、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、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, alkylpyrazolium, alkyloxazolium, alkylthiazolium, alkylpyridinium, alkylpyrimidinium, alkylpyridazinium, alkylpyra. Organic cations selected from dinium, alkylpyrrolidinium, alkylphosphonium, alkylmorpholinium, and alkylpiperidinium, and fluorophosphates, fluoroalkyl-fluorophosphates, fluoroborates, and fluoroalkyl-fluoros. It may be an ionic liquid in the form of an ionic bond with a fluorine-based anion selected from the borate.
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 has 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 step performed in 1.
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(SIxNy)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 can be 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 ). It 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(SIxNy)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てもよい。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うことができる。 The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention may 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. be able to.
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
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
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が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て、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, in the present invention, the etching of the
<シリコン窒化膜エッチング溶液の製造方法>
本発明の一側面によれば、(a)シリコン化合物前駆体と水を混合して混合液を製造した後、前記混合液に水酸化物を添加してシリコン化合物を合成するステップ、(b)前記(a)ステップで合成されたシリコン化合物の水溶液を第1の有機溶媒から抽出した後、前記第1の有機溶媒を除去するステップ、(c)前記(b)ステップの結果物と第2の有機溶媒を混合して還流(reflux)させるステップ、(d)前記(c)ステップの結果物を30℃〜−40℃の温度範囲に低くして、結晶化した固体化合物を分離するステップ、及び(e)前記(d)ステップの固体化合物をリン酸水溶液と混合して混合溶液を製造するステップ、とを含むシリコン窒化膜エッチング溶液の製造方法が提供される。
<Manufacturing method of silicon nitride film etching solution>
According to one aspect of the present invention, (a) a step of mixing a silicon compound precursor and water to produce a mixed solution, and then adding hydroxide to the mixed solution to synthesize a silicon compound, (b). A step of extracting the aqueous solution of the silicon compound synthesized in the step (a) from the first organic solvent and then removing the first organic solvent, (c) the result of the step (b) and the second step. A step of mixing an organic solvent and refluxing it, (d) lowering the result of the step (c) to a temperature range of 30 ° C. to −40 ° C. to separate a crystallized solid compound, and (E) A method for producing a silicon nitride film etching solution, which comprises the step of mixing the solid compound of the step (d) with an aqueous phosphate solution to produce a mixed solution, is provided.
先ず、本発明の製造方法は、(a)シリコン化合物前駆体と水を混合して混合液を製造した後、前記混合液に水酸化物を添加してシリコン化合物を合成するステップを含む。 First, the production method of the present invention includes (a) a step of mixing a silicon compound precursor and water to produce a mixed solution, and then adding a hydroxide to the mixed solution to synthesize a silicon compound.
前記シリコン化合物前駆体は、トリアルコキシシラン(trialkoxysilane)化合物であることが好ましい。一例として、前記トリアルコキシシラン化合物は、3−(2−Aminoethylamino)propyltrimethoxysilane、Allyltrimethoxysilane、及び3−(Trimethoxysilyl)propyl
Acrylateから選択されてもよい。前記水酸化物は、水酸化イオンを提供できる化合物であれば、特に制限されないし、一例として、LiOH、NaOH、KOH、Bd(OH)2、Mg(OH)2、またはCa(OH)2であってもよい。
The silicon compound precursor is preferably a trialkoxysilane compound. As an example, the trialkoxysilane compound is 3- (2-Aminoethylamino) propylenetimetoxysilane, Allyltimethoxysilane, and 3- (Trimethothylyl) tropyl.
It may be selected from Acrylate. The hydroxide is not particularly limited as long as it is a compound capable of providing hydroxide ions, and as an example, LiOH, NaOH, KOH, Bd (OH) 2 , Mg (OH) 2 , or Ca (OH) 2 . There may be.
また、前記シリコン化合物前駆体:水酸化物の当量比は、2:1〜1:5であってもよい。好ましくは、前記シリコン化合物前駆体:水酸化物の当量比は、1:1であってもよい。 Further, the equivalent ratio of the silicon compound precursor: hydroxide may be 2: 1 to 1: 5. Preferably, the equivalent ratio of the silicon compound precursor: hydroxide may be 1: 1.
次に、本発明の製造方法は、(b)前記(a)ステップで合成されたシリコン化合物の水溶液を第1の有機溶媒から抽出した後、前記第1の有機溶媒を除去するステップを含む。 Next, the production method of the present invention includes (b) extracting the aqueous solution of the silicon compound synthesized in the step (a) from the first organic solvent, and then removing the first organic solvent.
