JPWO2019230833A1 - Etching method of silicon semiconductor substrate, manufacturing method of semiconductor device and etching solution - Google Patents
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Abstract
本発明のシリコン半導体基板のエッチング方法は、シリコン半導体基板の表面に、貴金属層を含む触媒層を形成する工程と、前記触媒層が表面に形成されたシリコン半導体基板を、フッ化水素酸、酸化剤、および0ppm超、5ppm以下の界面活性剤を含むエッチング液に浸漬させる工程とを含む。The etching method for a silicon semiconductor substrate of the present invention includes a step of forming a catalyst layer containing a noble metal layer on the surface of the silicon semiconductor substrate, and hydrofluoric acid and oxidation of the silicon semiconductor substrate on which the catalyst layer is formed on the surface. It includes a step of immersing the agent and an etching solution containing a surfactant of more than 0 ppm and less than 5 ppm.
Description
本発明は、シリコン半導体基板のエッチング方法、半導体装置の製造方法およびエッチング液に関する。 The present invention relates to an etching method for a silicon semiconductor substrate, a method for manufacturing a semiconductor device, and an etching solution.
半導体装置の製造工程において、電極形成を目的に、例えばシリコン半導体基板に対し、深掘りエッチングを行って微細なビアホールを形成することが行われる。以下では、エッチングにより形成されたビアホール等の孔を「エッチング孔」ということがある。深堀りエッチングの方法として、深反応性イオンエッチング(DRIE:Deep Reactive Ion Etching)が挙げられる。深反応性イオンエッチングは、シリコン半導体基板の表面に対して垂直に円筒状孔を形成できる技術であるが、エッチングを真空下で行う必要があり、反応性ガスを用いる必要もあることから高コストを招く。また、エッチング工程と、エッチング箇所の保護工程とを繰り返し行うことが必要であるため、生産性が低い、すなわち低スループットであるとの問題がある。更に、エッチングして得られた円筒状孔の側壁がスキャロップ状になるといった問題もある。 In the manufacturing process of a semiconductor device, for the purpose of forming electrodes, for example, a silicon semiconductor substrate is deeply etched to form fine via holes. In the following, holes such as via holes formed by etching may be referred to as “etched holes”. As a method of deep digging etching, deep reactive ion etching (DRIE: Deep Reactive Ion Etching) can be mentioned. Deep reactive ion etching is a technology that can form cylindrical holes perpendicular to the surface of a silicon semiconductor substrate, but it is expensive because etching needs to be performed under vacuum and reactive gas must be used. Invite. Further, since it is necessary to repeat the etching step and the protection step of the etching portion, there is a problem that the productivity is low, that is, the throughput is low. Further, there is a problem that the side wall of the cylindrical hole obtained by etching becomes scalloped.
上記深堀りエッチングの他の方法として、近年、メタルアシストエッチング法が開発されている。メタルアシストエッチング法は、シリコン半導体基板の表面に、所望のエッチング形状の触媒パターンを形成したのち、この触媒パターンの形成されたシリコン半導体基板を、フッ化水素酸(HF)と酸化剤を含むエッチング液に浸漬させる方法である。エッチング液に浸漬させたときに、シリコン半導体基板のうち触媒パターンと接している部分が優先的にエッチングされ、触媒はエッチングの進行とともに下方へ移動する。その結果、シリコン半導体基板の深さ方向にビアホール等を形成することができる。 In recent years, a metal-assisted etching method has been developed as another method for deep-drilling etching. In the metal assist etching method, a catalyst pattern having a desired etching shape is formed on the surface of a silicon semiconductor substrate, and then the silicon semiconductor substrate on which the catalyst pattern is formed is etched containing hydrofluoric acid (HF) and an oxidizing agent. This is a method of immersing in a liquid. When immersed in the etching solution, the portion of the silicon semiconductor substrate in contact with the catalyst pattern is preferentially etched, and the catalyst moves downward as the etching progresses. As a result, via holes and the like can be formed in the depth direction of the silicon semiconductor substrate.
上記メタルアシストエッチング法として、例えば特許文献1には、半導体からなる構造物上に、貴金属からなる触媒層を形成することと、前記構造物を、フッ化水素酸と酸化剤と有機添加剤とを含んだエッチング液中に浸漬させて、前記構造物のうち前記触媒層と接している部分を除去することとを含んだエッチング方法が示されている。
As the metal-assisted etching method, for example, in
前記メタルアシストエッチング法で、シリコン半導体基板に対して高アスペクト比の貫通または非貫通の微細孔を製造する場合に、シリコン半導体基板の表面に対して垂直にエッチングされず、エッチング孔の中心軸が、垂直方向から逸れる場合があった。特に、複数のエッチング孔を同時に形成する場合、幾つかの孔で上記不具合が生じることがあった。 When producing penetrating or non-penetrating micropores having a high aspect ratio with respect to a silicon semiconductor substrate by the metal assist etching method, the etching is not performed perpendicularly to the surface of the silicon semiconductor substrate, and the central axis of the etching holes is , Sometimes deviated from the vertical direction. In particular, when a plurality of etching holes are formed at the same time, the above-mentioned problems may occur in some of the holes.
ところで、メタルアシストエッチング法には、半導体装置の製造方法に採用するにあたり、エッチングレートが高く、高い生産性(高スループット)に寄与することも求められる。本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、シリコン半導体基板の表面に対して垂直に、高アスペクト比の微細孔を、生産性よく形成することのできるエッチング方法と、該エッチング方法で使用するエッチング液と、前記エッチング方法を含む半導体装置の製造方法を提供することにある。 By the way, the metal assist etching method is also required to have a high etching rate and contribute to high productivity (high throughput) when it is adopted in a method for manufacturing a semiconductor device. The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is an etching method capable of forming fine holes having a high aspect ratio in a productive manner perpendicular to the surface of a silicon semiconductor substrate. An object of the present invention is to provide an etching solution used in the etching method and a method for manufacturing a semiconductor device including the etching method.
本発明の態様1は、シリコン半導体基板の表面に、貴金属層を含む触媒層を形成する工程と、前記触媒層が表面に形成されたシリコン半導体基板を、フッ化水素酸、酸化剤、および0ppm超、5ppm以下の界面活性剤を含むエッチング液に浸漬させる工程と、を含むシリコン半導体基板のエッチング方法である。
In
本発明の態様2は、前記界面活性剤が、イオン性界面活性剤である態様1に記載のシリコン半導体基板のエッチング方法である。
本発明の態様3は、前記エッチング液が、前記界面活性剤を0.01ppm以上含む態様1または態様2に記載のシリコン半導体基板のエッチング方法である。
本発明の態様4は、前記エッチング液の温度が、0℃以上、80℃以下である態様1〜3のいずれかに記載のシリコン半導体基板のエッチング方法である。
本発明の態様5は、前記触媒層が、厚さ方向に貫通した孔を1個以上有する単位触媒層が1つまたは複数が互いに接することなく、シリコン半導体基板の表面に配置されたものである態様1〜4のいずれかに記載のシリコン半導体基板のエッチング方法である。
In
本発明の態様6は、前記単位触媒層が、円相当直径1ミクロン以上、10000ミクロン以下である態様1〜5のいずれかに記載のシリコン半導体基板のエッチング方法である。
Aspect 6 of the present invention is the method for etching a silicon semiconductor substrate according to any one of
本発明の態様7は、前記単位触媒層の厚さ方向に貫通した孔が、円相当直径5nm以上、10000nm以下である態様1〜6のいずれかに記載のシリコン半導体基板のエッチング方法である。
Aspect 7 of the present invention is the etching method for a silicon semiconductor substrate according to any one of
本発明の態様8は、態様1〜7のいずれかに記載のエッチング方法によりシリコン半導体基板をエッチングする工程を含む半導体装置の製造方法である。
Aspect 8 of the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device including a step of etching a silicon semiconductor substrate by the etching method according to any one of
本発明の態様9は、シリコン半導体基板のエッチングに用いるエッチング液であって、フッ化水素酸、酸化剤、および0ppm超、5ppm以下の界面活性剤を含むエッチング液である。 Aspect 9 of the present invention is an etching solution used for etching a silicon semiconductor substrate, which contains hydrofluoric acid, an oxidizing agent, and a surfactant of more than 0 ppm and not more than 5 ppm.
