JP6198384B2 - 半導体基板のエッチング方法及び半導体素子の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体基板のエッチング方法及び半導体素子の製造方法に関する。
半導体素子の微細化・多様化が益々進み、その加工方法も素子構造や製造工程ごとに多岐にわたっている。基板のエッチングについてみてもドライエッチング及びウエットエッチングの双方においてその開発が進められ、基板材料の種類や構造に応じて様々な薬液や加工条件が提案されている。
中でも、高集積化した素子構造を作製する際に所定の材料を精密にエッチングする技術が重要であり、その対応技術の１つとして薬液を利用したウエットエッチングが挙げられる。たとえば、微細トランジスタ回路における回路配線やメタル電極材料、あるいはバリア層、ハードマスク等を有する基板の作製において、精密なエッチング加工が求められる。しかしながら、多様な金属化合物を有する基板にあって、そのそれぞれに適合するエッチング条件や薬液については未だ十分な研究がなされていない。このような状況にあって、素子基板に適用されるハードマスクを効率的に除去することが製造上の課題とされてきている。具体的にメタルハードマスクとして適用される窒化チタン（ＴｉＮ）についてみると、この材料をエッチングする薬液について検討した例をいくつか挙げることができる（特許文献１〜６参照）。
特開２００１−２５７１９１号公報 国際公開第２０１２／０４８０７９号パンフレット 特開２００９−０２１５１６号公報 特表２００８−５４７２０２号公報 特開２００５−０９７７１５号公報 特開２００７−０６７３６７号公報
上記文献１、２ではアンモニア化合物及び過酸化水素を混合したエッチング液を開示している。しかしながら、本発明者らの確認によると、単に上記処方のエッチング液を用いたのでは、エッチング後のＴｉＮ含有層の表面が不均一になり、エッチング後の部分的な残り（エッチングムラ）の原因となることがあることが分かってきた。昨今の半導体産業の厳しい要求レベルを考慮すると、このような基板面の不均一さに対しては、その改善が望まれる。また、同時に併設された金属面のエッチング後の均一化も実現したい。
そこで本発明は、窒化チタン（ＴｉＮ）を含む第１層をエッチングするにあたり、前記ＴｉＮ含有層および金属層のエッチング後の表面の均一化を実現できるエッチング方法、これに用いられるエッチング液、及びこれを用いた半導体素子の製造方法を提供する。
上記の課題は以下の手段により解決された。
〔１〕窒化チタン（ＴｉＮ）を含む第１層と遷移金属を含む第２層とを有する基板を処理するに当たり、第１層における表面酸素含有率が０．１〜１０モル％の基板を選定し、アンモニア化合物および酸化剤を含むｐＨ７〜１４のエッチング液を前記基板に接触させて第１層を除去するエッチング方法。
〔２〕第１層における表面酸素含有率が６．１〜１０モル％である〔１〕に記載のエッチング方法。
〔３〕遷移金属がＣｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｗ、ＰｔおよびＡｕから選ばれる〔１〕または〔２〕に記載のエッチング方法。
〔４〕アンモニア化合物がアンモニアもしくはその塩である〔１〕〜〔３〕のいずれか１項に記載のエッチング方法。
〔５〕アンモニア化合物を０．１〜１５質量％含む〔１〕〜〔４〕のいずれか１項に記載のエッチング方法。
〔６〕酸化剤が硝酸または過酸化水素である〔１〕〜〔５〕のいずれか１項に記載のエッチング方法。
〔７〕酸化剤を０．５〜５０質量％含む〔１〕〜〔６〕のいずれか１項に記載のエッチング方法。
〔８〕エッチング液が、更に含窒素有機化合物、芳香族化合物および含酸素有機化合物からなる群より選ばれる少なくとも１つの表面均一化剤を含有する〔１〕〜〔７〕のいずれか１項に記載のエッチング方法。
〔９〕表面均一化剤が、下記式（Ｉ）〜（ＩＸ）のいずれかで示される化合物からなる〔８〕に記載のエッチング方法。
Figure 0006198384
 （Ｒ１〜Ｒ３０はそれぞれ独立に水素原子または置換基を表す。このとき、それぞれ隣接するものどうしが連結もしくは縮環して環状構造を形成してもよい。Ａはヘテロ原子を表す。ただし、Ａが二価のときはそこに置換するＲ１、Ｒ３、Ｒ６、Ｒ１１、Ｒ２４、Ｒ２８はないものとする。）
〔１０〕表面均一化剤が炭素数２〜１５のアルコール化合物溶媒および炭素数２〜１５のエーテル化合物溶媒からなる群から選ばれる少なくとも一種である〔８〕に記載のエッチング方法。
〔１１〕表面均一化剤が、６員環の含窒素ヘテロ環化合物および環構成原子に窒素原子を３もしくは４個有する５員の含窒素ヘテロ環化合物、ならびに、下記Ｖ−１、ＶＩＩ−１−１〜ＶＩＩ−１−５、ＶＩＩ−３−１、ＶＩＩ−３−２およびＶＩＩ−４−１からなる群より選ばれる少なくとも１つである〔８〕に記載のエッチング方法。
Figure 0006198384
 〔１２〕表面均一化剤が、環構成原子に窒素原子を３もしくは４個有する５員の含窒素ヘテロ環化合物である〔１１〕に記載のエッチング方法。
〔１３〕表面均一化剤を０．０１〜１０質量％の範囲で含有する〔８〕〜〔１２〕のいずれか１項に記載のエッチング方法。
〔１４〕エッチング液の処理温度が、５５℃以上８０℃以下である〔１〕〜〔１３〕のいずれか１項に記載のエッチング方法。
〔１５〕アンモニア化合物を含有する第１液と酸化剤を含有する第２液とを混合してエッチング液とした後、適時に基板に接触させて処理する〔１〕〜〔１４〕のいずれか１項に記載のエッチング方法。
〔１６〕第１層のエッチングレート（Ｒ１）が２００Å／ｍｉｎ以上１０００Å／ｍｉｎ以下である〔１〕〜〔１５〕のいずれか１項に記載のエッチング方法。
〔１７〕第１層の厚さが０．００５〜０．３μｍである〔１〕〜〔１６〕のいずれか１項に記載のエッチング方法。
〔１８〕第２層の幅が２ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である〔１〕〜〔１７〕のいずれか１項に記載のエッチング方法。
〔１９〕枚葉式装置を用い、エッチング液を基板に接触させる〔１〕〜〔１８〕のいずれか１項に記載のエッチング方法。
〔２０〕枚葉式装置は処理槽を有し、処理槽で基板を搬送もしくは回転させ、その処理槽内にエッチング液を付与して、基板にエッチング液を接触させる〔１９〕に記載のエッチング方法。
〔２１〕枚葉式装置はスイング式のノズルを有し、ノズルを基板の面に対して面方向に移動させながら、エッチング液を吐出して付与する〔１９〕または〔２０〕に記載のエッチング方法。
〔２２〕窒化チタン（ＴｉＮ）を含み、表面酸素含有率が０．１〜１０モル％である第１層と遷移金属を含む第２層とを有する基板を処理するエッチング液であって、
アンモニア化合物、酸化剤および表面均一化剤をそれぞれ含み、
表面均一剤が、下記式（Ｉ’）〜（Ｖ’）、（ＶＩＩ’）および（ＶＩＩＩ’）のいずれかで表される化合物からなるｐＨ７〜１４のエッチング液。
Figure 0006198384
 （Ｒ １ は水素原子を表し、Ｒ ２ は水素原子、アルキル基、アリール基、ヘテロ環基、アミノ基またはカルボキシル基を表す。
Ｒ ３ は水素原子を表し、Ｒ ４ およびＲ ５ は連結もしくは縮環して、ベンゼン環構造を形成する基を表す。
Ｒ ６ は水素原子、または、Ｒ ７ と連結もしくは縮環して環状構造を形成する基を表し、Ｒ ７ 〜Ｒ １０ は水素原子、アミノ基またはカルボキシル基を表す。
Ｒ １１ は水素原子を表し、Ｒ １３ は水素原子、アルキル基またはアミノ基を表し、Ｒ １２ はカルボキシル基もしくはアミノ基が置換した置換アルキル基を表し、Ｒ １４ は水素原子またはアルキル基を表す。
