JP7390808B2 - silicon substrate etching solution - Google Patents
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Description
本発明は、シリコン基板エッチング溶液に関し、より詳細には、シリコン窒化膜のエッチングに際してシリコン酸化膜対シリコン窒化膜に対するエッチング選択比を上げることが可能であると共に、高温安全性の向上したシリコン基板エッチング溶液に関する。 The present invention relates to a silicon substrate etching solution, and more particularly, the present invention relates to a silicon substrate etching solution that is capable of increasing the etching selectivity of a silicon oxide film to a silicon nitride film when etching a silicon nitride film, and has improved high temperature safety. Regarding solutions.
現在、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜をエッチングする様々な方法があるが、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 silicon nitride and silicon oxide, but dry etching and wet etching are the most commonly used methods.
乾式エッチング法は、通常、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が、湿式エッチング法より生産性に劣り過ぎ、高価の方式である点で、湿式エッチング法が広く利用されている流れである。 Dry etching is usually an etching method that uses gas, and has the advantage of being superior to wet etching in terms of isotropy, but it has lower productivity and is more expensive than wet etching. Wet etching is a widely used method.
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、シリコン窒化膜のエッチングのために、純粋なリン酸のみ用いる場合、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り、各種の不良及びパターン異常が発生するなどの問題が生じ得るため、シリコン酸化膜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, if only pure phosphoric acid is used to etch the silicon nitride film, as devices become smaller, not only the silicon nitride film but also the silicon oxide film will be etched, resulting in various defects and pattern abnormalities. This may cause problems such as the occurrence of etching, so it is necessary to further reduce the etching rate of the silicon oxide film.
これによって、最近は、シリコン窒化膜のエッチング速度を増加させる一方、シリコン酸化膜のエッチング速度を下げるために、リン酸と共にシリコン添加剤を使用している。 Accordingly, silicon additives have recently been used in conjunction with phosphoric acid to increase the etching rate of silicon nitride films while decreasing the etching rate of silicon oxide films.
本発明は、シリコン添加剤を使用することにより、シリコン酸化膜対シリコン窒化膜に対する選択比を上げることができるシリコン基板エッチング溶液を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a silicon substrate etching solution that can increase the selectivity of a silicon oxide film to a silicon nitride film by using a silicon additive.
また、本発明は、高温安全性の高いシリコン添加剤を使用することで、高温でシリコン添加剤が分解されて変色することを防止できるシリコン基板エッチング溶液を提供することを目的とする。 Another object of the present invention is to provide a silicon substrate etching solution that can prevent the silicon additive from being decomposed and discolored at high temperatures by using a silicon additive that is highly safe at high temperatures.
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、リン酸及び下記の化1及び化2で表される化合物のうち少なくとも一つを含むシリコン添加剤を含むシリコン基板エッチング溶液が提供される。 In order to solve the above-mentioned technical problem, according to one aspect of the present invention, a silicon substrate etching method containing a silicon additive containing phosphoric acid and at least one of compounds represented by the following chemical formulas 1 and 2 is provided. A solution is provided.
[化1]
[Chemical formula 1]
[化2]
[Chemical 2]
ここで、R1及びR2は、それぞれ独立に水素、C1-C10アルキル、C6-C12シクロアルキル、少なくとも一つのヘテロ原子を含むC2-C10ヘテロアルキル、C2-C10アルケニル、C2-C10アルキニル、C1-C10ハロアルキル、C1-C10アミノアルキル、アリール、ヘテロアリール、及びアラルキルから選択される作用基である。 Here, R 1 and R 2 are each independently hydrogen, C 1 -C 10 alkyl, C 6 -C 12 cycloalkyl, C 2 -C 10 heteroalkyl containing at least one heteroatom, C 2 -C 10 The functional group is selected from alkenyl, C 2 -C 10 alkynyl, C 1 -C 10 haloalkyl, C 1 -C 10 aminoalkyl, aryl, heteroaryl, and aralkyl.
また、R3は、水素、C1-C10アルキル、C6-C12シクロアルキル、少なくとも一つのヘテロ原子を含むC2-C10ヘテロアルキル、C2-C10アルケニル、C2-C10アルキニル、C1-C10ハロアルキル、C1-C10アミノアルキル、アリール、ヘテロアリール、及びアラルキルから選択される作用基である。 Furthermore, R 3 is hydrogen, C 1 -C 10 alkyl, C 6 -C 12 cycloalkyl, C 2 -C 10 heteroalkyl containing at least one heteroatom, C 2 -C 10 alkenyl, C 2 -C 10 The functional group is selected from alkynyl, C 1 -C 10 haloalkyl, C 1 -C 10 aminoalkyl, aryl, heteroaryl, and aralkyl.
また、X、Y及びZは、それぞれ独立に水素、硫酸塩、リン酸塩、酢酸塩、ハロゲン、及びニイトから選択される作用基であり、このとき、X、Y及びZのうち少なくとも一つは、水素ではないし、nは、1~3の間の定数である。 Further, X, Y and Z are each independently a functional group selected from hydrogen, sulfate, phosphate, acetate, halogen, and nitro, and in this case, at least one of X, Y, and Z is not hydrogen, and n is a constant between 1 and 3.
本発明によるシリコン基板エッチング溶液は、フッ素含有化合物をさらに含んでいてもよく、このとき、前記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か、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を有する化合物であってもよい。 The silicon substrate etching solution according to the present invention may further include a fluorine-containing compound, where the fluorine-containing compound is selected from hydrogen fluoride, ammonium fluoride, ammonium bifluoride, and ammonium hydrogen fluoride. It may be a compound having a form in which an organic cation and a fluorine anion are ionicly bonded.
本発明によるシリコン基板エッチング溶液は、シリコン中心元素が少なくとも一つの置換されたベンゼン環と結合したシリコン添加剤を使用することで、シリコン酸化膜に保護膜を形成し、エッチング溶液によってシリコン酸化膜がエッチングされることを減らすことができる。これによって、シリコン基板エッチング溶液のシリコン酸化膜対シリコン窒化膜に対するエッチング選択比を向上させることができる。 The silicon substrate etching solution according to the present invention forms a protective film on the silicon oxide film by using a silicon additive in which a silicon central element is combined with at least one substituted benzene ring, and the silicon oxide film is removed by the etching solution. Etching can be reduced. Thereby, the etching selectivity of the silicon substrate etching solution for the silicon oxide film and the silicon nitride film can be improved.
また、本発明によるシリコン基板エッチング溶液に用いられるシリコン添加剤のシリコン中心元素は、立体障害の大きな(bulky)ベンゼン環によって遮られることによって、エッチング条件(高温)で容易に分解されず、高温でシリコン添加剤が分解されて変色することを防ぐことができる。 In addition, the silicon central element of the silicon additive used in the silicon substrate etching solution according to the present invention is not easily decomposed under the etching conditions (high temperature) because it is blocked by the bulky benzene ring with steric hindrance. It can prevent silicone additives from decomposing and discoloring.