本発明の態様10は、前記界面活性剤が、イオン性界面活性剤である態様9に記載のエッチング液である。
本発明の態様11は、前記界面活性剤を0.01ppm以上含む態様9または10に記載のエッチング液である。
Aspect 11 of the present invention is the etching solution according to
本発明の態様12は、前記界面活性剤の分子量が、100以上、20000以下である態様9〜11のいずれかに記載のエッチング液である。 Aspect 12 of the present invention is the etching solution according to any one of aspects 9 to 11, wherein the surface active agent has a molecular weight of 100 or more and 20000 or less.
本発明の態様13は、前記酸化剤が、過酸化水素、硝酸、AgNO3、KAuCl4、HAuCl4、K2PtCl6、H2PtCl6、Fe(NO3)3、Ni(NO3)2、Mg(NO3)2、Na2S2O8、K2S2O8、KMnO4、及びK2Cr2O7よりなる群から選択される1以上である態様9〜12のいずれかに記載のエッチング液である。In aspect 13 of the present invention, the oxidizing agents are hydrogen peroxide, nitric acid, AgNO 3 , KAuCl 4 , HAuCl 4 , K 2 PtCl 6 , H 2 PtCl 6 , Fe (NO 3 ) 3 , Ni (NO 3 ) 2. , Mg (NO 3 ) 2 , Na 2 S 2 O 8 , K 2 S 2 O 8 , KMnO 4 , and K 2 Cr 2 O 7, which is one or more selected from the group consisting of 1 or more. The etching solution according to.
本発明の態様14は、前記フッ化水素酸の濃度が、0.1mol/L以上、20mol/L以下である態様9〜13のいずれかに記載のエッチング液である。 Aspect 14 of the present invention is the etching solution according to any one of Aspects 9 to 13, wherein the concentration of hydrofluoric acid is 0.1 mol / L or more and 20 mol / L or less.
本発明の態様15は、前記酸化剤の濃度が、0.1mol/L以上、10mol/L以下である態様9〜14のいずれかに記載のエッチング液である。 Aspect 15 of the present invention is the etching solution according to any one of aspects 9 to 14, wherein the concentration of the oxidizing agent is 0.1 mol / L or more and 10 mol / L or less.
本発明のシリコン半導体基板のエッチング方法によれば、シリコン半導体基板の平面に対して垂直に、高アスペクト比の微細孔を、生産性よく形成することができる。また、本発明のシリコン半導体基板のエッチング方法を、例えばLSI等の半導体装置の製造工程で採用した場合に、特性の優れた半導体装置を、高いスループットで製造することができる。 According to the etching method of the silicon semiconductor substrate of the present invention, micropores having a high aspect ratio can be formed with high productivity perpendicular to the plane of the silicon semiconductor substrate. Further, when the etching method of the silicon semiconductor substrate of the present invention is adopted in the manufacturing process of a semiconductor device such as an LSI, a semiconductor device having excellent characteristics can be manufactured with high throughput.
本発明者らは、メタルアシストエッチング法を用い、シリコン半導体基板の平面に対して垂直であって(以下、この特性を「垂直性が高い」ということがある)、高アスペクト比の微細孔を、エッチングレートを低下させることなく生産性良く形成すべく鋭意検討した。その結果、シリコン半導体基板のエッチング方法が、
シリコン半導体基板の表面に、貴金属層を含む触媒層を形成する工程と;
前記触媒層が表面に形成されたシリコン半導体基板を、フッ化水素酸、酸化剤、および0ppm超、5ppm以下の界面活性剤を含むエッチング液に浸漬させる工程と;
を含むようにすればよいことを見いだした。The present inventors use a metal-assisted etching method to obtain fine holes having a high aspect ratio and being perpendicular to the plane of a silicon semiconductor substrate (hereinafter, this characteristic may be referred to as "high verticality"). , We made a diligent study to form it with good productivity without lowering the etching rate. As a result, the etching method for silicon semiconductor substrates has become
A process of forming a catalyst layer containing a precious metal layer on the surface of a silicon semiconductor substrate;
A step of immersing the silicon semiconductor substrate having the catalyst layer formed on the surface in an etching solution containing hydrofluoric acid, an oxidizing agent, and a surfactant containing more than 0 ppm and not more than 5 ppm;
I found that it should be included.
本発明のシリコン半導体基板のエッチング方法は、特に、フッ化水素酸、酸化剤、および0ppm超、5ppm以下の界面活性剤を含むエッチング液を用いるところに特徴を有する。以下、このシリコン半導体基板のエッチングに用いるエッチング液、シリコン半導体基板のエッチング方法、半導体装置の製造方法について説明する。 The method for etching a silicon semiconductor substrate of the present invention is particularly characterized in that an etching solution containing hydrofluoric acid, an oxidizing agent, and a surfactant containing more than 0 ppm and not more than 5 ppm is used. Hereinafter, the etching solution used for etching the silicon semiconductor substrate, the etching method for the silicon semiconductor substrate, and the manufacturing method for the semiconductor device will be described.
本発明のエッチング液は、フッ化水素酸、酸化剤、および0ppm超、5ppm以下の界面活性剤を含む。特に界面活性剤を、エッチング液全量に対して質量比で、0ppm超、5ppm以下の範囲内で含む点に特徴を有する。 The etching solution of the present invention contains hydrofluoric acid, an oxidizing agent, and a surfactant of more than 0 ppm and not more than 5 ppm. In particular, it is characterized in that it contains a surfactant in a mass ratio of more than 0 ppm and 5 ppm or less with respect to the total amount of the etching solution.
