JPS6219509B2 - - Google Patents

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JPS6219509B2
JPS6219509B2 JP58147213A JP14721383A JPS6219509B2 JP S6219509 B2 JPS6219509 B2 JP S6219509B2 JP 58147213 A JP58147213 A JP 58147213A JP 14721383 A JP14721383 A JP 14721383A JP S6219509 B2 JPS6219509 B2 JP S6219509B2
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etching
salt
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carboxylic acid
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JP58147213A
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JPS6039176A (ja
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Hisanori Enjo
Koji Tamura
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Daikin Industries Ltd
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Daikin Kogyo Co Ltd
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F1/00—Etching metallic material by chemical means
    • C23F1/10—Etching compositions
    • C23F1/14—Aqueous compositions
    • C23F1/16—Acidic compositions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K13/00—Etching, surface-brightening or pickling compositions
    • C09K13/04—Etching, surface-brightening or pickling compositions containing an inorganic acid
    • C09K13/08—Etching, surface-brightening or pickling compositions containing an inorganic acid containing a fluorine compound
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
    • H01L21/31105—Etching inorganic layers
    • H01L21/31111—Etching inorganic layers by chemical means

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は、エツチング剤組成物に関し、更に詳
しくは特定の含フツ素界面活性剤を含有して成る
エツチング剤組成物に関する。 半導体シリコン酸化膜を湿式でエツチングする
場合、現在、エツング剤として通常のフツ化水素
酸やフツ化水素酸にフツ化アンモニウムを混合し
て使用する方法が行なわれている。このフツ化ア
ンモニウムは、エツチング速度を調節し、さらに
フツ化水素酸の濃度が変化してもエツチング速度
を安定化するなどの働きをなすものであり、通
常、50％フツ化水素酸１重量部に対して40％フツ
化アンモニウム水溶液５重量部以上の割合で使用
される。しかしながら、フツ化アンモニウムがこ
のように多量に混合されると、エツチング液の表
面張力が高くなる為に被エツチングシリコン半導
体やレジスト膜上での濡れ性が極めて悪くなると
いう問題がある。これは、主に集積回路などにお
いて極めて微細で複雑なエツチングを要する場
合、レジスト膜につくられた微細な間隙にエツチ
ング液が入り込み難いことに起因する不都合を生
じる。 このため、従来からウエツトエツチング処理の
前処理としてアルコール処理、界面活性剤処理を
行い、レジスト膜とエツチング液の濡れ性を改良
する方法が行なわれている。 そこで、この前処理を省略するため、界面活性
剤により、フツ化アンモニウムを含むエツチング
液の表面張力を低下させることが考えられるが、
フツ化アンモニウムは界面活性剤の溶解性を極め
