JP6036691B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、銅／モリブデン系多層薄膜用エッチング液に関する。
従来から、液晶表示装置では、画素を構成する表示領域に、薄膜トランジスタＴＦＴ（Thin Film Transistor）を用いた構造のアクティブマトリックス方式が、テレビを含めた多くの用途で採用されている。そして、このＴＦＴでは一般に半導体層にアモルファスシリコンが、配線材料にアルミニウム（Ａｌ）またはアルミニウム合金（Ａｌ合金）が使用されている。しかし、ディスプレイの大型化及び高解像度化に伴い、これらのような材料では電界効果移動度や配線抵抗などの特性に起因した信号遅延の問題が発生し、均一な画面表示が困難になる傾向にある。
このため、最近では、ＴＦＴの半導体層に、透明な酸化物半導体の適用が検討されている。例えば、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）より構成される酸化物半導体（ＩＧＺＯ）；酸化亜鉛（ＺｎＯ）系の酸化物半導体；又は亜鉛（Ｚｎ）錫（Ｓｎ）複合酸化物（ＺＴＯ）系の酸化物半導体を用いて、従来よりも電界効果移動度の高い表示装置の研究、提案がなされている。（例えば、特許文献１−３）。しかしながら、酸化物半導体材料は、一般に配線材料である金属をエッチングする酸性又はアルカリ性のエッチング液のいずれにも溶解しやすい傾向がある。
例えば、このＩＧＺＯを半導体材料として用いて、従来の配線材料であるアルミニウムまたはアルミニウム合金と組み合わせた場合、ＩＧＺＯが酸溶液などによってエッチングされやすいため、当該配線材料をパターニングするためのエッチング液を接触するとＩＧＺＯ半導体層が損傷し電気的特性に変化が生じる。そのため、図２に示すようにＩＧＺＯ半導体層９上にあるソース電極６ａとドレイン電極６ｂの間のチャネル領域を保護するためにエッチングストッパ層１０を配して、ＩＧＺＯ半導体層９の損傷を効果的に防止している。
しかし、このような所謂エッチストッパ型のＴＦＴ構造は、エッチストッパ層形成のために製造工程数が増えてしまうことや、チャネル領域の幅が制限されＴＦＴ素子設計の自由度が大きく制限されてしまうなどの課題があり、図３に示すようなチャネルエッチ型ＴＦＴ構造が望ましい。また、配線材料であるアルミニウムおよびアルミニウム合金自体の抵抗値が高いため、ＩＧＺＯなどの酸化物半導体の特性を十分に生かせないことが懸念される。
そこで、より抵抗が低い材料である銅（Ｃｕ）や銅を主成分とする配線との組み合わせに向けた検討がなされている。しかし、銅は抵抗が低いという利点を有する一方、ゲート配線で用いる場合はガラス等の基板と銅との密着性が十分ではない、またソース・ドレイン配線で用いる場合はその下地となる半導体層への拡散が生じる場合があるといった問題がある。これを防止するために、ガラス等の基板との密着性が高く、シリコン半導体膜への拡散が生じ難く、バリア性をも兼ね備えた金属を配するバリア膜の積層の検討が行われており、当該金属としてモリブデン（Ｍｏ）が注目されている。
このような銅や銅を主成分とする銅合金を含む積層膜は、スパッタ法などの成膜プロセスによりガラス等の基板上に成膜し、次いでレジストなどをマスクにしてエッチングするエッチング工程を経て電極パターンとなる。そして、このエッチング工程の方式にはエッチング液を用いる湿式（ウェット）とプラズマ等のエッチングガスを用いる乾式（ドライ）とがある。ここで、湿式（ウェット）において用いられるエッチング液に求められる性能は、（ｉ）酸化物半導体層に対する損傷が少ないことのほか、（ｉｉ）高い加工精度、（ｉｉｉ）エッチング残渣が少ないこと、（ｉｖ）エッチングにむらが少ないこと、（ｖ）エッチング対象となる銅を含んだ配線材料の金属の溶解に対して、エッチング性能が安定していること（バスライフの延長効果）などに加えて、ディスプレイの大型化及び高解像度化に対応するために、（ｖｉ）エッチング後の配線断面形状を所定の範囲内とする、エッチング後の良好な配線断面形状を得ることが求められる。より具体的には、図４に示される銅配線端部のエッチング面と下層の基板とのなす角度（テーパー角）が３０〜６０°の順テーパー形状、レジスト端部から配線の下に設けられるバリア膜と接する配線端部までの距離（ＣＤロス）が１．２μｍ以下、好ましくは１μｍ以下であることが求められる。