本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は、後述する実施例を参照すれば明確になる。しかし、本発明は、以下に開示する実施例に限定されるものではなく、異なる様々な形態に具現されるものであり、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 invention, and the manner in which they are achieved, will become clearer with reference to the examples described below. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, and may be embodied in various different forms. It is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is defined only by the scope of the claims that follow.
以下では、本発明によるシリコン基板エッチング溶液について詳説する。 Below, the silicon substrate etching solution according to the present invention will be explained in detail.
本発明の一側面によれば、リン酸及びシリコン添加剤を含むシリコン基板エッチング溶液が提供される。 According to one aspect of the invention, a silicon substrate etching solution is provided that includes phosphoric acid and a silicon additive.
本発明によるシリコン基板エッチング溶液のエッチング対象であるシリコン基板は、少なくともシリコン酸化膜(SiOx)を含むことが好ましく、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とが共に含まれたシリコン基板の場合、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜が交互に積層するか、異なる領域に積層した形態であってもよい。 The silicon substrate to be etched by the silicon substrate etching solution according to the present invention preferably includes at least a silicon oxide film (SiO x ), and includes a silicon oxide film and a silicon nitride film (Six N y , SI x O y N z ). May also contain both. 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 stacked or stacked in different regions.
ここで、シリコン酸化膜は、用途及び素材の種類などによって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)などに言及し得る。
Here, the silicon oxide film is classified into SOD (Spin On Dielectric) film, HDP (High Density) film depending on the application and the type of material.
Plasma film, thermal oxide film, BPSG (Borophosphate) film
Silicate Glass) film, PSG (Phospho Silicate Glass) film, BSG (Boro
Silicate Glass) membrane, PSZ (Polysilazane) membrane, FSG (Fluorinated Silicate) membrane
Glass) membrane, LP-TEOS (Low
Pressure Tetra Ethyl Ortho Silicate) film, PETEOS (Plasma Enhanced Tetra
Ethyl Ortho Silicate) film, HTO (High Temperature Oxide) film, MTO (Medium
Temperature Oxide) film, USG (Undopped Silicate Glass) film, SOG (Spin
On Glass) film, APL (Advanced Planarization Layer) film, ALD (Atomic Layer) film
Deposition film, PE-oxide film (Plasma Enhanced oxide) or O 3 -TEOS (O 3 -Tetra Ethyl
Ortho Silicate) and the like.
ここで、リン酸は、シリコン基板のうちシリコン窒化膜をエッチングする物質であると共に、エッチング溶液のpHを維持し、エッチング溶液内に存在する様々な形態のシラン化合物がシリコン系パーティクルに変化することを抑制する物質である。 Here, phosphoric acid is a substance that etches the silicon nitride film of the silicon substrate, and also maintains the pH of the etching solution so that various forms of silane compounds present in the etching solution change into silicon-based particles. It is a substance that suppresses
一実施例において、シリコン基板エッチング溶液100重量部に対し、リン酸は、60~90重量部含まれることが好ましい。また、本願に使用されるシリコン基板エッチング溶液のpHは、0~6.5であってもよい。シリコン基板エッチング溶液のpHが6.5を超える場合、シリコン基板エッチング溶液の酸強度が弱く、シリコン基板に対するエッチング効果を十分具現しにくいという問題がある。一方、シリコン基板エッチング溶液のpHが1より小さい場合、シリコン基板エッチング溶液の酸強度が強くなり過ぎ、シリコン酸化膜に対するエッチング速度が異常に増加するおそれがある。 In one embodiment, phosphoric acid is preferably contained in an amount of 60 to 90 parts by weight per 100 parts by weight of the silicon substrate etching solution. Further, the pH of the silicon substrate etching solution used in the present application may be 0 to 6.5. When the pH of the silicon substrate etching solution exceeds 6.5, the acid strength of the silicon substrate etching solution is low, and there is a problem that it is difficult to realize a sufficient etching effect on the silicon substrate. On the other hand, if the pH of the silicon substrate etching solution is less than 1, the acid strength of the silicon substrate etching solution may become too strong, and the etching rate of the silicon oxide film may increase abnormally.
シリコン基板エッチング溶液100重量部に対し、無機酸水溶液の含量が60重量部未満である場合、シリコン窒化膜のエッチング速度が低下し、シリコン窒化膜が十分エッチングされないか、シリコン窒化膜のエッチングの工程効率性が低下するおそれがある。 If the content of the inorganic acid aqueous solution is less than 60 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the silicon substrate etching solution, the etching rate of the silicon nitride film will decrease, and the silicon nitride film may not be etched sufficiently or the etching process of the silicon nitride film may be affected. Efficiency may decrease.
一方、シリコン基板エッチング溶液100重量部に対し、無機酸水溶液の含量が90重量部を超える場合、シリコン窒化膜のエッチング速度が増加し過ぎるだけでなく、シリコン酸化膜まで速やかにエッチングされることによって、シリコン酸化膜対シリコン窒化膜に対する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を引き起こし得る。 On the other hand, if the content of the inorganic acid aqueous solution exceeds 90 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the silicon substrate etching solution, not only the etching rate of the silicon nitride film increases too much, but also the silicon oxide film is quickly etched. However, the selectivity of the silicon oxide film to the silicon nitride film may be reduced, and the etching of the silicon oxide film may cause defects in the silicon substrate.
本発明の一実施例によるシリコン基板エッチング溶液は、シリコン酸化膜対シリコン窒化膜に対する選択比を上げるために、下記の化1で表されるシリコン添加剤を含んでいてもよい。 A silicon substrate etching solution according to an embodiment of the present invention may include a silicon additive represented by the following formula 1 to increase the selectivity of silicon oxide to silicon nitride.
[化1]
[Chemical formula 1]
化1におけるR1及びR2は、それぞれ独立に水素、C1-C10アルキル、C6-C12シクロアルキル、少なくとも一つのヘテロ原子を含むC2-C10ヘテロアルキル、C2-C10アルケニル、C2-C10アルキニル、C1-C10ハロアルキル、C1-C10アミノアルキル、アリール、ヘテロアリール、及びアラルキルから選択される作用基である。 R 1 and R 2 in Chemical Formula 1 are each independently hydrogen, C 1 -C 10 alkyl, C 6 -C 12 cycloalkyl, C 2 -C 10 heteroalkyl containing at least one heteroatom, C 2 -C 10 The functional group is selected from alkenyl, C 2 -C 10 alkynyl, C 1 -C 10 haloalkyl, C 1 -C 10 aminoalkyl, aryl, heteroaryl, and aralkyl.
