JP2024034694A - Silicon etchant - Google Patents

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達矢 人見
Tatsuya Hitomi
吉貴 清家
Yoshiki Seike
孝史郎 沖村
Koshiro Okimura
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Abstract

To provide a new chemical solution that can wet-etch silicon at high speed when manufacturing a semiconductor device, etc.SOLUTION: An alkaline aqueous solution containing an alkaline compound such as quaternary ammonium hydroxide is a silicon etching agent containing an N-halogenated imide compound, preferably at a concentration of 1 to 500 mmol/L, particularly preferably 20 to 200 mmol/L. As the N-halogenated imide compound, 5- to 7-membered N-brominated cyclic imides such as N-bromosuccinimide, N-bromo-2-methylsuccinimide, and N-bromoglutarate imide are preferred. Further, the alkaline compound is preferably included in a concentration such that the pH is 12.0 or higher, particularly 12.5 or higher.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、各種シリコンデバイスを製造する際の表面加工、エッチング工程で使用されるシリコンエッチング薬液に関する。 The present invention relates to a silicon etching chemical solution used in surface processing and etching steps when manufacturing various silicon devices.

シリコン(Si)は、その優れた機械特性、および電気特性から様々な分野に応用されている。機械特性を利用して、バルブ;ノズル;プリンタ用ヘッド;並びに流量、圧力及び加速度等の各種物理量を検知するための半導体センサ(例えば半導体圧力センサのダイヤフラムや半導体加速度センサのカンチレバーなど)等に応用されている。また、電気特性を利用して、金属配線の一部、ゲート電極等の材料としてメモリデバイスやロジックデバイス等といった種々の半導体デバイスに応用されている。 Silicon (Si) is applied to various fields because of its excellent mechanical and electrical properties. Utilizing mechanical properties, it is applied to valves, nozzles, printer heads, and semiconductor sensors for detecting various physical quantities such as flow rate, pressure, and acceleration (e.g., diaphragms in semiconductor pressure sensors and cantilevers in semiconductor acceleration sensors), etc. has been done. Further, by utilizing its electrical properties, it is applied to various semiconductor devices such as memory devices and logic devices as a material for parts of metal wiring, gate electrodes, etc.

半導体デバイスの製造におけるシリコンの加工は、主にエッチング処理により行われる。エッチング方法としてはRIE(反応性イオンエッチング)やALE(原子層エッチング)等のドライエッチングや、酸性水溶液またはアルカリ性水溶液によるウェットエッチングがある。ウェットエッチングは、加工の微細性の点ではドライエッチングには劣る場合が多いものの、同時に加工できる面積が広く、また同時に複数枚のウェハを処理できるため生産性の点ではドライエッチングに優っており、中でもアルカリ性水溶液によるウェットエッチングは、不要なシリコン層全体をエッチングにより除去する場合等、生産性が重視されるプロセスにおいて好適に用いられている。 Processing of silicon in the manufacture of semiconductor devices is mainly performed by etching treatment. Etching methods include dry etching such as RIE (reactive ion etching) and ALE (atomic layer etching), and wet etching using an acidic or alkaline aqueous solution. Although wet etching is often inferior to dry etching in terms of fineness of processing, it is superior to dry etching in terms of productivity because it can process a wide area at the same time and can process multiple wafers at the same time. Among these, wet etching using an alkaline aqueous solution is suitably used in processes where productivity is important, such as when removing an entire unnecessary silicon layer by etching.

生産性が高い、すなわちシリコンを高速で除去できるエッチング液はいくつか提案されている。例えば、アルカリ化合物と酸化剤とフッ酸化合物とを水中に含有させ、そのpHを10以上に調液したエッチング薬液が提案されている(特許文献1参照)。 Several etching solutions have been proposed that have high productivity, that is, can remove silicon at high speed. For example, an etching chemical solution has been proposed in which an alkali compound, an oxidizing agent, and a hydrofluoric acid compound are contained in water and the pH thereof is adjusted to 10 or more (see Patent Document 1).

特開2013-135081号公報Japanese Patent Application Publication No. 2013-135081

通常、ウェットエッチング工程の生産性はエッチング速度を上昇させることで改善する。そして半導体チップ等の生産においては、シリコンをウェットエッチングする場合でも、製造する半導体チップの構造等により、常に同じようなエッチング剤が適用できるとは限らず、状況に応じて選択ができるよう技術の豊富化が求められている。 Generally, the productivity of wet etching processes is improved by increasing the etching rate. In the production of semiconductor chips, etc., even when wet etching silicon, it is not always possible to apply the same etching agent depending on the structure of the semiconductor chip being manufactured, and the technology is developed so that it can be selected according to the situation. There is a need for enrichment.

したがって、本発明の目的は、新たな技術的構成による、高いシリコンエッチング速度をもつ新規なアルカリ性エッチング液を提供することにある。 Therefore, the object of the present invention is to provide a new alkaline etching solution with a high silicon etching rate due to a new technical configuration.

本発明者等は、上記課題を解決するため、鋭意検討を行った。そして、N-ハロゲン化イミド化合物をアルカリ性水溶液に含有させることによりシリコンエッチング速度が飛躍的に上昇することを見出し、本発明を完成するに至った。 The present inventors conducted extensive studies to solve the above problems. Then, they discovered that the silicon etching rate can be dramatically increased by incorporating an N-halogenated imide compound into an alkaline aqueous solution, and have completed the present invention.

即ち本発明は、アルカリ化合物、N-ハロゲン化イミド化合物、および水を含んでなるシリコンエッチング液である。 That is, the present invention is a silicon etching solution containing an alkali compound, an N-halogenated imide compound, and water.

