JP2021048389A - Silicon nitride film etching solution and manufacturing method for semiconductor device using the same - 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, 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等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。 Generally, 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. Therefore, 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、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。 An object of the present invention is to provide a silicon nitride film etching solution that prevents the generation of particles and increases the selectivity of the silicon oxide film with respect to the silicon nitride film under etching conditions.
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、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の化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 the compound represented by Chemical formula 1 below.
[化1]
[Chemical 1]
上記化1において、
点線は、単一結合または二重結合を示し、
Y1は、酸素及び硫黄から選択され、
Y2は、酸素、硫黄、及びヒドロキシ基(−OH)から選択され、
Xは、硫黄及びリンから選択され、
Zは、水素、ハロゲン、アルコキシ基、及びヒドロキシ基(−OH)から選択され、
Aは、1〜4である。
In the above 1
Dotted lines indicate single or double bonds
Y 1 is selected from oxygen and sulfur,
Y 2 is selected from oxygen, sulfur, and hydroxy groups (-OH).
X is selected from sulfur and phosphorus,
Z is selected from hydrogen, halogen, alkoxy group, and hydroxy group (-OH).
A is 1 to 4.
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、化1で表される化合物を含むことで、水または酸との反応性が低下して、常温及び低温でシリコン系パーティクルとしての成長を防ぐことができる。 Since the silicon nitride film etching solution according to the present invention contains the compound represented by Chemical formula 1, the reactivity with water or acid is lowered, and the growth as silicon-based particles can be prevented at room temperature and low temperature.
また、本発明によるシリコン窒化膜エッチング溶液は、化1で表される化合物を含むことで、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増加させることができる。 Further, the silicon nitride film etching solution according to the present invention can increase the etching selectivity for the silicon nitride film with respect to the silicon oxide film by containing the compound represented by Chemical formula 1.
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、互いに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 forms different from each other. 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 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。 Hereinafter, the silicon nitride film etching solution according to the present invention will be described in detail.
本発明の一側面によれば、リン酸水溶液及び下記化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。 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 the following Chemical formula 1.
[化1]
[Chemical 1]
上記化1において、
点線は、単一結合または二重結合を示し、
Y1は、酸素及び硫黄から選択され、
Y2は、酸素、硫黄、及びヒドロキシ基(−OH)から選択され、
Xは、硫黄及びリンから選択され、
Zは、水素、ハロゲン、アルコキシ基、及びヒドロキシ基(−OH)から選択され、
Aは、1〜4である。
In the above 1
Dotted lines indicate single or double bonds
Y 1 is selected from oxygen and sulfur,
Y 2 is selected from oxygen, sulfur, and hydroxy groups (-OH).
X is selected from sulfur and phosphorus,
Z is selected from hydrogen, halogen, alkoxy group, and hydroxy group (-OH).
A is 1 to 4.
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。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、sec−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ものの、これに限定されるものではない。 Alkoxy in the present application means both an -O- (alkyl) group and an -O- (unsubstituted cycloalkyl) group, which comprises one or more ether groups and 1 to 10 carbon atoms. Have. Specifically, methoxy, ethoxy, propoxy, isopropoxy, n-butoxy, tert-butoxy, sec-butoxy, n-pentoxy, n-hexoxy, 1,2-dimethylbutoxy, cyclopropyloxy, cyclobutyloxy, cyclopentyl. Although it contains, but is not limited to, oxy, cyclohexyloxy, and the like.
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)を意味する。 Halogen in the present application means fluoro (-F), chloro (-Cl), bromo (-Br) or iodine (-I).
通常、リン酸水溶液からシリコン基板を保護するために、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い。ただし、シリコン添加剤として主に用いられるシラン化合物は、基本的にリン酸を含むエッチング溶液に対する溶解度が低い。エッチング溶液に対するシラン化合物の溶解度を増加させるために、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が用いられている。 Generally, a silicon additive may be contained in the silicon nitride film etching solution in order to protect the silicon substrate from the aqueous phosphoric acid solution. However, the silane compound mainly used as a silicon additive basically has low solubility in an etching solution containing phosphoric acid. In order to increase the solubility of a silane compound in an etching solution, a silane compound in which a hydrophilic acting group is bonded to a silicon atom is used.
このように、親水性作用基がシリコン原子に結合した形態のシラン化合物をシリコン添加剤として用いる場合は、エッチング溶液に対するシラン化合物の適正溶解度を確保することができるが、容易に分解されて、シリコン系パーティクルとして成長されうる。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の原因に作用するようになり、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減少するようになる。 As described above, when a silane compound in which a hydrophilic acting group is bonded to a silicon atom is used as a silicon additive, the proper solubility of the silane compound in the etching solution can be ensured, but it is easily decomposed and silicon is used. It can be grown as a system particle. When silicon-based particles are grown, they act on the biggest cause of defects in the silicon substrate, and the etching selectivity of the silicon oxide film to the silicon nitride film is reduced.