また、本発明の他の実施例によるシリコン基板エッチング溶液は、シリコン酸化膜対シリコン窒化膜に対する選択比を上げるために、下記の化2で表されるシリコン添加剤を含んでいてもよい。 In addition, a silicon substrate etching solution according to another embodiment of the present invention may include a silicon additive represented by the following formula 2 to increase the selectivity of the silicon oxide film to the silicon nitride film.
[化2]
[Chemical 2]
化2におけるR3は、水素、C1-C10アルキル、C6-C12シクロアルキル、少なくとも一つのヘテロ原子を含むC2-C10ヘテロアルキル、C2-C10アルケニル、C2-C10アルキニル、C1-C10ハロアルキル、C1-C10アミノアルキル、アリール、ヘテロアリール、及びアラルキルから選択される作用基である。 R 3 in Chemical Formula 2 is hydrogen, C 1 -C 10 alkyl, C 6 -C 12 cycloalkyl, C 2 -C 10 heteroalkyl containing at least one heteroatom, C 2 -C 10 alkenyl, C 2 -C 10 alkynyl, C 1 -C 10 haloalkyl, C 1 -C 10 aminoalkyl, aryl, heteroaryl, and aralkyl.
また、本発明のさらに他の実施例によるシリコン基板エッチング溶液は、化1で表されるシリコン添加剤と、化2で表されるシリコン添加剤を共に含んでいてもよい。 Furthermore, a silicon substrate etching solution according to another embodiment of the present invention may include both a silicon additive represented by Chemical Formula 1 and a silicon additive represented by Chemical Formula 2.
化1及び化2におけるX、Y及びZは、それぞれ独立に水素、硫酸塩、リン酸塩、酢酸塩、ハロゲン、及びニイトから選択される作用基であって、水素を除く硫酸塩、リン酸塩、酢酸塩、ハロゲン又はニイト基は、エッチング溶液のうちシリコン添加剤の溶解度を向上させる作用基である。このため、X、Y及びZのうち少なくとも一つは、水素ではない極性作用基を有することで、シリコン基板エッチング溶液のうち溶解度を十分確保することが好ましい。 X, Y, and Z in Chemical Formulas 1 and 2 are each independently selected from hydrogen, sulfate, phosphate, acetate, halogen, and nitrite, and Salt, acetate, halogen or nitrite groups are functional groups that improve the solubility of silicon additives in etching solutions. Therefore, it is preferable that at least one of X, Y, and Z has a polar functional group other than hydrogen to ensure sufficient solubility in the silicon substrate etching solution.
また、化1及び化2におけるnは、1~3の間の定数であることによって、シリコン添加剤のシリコン中心元素は、少なくとも一つの置換されたベンゼン環と結合した化合物であってもよい。 Further, n in Chemical Formulas 1 and 2 is a constant between 1 and 3, so that the silicon central element of the silicon additive may be a compound bonded to at least one substituted benzene ring.
このとき、シリコン中心元素に結合した置換されたベンゼン環は、シリコン酸化膜の表面に存在するシリコン-ヒドロキシ(-Si-OH)の水素をベンゼン環に置換することで、シリコン酸化膜に保護膜(passivation
layer)を形成することが可能である。
At this time, the substituted benzene ring bonded to the silicon central element replaces the hydrogen of silicon-hydroxy (-Si-OH) present on the surface of the silicon oxide film with a benzene ring, thereby creating a protective film on the silicon oxide film. (passivation
layer).
これによって、無機酸などによるシリコン酸化膜がエッチングされることを減らすことができ、シリコン酸化膜対シリコン窒化膜のエッチング選択比が減少することを防ぐことができる。 As a result, etching of the silicon oxide film by inorganic acid or the like can be reduced, and a reduction in the etching selectivity of the silicon oxide film to the silicon nitride film can be prevented.
また、シリコン基板の表面に存在するシリコン-ヒドロキシ(-Si-OH)の水素は、ベンゼン環に置換されることにより、さらにヒドロキシル化(hydroxylation)が制限され得る。 Further, hydrogen of silicon-hydroxy (-Si-OH) present on the surface of the silicon substrate is substituted with a benzene ring, thereby further restricting hydroxylation.
これによって、エッチング中、或いはエッチング後の洗浄中にヒドロキシ基を有するシリコン粒子がケイ酸(silicic acid)状に成長することを減らすことができ、さらに、シリコン粒子がシリコン酸化膜から離脱して、シリコン系パーティクルに成長及び析出することを防ぐことができる。 This can reduce the growth of silicic acid-like silicon particles having hydroxyl groups during etching or cleaning after etching, and furthermore, the silicon particles can be separated from the silicon oxide film. Growth and precipitation of silicon-based particles can be prevented.
化1又は化2で表されるシリコン添加剤のシリコン中心元素と結合した少なくとも一つのベンゼン環は、嵩の大きい作用基に該当し、これによって、シリコン中心元素は、水素、アルキルなどのように、嵩の小さい作用基が結合した場合に比べて相対的に遮られることができる。この場合、苛酷な条件(例えば、高温)でシリコン添加剤が分解(例えば、シリコン中心元素に結合した作用基が分解)される可能性が減ることによって、シリコン添加剤の高温安全性が向上し、これによって、高温でシリコン添加剤が分解されてシリコン基板エッチング溶液が変色することを防ぐことができる。 At least one benzene ring bonded to the silicon central element of the silicon additive represented by Chemical Formula 1 or Chemical Formula 2 corresponds to a bulky functional group, and as a result, the silicon central element can be , can be relatively blocked compared to when a functional group with a small bulk is attached. In this case, the high-temperature safety of the silicone additive is improved by reducing the possibility that the silicone additive will decompose (e.g., functional groups bonded to the silicon center element will decompose) under harsh conditions (e.g., high temperature). This can prevent the silicon substrate etching solution from discoloring due to decomposition of the silicon additive at high temperatures.
本願におけるハロゲンは、フルオロ(-F)、クロロ(-Cl)、ブロモ(-Br)又はヨード(-I)を意味し、ハロアルキルは、上述したハロゲンで置換されたアルキルを意味する。例えば、ハロメチルは、メチルの水素のうち少なくとも一つがハロゲンに取り替えられたメチル(-CH2X、-CHX2又は-CX3)を意味する。 In this application, halogen means fluoro (-F), chloro (-Cl), bromo (-Br) or iodo (-I), and haloalkyl means an alkyl substituted with the above-mentioned halogen. For example, halomethyl means methyl in which at least one of the hydrogens of methyl is replaced with a halogen (-CH 2 X, -CHX 2 or -CX 3 ).
また、本願におけるアルコキシは、-O-(アルキル)基と-O-(非置換されたシクロアルキル)基を両方とも意味するものであって、一つ以上のエーテル基及び1~10個の炭素原子を有する直鎖または分鎖炭化水素である。 In addition, alkoxy in this application means both an -O- (alkyl) group and an -O- (unsubstituted cycloalkyl) group, and includes one or more ether groups and 1 to 10 carbon atoms. It is a straight or branched chain hydrocarbon having atoms.