ここで、Ｒ １２ とＲ １４ が連結もしくは縮環して、ベンゼン環構造を形成してもよい。
Ｒ １８ はカルボキシル基またはアミノ基を表し、Ｒ １９ 〜Ｒ ２３ は水素原子、アルキル基、カルボキシル基またはアミノ基を表す。
Ｒ ２４ は水素原子を表し、Ｒ ２５ はアルキル基を表し、Ｒ ２６ およびＲ ２７ は水素原子またはアルキル基を表す。
ここで、Ｒ ２５ 〜Ｒ ２７ の隣接するものどうしが連結もしくは縮環して、ベンゼン環を形成してもよい。
Ａは窒素原子を表す。）
〔２３〕第１層における表面酸素含有率が６．１〜１０モル％である〔２２〕に記載のエッチング液。
〔２４〕アンモニア化合物を０．１〜１５質量％含む〔２２〕または〔２３〕に記載のエッチング液。
〔２５〕酸化剤を０．５〜５０質量％含む〔２２〕〜〔２４〕のいずれか１項に記載のエッチング液。
〔２６〕表面均一化剤が、式（Ｉ’）〜（Ｖ’）のいずれかで表される化合物である〔２２〕〜〔２４〕のいずれか１項に記載のエッチング液。
〔２７〕窒化チタン（ＴｉＮ）を含み、表面酸素含有率が０．１〜１０モル％である第１層と遷移金属を含む第２層とを有する基板を処理するｐＨ７〜１４のエッチング液のキットであって、
エッチング液が、アンモニア化合物、酸化剤および表面均一化剤をそれぞれ含み、
表面均一剤が、下記式（Ｉ’）〜（Ｖ’）、（ＶＩＩ’）および（ＶＩＩＩ’）のいずれかで表される化合物からなり、
少なくとも、アンモニア化合物を含有する第１液と酸化剤を含有する第２液とを組み合わせてなるエッチング液調製用キット。
Figure 0006198384
 （Ｒ １ は水素原子を表し、Ｒ ２ は水素原子、アルキル基、アリール基、ヘテロ環基、アミノ基またはカルボキシル基を表す。
Ｒ ３ は水素原子を表し、Ｒ ４ およびＲ ５ は連結もしくは縮環して、ベンゼン環構造を形成する基を表す。
Ｒ ６ は水素原子、または、Ｒ ７ と連結もしくは縮環して環状構造を形成する基を表し、Ｒ ７ 〜Ｒ １０ は水素原子、アミノ基またはカルボキシル基を表す。
Ｒ １１ は水素原子を表し、Ｒ １３ は水素原子、アルキル基またはアミノ基を表し、Ｒ １２ はカルボキシル基もしくはアミノ基が置換した置換アルキル基を表し、Ｒ １４ は水素原子またはアルキル基を表す。
ここで、Ｒ １２ とＲ １４ が連結もしくは縮環して、ベンゼン環構造を形成してもよい。
Ｒ １８ はカルボキシル基またはアミノ基を表し、Ｒ １９ 〜Ｒ ２３ は水素原子、アルキル基、カルボキシル基またはアミノ基を表す。
Ｒ ２４ は水素原子を表し、Ｒ ２５ はアルキル基を表し、Ｒ ２６ およびＲ ２７ は水素原子またはアルキル基を表す。
ここで、Ｒ ２５ 〜Ｒ ２７ の隣接するものどうしが連結もしくは縮環して、ベンゼン環を形成してもよい。
Ａは窒素原子を表す。）
〔２８〕更に第１液および第２液の少なくとも一方あるいはこれらとは別の第３液に、少なくとも１つの表面均一化剤を含有する〔２７〕に記載のエッチング液調製用キット。
〔２９〕 〔１〕〜〔２１〕のいずれか１項に記載のエッチング方法によりＴｉを含む第１層を除去し、残された基板から半導体素子を製造する半導体素子の製造方法。
本発明の方法によれば、ＴｉＮを含む第１層をエッチングするにあたり、当該ＴｉＮ含有層のエッチング後の表面の均一化（エッチングムラの抑制）とともに、金属層（第２層）のエッチング後の表面均一化も実現することができる。
本発明の一実施形態における半導体基板の作製工程例（エッチング前）を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態における半導体基板の作製工程例（エッチング後）を模式的に示す断面図である。 本発明の好ましい実施形態に係るウエットエッチング装置の一部を示す装置構成図である。 本発明の一実施形態における半導体基板に対するノズルの移動軌跡線を模式的に示す平面図である。
まず、本発明のエッチング方法に係るエッチング工程の好ましい実施形態について、図１、図２に基づき説明する。
［エッチング工程］
図１はエッチング前の半導体基板を示した図である。本実施形態の製造例においては、シリコンウエハ（図示せず）の上に、特定の第３層として、ＳｉＯＣ層３、ＳｉＯＮ層２を配し、その上側に第１層（ＴｉＮ層）１を形成したものを用いている。このとき、上記複合層にはすでにビア５が形成されており、当該ビア５の底部には金属を含む第２層（金属層）４が形成されている。この状態の基板１０に本実施形態におけるエッチング液（図示せず）を接触させて、ＴｉＮ層を除去する。結果として、図２に示したように、ＴｉＮ膜が除去された状態の基板２０を得ることができる。言うまでもないが、本発明ないしその好ましい実施形態においては、図示したようなエッチングが理想的ではあるが、ＴｉＮ層の残り、あるいは第２層の多少の腐食は、製造される半導体素子の要求品質等に応じて適宜許容されるものであり、本発明がこの説明により限定して解釈されるものではない。
なお、シリコン基板ないし半導体基板、あるいは単に基板というときには、シリコンウエハのみではなくそこに回路構造が施された基板構造体を含む意味で用いる。基板の部材とは、上記で定義されるシリコン基板を構成する部材を指し１つの材料からなっていても複数の材料からなっていてもよい。加工済みの半導体基板を半導体基板製品として区別して呼ぶことがある。これに必要によりさらに加工を加えダイシングして取り出したチップ及びその加工製品を半導体素子ないし半導体装置という。基板の向きについては、特に断らない限り、図１で言うと、シリコンウエハと反対側（ＴｉＮ側）を「上」もしくは「天」といい、シリコンウエハ側（ＳｉＯＣ側）を「下」もしくは「底」という。
［エッチング液］
次に、本発明のエッチング液の好ましい実施形態について説明する。本実施形態のエッチング液は酸化剤とアンモニア化合物とを含有する。以下、任意のものを含め、各成分について説明する。
（酸化剤）
酸化剤としては、硝酸、過酸化水素、過硫酸アンモニウム、過ホウ酸、過酢酸、過ヨウ素酸、過塩素酸、又はその組合せなどが挙げられ、なかでも硝酸及び過酸化水素が特に好ましい。
酸化剤は、本実施形態のエッチング液の全質量に対して、０．５質量％以上含有させることが好ましく、１質量％以上がより好ましく、５質量％以上含有させることが特に好ましい。上限としては５０質量％以下であることが好ましく、４０質量％以下がより好ましく、３０質量％以下がさらに好ましい。上記上限値以下とすることで、第２層の過剰なエッチングをより抑制できるため好ましい。上記下限値以上とすることが、十分な速度で第１層をエッチングする観点で好ましい。また、この量を好適な範囲に調整することで、第１層のエッチング面の均一化を一層効果的に図ることができ好ましい。
（アンモニア化合物）
アンモニア化合物とは、水媒体中でアンモニウムイオン（ＮＨ４ ＋）を生じる化合物を意味し、アンモニア及びその塩を含むものと定義する。具体的には、ＮＨ４ＯＨが好ましいが、その他、ＮＨ４Ｃｌ、ＮＨ４ＣｌＯ４、ＮＨ４Ｆ、ＮＨ４Ｂｒ、ＮＨ４ＣＨ３ＣＯＯ、（ＮＨ４）２ＳＯ４、ＮＨ４ＮＯ３、（ＮＨ４）２ＣＯ３、などを用いることもできる。
アンモニア化合物は、本実施形態のエッチング液の全質量に対して、０．１質量％以上で含有させることが好ましく、０．５質量％以上含有させることがより好ましく、１質量％以上含有させることが特に好ましい。上限としては、１５質量％以下で含有させることが好ましく、１２質量％以下含有させることがより好ましく、１０質量％以下含有させることが特に好ましい。上記上限値以下とすることで、揮発による組成変化を抑え、性能のばらつきを抑えることができるため好ましい。上記下限値以上とすることで、ＴｉＮのエッチング速度を安定的に得ることができることができるため好ましい。