本発明によれば、N-ハロゲン化イミド化合物を含有させることでシリコンのウェットエッチングを高いエッチング速度で行うことができる。そのため、処理対象の材質などにより、従来からある高速化技術(エッチング剤)を適用しにくい場合などでも、本発明のエッチング剤を用いれば高速でエッチングすることが可能である。 According to the present invention, by containing an N-halogenated imide compound, wet etching of silicon can be performed at a high etching rate. Therefore, even if it is difficult to apply conventional high-speed techniques (etching agents) due to the material to be processed, etc., high-speed etching is possible using the etching agent of the present invention.

(エッチング液)
本発明のシリコンエッチング液(以下、「本発明のエッチング液」と記す)は、半導体チップの製造等に際してシリコン(結晶性シリコン、アモルファスシリコン)のエッチングに用いるものである。シリコンのエッチングは酸条件で行うものと、アルカリ条件で行うものがあるが、本発明のエッチング液はアルカリ化合物を含有するアルカリ性の水溶液であり、アルカリ条件でエッチングするためのものである。
(etching solution)
The silicon etching solution of the present invention (hereinafter referred to as "the etching solution of the present invention") is used for etching silicon (crystalline silicon, amorphous silicon) during the manufacture of semiconductor chips. Etching of silicon can be carried out under acid conditions or under alkaline conditions, but the etching solution of the present invention is an alkaline aqueous solution containing an alkaline compound, and is intended for etching under alkaline conditions.

なおシリコンのエッチングでは、アルカリ濃度が高い(そのためアルカリ性が高い)ほどエッチング速度が速くなる傾向にある。従って本発明のエッチング液はpHが12.0以上であることが好ましく、pHが12.5以上であることが好ましく、特に好ましくはpH13.0以上である。他方、アルカリ性が強いほど漏洩などを生じた際の危険性が高く、また液性をアルカリ性とするために配合する成分は有害性が高い傾向にあり、さらには比較的高価でもある。このような観点から、pHは14.0以下であってよく、pH13.5以下でもよい。なおこのpHは、ガラス電極法により24℃で測定した値を指す。 Note that when etching silicon, the higher the alkali concentration (therefore, the higher the alkalinity), the faster the etching rate tends to be. Therefore, the etching solution of the present invention preferably has a pH of 12.0 or higher, preferably 12.5 or higher, particularly preferably 13.0 or higher. On the other hand, the stronger the alkalinity, the higher the risk of leakage, and the components added to make the liquid alkaline tend to be more harmful and are also relatively expensive. From such a viewpoint, the pH may be 14.0 or less, or may be 13.5 or less. Note that this pH refers to a value measured at 24° C. using a glass electrode method.

本発明のエッチング液は、このようなアルカリ性とするために、アルカリ化合物を含む。当該アルカリ化合物としては、金属を構成元素として含まないものが好ましく、アンモニア、第一級ないし第三級の各種アミン類あるいは水酸化第四級アンモニウム類が好ましく、pHを12.5以上、特にpH13.0以上としやすい点で、水酸化第四級アンモニウム類が好ましい。 The etching solution of the present invention contains an alkaline compound to make it alkaline. The alkaline compound is preferably one that does not contain metal as a constituent element, and is preferably ammonia, various primary to tertiary amines, or quaternary ammonium hydroxide. Quaternary ammonium hydroxides are preferred because they can easily be set to .0 or more.

当該水酸化第四級アンモニウムを具体的に例示すると、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)、エチルトリメチルアンモニウムハイドロオキサイド(ETMAH)、テトラエチルアンモニウムハイドロオキサイド、テトラプロピルアンモニウムハイドロオキサイド、テトラブチルアンモニウムハイドロオキサイド、トリメチル-2-ヒドロキシエチルアンモニウムハイドロオキサイド(水酸化コリン)、ジメチルビス(2-ヒドロキシエチル)アンモニウムハイドロオキサイド、またはメチルトリス(2-ヒドロキシエチル)アンモニウムハイドロオキサイド、フェニルトリメチルアンモニウムハイドロオキサイド、ベンジルトリメチルアンモニウムハイドロキサイド等を挙げることができる。 Specific examples of the quaternary ammonium hydroxide include tetramethylammonium hydroxide (TMAH), ethyltrimethylammonium hydroxide (ETMAH), tetraethylammonium hydroxide, tetrapropylammonium hydroxide, tetrabutylammonium hydroxide, and trimethyl. -2-hydroxyethylammonium hydroxide (choline hydroxide), dimethylbis(2-hydroxyethyl)ammonium hydroxide, or methyltris(2-hydroxyethyl)ammonium hydroxide, phenyltrimethylammonium hydroxide, benzyltrimethylammonium hydroxide etc. can be mentioned.

サイズが小さいほどエッチング速度が上がる傾向にあり、上記のなかでも総炭素数が8以下の水酸化第四級アンモニウムが好ましく、さらには総炭素数が6以下の水酸化第四級アンモニウム(TMAH、ETMAH等)が特に好ましい。 The smaller the size, the higher the etching rate. Among the above, quaternary ammonium hydroxide with a total carbon number of 8 or less is preferred, and quaternary ammonium hydroxide (TMAH, ETMAH etc.) are particularly preferred.

本発明のエッチング液中で、これら水酸化第四級アンモニウムは、エッチング液中で解離して水酸化物イオンと第四級アンモニウムイオンとして存在していることが通常である。換言すれば本発明のエッチング液は、アルカリ性であるための水酸化物イオンと、そのカウンターイオン(第四級アンモニウムイオン)とを含有する液体である。 In the etching solution of the present invention, these quaternary ammonium hydroxides are usually dissociated in the etching solution and exist as hydroxide ions and quaternary ammonium ions. In other words, the etching solution of the present invention is a liquid containing hydroxide ions to be alkaline and its counter ions (quaternary ammonium ions).