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などを含むが、これに限定されものではない。 Specifically, methoxy, ethoxy, propoxy, isopropoxy, n-butoxy, tert-butoxy, sec-butoxy, n-pentoxy, n-hexoxy, 1,2-dimethylbutoxy, cyclopropyloxy, cyclobutyloxy, cyclopentyl Including, but not limited to, oxy, cyclohexyloxy, and the like.
Ra(ここで、aは、1~4から選択される定数)がアルケニル又はアルキニルであるとき、アルケニルのsp2-混成炭素又はアルキニルのsp-混成炭素が直接に結合するか、アルケニルのsp2-混成炭素又はアルキニルのsp-混成炭素に結合したアルキルのsp3-混成炭素によって間接に結合した形態であってもよい。 When R a (where a is a constant selected from 1 to 4) is alkenyl or alkynyl, the sp 2 -hybridized carbon of the alkenyl or the sp -hybridized carbon of the alkynyl is directly bonded, or the sp 2 -hybridized carbon of the alkenyl is directly bonded to It may be indirectly bonded through an sp 3 -hybridized carbon of an alkyl bonded to a 2 -hybridized carbon or an alkynyl sp - hybridized carbon.
本願におけるCa-Cb作用基は、a~b個の炭素原子を有する作用基を意味する。例えば、Ca-Cbアルキルは、a~b個の炭素原子を有する、直鎖アルキル及び分鎖アルキルなどを含む飽和脂肪族基を意味する。直鎖または分鎖アルキルは、これの主鎖に10個以下(例えば、C1-C10の直鎖、C3-C10の分鎖)、好ましくは4個以下、より好ましくは3個以下の炭素原子を有する。 A C a -C b functional group in this application means a functional group having a to b carbon atoms. For example, C a -C b alkyl refers to saturated aliphatic groups having a to b carbon atoms, including straight chain alkyls, branched chain alkyls, and the like. Straight chain or branched chain alkyl has 10 or less (e.g. C 1 -C 10 straight chain, C 3 -C 10 branched chain), preferably 4 or less, more preferably 3 or less in the main chain. carbon atoms.
具体的には、アルキルは、メチル、エチル、n-プロピル、i-プロピル、n-ブチル、s-ブチル、i-ブチル、t-ブチル、ペント-1-イル、ペント-2-イル、ペント-3-イル、3-メチルブト-1-イル、3-メチルブト-2-イル、2-メチルブト-2-イル、2,2,2-トリメチルエト-1-イル、n-ヘキシル、n-ヘプチル、及びn-オキチルであってもよい。 Specifically, alkyl includes methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl, n-butyl, s-butyl, i-butyl, t-butyl, pent-1-yl, pent-2-yl, pent- 3-yl, 3-methylbut-1-yl, 3-methylbut-2-yl, 2-methylbut-2-yl, 2,2,2-trimethyleth-1-yl, n-hexyl, n-heptyl, and It may also be n-oxytyl.
本願におけるアリールは、他に定義されない限り、単一環又は互いに接合又は共有結合で連結された多重環(好ましくは、1~4個の環)を含む不飽和芳香族性環を意味する。アリールの非制限的な例としては、フェニル、ビフェニル、o-テルフェニル(terphenyl)、m-テルフェニル、p-テルフェニル、1-ナプチル、2-ナプチル、1-アントリル(anthryl)、2-アントリル、9-アントリル、1-フェナントレニル(phenanthrenyl)、2-フェナントレニル、3-フェナントレニル、4-フェナントレニル、9-フェナントレニル、1-ピレニル、2-ピレニル、及び4-ピレニルなどがある。 Aryl in this application, unless otherwise defined, means an unsaturated aromatic ring containing a single ring or multiple rings (preferably 1 to 4 rings) connected to each other by conjugations or covalent bonds. Non-limiting examples of aryl include phenyl, biphenyl, o-terphenyl, m-terphenyl, p-terphenyl, 1-naptyl, 2-naptyl, 1-anthryl, 2-anthryl. , 9-anthryl, 1-phenanthrenyl, 2-phenanthrenyl, 3-phenanthrenyl, 4-phenanthrenyl, 9-phenanthrenyl, 1-pyrenyl, 2-pyrenyl, and 4-pyrenyl.
本願におけるヘテロアリールは、上記に定義されたアリール内の一つ以上の炭素原子が窒素、酸素又は硫黄のような非炭素原子で置換された作用基を意味する。 Heteroaryl in this application refers to a functional group in which one or more carbon atoms within the aryl defined above are replaced with a non-carbon atom such as nitrogen, oxygen or sulfur.
ヘテロアリールの非制限的な例としては、フリル(furyl)、テトラヒドロフリル、ピロリル(pyrrolyl)、ピロリジニル(pyrrolidinyl)、チエニル(thienyl)、テトラヒドロチエニル(tetrahydrothienyl)、オキサゾリル(oxazolyl)、アイソオキサゾリル(isoxazolyl)、トリアゾリル(triazolyl)、チアゾリル(thiazolyl)、アイソチアゾリル(isothiazolyl)、ピラゾリル(pyrazolyl)、ピラゾリジニル(pyrazolidinyl)、オキサジアゾリル(oxadiazolyl)、チアジアゾリル(thiadiazolyl)、イミダゾリル(imidazolyl)、イミダゾリニル(imidazolinyl)、ピリジル(pyridyl)、ピリダジイル(pyridaziyl)、トリアジニル(triazinyl)、ピペリジニル(piperidinyl)、モルホリニル(morpholinyl)、チオモルホリニル(thiomorpholinyl)、ピラジニル(pyrazinyl)、ピペライニル(piperainyl)、ピリミジニル(pyrimidinyl)、ナフチリジニル(naphthyridinyl)、ベンゾフラニル、ベンゾチエニル、インドリル(indolyl)、インドリニル、インドリジニル、インダゾリル(indazolyl)、キノリジニル、キノリニル、アイソキノリニル、シノリニル(cinnolinyl)、フタラジニル(phthalazinyl)、キナゾリニル、キノキサリニル、プテリジニル(pteridinyl)、キヌクリジニル(quinuclidinyl)、カバゾイル、アクリジニル、フェナジニル、フェノチジニル(phenothizinyl)、フェノキサジニル、フリニル、ベンズイミダゾリル(benzimidazolyl)、及びベンゾチアゾリルなどと、これらが接合した類似体がある。 Non-limiting examples of heteroaryl include furyl, tetrahydrofuryl, pyrrolyl, pyrrolidinyl, thienyl, tetrahydrothienyl, oxazolyl, iso- xazolyl ( isoxazolyl, triazolyl, thiazolyl, isothiazolyl, pyrazolyl, pyrazolidinyl, oxadiazolyl iazolyl), thiadiazolyl, imidazolyl, imidazolinyl, pyridyl ( pyridyl), pyridaziyl, triazinyl, piperidinyl, morpholinyl, thiomorpholinyl, pyrazinyl , piperainyl, pyrimidinyl, naphthyridinyl, benzofuranyl, Benzothienyl, indolyl, indolinyl, indolizinyl, indazolyl, quinolidinyl, quinolinyl, isoquinolinyl, cinnolinyl, phthalazinyl, quinazolinyl, quinoxalinyl, pteridinyl ridinyl), quinuclidinyl, cabazoyl, acridinyl , phenazinyl, phenothizinyl, phenoxazinyl, furinyl, benzimidazolyl, benzothiazolyl, and their conjugated analogues.