銅や銅を主成分とする銅合金を含む積層膜のエッチング工程で用いられるエッチング液としては、例えば、中性塩と無機酸と有機酸の中から選ばれる少なくとも一つと過酸化水素、過酸化水素安定剤を含むエッチング溶液（例えば、特許文献４）、過酸化水素、有機酸、リン酸塩、二種類の窒素含有添加剤、フッ化化合物及び水を所定量含有するエッチング溶液（例えば、特許文献５）などが提案されている。また、アモルファス酸化物膜とＡｌ、Ａｌ合金等からなる金属膜とを含む積層膜から、Ａｌ、Ａｌ合金等からなる金属膜を選択的にエッチングするエッチング液組成物（例えば、特許文献６）が提案されている。
しかし、いずれもエッチング後の配線断面形状が十分に満足いくものではなく、結果としてディスプレイの大型化及び高解像度化に十分対応できない場合があった。また、特許文献５に開示されるエッチング溶液は、フッ化化合物を含有しており、ＩＧＺＯのような酸化物半導体層への損傷も大きく、また環境対策の観点からも十分満足するというものではなかった。
国際公開第２００９／０７５２８１号公報 特開２０１０−４０００号公報 特開２０１０−２４８５４７号公報 特開２００２−３０２７８０号公報 特開２００４−１９３６２０号公報 国際公開第２００９／０６６７５０号公報
本発明は、このような状況下になされたもので、ＩＧＺＯのような酸化物半導体層へのダメージを低減させた銅／モリブデン系多層薄膜用エッチング液、及びこれを用いた酸化物半導体層に対する銅／モリブデン系多層薄膜の選択的なエッチング方法を提供することを目的とするものである。
本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、エッチング液において、（Ａ）過酸化水素、（Ｂ）フッ素原子を含有しない無機酸、（Ｃ）有機酸、（Ｄ）アミン化合物、（Ｅ）アゾール類、及び（Ｆ）過酸化水素安定剤という特定の組合せで配合し、かつｐＨ２．５〜５の範囲内とすることにより、その目的を達成し得ることを見出した。
本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。すなわち、本発明の要旨は下記のとおりである。
［１］酸化物半導体層と銅／モリブデン系多層薄膜とを備える半導体装置において銅／モリブデン系多層薄膜を選択的にエッチングできるエッチング液であって、（Ａ）過酸化水素、（Ｂ）フッ素原子を含有しない無機酸、（Ｃ）有機酸、（Ｄ）炭素数２〜１０であり、かつアミノ基と、アミノ基及び水酸基から選ばれる少なくとも一の基とを有するアミン化合物、（Ｅ）アゾール類、及び（Ｆ）過酸化水素安定剤を含み、ｐＨが２．５〜５であることを特徴とする、エッチング液。
［２］（Ｂ）無機酸が、硫酸及び／又は硝酸である、第１項に記載のエッチング液。
［３］（Ｃ）有機酸が、コハク酸、グリコール酸、乳酸、マロン酸及びリンゴ酸から選ばれる少なくとも一種である、第１項又は第２項に記載のエッチング液。
［４］（Ｄ）アミン化合物が、エタノールアミン、１−アミノ−２−プロパノール、及びＮ，Ｎ−ジエチル−１，３−プロパンジアミンから選ばれる少なくとも一種である、第１項〜第３項のいずれかに記載のエッチング液。
［５］（Ｅ）アゾール類が、５−アミノ−１Ｈ−テトラゾールである、第１項〜第４項のいずれかに記載のエッチング液。
［６］（Ｆ）過酸化水素安定剤が、フェニル尿素である、第１項〜第５項のいずれかに記載のエッチング液。
［７］酸化物半導体層と銅／モリブデン系多層薄膜とを備える半導体装置において銅／モリブデン系多層薄膜を選択的にエッチングできるエッチング液であって、（Ａ）過酸化水素を３〜１０質量％、（Ｂ）フッ素原子を含有しない無機酸を０．０１〜５質量％、（Ｃ）有機酸を１〜１５質量％、（Ｄ）炭素数２〜１０であり、かつアミノ基と、アミノ基及び水酸基から選ばれる少なくとも一の基とを有するアミン化合物を１〜１０質量％、（Ｅ）アゾール類を０．００１〜１質量％、及び（Ｆ）過酸化水素安定剤を０．０１〜０．５質量％を含み、ｐＨ値が２．５〜５であることを特徴とする、エッチング液。
［８］さらに銅イオンが、予め１００〜８０００ｐｐｍ含まれる、第１項〜第７項のいずれかに記載のエッチング液。
［９］酸化物半導体層が、インジウム、ガリウム及び亜鉛のうち少なくとも一つを含む酸化物半導体層である、第１項〜第８項のいずれかに記載のエッチング液。
［１０］酸化物半導体層が、インジウム、ガリウム及び亜鉛より構成される酸化物半導体（ＩＧＺＯ）層である、第９項に記載のエッチング液。
［１１］酸化物半導体層と銅／モリブデン系多層薄膜とを備える半導体装置を、第１項〜第１０項のいずれかに記載のエッチング液に接触させることを特徴とする、半導体装置からの銅／モリブデン系多層薄膜の選択的なエッチング方法。
