KR20060039447A - Etching solution for titanium-containing layer and method for etching titanium-containing layer - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 티탄 함유층용 에칭액 및 이 에칭액을 사용한 티탄 함유층의 에칭방법, 특히 반도체 디바이스, 액정 표시장치, IC카드 등의 제조 시, 실리콘 웨이퍼나 유리 기판 위에 금속 배선재를 설치할 때에, 기판과 금속 배선재와의 밀착성 향상을 위해 형성되는 하도층(undercoat)으로서의 티탄, 티탄산화물, 티탄질화물 및 티탄산질화물의 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 주성분으로 하는 티탄 함유층의 에칭에 적합한 티탄 함유층용 에칭액 및 이 티탄 함유층용 에칭액을 사용한 티탄 함유층의 에칭방법에 관한 것이다. The present invention relates to a substrate and a metal wiring material when the metal wiring material is provided on a silicon wafer or a glass substrate during the production of an etching solution for a titanium-containing layer and an etching method of the titanium-containing layer using the etching solution, in particular in the manufacture of semiconductor devices, liquid crystal displays, and IC cards. Titanium-containing layer etching solution suitable for etching a titanium-containing layer mainly composed of one, two or more selected from the group of titanium, titanium oxide, titanium nitride and titanium oxynitride as an undercoat formed for improving adhesion The etching method of a titanium containing layer using the etching liquid for titanium containing layers is related.
티탄은 용이하게 부동체화 하는 금속이고, 공기 중에 방치해 놓기만 해도 표면에 산화 피막이 형성된다. 예를 들면, 티탄 하도막 상에 금속을 놓는 경우, 티탄막을 공기 중에 노출한 경우와 노출하지 않은 경우에는, 에칭할 때에 상부 금속과의 밀착성이 달라지는 경향이 있고, 즉 티탄 막은 공기 정도의 산화력으로 산화되어 강한 산화 피막이 되는 것으로 알려져 있다. 이와 같은 티탄막은 통상 산화성이 강할 때에는 용해하지 않는다. 따라서, 티탄 또는 티탄산화물을 에칭하기 위해서, 고온 농축 인산, 고온 농축 황산, 고온 농축 염산을 기본으로 한 강산류에 의한 가 혹 조건을 이용하든가, 불화수소산/아세트산 혼합액, 불화수소산/과산화수소 혼합액, 불화 암몬/불화수소산 혼합액 등과 같은 불화수소산을 기본으로 한 혼합액을 사용하는 것이 알려져 있다. Titanium is a metal that is easily passivated, and an oxide film is formed on the surface even if it is left in the air. For example, when a metal is placed on a titanium undercoat, when the titanium film is exposed to air or not, the adhesion to the upper metal tends to be different at the time of etching. It is known to be oxidized and become a strong oxide film. Such a titanium film is not normally dissolved when oxidative is strong. Therefore, in order to etch titanium or titanium oxide, it is possible to use harsh conditions by strong acids based on hot concentrated phosphoric acid, hot concentrated sulfuric acid, and hot concentrated hydrochloric acid, or a hydrofluoric acid / acetic acid mixture liquid, hydrofluoric acid / hydrogen peroxide mixture, or fluoride. It is known to use a mixed solution based on hydrofluoric acid such as an ammonium / hydrofluoric acid mixed solution.
그러나, 실리콘 기판이나 유리 기판 상에 형성된 티탄층 또는 티탄산화물층을 에칭하는 경우, 불화수소산계의 에칭액을 사용하면, 에칭액이 실리콘 기판이나 유리 기판도 침범해 버리고, 티탄층 또는 티탄산화물층만을 선택적으로 에칭하기 어렵다. However, in the case of etching a titanium layer or a titanium oxide layer formed on a silicon substrate or a glass substrate, when a hydrofluoric acid-based etching solution is used, the etching solution also invades the silicon substrate or the glass substrate, and only the titanium layer or the titanium oxide layer is selected. It is difficult to etch.
이 문제를 해결하기 위해, 에칭액 중 불화수소산의 농도를 낮게 함으로써 티탄 또는 티탄산화물 에칭의 선택성을 발현시키는 것도 고려되고 있다. 그러나, 이 경우에는 소망의 에칭속도를 얻을 수 없다. 또한 불화수소산계 이외의 인산, 황산, 염산 등을 기본으로 하는 에칭액을 사용한 경우는, 매우 가혹한 조건이 아니면 소망의 에칭속도를 얻기 어렵다. 이와 같이, 실리콘 기판이나 유리 기판 상의 티탄층 및/또는 티탄산화물층의 에칭에는 아직 실용적인 방법이 제공되고 있지 않다. In order to solve this problem, it is also considered to express selectivity of titanium or a titanium oxide etching by lowering the concentration of hydrofluoric acid in the etching solution. In this case, however, the desired etching rate cannot be obtained. In addition, when etching liquids based on phosphoric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid or the like other than hydrofluoric acid are used, a desired etching rate is difficult to be obtained unless conditions are extremely harsh. As such, there is no practical method yet for etching the titanium layer and / or the titanium oxide layer on the silicon substrate or the glass substrate.
실리콘 기판이나 유리 기판 상의 하도층으로서는, 티탄층 또는 티탄산화물층뿐만 아니라, 티탄 질화물층이나 티탄산질화물층을 사용하는 경우가 있다. 티탄 질화물층이나 티탄산질화물층은 티탄층 또는 티탄산화물층보다도 견고한 막이고, 티탄질화층 또는 티탄산질화층의 에칭은 티탄층 또는 티탄산화층의 에칭의 경우보다도 더 가혹한 조건이 아니면 실용적인 에칭을 할 수 없다. 또한, 실리콘 기판이나 유리 기판에 대한 선택성을 나타내는 에칭 성능을 발현시키기 어렵고, 아직 실용적인 방법이 제공되고 있지 않다. As the undercoat layer on the silicon substrate or the glass substrate, not only a titanium layer or a titanium oxide layer, but also a titanium nitride layer or a titanium oxynitride layer may be used. The titanium nitride layer or the titanium oxynitride layer is a film that is harder than the titanium layer or the titanium oxide layer, and the etching of the titanium nitride layer or the titanium oxynitride layer cannot be practically etched unless the conditions are more severe than those of the titanium layer or the titanium oxide layer. . Moreover, it is difficult to express the etching performance which shows selectivity with respect to a silicon substrate and a glass substrate, and the practical method is not yet provided.
한편, 반도체 디바이스, 액정 표시 장치, IC카드 등의 제조에 있어서, 실리콘웨이퍼나 유리 기판 상에 금속 배선재를 설치할 때는, 기판과 금속 배선재 등과의 밀착성이 매우 중요하다. 따라서, 기판과의 밀착성이 나쁜 금속 배선재로 이루어진 패턴을 기판 상에 형성하는 경우는 기판과 금속 배선재와의 밀착성을 향상시키기 위해서 하도 금속층이 형성된다. 이 하도 금속층의 금속재로서는 기판과의 밀착성이 우수한 금속을 선정할 필요가 있지만, 기판과의 밀착성이 뛰어난 금속재는 기판의 재질에 따라 제한되고 있지만, 예를 들면, Al, Cr, Ti 등을 들 수 있고, 이들 다음으로 밀착력을 나타내는 것으로서는, Mo, W, Ta 등을 들 수 있다. 이러한 금속재 중, Al은 힐록(hillock)의 발생 문제가 있고, Cr은 독성의 문제가 있다. On the other hand, in manufacturing a semiconductor device, a liquid crystal display device, an IC card, etc., when providing a metal wiring material on a silicon wafer or a glass substrate, adhesiveness with a board | substrate, a metal wiring material, etc. is very important. Therefore, when the pattern which consists of a metal wiring material with bad adhesiveness with a board | substrate is formed on a board | substrate, the undercoat metal layer is formed in order to improve the adhesiveness of a board | substrate and a metal wiring material. As the metal material of the lower metal layer, it is necessary to select a metal having excellent adhesion to the substrate. However, the metal material having excellent adhesion to the substrate is limited depending on the material of the substrate, and examples thereof include Al, Cr, and Ti. In addition, Mo, W, Ta, etc. are mentioned as an adhesive force next to these. Of these metals, Al has a problem of occurrence of hillock, and Cr has a problem of toxicity.