前記微量の界面活性剤をエッチング液に添加することで、高アスペクト比であって垂直性の高い微細孔を形成することができる。一方、本発明者らは、メタルアシストエッチング法における界面活性剤の効果について検討したところ、界面活性剤にはエッチングの抑制効果があり、多く含まれると、エッチングが抑制されてエッチングレートが低下することを見いだした。更に、後記する実施例に示す通り、界面活性剤の濃度を変えて、該濃度がエッチングレートに及ぼす影響について検討したところ、界面活性剤の濃度が5ppmを超えて例えば10ppmの場合、エッチングレートが急激に低下する場合があることを見いだした。 By adding the trace amount of the surfactant to the etching solution, fine pores having a high aspect ratio and high verticality can be formed. On the other hand, when the present inventors examined the effect of the surfactant in the metal-assisted etching method, the surfactant has an etching suppressing effect, and if it is contained in a large amount, the etching is suppressed and the etching rate is lowered. I found that. Further, as shown in Examples described later, when the concentration of the surfactant was changed and the effect of the concentration on the etching rate was examined, when the concentration of the surfactant exceeded 5 ppm and was, for example, 10 ppm, the etching rate was high. We have found that it can drop sharply.
前記界面活性剤の濃度は、5ppmを超えなければよいが、上記垂直性の高い微細孔を形成するという効果をより確実に発揮させる観点から、0.01ppm以上とすることが好ましい。前記界面活性剤の濃度は、より好ましくは0.10ppm以上、さらに好ましくは0.50ppm以上である。 The concentration of the surfactant may not exceed 5 ppm, but is preferably 0.01 ppm or more from the viewpoint of more reliably exerting the effect of forming the highly vertical micropores. The concentration of the surfactant is more preferably 0.10 ppm or more, still more preferably 0.50 ppm or more.
前記界面活性剤として、非イオン性界面活性剤、イオン性界面活性剤が挙げられる。イオン性界面活性剤として、陰イオン系界面活性剤、陽イオン系界面活性剤、両性界面活性剤が挙げられる。前記界面活性剤は、これらの混合物であってもよい。 Examples of the surfactant include nonionic surfactants and ionic surfactants. Examples of the ionic surfactant include anionic surfactant, cationic surfactant, and amphoteric surfactant. The surfactant may be a mixture thereof.
前記陰イオン系界面活性剤として、ラウリル硫酸ナトリウム、ミリスチル硫酸ナトリウム、ペンタデシル硫酸ナトリウム、オクチル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルフェノールスルホン酸ナトリウム、ラウレス硫酸ナトリウム、ラウリル硫酸アンモニウム等の硫酸エステル型の界面活性剤;ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、1−ヘキサンスルホン酸ナトリウム、1−オクタンスルホン酸ナトリウム、1−デカンスルホン酸ナトリウム、1−ドデカンスルホン酸ナトリウム 、ペルフルオロブタンスルホン酸、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、トルエンスルホン酸ナトリウム、クメンスルホン酸ナトリウム、オクチルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ナフタレンスルホン酸ナトリウム、ナフタレンジスルホン酸二ナトリウム、ナフタレントリスルホン酸三ナトリウム、ブチルナフタレンスルホン酸ナトリウム、パーフルオロオクタンスルホン酸(PFOS)等のスルホン酸型の界面活性剤;オレイン酸ナトリウム、ラウリン酸ナトリウム、カプリン酸ナトリウム、カプリル酸ナトリウム、カプロン酸ナトリウム、ステアリン酸カリウム、オレイン酸カルシウム等の脂肪酸塩型の界面活性剤;ラウリルリン酸、ラウリルリン酸ナトリウム、ラウリルリン酸カリウム等のリン酸エステル型の界面活性剤;が挙げられる。 As the anionic surfactant, a sulfate ester type surfactant such as sodium laurylsulfate, sodium myristylsulfate, sodium pentadecylsulfate, sodium octylsulfate, sodium polyoxyethylene alkylphenol sulfonate, sodium laurylsulfate, ammonium laurylsulfate; dodecyl Sodium benzene sulfonate, sodium 1-hexane sulfonate, sodium 1-octane sulfonate, sodium 1-decane sulfonate, sodium 1-dodecyl sulfonate, perfluorobutane sulfonic acid, sodium linear alkylbenzene sulfonate, sodium toluene sulfonate, Sulphonic acid-type interfaces such as sodium cumylbenzene sulfonate, sodium octylbenzene sulfonate, sodium naphthalene sulfonate, disodium naphthalenedyl sulfonate, trisodium naphthalene trisulfonate, sodium butyl naphthalene sulfonate, and perfluorooctane sulfonic acid (PFOS). Activators; fatty acid salt-type surfactants such as sodium oleate, sodium laurate, sodium caprate, sodium caprylate, sodium caproate, potassium stearate, calcium oleate; lauryl phosphate, sodium lauryl phosphate, lauryl Phosphyl ester-type surfactants such as potassium phosphate; can be mentioned.
前記陽イオン系界面活性剤として、塩化ベンザルコニウム、塩化テトラメチルアンモニウム、臭化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、塩化ベンゼトニウム等の第4級アンモニウム塩型の界面活性剤;モノメチルアミン塩酸塩、ジメチルアミン塩酸塩、トリメチルアミン塩酸塩等のアルキルアミン塩型の界面活性剤;塩化ブチルピリジニウム、塩化ドデシルピリジニウム、塩化セチルピリジニウムを含むピリジン型の界面活性剤;が挙げられる。 As the cationic surfactant, a quaternary ammonium salt type surfactant such as benzalkonium chloride, tetramethylammonium chloride, hexadecyltrimethylammonium bromide, benzethonium chloride; monomethylamine hydrochloride, dimethylamine hydrochloride , Alkylamine salt-type surfactants such as trimethylamine hydrochloride; pyridine-type surfactants containing butylpyridinium chloride, dodecylpyridinium chloride, and cetylpyridinium chloride;
前記両性界面活性剤としては、ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン、ステアリルジメチルアミノ酢酸ベタイン等のアルキルベタイン型の界面活性剤;コカミドプロピルベタイン、ラウリン酸アミドプロピルベタイン等の脂肪酸アミドベタイン型の界面活性剤;2−アルキル−N−カルボキシメチル−N−ヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタイン等のアルキルイミダゾール型;ラウロイルグルタミン酸ナトリウム、ラウロイルメチル−β−アラニン等のアミノ酸型の界面活性剤;ラウリルジメチルアミンN−オキシド、オレイルジメチルアミンN−オキシド等のアルキルアミンオキシド、ラウリン酸アミドプロピルヒドロキシスルホベタイン等のスルホベタイン型の界面活性剤等が挙げられる。 Examples of the amphoteric surfactant include alkyl betaine-type surfactants such as lauryldimethylaminoacetate betaine and stearyldimethylaminoacetic acid betaine; and fatty acid amide betaine-type surfactants such as cocamidopropyl betaine and lauric acid amidopropyl betaine; Alkylimidazole-type surfactants such as 2-alkyl-N-carboxymethyl-N-hydroxyethyl imidazolinium betaine; amino acid-type surfactants such as sodium lauroyl glutamate and lauroyl methyl-β-alanine; lauryldimethylamine N-oxide, oleyl Examples thereof include alkylamine oxides such as dimethylamine N-oxide and sulfobetaine-type surfactants such as amidopropyl hydroxysulfobetaine laurate.