［１２］酸化物半導体層が、インジウム、ガリウム及び亜鉛のうち少なくとも一つを含む酸化物半導体層である、第１１項に記載のエッチング方法。
［１３］酸化物半導体層と銅／モリブデン系多層薄膜とを備える半導体装置を、第１項〜第１０項のいずれかに記載のエッチング液に接触させることを特徴とする、半導体装置の製造方法。
［１４］酸化物半導体層が、インジウム、ガリウム及び亜鉛のうち少なくとも一つを含む酸化物半導体層である、第１３項に記載の製造方法。
本発明によれば、銅／モリブデン系多層薄膜のエッチング工程において、ＩＧＺＯ半導体層などの酸化物半導体層へのダメージが少なく、エッチング後の加工精度が高く、エッチング残渣やむらが少なく、バスライフを延長させ、かつエッチング後の良好な配線断面形状を得ることでディスプレイの大型化及び高解像度化に対応しうるエッチング液、及びこれを用いた銅／モリブデン系多層薄膜のエッチング方法を提供することができる。また、当該エッチング方法により、銅／モリブデン系多層薄膜を有する配線を、選択的に、かつ一括でエッチングを行うことができる。また、エッチングストッパ層の形成が不要となるので、高い生産性で得ることができ、更にエッチング後の配線断面形状を良好とすることができる。
半導体層にアモルファスシリコンを用いたＴＦＴ断面構造の模式図である。 半導体層にＩＧＺＯを用いたエッチストッパ型ＴＦＴ断面構造の模式図である。 半導体層にＩＧＺＯを用いたチャネルエッチ型ＴＦＴ断面構造の模式図である。 本発明のエッチング液を用いてエッチングしたときの、銅／モリブデン系多層薄膜を有する配線断面の模式図である。
［銅／モリブデン系多層薄膜用エッチング液］
本発明のエッチング液は、酸化物半導体層と銅／モリブデン系多層薄膜とを備える半導体装置における銅／モリブデン系多層薄膜の選択的なエッチングに用いられ、（Ａ）過酸化水素、（Ｂ）フッ素原子を含有しない無機酸、（Ｃ）有機酸、（Ｄ）炭素数２〜１０であり、かつアミノ基と、アミノ基及び水酸基から選ばれる少なくとも一の基とを有するアミン化合物、（Ｅ）アゾール類、及び（Ｆ）過酸化水素安定剤を含み、ｐＨが２．５〜５であることを特徴とするものである。
《（Ａ）過酸化水素》
本発明のエッチング液で用いられる過酸化水素は酸化剤として銅配線を酸化する機能を有し、かつモリブデンに対しては酸化溶解する機能を有する。該エッチング液中の過酸化水素の含有量は、３〜１０質量％が好ましく、４．５〜７．５質量％がより好ましい。過酸化水素の含有量が上記の範囲内であれば、過酸化水素の管理が容易となり、かつ適度なエッチング速度が確保できるので、エッチング量の制御が容易となるので好ましい。
《（Ｂ）フッ素原子を含まない無機酸》
本発明のエッチング液で用いられるフッ素原子を含まない無機酸は、（Ａ）過酸化水素により酸化した銅の溶解に寄与するものであり、本発明においては環境対策の観点からフッ素原子を含まない酸が採用される。フッ素原子を含まない無機酸としては硫酸、硝酸、塩酸、リン酸、次亜リン酸、炭酸、スルファミン酸、硼酸などが好ましく挙げられ、これらを単独で、あるいは複数を混合して用いることができる。なかでも硫酸、硝酸が好ましい。
エッチング液中の（Ｂ）無機酸の含有量は、０．０１〜５質量％が好ましく、０．０１〜３質量％がより好ましい。無機酸の含有量が上記の範囲内であれば、適度なエッチング速度が得られ、かつエッチング後の良好な配線断面形状を得ることができる。
《（Ｃ）有機酸》
本発明のエッチング液で用いられる有機酸は、銅及びモリブデンのエッチング、及びモリブデン由来の残渣の除去に寄与するものである。該エッチング液中の有機酸の含有量は、１〜１５質量％が好ましく、５〜１３質量％がより好ましい。有機酸の含有量が上記範囲内であれば、銅及びモリブデンのエッチング、及びモリブデン由来の残渣の除去が十分に行われ、かつエッチング後の良好な配線断面形状を得ることができる。また、エッチング後に含有される銅イオンのマスキング剤としても機能しており、銅による過酸化水素の過剰の分解を抑制することが出来る。
有機酸としては、炭素数１〜１８の脂肪族カルボン酸、炭素数６〜１０の芳香族カルボン酸のほか、炭素数１〜１０のアミノ酸などが好ましく挙げられる。
炭素数１〜１８の脂肪族カルボン酸としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、乳酸、グリコール酸、ジグリコール酸、ピルビン酸、マロン酸、酪酸、ヒドロキシ酪酸、酒石酸、コハク酸、リンゴ酸、マレイン酸、フマル酸、吉草酸、グルタル酸、イタコン酸、アジピン酸、カプロン酸、クエン酸、プロパントリカルボン酸、ｔｒａｎｓ−アコニット酸、エナント酸、カプリル酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸などが好ましく挙げられる。