酸化剤との関係でいうと、酸化剤１００質量部に対して、アンモニア化合物を１質量部以上で用いることが好ましく、１０質量部以上で用いることがより好ましい。上限としては１００質量部以下が好ましく、７０質量部以下がより好ましく、５０質量部以下であることが特に好ましい。この両者の量を適正な関係で使用することにより、良好なエッチング性を実現し、かつ高い面内均一性を併せて達成することができる。
（表面均一化剤）
本発明のエッチング液においては、金属層におけるエッチング後の表面均一性を改善する表面均一化剤を含有させることが好ましい。このように併設された金属層（第２層）の表面均一性が一層高まることで、上述した第１層（ＴｉＮ層）の表面均一性（エッチングムラの抑制効果）が実現されたことと相俟って、単独で均一性を有するものに比し、製造工程上の改善および製造品質の向上に大いに貢献することができる。
・含窒素有機化合物／芳香族化合物
表面均一化剤としては、含窒素有機化合物であることが好ましく、５員または６員の含窒素ヘテロ環化合物（ヘテロ原子は窒素、酸素、硫黄等）が好ましい。あるいは、その好ましいものとして、芳香族化合物が挙げられる。ヘテロ環化合物および芳香族化合物は単環でも多環のものであってもよい。ヘテロ環化合物としては、なかでも５員の含窒素複素芳香族化合物がより好ましい。このときの窒素の含有数は１〜４であることが好ましい。芳香族化合物としてはベンゼン環を有する化合物が好ましい。
表面均一化剤は下記式（Ｉ）〜（ＩＸ）のいずれかで表される化合物が好ましい。
Figure 0006198384
・Ｒ１〜Ｒ３０
式中、Ｒ１〜Ｒ３０はそれぞれ独立に水素原子または置換基を示す。置換基としては、後記アルキル基（好ましくは炭素数１〜２０、より好ましくは１〜６）、アルケニル基（好ましくは炭素数２〜２０、より好ましくは２〜６）、アリール基（好ましくは炭素数６〜２４、より好ましくは１〜１２）、ヘテロ環基（好ましくは炭素数１〜２０、より好ましくは１〜６）、アルコキシ基（好ましくは炭素数１〜２０、より好ましくは１〜６）、アシル基（好ましくは炭素数２〜２０、より好ましくは２〜６）、アミノ基（好ましくは炭素数０〜６）、カルボキシル基、リン酸基、ヒドロキシ基、チオール基（−ＳＨ）、ボロン酸基（−Ｂ（ＯＨ）２）などが挙げられる。なお、上記アリール基としては、フェニル基、またはナフチル基が好ましい。上記ヘテロ環基としては、含窒素複素芳香族基が挙げられ、なかでも５員の含窒素複素芳香族基が好ましく、ピロール基、イミダゾール基、ピラゾール基、トリアゾール基、またはテトラゾール基がより好ましい。これらの置換基は本発明の効果を奏する範囲でさらに置換基を有していてもよい。なお、上記の置換基のうち、アミノ基、カルボキシル基、リン酸基、ボロン酸基は、その塩を形成していてもよい。塩をなす対イオンとしては、アンモニウムイオン（ＮＨ４ ＋）やテトラメチルアンモニウムイオン（（ＣＨ３）４Ｎ＋）などの第四級アンモニウムなどが挙げられる。
上記の置換基は任意の連結基を介して置換していてもよい。その連結基としては、アルキレン基（好ましくは炭素数１〜２０、より好ましくは１〜６）、アルケニレン基（好ましくは炭素数２〜２０、より好ましくは２〜６）、エーテル基（−Ｏ−）、イミノ基（好ましくは炭素数０〜４）、チオエーテル基（−Ｓ−）、カルボニル基、またはこれらの組合せが挙げられる。この連結基を以降連結基Ｌと呼ぶ。なお、この連結基は、本発明の効果を奏する範囲でさらに置換基を有していてもよい。
Ｒ１〜Ｒ３０はなかでも、炭素数１〜６のアルキル基、カルボキシル基、アミノ基（炭素数０〜４が好ましい）、ヒドロキシ基、またはボロン酸基が好ましい。これらの置換基は上記のように連結基Ｌを介して置換していてもよい。
また、Ｒ１〜Ｒ３０はその隣接するものどうしが連結もしくは縮環して環構造を形成していてもよい。形成される環構造としては、ピロール環構造、イミダゾール環構造、ピラゾール環構造、またはトリアゾール環構造等が挙げられる。これらの環構造部は、さらに本発明の効果を奏する範囲でさらに置換基を有していてもよい。なお、ここで形成する環構造がベンゼン環であるときは、式（ＶＩＩ）の方に区分して整理する。
・Ａ
Ａはヘテロ原子を表し、窒素原子、酸素原子、硫黄原子、またはリン原子を表す。ただし、Ａが二価（酸素原子又は硫黄原子）であるとき、Ｒ１、Ｒ３、Ｒ６、Ｒ１１、Ｒ２４、Ｒ２８はないものとする。
前記式（ＶＩＩ）で表される化合物は、下記式（ＶＩＩ−１）〜（ＶＩＩ−４）のいずれかで表されるものが好ましい。
Figure 0006198384
Ｒａは酸性基を表し、好ましくはカルボキシル基、リン酸基、またはボロン酸基である。上記酸性基は前記連結基Ｌを介して置換していてもよい。
Ｒｂは炭素数１〜６のアルキル基、アミノ基（好ましくは炭素数０〜４）、ヒドロキシル基、アルコキシ基（好ましくは炭素数１〜６）、またはアシル基（好ましくは炭素数１〜６）である。上記の置換基Ｒｂは前記連結基Ｌを介して置換していてもよい。Ｒｂが複数あるとき、これらは連結ないし縮環して環構造を形成していてもよい。
ｎ１は１〜５の整数である。ｎ２は０〜５の整数である。ｎ３は０〜４の整数である。ｎ１〜ｎ３がそれぞれ２以上であるとき、そこで規定される複数の置換基はそれぞれ同じでも異なっていてもよい。
式中、Ａは前記で定義したＡと同義である。Ｒｃ、Ｒｄ、ＲｅはＲ１〜Ｒ３０と同義の基である。ただし、Ａが二価のとき、Ｒｃ、Ｒｅはないものとする。
以下に、上記式（Ｉ）〜（ＩＸ）のいずれかで表される化合物の例を挙げるが、本発明がこれにより限定して解釈されるものではない。
なお、下記の例示化合物においては互変異性体の一例を示したものを含み、他の互変異性体も本発明の好ましい例に含まれるものである。これは、前記の式（Ｉ）〜（ＩＸ）、（ＶＩＩ−１）〜（ＶＩＩ−４）についても同様である。
Figure 0006198384
表面均一化剤をなす含窒素有機化合物および芳香族化合物の含有量は特に限定されないが、エッチング液中で、０．０１質量％以上が好ましく、０．０５質量％以上がより好ましく、０．１質量％以上が特に好ましい。上限は特に制限されないが、１０質量％以下が好ましく、５質量％以下がより好ましく、３質量％以下がさらに好ましく、１質量％以下が特に好ましい。上記下限値以上とすることで、金属層に対する好適な均一化効果が得られるため好ましい。一方、上記上限値以下とすることが、良好なエッチング性能を妨げない観点から好ましい。
・含酸素有機化合物
本発明のエッチング液においては、前記表面均一化剤として、含酸素有機化合物を含有させることも好ましい。含酸素有機化合物は水溶性有機溶媒となる化合物であることが好ましい。水溶性有機溶媒は、水と任意の割合で混合できる有機溶媒が好ましい。
含酸素有機化合物は、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、１−プロピルアルコール、２−プロピルアルコール、２−ブタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、１，６−ヘキサンジオール、シクロヘキサンジオール、ソルビトール、キシリトール、２−メチル−２，４−ペンタンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール等のアルコール化合物溶媒、アルキレングリコールアルキルエーテル（エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル等）を含むエーテル化合物溶媒が挙げられる。