本願におけるアラルキルは、アリールがアルキルの炭素に置換された形態の作用基であって、-(CH2)nArの総称である。アラルキルの例として、ベンジル(-CH2C6H5)又はフェネチル(-CH2CH2C6H5)などがある。 Aralkyl in the present application is a functional group in which aryl is substituted on a carbon alkyl, and is a general term for -(CH 2 ) n Ar. Examples of aralkyl include benzyl (-CH 2 C 6 H 5 ) or phenethyl (-CH 2 CH 2 C 6 H 5 ).
本願におけるシクロアルキル(cycloalkyl)又はヘテロ原子を含むシクロアルキル(heterocycloalkyl)は、他に定義されない限り、それぞれアルキル又はヘテロアルキルの環状構造に理解されてもよい。 Cycloalkyl or heteroatom-containing cycloalkyl in this application, unless otherwise defined, may be understood as a cyclic structure of alkyl or heteroalkyl, respectively.
シクロアルキルの非制限的な例としては、シクロペンチル、シクロヘキシル、1-シクロヘキセニル、3-シクロヘキセニル、及びシクロヘプチルなどがある。 Non-limiting examples of cycloalkyl include cyclopentyl, cyclohexyl, 1-cyclohexenyl, 3-cyclohexenyl, and cycloheptyl.
ヘテロ原子を含むシクロアルキルの非制限的な例としては、1-(1,2,5,6-テトラヒドロピリジル)、1-ピペリジニル、2-ピペリジニル、3-ピペリジニル、4-モルホリニル、3-モルホリニル、テトラヒドロフラン-2-イル、テトラヒドロフラン-3-イル、テトラヒドロチエン-2-イル、テトラヒドロチエン-3-イル、1-ピペラジニル、及び2-ピペラジニルなどがある。 Non-limiting examples of cycloalkyl containing heteroatoms include 1-(1,2,5,6-tetrahydropyridyl), 1-piperidinyl, 2-piperidinyl, 3-piperidinyl, 4-morpholinyl, 3-morpholinyl, Examples include tetrahydrofuran-2-yl, tetrahydrofuran-3-yl, tetrahydrothien-2-yl, tetrahydrothien-3-yl, 1-piperazinyl, and 2-piperazinyl.
また、シクロアルキル又はヘテロ原子を含むシクロアルキルは、ここにシクロアルキル、ヘテロ原子を含むシクロアルキル、アリール又はヘテロアリールが接合するか、共有結合で連結された形態を有してもよい。 Further, cycloalkyl or cycloalkyl containing a hetero atom may have a form in which cycloalkyl, cycloalkyl containing a hetero atom, aryl or heteroaryl is joined or connected by a covalent bond.
上述したシリコン添加剤は、シリコン基板エッチング溶液のうち100~10,000ppm存在することが好ましい。仮に、化1で表されるシリコン添加剤と、化2で表されるシリコン添加剤がいずれも使用される場合、化1で表されるシリコン添加剤及び化2で表されるシリコン添加剤の含量の和が100~10,000ppm存在することが好ましい。 Preferably, the silicon additive described above is present in the silicon substrate etching solution in an amount of 100 to 10,000 ppm. If both the silicon additive represented by Chemical Formula 1 and the silicon additive represented by Chemical Formula 2 are used, the silicon additive represented by Chemical Formula 1 and the silicon additive represented by Chemical Formula 2 are Preferably, the sum of the contents is 100 to 10,000 ppm.
シリコン基板エッチング溶液のうちシリコン添加剤が100ppm未満で存在する場合、シリコン添加剤によるシリコン酸化膜の保護効果が微弱であり、シリコン酸化膜対シリコン窒化膜に対する選択比の増加効果が微弱であり得る。 When the silicon additive is present at less than 100 ppm in the silicon substrate etching solution, the effect of protecting the silicon oxide film by the silicon additive is weak, and the effect of increasing the selectivity of the silicon oxide film to the silicon nitride film may be weak. .
一方、シリコン基板エッチング溶液のうちシリコン添加剤の含量が10,000ppmを超える場合、シリコン基板エッチング溶液内に高くなったシリコン濃度に応じて、返ってシリコン窒化膜のエッチング速度が低下する問題が生じ得る。 On the other hand, if the content of the silicon additive in the silicon substrate etching solution exceeds 10,000 ppm, a problem arises in that the etching rate of the silicon nitride film decreases in response to the increased silicon concentration in the silicon substrate etching solution. obtain.
例えば、シリコン基板エッチング溶液のうち、化1で表されるシリコン添加剤の含量が500~2000ppmである場合、前記シリコン基板エッチング溶液のエッチング選択比(シリコン窒化膜のエッチング速度(Å/min)/シリコン酸化膜のエッチング速度(Å/min))は、300以上であってもよい。 For example, when the content of the silicon additive represented by chemical formula 1 in the silicon substrate etching solution is 500 to 2000 ppm, the etching selectivity of the silicon substrate etching solution (etching rate of silicon nitride film (Å/min)/ The etching rate (Å/min) of the silicon oxide film may be 300 or more.
また、シリコン基板エッチング溶液のうち、化2で表されるシリコン添加剤の含量が500~2000ppmである場合、前記シリコン基板エッチング溶液のエッチング選択比(シリコン窒化膜のエッチング速度(Å/min)/シリコン酸化膜のエッチング速度(Å/min))は、300以上であってもよい。 In addition, when the content of the silicon additive represented by chemical formula 2 in the silicon substrate etching solution is 500 to 2000 ppm, the etching selectivity of the silicon substrate etching solution (etching rate of silicon nitride film (Å/min)/ The etching rate (Å/min) of the silicon oxide film may be 300 or more.
本発明の一実施例によるシリコン基板エッチング溶液は、シリコン添加剤を使用することによって低下するシリコン窒化膜のエッチング速度を補償すると共に、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。 A silicon substrate etching solution according to an embodiment of the present invention includes a fluorine-containing compound to compensate for the silicon nitride film etching rate reduced by using silicon additives and to improve the efficiency of the overall etching process. It may further contain.