炭素数６〜１０の芳香族カルボン酸としては、安息香酸、サリチル酸、マンデル酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸などが好ましく挙げられる。
また、炭素数１〜１０のアミノ酸としては、カルバミン酸、アラニン、グリシン、アスパラギン、アスパラギン酸、サルコシン、セリン、グルタミン、グルタミン酸、４−アミノ酪酸、イミノジ酪酸、アルギニン、ロイシン、イソロイシン、ニトリロ三酢酸などが好ましく挙げられる。
有機酸としては、上記した有機酸のなかから、酢酸、コハク酸、アラニン、クエン酸、リンゴ酸、乳酸、グリコール酸、酒石酸、マロン酸、グリシン、グルタル酸、マレイン酸、ｔｒａｎｓ−アコニット酸が好ましく、なかでもコハク酸、リンゴ酸、乳酸、グリコール酸、及びマロン酸が特に好ましく、これらを単独で又は複数を組み合わせて用いることができる。
《（Ｄ）アミン化合物》
本発明のエッチング液で用いられるアミン化合物は、エッチング後の良好な配線断面形状に寄与し、炭素数２〜１０であり、かつアミノ基と、アミノ基及び水酸基から選ばれる少なくとも一の基とを有する化合物である。
このようなアミン化合物としては、エチレンジアミン、トリメチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、１，２−プロパンジアミン、１，３−プロパンジアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチル−１，３−プロパンジアミン、Ｎ，Ｎ−ジエチル−１，３−プロパンジアミン、１，３−ジアミノブタン、２，３−ジアミノブタン、ペンタメチレンジアミン、２，４−ジアミノペンタン、ヘキサメチレンジアミン、ヘプタメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、Ｎ−メチルエチレンジアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルエチレンジアミン、トリメチルエチレンジアミン、Ｎ−エチルエチレンジアミン、Ｎ，Ｎ−ジエチルエチレンジアミン、トリエチルエチレンジアミン、１，２，３−トリアミノプロパン、ヒドラジン、トリス（２−アミノエチル）アミン、テトラ（アミノメチル）メタン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチルペンタミン、ヘプタエチレンオクタミン、ノナエチレンデカミン、ジアザビシクロウンデセンなどのポリアミン；
エタノールアミン、Ｎ−メチルエタノールアミン、Ｎ−メチルジエタノールアミン、Ｎ−エチルエタノールアミン、Ｎ−アミノエチルエタノールアミン、Ｎ−プロピルエタノールアミン、Ｎ−ブチルエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、１−アミノ−２−プロパノール、Ｎ−メチルイソプロパノールアミン、Ｎ−エチルイソプロパノールアミン、Ｎ−プロピルイソプロパノールアミン、２−アミノプロパン−１−オール、Ｎ−メチル−２−アミノ−プロパン−１−オール、Ｎ−エチル−２−アミノ−プロパン−１−オール、１−アミノプロパン−３−オール、Ｎ−メチル−１−アミノプロパン−３−オール、Ｎ−エチル−１−アミノプロパン−３−オール、１−アミノブタン−２−オール、Ｎ−メチル−１−アミノブタン−２−オール、Ｎ−エチル−１−アミノブタン−２オール、２−アミノブタン−１−オール、Ｎ−メチル−２−アミノブタン−１−オール、Ｎ−エチル−２−アミノブタン−１−オール、３−アミノブタン−１−オール、Ｎ−メチル−３−アミノブタン−１−オール、Ｎ−エチル−３−アミノブタン−１−オール、１−アミノブタン−４−オール、Ｎ−メチル−１−アミノブタン−４−オール、Ｎ−エチル−１−アミノブタン−４−オール、１−アミノ−２−メチルプロパン−２−オール、２−アミノ−２−メチルプロパン−１−オール、１−アミノペンタン−４−オール、２−アミノ−４−メチルペンタン−１−オール、２−アミノヘキサン−１−オール、３−アミノヘプタン−４−オール、１−アミノオクタン−２−オール、５−アミノオクタン−４−オール、１−アミノプパン−２，３−ジオール、２−アミノプロパン−１，３−ジオール、トリス（オキシメチル）アミノメタン、１，２−ジアミノプロパン−３−オール、１，３−ジアミノプロパン−２−オール、２−（２−アミノエトキシ）エタノール、２−（２−アミノエチルアミノ）エタノール、ジグリコールアミンなどのアルカノールアミンが好ましく挙げられ、これらを単独で又は複数を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、エタノールアミン、１−アミノ−２−プロパノール、Ｎ，Ｎ−ジエチル−１，３−プロパンジアミンが特に好ましい。