これらの中で好ましくは炭素数２〜１５のアルコール化合物溶媒、炭素数２〜１５の水酸基含有エーテル化合物溶媒であり、更に好ましくは、炭素数２〜１０の水酸基を有するアルコール化合物溶媒、炭素数２〜１０の水酸基を有する水酸基含有エーテル化合物溶媒である。とくに好ましくは、炭素数３〜８のアルキレングリコールアルキルエーテルである。含酸素有機化合物は単独でも２種類以上適宜組み合わせて用いてもよい。なお、本明細書においては、水酸基（−ＯＨ）とエーテル基（−Ｏ−）とを分子内にもつ化合物は、原則的にはエーテル化合物に含まれるものとし（アルコール化合物とは称しない）、水酸基とエーテル基との両者を有するものを特に区別して指すときには水酸基含有エーテル化合物と称することがある。
前記含酸素有機化合物は下記式（Ｏ−１）で表される化合物であることが好ましい。
Ｒ１１−（−Ｏ−Ｒ１３−）ｎ−Ｏ−Ｒ１２ ・・・ （Ｏ−１）
・Ｒ１１，Ｒ１２
Ｒ１１及びＲ１２は、それぞれ独立に水素原子又は炭素数１以上５以下のアルキル基である。なかでも、それぞれ独立に、炭素数１以上５以下のアルキル基であることが好ましく、炭素数１以上３以下のアルキル基であることが更に好ましい。
・Ｒ１３
Ｒ１３は直鎖状又は分岐状の炭素数１以上４以下のアルキレン鎖である。複数のＲ１３が存在するときそのそれぞれは異なっていてもよい。
・ｎ
ｎは１以上６以下の整数である。
含酸素有機化合物の添加量はエッチング液全量に対して０．１〜７０質量％であることが好ましく、１０〜５０質量％であることがより好ましい。この量が上記下限値以上であることで、上記のエッチングの均一性の向上を効果的に実現することができる。
なお、本明細書において化合物の表示（例えば、化合物と末尾に付して呼ぶとき）については、当該化合物そのもののほか、その塩、そのイオンを含む意味に用いる。また、所望の効果を奏する範囲で、置換基を導入するなど一部を変化させた誘導体を含む意味である。
本明細書において置換・無置換を明記していない置換基（連結基についても同様）については、その基に任意の置換基を有していてもよい意味である。これは置換・無置換を明記していない化合物についても同義である。好ましい置換基としては、下記置換基Ｔが挙げられる。
置換基Ｔとしては、下記のものが挙げられる。
アルキル基（好ましくは炭素原子数１〜２０のアルキル基、例えばメチル、エチル、イソプロピル、ｔ−ブチル、ペンチル、ヘプチル、１−エチルペンチル、ベンジル、２−エトキシエチル、１−カルボキシメチル等）、アルケニル基（好ましくは炭素原子数２〜２０のアルケニル基、例えば、ビニル、アリル、オレイル等）、アルキニル基（好ましくは炭素原子数２〜２０のアルキニル基、例えば、エチニル、ブタジイニル、フェニルエチニル等）、シクロアルキル基（好ましくは炭素原子数３〜２０のシクロアルキル基、例えば、シクロプロピル、シクロペンチル、シクロヘキシル、４−メチルシクロヘキシル等）、アリール基（好ましくは炭素原子数６〜２６のアリール基、例えば、フェニル、１−ナフチル、４−メトキシフェニル、２−クロロフェニル、３−メチルフェニル等）、ヘテロ環基（好ましくは炭素原子数２〜２０のヘテロ環基、好ましくは、少なくとも１つの酸素原子、硫黄原子、窒素原子を有する５または６員環のヘテロ環基が好ましく、例えば、２−ピリジル、４−ピリジル、２−イミダゾリル、２−ベンゾイミダゾリル、２−チアゾリル、２−オキサゾリル等）、アルコキシ基（好ましくは炭素原子数１〜２０のアルコキシ基、例えば、メトキシ、エトキシ、イソプロピルオキシ、ベンジルオキシ等）、アリールオキシ基（好ましくは炭素原子数６〜２６のアリールオキシ基、例えば、フェノキシ、１−ナフチルオキシ、３−メチルフェノキシ、４−メトキシフェノキシ等）、アルコキシカルボニル基（好ましくは炭素原子数２〜２０のアルコキシカルボニル基、例えば、エトキシカルボニル、２−エチルヘキシルオキシカルボニル等）、アミノ基（好ましくは炭素原子数０〜２０のアミノ基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基を含み、例えば、アミノ、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノ、Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノ、Ｎ−エチルアミノ、アニリノ等）、スルファモイル基（好ましくは炭素原子数０〜２０のスルホンアミド基、例えば、Ｎ，Ｎ−ジメチルスルファモイル、Ｎ−フェニルスルファモイル等）、アシル基（好ましくは炭素原子数１〜２０のアシル基、例えば、アセチル、プロピオニル、ブチリル、ベンゾイル等）、アシルオキシ基（好ましくは炭素原子数１〜２０のアシルオキシ基、例えば、アセチルオキシ、ベンゾイルオキシ等）、カルバモイル基（好ましくは炭素原子数１〜２０のカルバモイル基、例えば、Ｎ，Ｎ−ジメチルカルバモイル、Ｎ−フェニルカルバモイル等）、アシルアミノ基（好ましくは炭素原子数１〜２０のアシルアミノ基、例えば、アセチルアミノ、ベンゾイルアミノ等）、スルホンアミド基（（好ましくは炭素原子数０〜２０のスルファモイル基、例えば、メタンスルホンアミド、ベンゼンスルホンアミド、Ｎ−メチルメタンスルスルホンアミド、Ｎ−エチルベンゼンスルホンアミド等）、アルキルチオ基（好ましくは炭素原子数１〜２０のアルキルチオ基、例えば、メチルチオ、エチルチオ、イソプロピルチオ、ベンジルチオ等）、アリールチオ基（好ましくは炭素原子数６〜２６のアリールチオ基、例えば、フェニルチオ、１−ナフチルチオ、３−メチルフェニルチオ、４−メトキシフェニルチオ等）、アルキルもしくはアリールスルホニル基（好ましくは炭素原子数１〜２０のアルキルもしくはアリールスルホニル基、例えば、メチルスルホニル、エチルスルホニル、ベンゼンスルホニル等）、ヒドロキシル基、シアノ基、ハロゲン原子（例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等）であり、より好ましくはアルキル基、アルケニル基、アリール基、ヘテロ環基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルコキシカルボニル基、アミノ基、アシルアミノ基、ヒドロキシル基またはハロゲン原子であり、特に好ましくはアルキル基、アルケニル基、ヘテロ環基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アミノ基、アシルアミノ基またはヒドロキシル基である。
また、これらの置換基Ｔで挙げた各基は、上記の置換基Ｔがさらに置換していてもよい。
化合物ないし置換基・連結基等がアルキル基・アルキレン基、アルケニル基・アルケニレン基等を含むとき、これらは環状でも鎖状でもよく、また直鎖でも分岐していてもよく、上記のように置換されていても無置換でもよい。またアリール基、ヘテロ環基等を含むとき、それらは単環でも縮環でもよく、同様に置換されていても無置換でもよい。
（水媒体）
本発明のエッチング液には、その媒体として水（水媒体）が適用されることが好ましく、各含有成分が均一に溶解した水溶液であることが好ましい。水の含有量は、エッチング液の全質量に対して５０〜９９．５質量％であることが好ましく、５５〜９５質量％であることが好ましい。このように、水を主成分（５０質量％以上）とする組成物を特に水系組成物と呼ぶことがあり、有機溶剤の比率の高い組成物と比較して、安価であり、環境に適合する点で好ましい。この観点で本発明のエッチング液は水素組成物であることが好ましい。水（水媒体）としては、本発明の効果を損ねない範囲で溶解成分を含む水性媒体であってもよく、あるいは不可避的な微量混合成分を含んでいてもよい。なかでも、蒸留水やイオン交換水、あるいは超純水といった浄化処理を施された水が好ましく、半導体製造に使用される超純水を用いることが特に好ましい。