より具体的には、(a)ステップによって合成されたシリコン化合物は、水と混合して、シリコン化合物の水溶液を製造し、第1の有機溶媒から抽出することができる。一例として、前記第1の有機溶媒は、エチルアセテート(ethyl
acetate)、ジクロロメタン(dichloromethane)、クロロホルム(chloroform)、ヘキサン(Hexane)、トルエン(Toluene)及びエーテル(ether)から選択されてもよい。
More specifically, the silicon compound synthesized in step (a) can be mixed with water to produce an aqueous solution of the silicon compound and extracted from the first organic solvent. As an example, the first organic solvent is ethyl acetate (ethyl).
Acetate), dichloromethane (dichloromethane), chloroform (chloroform), hexane (Hexane), toluene (Toluene) and ether (ether) may be selected.
前記シリコン化合物の水溶液は、第1の有機溶媒によって抽出された後、前記第1の有機溶媒を除去する。前記第1の有機溶媒を除去する方法は、特に制限されないし、一例として、第1の有機溶媒は、回転蒸発器(Rotary
Evaporator)を用いて除去することができる。
The aqueous solution of the silicon compound is extracted with the first organic solvent, and then the first organic solvent is removed. The method for removing the first organic solvent is not particularly limited, and as an example, the first organic solvent is a rotary evaporator (Rotary).
It can be removed using Evaporator).
次に、本発明の製造方法は、(c)前記(b)ステップの結果物と第2の有機溶媒を混合して還流(reflux)させるステップを含む。 Next, the production method of the present invention includes (c) the step of mixing the result of the step (b) with the second organic solvent and refluxing (reflux).
より具体的には、(b)ステップによって抽出されたシリコン化合物と第2の有機溶媒を混合して高温で還流させることができる。(c)ステップでは、第2の有機溶媒に前記(b)ステップによって抽出されたシス立体化学を示すシリコン化合物及びトランス立体化学を示すシリコン化合物いずれも溶解されうる。前記第2の有機溶媒の種類は、特に制限されないし、一例として、ヘキサン(hexane)、ベンゼン(benzene)、またはアイソプロピルメチルエーテル(isopropyl
methyl ether)であってもよい。
More specifically, the silicon compound extracted in step (b) and the second organic solvent can be mixed and refluxed at a high temperature. In the step (c), both the silicon compound showing cis stereochemistry and the silicon compound showing trans stereochemistry extracted by the step (b) above can be dissolved in the second organic solvent. The type of the second organic solvent is not particularly limited, and as an example, hexane, benzene, or aisopropylmethyl ether (isopropanol).
It may be methyl ether).
次に、本発明の製造方法は、(d)前記(c)ステップの結果物を30℃〜−40℃の温度範囲に低くして、結晶化した固体化合物を分離するステップを含む。 Next, the production method of the present invention comprises (d) lowering the result of step (c) to a temperature range of 30 ° C. to −40 ° C. to separate the crystallized solid compound.
より具体的には、(c)ステップによって非極性溶媒に溶解されたシス及びトランス立体化学を示すシリコン化合物を30℃〜−40℃の低温の温度範囲に低くして、結晶化した固体化合物を分離することができる。ここで、低温に変化されても、シス立体化学を示すシリコン化合物は、依然として非極性性溶媒に溶解されている反面、トランス立体化学を示すシリコン化合物は、結晶化して固体化合物で存在し得る。これによって、結晶化した固体化合物であるトランス立体化学を示すシリコン化合物は、シス立体化学を示すシリコン化合物と分離することができる。 More specifically, the solid compound crystallized by lowering the silicon compound exhibiting cis and trans stereochemistry dissolved in the non-polar solvent in step (c) to a low temperature range of 30 ° C. to -40 ° C. Can be separated. Here, even if the temperature is changed to a low temperature, the silicon compound exhibiting cis stereochemistry is still dissolved in a non-polar solvent, while the silicon compound exhibiting trans stereochemistry may crystallize and exist as a solid compound. As a result, the silicon compound exhibiting trans stereochemistry, which is a crystallized solid compound, can be separated from the silicon compound exhibiting cis stereochemistry.
次に、本発明の製造方法は、(e)前記(d)ステップの固体化合物をリン酸水溶液と混合して混合溶液を製造するステップを含む。 Next, the production method of the present invention includes the steps of (e) mixing the solid compound of the step (d) with the phosphoric acid aqueous solution to produce a mixed solution.
リン酸水溶液は、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化合物がシリコン系パーティクルに変化することを抑制することができる。一例として、前記リン酸水溶液は、混合溶液100重量部に対して60〜90重量部で含まれることが好ましい。 The phosphoric acid aqueous solution can maintain the pH of the etching solution and suppress the change of the silicon compound existing in the etching solution into silicon-based particles. As an 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 mixed solution.