前記非イオン性界面活性剤として、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のポリオキシアルキレンエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンラウリルエーテル等のポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテル等のエーテル型の界面活性剤;ステアリン酸グリセリル等のグリセリン脂肪酸エステル、ラウリン酸ソルビタン等のソルビタン脂肪酸エステル、ショ糖ラウリン酸エステル等のショ糖脂肪酸エステル等のエステル型の界面活性剤;ステアリン酸ポリエチレングリコール等の脂肪酸ポリエチレングリコール、モノラウリン酸ポリオキシエチレンソルビタン等の脂肪酸ポリオキシエチレンソルビタン等のエステルエーテル型の界面活性剤;脂肪酸アルカノールアミド型の界面活性剤等が挙げられる。 As the nonionic surfactant, polyoxyalkylene ether such as polyethylene glycol and polypropylene glycol, polyoxyethylene alkyl ether such as polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene alkylphenyl ether such as polyoxyethylene nonylphenyl ether, and poly Ether-type surfactants such as polyoxyethylene polyoxypropylene alkyl ethers such as oxyethylene polyoxypropylene lauryl ether; glycerin fatty acid esters such as glyceryl stearate, sorbitan fatty acid esters such as sorbitan laurate, sucrose lauric acid esters, etc. Esther-type surfactants such as sucrose fatty acid esters; Polyethylene glycol fatty acids such as polyethylene glycol stearate, ester ether-type surfactants such as polyoxyethylene sorbitan monolaurate; Examples include type surfactants.
前記界面活性剤として、ラウリル硫酸ナトリウム、塩化ベンザルコニウム、ポリエチレングリコールが好ましく用いられる。より好ましくはイオン性界面活性剤であり、その中でも、ラウリル硫酸ナトリウム、塩化ベンザルコニウムのうちの1以上が更に好ましい。 Sodium lauryl sulfate, benzalkonium chloride, and polyethylene glycol are preferably used as the surfactant. More preferably, it is an ionic surfactant, and among them, one or more of sodium lauryl sulfate and benzalkonium chloride is further preferable.
前記界面活性剤の分子量は、100以上、20000以下の範囲内であることが好ましい。前記界面活性剤の分子量は、より好ましくは200以上、10000以下である。前記界面活性剤が高分子化合物である場合、その分子量は重量平均分子量である。 The molecular weight of the surfactant is preferably in the range of 100 or more and 20000 or less. The molecular weight of the surfactant is more preferably 200 or more and 10000 or less. When the surfactant is a polymer compound, its molecular weight is the weight average molecular weight.
前記フッ化水素酸の濃度は、0.1mol/L以上、20mol/L以下の範囲内であることが好ましく、より好ましくは0.1mol/L以上、10mol/L以下の範囲内、更に好ましくは0.5mol/L以上、5mol/L以下の範囲内、より更に好ましくは1.0mol/L以上、3mol/L以下の範囲内である。フッ化水素酸の濃度が低い場合、高いエッチングレートを達成することが難しい。フッ化水素酸の濃度が高い場合、触媒層の剥離が生じる可能性がある。 The concentration of hydrofluoric acid is preferably in the range of 0.1 mol / L or more and 20 mol / L or less, more preferably in the range of 0.1 mol / L or more and 10 mol / L or less, and further preferably in the range of 0.1 mol / L or more and 10 mol / L or less. It is in the range of 0.5 mol / L or more and 5 mol / L or less, more preferably 1.0 mol / L or more and 3 mol / L or less. When the concentration of hydrofluoric acid is low, it is difficult to achieve a high etching rate. If the concentration of hydrofluoric acid is high, peeling of the catalyst layer may occur.
酸化剤は、過酸化水素、硝酸、AgNO3、KAuCl4、HAuCl4、K2PtCl6、H2PtCl6、Fe(NO3)3、Ni(NO3)2、Mg(NO3)2、Na2S2O8、K2S2O8、KMnO4、及びK2Cr2O7よりなる群から選択される1以上であることが好ましい。その中でも、過酸化水素が好ましい。Oxidizing agents are hydrogen peroxide, nitric acid, AgNO 3 , KAuCl 4 , HAuCl 4 , K 2 PtCl 6 , H 2 PtCl 6 , Fe (NO 3 ) 3 , Ni (NO 3 ) 2 , Mg (NO 3 ) 2 , It is preferably 1 or more selected from the group consisting of Na 2 S 2 O 8 , K 2 S 2 O 8 , KMn O 4 , and K 2 Cr 2 O 7. Among them, hydrogen peroxide is preferable.
前記酸化剤の濃度は、0.1mol/L以上、10mol/L以下の範囲内であることが好ましく、より好ましくは0.5mol/L以上、10mol/L以下、更に好ましくは1.0mol/L以上、5mol/L以下、より更に好ましくは1.0mol/L以上、3mol/L以下の範囲内である。 The concentration of the oxidizing agent is preferably in the range of 0.1 mol / L or more and 10 mol / L or less, more preferably 0.5 mol / L or more and 10 mol / L or less, still more preferably 1.0 mol / L. It is in the range of 5 mol / L or less, more preferably 1.0 mol / L or more and 3 mol / L or less.
本発明のエッチング液は、前記フッ化水素酸、酸化剤、および0ppm超、5ppm以下の界面活性剤を含んでいればよく、その他の添加物については特に問わない。溶媒として、水、アルコール、アセトン、トルエン、クロロホルム、ヘキサンが挙げられる。なお前述の通り、本発明のエッチング液は5ppmを超える界面活性剤を含むものではない。前記添加物として、例えば浴のpH変動を少なくするため、pH緩衝剤が含まれていてもよい。前記pH緩衝剤として、りん酸、ほう酸、酢酸、酒石酸、クエン酸と、これらのアルカリ金属塩のうちの1種以上を用いることができる。 The etching solution of the present invention may contain the hydrofluoric acid, the oxidizing agent, and the surfactant of more than 0 ppm and not more than 5 ppm, and other additives are not particularly limited. Examples of the solvent include water, alcohol, acetone, toluene, chloroform and hexane. As described above, the etching solution of the present invention does not contain a surfactant exceeding 5 ppm. As the additive, for example, a pH buffer may be contained in order to reduce the pH fluctuation of the bath. As the pH buffer, phosphoric acid, boric acid, acetic acid, tartaric acid, citric acid, and one or more of these alkali metal salts can be used.
本発明のエッチング液の態様として例えば、添加物が、前記フッ化水素酸、酸化剤、および0ppm超、5ppm以下の界面活性剤からなる水溶液、または前記フッ化水素酸、酸化剤、0ppm超、5ppm以下の界面活性剤、および前記pH緩衝剤からなる水溶液が挙げられる。 As an embodiment of the etching solution of the present invention, for example, the additive is an aqueous solution consisting of the hydrofluoric acid, the oxidizing agent, and a surfactant of more than 0 ppm and 5 ppm or less, or the hydrofluoric acid, the oxidizing agent, more than 0 ppm. Examples thereof include an aqueous solution composed of a surfactant of 5 ppm or less and the pH buffer.