水酸化第四級アンモニウムなどのアルカリ化合物が含有されていれば、通常はエッチング液はアルカリ性になり、所望のpHに応じて適宜含有量を調整すればよい。より具体的に、例えばエッチング液のpHを12.5以上にするのに必要な水酸化第四級アンモニウムの量は、他の成分の種類や含有量にもよるが、概ね35mmol/L以上である。多い方がアルカリ性が高くなり、50mmol/L以上含有することが好ましく、100mmol/L以上がより好ましく、150mmol/L以上が特に好ましくい。また含有量は1200mmol/L以下でよく、1000mmol/L以下でもよく、多くは800mmol/L以下でも十分な性能を得ることができる。 If an alkaline compound such as quaternary ammonium hydroxide is contained, the etching solution will normally be alkaline, and the content may be adjusted as appropriate depending on the desired pH. More specifically, for example, the amount of quaternary ammonium hydroxide required to make the pH of the etching solution 12.5 or higher depends on the types and contents of other components, but is generally 35 mmol/L or higher. be. The higher the amount, the higher the alkalinity, and the content is preferably 50 mmol/L or more, more preferably 100 mmol/L or more, and particularly preferably 150 mmol/L or more. Further, the content may be 1200 mmol/L or less, 1000 mmol/L or less, and in most cases, sufficient performance can be obtained even with 800 mmol/L or less.

アルカリ化合物の含有量は、薄い場合にはpHからも計算できるが、濃厚である場合は誤差が大きくなる。従って、カウンターカチオンの含有量をイオンクロマトなどにより測定し、そこから算出する方が正確性が高い。 The content of alkaline compounds can be calculated from the pH when the content is dilute, but the error becomes large when the content is concentrated. Therefore, it is more accurate to measure the content of counter cations using ion chromatography or the like and calculate from there.

本発明における最大の特徴は、N-ハロゲン化イミド化合物を含有することにある。当該N-ハロゲン化イミド化合物を含むことで、シリコンのエッチング速度が、含まない場合に比べて大幅に向上する。 The most important feature of the present invention is that it contains an N-halogenated imide compound. By including the N-halogenated imide compound, the etching rate of silicon is significantly improved compared to the case where it is not included.

N-ハロゲン化イミド化合物としては、下記一般式(1)で示される化合物を使用できる。 As the N-halogenated imide compound, a compound represented by the following general formula (1) can be used.

Figure 2024034694000001
Figure 2024034694000001

(上記式中、Xはハロゲン原子であり、R,Rは互いに独立して有機基であるか、互いに結合して環構造を形成している。)
上記式におけるXは、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子であるが、好ましくは臭素原子である。
(In the above formula, X is a halogen atom, and R 1 and R 2 are each independently an organic group or are bonded to each other to form a ring structure.)
X in the above formula is a halogen atom such as a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, etc., and preferably a bromine atom.

上記式においてRおよびRが互いに独立して有機基である場合、RおよびRは同一の基でも良いし、異なる基であってもよい。また当該有機基は直鎖状のものでも分枝状のものでもよい。質量当たりのモル量が多くなる点で、RおよびRが有する炭素数は、各々5個以下であることが好ましく、3個以下であることがより好ましい。さらにRおよびRが有する炭素数の合計は6個以下が好ましく、4個以下がより好ましく、3個以下が特に好ましい。なお当該有機基の炭素数は、有機基が分枝等している場合、その分枝部分も含む総炭素数である。 In the above formula, when R 1 and R 2 are independently organic groups, R 1 and R 2 may be the same group or different groups. Further, the organic group may be linear or branched. From the viewpoint of increasing the molar amount per mass, the number of carbon atoms each of R 1 and R 2 has is preferably 5 or less, more preferably 3 or less. Further, the total number of carbon atoms in R 1 and R 2 is preferably 6 or less, more preferably 4 or less, and particularly preferably 3 or less. Note that the number of carbon atoms in the organic group is the total number of carbon atoms including the branched portion when the organic group is branched.

、Rであってよい有機基を具体的に例示すると、メチル基、エチル基、プロピル基、i-プロピル基、ブチル基、i-ブチル基、t-ブチル基などが挙げられる。 Specific examples of organic groups that may be R 1 and R 2 include methyl group, ethyl group, propyl group, i-propyl group, butyl group, i-butyl group, and t-butyl group.

またRとRとは互いに結合して環構造を形成していてもよい。当該環の員数は限定されないが、5員環~7員環であることが好ましい(イミドを形成する3原子分を含む)。また当該環は置換基を有していてもよい。環を形成している場合には、環構成炭素(但しイミドを形成する2つのカルボニル炭素を除く)と置換基の炭素とが、合わせて6個以下であることが好ましく、4個以下がより好ましく、3個以下が特に好ましい。 Further, R 1 and R 2 may be bonded to each other to form a ring structure. The number of members of the ring is not limited, but it is preferably a 5- to 7-membered ring (including 3 atoms forming an imide). Further, the ring may have a substituent. When forming a ring, it is preferable that the total number of carbon atoms constituting the ring (excluding the two carbonyl carbons forming the imide) and the carbon atoms of the substituent is 6 or less, and 4 or less is more preferable. Preferably, 3 or less is particularly preferable.