上述した本発明の製造方法に従って製造されたエッチング溶液を用いる場合は、リン酸水溶液によるシリコン酸化膜エッチング速度を下げて、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を向上させることができる。 When the etching solution produced according to the production method of the present invention described above is used, the etching rate of the silicon oxide film by the aqueous phosphoric acid solution can be reduced to improve the etching selectivity of the silicon oxide film to the silicon nitride film.
以下では、本発明の具体的な実施例を提示する。ただし、ここに記載の実施例は、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 herein are merely for exemplifying or explaining the present invention, and the present invention should not be limited by this.
実施例
エッチング溶液の製造
実施例1
リン酸85重量%、添加剤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。前記添加剤には、下記シス型化合物1及びトランス型化合物2が含まれており、前記化合物1及び化合物2の含量比は、9:1である。
Example
Manufacture of etching solution
Example 1
A silicon nitride film etching solution was produced by mixing 85% by weight of phosphoric acid, 50 ppm of an additive, and the remaining amount of water. The additive contains the following cis-type compound 1 and trans-type compound 2, and the content ratio of the compound 1 and the compound 2 is 9: 1.
[化合物1]
[Compound 1]
[化合物2]
[Compound 2]
実施例2
実施例1の化合物1及び化合物2の含量比は、7:3であることを除いては、実施例1と同様に、シリコン窒化膜エッチング溶液を製造した。
Example 2
A silicon nitride film etching solution was produced in the same manner as in Example 1 except that the content ratio of Compound 1 and Compound 2 in Example 1 was 7: 3.
実施例3
実施例1の化合物1及び化合物2の含量比は、5:5であることを除いては、実施例1と同様に、シリコン窒化膜エッチング溶液を製造した。
Example 3
A silicon nitride film etching solution was produced in the same manner as in Example 1 except that the content ratio of Compound 1 and Compound 2 in Example 1 was 5: 5.
実施例4
実施例1の化合物1及び化合物2の含量比は、3:7であることを除いては、実施例1と同様に、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 was produced in the same manner as in Example 1 except that the content ratio of Compound 1 and Compound 2 in Example 1 was 3: 7.
実施例5
実施例1の化合物1及び化合物2の含量比は、1:9であることを除いては、実施例1と同様に、シリコン窒化膜エッチング溶液を製造した。
Example 5
A silicon nitride film etching solution was produced in the same manner as in Example 1 except that the content ratio of Compound 1 and Compound 2 in Example 1 was 1: 9.
比較例1
添加剤に実施例1の化合物1のみを含むことを除いては、実施例1と同様に、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 in the same manner as in Example 1 except that the additive contained only Compound 1 of Example 1.
実験例
各実施例1〜5及び比較例1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 compositions according to Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 is immersed in a heated etching solution at 175 ° C. to immerse a silicon oxide film (thermal oxide layer) having a thickness of 500 Å and a silicon nitride film. 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;Ellippsometery)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; Ellipmetry), 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.
シリカの形状を異にしたシリコン窒化膜エッチング溶液を用いて測定されたエッチング速度は、下記の表1に示した。 The etching rates measured using silicon nitride film etching solutions having different silica shapes are shown in Table 1 below.
[表1]
[Table 1]
上記表1に示したように、実施例1〜5のシリコン窒化膜エッチング溶液は、比較例1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 solution of Examples 1 to 5 can reduce the etching rate for the silicon oxide film as compared with the silicon nitride film etching solution of Comparative Example 1, whereby the etching rate for the silicon oxide film can be lowered. It can be confirmed that the etching selectivity for the silicon nitride film is improved with respect to the silicon oxide film.
特に、上記表1に示したように、添加剤のうち、トランス型化合物の含量比が高いほど、シリコン酸化膜に対するエッチング速度をさらに下げることができ、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さらに向上することを確認することができる。 In particular, as shown in Table 1 above, the higher the content ratio of the trans-type compound among the additives, the lower the etching rate with respect to the silicon oxide film, whereby the silicon nitride film with respect to the silicon oxide film can be further reduced. It can be confirmed that the etching selectivity with respect to is further improved.