また、シラン化合物の適正溶解度を確保して、低温で容易に分解されないように、シリコン原子にアルキル基、シクロアルキル基、またはアミノアルキル基が結合した形態のシラン化合物を用いることができる。しかし、前記化合物は、高温のエッチング条件でも依然として分解されず、シリコン酸化膜の保護層(passivation
layer)を十分に形成することができないし、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を増加させる効果が微弱である問題が生じるようになる。
Further, a silane compound in which an alkyl group, a cycloalkyl group, or an aminoalkyl group is bonded to a silicon atom can be used so as to secure appropriate solubility of the silane compound and prevent it from being easily decomposed at a low temperature. However, the compound is still not decomposed even under high temperature etching conditions, and the passivation of the silicon oxide film is performed.
The layer) cannot be sufficiently formed, and this causes a problem that the effect of increasing the etching selectivity with respect to the silicon nitride film with respect to the silicon oxide film is weak.
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、適正溶解度を確保して、低温では容易に分解されず、シリコン系パーティクルとしての成長を防ぎ、高温のエッチング条件では、容易に分解されて、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 one embodiment of the present invention ensures proper solubility, is not easily decomposed at low temperature, prevents growth as silicon-based particles, and is easily decomposed under high temperature etching conditions. The compound represented by the following formula 1 is included in order to increase the selectivity of the silicon oxide film with respect to the silicon nitride film.
[化1]
[Chemical 1]
上記化1において、
点線は、単一結合または二重結合を示し、
Y1は、酸素及び硫黄から選択され、
Y2は、酸素、硫黄、及びヒドロキシ基(−OH)から選択され、
Xは、硫黄及びリンから選択され、
Zは、水素、ハロゲン、アルコキシ基、及びヒドロキシ基(−OH)から選択され、
Aは、1〜4である。
In the above 1
Dotted lines indicate single or double bonds
Y 1 is selected from oxygen and sulfur,
Y 2 is selected from oxygen, sulfur, and hydroxy groups (-OH).
X is selected from sulfur and phosphorus,
Z is selected from hydrogen, halogen, alkoxy group, and hydroxy group (-OH).
A is 1 to 4.
上記化1において、シリコン原子に結合したスルホレン基(sulfolene)またはホスホレン基(phospholene)は、極性を示す。上記化1で表される化合物は、極性であるスルホレン基またはホスホレン基が結合したシリコン原子を含むことで、エッチング溶液に対するシラン化合物の適正溶解度を確保することができる。 In the above-mentioned Chemical formula 1, the sulfolene group or the phosphorene group bonded to the silicon atom shows polarity. The compound represented by the above-mentioned Chemical formula 1 contains a silicon atom to which a polar sulfolene group or a phosphorene group is bonded, so that the proper solubility of the silane compound in the etching solution can be ensured.
特に、上記化1で表される化合物は、低温では容易に分解されない反面、高温のエッチング条件では容易に分解され得る。高温のエッチング条件における前記化合物は、ケイ酸(silicic
acid)に分解されて、シリコン酸化膜と結合して保護膜を形成することによって、リン酸水溶液からシリコン酸化膜を保護し、シリコン窒化膜のエッチング速度を増加させ、シリコン酸化膜のエッチング速度を下げることができる。
In particular, the compound represented by Chemical formula 1 is not easily decomposed at a low temperature, but can be easily decomposed under high temperature etching conditions. The compound under high temperature etching conditions is silicic acid.
It is decomposed into acid) and combined with the silicon oxide film to form a protective film, thereby protecting the silicon oxide film from the aqueous phosphoric acid solution, increasing the etching rate of the silicon nitride film, and increasing the etching rate of the silicon oxide film. Can be lowered.
一例として、上記化1で表される化合物は、高温のエッチング条件で、下記反応式1または反応式2によって反応が行われてもよい。 As an example, the compound represented by Chemical formula 1 may be reacted by the following reaction formula 1 or reaction formula 2 under high temperature etching conditions.
[反応式1]
[Reaction formula 1]
[反応式2]
[Reaction equation 2]
上記反応式1及び反応式2にように、化1で表される化合物は、環構造であり、二重結合を含むスルホレン基またはホスホレン基が含まれている。前記スルホレン基及びホスホレン基は、二重結合の環構造を示すことで、高温のエッチング条件で、環構造のオープン(ring
opening)が可能である。スルホレン基及びホスホレン基の環構造がオープンされることによって、前記化合物のシリコン原子は、リン酸水溶液内の酸素原子と反応してケイ酸に分解され、ケイ酸は、シリコン酸化膜と結合して保護膜を形成することができる。
As shown in Reaction Scheme 1 and Reaction Scheme 2, the compound represented by Chemical formula 1 has a ring structure and contains a sulfolene group or a phosphorene group containing a double bond. The sulfolene group and the phosphorene group show a ring structure of a double bond, so that the ring structure is open (ring) under high temperature etching conditions.
opening) is possible. By opening the ring structure of the sulfolene group and the phosphorene group, the silicon atom of the compound reacts with the oxygen atom in the phosphoric acid aqueous solution and is decomposed into silicic acid, and the silicic acid is bonded to the silicon oxide film. A protective film can be formed.