（キット）
本発明におけるエッチング液は、その原料を複数に分割したキットとしてもよい。例えば、第１液として前記アンモニア化合物を水媒体に含有する液組成物を準備し、第２液として前記酸化剤を水媒体に含有する液組成物を準備する態様が挙げられる。その使用例としては、両液を混合してエッチング液を調液し、その後適時に前記エッチング処理に適用する態様が好ましい。このようにすることで、酸化剤（例えば過酸化水素）の分解による液性能の劣化を招かずにすみ、所望のエッチング作用を効果的に発揮させることができる。ここで、混合後「適時」とは、混合ののち所望の作用を失うまでの時期を指し、具体的には６０分以内であることが好ましく、３０分以内であることがより好ましく、１０分以内であることが特に好ましい。下限は特にないが、１秒以上であることが実際的である。
第１液におけるアンモニア化合物の濃度は特に限定されないが、０．５質量％以上であることが好ましく、１．５質量％以上であることがより好ましい。上限値としては３０質量％以下であることが好ましく、２０質量％以下であることがより好ましい。この濃度を前記の範囲にすることで、第２液との混合に適した状態とすることができ、上記エッチング液における好適な濃度領域とすることができ好ましい。
第２液における酸化剤の濃度は特に限定されないが、１質量％以上であることが好ましく、２質量％以上であることがより好ましい。上限値としては、５０質量％以下であることが好ましく、７０質量％以下であることが好ましい。この濃度を前記の範囲にすることで、第１液との混合に適した状態とすることができ、上記エッチング液における好適な濃度領域とすることができ好ましい。
前記表面均一化剤を用いる場合は、第１液側に添加しておくことが好ましい。あるいは、水溶性有機溶媒を水媒体に含有させた液組成物を準備し、これを第３液として前記第１液および第２液と混合するようにしてもよい。
第１液と第２液との混合の仕方は特に限定されないが、第１液と第２液とをそれぞれの流路に流通させ、両者をその合流点で合流させて混合することが好ましい。その後、さらに流路を流通させ、合流して得られたエッチング液を吐出口から吐出ないし噴射し、半導体基板と接触させることが好ましい。この実施形態でいうと、前記合流点での合流混合から半導体基板への接触までの過程が、前記「適時」に行われることが好ましい。これを、図３を用いて説明すると、調製されたエッチング液が吐出口１３から噴射され、反応容器１１内の半導体基板Ｓの上面に適用される。同図に示した実施形態では、Ａ及びＢの２液が供給され、合流点１４で合流し、その後流路ｆｃを介して吐出口１３に移行するようにされている。流路ｆｄは薬液を再利用するための返戻経路を示している。半導体基板Ｓは回転テーブル１２上にあり、回転駆動部Ｍによって回転テーブルとともに回転されることが好ましい。なお、このような基板回転式の装置を用いる実施態様は、キットにしないエッチング液を用いた処理においても同様に適用することができる。
（容器）
本発明のエッチング液は、（キットであるか否かに関わらず）対腐食性等が問題とならない限り、任意の容器に充填して保管、運搬、そして使用することができる。また、半導体用途向けに、容器のクリーン度が高く、不純物の溶出が少ないものが好ましい。使用可能な容器としては、アイセロ化学（株）製の「クリーンボトル」シリーズ、コダマ樹脂工業（株）製の「ピュアボトル」などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。なお、上記の容器は、本発明のエッチング液がキットの場合であっても、１液の場合であっても、同様に使用することが可能である。
［エッチング条件］
本実施形態においてエッチングを行う条件は特に限定されないが、枚葉式（スプレー式）のエッチングであっても浸漬式（バッチ式）のエッチングであってもよい。スプレー式のエッチングにおいては、半導体基板を所定の方向に搬送もしくは回転させ、その空間にエッチング液を噴射して前記半導体基板に前記エッチング液を接触させる。他方、バッチ式のエッチングにおいては、エッチング液からなる液浴に半導体基板を浸漬させ、前記液浴内で半導体基板とエッチング液とを接触させる。これらのエッチング方式は素子の構造や材料等により適宜使い分けられればよい。
エッチングを行う環境温度は、後記実施例で示す温度測定方法において、４０℃以上であることが好ましく、５０℃以上であることがより好ましく、５５℃以上であることが特に好ましい。上限としては、８０℃以下であることが好ましく、７０℃以下であることがより好ましい。上記下限値以上とすることにより、ＴｉＮ層に対する十分なエッチング速度を確保することができ好ましい。上記上限値以下とすることにより、エッチング処理速度の経時安定性を維持することができ好ましい。エッチング液の供給速度は特に限定されないが、０．０５〜１Ｌ／ｍｉｎとすることが好ましく、０．１〜０．５Ｌ／ｍｉｎとすることがより好ましい。上記下限値以上とすることにより、エッチングの面内の均一性を一層良好に確保することができ好ましい。上記上限値以下とすることにより、連続処理時に安定した選択性を確保でき好ましい。半導体基板を回転させるときには、その大きさ等にもよるが、上記と同様の観点から、５０〜４００ｒｐｍで回転させることが好ましい。
バッチ式の場合も、上記と同様の理由により、液浴を前記の温度範囲とすることが好ましい。半導体基板の浸漬時間は特に限定されないが、０．５〜３０分とすることが好ましい、１〜１０分とすることがより好ましい。上記下限値以上とすることにより、エッチングの面内の均一性を確保することができ好ましい。上記上限値以下とすることにより、エッチング液を再度利用する場合の性能を維持することができ好ましい。
本発明の好ましい実施形態に係る枚葉式のエッチングにおいては、半導体基板を所定の方向に搬送もしくは回転させ、その空間にエッチング液を噴射して前記半導体基板に前記エッチング液を接触させることが好ましい。エッチング液の供給速度や基板の回転速度についてはすでに述べたことと同様である。
本発明の好ましい実施形態に係る枚葉式の装置構成においては、図４に示すように、吐出口（ノズル）を移動させながら、エッチング液を付与することが好ましい。具体的に、本実施形態においては、Ｔｉ含有層を有する半導体基板Ｓに対してエッチング液を適用する際に、基板がｒ方向に回転させられている。他方、該半導体基板の中心部から端部に延びる移動軌跡線ｔに沿って、吐出口が移動するようにされている。このように本実施形態においては、基板の回転方向と吐出口の移動方向とが異なる方向に設定されており、これにより両者が互いに相対運動するようにされている。その結果、半導体基板の全面にまんべんなくエッチング液を付与することができ、エッチングの均一性が好適に確保される構成とされている。
吐出口（ノズル）の移動速度は特に限定されないが、０．１ｃｍ／ｓ以上であることが好ましく、１ｃｍ／ｓ以上であることがより好ましい。一方、その上限としては、３０ｃｍ／ｓ以下であることが好ましく、１５ｃｍ／ｓ以下であることがより好ましい。移動軌跡線は直線でも曲線（例えば円弧状）でもよい。いずれの場合にも移動速度は実際の軌跡線の距離とその移動に費やされた時間から算出することができる。
［残渣］
半導体素子の製造プロセスにおいては、レジストパターン等をマスクとして用いたプラズマエッチングにより半導体基板上の金属層等をエッチングする工程がありうる。具体的には、金属層、半導体層、絶縁層などをエッチングし、金属層や半導体層をパターニングしたり、絶縁層にビアホールや配線溝等の開口部を形成したりすることが行われる。上記プラズマエッチングにおいては、マスクとして用いたレジストや、エッチングされる金属層、半導体層、絶縁層に由来する残渣が半導体基板上に生じうる。本発明においては、このようにプラズマエッチングにより生じた残渣を「プラズマエッチング残渣」と称する。なお、この「プラズマエッチング残渣」には、前記の第３層（ＳｉＯＮやＳｉＯＣ等）のエッチング残渣も含まれる。