本発明のエッチング液中のアミン化合物の含有量は、１〜１０質量％が好ましく、２〜７質量％がより好ましい。アミン化合物の含有量が上記範囲内であれば、エッチング後の良好な配線断面形状を得ることができる。
《（Ｅ）アゾール類》
本発明のエッチング液で用いられるアゾール類としては、１Ｈ−ベンゾトリアゾール、５−メチル−１Ｈ−ベンゾトリアゾール、３−アミノ−１Ｈ−トリアゾールなどのトリアゾール類；１Ｈ−テトラゾール、５−メチル−１Ｈ−テトラゾール、５−フェニル−１Ｈ−テトラゾール、５−アミノ−１Ｈ−テトラゾールなどのテトラゾール類；１Ｈ−イミダゾール、１Ｈ−ベンゾイミダゾールなどのイミダゾール類；１，３−チアゾール、４−メチルチアゾールなどのチアゾール類などが好ましく挙げられる。これらのうち、テトラゾール類が好ましく、なかでも５−アミノ−１Ｈ−テトラゾールが好ましい。
エッチング液中のアゾール類の含有量は、０．００１〜１質量％が好ましく、０．００１〜０．５質量％がより好ましい。アゾール類の含有量が上記範囲内であれば、エッチング後のＣＤロスの増大を抑えつつ、エッチング後の良好な配線断面形状を得ることができる。
《（Ｆ）過酸化水素安定剤》
本発明のエッチング液は、過酸化水素安定剤を含有する。過酸化水素安定剤としては、通常、過酸化水素安定剤として用いられるものであれば制限なく使用することが可能であるが、フェニル尿素、アリル尿素、１，３−ジメチル尿素、チオ尿素などの尿素系過酸化水素安定剤のほか、フェニル酢酸アミド、フェニルエチレングリコールなどが好ましく挙げられ、なかでもフェニル尿素が好ましい。
本発明のエッチング液中の（Ｆ）過酸化水素安定剤の含有量は、その添加効果を十分に得る観点から、０．０１〜０．５質量％が好ましく、０．０１〜０．３質量％がより好ましい。
《ｐＨ》
本発明のエッチング液は、ｐＨ２．５〜５であることを要する。ｐＨ２．５未満であるとモリブデンがエッチング溶解される際に生成するモリブデン酸化物が溶解しにくくなり、結果、エッチング後にモリブデン酸化物由来の残渣が発生し、リークの原因となり電気特性が低下してしまうことがある。また、ＩＧＺＯのような酸化物半導体層への損傷も大きくなり好ましくない。また、ｐＨ５よりも大きいと、（Ａ）過酸化水素の安定性が低下し、銅配線のエッチング速度が減少し、バスライフも減少してしまう。このような観点から、本発明のエッチング液のｐＨは、２．５〜５が好ましい。
《銅イオン》
本発明のエッチング液は、使用初期からエッチング性能を向上させる目的で、予め銅イオンを含有させることが好ましい。銅イオンは、エッチング液に銅粉末や硫酸銅、硝酸銅などの銅塩を加えることで、エッチング液中に含有させることができる。
エッチング液中の銅イオンの濃度は、１００ｐｐｍ以上が好ましく、２００ｐｐｍ以上がより好ましい。また、濃度の上限は、エッチング性能が低下しない限り制限はないが、バスライフなどを考慮すると、８０００ｐｐｍ以下が好ましく、さらに６０００ｐｐｍ以下が好ましく、特に２０００ｐｐｍ以下がより好ましい。
《その他の成分》
本発明のエッチング液は、上記した（Ａ）〜（Ｆ）成分のほか、水、その他エッチング液に通常用いられる各種添加剤をエッチング液の効果を害しない範囲で含む。水としては、蒸留、イオン交換処理、フィルター処理、各種吸着処理などによって、金属イオンや有機不純物、パーティクル粒子などが除去されたものが好ましく、特に純水、超純水が好ましい。添加剤としては、例えば、銅イオン溶解時の安定性を向上させる効果のある、各種配位子やキレート剤を用いることができる。また例えば、ｐＨの調整のために、ｐＨ調整剤を、ｐＨの安定化のために、緩衝剤を用いることもできる。
［銅／モリブデン系多層薄膜のエッチング方法］