当該N-ハロゲン化イミド化合物を具体的に例示すると、非環状のイミドとしては、N-アセチル-N-ブロモアセトアミド、N-アセチル-N-ブロモプロピオンアミド、N-アセチル-N-ブロモ酪酸アミド、N-アセチル-N-ブロモ吉草酸アミド、N-プロピオニル-N-ブロモプロピオンアミド等、およびこれらN-ブロモ化合物に対応するN-クロロ化合物などが挙げられる。 To specifically illustrate the N-halogenated imide compound, examples of the acyclic imide include N-acetyl-N-bromoacetamide, N-acetyl-N-bromopropionamide, N-acetyl-N-bromobutyric acid amide, Examples include N-acetyl-N-bromovaleric acid amide, N-propionyl-N-bromopropionamide, and N-chloro compounds corresponding to these N-bromo compounds.

また環状イミドとしては、N-ブロモコハク酸イミド、N-ブロモ-2-メチルコハク酸イミド、N-ブロモ-2,2-ジメチルコハク酸イミド、N-ブロモ-2,3-ジメチルコハク酸イミド、N-ブロモ-2,2,3,3-テトラメチルコハク酸イミド、N-ブロモ-2-メチル-2-エチルコハク酸イミドなどのコハク酸イミド類;N-ブロモマレイン酸イミド、N-ブロモ-2-メチルマレイン酸イミド、N-ブロモ-2,2-ジメチルマレイン酸イミド、N-ブロモ-2,3-ジメチルマレイン酸イミドなどのマレイン酸イミド類;N-ブロモグルタル酸イミド、N-ブロモ-2-メチルグルタル酸イミドなどのグルタル酸イミド類;N-ブロモシタラコン酸イミドなどのシタラコン酸イミド類;N-ブロモシクロヘキサンジカルボン酸イミド;N-ブロモフタル酸イミド等、およびこれらN-ブロモ化合物に対応するN-クロロ化合物などが挙げられる。 Further, as the cyclic imide, N-bromosuccinimide, N-bromo-2-methylsuccinimide, N-bromo-2,2-dimethylsuccinimide, N-bromo-2,3-dimethylsuccinimide, N- Succinimides such as bromo-2,2,3,3-tetramethylsuccinimide, N-bromo-2-methyl-2-ethylsuccinimide; N-bromomaleimide, N-bromo-2-methyl Maleic acid imides such as maleic acid imide, N-bromo-2,2-dimethylmaleic acid imide, N-bromo-2,3-dimethylmaleic acid imide; N-bromoglutaric acid imide, N-bromo-2-methyl Glutaric acid imides such as glutaric acid imide; cytaraconic acid imides such as N-bromo citaraconic acid imide; N-bromocyclohexanedicarboxylic acid imide; N-bromophthalic acid imide, etc., and N- corresponding to these N-bromo compounds. Examples include chloro compounds.

環状の化合物である方が分子の空間占有体積が小さく、エッチングに悪影響を与えがたい点で、N-ハロゲン化イミド化合物としては環状イミド化合物が好ましい。 As the N-halogenated imide compound, a cyclic imide compound is preferable because a cyclic compound has a smaller space-occupying volume and is less likely to adversely affect etching.

本発明における上記N-ハロゲン化イミド化合物の含有量は、溶解して均一な溶液を形成している範囲であれば特に限定されないが、好ましくは1~500mmol/Lであり、より好ましくは10~300mmol/Lであり、特に好ましくは20~200mmol/Lである。 The content of the N-halogenated imide compound in the present invention is not particularly limited as long as it dissolves to form a uniform solution, but is preferably 1 to 500 mmol/L, more preferably 10 to 500 mmol/L. It is 300 mmol/L, particularly preferably 20 to 200 mmol/L.

本発明のエッチング液は水を必須成分とする。水がないとエッチングが進まない。他の成分の種類や量にもよるが、一般的には、水の割合は30質量%以上が好ましく、50質量%以上であることがより好ましく、60質量%以上がさらに好ましく、75質量%以上が特に好ましい。また他の成分を必要量含有できる限り上限は特に定められないが、通常は99.5質量%以下でよく、99質量%もあれば十分である。 The etching solution of the present invention contains water as an essential component. Etching will not proceed without water. Although it depends on the types and amounts of other components, in general, the proportion of water is preferably 30% by mass or more, more preferably 50% by mass or more, even more preferably 60% by mass or more, and 75% by mass. The above is particularly preferable. Further, there is no particular upper limit as long as the other components can be contained in the necessary amounts, but it is usually 99.5% by mass or less, and 99% by mass is sufficient.

またエッチング液などの処理液が金属を含んでいると、それが被処理体(エッチング対象のシリコン面に限らない)に悪影響を与える場合が多い。 Furthermore, if a processing solution such as an etching solution contains metal, it often has an adverse effect on the object to be processed (not limited to the silicon surface to be etched).

そのため本発明のエッチング液は、金属を含んでいないことが好ましい。より具体的には、少なくとも不純物レベルを超える濃度で含むことは避けるべきである。さらに好ましくは、Ag、Al、Ba、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、K、Li、Mg、Mn、Na、Ni、Pb、Znの含有量がいずれも1ppmw以下であり、特に好ましくは上記各金属の含有量がいずれも1ppbw以下である。なおここに列記した各金属は、半導体製造に用いる薬液において、品質に影響を与えると目されている金属である。 Therefore, the etching solution of the present invention preferably does not contain metal. More specifically, inclusion at a concentration above at least the impurity level should be avoided. More preferably, the content of Ag, Al, Ba, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, K, Li, Mg, Mn, Na, Ni, Pb, and Zn is all 1 ppmw or less, and particularly preferably The content of each of the above metals is 1 ppbw or less. The metals listed here are metals that are expected to affect the quality of chemical solutions used in semiconductor manufacturing.