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 this 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 embodiment, the fluorine-containing compound is at least one selected from hydrogen fluoride, ammonium fluoride, ammonium bifluoride, 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。 Furthermore, in another example, 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てもよい。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, alkylammonium is ammonium having at least one alkyl group, and may have up to four alkyl groups. The definition of 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、アルキルモホリニウム、及びアルキルピペリジニウムから選択される有機系カチオンと、フルオロホスファート、フルオロアルキル-フルオロホスファート、フルオロボラート、及びフルオロアルキル-フルオロボラートから選択されるフッ素系アニオンとがイオン結合した形態のイオン性液体であってもよい。 In yet other examples, the fluorine-containing compound is alkylpyrrolium, alkylimidazolium, alkylpyrazolium, alkyloxazolium, alkylthiazolium, alkylpyridinium, alkylpyrimidinium, alkylpyridazinium, alkylpyrazolium, an organic cation selected from dinium, alkylpyrrolidinium, alkylphosphonium, alkylmophorinium, and alkylpiperidinium; and fluorophosphate, fluoroalkyl-fluorophosphate, fluoroborate, and fluoroalkyl-fluoroborate. The ionic liquid may be in the form of an ionic bond with a fluorine-based anion selected from lattice.
シリコン基板エッチング溶液のうち、フッ素含有化合物として通常使用されるフッ化水素又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。 Compared to hydrogen fluoride or ammonium fluoride, which are commonly used as fluorine-containing compounds in silicon substrate etching solutions, fluorine-containing compounds provided in the form of ionic liquids have higher boiling points and decomposition temperatures; It has the advantage that there is little risk of changing the composition of the etching solution due to decomposition during the etching process.
以下では、本発明の具体的な実施例を示す。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ず、これによって本発明が制限されてはならない。 Below, specific examples of the present invention will be shown. However, the examples described below are merely for specifically illustrating or explaining the present invention, and the present invention should not be limited thereby.
実験例1
シリコン基板エッチング溶液の組成
下記の表1には、実施例によるシリコン基板エッチング溶液の組成を示した。
Experimental example 1
Composition of Silicon Substrate Etching Solution Table 1 below shows the composition of the silicon substrate etching solution according to the example.
実施例1~実施例8によるシリコン基板エッチング溶液は、85重量%のリン酸と残量の水を含み、シリコン添加剤及びフッ素含有化合物は、表1に記載のppm単位で含む。 The silicon substrate etching solutions according to Examples 1 to 8 contain 85% by weight of phosphoric acid and the balance water, and contain silicon additives and fluorine-containing compounds in ppm as listed in Table 1.
実施例8は、フッ素含有化合物としてフッ化アンモニウムを用いた。 In Example 8, ammonium fluoride was used as the fluorine-containing compound.
実施例1~実施例8によるシリコン基板エッチング溶液に用いられたシリコン添加剤は、下記の表2に示した作用基を有する化1で表される。 The silicon additives used in the silicon substrate etching solutions according to Examples 1 to 8 are represented by Formula 1 having functional groups shown in Table 2 below.
[化1]
[Chemical formula 1]
下記の表3には、比較例によるシリコン基板エッチング溶液の組成を示した。 Table 3 below shows the composition of a silicon substrate etching solution according to a comparative example.
比較例1~比較例4によるシリコン基板エッチング溶液は、85重量%のリン酸と残量の水を含み、シリコン添加剤及び及びフッ素含有化合物は、表3に記載のppm単位で含む。 The silicon substrate etching solutions according to Comparative Examples 1 to 4 contain 85% by weight of phosphoric acid and the balance water, and contain silicon additives and fluorine-containing compounds in ppm as listed in Table 3.
比較例1は、シリコン添加剤を添加していないリン酸水溶液である。 Comparative Example 1 is a phosphoric acid aqueous solution to which no silicone additive is added.
比較例2は、シリコン添加剤としてテトラヒドロキシシランを用いた。 Comparative Example 2 used tetrahydroxysilane as the silicone additive.
比較例3は、シリコン添加剤として下記の化3で表される化合物を用いた。 Comparative Example 3 used a compound represented by the following chemical formula 3 as a silicon additive.
[化3]
[Chemical 3]
比較例4は、比較例3と同じシリコン添加剤を使用するものの、フッ素含有化合物としてフッ化アンモニウムを用いた。 Comparative Example 4 used the same silicon additive as Comparative Example 3, but used ammonium fluoride as the fluorine-containing compound.
シリコン基板エッチング溶液のエッチング特性及び高温安全性評価
各実施例及び比較例による組成を有するシリコン基板エッチング溶液を用いて、165℃でシリコン窒化膜及びシリコン酸化膜を5分間エッチングした。
Etching characteristics and high temperature safety evaluation of silicon substrate etching solution A silicon nitride film and a silicon oxide film were etched at 165° C. for 5 minutes using a silicon substrate etching solution having the composition according to each example and comparative example.
シリコン窒化膜及びシリコン酸化膜は、エッチング溶液に入れる前に平坦化作業を行っており、平坦化作業は、50質量%フッ酸を200:1に希釈した後、希釈フッ酸に30秒間浸漬して行った。 Silicon nitride films and silicon oxide films are planarized before being placed in an etching solution.The planarization work is performed by diluting 50% by mass hydrofluoric acid to 200:1 and then immersing the film in diluted hydrofluoric acid for 30 seconds. I went.
エッチング速度は、シリコン窒化膜及びシリコン酸化膜をそれぞれ165℃で5分間エッチングした後、エリプソメーターで分当たり平均エッチング量を計算した数値であり、エッチング選択比は、シリコン酸化膜のエッチング速度対シリコン窒化膜のエッチング速度の比を示す。 The etching rate is the value calculated by calculating the average etching amount per minute using an ellipsometer after etching the silicon nitride film and the silicon oxide film for 5 minutes at 165°C. The etching selectivity is the etching rate of the silicon oxide film versus the silicon It shows the ratio of etching rates of nitride films.
エッチング前のシリコン基板エッチング溶液は、透明な溶液であって、シリコン基板エッチング溶液の高温安全性を評価するために、エッチング後、シリコン基板エッチング溶液の変色可否を目視で確認した。 The silicon substrate etching solution before etching was a transparent solution, and in order to evaluate the high temperature safety of the silicon substrate etching solution, it was visually confirmed whether the silicon substrate etching solution changed color after etching.
評価結果は、下記の表4に示した。 The evaluation results are shown in Table 4 below.
表4を参照すれば、実施例1~実施例7の場合、比較例に比べて高いエッチング選択比を示すと共に、高温でもエッチング溶液の変色がないことを確認することができる。 Referring to Table 4, it can be confirmed that Examples 1 to 7 have a higher etching selectivity than the comparative example, and the etching solutions do not discolor even at high temperatures.