Mo, W, Ta는 Ti와 같이 공기에서 산화막을 형성해 안정화되는 금속이다. 그러나, Mo는 내식성이 나쁘고, 단독으로 사용하는 경우보다 합금화 하여 사용하는 경우가 많다. W도 마찬가지로 단독 사용보다는, Ti-W와 같이 W에 Ti를 합금화 한 형태로 사용된다. Ta는 불화수소산 및 왕수로밖에 에칭할 수 없다는 점에서, 가공성에 문제가 있어 부적합한 면이 많은 외에, 값이 비싸기 때문에, 하도 금속재로서 범용성이 부족하다. Mo, W, and Ta are metals that are stabilized by forming an oxide film in air such as Ti. However, Mo has poor corrosion resistance and is often used in alloying than when used alone. W is likewise used in the form of alloying Ti to W, rather than Ti-W. Since Ta can only be etched with hydrofluoric acid and aqua regia, there is a problem in workability and many unsuitable aspects.
결과적으로, 하도 금속으로서, Ti가 부식에 강하게 전기저항이 큰 점(전기가 통하기 어려움)에 있어서 기대되고 있지만, 전술한 바와 같이, 실리콘 기판이나 유리 기판 상의 Ti층은 그 선택 에칭이 곤란함과 동시에, 금속 배선 재료인 귀금속재를 적층한 경우, 전식(electric corrosion)이 일어나기 쉽고, 성형상의 문제도 있다. 이 때문에, 종래에는 금속 배선재의 하도 금속으로서는 Cr이 주류이고, Ti의 이용 예는 적었다. 그러나, 금후는 Cr의 독성 문제 때문에 Ti의 상술한 문제를 해결함으로써 Cr의 하도 금속의 대체물로서 Ti를 사용하는 것이 요망되고 있다. As a result, as a base metal, Ti is expected to be highly resistant to corrosion and to have a large electrical resistance (difficult to conduct electricity). However, as described above, the Ti layer on the silicon substrate or the glass substrate is difficult to selectively etch. At the same time, when the noble metal material, which is a metal wiring material, is laminated, electric corrosion is likely to occur, and there is also a molding problem. For this reason, Cr is a mainstream metal as a base metal of a metal wiring material conventionally, and there are few uses examples of Ti. However, in the future, it is desired to use Ti as a substitute for the underlying metal of Cr by solving the above-mentioned problem of Ti because of the toxicity problem of Cr.
Ti금속을 사용한 하도층의 처리방법으로서, 백금 도금 처리 전의 티탄층 표면의 전처리의 조면화 표면 처리제로서, 요소와 규불화수소산을 포함하는 처리제를 사용하는 것이 예시되어 있다(일본 특허출원 공개 평08-218185 호 공보 참조). 이 처리제는 요오드와의 병용으로 효과를 나타내는 외에, 본 기술은 조면화에 관한 기술이고, 티탄층을 완전히 제거하는 에칭기술에 관한 것은 아니다. 또 기판으로부터 (Ni, Co, Fe)CrAl(Ti)로 이루어진 피막을 제거하기 위해서 규불화수소산을 사용하는 것이 예시되어 있다(일본 특허출원 공개 2002-53985 호 공보 참조). 여기서 사용되는 기판은 초합금이나 중합체로 구성되고, 또한, 실리콘 기판이나 유리 기판 상의 티탄층의 선택 에칭에 관해서는 아무런 언급이 없다. As a treatment method of the undercoat layer using Ti metal, the use of a treatment agent containing urea and hydrofluoric acid is exemplified as a roughening surface treatment agent for the pretreatment of the surface of the titanium layer before the platinum plating treatment (Japanese Patent Application Laid-Open No. 08 -218185 publication). This treatment agent exhibits the effect by using together with iodine, and this technique is a technique regarding roughening, and does not concern the etching technique which removes a titanium layer completely. Moreover, the use of hydrofluoric acid is illustrated to remove the film which consists of (Ni, Co, Fe) CrAl (Ti) from a board | substrate (refer Unexamined-Japanese-Patent No. 2002-53985). The substrate used here is composed of a superalloy or a polymer, and there is no mention of selective etching of the titanium layer on the silicon substrate or the glass substrate.
발명의 개시Disclosure of the Invention
발명이 해결하고자 하는 과제Problems to be Solved by the Invention
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 달성된 것으로, 그 목적은 실리콘 기판 또는 규산계 유리 기판 상에 형성된 티탄, 티탄산화물, 티탄질화물 및 티탄산질화 물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 주성분으로 하는 티탄 함유층을 빠른 에칭속도에서 기판을 침식하지 않고 선택적으로 에칭할 수 있는 티탄 함유층용 에칭액 및 이 티탄 함유층용 에칭액을 사용한 티탄 함유층의 에칭방법을 제공하는 데에 있다. The present invention has been accomplished to solve the above problems, the object of which is one or two or more selected from the group consisting of titanium, titanium oxide, titanium nitride and titanium oxynitride formed on a silicon substrate or a silicic acid-based glass substrate The present invention provides an etching solution for a titanium containing layer which can selectively etch a titanium containing layer to be used without eroding a substrate at a high etching rate, and a method of etching a titanium containing layer using the titanium containing layer etching solution.
본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토한 결과, 규불화수소산 (H2SiF6)을 주성분으로 하는 에칭액은 티탄재에 대해, 동일한 농도의 불화수소산계의 에칭액의 에칭속도에는 못 미치지만, 예를 들면, 종래의 인산, 황산, 염산계의 에칭액의 에칭속도보다도 현격하게 빠른 에칭속도를 가지고 있고, 또한 티탄의 선택적 에칭에 유효하다는 것을 알아냈다. 즉, 규불화수소산은 불화수소산과 규소 또는 산화 규소와의 반응에서 생성하는 물질이고, 실리콘이나 규산계 유리에 대해서는 불활성이지만, 티탄에 대해서는 충분한 에칭 성능을 갖고, 실리콘 기판 또는 규산계 유리 기판 상의 티탄의 에칭에 관하여 충분한 선택성을 갖는다. The present inventors have made intensive studies to solve the above problems, the rule of hydrofluoric acid (H 2 SiF 6) an etching solution containing as a main component is for the titanium material, but did not extend to the etching rate of the hydrofluoric acid of the same concentration of the etching solution, For example, it has been found that the etching rate is significantly faster than that of conventional etching solutions of phosphoric acid, sulfuric acid, and hydrochloric acid, and is effective for selective etching of titanium. That is, hydrofluoric acid is a substance produced by the reaction of hydrofluoric acid with silicon or silicon oxide, and is inert to silicon or silicate glass, but has sufficient etching performance against titanium, and titanium on silicon substrate or silicate glass substrate. It has sufficient selectivity with respect to the etching of.
과제를 해결하기 위한 수단Means to solve the problem
본 발명은 앞에서 말한 식견에 기초해 달성된 것이고, 본 발명의 티탄 함유층용 에칭액은 실리콘 기판 또는 규산계 유리 기판 상에 형성된, 티탄, 티탄산화물, 티탄질화물 및 티탄산질화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 주성분으로 하는 티탄 함유층을 에칭하는 에칭액이고, 규불화수소산을 함유한다. The present invention has been accomplished based on the above-mentioned findings, and the etchant for titanium-containing layer of the present invention is one selected from the group consisting of titanium, titanium oxide, titanium nitride and titanium oxynitride formed on a silicon substrate or a silicic acid-based glass substrate. Or it is an etching liquid which etches the titanium containing layer which has 2 or more types as a main component, and contains hydrofluoric acid.
또한, 본 발명의 티탄 함유층용 에칭액은 티탄질화물 및/또는 티탄산질화물을 주성분으로 하는 티탄 함유층을 에칭하는 에칭액이고, 규불화수소산과 산화제를 함유한다. Moreover, the etching liquid for titanium containing layers of this invention is an etching liquid which etches the titanium containing layer which has a titanium nitride and / or a titanium oxynitride as a main component, and contains hydrofluoric acid and an oxidizing agent.
본 발명의 티탄 함유층의 에칭방법은 실리콘 기판 또는 규산계 유리 기판 위에 형성된 티탄, 티탄산화물, 티탄질화물 및 티탄산질화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 주성분으로 하는 티탄 함유층을 에칭액에 의해 에칭 하는 방법이고, 에칭액으로서 상술한 티탄 함유층용 에칭액을 사용한다. In the etching method of the titanium-containing layer of the present invention, a titanium-containing layer containing one or two or more selected from the group consisting of titanium, titanium oxide, titanium nitride and titanium oxynitride formed on a silicon substrate or a silicic acid-based glass substrate with an etching solution. It is a method of etching and the etching liquid for titanium containing layers mentioned above is used as etching liquid.