本発明のシリコンエッチング液には、アルカリ性水溶液からなるシリコンエッチング液に含まれる公知の成分がさらに含有されていてもよい。この場合、シリコンのエッチング速度を低下させるような成分であっても、なんらかの目的をもって配合する必要がある場合には、上記のとおりN-ハロゲン化イミド化合物を含有させることでエッチング速度を向上させることができる。よって当該その他の成分の配合によるエッチング速度低下の影響を低減できる。 The silicon etching solution of the present invention may further contain a known component contained in a silicon etching solution made of an alkaline aqueous solution. In this case, even if it is a component that reduces the etching rate of silicon, if it is necessary to incorporate it for some purpose, the etching rate can be improved by incorporating an N-halogenated imide compound as described above. Can be done. Therefore, the effect of lowering the etching rate due to the addition of the other components can be reduced.

他方、半導体チップの製造においてシリコンをエッチングする際には、二酸化ケイ素部分(面)はエッチングしたくない場合が多い。従って、本発明のエッチング液には、アルカリ性条件下で二酸化ケイ素(SiO)のエッチングを促進するような成分は含まれていないことが好ましい。このような成分の代表的なものとしてはフッ化物イオンがある。このような観点から、N-ハロゲン化イミド化合物におけるハロゲンは、フッ素以外が好ましい。 On the other hand, when etching silicon in the manufacture of semiconductor chips, it is often desirable not to etch the silicon dioxide portion (surface). Therefore, it is preferable that the etching solution of the present invention does not contain any component that promotes etching of silicon dioxide (SiO 2 ) under alkaline conditions. A typical example of such a component is fluoride ion. From this viewpoint, the halogen in the N-halogenated imide compound is preferably other than fluorine.

また本発明のエッチング液は、配合される全ての成分が溶解している均一な溶液であるべきである。さらに、エッチング時の汚染を防ぐという意味で200nm以上のパーティクルが100個/mL以下であることが好ましく、50個/mL以下であることがより好ましく、10個/以下であることが特に好ましくい。 Furthermore, the etching solution of the present invention should be a homogeneous solution in which all the ingredients are dissolved. Further, in order to prevent contamination during etching, the number of particles of 200 nm or more is preferably 100 particles/mL or less, more preferably 50 particles/mL or less, and particularly preferably 10 particles/mL or less. .

(製造方法)
本発明のエッチング液の製造方法は特に限定されるものではなく、前記したようなアルカリ化合物およびN-ハロゲン化イミド化合物を所定の濃度となるように水と混合、均一になるように溶解させればよい。
(Production method)
The method for producing the etching solution of the present invention is not particularly limited, and the above-mentioned alkali compound and N-halogenated imide compound are mixed with water to a predetermined concentration and uniformly dissolved. Bye.

水酸化第四級アンモニウムおよびN-ハロゲン化イミド化合物は、前記したような金属不純物や不溶性の不純物が可能な限り少ないものを用いることが好ましく、必要に応じて市販品を再結晶、カラム精製、イオン交換精製、蒸留、昇華、濾過処理等により精製して使用できる。アルカリ化合物として水酸化第4級アンモニウムを採用する場合、その種類によっては半導体製造用として極めて高純度なものが製造・販売されており、そのようなものを用いることが好ましい。なお半導体製造用の高純度水酸化第4級アンモニウムは水溶液などの溶液として販売されているのが一般的である。本発明のシリコンエッチング液の製造にあたっては、この溶液をそのまま必要な量の水やN-ハロゲン化イミド化合物等と混合すればよい。 It is preferable to use quaternary ammonium hydroxide and N-halogenated imide compounds that contain as few metal impurities and insoluble impurities as possible, and if necessary, commercially available products may be recrystallized, column purified, or It can be used after being purified by ion exchange purification, distillation, sublimation, filtration, etc. When employing quaternary ammonium hydroxide as the alkali compound, it is preferable to use a highly purified product, which is manufactured and sold for use in semiconductor manufacturing, depending on the type of quaternary ammonium hydroxide. Note that high-purity quaternary ammonium hydroxide for semiconductor manufacturing is generally sold as a solution such as an aqueous solution. In producing the silicon etching solution of the present invention, this solution may be mixed as is with a required amount of water, an N-halogenated imide compound, or the like.

水もまた不純物が少ない高純度のものを使用することが好ましい。不純物の多寡は電気抵抗率で評価でき、具体的には、電気抵抗率が0.1MΩ・cm以上であることが好ましく、15MΩ・cm以上の水がさらに好ましく、18MΩ・cm以上が特に好ましい。このような不純物の少ない水は、半導体製造用の超純水として容易に製造・入手できる。さらに超純水であれば、電気抵抗率に影響を与えない(寄与が少ない)不純物も著しく少なく、適性が高い。 It is also preferable to use water of high purity with few impurities. The amount of impurities can be evaluated by the electrical resistivity. Specifically, the electrical resistivity of water is preferably 0.1 MΩ·cm or more, more preferably 15 MΩ·cm or more, and particularly preferably 18 MΩ·cm or more. Such water with few impurities can be easily produced and obtained as ultrapure water for semiconductor manufacturing. Furthermore, ultrapure water has significantly less impurities that do not affect (less contribute to) electrical resistivity, making it highly suitable.

また前記したように、必要に応じて半導体製造用薬液の成分と知られている各種化合物を配合してもよい。 Further, as described above, various compounds known as components of chemical solutions for semiconductor manufacturing may be blended as necessary.