本発明のシリコン半導体基板のエッチング方法は、
シリコン半導体基板の表面に、貴金属からなる触媒層を形成する工程と;
前記触媒層が表面に形成された半導体基板を、フッ化水素酸、酸化剤、および0ppm超、5ppm以下の界面活性剤を含むエッチング液に浸漬させる工程と;を含む。The etching method for the silicon semiconductor substrate of the present invention is
The process of forming a catalyst layer made of precious metal on the surface of a silicon semiconductor substrate;
The step of immersing the semiconductor substrate having the catalyst layer formed on the surface in an etching solution containing hydrofluoric acid, an oxidizing agent, and a surfactant of more than 0 ppm and not more than 5 ppm;
上記エッチング液を用いた、本発明のシリコン半導体基板のエッチング方法について、以下、模式図である図1のA〜Fを用いて説明する。しかし、本発明はこれらの図面に示された実施形態に限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲で変更することができる。 The etching method of the silicon semiconductor substrate of the present invention using the above etching solution will be described below with reference to FIGS. 1A to 1F which are schematic views. However, the present invention is not limited to the embodiments shown in these drawings, and can be modified without departing from the object of the present invention.
下記図1のA〜Fでは説明の便宜上、触媒層として、厚さ方向に貫通した孔を複数有する単位触媒層1つを、シリコン半導体基板の表面に形成する実施形態を示している。また、図1のA〜Fでは、容易に理解できる様に、円形状の単位触媒層の直径を含む断面を示している。 For convenience of explanation, FIGS. 1A to 1F below show an embodiment in which one unit catalyst layer having a plurality of holes penetrating in the thickness direction is formed on the surface of a silicon semiconductor substrate as a catalyst layer. Further, in FIGS. 1A to 1F, a cross section including the diameter of the circular unit catalyst layer is shown so as to be easily understood.
まず、シリコン半導体基板1を用意し(図1A)、シリコン半導体基板1の表面にレジスト2を塗布し(図1B)、フォトリソグラフィを行って、触媒層形成予定部分以外にレジスト2が残るようにする(図1C)。図1Cでは、厚さ方向に貫通した孔を複数有する単位触媒層を形成するための、貫通孔形成用レジスト2Aが設けられている。
First, a
次いで図1Dの通り、触媒層形成用の貴金属を、例えばスパッタリング法により堆積させて貴金属層3を形成する。前記貴金属の堆積方法はこれに限定されず、例えば電解めっき、無電解めっきといっためっき法の他、蒸着法を用いることができる。その後、図1Eの通り、レジストを除去(リフトオフ)して、触媒層4を形成する。前記レジストの種類やフォトリソグラフィの方法、レジストの除去方法等は特に限定されず、通常行われている条件を採用することができる。
Next, as shown in FIG. 1D, the noble metal for forming the catalyst layer is deposited by, for example, a sputtering method to form the
本発明において、前記貴金属とは、金(Au)、銀(Ag)、プラチナ(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)よりなる群から選択される1種以上の純金属または合金をいう。 In the present invention, the noble metal is composed of gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), palladium (Pd), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), osmium (Os), and iridium (Ir). One or more pure metals or alloys selected from the group.
本発明では、触媒層が貴金属層を含んでいればよい。前記図1Dでは、貴金属層のみを形成しているが、これに限らず、触媒層として、該貴金属層3と他の金属層との積層でもよい。他の金属層を構成する金属として、Ti、Al、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Re、Sn、Sb、Inよりなる群から選択される1種以上の純金属または合金が挙げられる。
In the present invention, the catalyst layer may include a noble metal layer. In FIG. 1D, only the noble metal layer is formed, but the present invention is not limited to this, and the
触媒層4の厚さは、例えば3nm以上、500nm以下、更には10nm以上、200nm以下とすることができる。前記触媒層4が貴金属層と他の金属層との積層の場合、上記厚さは合計厚さをいう。
The thickness of the
本発明における触媒層は、厚さ方向に貫通した孔を1個以上有する単位触媒層が、1つまたは複数が互いに接することなく、シリコン半導体基板の表面に配置されたものであることが好ましい。前記厚さ方向に貫通した孔は、エッチング液に浸漬時、エッチング液を浸透させるための孔である。以下、「エッチング液浸透用孔」という。 The catalyst layer in the present invention is preferably one in which one or more unit catalyst layers having one or more holes penetrating in the thickness direction are arranged on the surface of the silicon semiconductor substrate without contacting each other. The holes penetrating in the thickness direction are holes for allowing the etching solution to permeate when immersed in the etching solution. Hereinafter, it is referred to as "etching liquid permeation hole".
前記単位触媒層の形状は特に問わず、円形状、多角形状、矩形状等が挙げられる。好ましくは円形状膜である。単位触媒層の円相当直径は、1ミクロン以上、10000ミクロン以下であることが好ましい。前記単位触媒層の円相当直径とは、前記形状の単位触媒層と同じ面積を有する円の直径をいう。 The shape of the unit catalyst layer is not particularly limited, and examples thereof include a circular shape, a polygonal shape, and a rectangular shape. A circular film is preferable. The circle-equivalent diameter of the unit catalyst layer is preferably 1 micron or more and 10000 microns or less. The circle-equivalent diameter of the unit catalyst layer means the diameter of a circle having the same area as the unit catalyst layer having the shape.
複数の単位触媒層が互いに接することなく、シリコン半導体基板の表面に配置されたものである場合、単位触媒層間ピッチは、例えば0.25ミクロン以上、1000ミクロン以下の範囲であることが好ましい。 When a plurality of unit catalyst layers are arranged on the surface of a silicon semiconductor substrate without contacting each other, the unit catalyst interlayer pitch is preferably in the range of, for example, 0.25 micron or more and 1000 microns or less.
前記単位触媒層に設けられるエッチング液浸透用孔の形状は特に問わず、円形状、多角形状、矩形状等が挙げられる。好ましくは円形状孔である。前記エッチング液浸透用孔の円相当直径は、5nm以上、10000nm以下であることが好ましい。前記エッチング液浸透用孔の円相当直径とは、前記形状のエッチング液浸透用孔と同じ面積を有する円の直径をいう。 The shape of the etching solution permeation hole provided in the unit catalyst layer is not particularly limited, and examples thereof include a circular shape, a polygonal shape, and a rectangular shape. It is preferably a circular hole. The equivalent circle diameter of the etching solution permeation hole is preferably 5 nm or more and 10000 nm or less. The circle-equivalent diameter of the etching solution permeation hole means the diameter of a circle having the same area as the etching solution permeation hole of the shape.
前記単位触媒層に設けられるエッチング液浸透用孔の個数の密度は、該孔のサイズにもよるが1平方マイクロメートルあたり、例えば0.1以上、10000以下とすることができる。 The density of the number of etching solution permeation holes provided in the unit catalyst layer can be, for example, 0.1 or more and 10,000 or less per 1 square micrometer, depending on the size of the holes.
前記単位触媒層にエッチング液浸透用孔が複数設けられる場合、これらは、図1Eに示す通り互いに接することなく配置されることが好ましい。この場合、エッチング液浸透用孔間ピッチは、例えば10nm以上、10000nm以下の範囲とすることが好ましい。 When a plurality of holes for permeating the etching solution are provided in the unit catalyst layer, it is preferable that these are arranged without being in contact with each other as shown in FIG. 1E. In this case, the inter-hole pitch for permeating the etching solution is preferably in the range of, for example, 10 nm or more and 10000 nm or less.