また、一例として、化1で表される化合物は、下記化2〜化9で表される化合物であってもよい。 Further, as an example, the compound represented by Chemical formula 1 may be a compound represented by Chemical formulas 2 to 9 below.
[化2]
[Chemical 2]
[化3]
[Chemical 3]
[化4]
[Chemical 4]
[化5]
[Chemical 5]
[化6]
[Chemical 6]
[化7]
[Chemical 7]
[化8]
[Chemical 8]
[化9]
[Chemical 9]
上記化2〜化9において、
Y2は、酸素及び硫黄から選択され、
Z及びY1は、上記化1に定義したとおりである。
In the above-mentioned formations 2 to 9,
Y 2 is selected from oxygen and sulfur,
Z and Y 1 are as defined in Chemical formula 1 above.
ここで、上記化2〜9で表される化合物は、シリコン原子に結合したスルホレン基またはホスホレン基を少なくとも1つ以上含むことで、シリコン−ヒドロキシ基の重合によって形成されるシロキサン基の形成をさらに抑制することができ、シロキサン基が繰り返して重合したシリコン系パーティクルとしての成長をさらに効果よく防ぐことができる。 Here, the compound represented by the above-mentioned compounds 2 to 9 further contains at least one sulfolene group or phosphorene group bonded to a silicon atom to further form a siloxane group formed by polymerization of a silicon-hydroxy group. It can be suppressed, and the growth of silicon-based particles in which siloxane groups are repeatedly polymerized can be prevented more effectively.
より具体的には、上記化1で表される化合物は、下記化合物1−1〜1−21で表される化合物のいずれかであってもよい。 More specifically, the compound represented by Chemical formula 1 may be any of the compounds represented by the following compounds 1-1 to 1-21.
上述した化1で表される化合物は、シリコン窒化膜エッチング溶液の中に100〜600,000ppmで存在することが好ましい。また、上述した化1で表される化合物は、シリコン窒化膜エッチング溶液の中に1,000〜150,000ppmで存在することがさらに好ましい。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化1で表される化合物の量であって、ppmの単位として示したものである。 The compound represented by Chemical formula 1 described above is preferably present in the silicon nitride film etching solution at 100 to 600,000 ppm. Further, it is more preferable that the compound represented by Chemical formula 1 described above is present in the silicon nitride film etching solution at 1,000 to 150,000 ppm. Here, the content of the additive is the amount of the compound represented by Chemical formula 1 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うち、化1で表される化合物が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化1で表される化合物が5,000ppmであることを意味する。 For example, the fact that the compound represented by Chemical formula 1 is present at 5,000 ppm in the silicon nitride film etching solution means that the compound represented by Chemical formula 1 dissolved in the silicon nitride film etching solution is 5,000 ppm. Means that
シリコン窒化膜エッチング溶液のうち、化1で表される化合物が100ppm未満で存在する場合は、エッチング条件下で、シリコ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 compound represented by Chemical formula 1 is present in the silicon nitride film etching solution in an amount of less than 100 ppm, the amount of the silicon compound is not sufficient under the etching conditions, and the etching selectivity ratio of the silicon oxide film to the silicon nitride film is insufficient. The increasing effect of is weak.
一方、シリコン窒化膜エッチング溶液のうち、化1で表される化合物が600,000ppmを超える場合は、シリコン窒化膜エッチング溶液内のシリコン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が生成される問題が生じ得る。 On the other hand, when the amount of the compound represented by Chemical formula 1 in the silicon nitride film etching solution exceeds 600,000 ppm, a large amount of silicon-based particles are generated due to the increase in the saturation concentration of the silicon additive in the silicon nitride film etching solution. Problems can arise.
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く、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜(SixNy、SIxOyNz)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 preferably contains at least a silicon oxide film (SiO x ), and may contain both a silicon oxide film and a silicon nitride film (Si x N y , SI x O y N z ). 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.
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。
Silicon oxide films include SOD (Spin On Dielectric) films and 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) Membrane
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 film, PE-oxide film (Plasma Enhanced oxide) or O 3- TEOS (O 3- Tetra Ethyl)
Ortho Silicate) and the like.