一方、シリコン添加剤を添加していないリン酸水溶液を用いた比較例1の場合、エッチング選択比が最も低いことを確認することができる。 On the other hand, in the case of Comparative Example 1 using a phosphoric acid aqueous solution to which no silicon additive was added, it can be confirmed that the etching selectivity was the lowest.
一方、一般に、シリコン添加剤として使用されるテトラヒドロキシシランをシリコン添加剤として使用した比較例2の場合、多少良好な水準のエッチング選択比を示すものの、エッチング後に黒い色に変色しており、これによって、高温のエッチング条件で安全性が低いことを確認することができる。 On the other hand, in the case of Comparative Example 2 in which tetrahydroxysilane, which is generally used as a silicon additive, was used as a silicon additive, although it showed a somewhat good level of etching selectivity, the color changed to black after etching. It can be confirmed that the safety is low under high temperature etching conditions.
また、比較例3の場合、シリコン元素に結合したベンゼン環は、いずれも水素元素で置換されており、この場合、エッチング溶液内にシリコン添加剤の溶解度を十分確保しにくいことがある。これによって、エッチング溶液のうちシリコン添加剤によるエッチング選択比の上昇効果が実施例に比べて微弱であることを確認することができる。 Furthermore, in the case of Comparative Example 3, all benzene rings bonded to the silicon element are substituted with hydrogen elements, and in this case, it may be difficult to ensure sufficient solubility of the silicon additive in the etching solution. This confirms that the effect of increasing the etching selectivity due to the silicon additive in the etching solution is weaker than in the example.
実施例8と比較例4の場合、フッ素含有化合物を用いることによって、シリコン酸化膜に対するエッチング速度が他の実施例及び比較例に比べて高いことを確認することができるが、比較例4に比べて、実施例8によるエッチング溶液のうちシリコン添加剤の高い含量によって、シリコン添加剤によるエッチング選択比の上昇効果が実施例8においてさらに高いことを確認することができる。 In the case of Example 8 and Comparative Example 4, it can be confirmed that by using a fluorine-containing compound, the etching rate for the silicon oxide film is higher than in other Examples and Comparative Examples. Therefore, it can be confirmed that, due to the high content of the silicon additive in the etching solution of Example 8, the effect of increasing the etching selectivity by the silicon additive is even higher in Example 8.
実験例2
シリコン基板エッチング溶液の組成
下記の表5には、実施例によるシリコン基板エッチング溶液の組成を示した。
Experimental example 2
Composition of Silicon Substrate Etching Solution Table 5 below shows the composition of the silicon substrate etching solution according to the example.
実施例9~実施例16によるシリコン基板エッチング溶液は、85重量%のリン酸と残量の水を含み、シリコン添加剤及びフッ素含有化合物は、表5に記載のppm単位で含む。 The silicon substrate etching solutions according to Examples 9 to 16 contain 85% by weight phosphoric acid and the balance water, and silicon additives and fluorine-containing compounds in ppm as listed in Table 5.
実施例16は、フッ素含有化合物としてフッ化水素を用いた。 In Example 16, hydrogen fluoride was used as the fluorine-containing compound.
実施例9~実施例16によるシリコン基板エッチング溶液に用いられたシリコン添加剤は、下記の表6に示した作用基を有する化2で表される。 The silicon additive used in the silicon substrate etching solutions according to Examples 9 to 16 is represented by Formula 2 having functional groups shown in Table 6 below.
[化2]
[Chemical 2]
下記の表7には、比較例によるシリコン基板エッチング溶液の組成を示した。 Table 7 below shows the composition of a silicon substrate etching solution according to a comparative example.
比較例5~比較例8によるシリコン基板エッチング溶液は、85重量%のリン酸と残量の水を含み、シリコン添加剤及び及びフッ素含有化合物は、表7に記載のppm単位で含む。 The silicon substrate etching solutions according to Comparative Examples 5 to 8 contain 85% by weight of phosphoric acid and the balance water, and contain silicon additives and fluorine-containing compounds in ppm as listed in Table 7.
比較例5は、シリコン添加剤を添加していないリン酸水溶液である。 Comparative Example 5 is a phosphoric acid aqueous solution to which no silicone additive is added.
比較例6は、シリコン添加剤として3-アミノプロピルトリヒドロキシシランを用いた。 Comparative Example 6 used 3-aminopropyltrihydroxysilane as the silicone additive.
比較例7は、シリコン添加剤として下記の化4で表される化合物を用いた。 Comparative Example 7 used a compound represented by the following chemical formula 4 as a silicon additive.
[化4]
[C4]
比較例8は、比較例7と同じシリコン添加剤を使用するものの、フッ素含有化合物としてフッ化水素を用いた。 Comparative Example 8 used the same silicone additive as Comparative Example 7, but used hydrogen fluoride as the fluorine-containing compound.
シリコン基板エッチング溶液のエッチング特性及び高温安全性評価
各実施例及び比較例による組成を有するシリコン基板エッチング溶液を用いて、165℃でシリコン窒化膜及びシリコン酸化膜を5分間エッチングした。
Etching characteristics and high temperature safety evaluation of silicon substrate etching solution A silicon nitride film and a silicon oxide film were etched at 165° C. for 5 minutes using a silicon substrate etching solution having the composition according to each example and comparative example.
シリコン窒化膜及びシリコン酸化膜は、エッチング溶液に入れる前に平坦化作業を行っており、平坦化作業は、50質量%フッ酸を200:1に希釈した後、希釈フッ酸に30秒間浸漬して行った。 Silicon nitride films and silicon oxide films are planarized before being placed in an etching solution.The planarization work is performed by diluting 50% by mass hydrofluoric acid to 200:1 and then immersing the film in diluted hydrofluoric acid for 30 seconds. I went.
エッチング速度は、シリコン窒化膜及びシリコン酸化膜をそれぞれ165℃で5分間エッチングした後、エリプソメーターで分当たり平均エッチング量を計算した数値であり、エッチング選択比は、シリコン酸化膜のエッチング速度対シリコン窒化膜のエッチング速度の比を示す。 The etching rate is the value calculated by calculating the average etching amount per minute using an ellipsometer after etching the silicon nitride film and the silicon oxide film for 5 minutes at 165°C. The etching selectivity is the etching rate of the silicon oxide film versus the silicon It shows the ratio of etching rates of nitride films.
エッチング前のシリコン基板エッチング溶液は、透明な溶液であって、シリコン基板エッチング溶液の高温安全性を評価するために、エッチング後、シリコン基板エッチング溶液の変色可否を目視で確認した。 The silicon substrate etching solution before etching was a transparent solution, and in order to evaluate the high temperature safety of the silicon substrate etching solution, it was visually confirmed whether the silicon substrate etching solution changed color after etching.
評価結果は、下記の表8に示した。 The evaluation results are shown in Table 8 below.