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は、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 any person having ordinary knowledge in the technical field can add components within the scope of 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
Claims (10)
下記の化1で表される化合物;を含む、
シリコン窒化膜エッチング溶液:
[化1]
上記化1において、
X1〜X3は、それぞれ独立してC1−C20アルコキシ、ヒドロキシ基及びハロゲンから選択され、
R1〜R3は、それぞれ独立して水素、C1−C20アルキル基、C6−C12シクロアルキル、少なくとも一つのヘテロ原子を含むC2−C10ヘテロアルキル、C2−C10アルケニル、C2−C10アルキニル、C1−C10ハロアルキル、C1−C10アミノアルキル、アリール、ヘテロアリール、アルアルキル、及びハロゲンから選択される。 Phosphoric acid aqueous solution;
Including the compound represented by Chemical formula 1 below;
Silicon nitride film etching solution:
[Chemical 1]
In the above 1
X 1 to X 3 are independently selected from C 1- C 20 alkoxy, hydroxy groups and halogens, respectively.
R 1 to R 3 are independent hydrogen, C 1- C 20 alkyl group, C 6- C 12 cycloalkyl, C 2- C 10 heteroalkyl containing at least one hetero atom, C 2- C 10 alkenyl. , C 2- C 10 alkynyl, C 1- C 10 haloalkyl, C 1- C 10 aminoalkyl, aryl, heteroaryl, alalkyl, and halogen.
[化2]
[化3]
上記化2及び化3におけるR1〜R3は、それぞれ独立して水素、C1−C20アルキル基、C6−C12シクロアルキル、C6−C30アリール及びハロゲンから選択される。 The silicon nitride film etching solution according to claim 1, wherein the compound represented by Chemical formula 1 is a compound represented by Chemical formula 2 or Chemical formula 3 below.
[Chemical 2]
[Chemical 3]
R 1 to R 3 in the chemical formula 2 and chemical formula 3 are each independently hydrogen, C 1 -C 20 alkyl group, C 6 -C 12 cycloalkyl, is selected from C 6 -C 30 aryl and halogen.
請求項1に記載のシリコン窒化膜エッチング溶液。 Among the silicon nitride film etching solutions, the additive containing the compound represented by the above-mentioned Chemical formula 1 is characterized by being contained in an amount of 50 to 200,000 ppm.
The silicon nitride film etching solution according to claim 1.
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 further contains 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.
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 further contains a fluorine-containing compound having an ion-bonded form of an organic cation and a fluorine-based anion.
The silicon nitride film etching solution according to claim 1.
(b)前記(a)ステップで合成されたシリコン化合物の水溶液を第1の有機溶媒から抽出した後、前記第1の有機溶媒を除去するステップ;
(c)前記(b)ステップの結果物と第2の有機溶媒を混合して還流(reflux)させるステップ;
(d)前記(c)ステップの結果物を30℃〜−40℃の温度範囲に低くして、結晶化した固体化合物を分離するステップ;及び、
(e)前記(d)ステップの固体化合物をリン酸水溶液と混合して混合溶液を製造するステップ;を含む、
シリコン窒化膜エッチング溶液の製造方法。 (A) A step of mixing a silicon compound precursor and water to produce a mixed solution, and then adding a hydroxide to the mixed solution to synthesize a silicon compound;
(B) A step of extracting the aqueous solution of the silicon compound synthesized in the step (a) from the first organic solvent and then removing the first organic solvent;
(C) The step of mixing the result of the step (b) with the second organic solvent and refluxing (reflux);
(D) The step of lowering the result of step (c) to a temperature range of 30 ° C. to −40 ° C. to separate the crystallized solid compound;
(E) The step of mixing the solid compound of the step (d) with the aqueous phosphoric acid solution to produce a mixed solution;
A method for producing a silicon nitride film etching solution.
請求項6に記載のシリコン窒化膜エッチング溶液の製造方法。 The silicon compound precursor in step (a) is characterized by being a trialkoxysilane compound.
The method for producing a silicon nitride film etching solution according to claim 6.
請求項6に記載のシリコン窒化膜エッチング溶液の製造方法。 The equivalent ratio of the silicon compound precursor: hydroxide of the step (a) is 2: 1 to 1: 5.
The method for producing a silicon nitride film etching solution according to claim 6.
acetate)、ジクロロメタン(dichloromethane)、クロロホルム(chloroform)、ヘキサン(Hexane)、トルエン(Toluene)、及びエーテル(ether)から選択されることを特徴とする、
請求項6に記載のシリコン窒化膜エッチング溶液の製造方法。 The first organic solvent in step (b) is ethyl acetate (ethtl).
Acetate), dichloromethane (dichloromethane), chloroform (chloroform), hexane (Hexane), toluene (Toluene), and ether (ether).
The method for producing a silicon nitride film etching solution according to claim 6.
請求項6に記載のシリコン窒化膜エッチング溶液の製造方法。 The solid compound in step (d) is a silicon compound exhibiting trans stereochemistry.
The method for producing a silicon nitride film etching solution according to claim 6.
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