前記図1Eに示す触媒層4が表面に形成されたシリコン半導体基板1を、上述した本発明のエッチング液に浸漬させることによって、該エッチング液がエッチング液浸透用孔5から浸透し、シリコン半導体基板1と触媒層4との間に入り込む。これにより、図1Fに示す通り、シリコン半導体基板1のうち触媒層4と接している部分が優先的にエッチングされて、触媒層4がエッチングの進行とともに下方へ移動し、シリコン半導体基板1の深さ方向にエッチングすることができる。前記浸透の促進を目的に、超音波揺動を併せて行ってもよい。尚、エッチング液浸透用孔5は微小であるため、該孔直下のシリコン半導体基板1もエッチングされ、前記図1Fに例示する通り円筒状のエッチング孔6を形成できる。
By immersing the
前記エッチング液の温度は、0℃以上とすることが好ましく、より好ましくは20℃以上である。また、好ましくは80℃以下であり、より好ましくは60℃以下である。 The temperature of the etching solution is preferably 0 ° C. or higher, more preferably 20 ° C. or higher. Further, it is preferably 80 ° C. or lower, and more preferably 60 ° C. or lower.
エッチング液への浸漬時間は、所望とするエッチング孔の形状にもよるが、例えば1時間以上、100時間以下の範囲内とすることができる。 The immersion time in the etching solution depends on the desired shape of the etching holes, but can be, for example, within the range of 1 hour or more and 100 hours or less.
各工程における上記以外の条件、上記以外の工程は特に限定されない。前記エッチング液への浸漬後は、例えば洗浄等の工程を設けることができる。エッチング後の触媒層の除去方法として、例えば、ヨウ素や硝酸系の溶液で溶解してから、純水などで洗浄する方法が挙げられる。 Conditions other than the above in each step and steps other than the above are not particularly limited. After the immersion in the etching solution, a step such as cleaning can be provided. Examples of the method for removing the catalyst layer after etching include a method in which the catalyst layer is dissolved in an iodine or nitric acid-based solution and then washed with pure water or the like.
本発明の方法によれば、シリコン半導体基板の平面に対して垂直であって、微細かつ高アスペクト比のエッチング孔を有するシリコン半導体基板を得ることができる。前記エッチング孔は、シリコン半導体基板の板厚方向に貫通するものであってもよいし、貫通しないものであってもよい。前記エッチング孔として、
・円相当直径が、0.1ミクロン以上、10000ミクロン以下、更には1ミクロン以上、1000ミクロン以下、かつ、
・深さが、1ミクロン以上、1000ミクロン以下、特には深さが10ミクロン以上、500ミクロン以下、かつ、
・アスペクト比が、0.1以上、更には100以上、更には500以上
の形状のものを実現することができる。According to the method of the present invention, it is possible to obtain a silicon semiconductor substrate that is perpendicular to the plane of the silicon semiconductor substrate and has fine and high aspect ratio etching holes. The etching holes may or may not penetrate in the plate thickness direction of the silicon semiconductor substrate. As the etching hole
-The diameter equivalent to a circle is 0.1 micron or more and 10000 microns or less, further 1 micron or more, 1000 microns or less, and
-Depth is 1 micron or more, 1000 microns or less, especially depth is 10 microns or more, 500 microns or less, and
-It is possible to realize a shape having an aspect ratio of 0.1 or more, further 100 or more, and further 500 or more.
本発明には、前記エッチング方法によりシリコン半導体基板をエッチングする工程を含む半導体装置の製造方法も含まれる。前記エッチングの工程の後、エッチング孔に電極材料を埋め込む方法等は公知の方法を採用することができる。前記エッチング孔がシリコン半導体基板の板厚方向に貫通する貫通孔である場合、該貫通孔に電極材料を埋め込んでSi貫通電極(TSV:through silicon via)を形成し、例えば三次元LSIを製造することが挙げられる。 The present invention also includes a method for manufacturing a semiconductor device, which includes a step of etching a silicon semiconductor substrate by the etching method. A known method can be adopted as a method of embedding the electrode material in the etching holes after the etching step. When the etching hole is a through hole penetrating in the plate thickness direction of the silicon semiconductor substrate, an electrode material is embedded in the through hole to form a through silicon via (TSV), and for example, a three-dimensional LSI is manufactured. Can be mentioned.
前記図1のA〜Eに示す工程の通り、まずエッチング液浸漬用試料を作製した。詳細には、サイズ:5cm角のシリコン半導体基板の表面に、次の触媒層を形成した。前記触媒層は、Au(金)を厚さ10nmと更にTiを10nm積層させたものである。本実施例では、触媒層として、厚さ方向に貫通した孔(エッチング液浸透用孔)を複数有する単位触媒層を複数かつ互いに接することなく、前記シリコン半導体基板の表面に形成した。前記単位触媒層と、該単位触媒層に設けられたエッチング液浸透用孔のサイズ等は下記の通りである。
単位触媒層のサイズ:直径約10000nmの円形状
単位触媒層間ピッチ:100〜200ミクロン
エッチング液浸透用孔のサイズ:直径約2000nm以下の円形状
エッチング液浸透用孔間ピッチ:約500nmAccording to the steps shown in FIGS. 1A to 1E, first, a sample for immersion in the etching solution was prepared. Specifically, the following catalyst layer was formed on the surface of a silicon semiconductor substrate having a size of 5 cm square. The catalyst layer is obtained by laminating Au (gold) with a thickness of 10 nm and Ti with a thickness of 10 nm. In this embodiment, as the catalyst layer, a plurality of unit catalyst layers having a plurality of holes (holes for permeating the etching solution) penetrating in the thickness direction are formed on the surface of the silicon semiconductor substrate without being in contact with each other. The sizes of the unit catalyst layer and the holes for permeating the etching solution provided in the unit catalyst layer are as follows.
Unit catalyst layer size: Circular shape with a diameter of about 10,000 nm Unit catalyst interlayer pitch: 100 to 200 microns Etching liquid penetration hole size: Circular shape with a diameter of about 2000 nm or less Etching liquid penetration hole pitch: Approximately 500 nm
上記エッチング液浸漬用試料を用い、下記例にそれぞれ示すエッチング液に各時間浸漬させて、エッチング孔の形成を行った。エッチング液の温度はいずれも40℃とした。 Using the above-mentioned etching solution immersion sample, the etching solution was immersed in the etching solution shown in each of the following examples for each time to form etching holes. The temperature of the etching solutions was 40 ° C.
エッチング後に洗浄してから、エッチング孔の断面を観察できるように加工し、該断面をSEMで撮影した。そして上記写真において、エッチング孔の垂直性を評価すると共に、エッチング深さからエッチングレートを評価した。一部の例では、エッチング孔の底面に触媒層(単位触媒層)を残した状態で撮影した写真、複数のエッチング孔を観察した写真も併せて示す。 After cleaning after etching, processing was performed so that the cross section of the etching hole could be observed, and the cross section was photographed by SEM. Then, in the above photograph, the verticality of the etching holes was evaluated, and the etching rate was evaluated from the etching depth. In some examples, a photograph taken with the catalyst layer (unit catalyst layer) left on the bottom surface of the etching holes and a photograph in which a plurality of etching holes are observed are also shown.