また本発明のエッチング液には、テトラメチルアンモニウムクロライド、エチルトリメチルアンモニウムアイオダイド、ドデシルトリメチルアンモニウムブロミド、デシルトリメチルアンモニウムブロミド等の第4級アンモニウムのハロゲン塩を配合してもよい。 Further, the etching solution of the present invention may contain a quaternary ammonium halogen salt such as tetramethylammonium chloride, ethyltrimethylammonium iodide, dodecyltrimethylammonium bromide, and decyltrimethylammonium bromide.

なお前記したように、本発明のエッチング液はフッ化物イオンを含まないことが好ましく、そのため半導体製造用薬液の成分と知られている化合物であっても、フッ化アンモニウム、テトラメチルアンモニウム・フルオリド等のフッ化物は配合しないことが好ましい。PF塩、BF塩等も同じである。 As mentioned above, it is preferable that the etching solution of the present invention does not contain fluoride ions, so even if it is a compound known as a component of a chemical solution for semiconductor manufacturing, ammonium fluoride, tetramethylammonium fluoride, etc. It is preferable not to include fluoride. The same applies to PF 6 salt, BF 4 salt, etc.

本発明のエッチング液の製造においては、各成分を混合溶解させたのち、数nm~数十nmのフィルターを通し、パーティクルを除去することも好ましい。必要に応じ、フィルター通過処理は複数回行ってもよい。 In producing the etching solution of the present invention, it is also preferable to mix and dissolve each component and then pass it through a filter of several nm to several tens of nm to remove particles. If necessary, the filter passing process may be performed multiple times.

さらに高純度窒素ガス等の不活性ガスでのバブリングにより溶存酸素を減らすなど、その他、半導体製造用薬液の製造において、必要な物性を得るために行われる公知の種々の処理を施すことができる。 Furthermore, various other known treatments can be performed to obtain necessary physical properties in the production of semiconductor manufacturing chemicals, such as bubbling with an inert gas such as high-purity nitrogen gas to reduce dissolved oxygen.

混合と溶解(及び保存)にあたっては、半導体製造用薬液の内壁として公知である材料、具体的にはポリフルオロエチレンや高純度ポリプロピレンなど、エッチング液中に汚染物質が溶出し難い材料で形成ないしはコーティングなどされた容器や装置を用いることが好ましい。これら容器や装置は、予め洗浄しておくことも好適である。 During mixing and dissolving (and storage), the inner wall of semiconductor manufacturing chemicals is made of or coated with a material that is known to be used as the inner wall of semiconductor manufacturing chemicals, specifically materials such as polyfluoroethylene and high-purity polypropylene, which prevent contaminants from eluting into the etching solution. It is preferable to use containers and equipment that are It is also preferable to clean these containers and devices in advance.

(用途及び使用方法)
本発明のシリコンエッチング液は、シリコンウェハ、あるいはシリコン単結晶膜、ポリシリコン膜およびアモルファスシリコン膜を含む各種シリコン複合半導体デバイス(シリコンデバイス)の製造時の各段階における基板のエッチング処理に用いることができる。なお、シリコン単結晶膜は、エピタキシャル成長によって作られたものを含む。
(Applications and usage)
The silicon etching solution of the present invention can be used for etching substrates at each stage of manufacturing silicon wafers or various silicon composite semiconductor devices (silicon devices) including silicon single crystal films, polysilicon films, and amorphous silicon films. can. Note that the silicon single crystal film includes one made by epitaxial growth.

即ち、シリコン(Si)面を有する基板に、本発明のシリコンエッチング液を接触させることにより、当該Si面をエッチングする処理が行なえる。他方、任意で配合される成分にもよるが、本発明のエッチング液は二酸化ケイ素(SiO)や窒化ケイ素(SiN)をエッチングしない。従って、本発明のエッチング剤を用いた処理の対象物としては、被処理面に窒化ケイ素面および/または二酸化ケイ素面と、シリコン(シリコン単結晶、ポリシリコン、アモルファスシリコンを含む)面を有する基板が挙げられる。各種金属膜なども含まれていてもよい。例えば、シリコンおよび二酸化ケイ素を交互に積層したものや、シリコン単結晶上にポリシリコンや窒化ケイ素、二酸化ケイ素を使ってパターン形成された構造体などが挙げられる。 That is, by bringing the silicon etching solution of the present invention into contact with a substrate having a silicon (Si) surface, the Si surface can be etched. On the other hand, the etching solution of the present invention does not etch silicon dioxide (SiO 2 ) or silicon nitride (SiN), although it depends on the optional components added. Therefore, the object to be processed using the etching agent of the present invention is a substrate having a silicon nitride surface and/or a silicon dioxide surface and a silicon (including silicon single crystal, polysilicon, and amorphous silicon) surface as the processing surface. can be mentioned. Various metal films may also be included. Examples include structures in which silicon and silicon dioxide are alternately laminated, structures in which polysilicon, silicon nitride, and silicon dioxide are patterned on silicon single crystals, and the like.

本発明のシリコンエッチング液を用いた基板処理方法は、基板を水平姿勢に保持する基板保持工程と、当該基板の中央部を通る、鉛直な回転軸線まわりに前記基板を回転させながら、前記基板の主面に本発明のエッチング液を供給する処理液供給工程とを含む。 The substrate processing method using the silicon etching solution of the present invention includes a substrate holding step of holding the substrate in a horizontal position, and a step of holding the substrate in a horizontal position, and rotating the substrate around a vertical axis of rotation passing through the center of the substrate. and a treatment liquid supply step of supplying the etching liquid of the present invention to the main surface.