本発明のエッチング方法は、酸化物半導体層と銅／モリブデン系多層薄膜とを備える半導体装置における銅／モリブデン系多層薄膜の選択的なエッチング方法であり、本発明のエッチング液、すなわち（Ａ）過酸化水素、（Ｂ）フッ素原子を含有しない無機酸、（Ｃ）有機酸、（Ｄ）炭素数２〜１０であり、かつアミノ基と、アミノ基及び水酸基から選ばれる少なくとも一の基とを有するアミン化合物、（Ｅ）アゾール類、及び（Ｆ）過酸化水素安定剤を含み、ｐＨが２．５〜５である銅／モリブデン系多層薄膜用エッチング液を用いることを特徴とし、エッチング対象物と本発明のエッチング液とを接触させる工程を有するものである。本発明のエッチング方法により、酸化物半導体層に対し、銅／モリブデン系多層薄膜を選択的に、かつ一括でエッチングを行うことができ、そしてエッチング後の良好な配線断面形状を得ることができる。
本発明のエッチング方法では、例えば図４に示されるような、ガラス基板上に、モリブデン系材料からなるバリア膜と銅又は銅を主成分とする材料からなる銅配線とを順に積層してなる銅／モリブデン系多層薄膜上に、さらにレジストを塗布し、所望のパターンマスクを露光転写し、現像して所望のレジストパターンを形成したものと共に、酸化物半導体層を備える半導体装置をエッチング対象物とする。また、銅／モリブデン系多層積層膜上にさらにモリブデンを配するような所謂モリブデン／銅／モリブデン系多層積層膜のようなサンドイッチ構造を形成したものと共に、酸化物半導体層を備える半導体装置もエッチング対象物となりうる。なお、このような銅／モリブデン系多層薄膜は、フラットパネルディスプレイ等の表示デバイスなどの配線に好ましく用いられるものである。
銅配線は、銅又は銅を主成分とする材料（例えば、銅合金）により形成されていれば特に制限はなく、当該バリア膜を形成するモリブデン系材料としては、モリブデン（Ｍｏ）金属又はＭｏ系合金などが挙げられる。
酸化物半導体層としては、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）又はハフニウム（Ｈｆ）の酸化物又はこれらの２種以上の複合酸化物であって、酸化物半導体として公知のもの、例えば、ＺｎＯ、ＳｎＯ、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物（ＩＧＺＯ）、Ｚｎ−Ｓｎ酸化物（ＺＴＯ）、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物（ＩＺＯ（登録商標））、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−Ｇａ酸化物（ＩＧＯ）又はＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ酸化物（ＩＴＺＯ（登録商標））などが挙げられる。
エッチング対象物にエッチング液を接触させる方法には特に制限はなく、例えばエッチング液を滴下（枚葉スピン処理）やスプレーなどの形式により対象物に接触させる方法や、対象物をエッチング液に浸漬させる方法などの湿式（ウェット）エッチング方法を採用することができる。本発明においては、スプレーなどの形式により対象物に接触させる方法、対象物をエッチング液に浸漬して接触させる方法が好ましく採用される。
エッチング液の使用温度としては、２０〜６０℃の温度が好ましく、特に３０〜５０℃が好ましい。エッチング液の温度が２０℃以上であれば、エッチング速度が低くなりすぎないので、生産効率が著しく低下することがない。一方、６０℃未満の温度であれば、液組成変化を抑制し、エッチング条件を一定に保つことができる。エッチング液の温度を高くすることで、エッチング速度は上昇するが、エッチング液の組成変化を小さく抑えることなども考慮した上で、適宜最適な処理温度を決定すればよい。
本発明のエッチング方法において、エッチング液に含まれる過酸化水素は、上記のように銅やモリブデンの酸化溶解などに消費され、また、それら溶解した銅やモリブデンが過酸化水素の分解を促進するため、過酸化水素濃度の低下に起因したエッチング液の性能の低下が生じる場合がある。このような場合には、適宜（Ａ）過酸化水素及び（Ｃ）有機酸を同時に、あるいは別々に添加することによりバスライフを延長させることができる。
次に、本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
（エッチング後の銅／モリブデン系多層薄膜の断面の観察）
実施例及び比較例で得られた、エッチングを行った後の銅／モリブデン系多層薄膜試料の断面を走査型電子顕微鏡（「Ｓ５０００形（型番）」；日立製）を用いて観察倍率３００００倍（加速電圧２ｋＶ、加速電流１０μＡ）で観察した。得られたＳＥＭ画像をもとに図４で示されるテーパー角、ＣＤロス（μｍ）を得た。
テーパー角、ＣＤロス（μｍ）、及びＩＧＺＯ半導体層のエッチング速度は、表１に記載の基準範囲内であれば合格とし、エッチング液の性能を判断した。
（エッチング残渣の評価）