(比較例1)
エッチング液として、フッ化水素酸(HF)1.0mol/Lと過酸化水素1.7mol/Lとを含み、界面活性剤を含まない水溶液を用いてエッチングを2時間行った。その結果を図2A〜図2Cに示す。図2Aはエッチング孔の深さ方向の断面の電子顕微鏡写真であり、図2Bは、図2Aにおける破線部分の拡大写真である。また、図2Cは、複数のエッチング孔が形成されたシリコン半導体基板表面の電子顕微鏡写真である。図2Aと図2Cに示す通り、本発明で規定する界面活性剤を含まない場合には、エッチング孔がシリコン半導体基板表面に対して垂直方向から逸れ、垂直性の低い形状となった。また、図2Bに示す通り、エッチング後の単位触媒層は平面が維持されず収縮した形状となった。(Comparative Example 1)
Etching was performed for 2 hours using an aqueous solution containing 1.0 mol / L of hydrofluoric acid (HF) and 1.7 mol / L of hydrogen peroxide as an etching solution and not containing a surfactant. The results are shown in FIGS. 2A-2C. FIG. 2A is an electron micrograph of a cross section of the etching hole in the depth direction, and FIG. 2B is an enlarged photograph of a broken line portion in FIG. 2A. Further, FIG. 2C is an electron micrograph of the surface of the silicon semiconductor substrate in which a plurality of etching holes are formed. As shown in FIGS. 2A and 2C, when the surfactant specified in the present invention was not contained, the etching holes deviated from the direction perpendicular to the surface of the silicon semiconductor substrate, resulting in a shape having low verticality. Further, as shown in FIG. 2B, the unit catalyst layer after etching had a shrunk shape without maintaining a flat surface.
(実施例1−1)
エッチング液として、フッ化水素酸(HF)1.0mol/Lと、過酸化水素1.7mol/Lと、ラウリル硫酸ナトリウム1ppmとを含む水溶液を用いてエッチングを30分間行った。その結果として図3に、エッチング孔の深さ方向の断面の電子顕微鏡写真を示す。(Example 1-1)
Etching was performed for 30 minutes using an aqueous solution containing 1.0 mol / L of hydrofluoric acid (HF), 1.7 mol / L of hydrogen peroxide, and 1 ppm of sodium lauryl sulfate as an etching solution. As a result, FIG. 3 shows an electron micrograph of a cross section of the etching hole in the depth direction.
(比較例2)
エッチング液として、フッ化水素酸(HF)1.0mol/Lと、過酸化水素1.7mol/Lと、ラウリル硫酸ナトリウム10ppmとを含む水溶液を用いてエッチングを30分間行った。その結果として図4に、エッチング孔の深さ方向の断面の電子顕微鏡写真を示す。(Comparative Example 2)
Etching was performed for 30 minutes using an aqueous solution containing 1.0 mol / L of hydrofluoric acid (HF), 1.7 mol / L of hydrogen peroxide, and 10 ppm of sodium lauryl sulfate as an etching solution. As a result, FIG. 4 shows an electron micrograph of a cross section of the etching hole in the depth direction.
実施例1−1と比較例2は、界面活性剤であるラウリル硫酸ナトリウムの濃度が異なっている。これらの結果の対比から、界面活性剤の濃度が10ppmの場合(比較例2)には、エッチングレートが著しく遅く、高いスループットを実現することができないことがわかる。 The concentration of sodium lauryl sulfate, which is a surfactant, is different between Example 1-1 and Comparative Example 2. From the comparison of these results, it can be seen that when the concentration of the surfactant is 10 ppm (Comparative Example 2), the etching rate is extremely slow and high throughput cannot be achieved.
(実施例1−2)
エッチング液として、フッ化水素酸(HF)1.0mol/Lと、過酸化水素1.7mol/Lと、ラウリル硫酸ナトリウム0.1ppmとを含む水溶液を用いてエッチングを2時間行った。その結果として図5に、エッチング孔の深さ方向の断面の電子顕微鏡写真を示す。(Example 1-2)
Etching was performed for 2 hours using an aqueous solution containing 1.0 mol / L of hydrofluoric acid (HF), 1.7 mol / L of hydrogen peroxide, and 0.1 ppm of sodium lauryl sulfate as an etching solution. As a result, FIG. 5 shows an electron micrograph of a cross section of the etching hole in the depth direction.
(実施例1−3)
エッチング液として、フッ化水素酸(HF)1.0mol/Lと、過酸化水素1.7mol/Lと、ラウリル硫酸ナトリウム1.0ppmとを含む水溶液を用いてエッチングを2時間行った。その結果を図6A〜図6Cに示す。図6Aは、エッチング孔の深さ方向の断面の電子顕微鏡写真であり、図6Bは、エッチング孔の底面に存在する触媒層(単位触媒層)の電子顕微鏡写真であり、図6Cは、複数のエッチング孔の断面が示された電子顕微鏡写真である。(Example 1-3)
Etching was performed for 2 hours using an aqueous solution containing 1.0 mol / L of hydrofluoric acid (HF), 1.7 mol / L of hydrogen peroxide, and 1.0 ppm of sodium lauryl sulfate as an etching solution. The results are shown in FIGS. 6A to 6C. FIG. 6A is an electron micrograph of a cross section in the depth direction of the etching hole, FIG. 6B is an electron micrograph of a catalyst layer (unit catalyst layer) existing on the bottom surface of the etching hole, and FIG. 6C is a plurality of electron micrographs. It is an electron micrograph which showed the cross section of the etching hole.
(実施例2−1)
エッチング液として、フッ化水素酸(HF)1.0mol/Lと、過酸化水素1.7mol/Lと、塩化ベンザルコニウム0.1ppmとを含む水溶液を用いてエッチングを2時間行った。その結果を図7Aおよび図7Bに示す。図7Aは、エッチング孔の深さ方向の断面の電子顕微鏡写真であり、図7Bは、複数のエッチング孔の断面が示された電子顕微鏡写真である。(Example 2-1)
Etching was performed for 2 hours using an aqueous solution containing 1.0 mol / L of hydrofluoric acid (HF), 1.7 mol / L of hydrogen peroxide, and 0.1 ppm of benzalkonium chloride as the etching solution. The results are shown in FIGS. 7A and 7B. FIG. 7A is an electron micrograph of a cross section of the etching hole in the depth direction, and FIG. 7B is an electron micrograph showing a cross section of a plurality of etching holes.
(実施例2−2)
エッチング液として、フッ化水素酸(HF)1.0mol/Lと、過酸化水素1.7mol/Lと、塩化ベンザルコニウム1.0ppmとを含む水溶液を用いてエッチングを30分間行った。その結果として図8に、エッチング孔の深さ方向の断面の電子顕微鏡写真を示す。(Example 2-2)
Etching was performed for 30 minutes using an aqueous solution containing 1.0 mol / L of hydrofluoric acid (HF), 1.7 mol / L of hydrogen peroxide, and 1.0 ppm of benzalkonium chloride as the etching solution. As a result, FIG. 8 shows an electron micrograph of a cross section of the etching hole in the depth direction.