また、マスクとして用いたレジストパターンは、エッチング後に除去される。レジストパターンの除去には、上述のように、ストリッパー溶液を使用する湿式の方法、又は例えばプラズマ、オゾンなどを用いたアッシングによる乾式の方法が用いられる。上記アッシングにおいては、プラズマエッチングにより生じたプラズマエッチング残渣が変質した残渣や、除去されるレジストに由来する残渣が半導体基板上に生じる。本発明においては、このようにアッシングにより生じた残渣を「アッシング残渣」と称する。また、プラズマエッチング残渣及びアッシング残渣等の半導体基板上に生じた洗浄除去されるべきものの総称として、単に「残渣」ということがある。
このようなエッチング後の残渣（Ｐｏｓｔ Ｅｔｃｈ Ｒｅｓｉｄｕｅ）であるプラズマエッチング残渣やアッシング残渣は、洗浄組成物を用いて洗浄除去されることが好ましい。本実施形態のエッチング液は、プラズマエッチング残渣及び／又はアッシング残渣を除去するための洗浄液としても適用することができる。なかでも、プラズマエッチングに引き続いて行われるプラズマアッシング後において、プラズマエッチング残渣及びアッシング残渣を除去するために使用することが好ましい。
［被加工物］
本実施形態のエッチング液を適用することによりエッチングされる材料はどのようなものでもよいが、ＴｉＮを含む第１層を有する基板を適用する。ここでＴｉＮを含む層（ＴｉＮ層）とは、酸素を含有してもよい意味であり、特に酸素を含有しない層と区別して言うときには、ＴｉＯＮ層などということがある。本発明において、ＴｉＮ層の酸素含有率は、１０ｍｏｌ％以下であり、８．５ｍｏｌ％以下であることが好ましく、６．５ｍｏｌ％以下であることがさらに好ましい。下限側は０．１ｍｏｌ％以上であり、２．０ｍｏｌ％以上であることが好ましく、４．０ｍｏｌ％以上であることがさらに好ましい。
本発明においては、この基板におけるＴｉＮ含有層の表面酸素濃度を上記の範囲に設定することが重要である。上記下限値以上かつ上記上限値以下としたことにより、ＴｉＮのエッチング後の面内均一性を実現することができる。このような表面の均一化効果は枚葉式エッチング装置を用いることで顕著になる。また、複数の液を組み合わせたキットとして適用することでも顕著になる。
このような基板によるＴｉＮ層における酸素濃度の調節は、例えば、ＴｉＮ層を形成するときのＣＶＤのプロセス室内の酸素濃度を調整することによって行うことができる。なお、第１層は、その主たる成分としてＴｉＮを含むが本発明の効果を奏する範囲でそれ以外の成分を含んでいてもよい。このことは第２層金属層等の他の層についても同様である。
前記第１層は高いエッチングレートでエッチングされることが好ましい。第１層の厚さは特に限定されないが、通常の素子の構成を考慮したとき、０．００５〜０．３μｍ程度であることが実際的である。第１層のエッチングレート［Ｒ１］は、特に限定されないが、生産効率を考慮し、５０Å／ｍｉｎ以上であることが好ましく、１００Å／ｍｉｎ以上がより好ましく、２００Å／ｍｉｎ以上であることが特に好ましい。上限は特にないが、１０００Å／ｍｉｎ以下であることが実際的である。
本発明の方法は、Ｃｕ、Ｗ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｐｔ、Ａｕ等の金属を含む第２層を有する半導体基板に適用されることが好ましい。なかでも、第２層の材料としてＣｕ、Ｗを適用することが好ましい。
ここで金属層のもつ技術的意義をこの材料として銅（Ｃｕ）およびタングステン（Ｗ）を利用する例に基づき説明する。近年、半導体デバイス（半導体装置）の高速化、配線パターンの微細化、高集積化の要求に対応して、配線間の容量の低減、配線の導電性向上およびエレクトロマイグレーション耐性の向上が要求されている。これらの要求に対応するための技術として、配線材料として導電性が高くかつエレクトロマイグレーション耐性に優れている銅を用い、層間の絶縁層として低誘電率層（Ｌｏｗ−ｋ層）を用いる多層配線技術が注目されている。この銅配線は一般に、該銅配線での銅の拡散を防ぐための銅拡散防止膜として機能する、銅シード層（例えば、タンタル（Ｔａ）及び窒化タンタル（ＴａＮ）の二重層）の上に、デュアル・ダマシン・プロセスによって設けられる。
一方、半導体素子のコンタクトは通常、銅配線及びビアホールの形成の際に用いられるデュアル・ダマシン・プロセスの代わりに、シングル・ダマシン・プロセスによるタングステンプラグを介して設けられる。このような多層配線技術では、低誘電率層に配線溝やスルーホールなどの凹部を形成してその中に銅を埋め込むダマシン法が採用される。この場合、低誘電率層に凹部をエッチングにより精度良く形成するためには、低誘電率層をエッチングする際のマスクとして、低誘電率層との選択比が十分に高い材料からなるマスクを使用する必要がある。
上記低誘電率層としては一般に有機系の材料が用いられており、このため、同じ有機系の材料からなるフォトレジスト層をマスクとして低誘電率層をエッチングする場合、選択比が不十分になることが考えられる。このような課題を解決するため、ＴｉＮ膜のような無機系の材料からなるハードマスク層を、エッチングの際のマスクとして使用することが提案されている。そして、このハードマスク層は低誘電率層をエッチングの後のプロセスにて除去が必要となる。特にウェットプロセスのエッチングにおいては、タングステンプラグ等の金属層や、他の配線・低誘電率層材料を過度に腐食もしくは不均一化させずに、的確に前記ハードマスクを除去することが望まれる。
上記のような態様でハードマスクを構成する第１層（ＴｉＮ）層が除去されるため、金属層（第２層）はビアホールもしくはトレンチの底部に位置することが想定される（図１、２参照）。
第２層（金属層）のエッチングレート［Ｒ２］は、特に限定されないが、過度に除去されないことが好ましく、１００Å／ｍｉｎ以下であることが好ましく、５０Å／ｍｉｎ以下であることがより好ましい。下限は特にないが、０．００１Å／ｍｉｎ以上であることが実際的である。
金属層の露出幅（図中のｄ）は特に限定されないが、本発明の利点がより顕著になる観点から、２ｎｍ以上であることが好ましく、４ｎｍ以上であることがより好ましい。同様に効果の顕著性の観点から、上限値は１０００ｎｍ以下であることが実際的であり、１００ｎｍ以下であることが好ましく、２０ｎｍ以下であることがより好ましい。
さらに、本発明の方法は、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＯＣ、ＳｉＯＮ等の金属化合物を含む第３層を有する半導体基板に適用されることも好ましい。なお、本明細書において、金属化合物の組成をその元素の組合せにより表記した場合には、任意の組成のものを広く包含する意味である。例えば、ＳｉＯとは、シリコンの熱酸化膜、ＳｉＯ２を含む意味であり、ＳｉＯｘを包含するものである。このことは、本明細書において共通し、別の金属化合物についても同様である。この第３層についても表面均一化がなされることが好ましい。第３層のエッチングレート［Ｒ３］は、特に限定されないが、前記第２層のエッチングレート［Ｒ２］と同様の範囲が好ましい。