本発明のシリコンエッチング液を用いた他の基板処理方法は、複数の基板を直立姿勢で保持する基板保持工程と、処理槽に貯留された本発明のエッチング液に前記基板を直立姿勢で浸漬する工程とを含む。 Another substrate processing method using the silicon etching solution of the present invention includes a substrate holding step of holding a plurality of substrates in an upright position, and a step of immersing the substrates in an upright position in the etching solution of the present invention stored in a processing tank. process.

本発明の好ましい実施形態では、シリコンエッチング液は、シリコンウェハ、特に窒化ケイ素および/または二酸化ケイ素を含む各種シリコン複合半導体デバイスをエッチングする際に、エッチング液を供給して、シリコン膜を選択的にエッチングする工程を含むシリコンデバイスの製造に用いる。 In a preferred embodiment of the present invention, the silicon etchant is supplied to selectively remove the silicon film when etching silicon wafers, particularly various silicon composite semiconductor devices containing silicon nitride and/or silicon dioxide. Used in the manufacture of silicon devices, which includes an etching process.

本発明のシリコンエッチング液を用いたエッチングの際のシリコンエッチング液の温度は、所望のエッチング速度、エッチング後のシリコンの形状や表面状態、生産性などを考慮して20~95℃の範囲から適宜決定すればよいが、35~90℃の範囲とするのが好適である。 The temperature of the silicon etchant during etching using the silicon etchant of the present invention can be adjusted appropriately from a range of 20 to 95°C, taking into account the desired etching rate, the shape and surface condition of the silicon after etching, productivity, etc. Although it may be determined, it is preferably in the range of 35 to 90°C.

本発明のシリコンエッチング液を用いたエッチングの際には、真空下または減圧下での脱気または不活性ガスによるバブリングを行いながらエッチングを行うことができる。このような操作によりエッチング中の溶存酸素の上昇を抑え、あるいは低減できる。 When etching using the silicon etching solution of the present invention, etching can be performed while degassing under vacuum or reduced pressure or bubbling with an inert gas. Such an operation can suppress or reduce the rise in dissolved oxygen during etching.

以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

実施例、比較例での実験方法/評価方法は以下の通りである。 Experimental methods/evaluation methods in Examples and Comparative Examples are as follows.

(略号)
用いた化合物の略号は以下の通りである。
(abbreviation)
The abbreviations of the compounds used are as follows.

TMAH:水酸化テトラメチルアンモニウム
NBS:N-ブロモコハク酸イミド
mCPBA:m-クロロ過安息香酸
:過酸化水素
TMAH: Tetramethylammonium hydroxide NBS: N-bromosuccinimide mCPBA: m-chloroperbenzoic acid H 2 O 2 : Hydrogen peroxide

(エッチング液の調整方法)
半導体製造用として市販されているTMAH水溶液(2730mmol/L)を超純水で希釈して薬液が均一になるように混合した後、各種添加剤を入れて、表1に示す各実施例及び比較例に係るエッチング液の組成となるように調製した。調製に用いた各添加剤の形態は以下のとおりである。
(How to adjust etching solution)
After diluting a commercially available TMAH aqueous solution (2730 mmol/L) for semiconductor manufacturing with ultrapure water and mixing it so that the chemical solution is uniform, various additives were added and each example and comparison shown in Table 1 was prepared. The composition of the etching solution according to the example was prepared. The form of each additive used in the preparation is as follows.

<調製に用いた各添加剤の形態>
NBS:単一の粉末
mCPBA:単一の粉末
水溶液:10300mmol/L水溶液
<Form of each additive used in preparation>
NBS: Single powder mCPBA: Single powder H 2 O 2 aqueous solution: 10300 mmol/L aqueous solution

なお実施例、比較例のいずれもアルカリ化合物である水酸化テトラメチルアンモニウムの最終濃度が260mmol/L(2.38質量%)となるように調整して配合している。 In both Examples and Comparative Examples, the final concentration of tetramethylammonium hydroxide, which is an alkaline compound, was adjusted and blended to be 260 mmol/L (2.38% by mass).

(エッチング薬液のpHの測定方法)
堀場製作所製卓上pHメータF-73、及び堀場製作所製強アルカリ試料用pH電極9632―10Dを用いて24℃の温度条件下で測定した。
(Method for measuring pH of etching chemical solution)
Measurements were made at a temperature of 24° C. using a tabletop pH meter F-73 manufactured by Horiba, Ltd. and a pH electrode 9632-10D for strong alkaline samples manufactured by Horiba.

(エッチング速度(単位:nm/min)の評価方法)
まず、Si(100)面、Si(110)面、Si(111)面の各結晶面に対するエッチング速度を求めるため下記3種のSi基板を用意した。
(Evaluation method of etching rate (unit: nm/min))
First, the following three types of Si substrates were prepared in order to determine the etching rate for each crystal plane: Si (100) plane, Si (110) plane, and Si (111) plane.

基板A:基板の表裏面がSi(100)面の鏡面である2cm角単結晶シリコン基板(SUMTECサービス製)、
基板B:基板の表裏面がSi(110)面の鏡面である2cm角単結晶シリコン基板(SUMTECサービス製)、
基板C:基板の表裏面がSi(111)面の鏡面である2cm角単結晶シリコン基板(エナテック製)
Substrate A: 2 cm square single crystal silicon substrate (manufactured by SUMTEC Service) whose front and back surfaces are Si (100) mirror surfaces;
Substrate B: 2 cm square single crystal silicon substrate (manufactured by SUMTEC Service) whose front and back surfaces are Si (110) mirror surfaces;
Substrate C: 2 cm square single crystal silicon substrate (manufactured by Enertech) whose front and back surfaces are Si (111) mirror surfaces.