발명을 실시하기To practice the invention 위한 최선의 실시형태 Best embodiment for
본 발명의 실시 형태에 대해서 설명한다. 우선, 티탄 함유층용 에칭액에 대해서 설명한다. 또한, 본 발명의 에칭액은 티탄, 티탄산화물, 티탄질화물 및 티탄산질화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 주성분으로 하는 티탄함유층을 에칭 대상으로 하는 것이다. 여기서, '주성분'이란 층 중의 함유량이 50∼100중량% 임을 가리킨다. 이와 같은 티탄 함유층으로서는 티탄층, 티탄산화물층, 티탄과 티탄산화물과의 혼합층, 티탄질 화물층, 티탄산화물과 티탄질화물과의 혼합층, 티탄과 티탄질화물과의 혼합층, 티탄산질화물 등이 있다. 이하에 있어서는 설명의 편의상, 티탄 함유층을 구성하는 티탄, 티탄산화물, 티탄질화물, 티탄산질화물 또는 이러한 혼합물을 단지 '티탄'이라고 총칭하는 경우가 있다. Embodiment of this invention is described. First, the etching liquid for titanium containing layers is demonstrated. In addition, the etching liquid of this invention makes a titanium containing layer which has 1 type (s) or 2 or more types selected from the group which consists of a titanium, a titanium oxide, a titanium nitride, and a titan oxynitride as an etching target. Here, "main component" points out that content in a layer is 50-100 weight%. Such titanium-containing layers include a titanium layer, a titanium oxide layer, a mixed layer of titanium and titanium oxide, a titanium nitride layer, a mixed layer of titanium oxide and titanium nitride, a mixed layer of titanium and titanium nitride, and titanium oxynitride. In the following, for convenience of description, titanium, titanium oxide, titanium nitride, titanium oxynitride or such a mixture constituting the titanium-containing layer may be referred to collectively as simply 'titanium'.
에칭액의 유효성분으로서 사용하는 규불화수소산은 일반적으로 하기 반응식에 따라서 제조된다. Hydrofluoric acid used as an active ingredient of etching liquid is generally manufactured according to following Reaction Formula.
6 HF + Si02 → 2H20 + H2SiF6 (1)6 HF + Si0 2 → 2H 2 0 + H 2 SiF 6 (One)
6 HF + Si → 2H2 + H2SiF6 (2)6 HF + Si → 2H 2 + H 2 SiF 6 (2)
그리고, 규불화수소산 수용액 중에, 하기 반응식에 따라서 티탄이 용해함으로써 에칭이 행해진다. Then, etching is performed by dissolving titanium in the hydrofluoric acid aqueous solution according to the following reaction formula.
Ti + 02 → Ti02 (3)Ti + 0 2 → Ti0 2 (3)
Ti02 + 2 H2SiF6 → Ti(SiF6)2 + 2 H20 (4)Ti0 2 + 2 H 2 SiF 6 → Ti (SiF 6 ) 2 + 2 H 2 0 (4)
반응식(1) 및 (2)에서, 불화수소산이 Si, Si02와 가역적으로 반응한다. 불화수소산 용액 중에 Si, Si02가 과량 사용되면, HF가 완전 소비되고, 규불화수소산은 물에 용해되어 강산으로 기능한다. 즉, 수중에서 H2SiF6은 H+과 SiF6 2 -의 형태로 해리되고, 이러한 점에서, BHF(불화수소산/불화암모늄 수용액)에서의 F- 이온의 해리와는 전혀 다르다. In Schemes (1) and (2), hydrofluoric acid reacts reversibly with Si and Si0 2 . When an excessive amount of Si and Si0 2 is used in the hydrofluoric acid solution, HF is completely consumed, and hydrofluoric acid is dissolved in water to function as a strong acid. That is, H 2 SiF 6 dissociates in the form of H + and SiF 6 2 − in water, and in this respect, it is completely different from dissociation of F − ions in BHF (hydrofluoric acid / ammonium fluoride aqueous solution).
단, 규불화수소산 수용액은 그 농도에 따라 달라지지만, 온도를 60℃ 이상으로 올리면, 규불화수소산 자신이 분해되어 HF(불화수소산 가스)와 SiF4(불화 규소 가스)가 발생한다. 그리고, SiF4는 물과 신속하게 반응해 SiO2를 생성하고, SiO2는 수용액 중에 석출한다. 이 때문에, 규불화수소산 수용액은 고농도 조건이나 고온 조건과 같은 너무 가혹한 조건에서는 사용할 수 없지만, 너무 가혹한 조건 이외에서는 SiF6 2 - 이온에 의해 불화수소산과는 작용이 다르지만, 불화수소산과 같이 티탄의 선택적 에칭 기능을 나타낼 수 있다.However, the hydrofluoric acid aqueous solution varies depending on the concentration thereof, but when the temperature is raised to 60 ° C or higher, hydrofluoric acid itself is decomposed to generate HF (hydrofluoric acid gas) and SiF 4 (silicon fluoride gas). And SiF 4 reacts rapidly with water to produce SiO 2 , and SiO 2 precipitates in aqueous solution. For this reason, hydrofluoric acid aqueous solution cannot be used in too harsh conditions such as high concentration conditions or high temperature conditions, but except for too harsh conditions, the action of the hydrofluoric acid differs from hydrofluoric acid by SiF 6 2 - ions. It can exhibit an etching function.
한편, 티탄은 산의 존재하에서 환원 분위기 영역에 이온화에 의한 용해 영역이 존재한다. 반응식(3)의 산소 공급원으로서는 공기 중의 산소가 충분히 사용될 수 있지만, 산화제로서 질산이나 과산화수소를 적당히 첨가함으로써 티탄의 에칭속도를 조절할 수도 있다. On the other hand, titanium has a dissolving region by ionization in a reducing atmosphere region in the presence of an acid. Oxygen in the air can be sufficiently used as the oxygen source of the reaction formula (3), but the etching rate of titanium can be controlled by appropriate addition of nitric acid or hydrogen peroxide as the oxidizing agent.
반응식(3) 및 (4)에서 나타내는 바와 같이, 티탄은 일단 산화물이 되고, 그 후에 산의 존재 하에서 용해된다. 반응식으로부터도 분명히 알 수 있지만, 에칭에서는 반드시 산화물의 형태를 거쳐 용해하고 있기 때문에, 본 발명에서는 티탄 단일체뿐만 아니라, 티탄산화물의 단일체에 관해서도 규불화수소산에 용해시킬 수 있고, 에칭이 가능하다. 티탄산화물로서는 백색의 이산화 티탄으로부터, 티탄 블랙이라고 칭하는 저급 산화티탄(TixO2X -1= x는 1 이상의 정수)화합물에 대해, 본 발명의 에칭액에 의한 에칭이 가능하다. As shown in Schemes (3) and (4), titanium becomes an oxide once, and thereafter dissolves in the presence of an acid. Although it can be clearly seen from the reaction scheme, in the etching, since it is always dissolved through the form of an oxide, not only the titanium monolith but also the monolithic titanium oxide can be dissolved in hydrofluoric acid, and etching is possible. Titanium oxide as the titanium oxide to the lower call from titanium dioxide, titanium black as a white (Ti x O 2X -1 = x is an integer of 1 or more) compounds, can be etched by the etching solution of the present invention.
반응식(1), (2), (3) 및 (4)로부터, 규불화수소산은 실리콘 기판 또는 규산계 유리 기판에는 불활성이지만, 티탄에 대해서는 활성을 나타내는 것으로부터, 티탄의 선택적 에칭을 행할 수 있다. From Schemes (1), (2), (3) and (4), hydrofluoric acid is inert to a silicon substrate or a silicic acid-based glass substrate, but since it shows activity for titanium, selective etching of titanium can be performed. .
본 발명의 티탄 함유층용 에칭액은 상술한 바와 같이, 산화제를 함유해도 좋고, 산화제에 의해 에칭속도의 조절이 가능하다. 이 산화제로서는 질산 또는 과산화수소가 바람직하다As mentioned above, the etching liquid for titanium containing layers of this invention may contain an oxidizing agent, and an etching rate can be adjusted with an oxidizing agent. As this oxidant, nitric acid or hydrogen peroxide is preferable.