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 with respect to the silicon oxide film may decrease, 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、化1で表される化合物を含む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 containing the compound represented by Chemical formula 1, and improves the efficiency of the overall etching process. It may further contain a fluorine-containing compound.
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 fluoride, 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、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、フルオロホウ酸塩、及びフルオロアルキル−フルオロホウ酸塩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, dialkylimidazolium, and alkylpiperidinium, and fluorophosphates, fluoroalkyl-fluorophosphates, fluoroborates, and It may be an ionic liquid in the form of an ionic bond with a fluorine-based anion selected from fluoroalkyl-fluoroborate.
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(SixNy、SIxOyNz)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 a semiconductor device may contain a silicon nitride film (SI x N y ), or may contain both a silicon oxide film and a silicon nitride film (Si x N y , SI x O y N z ). Good. 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しに、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, by using the etching solution described above in a process step in which the selective removal of the silicon nitride film is required without loss to the silicon oxide film among the laminated structures for forming the NAND. It can be carried out.
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通じてトレンチ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、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通じ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
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
実施例1〜8では、化1で表される化合物をリン酸水溶液に添加して、初基濃度が150ppmになるようにエッチング溶液を製造した。
Example
Production of Etching Solution In Examples 1 to 8, the compound represented by Chemical formula 1 was added to the aqueous phosphoric acid solution to produce an etching solution so that the initial group concentration was 150 ppm.
実施例1〜8によるエッチング溶液組成物は、表1のとおりである。 The etching solution compositions according to Examples 1 to 8 are as shown in Table 1.
[表1]
[Table 1]
比較例1〜3によるエッチング溶液組成物は、表2のとおりである。 The etching solution composition according to Comparative Examples 1 to 3 is shown in Table 2.
[表2]
[Table 2]
実験例
シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜のエッチング速度測定
前記実施例1〜8及び比較例1〜3によ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
Measurement of Etching Rate of Silicon Oxide Film and Silicon Nitride Film The silicon nitride film etching solution according to Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 3 is heated at 175 ° C. to a silicon oxide film (thermal oxide layer) having a thickness of 500 Å and the silicon nitride film. It was immersed in the etching solution 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.
測定済みエッチング速度は、下記表3のとおりである。 The measured etching rates are shown in Table 3 below.
[表3]
[Table 3]
上記表3に示したように、実施例1〜8のエッチング溶液は、比較例1〜3の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 3 above, the etching solutions of Examples 1 to 8 can reduce the etching rate with respect to the silicon oxide film as compared with the etching solutions of Comparative Examples 1 to 3, thereby forming a silicon oxide film. On the other hand, it can be confirmed that the etching selectivity for the silicon nitride film is 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 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
Claims (8)
下記化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、
点線は、単一結合または二重結合を示し、
Y1は、酸素及び硫黄から選択され、
Y2は、酸素、硫黄、及びヒドロキシ基(−OH)から選択され、
Xは、硫黄及びリンから選択され、
Zは、水素、ハロゲン、アルコキシ基、及びヒドロキシ基(−OH)から選択され、
Aは、1〜4である。 Phosphoric acid aqueous solution;
Including the compound represented by the following Chemical formula 1.
Silicon nitride film etching solution:
[Chemical 1]
In the above 1
Dotted lines indicate single or double bonds
Y 1 is selected from oxygen and sulfur,
Y 2 is selected from oxygen, sulfur, and hydroxy groups (-OH).
X is selected from sulfur and phosphorus,
Z is selected from hydrogen, halogen, alkoxy group, and hydroxy group (-OH).
A is 1 to 4.
請求項1に記載のシリコン窒化膜エッチング溶液:
[化2]
[化3]
[化4]
[化5]
[化6]
[化7]
[化8]
[化9]
上記化2〜化9において、
Y2は、酸素及び硫黄から選択され、
Z及びY1は、上記化1に定義したとおりである。 The compound represented by Chemical formula 1 is selected from the compounds represented by Chemical formulas 2 to 9 below.
The silicon nitride film etching solution according to claim 1:
[Chemical 2]
[Chemical 3]
[Chemical 4]
[Chemical 5]
[Chemical 6]
[Chemical 7]
[Chemical 8]
[Chemical 9]
In the above-mentioned formations 2 to 9,
Y 2 is selected from oxygen and sulfur,
Z and Y 1 are as defined in Chemical formula 1 above.
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 compound represented by the above-mentioned Chemical formula 1 is characterized by being contained at 100 to 600,000 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.
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, and alkylphosphonium. It is characterized in that it is at least one selected from alkylmorpholinium (Alkyl-morpholinium) and alkylpiperidinium (Alkyl-pyridinium).
The silicon nitride film etching solution according to claim 5.
請求項5に記載のシリコン窒化膜エッチング溶液。 The fluorine-based 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.
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