それぞれエッチング処理前に島津製作所製電子天秤AUW220Dを用いてg単位で小数点5桁まで重量を測定した。 Before each etching treatment, the weight was measured in grams to five decimal places using an electronic balance AUW220D manufactured by Shimadzu Corporation.

70℃に加温したエッチング液100mlに各Si基板を10分間浸してエッチング処理を行った。その後、超純水で洗浄した後、乾燥させた。 Etching treatment was performed by immersing each Si substrate in 100 ml of an etching solution heated to 70° C. for 10 minutes. Thereafter, it was washed with ultrapure water and then dried.

上記エッチング処理後の各基板をエッチング処理前と同様に重量測定した。エッチング前後の重量変化と、一般的な単結晶シリコンの密度の値である2.329g/cmを用いて、下記式(1)により基板片面当たりのエッチング速度を算出した。なお、下記式における「エッチング速度」の単位は「nm/min」であり、「基板表裏面の面積」の単位は「cm」であり、単結晶シリコンの密度を示す値である「2.329」の単位は「g/cm」であり、「エッチング前後の重量変化」の単位は「g」であり、「エッチング時間」の単位は「min」である。 The weight of each substrate after the etching process was measured in the same manner as before the etching process. The etching rate per one side of the substrate was calculated using the following formula (1) using the weight change before and after etching and the density value of 2.329 g/cm 3 of common single crystal silicon. In addition, the unit of "etching rate" in the following formula is "nm/min", the unit of "area of the front and back surfaces of the substrate" is "cm 2 ", and "2." is a value indicating the density of single crystal silicon. The unit of ``329'' is ``g/cm 3 '', the unit of ``weight change before and after etching'' is ``g'', and the unit of ``etching time'' is ``min''.

エッチング速度=基板表裏面の面積×10/2.329/エッチング前後の重量変化/エッチング時間
(評価)
参考例(TMAH水溶液)に比べて、シリコンのエッチング速度が何倍になったかで以下の評価を与えた。
Etching speed = Area of front and back surfaces of substrate x 10/2.329/Weight change before and after etching/Etching time (evaluation)
The following evaluation was given based on how many times the silicon etching rate was compared to the reference example (TMAH aqueous solution).

◎:1.50倍以上
〇:1.30倍以上、1.50倍未満
△:0.80倍以上、1.30倍未満
×:0.80倍未満
◎: 1.50 times or more ○: 1.30 times or more, less than 1.50 times △: 0.80 times or more, less than 1.30 times ×: Less than 0.80 times

そして総合評価として、(100)面、(110)面のいずれも◎である場合を「特優」、いずれかでも◎であれば「優」、いずれかでも〇であれば「良」、いずれも△である場合を「並」(特に効果なし)、それ以外は「不可」とした。 Then, as an overall evaluation, if both (100) and (110) are ◎, it is "Excellent", if either is ◎, it is "Excellent", and if either is ○, it is "Good". If it was also △, it was classified as "average" (no particular effect), and otherwise it was classified as "impossible."

なお参考までに、(111)面のエッチング速度倍率についても上記と同様に◎~×の評価を記している。 For reference, the etching rate magnification of the (111) plane is also evaluated as ◎ to × in the same way as above.

参考例
260mmol/LのTMAH水溶液を用いて、シリコンのエッチング速度を評価した。結果を表1に示す。
Reference Example The etching rate of silicon was evaluated using a 260 mmol/L TMAH aqueous solution. The results are shown in Table 1.

実施例1
TMAH濃度260mmol/L、NBS濃度74mmol/Lの水溶液を用いてシリコンのエッチング速度を評価した。結果を表1に示す。この実験例では、(100)面および(110)面のいずれも◎であり、総合評価は「優」であった。
Example 1
The etching rate of silicon was evaluated using an aqueous solution with a TMAH concentration of 260 mmol/L and an NBS concentration of 74 mmol/L. The results are shown in Table 1. In this experimental example, both the (100) plane and the (110) plane were rated ◎, and the overall evaluation was "excellent".

比較例1
NBSに替え、mCPBAを含むエッチング液を調製し評価を行った。濃度と評価結果を表1に示す。
Comparative example 1
An etching solution containing mCPBA instead of NBS was prepared and evaluated. Table 1 shows the concentrations and evaluation results.

比較例2
NBSに替え、過酸化水素を含むエッチング液を調製し評価を行った。濃度と評価結果を表1に示す。
Comparative example 2
Instead of NBS, an etching solution containing hydrogen peroxide was prepared and evaluated. Table 1 shows the concentrations and evaluation results.

Figure 2024034694000002
Figure 2024034694000002

Claims (5)

アルカリ化合物、N-ハロゲン化イミド化合物、および水を含んでなるシリコンエッチング液。 A silicon etching solution comprising an alkali compound, an N-halogenated imide compound, and water. アルカリ化合物が、水酸化第4級アンモニウムである請求項1記載のシリコンエッチング液。 The silicon etching solution according to claim 1, wherein the alkali compound is quaternary ammonium hydroxide. N-ハロゲン化イミド化合物が、環状イミド化合物である請求項1または2いずれか記載のシリコンエッチング液。 The silicon etching solution according to claim 1 or 2, wherein the N-halogenated imide compound is a cyclic imide compound. Si面を有する基板に、請求項1乃至3いずれか記載のシリコンエッチング液を接触させ、前記Si面をエッチングする基板の処理方法。 4. A method of processing a substrate, comprising: contacting a substrate having a Si surface with the silicon etching solution according to any one of claims 1 to 3, and etching the Si surface. 請求項4に記載の基板の処理方法を工程中に含む、シリコンデバイスの製造方法。 A method for manufacturing a silicon device, comprising the substrate processing method according to claim 4 during the process.
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