특히, 티탄질화재, 티탄산질화재는 티탄 또는 티탄산화재보다도 견고하기 때문에, 통상은 산화제의 병용이 바람직하다. 즉, 티탄질화물, 티탄산질화물이 산화제의 작용으로 질소를 방출하고, 티탄산화물이 중간물로서 생성하고, 상기 티탄산화물이 규불화수소산에 용해하여 에칭이 행해진다. 따라서, 티탄질화물, 티탄산질화물의 경우도, 티탄산화물의 경우와 완전히 동일하게 본 발명의 에칭액에 의해 에칭될 수 있다. In particular, since titanium nitride and titanium oxynitride are harder than titanium or titanium oxide, combined use of an oxidizing agent is usually preferred. That is, titanium nitride and titanate nitride release nitrogen by the action of an oxidizing agent, titanium oxide is produced as an intermediate, and the titanium oxide is dissolved in hydrofluoric acid and etching is performed. Therefore, titanium nitride and titanium oxynitride can also be etched by the etching solution of the present invention in the same manner as in the case of titanium oxide.
또한, 본 발명의 티탄 함유층용 에칭액은 알코올류, 글리콜류, 유기산류 및 계면활성제, 바람직하게는 탄소수 4 이하의 알코올류, 탄소수 4 이하의 글리콜류, 탄소수 4 이하의 유기산류, 음이온계 계면활성제 및 비이온계 계면활성제로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 더 함유해도 좋다. 이들을 함유함으로써 에칭액의 표면장력을 낮추어 미세 부분의 에칭성을 향상시킬 수 있고, 또 후술하는 싸이드 에칭을 방지하는 등의 기능성을 얻을 수 있다. Further, the etching solution for titanium-containing layers of the present invention is alcohols, glycols, organic acids and surfactants, preferably alcohols having 4 or less carbon atoms, glycols having 4 or less carbon atoms, organic acids having 4 or less carbon atoms, and anionic surfactants. And at least one selected from the group consisting of nonionic surfactants. By containing these, the surface tension of an etching liquid can be reduced and the etching property of a micro part can be improved, and the functionality, such as preventing the side etching mentioned later, can be obtained.
이하, 본 발명의 티탄 함유층용 에칭액을 상세히 설명한다. 본 발명의 티탄 함유층용 에칭액은 규불화수소산을 함유하는 액이고, 일반적으로는 규불화수소산 수용액이다. 이 규불화수소산 수용액 중의 규불화수소산 농도가 0.1∼40중량%의 범위이면, 티탄의 에칭속도에 대해 규불화수소산 농도가 1차 함수적인 관계를 갖고 있는 것으로 알려져 있다. 그리고, 규불화수소산 수용액의 규불화수소산 농도가 20중량%를 초과해도 아무런 지장은 없지만, 규불화수소산 농도가 50중량%를 초과하면, 규불화수소산의 분해 등에 의해 티탄 함유층용 에칭액이 불안정하게 된다. 또 규불화수소산 수용액은 40중량% 농도 이하의 수용액 형태로 용이하게 구입할 수 있다. 따라서, 규불화수소산 수용액 중의 규불화수소산의 농도는 통상 0.1∼50중량%, 바람직하게는 1∼40중량%, 보다 바람직하게는 1∼20중량%의 범위로 된다. 또한, 규불화수소산 농도가 0.1중량% 미만인 경우는 충분한 에칭속도를 얻을 수 없다. Hereinafter, the etching liquid for titanium containing layers of this invention is demonstrated in detail. The etching liquid for titanium containing layers of this invention is a liquid containing hydrofluoric acid, and is generally a hydrofluoric acid aqueous solution. When the hydrofluoric acid concentration in this hydrofluoric acid aqueous solution is in the range of 0.1-40 weight%, it is known that hydrofluoric acid concentration has a linear functional relationship with respect to the etching rate of titanium. And even if the hydrofluoric acid concentration of the hydrofluoric acid aqueous solution exceeds 20 weight%, there will be no problem, but if the hydrofluoric acid concentration exceeds 50 weight%, the etching liquid for titanium containing layers will become unstable by decomposition | disassembly of hydrofluoric acid, etc. . In addition, the hydrofluoric acid aqueous solution can be easily purchased in the form of an aqueous solution of 40% by weight or less. Therefore, the concentration of hydrofluoric acid in the hydrofluoric acid aqueous solution is usually in the range of 0.1 to 50% by weight, preferably 1 to 40% by weight, more preferably 1 to 20% by weight. In addition, when the hydrofluoric acid concentration is less than 0.1% by weight, a sufficient etching rate cannot be obtained.
티탄질화물 또는 티탄산질화물을 에칭하는 경우를 제외하고, 상술한 바와 같이, 에칭속도의 조정을 위해서, 티탄 함유층용 에칭액에 산화제를 첨가해도 좋다. 티탄 함유층용 에칭액 중 산화제 농도는 사용하는 산화제의 종류에 따라 달라진다. 예를 들면, 산화제로서 질산을 사용하는 경우, 티탄 함유층용 에칭액 중의 질산 농도는 통상 20중량% 이하, 바람직하게는 10중량% 이하이다. 또 과산화수소를 사용하는 경우, 티탄 함유층용 에칭액 중의 과산화수소 농도는 통상 10중량% 이하, 바람직하게는 5중량% 이하, 보다 바람직하게는 3중량% 이하이다. 산화제를 첨가하는 경우, 그 농도의 하한치는 특히 제한은 없지만, 통상 0.1중량%이다. 0.1중량% 미만인 경우는 에칭속도의 향상 효과가 발현되지 않는다. 또한, 본 발명에서는 산화제를 첨가하지 않아도 충분한 에칭속도를 얻을 수 있는 경우가 많다. 산화제 농도가 너무 높으면, 티탄의 표면에 견고한 산화 피막층이 형성되고, 형성된 산화막의 용해에 시간이 걸리고, 그 결과, 후술하는 기능제의 기능을 손상할 우려가 있다. 따라서, 산화제를 사용하는 경우는 저농도로 사용하는 것이 바람직하다. As described above, except for the case where the titanium nitride or the titanium oxynitride is etched, an oxidizing agent may be added to the etching liquid for the titanium containing layer in order to adjust the etching rate. The oxidant concentration in the etchant for titanium containing layer varies depending on the kind of oxidant to be used. For example, when nitric acid is used as an oxidizing agent, the nitric acid concentration in the etching liquid for titanium containing layers is 20 weight% or less normally, Preferably it is 10 weight% or less. When hydrogen peroxide is used, the hydrogen peroxide concentration in the titanium-containing layer etching solution is usually 10% by weight or less, preferably 5% by weight or less, and more preferably 3% by weight or less. When adding an oxidizing agent, the lower limit of the concentration is not particularly limited, but is usually 0.1% by weight. If less than 0.1% by weight, the effect of improving the etching rate is not exhibited. In addition, in this invention, sufficient etching rate can be obtained in many cases, without adding an oxidizing agent. If the oxidant concentration is too high, a solid oxide film layer is formed on the surface of titanium, and dissolution of the formed oxide film takes time, and as a result, there is a risk of impairing the function of the functional agent described later. Therefore, when using an oxidizing agent, it is preferable to use it at low concentration.
한편, 티탄질화물 또는 티탄산질화물을 에칭하는 경우, 질화물 또는 산질화물을 산화물로 바꿀 필요가 있기 때문에, 산화제를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 산화제로서 질산을 사용하는 경우, 티탄 함유층용 에칭액 중의 질산농도의 하한치는 통상 10중량%, 바람직하게는 20중량%이고, 그 상한치는 통상 50중량%, 바람직하게는 40중량%이다. 또 과산화수소를 사용하는 경우, 티탄 함유층용 에칭액 중의 과산화수소 농도의 하한치는 통상 5중량%, 바람직하게는 10중량%이고, 그 상한치는 통상 20중량%, 바람직하게는 15중량%이다. On the other hand, when etching titanium nitride or titanium oxynitride, since it is necessary to convert nitride or oxynitride into an oxide, it is preferable to use an oxidizing agent. For example, when nitric acid is used as the oxidizing agent, the lower limit of nitric acid concentration in the titanium-containing layer etching solution is usually 10% by weight, preferably 20% by weight, and the upper limit is usually 50% by weight, preferably 40% by weight. . In the case of using hydrogen peroxide, the lower limit of the hydrogen peroxide concentration in the titanium-containing layer etching solution is usually 5% by weight, preferably 10% by weight, and the upper limit is usually 20% by weight, preferably 15% by weight.