表8を参照すれば、実施例9~実施例16の場合、比較例に比べて高いエッチング選択比を示すと共に、高温でもエッチング溶液の変色がないことを確認することができる。 Referring to Table 8, it can be confirmed that Examples 9 to 16 have higher etching selectivity than the comparative example, and the etching solutions do not discolor even at high temperatures.
一方、シリコン添加剤を添加していないリン酸水溶液を用いた比較例5の場合、エッチング選択比が最も低いことを確認することができる。 On the other hand, in the case of Comparative Example 5 using a phosphoric acid aqueous solution to which no silicone additive was added, it can be confirmed that the etching selectivity was the lowest.
一方、一般に、シリコン添加剤として使用される3-アミノプロピルトリヒドロキシシランをシリコン添加剤として使用した比較例6の場合、多少良好な水準のエッチング選択比を示すものの、エッチング後、黒い色に変色しており、これによって、高温のエッチング条件で安全性が低いことを確認することができる。 On the other hand, in the case of Comparative Example 6 in which 3-aminopropyltrihydroxysilane, which is generally used as a silicone additive, was used as a silicone additive, although it showed a somewhat good level of etching selectivity, the color changed to black after etching. This confirms that the safety is low under high-temperature etching conditions.
また、比較例7の場合、シリコン元素に結合したベンゼン環は、いずれも水素元素で置換されており、この場合、エッチング溶液内にシリコン添加剤の溶解度を十分確保しにくいことがある。これによって、エッチング溶液のうちシリコン添加剤によるエッチング選択比の上昇効果が実施例に比べて微弱であることを確認することができる。 Furthermore, in the case of Comparative Example 7, all benzene rings bonded to the silicon element are substituted with hydrogen elements, and in this case, it may be difficult to ensure sufficient solubility of the silicon additive in the etching solution. This confirms that the effect of increasing the etching selectivity due to the silicon additive in the etching solution is weaker than in the example.
実施例16と比較例8の場合、フッ素含有化合物を用いることによって、シリコン酸化膜に対するエッチング速度が他の実施例及び比較例に比べて高いことを確認することができるが、比較例8に比べて実施例16によるエッチング溶液のうちシリコン添加剤の高い含量によって、シリコン添加剤によるエッチング選択比の上昇効果が実施例16においてさらに高いことを確認することができる。 In the case of Example 16 and Comparative Example 8, it can be confirmed that by using a fluorine-containing compound, the etching rate for the silicon oxide film is higher than in other Examples and Comparative Examples. It can be confirmed that the silicon additive has a higher effect of increasing the etching selectivity in Example 16 due to the higher content of the silicon additive in the etching solution of Example 16.
以上、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ば、特許請求の範囲に記載した本発明の思想から脱しない範囲内で、構成要素の付加、変更、削除又は追加などによって本発明を多様に修正及び変更することができ、これも本発明の権利範囲内に含まれる。
Although one embodiment of the present invention has been described above, a person having ordinary knowledge in the technical field will be able to add or add constituent elements without departing from the spirit of the present invention as described in the claims. The present invention can be modified and modified in various ways through changes, deletions, additions, etc., and these are also within the scope of the present invention.
Claims (8)
下記の化1及び化2で表される化合物のうち少なくとも一つを含むシリコン添加剤;
を含む、
シリコン基板エッチング溶液:
R3は、水素、C1-C10アルキル、C6-C12シクロアルキル、少なくとも一つのヘテロ原子を含むC2-C10ヘテロアルキル、C2-C10アルケニル、C2-C10アルキニル、C1-C10ハロアルキル、C1-C10アミノアルキル、アリール、ヘテロアリール、及びアラルキルから選択される作用基であり、
X、Y及びZは、それぞれ独立に水素、硫酸塩、リン酸塩、酢酸塩、ハロゲン、及びニトロから選択される作用基であり、このとき、X、Y及びZのうち少なくとも一つは、水素ではないし、
nは、1~3の間の定数である。 phosphoric acid; and
A silicone additive containing at least one of the compounds represented by the following chemical formulas 1 and 2;
including,
Silicon substrate etching solution:
R 3 is hydrogen, C 1 -C 10 alkyl, C 6 -C 12 cycloalkyl, C 2 -C 10 heteroalkyl containing at least one heteroatom, C 2 -C 10 alkenyl, C 2 -C 10 alkynyl, a functional group selected from C 1 -C 10 haloalkyl, C 1 -C 10 aminoalkyl, aryl, heteroaryl, and aralkyl;
X, Y, and Z are each independently a functional group selected from hydrogen, sulfate, phosphate, acetate, halogen, and nitro , and at least one of X, Y, and Z is It's not hydrogen,
n is a constant between 1 and 3.
請求項1に記載のシリコン基板エッチング溶液。 The silicon additive is contained in the silicon substrate etching solution in an amount of 100 to 10,000 ppm.
The silicon substrate etching solution according to claim 1.
請求項1に記載のシリコン基板エッチング溶液。 When the content of the silicon additive represented by chemical formula 1 in the silicon substrate etching solution is 500 to 2000 ppm, the etching selectivity of the silicon substrate etching solution (etching rate of silicon nitride film (Å/min)/silicon The etching rate (Å/min) of the oxide film is 300 or more,
The silicon substrate etching solution according to claim 1 .
請求項1に記載のシリコン基板エッチング溶液。 When the content of the silicon additive represented by chemical formula 2 in the silicon substrate etching solution is 500 to 2000 ppm, the etching selectivity of the silicon substrate etching solution (etching rate of silicon nitride film (Å/min)/silicon The etching rate (Å/min) of the oxide film is 300 or more,
The silicon substrate etching solution according to claim 1 .
請求項1に記載のシリコン基板エッチング溶液。 further comprising at least one fluorine-containing compound selected from hydrogen fluoride, ammonium fluoride, ammonium bifluoride, and ammonium hydrogen fluoride;
The silicon substrate etching solution according to claim 1.
請求項1に記載のシリコン基板エッチング溶液。 further comprising a fluorine-containing compound having an ionic bond between an organic cation and a fluorine anion;
The silicon substrate etching solution according to claim 1.
請求項6に記載のシリコン基板エッチング溶液。 The organic cations include alkyl ammonium, alkylpyrrolium, alkylimidazolium, alkylpyrazolium, alkyloxazolium, alkylthiazolium, alkylpyridinium, alkylpyrimidinium, alkylpyridazinium, and alkylpyrazinium. , alkylpyrrolidinium, alkylphosphonium, alkylmophorinium, and alkylpiperidinium,
The silicon substrate etching solution according to claim 6 .
請求項6に記載のシリコン基板エッチング溶液。 The fluorinated anion is selected from fluoride, fluorophosphate, fluoroalkyl-fluorophosphate, fluoroborate, and fluoroalkyl-fluoroborate.
The silicon substrate etching solution according to claim 6 .
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