なお、特開２０１０−１０２７３号等に開示されている発明は、ＴｉＮ膜を利用するものであるが、これは絶縁膜用途に関するものである。絶縁膜としてのＴｉＮ膜は絶縁性を高めるために、表面酸素濃度を高くし、その濃度は通常１０ｍｏｌ％を超える。本発明の好ましい実施形態に係るＴｉＮ膜の利用においては、メタルハードマスク（ＭＨＭ）が対象となるので、絶縁性は必ずしも要求されない。そのため、表面酸素濃度はエッチング性等に応じて調節することができる。
［半導体基板製品の製造］
本実施形態においては、シリコンウエハ上に、前記第１層と第２層とを形成した半導体基板とする工程と、前記半導体基板にエッチング液を適用し、前記第１層を選択的に除去する工程とを介して、所望の構造を有する半導体基板製品を製造することが好ましい。このとき、エッチングには前記特定のエッチング液を用いる。
上記エッチングに係る各工程および半導体基板製品の製造に係る各工程については、本発明の効果を奏する範囲で適宜工程の順序を入れ替えて適用することが許容されるものである。また、「準備」というときには、特定の材料を合成ないし調合等により準備することのほか、単に購入等により調達することを含む意味である。また、本明細書においては、半導体基板をエッチングするようエッチング液を用いることを「適用」と称するが、その実施態様は特に限定されない。例えば、エッチング液と基板とを接触させることを含み、具体的には、バッチ式のもので浸漬してエッチングしても、枚葉式のもので吐出によりエッチングしてもよい。
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
＜実施例１、比較例１＞
以下の表１に示す成分を同表に示した組成（質量％）で含有させてエッチング液を調液した。なお、残部は水（超純水）である。
（ＴｉＮ基板の作成方法）
市販のシリコン基板上に、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により、表面酸素濃度６．１ｍｏｌ％のＴｉＮ膜を作成した。また、実施例２については、同様にＣＶＤにより、表中の金属層をＴｉＮ層の隣に形成し、試験用基板とした。ＣＶＤの際には、その気相中の微量の酸素濃度をコントロールすることで、表面酸素濃度の異なる基板、基板の直径が異なるものを作成した。酸素濃度１２．２％のものは市販のＴｉＮ基板（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｖａｌｌｅｙ ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ 社製）をそのまま使用した。なお金属層の幅（ｄ）は約３ｃｍとなるように上記試料基板で作成した。
（表面酸素濃度）
ＴｉＮ層の表面酸素濃度はエッチングＥＳＣＡ（アルバックファイ製 Ｑｕａｎｔｅｒａ）にて０〜３０ｎｍまでの深さ方向のＴｉ，Ｏ，Ｎの濃度プロファイルを測定し、５〜１０ｎｍでの含有率をそれぞれ計算し、その平均酸素含有率を表面酸素濃度とした。
（エッチング試験）
上記の試験用基板に対して、枚葉式装置（ＳＰＳ−Ｅｕｒｏｐｅ Ｂ．Ｖ．社製、ＰＯＬＯＳ（商品名）））にて下記の条件でエッチングを行い、評価試験を実施した。
・処理温度：５７℃
・吐出量：１Ｌ／ｍｉｎ．
・ウェハ回転数５００ｒｐｍ
（処理温度の測定方法）
株式会社堀場製作所製の放射温度計ＩＴ−５５０Ｆ（商品名）を前記枚葉式装置内のウェハ上３０ｃｍの高さに固定した。ウェハ中心から２ｃｍ外側のウェハ表面上に温度計を向け、薬液を流しながら温度を計測した。温度は、放射温度計からデジタル出力し、パソコンで連続的に記録した。このうち温度が安定した１０秒間の温度を平均した値をウェハ上の温度とした。
（面内均一性評価）
円形の基板の中心のエッチング深さを、時間を変えて条件だしを行い、エッチング深さが３００Åになる時間を確認した。次にその時間で基板全体を再度エッチングした時に基板の周辺から中心方向に３０ｍｍの位置でのエッチング深さを測定し、その深さが３００Åに近いほど面内均一性が高いと評価した。具体的な区分は下記のとおりである。中心と３０ｍｍの地点の差（５点の平均）として表している。
ＡＡＡ ±５Å以下
ＡＡ ±５超１２Å以下
Ａ ±１２超１５Å以下
Ｂ ±１５超２０Å以下
Ｃ ±２０超３０Å以下
Ｄ ±３０超５０Å以下
Ｅ ±５０Å超
（ｐＨの測定）
ｐＨは室温（２５℃）においてＨＯＲＩＢＡ社製、Ｆ−５１（商品名）で測定した値である。
Figure 0006198384
（表の注釈）
Ｃで始まる試験は比較例
基板は表面酸素濃度６．１％のものを使用した。
Ｈ２Ｏ ２ の含有率は 使用した過酸水素水の濃度（３０質量％）より算出した。
ＮＨ３の含有率は 使用したアンモニア水の濃度（２５質量％）より算出した。
上記の結果から、本発明によれば、ＴｉＮの好適な除去を行うとともに、ＴｉＮ層及びＷ層ともにエッチング後の良好な面内均一性を保つことができることが分かる。
さらにＴｉＮとＣｕが併設された基板を作成し、同様の実験を行ったところ、Ｃｕの面内均一性についても、同様の結果が得られた。
（実施例２、比較例２）
使用するエッチング液および基板のＴｉＮ層における表面酸素濃度を表２のように代えた以外、実施例１と同様にして、エッチング試験を行った。その結果を表２に示した。
Figure 0006198384
上記の結果から、本発明によれば、ＴｉＮ層（第１層）の表面酸素濃度が好適化され、第１層（Ｗ層）及び第１層（ＴｉＮ層）のエッチング後の面内均一性に優れることが分かる。
（実施例３）
下表３のようにエッチング条件を変更した以外、実施例１のＮｏ．１０１と同様にしてエッチング試験を行った。その結果を下表に示している。
Figure 0006198384
（表の注記）
・ＳＷＴ：ノズルスイング式の枚葉式装置
ＳＰＳ−Ｅｕｒｏｐｅ Ｂ．Ｖ．社製 ＰＯＬＯＳ （製品名）
・ＢＴ：バッチ式装置
瀬戸技研工業社製 手動式ウエットベンチ（製品名）
・液供給形態
１：１液として薬液を調製し適用したもの（調液直後に適用した）
２：２液の薬液キットを調製し混合したもの（図３の装置を用いた）
・混合経過時間：２液の薬液キットを混合した時点から基板に付与
するまでの経過時間
上記の結果より、枚葉式使用による製造法、２液キットで混合する製造方法も金属層の面内均一性を良化させる好ましい態様であることが分かる。
１ ＴｉＮ層（第１層）
２ ＳｉＯＮ層（第３層（１））
３ ＳｉＯＣ層（第３層（２））
４ Ｃｕ／Ｗ層（第２層）
５ ビア
１０、２０ 半導体基板
１１ 反応容器
１２ 回転テーブル
１３ 吐出口
１４ 合流点
Ｓ 基板

Claims (29)

  1. 窒化チタン（ＴｉＮ）を含む第１層と遷移金属を含む第２層とを有する基板を処理するに当たり、前記第１層における表面酸素含有率が０．１〜１０モル％の基板を選定し、アンモニア化合物および酸化剤を含むｐＨ７〜１４のエッチング液を前記基板に接触させて当該第１層を除去するエッチング方法。
  2. 前記第１層における表面酸素含有率が６．１〜１０モル％である請求項１に記載のエッチング方法。
  3. 前記遷移金属がＣｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｗ、ＰｔおよびＡｕから選ばれる請求項１または２に記載のエッチング方法。
  4. 前記アンモニア化合物がアンモニアもしくはその塩である請求項１〜３のいずれか１項に記載のエッチング方法。
  5. 前記アンモニア化合物を０．１〜１５質量％含む請求項１〜４のいずれか１項に記載のエッチング方法。
  6. 前記酸化剤が硝酸または過酸化水素である請求項１〜５のいずれか１項に記載のエッチング方法。
  7. 前記酸化剤を０．５〜５０質量％含む請求項１〜６のいずれか１項に記載のエッチング方法。
  8. 前記エッチング液が、更に含窒素有機化合物、芳香族化合物および含酸素有機化合物からなる群より選ばれる少なくとも１つの表面均一化剤を含有する請求項１〜７のいずれか１項に記載のエッチング方法。