일반적으로, 에칭액의 기본 성분은 금속 산화물을 용해시키는 착체 또는 산과 금속을 산화 처리시키는 산화제와 미세 부분에 액을 도입해야 하는 에칭액의 표면장력을 저하시키는 등의 기능을 갖는 기능제와의 혼합계가가 적합하다. 첨가하는 기능제로서는 통상 유기 카르복시산류의 유기산류, 알코올류, 글리콜류 및 경계면활성제로 이루어진 군에서 선택된다. 에칭액 중 산화제의 강도가 강한 경우는 기능제가 산화제에 변질 내지 열화되고, 그 기능을 상실하는 경우가 많고, 일반적으로는 기능제의 선택의 여지가 적다. In general, the basic component of the etching solution is a mixture of a complex or a functional agent having a function of dissolving a metal oxide or an acid and an oxidizing agent for oxidizing the metal and a surface tension of the etching solution having to introduce the liquid into the fine portion. Suitable. The functional agent to be added is usually selected from the group consisting of organic acids, alcohols, glycols, and surfactants of organic carboxylic acids. When the strength of the oxidizing agent in the etching solution is strong, the functional agent is deteriorated or degraded by the oxidizing agent, and in many cases, its function is lost. Generally, there is little choice of functional agent.
그 때문에, 기능제로서, 산화 생성물에 상당하는 유기산류밖에 사용할 수 없는 경우가 많다. 그렇지만, 상술한 바와 같이, 규불화수소산을 사용하는 본 발명의 티탄 함유층용 에칭액에 의한 티탄 또는 티탄산화물의 에칭의 경우는 산화제가 거의 불필요하든가 또는 소량의 산화제가 필요하기 때문에, 기능제로서, 규불화수소산 수용액에 용해 가능하고, 에칭액의 표면장력 또는 접촉각을 낮추는 기능을 갖고, 또한, 미세 가공 처리의 소수성 레지스트 패턴 사이에 있는 간격 부분에 친수계 에칭액을 침입시키는 기능을 발휘하는 것이라면 특히 제한은 없지만, 예를 들면, 알코올류, 글리콜류, 유기산류, 계면활성제 등의 수용해성의 화합물이 있다.Therefore, in many cases, only organic acids corresponding to oxidation products can be used as the functional agent. However, as described above, in the case of etching titanium or titanium oxide by the etching solution for titanium-containing layer of the present invention using hydrofluoric acid, since an oxidizing agent is almost unnecessary or a small amount of oxidizing agent is required, There is no particular limitation as long as it is soluble in hydrofluoric acid aqueous solution, has a function of lowering the surface tension or contact angle of the etching solution, and exhibits a function of infiltrating the hydrophilic etching solution into the gap between the hydrophobic resist patterns of the microfabrication process. For example, there are water-soluble compounds such as alcohols, glycols, organic acids, and surfactants.
그러나, 티탄질화물 및/또는 티탄산질화물 에칭액으로서는 상술한 바와 같이, 소정량의 산화제가 사용되기 때문에, 기능제로서는 유기산류가 있고, 구체적으로는 아세트산, 메탄술폰산, 옥살산 등을 사용할 수 있다. However, as the titanium nitride and / or titanium oxynitride etching solution, as described above, since a predetermined amount of oxidizing agent is used, there are organic acids as functional agents, specifically, acetic acid, methanesulfonic acid, oxalic acid and the like can be used.
본 발명의 티탄 함유층용 에칭액에 첨가되는 기능제로서의 알코올류로서는 통상 탄소수 4 이하, 바람직하게는 탄소수 1∼4의 알코올류가 있고, 예를 들면, 메탄올, 에탄올, 프로판올 등을 들 수 있다. 글리콜류로서는 통상 탄소수 4 이하, 바람직하게는 탄소수 2∼4의 글리콜류가 있고, 예를 들면, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 프로필렌 글리콜, 프로판디올, 부탄디올, 글리세린, 이들의 수용성 글리콜 에테르류 등을 들 수 있다. 또한, 산류로서는 통상 탄소수 4 이하, 바람직하게는 탄소수 1∼4의 유기 카르복시산이 있고, 예를 들면, 일염기산으로서는 포름산, 아세트산, 프로피온산, 부티르산 등이 있고, 이염기산으로서는 옥살산, 말론산, 구연산, 숙신산, 글루타르산, 말산 등이 있다. The alcohols as the functional agent added to the titanium-containing layer etching solution of the present invention usually have 4 or less carbon atoms, preferably 1 to 4 carbon atoms, and examples thereof include methanol, ethanol, and propanol. The glycols are usually glycols having 4 or less carbon atoms, preferably 2 to 4 carbon atoms, and examples thereof include ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, propanediol, butanediol, glycerin, and water-soluble glycol ethers thereof. Can be mentioned. In addition, the acids are usually an organic carboxylic acid having 4 or less carbon atoms, preferably 1 to 4 carbon atoms. For example, monobasic acids include formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, and the like, oxalic acid, malonic acid and citric acid. , Succinic acid, glutaric acid, malic acid, and the like.
계면활성제로서는 음이온계 계면활성제 및 비이온계 계면활성제가 바람직하고, 예를 들면, 음이온계 계면활성제로서는 도데실벤젠술폰산이 있고, 비이온계 계면활성제로서는 폴리옥시에틸렌글리콜 에테르류가 있다. 이들 계면활성제의 티탄 함유층용 에칭액 중의 농도의 상한치는 통상 500 중량ppm, 바람직하게는 200 중량ppm이고, 그 하한치는 통상 10 중량ppm이다. 계면활성제의 농도가 너무 높은 경우는 발포를 일으키기 때문에 바람직하지 않고, 또 계면활성제의 농도가 10 중량ppm미만인 경우는 기능제로서의 효능이 발현되지 않는다. 이러한 기능제는 1종을 단독 사용해도 되고, 또 2종 이상의 혼합물로 첨가해도 좋다. Anionic surfactant and nonionic surfactant are preferable as surfactant, For example, dodecylbenzene sulfonic acid is mentioned as anionic surfactant, and polyoxyethylene glycol ether is mentioned as a nonionic surfactant. The upper limit of the density | concentration in the etching liquid for titanium containing layers of these surfactant is 500 weight ppm normally, Preferably it is 200 weight ppm, and the lower limit is 10 weight ppm normally. When the concentration of the surfactant is too high, it is not preferable because it causes foaming, and when the concentration of the surfactant is less than 10 ppm by weight, the effect as a functional agent is not expressed. Such a functional agent may be used individually by 1 type, and may be added in 2 or more types of mixtures.
이와 같은 기능제의 추가 효과에 대해서 이하에 설명한다. 티탄은 전기 저항이 크므로 배선 재료에는 적합하지 않지만, 실리콘 기판이나 규산계 유리 기판에 대한 밀착성이 높기 때문에, 기판에 대한 밀착성이 나쁜 금속 배선재의 하도 금속재로서 사용되는 경우가 많다. 그리고, 티탄 하도층 상에 다른 금속 재료로 이루어진 배선 패턴을 형성한 적층구조가 이용된다. 이와 같은 경우에 있어서는 기판 상에 하도층으로서의 티탄층을 통해 배선재로서의 금속층을 형성하고, 그 위에 다시 레지스트 패턴을 제공하고, 배선재(이하 '상부 금속'이라 하는 경우가 있다)의 에칭을 한 후, 티탄층(이하 '하부 Ti'라 하는 경우가 있다)의 에칭을 한다. The additional effect of such a functional agent is demonstrated below. Titanium is not suitable for wiring materials because of its large electrical resistance. However, titanium is often used as a base metal material of a metal wiring member having poor adhesion to a substrate because of its high adhesion to a silicon substrate or a silicic acid-based glass substrate. And the laminated structure which formed the wiring pattern which consists of other metal materials on the titanium undercoat layer is used. In such a case, after forming a metal layer as a wiring material on the board | substrate through the titanium layer as an undercoat layer, providing a resist pattern on it again, and etching the wiring material (henceforth "upper metal"), The titanium layer (hereinafter referred to as "lower Ti") is etched.
실리콘 기판 또는 규산계 유리 기판 상에 직접 형성한 경우에 충분한 밀착성이 얻어지지 않고 박리되는 배선 금속재로서는 Pt, Au, Ag, Cu, Pd 등이 있다. 그러나, 레지스트 패턴으로 피복한 상부 금속을 또 다른 에칭액으로 에칭하고, 하부Ti가 표출한 후에, 본 발명의 티탄 함유층용 에칭액에 의해 상부 금속을 마스크 패턴으로서 하부 Ti를 에칭할 수 있다. Pt, Au, Ag, Cu, Pd, etc. are mentioned as a wiring metal material which peels, without obtaining sufficient adhesiveness, when formed directly on a silicon substrate or a silicic acid-type glass substrate. However, after the upper metal coated with the resist pattern is etched with another etching solution and the lower Ti is exposed, the lower metal can be etched as the mask pattern with the upper metal by the etching solution for the titanium-containing layer of the present invention.