実施例及び比較例で得られた、エッチングを行った後の銅／モリブデン系多層薄膜試料の表面を走査型電子顕微鏡（「Ｓ５０００形（型番）」；日立製）を用いて観察倍率５００００倍（加速電圧２ｋＶ、加速電流１０μＡ）で観察し、当該試料の残渣を下記の基準で評価した。
○ ：残渣は全く確認できなかった
△ ：残渣が若干確認されたが、配線性能への影響はなく実用上問題ない
× ：著しい残渣が確認された
（ＩＧＺＯ半導体層のエッチング評価）
ＩＧＺＯ半導体を有するガラス基板を用いて、実施例及び比較例に示されるエッチング液に３５℃で１〜６０分間浸漬し、蛍光Ｘ線分析装置（「ＳＥＡ１２００ＶＸ（型番）」；ＳＩＩナノテクノロジー社製）により浸漬前後の膜厚を測定することで、これらの差分から酸化物半導体のエッチング速度（Å／min.）を測定し、表１に記載の基準範囲内であれば合格として、エッチング液のＩＧＺＯ半導体層への低腐食性を判断した。
Figure 0006036691
作製例１（銅／モリブデン系多層薄膜の作製）
ガラスを基板とし、モリブデン（Ｍｏ）をスパッタしモリブデンからなるバリア膜を形成し、次いで銅をスパッタして銅配線を形成し、次いでレジストを塗布し、パターンマスクを露光転写後、現像して、パターンを形成した銅／モリブデン系多層薄膜を作製した。また、モリブデン／銅／モリブデンの三層膜については、前述の作成方法におけるレジスト塗布前に、銅配線上にモリブデンをスパッタにてモリブデン層を形成させること以外は、前述の方法と同様に実施した。
実施例１〜５（エッチング液組成及び評価結果）
表２に示されるエッチング液中に、低濃度域（２００−１０００ｐｐｍ，Ｃｕ低濃度域と表記することがある。）及び高濃度域（３０００−４０００ｐｐｍ，Ｃｕ高濃度域と表記することがある。）の銅イオン濃度（Ｃｕ濃度と表記することがある。）となるように銅粉末を溶解した。このエッチング液で、作製例で得られた銅／モリブデン系多層薄膜を、シャワー噴霧により３５℃でエッチングする作業を行い、得られたエッチング後の銅／モリブデン系多層薄膜試料について、該テーパー角、ＣＤロス（μｍ）をＳＥＭ観察により得た。
また、レジストがパターニングされていないエリアのエッチング対象物が、目視にてエッチングされたと判断した時間をジャストエッチング時間とし、該ジャストエッチング時間から４０〜１００％の範囲内の任意の割合で長くエッチング処理（オーバーエッチング）した時間をエッチング時間として設定した（例えば、ジャストエッチングタイム１００秒のとき、５０％のオーバーエッチングならば、そのエッチング時間は１５０秒となる）。エッチング液組成及び評価結果を表２に示す。
Figure 0006036691
 ＊１：三菱瓦斯化学株式会社製
＊２：和光純薬工業株式会社製
＊３：５−アミノ−１Ｈ−テトラゾール，和光純薬工業株式会社製
＊４：フェニル尿素，和光純薬工業株式会社製
実施例６及び７
実施例４において、使用するエッチング液４に予め銅イオン濃度が２００ｐｐｍ（実施例６）、６０００ｐｐｍ（実施例７）となるように銅粉末を加える以外は、実施例４と同様にエッチングを行った。エッチングで得られた銅／モリブデン系多層薄膜のテーパー角、ＣＤロス（μｍ）、残渣の評価を表３に示す。また、表３には実施例４のエッチング液４（予め銅粉末を添加していない）によるエッチングで得られた銅／モリブデン系多層薄膜のテーパー角、ＣＤロス（μｍ）、残渣の評価も同時に示した。
Figure 0006036691
実施例４において、使用するエッチング液４に予め銅粉末を表４に示された濃度になるように加え、エッチングの対象膜がモリブデン／銅／モリブデンの３層膜であること以外は、実施例４と同様のエッチング操作を行い、各々を実施例８及び９とした。なお、実施例８のエッチング温度を３２℃とした。得られたモリブデン／銅／モリブデン系多層薄膜のテーパー角、ＣＤロス（μｍ）、残渣の評価を表４に示す。
Figure 0006036691
比較例１〜５
実施例１において、エッチング液を表４に示す配合のものを用いる以外は、実施例１と同様にして、エッチングを行った。得られた銅／モリブデン系多層薄膜のテーパー角、ＣＤロス（μｍ）、残渣の評価を表５に示す。
Figure 0006036691
 ＊５：Ｃｕ高濃度域で、配線断面形状において、下層のモリブデンが上層の銅よりも選択的にエッチングされる、アンダーカットが発生した。
＊６：エッチングされなかった。
＊７：レジストがピーリングした。
実施例１〜５、比較例１〜６の組成において、ＩＧＺＯ半導体層のエッチング速度の測定方法にしたがって得られたＩＧＺＯ半導体層のエッチング速度を表６に示す。