  9. 前記表面均一化剤が、下記式（Ｉ）〜（ＩＸ）のいずれかで示される化合物からなる請求項８に記載のエッチング方法。
    Figure 0006198384
     （Ｒ１〜Ｒ３０はそれぞれ独立に水素原子または置換基を表す。このとき、それぞれ隣接するものどうしが連結もしくは縮環して環状構造を形成してもよい。Ａはヘテロ原子を表す。ただし、Ａが二価のときはそこに置換するＲ１、Ｒ３、Ｒ６、Ｒ１１、Ｒ２４、Ｒ２８はないものとする。）
  10. 前記表面均一化剤が炭素数２〜１５のアルコール化合物溶媒および炭素数２〜１５のエーテル化合物溶媒からなる群から選ばれる少なくとも一種である請求項８に記載のエッチング方法。
  11. 前記表面均一化剤が、６員環の含窒素ヘテロ環化合物および環構成原子に窒素原子を３もしくは４個有する５員の含窒素ヘテロ環化合物、ならびに、下記Ｖ−１、ＶＩＩ−１−１〜ＶＩＩ−１−５、ＶＩＩ−３−１、ＶＩＩ−３−２およびＶＩＩ−４−１からなる群より選ばれる少なくとも１つである請求項８に記載のエッチング方法。
    Figure 0006198384
  12. 前記表面均一化剤が、前記環構成原子に窒素原子を３もしくは４個有する５員の含窒素ヘテロ環化合物である請求項１１に記載のエッチング方法。
  13. 前記表面均一化剤を０．０１〜１０質量％の範囲で含有する請求項８〜１２のいずれか１項に記載のエッチング方法。
  14. 前記エッチング液の処理温度が、５５℃以上８０℃以下である請求項１〜１３のいずれか１項に記載のエッチング方法。
  15. 前記アンモニア化合物を含有する第１液と前記酸化剤を含有する第２液とを混合して前記エッチング液とした後、適時に前記基板に接触させて処理する請求項１〜１４のいずれか１項に記載のエッチング方法。
  16. 前記第１層のエッチングレート（Ｒ１）が２００Å／ｍｉｎ以上１０００Å／ｍｉｎ以下である請求項１〜１５のいずれか１項に記載のエッチング方法。
  17. 前記第１層の厚さが０．００５〜０．３μｍである請求項１〜１６のいずれか１項に記載のエッチング方法。
  18. 前記第２層の幅が２ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である請求項１〜１７のいずれか１項に記載のエッチング方法。
  19. 枚葉式装置を用い、前記エッチング液を前記基板に接触させる請求項１〜１８のいずれか１項に記載のエッチング方法。
  20. 前記枚葉式装置は処理槽を有し、該処理槽で前記基板を搬送もしくは回転させ、その処理槽内に前記エッチング液を付与して、該基板に前記エッチング液を接触させる請求項１９に記載のエッチング方法。
  21. 前記枚葉式装置はスイング式のノズルを有し、該ノズルを前記基板の面に対して面方向に移動させながら、前記エッチング液を吐出して付与する請求項１９または２０に記載のエッチング方法。
  22. 窒化チタン（ＴｉＮ）を含み、表面酸素含有率が０．１〜１０モル％である第１層と遷移金属を含む第２層とを有する基板を処理するエッチング液であって、
    アンモニア化合物、酸化剤および表面均一化剤をそれぞれ含み、
    前記表面均一剤が、下記式（Ｉ’）〜（Ｖ’）、（ＶＩＩ’）および（ＶＩＩＩ’）のいずれかで表される化合物からなるｐＨ７〜１４のエッチング液。
    Figure 0006198384
     （Ｒ １ は水素原子を表し、Ｒ ２ は水素原子、アルキル基、アリール基、ヘテロ環基、アミノ基またはカルボキシル基を表す。
    Ｒ ３ は水素原子を表し、Ｒ ４ およびＲ ５ は連結もしくは縮環して、ベンゼン環構造を形成する基を表す。
    Ｒ ６ は水素原子、または、Ｒ ７ と連結もしくは縮環して環状構造を形成する基を表し、Ｒ ７ 〜Ｒ １０ は水素原子、アミノ基またはカルボキシル基を表す。
    Ｒ １１ は水素原子を表し、Ｒ １３ は水素原子、アルキル基またはアミノ基を表し、Ｒ １２ はカルボキシル基もしくはアミノ基が置換した置換アルキル基を表し、Ｒ １４ は水素原子またはアルキル基を表す。
    ここで、Ｒ １２ とＲ １４ が連結もしくは縮環して、ベンゼン環構造を形成してもよい。
    Ｒ １８ はカルボキシル基またはアミノ基を表し、Ｒ １９ 〜Ｒ ２３ は水素原子、アルキル基、カルボキシル基またはアミノ基を表す。
    Ｒ ２４ は水素原子を表し、Ｒ ２５ はアルキル基を表し、Ｒ ２６ およびＲ ２７ は水素原子またはアルキル基を表す。
    ここで、Ｒ ２５ 〜Ｒ ２７ の隣接するものどうしが連結もしくは縮環して、ベンゼン環を形成してもよい。
    Ａは窒素原子を表す。）
  23. 前記第１層における表面酸素含有率が６．１〜１０モル％である請求項２２に記載のエッチング液。
  24. 前記アンモニア化合物を０．１〜１５質量％含む請求項２２または２３に記載のエッチング液。
  25. 前記酸化剤を０．５〜５０質量％含む請求項２２〜２４のいずれか１項に記載のエッチング液。
  26. 前記表面均一化剤が、前記式（Ｉ’）〜（Ｖ’）のいずれかで表される化合物である請求項２２〜２４のいずれか１項に記載のエッチング液。
  27. 窒化チタン（ＴｉＮ）を含み、表面酸素含有率が０．１〜１０モル％である第１層と遷移金属を含む第２層とを有する基板を処理するｐＨ７〜１４のエッチング液のキットであって、
    前記エッチング液が、アンモニア化合物、酸化剤および表面均一化剤をそれぞれ含み、
    前記表面均一剤が、下記式（Ｉ’）〜（Ｖ’）、（ＶＩＩ’）および（ＶＩＩＩ’）のいずれかで表される化合物からなり、
    少なくとも、アンモニア化合物を含有する第１液と酸化剤を含有する第２液とを組み合わせてなるエッチング液調製用キット。
    Figure 0006198384
     （Ｒ １ は水素原子を表し、Ｒ ２ は水素原子、アルキル基、アリール基、ヘテロ環基、アミノ基またはカルボキシル基を表す。
    Ｒ ３ は水素原子を表し、Ｒ ４ およびＲ ５ は連結もしくは縮環して、ベンゼン環構造を形成する基を表す。
    Ｒ ６ は水素原子、または、Ｒ ７ と連結もしくは縮環して環状構造を形成する基を表し、Ｒ ７ 〜Ｒ １０ は水素原子、アミノ基またはカルボキシル基を表す。
    Ｒ １１ は水素原子を表し、Ｒ １３ は水素原子、アルキル基またはアミノ基を表し、Ｒ １２ はカルボキシル基もしくはアミノ基が置換した置換アルキル基を表し、Ｒ １４ は水素原子またはアルキル基を表す。
    ここで、Ｒ １２ とＲ １４ が連結もしくは縮環して、ベンゼン環構造を形成してもよい。
    Ｒ １８ はカルボキシル基またはアミノ基を表し、Ｒ １９ 〜Ｒ ２３ は水素原子、アルキル基、カルボキシル基またはアミノ基を表す。
    Ｒ ２４ は水素原子を表し、Ｒ ２５ はアルキル基を表し、Ｒ ２６ およびＲ ２７ は水素原子またはアルキル基を表す。
    ここで、Ｒ ２５ 〜Ｒ ２７ の隣接するものどうしが連結もしくは縮環して、ベンゼン環を形成してもよい。
    Ａは窒素原子を表す。）
  28. 更に前記第１液および第２液の少なくとも一方あるいはこれらとは別の第３液に、少なくとも１つの前記表面均一化剤を含有する請求項２７に記載のエッチング液調製用キット。
  29. 請求項１〜２１のいずれか１項に記載のエッチング方法によりＴｉを含む第１層を除去し、残された基板から半導体素子を製造する半導体素子の製造方法。
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