이 경우, 상부 금속과 하부 Ti가 다른 금속의 적층계에 있어서는 에칭액이 양 금속에 동시에 접촉하기 때문에, 산화 전위가 낮은(이온화 경향이 크다) 금속 쪽이 단층 금속막의 경우에 비해 에칭속도가 가속되는 현상이 일어난다. 예를 들면, 상부 금속이 Au인 경우, Au의 이온화 전위가 +1.6 V인 데 대해, Ti 하도층의 이온화 전위는 -1.6V이고, Ti와 Au와의 전위차는 3.2V로 매우 크다. 이와 같이, 전위차가 큰 만큼, 에칭 시에 분극하고, 산화 전위가 높은 부분이 음극이 되고, 산화 전위가 낮은 하도 금속 쪽은 양극 산화를 받은 형태로 전식된다. Ti는 Au에 대해 전위차가 커서 에칭속도가 가속되기 쉽기 때문에 상부 Au 아래의 하부 Ti는 금속 마스크로서 싸이드 에칭이 진행되고, 단층에 비해 적층에서는 막 두께에 대해 통상 50∼100배나 싸이드 에칭속도가 가속된다. 예를 들면, 두께 0.1 ㎛의 하부 Ti를 에칭하는 동안, 5∼10 ㎛의 싸이드 에칭(레지스트 격간 횡방향 에칭) 현상이 일어날 가능성이 있다. In this case, in the stacking system of metals in which the upper metal and the lower Ti are different, the etching liquid contacts both metals at the same time, so that the etching rate is accelerated in the metal having a lower oxidation potential (higher ionization tendency) than in the case of a single layer metal film. The phenomenon occurs. For example, when the upper metal is Au, the ionization potential of Au is +1.6 V, whereas the ionization potential of the Ti sublayer is -1.6V, and the potential difference between Ti and Au is 3.2V. As described above, the greater the potential difference is, the more polarized at the time of etching, the higher the oxidation potential becomes the cathode, and the metal is transferred in the form of anodic oxidation even if the oxidation potential is low. Since Ti has a large potential difference with respect to Au, it is easy to accelerate the etching rate. Therefore, the lower Ti under the upper Au undergoes side etching as a metal mask, and in the case of lamination, the side etching speed is usually increased by 50 to 100 times with respect to the film thickness. do. For example, during the etching of the lower Ti having a thickness of 0.1 mu m, there is a possibility that a 5 to 10 mu m side etching (transverse gap etching) phenomenon occurs.
상술한 기능제는 이와 같은 문제를 방지하는 효과도 있다. 즉, 본 발명의 티탄 함유층용 에칭액에 있어서, 규불화수소산을 용해할 수 있는 범위 내에서, 기능제 농도를 높여 나가면, 상대적으로 수분 농도가 낮아지게 된다. 그러나, 수분 농도가 낮아지면 수소 가스가 발생하는 과전압이 높아지고, 그 결과, 적층 금속 간에서의 전자 이동이 일어나기 어렵게 되어 외견상 전식 작용이 적어지고, 싸이드 에칭이 억제된다. 따라서, 기능제의 선정에는 수분 농도를 규제할 수 있는 것도 중요하고, 규불화수소산에 티탄을 용해시킴으로써 생성한 티탄염에 대한 용해도도 고려하는 것이 중요하다. The above-mentioned functional agent also has the effect of preventing such a problem. That is, in the etching liquid for titanium containing layers of this invention, when the functional agent concentration is raised in the range which can dissolve hydrofluoric acid, moisture concentration will become comparatively low. However, when the moisture concentration is lowered, the overvoltage at which hydrogen gas is generated becomes high, and as a result, electron transfer between the laminated metals is less likely to occur, resulting in less appearance of electroplating and suppressed side etching. Therefore, it is important to be able to regulate the water concentration in selecting the functional agent, and it is important to consider the solubility in the titanium salt produced by dissolving titanium in hydrofluoric acid.
또한, 레지스트 패턴을 형성한 경우, 레지스트가 기능제에 용해하는 일이 있기 때문에, 레지스트가 있는 경우에는 기능제로서의 알코올류의 첨가가 제한되는 경우가 있다. 그러나, 레지스트 패턴은 전술한 적층 구조의 상부 금속의 에칭에는 필요하지만, 하부 Ti를 에칭하는 경우에는 상부 금속이 금속 마스크로 작용하기 때문에 반드시 필요로 하지는 않는다. 따라서, 티탄의 에칭과 함께, 레지스트도 제거해도 좋은 경우라면, 알코올계 기능제를 사용할 수도 있다. In addition, when the resist pattern is formed, the resist may be dissolved in the functional agent. Therefore, when a resist exists, the addition of alcohols as the functional agent may be restricted. However, the resist pattern is necessary for etching the upper metal of the above-described laminated structure, but is not necessarily required when the lower Ti is etched because the upper metal acts as a metal mask. Therefore, if the resist may be removed together with the etching of titanium, an alcohol-based functional agent can also be used.
이와 같이, 기능제의 사용에 의해 에칭액의 표면장력의 저감, 싸이드 에칭의 방지 등의 효과가 얻어진다. 본 발명의 티탄 함유층용 에칭액 중의 계면활성제 이외의 기능제 농도는 사용하는 기능제의 종류, 요구 성능에 의해도 다르지만, 통상 5∼90중량%, 바람직하게는 40∼80중량%의 범위이다. In this manner, the use of the functional agent produces effects such as reduction of the surface tension of the etching solution and prevention of side etching. Although functional agent concentrations other than surfactant in the etching liquid for titanium containing layers of this invention differ also by the kind and required performance of the functional agent to be used, it is 5 to 90 weight% normally, Preferably it is the range of 40 to 80 weight%.
본 발명의 티탄 함유층용 에칭액은 규불화수소산과, 필요에 따라, 상기 산화제 및/또는 기능제를 함유하고, 바람직하게는 나머지 부분이 실질적으로 물로 이루어진다. 에칭액 중의 입자에 관하여는 기판 상의 패턴 사이즈가 미세화됨에 따라 균일 에칭을 저해할 우려가 있기 때문에 제거해 놓는 것이 바람직하고, 구체적으로는 입경 0.5 ㎛ 이상의 미립자수가 통상 1000 개/ml 이하이다. 에칭액의 미립자 제거는 예를 들면, 제조된 에칭액을 정밀 필터를 통해 여과함으로써 가능하다. 이 경우, 여과 방식은 1회 통과 방식이어도 좋지만, 미립자의 제거 효율 면에서 순환식이 보다 바람직하다. The etching liquid for titanium containing layers of this invention contains hydrofluoric acid and the said oxidizing agent and / or functional agent as needed, Preferably the remainder consists of water substantially. The particles in the etching liquid are preferably removed because the uniform etching may be inhibited as the pattern size on the substrate becomes finer. Specifically, the number of fine particles having a particle size of 0.5 µm or more is usually 1000 pieces / ml or less. Particle removal of the etchant is possible by, for example, filtering the prepared etchant through a precision filter. In this case, although the filtration system may be a one-pass system, a circulation type is more preferable from a removal efficiency of microparticles | fine-particles.
이하, 에칭 대상마다 본 발명의 티탄 함유층용 에칭액의 바람직한 조성을 나타내지만, 본 발명의 티탄 함유층용 에칭액은 아래의 조성에 어떠한 제한도 없다. Hereinafter, although the preferable composition of the etching liquid for titanium containing layers of this invention is shown for every etching object, the etching liquid for titanium containing layers of this invention does not have any restriction | limiting in the following composition.