(実施例2−3)
エッチング液として、フッ化水素酸(HF)1.0mol/Lと、過酸化水素1.7mol/Lと、塩化ベンザルコニウム1.0ppmとを含む水溶液を用いてエッチングを2時間行った。その結果を図9A〜図9Cに示す。図9Aは、エッチング孔の深さ方向の断面の電子顕微鏡写真であり、図9Bは、エッチング孔の底面に存在する触媒層(単位触媒層)の電子顕微鏡写真であり、図9Cは、複数のエッチング孔が形成されたシリコン半導体基板表面の電子顕微鏡写真である。(Example 2-3)
Etching was performed for 2 hours using an aqueous solution containing 1.0 mol / L of hydrofluoric acid (HF), 1.7 mol / L of hydrogen peroxide, and 1.0 ppm of benzalkonium chloride as the etching solution. The results are shown in FIGS. 9A-9C. FIG. 9A is an electron micrograph of a cross section in the depth direction of the etching hole, FIG. 9B is an electron micrograph of a catalyst layer (unit catalyst layer) existing on the bottom surface of the etching hole, and FIG. 9C is a plurality of electron micrographs. It is an electron micrograph of the surface of a silicon semiconductor substrate in which etching holes are formed.
(実施例2−4)
エッチング液として、フッ化水素酸(HF)1.0mol/Lと、過酸化水素1.7mol/Lと、塩化ベンザルコニウム2.0ppmとを含む水溶液を用いてエッチングを2時間行った。その結果を図10Aと図10Bに示す。図10Aは、エッチング孔の深さ方向の断面の電子顕微鏡写真であり、図10Bは、エッチング孔の底面に存在する触媒層(単位触媒層)の電子顕微鏡写真である。(Example 2-4)
Etching was performed for 2 hours using an aqueous solution containing 1.0 mol / L of hydrofluoric acid (HF), 1.7 mol / L of hydrogen peroxide, and 2.0 ppm of benzalkonium chloride as the etching solution. The results are shown in FIGS. 10A and 10B. FIG. 10A is an electron micrograph of a cross section in the depth direction of the etching hole, and FIG. 10B is an electron micrograph of a catalyst layer (unit catalyst layer) existing on the bottom surface of the etching hole.
(実施例3)
エッチング液として、フッ化水素酸(HF)1.0mol/Lと、過酸化水素1.7mol/Lと、ポリエチレングリコール1000(分子量1000)を5.0ppmとを含む水溶液を用いてエッチングを2時間行った。その結果を図11A〜図11Cに示す。図11Aは、エッチング孔の深さ方向の断面の電子顕微鏡写真であり、図11Bは、エッチング孔の底面に存在する触媒層(単位触媒層)の電子顕微鏡写真であり、図11Cは、複数のエッチング孔が形成されたシリコン半導体基板表面の電子顕微鏡写真である。(Example 3)
Etching is performed for 2 hours using an aqueous solution containing 1.0 mol / L of hydrofluoric acid (HF), 1.7 mol / L of hydrogen peroxide, and 5.0 ppm of polyethylene glycol 1000 (molecular weight 1000) as an etching solution. went. The results are shown in FIGS. 11A to 11C. FIG. 11A is an electron micrograph of a cross section in the depth direction of the etching hole, FIG. 11B is an electron micrograph of a catalyst layer (unit catalyst layer) existing on the bottom surface of the etching hole, and FIG. 11C is a plurality of electron micrographs. It is an electron micrograph of the surface of a silicon semiconductor substrate in which etching holes are formed.
(比較例3)
エッチング液として、フッ化水素酸(HF)1.0mol/Lと、過酸化水素1.7mol/Lと、ポリエチレングリコール1000(分子量1000)を10.0ppmとを含む水溶液を用いてエッチングを2時間行った。その結果、エッチング孔の形状は前記実施例3とほぼ同じであったが、エッチングレートが前記実施例3よりも1割程度遅くなった。(Comparative Example 3)
Etching is performed for 2 hours using an aqueous solution containing 1.0 mol / L of hydrofluoric acid (HF), 1.7 mol / L of hydrogen peroxide, and 10.0 ppm of polyethylene glycol 1000 (molecular weight 1000) as an etching solution. went. As a result, the shape of the etching holes was almost the same as that of Example 3, but the etching rate was about 10% slower than that of Example 3.
実施例1−2〜実施例3の結果に示される通り、界面活性剤の種類によらず、該界面活性剤の濃度を5ppm以下の範囲内で含むエッチング液を用いることによって、シリコン半導体基板の平面に対して垂直に、微細かつ高アスペクト比のエッチング孔を、生産性よく形成することができた。好ましくは、ラウリル硫酸ナトリウムや塩化ベンザルコニウムの様なイオン性界面活性剤を用いることで、微細かつ高アスペクト比であって垂直性が高く、尚且つ、エッチング孔の深さ方向断面において上部と底部でエッチング孔の幅がほぼ等しく、下方に向かって生じ得る先細りの十分に抑えられた形状を実現することができた。 As shown in the results of Examples 1-2 to 3, the silicon semiconductor substrate can be made of a silicon semiconductor substrate by using an etching solution containing the concentration of the surfactant within the range of 5 ppm or less regardless of the type of the surfactant. It was possible to form fine and high aspect ratio etching holes perpendicular to the plane with high productivity. Preferably, by using an ionic surfactant such as sodium lauryl sulfate or benzalkonium chloride, it is fine, has a high aspect ratio, has high verticality, and has an upper portion in the depth direction cross section of the etching hole. The widths of the etching holes at the bottom were almost equal, and it was possible to realize a shape in which the taper that could occur downward was sufficiently suppressed.
本出願は、日本国特許出願である特願2018−105387号を基礎出願とする優先権主張を伴う。特願2018−105387号は参照することにより本明細書に取り込まれる。 This application is accompanied by a priority claim based on Japanese Patent Application No. 2018-105387. Japanese Patent Application No. 2018-105387 is incorporated herein by reference.
1 シリコン半導体基板
2 レジスト
2A 貫通孔形成用レジスト
3 貴金属
4 触媒層
5 エッチング液浸透用孔
6 エッチング孔1
Claims (15)
前記触媒層が表面に形成されたシリコン半導体基板を、フッ化水素酸、酸化剤、および0ppm超、5ppm以下の界面活性剤を含むエッチング液に浸漬させる工程と、
を含むシリコン半導体基板のエッチング方法。The process of forming a catalyst layer containing a precious metal layer on the surface of a silicon semiconductor substrate, and
A step of immersing the silicon semiconductor substrate having the catalyst layer formed on the surface in an etching solution containing hydrofluoric acid, an oxidizing agent, and a surfactant containing more than 0 ppm and not more than 5 ppm.
Etching method for silicon semiconductor substrates including.
フッ化水素酸、酸化剤、および0ppm超、5ppm以下の界面活性剤を含むエッチング液。An etching solution used for etching silicon semiconductor substrates.
An etching solution containing hydrofluoric acid, an oxidizing agent, and a surfactant of more than 0 ppm and less than 5 ppm.
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