Figure 0006036691
本発明のエッチング液を用いた実施例は、エッチング後の配線断面形状が良好であり、かつ残渣の評価の点でも優れた結果を示した。一方、（Ｂ）成分を含まないエッチング液を用いた比較例１では、配線断面形状において、下層のモリブデンが上層の銅よりも選択的にエッチングされる、所謂アンダーカットが生じてしまった。（Ｂ）〜（Ｆ）成分を含まないエッチング液を用いた比較例２及び３では、エッチングが進行しない、あるいはレジストが剥離してしまい、これらのエッチング液は実用できないことが確認された。また、ｐＨが本願発明の規定範囲外であるエッチング液を用いた比較例４ではＣＤロスが１より大きく、（Ｄ）成分を含まないエッチング液を用いた比較例５では、下層のモリブデンが選択的にエッチングされ、エッチング端面が順テーパーにならず、一部テーパー角が９０度を超える逆テーパーとなってしまい、配線断面形状の点で問題を生じることが確認された。
予め銅イオンを２００ｐｐｍ、あるいは６０００ｐｐｍを含有させたエッチング液を用いた実施例６及び７のエッチング後の配線断面形状は、実施例４（予め銅粉末を添加していないエッチング液）でのエッチング後の配線断面形状よりも良好であり、残渣の評価の点でも良好であることが確認された。すなわち、本発明のエッチング液に予め銅イオンを加えると、エッチング液の使用初期から、良好な性能を発現することが確認された。
また、ＩＧＺＯのエッチング速度については、実施例１〜５のいずれも合格基準内であり、銅／モリブデン系多層薄膜のエッチング性能と両立していることが確認された。
本発明のエッチング液は、ＩＧＺＯのような酸化物半導体層へ実質的なダメージを与えることなく、銅／モリブデン系多層薄膜のエッチングに好適に用いることができる。当該エッチング液を用いたエッチング方法は、ＩＧＺＯのような酸化物半導体層に対し、銅／モリブデン系多層薄膜を有する配線を選択的に、かつ一括でエッチングすることができ、エッチング後の配線断面形状を良好なものとすることができるので、高い生産性を達成することができる。
１：ガラス
２：ゲート電極
３：ゲート絶縁膜
４：ｉ層（アモルファスシリコン）
５：ｎ＋層（アモルファスシリコン）
６ａ：ソース電極
６ｂ：ドレイン電極
７：保護層
８：透明電極
９：ＩＧＺＯ半導体層
１０：エッチングストッパ層

Claims (4)

  1. インジウム、ガリウム及び亜鉛より構成される酸化物半導体層と銅／モリブデン系多層薄膜とを備える半導体装置の製造方法であって、
    半導体装置を（Ａ）過酸化水素、（Ｂ）硫酸及び／又は硝酸、（Ｃ）コハク酸、グリコール酸、乳酸、マロン酸及びリンゴ酸から選ばれる少なくとも一種である有機酸、（Ｄ）エタノールアミン、１−アミノ−２−プロパノール、及びＮ，Ｎ−ジエチル−１，３−プロパンジアミンから選ばれる少なくとも一種であるアミン化合物、（Ｅ）５−アミノ−１Ｈ−テトラゾール、及び（Ｆ）フェニル尿素を含み、ｐＨが２．５〜５であるエッチング液に接触させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. さらにエッチング液に銅イオンが、予め１００〜８０００ｐｐｍ含まれる、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  3. インジウム、ガリウム及び亜鉛より構成される酸化物半導体層と銅／モリブデン系多層薄膜とを備える半導体装置の製造方法であって、
    半導体装置を（Ａ）過酸化水素を３〜１０質量％、（Ｂ）硫酸及び／又は硝酸を０．０１〜５質量％、（Ｃ）コハク酸、グリコール酸、乳酸、マロン酸及びリンゴ酸から選ばれる少なくとも一種である有機酸を１〜１５質量％、（Ｄ）エタノールアミン、１−アミノ−２−プロパノール、及びＮ，Ｎ−ジエチル−１，３−プロパンジアミンから選ばれる少なくとも一種であるアミン化合物を１〜１０質量％、（Ｅ）５−アミノ−１Ｈ−テトラゾールを０．００１〜１質量％、及び（Ｆ）フェニル尿素を０．０１〜０．５質量％を含み、ｐＨ値が２．５〜５であるエッチング液に接触させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. さらにエッチング液に銅イオンが、予め１００〜８０００ｐｐｍ含まれる、請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
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