<티탄 및 티탄산화물용 에칭액><Etching solution for titanium and titanium oxide>
규불화수소산: 통상 0.1∼40 중량%, Hydrofluoric acid: usually 0.1 to 40% by weight,
산화제: 통상 20중량% 이하, 바람직하게는 10중량% 이하, Oxidizing agent: usually 20% by weight or less, preferably 10% by weight or less,
기능제: 통상 90중량% 이하, 바람직하게는 80중량% 이하, Functional agent: usually 90% by weight or less, preferably 80% by weight or less,
<티탄질화물 및 티탄산질화물용 에칭액><Etching solution for titanium nitride and titanium oxynitride>
규불화수소산: 통상 0.1∼40중량%, Hydrofluoric acid: usually 0.1 to 40% by weight,
산화제: 통상 10∼50중량%, 바람직하게는 20∼40중량%, Oxidizing agent: usually 10 to 50% by weight, preferably 20 to 40% by weight,
기능제: 아세트산 또는 메탄술폰산의 경우, 통상 30 중량% 이하, 바람직하게는 20 중량% 이하, Functional agent: in the case of acetic acid or methanesulfonic acid, usually 30% by weight or less, preferably 20% by weight or less,
본 발명의 티탄 함유층의 에칭방법은 티탄 함유층용 에칭액을 사용하며, 실리콘 기판 또는 규산계 유리 기판 상의 티탄 함유층을 에칭하는 것으로 이루어진다.즉, 본 발명의 티탄 함유층의 에칭방법은 기판 상의 티탄 함유층 상에 티탄 이외의 금속, 바람직하게는 백금, 금, 은, 동 및 팔라듐의 적어도 1종에 의한 패턴이 형성되어 있는 기판 상의 티탄 함유층의 에칭에 특히 적합하고, 티탄 함유층 상의 금속 패턴을 남기고, 또한, 기판을 침식하는 일 없이, 금속 패턴 간에 표출하는 티탄 함유층만을 효율적으로 에칭 제거할 수 있다. The etching method of the titanium containing layer of this invention uses the etching liquid for titanium containing layers, Comprising: The titanium containing layer on a silicon substrate or a silicic acid-based glass substrate is etched. That is, the etching method of the titanium containing layer of this invention is carried out on the titanium containing layer on a board | substrate. Particularly suitable for etching of the titanium containing layer on a substrate on which a pattern of at least one of metals other than titanium, preferably platinum, gold, silver, copper and palladium is formed, leaving a metal pattern on the titanium containing layer, Only the titanium-containing layer exposed between the metal patterns can be etched away efficiently without eroding.
이 경우, 에칭온도는 특히 규제되지 않고, 상온이 사용하기 쉽지만, 온도를 올리면 티탄과 에칭액과의 반응 활성은 높아진다. 그러나, 온도를 60℃를 초과하는 고온으로 올리면, 전술한 바와 같이, 규불화수소산이 분해를 일으킨다. 이 때문에, 에칭온도의 상한치는 통상 60℃, 바람직하게는 50℃이다. 에칭 시의 압력은 특별히 에칭 성능에 영향을 미치지 않기 때문에, 통상 상압이다. In this case, the etching temperature is not particularly limited, and room temperature is easy to use, but if the temperature is raised, the reaction activity of titanium and the etching solution is increased. However, when the temperature is raised to a high temperature exceeding 60 ° C., as described above, hydrofluoric acid causes decomposition. For this reason, the upper limit of an etching temperature is 60 degreeC normally, Preferably it is 50 degreeC. Since the pressure at the time of etching does not affect especially etching performance, it is normal pressure.
에칭 방식으로서는 종래의 어떠한 방법도 이용할 수 있고, 일반적으로는 회분식 침적 방식이나 스프레이 방식 등을 들 수 있다. 또한, 에칭방식은 에칭 성능에 특히 영향을 미치는 것은 아니다. 에칭 처리 중, 에칭액을 교반하는 것은 바람직한 태양이고, 또 에칭액 중의 처리 기판을 요동시키는 것도 바람직한 태양이다. As the etching method, any conventional method may be used, and in general, a batch deposition method or a spray method may be mentioned. In addition, the etching method does not particularly affect the etching performance. It is a preferable aspect to stir etching liquid during an etching process, and it is also a preferable aspect to rock the process board | substrate in etching liquid.
또한, 본 발명에 의해 에칭 처리되는 실리콘 기판 또는 규산계 유리 기판 상의 티탄 함유층의 두께는 특히 제한되는 것은 아니지만, 상술한 하도 금속층으로서의 티탄 함유층의 두께는 통상 0.05∼0.2 ㎛ 정도이다. 또 이와 같은 하도 티탄 함유층 상의 금속 배선재 층의 두께는 통상 0.05∼0.5 ㎛ 정도이다. The thickness of the titanium-containing layer on the silicon substrate or the silicic acid-based glass substrate to be etched by the present invention is not particularly limited, but the thickness of the titanium-containing layer as the undercoat metal layer is usually about 0.05 to 0.2 µm. Moreover, the thickness of the metal wiring material layer on such a titanium also containing layer is about 0.05-0.5 micrometer normally.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 더 상세하게 설명하지만, 본 발명은 그 요지를 벗어나지 않는 한, 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to a following example, unless the summary is exceeded.
실시예1: Example 1
8B 실리콘 웨이퍼 상에 열산화 피막을 0.08 ㎛ 두께로 형성한 것을 1cm X 5cm의 크기로 절단해 실리콘 시편(test piece)을 만들었다. 이와는 별도로, 상기 열산화 피막이 0.08 ㎛의 두께로 형성된 8B 실리콘 웨이퍼 상에 스퍼터링에 의해 0.1 ㎛의 두께로 되도록 티탄층을 성막한 것을 동일한 크기로 절단해 에칭속도 측정용의 티탄 시편을 제조하였다. 이 티탄 시편을 SEM으로 관찰했지만, 티탄층은 실리콘 열산화막에 상당하게 밀착해 있고, 기계적으로도 박리되지 않고, 크롬층의 밀착성과 완전히 동일하였다. A test piece was prepared by cutting a thermal oxide film having a thickness of 0.08 μm on an 8B silicon wafer to a size of 1 cm × 5 cm. Separately, the titanium oxide film was cut to the same size so as to have a thickness of 0.1 μm by sputtering on an 8B silicon wafer having the thermal oxidation film having a thickness of 0.08 μm to prepare a titanium specimen for etching rate measurement. Although the titanium specimen was observed by SEM, the titanium layer was in close contact with the silicon thermal oxide film and was not mechanically peeled off, and was completely identical to the adhesion of the chromium layer.
이러한 시편을 제조한 후에, 100 ml용의 2개의 비이커에 다른 첨가물이 아무것도 들어있지 않은 15중량%의 규불화수소산 수용액을 각각 50ml씩 넣어 교반기로 교반하고, 온도 50℃에서 일정하게 되도록 고정한 후에, 규불화수소산 수용액 중에 시편이 침지하도록 티탄 시편과 실리콘 시편을 매달았다. 티탄 시편에 관해서는, 육안으로 볼 때 티탄 막이 없어질 때까지의 시간을 측정하는 방법으로 에칭속도를 육안으로 측정하였다. 한편, 실리콘 시편에 관해서는 육안 측정이 불가능하기 때문에, 광간섭 막 두께 측정기로 측정하고, 막 두께 감소분을 계산한 경사부터 에칭속도를 구하였다. 티탄의 에칭속도와 산화 실리콘의 에칭속도의 측정결과를 표1에 나타낸다. After preparing such specimens, 50 ml of 15% by weight aqueous hydrofluoric acid solution containing no other additives were added to two beakers for 100 ml each by stirring with a stirrer and fixed to a constant temperature at 50 ° C. Titanium specimens and silicon specimens were suspended so that the specimens were immersed in aqueous hydrofluoric acid solution. As for the titanium specimen, the etching rate was visually measured by measuring the time until the titanium film disappeared from the naked eye. On the other hand, since it is impossible to measure visually about a silicon specimen, it measured by the optical interference film thickness meter, and the etching rate was calculated | required from the inclination which calculated the film thickness decrease. Table 1 shows the measurement results of the etching rate of titanium and the etching rate of silicon oxide.
비교예1: Comparative Example 1 :
실시예1에 있어서, 에칭액으로서의 규불화수소산 수용액 대신에 80 중량% 진한 황산 수용액을 사용한 것을 제외하고는, 실시예1에서와 동일하게 하여 티탄과 산화실리콘의 각 에칭속도를 측정하였다. 그 결과를 표1에 나타낸다. In Example 1, the etching rates of titanium and silicon oxide were measured in the same manner as in Example 1, except that 80 wt% concentrated sulfuric acid aqueous solution was used instead of the aqueous hydrofluoric acid solution as the etching solution. The results are shown in Table 1.
비교예2: Comparative Example 2 :
실시예1에 있어서, 에칭액으로서의 규불화수소산 수용액 대신에 35 중량% 진 한 염산 수용액을 사용한 것을 제외하고는, 실시예1과 동일하게 실시하여 티탄과 산화실리콘의 각 에칭속도를 측정하였다. 그 결과를 표1에 나타낸다. In Example 1, the etching rates of titanium and silicon oxide were measured in the same manner as in Example 1, except that 35 wt% concentrated hydrochloric acid aqueous solution was used instead of the aqueous hydrofluoric acid solution as the etching solution. The results are shown in Table 1.