て悪くする為、使用できる界面活性剤の種類は非
常に限定されることがわかつている。 この様な問題を解決する目的で提案された組成
物として、特開昭58−53980号公報に開示された
組成物などがあるが、その後の詳細な研究の結
果、これら組成物は、調製直後には低表面張力を
呈するものの、静置すると、液内部の組成物と表
層部の組成物とでは表面張力に相違が生じ、経時
により液内部の組成物の表面張力が上昇する現
象、すなわち界面活性剤の分離現象が生じること
が明らかになつた。この様な現象が生じると、界
面活性剤添加の本来の効果が発揮されず、たとえ
ば半導体シリコン酸化膜に完全にエツチングされ
ない部分（エツチングむら）が発生する。この分
離現象が生じた場合でも、再び撹拌すると組成物
全体の表面張力は均一となり、調製直後の値に復
元することから、容易に再分散は可能であるが、
使用に際し余分な作業を要するので好ましくな
い。 この様な欠点を改善するため、本発明者らは鋭
意研究を行つた結果、ある種の含フツ素カルボン
酸およびその塩を界面活性剤として用いると、フ
ツ化水素、フツ化アンモニウムおよび水から成る
組成物に濁り、曇りを生じず、透明に溶解するこ
とは勿論、その組成物の表面張力を十分に低下
し、しかも調製後長期間静置保持しても界面活性
剤の分離現象が生じることなく、従つて調製後長
期間静置保持した組成物であつても、組成物全体
の表面張力が均一となつているため、そのままの
状態で使用しても前記従来法のようなエツチング
むらを発生しないことを見い出し、本発明を完成
するに至つた。 すなわち、本発明の要旨は、フツ化水素、フツ
化アンモニウム、含フツ素カルボン酸またはその
塩から成る含フツ素界面活性剤および水を含むこ
とを特徴とするエツチング剤組成物に存する。 含フツ素カルボン酸としては、一般式： Rf COOH ［式中、Rfは炭素数３〜20の含フツ素炭化水素基
を表わす。］ で示されるカルボン酸が特に好ましい。 Rfで示される含フツ素炭化水素基とは、フツ
素を含む、飽和または不飽和の、直鎖状または分
枝状の、置換または非置換の炭化水素基をいう
が、炭素―炭素結合間に酸素原子が介在している
ものも包含する。好ましい含フツ素炭化水素基
は、炭素数が３〜20、より好ましくは５〜９であ
り、および／または基中に炭素数以上のフツ素を
有する基である。 含フツ素カルボン酸と塩を形成する塩基として
は、一般式： NR1R2R3 ［式中、R1、R2およびR3は、同一または異なる水
素、炭素数１〜５のアルキルまたはヒドロキシア
ルキルを表わす。］ で示されるアンモニアおよび脂肪族アミンが例示
できる。 なお、塩基として、水酸化ナトリウム、水酸化
カリウム、水酸化カルシウムなどの金属イオンを
含有する塩基を使用することは、エツング工程を
経て製造される半導体製品の電気的特性に悪影響
を及ぼす危険性があり、好ましくない。 使用しうる塩基のうち、アンモニアは、界面活
性剤の溶解性、表面張力低下性能の面からも、ま
た被エツチング材料への影響がないという点から
最も好ましい。 本発明で用いられる好ましい含フツ素カルボン
酸およびその塩を例示すれば、次の通りである： CF3（CF2）nCOOH、 （CF3）2CF（CF2）nCOOH、 HCF2（CF2）nCOOH、 CF3（CF2）ｎ（CH2）mCOOH、 CF3（CF2）nCF＝CH（CH2）mCOOH、 Cl（CF2CFCl）pCF2COOH、 ［ただし、ｎは〜17、ｍは１〜２、ｐは１〜９の
数である。］ および、これらとNH3、（CH3）3N、
（C2H5）2NH、C3H8NH2、NH2CH2CH2OHまたは
NH（CH2CH2OH）2との塩。 本発明で用いる界面活性剤は、分子中にカリウ
ム、ナトリウム、カルシウムなどの金属を含有し
ていないので半導体材料に電気的悪影響を及ぼす
恐れのないものである。 本発明のエツング剤組成物の調製は、各成分を
混合するだけでよく、その添加順序には制限はな
い。たとえばフツ化水素酸またはフツ化アンモニ
ウム水溶液のいずれか一方に含フツ素カルボン酸
またはその塩の必要量を溶解させた後、他方を混
合させる方法、あるいはフツ化水素酸とフツ化ア
ンモニウム水溶液を予め混合し、これに含フツ素
カルボン酸またはその塩の必要量を添加、溶解す
る方法によつても調製することができる。さら
に、これらの方法以外に、水、フツ化水素酸もし
くはフツ化アンモニウム水溶液またはこれらの２
または３成分混合液に、必要反応成分を添加して
液中での反応により上記界面活性剤を生成させる
方法も当然含まれる。この方法には、たとえばカ
ルボン酸フツ化物を水およびフツ化水素酸およ
び／またはフツ化アンモニウム水溶液に添加する
ことにより加水分解反応を経て液中にカルボン酸
とフツ化水素酸を生成させる方法がある。 なお、添加する界面活性剤は単一である必要は
なく、複数のものを併用してもよい。 本発明において、界面活性剤の添加量は、通常
全組成物に対して0.0001〜１重量％、好ましくは
0.001〜0.1重量％である。界面活性剤の量が上記
下限より少なければ添加の効果がほとんど認めら
れず、一方１重量％より多く添加してもそれに見
合う効果が得られず、下利である。 フツ化水素酸とフツ化アンモニウムの割合は、
従来の通りでよく、たとえば50％フツ化水素酸１
重量部に対して40％フツ化アンモニウム５重量部
以上の割合が適当である。 本発明のエツチング剤組成物は、フツ化水素酸
およびフツ化アンモニウムを配合したエツチング
液に含フツ素カルボン酸またはその塩を含有させ
ることにより、該エツチング剤の利点を全く損う
ことなく、調製後、長期間静置保持した組成物を
そのまま使用する場合にあつても半導体基板上の
各種膜表面に対する濡れ性を好ましく改良したも
のであり、これにより微細なレジスト膜の間隙へ
浸透しやすくしたものである。従つて、微細なパ
ターンのエツチングにおいて、エツチングむらが
無くなり、レジスト膜の狭い間隙と広い間隙を有
する被エツチング材料でも同じエツチング速度で
処理することができるという注目すべき利点を有
する。本発明の組成物は、さらにエツチング操作
の障害となるような泡立ちもなく、被エツチング
膜表面にゴミを集めず、さらに界面活性剤を添加
することによりシリコン酸化膜のエツチレートに
変化を与えないなどの利点を有する。 本発明のエツチング剤組成物は、上述の様に濡
れ性が良いため、鏡面ウエハの全面エツチングに
使用した場合にも均一なエツチングが行えるとい
う効果をも有する。 次に、実施例および比較例を示し、本発明を詳
細に説明する。なお、％は重量％を意味する。 実施例１〜４および比較例１〜６ （表面張力試験および外観試験） 50％フツ化水素酸および40重量％フツ化アンモ
ニウム水溶液および必要に応じ純水を種々の混合
比率で混合した溶液に、第１表に示す各種界面活
性剤を添加し、エツチング剤組成物を調製した。 該組成物を室温下に静置、保持し、所定時間後
に液内部からサンプリングを行い、表面張力の経
時変化を測定した。 サンプリングは20mlプラスチツク注射筒にプラ
スチツクチユーブを取りつけた器具を用いて行
い、液を内容量50mlのポリテトラフルオロエチレ
ン製平底容器にとり、25℃においてデイニユイ式
表面張力計により表面張力を測定した。 界面活性剤を含まない時の表面張力値（ブラン
ク）および外観と共に、測定結果を第１表に示
す。
【表】 比較例１〜３に示す一般的な炭化水素系の界面
活性剤では、曇りや沈降物が生じ、微細なゴミが
問題とされる半導体用エツチング剤としては全く
不適である。又、比較例４〜６に示す含フツ素界
面活性剤の場合は、調製直後は低い表面張力を示
すものの、静置保持により界面活性剤の分離現象
を呈することがわかる。 これに比べ、実施例１〜４に示す含フツ素カル
ボン酸およびその塩は、極めて大きな表面張力低
下能を示すのみならず、組成物を静置保持して
も、曇り、濁り、沈降物発生などの異常は全くみ
られず、表面張力についても液各部で不均一性は
みられず、経時変化はない。 実施例５〜８および比較例７〜８ （エツチング試験） 熱酸化法により厚さ3000ÅのSiO2膜を形成し
た直径50mmのシリコンウエハ上に、常法により厚
さ8000Åのポジ型レジスト膜を形成し、これに
1.5μ×1.5μの正方形のウインド状パターンを
100個作成した。 このウエハを、50％フツ化水素酸と40％フツ化
アンモニウム水溶液（重量比１：６）に第２表に
示す界面活性剤200ppmを添加して調製し、１ケ
月静置保持したエツチング液１中に25℃で４分
間浸漬した後、純水で十分洗浄した。 乾燥後、その表面を顕微鏡で観察し、完全にエ
ツチングされていない穴の割合（エツチングむ
ら）を測定し、ウエハ面上への濡れ性および微細
なパターンへの浸透性の目安とした。 結果を第２表に示す。
【表】

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ フツ化水素、フツ化アンモニウム、含フツ素
    カルボン酸またはその塩から成る含フツ素界面活
    性剤および水を含むことを特徴とするエツチング
    剤組成物。 ２ 含フツ素カルボン酸が、一般式： Rf COOH ［式中、Rfは炭素数３〜20、好ましくは５〜９の
    含フツ素炭化水素基を表わす。］ で示される化合物である特許請求の範囲第１項記
    載の組成物。 ３ 界面活性剤の合計添加量が、全組成物に対し
    て0.0001〜１重量％である特許請求の範囲第１項
    または第２項記載の組成物。 ４ カルボン酸の塩が、一般式： NR1R2R3 ［式中、R1、R2およびR3は、同一または異なる水
    素、炭素数１〜５のアルキルまたはヒドロキシア
    ルキルを表わす。］ で示される化合物との塩である特許請求の範囲第
    １項記載の組成物。 ５ カルボン酸の塩が、アンモニアとの塩である
    特許請求の範囲第１項記載の組成物。
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