비교예3: Comparative Example 3 :
실시예1에 있어서, 테플론(등록상표)제의 비이커를 사용하고, 에칭액으로서의 규불화수소산 수용액 대신에 1중량% 불화수소산 수용액을 사용한 것을 제외하고는, 실시예1과 동일하게 실시하여 티탄과 산화 실리콘의 각 에칭속도를 측정하였다. 그 결과를 표1에 나타낸다. In Example 1, it carried out similarly to Example 1 except having used the beaker made from Teflon (trademark), and using the aqueous 1 weight% hydrofluoric acid solution instead of the aqueous hydrofluoric acid solution as an etching solution, and carrying out oxidation with titanium. Each etching rate of silicon was measured. The results are shown in Table 1.
표1로부터, 규불화수소산을 포함하는 티탄 함유층용 에칭액을 사용함으로써, 실리콘 기판을 거의 침식하지 않고 티탄층 만을 선택적으로 에칭하고, 에칭속도도 매우 빠르다는 것을 알 수 있다. From Table 1, it can be seen that by using the etching solution for the titanium containing layer containing hydrofluoric acid, the titanium layer is selectively etched with almost no erosion of the silicon substrate, and the etching rate is also very fast.
실시예2Example 2 ::
8B 실리콘 웨이퍼 상에 열산화 피막을 0.08 ㎛의 두께로 형성하고, 그 위에 티탄을 스퍼터에 의해 0.10㎛의 두께가 되도록 성막하고, 스퍼터의 티탄면을 공기와 접촉하지 않도록 하고 계속해서 그 위에 금을 스퍼터로 0.5 ㎛의 두께가 되도록 적층성막했다. 이 적층막 위에, 다시 레지스트막을 형성하여 패턴화한 시편을 준비하였다. 즉, 실리콘 기판/실리콘 산화막층/티탄층/금층/패턴 레지스트층으로 이루어진 적층 시편(1)을 제조하였다. A thermal oxide film was formed on the 8B silicon wafer to a thickness of 0.08 μm, and titanium was deposited thereon so as to have a thickness of 0.10 μm by the sputter, and the titanium surface of the sputter was kept in contact with air, and then gold was deposited thereon. The film was laminated with a sputter so as to have a thickness of 0.5 µm. On this laminated film, the resist film was formed again, and the patterned specimen was prepared. In other words, a laminated specimen 1 composed of a silicon substrate / silicon oxide layer / titanium layer / gold layer / pattern resist layer was prepared.
100 ml 비이커에, 우선 금층을 에칭해야 하고, 금 에칭액으로서 요오드 3중량%, 요오드화 칼륨 9중량%의 수용액을 50ml 넣고, 교반기로 교반하고, 온도는 25℃에서 일정하게 되도록 고정한 중에, 상기 적층 시편(1)을 침지하도록 매달아 고정하였다. 육안으로 레지스트 틈의 금색이 없어질 때까지 에칭하고, 레지스트 틈의 금 부분을 에칭제거했다. 그 때, 육안으로 티탄층은 상기 에칭액으로는 전혀 에칭되어 있지않은 것을 확인할 수 있지만, 또한 적층막에 대해서 종방향으로 절단한 면의 SEM 사진에서의 두께 측정으로부터도 티탄층이 에칭되어 있지 않은 것을 확인하였다. 금 제거한 후의 적층 시편(1)(시편(2)라고 함)을 사용한 다음, 100 ml 비이커에, 다른 첨가물이 아무것도 들어있지 않은 20 중량% 규불화수소산 수용액을 50ml 넣어 교반기로 교반하고, 온도는 25℃에서 일정하게 되도록 고정한 중에, 상기 시편(2)을 상기 수용액 중에 시편이 침지하도록 매달아 고정하고, 티탄층 부분을 에칭하였다. 육안으로 레지스트 틈의 티탄막이 없어지고 아래 산화막층(유색)을 확인할 수 있는 중에 에칭을 중단하고, 적층막에 대해 종방향 절단한 면의 SEM사진 관찰을 하고, 이하의 계산치를 산출했다. In the 100 ml beaker, the gold layer should first be etched, and 50 ml of an aqueous solution of 3% by weight of iodine and 9% by weight of potassium iodide was added as a gold etching solution, stirred with a stirrer, and the temperature was fixed at 25 ° C. (1) was hung to immerse and fixed. It was etched visually until the gold of the resist gap disappeared, and the gold part of the resist gap was etched away. At that time, it was confirmed that the titanium layer was not etched at all by the etching solution with the naked eye, but the titanium layer was not etched even from the thickness measurement in the SEM photograph of the surface cut in the longitudinal direction with respect to the laminated film. Confirmed. After the gold was removed, the laminated test piece (1) (called the test piece (2)) was used, and then 50 ml of a 20 wt% aqueous solution of hydrofluoric acid containing no other additives was added to a 100 ml beaker and stirred with a stirrer. During the fixation to be constant at ° C, the specimen 2 was suspended and fixed so that the specimen was immersed in the aqueous solution, and the titanium layer portion was etched. While the titanium film of the resist gap disappeared with the naked eye and the lower oxide film layer (colored) could be confirmed, etching was stopped, SEM photograph of the surface cut | disconnected longitudinally with respect to the laminated film was observed, and the following calculation values were computed.
즉, 금층이 금속 마스크로 되어 있음에도 불구하고, 하도 티탄층의 횡방향 싸이드 에칭이 진행되고 있음을 확인하고, 티탄층의 막 두께 방향의 에칭속도를 구함과 동시에, 이 막 두께 방향의 에칭속도에 대한 싸이드 에칭속도의 비율을 싸이드/막 두께 에칭비로서 구하였다. 그 결과를 표2에 나타낸다. 그 때, 실시예1에서도 확인하였지만, 두께 검사로부터 티탄층만이 침식 에칭되어 있고, 실리콘 산화막층의 침식은 실시예1에 비해 온도가 감소되었기 때문에 전무한 것이 확인되었다. That is, even though the gold layer is a metal mask, it is confirmed that the lateral side etching of the titanium layer is underway, the etching rate in the film thickness direction of the titanium layer is determined, and the etching rate in the film thickness direction is determined. The ratio of the side etch rate with respect to was calculated | required as the side / film thickness etching ratio. The results are shown in Table 2. At that time, although it confirmed also in Example 1, only the titanium layer was eroded-etched by the thickness test | inspection, and since the temperature was reduced compared with Example 1, it was confirmed that none was erosion of the silicon oxide film layer.
실시예3: Example 3 :
실시예2에 있어서, 티탄층의 에칭액으로서, 규불화수소산 20중량%, 프로필렌글리콜 55 중량%, 물 25중량%의 수용액을 사용한 것을 제외하고는, 실시예2와 동일하게 에칭하고, 티탄층의 막 두께 방향의 에칭속도와 싸이드/막 두께 에칭비를 구하였다. 그 결과를 표2에 나타낸다. In Example 2, etching was carried out in the same manner as in Example 2, except that 20 wt% hydrofluoric acid, 55 wt% propylene glycol, and 25 wt% water were used as the etching solution for the titanium layer. The etching rate in the film thickness direction and the side / film thickness etching ratio were determined. The results are shown in Table 2.
실시예4: Example 4 :
실시예2에 있어서, 티탄층의 에칭액으로서, 규불화수소산 10중량%, 프로필렌글리콜 77 중량%, 물 13중량%의 수용액을 사용한 것을 제외하고는, 실시예2와 동일하게 에칭하고, 티탄층의 막 두께 방향의 에칭속도와 싸이드/막 두께 에칭비를 구하였다. 그 결과를 표2에 나타낸다. In Example 2, etching was carried out in the same manner as in Example 2, except that 10 wt% hydrofluoric acid, 77 wt% propylene glycol, and 13 wt% water were used as the etching solution for the titanium layer. The etching rate in the film thickness direction and the side / film thickness etching ratio were determined. The results are shown in Table 2.
(주) *어떠한 경우도, 산화 실리콘의 에칭 속도는 0 nm/분이다.Note: In any case, the etching rate of silicon oxide is 0 nm / minute.
표2로부터 알 수 있는 바와 같이, 티탄층 상에 금층을 형성하고, 금층을 에칭한 다음, 티탄층을 규불화수소산의 수용액으로 에칭한 경우, 두께에 대해 약 17배의 싸이드 에칭이 진행되지만(실시예 2 및 3), 기능제의 배합을 조정함으로써 이 티탄층의 두께에 대한 싸이드 에칭을 3배까지 억제할 수 있었다(실시예 4). 또한, 금층은 규불화수소산으로 에칭되지 않았다.As can be seen from Table 2, when a gold layer was formed on the titanium layer, the gold layer was etched, and then the titanium layer was etched with an aqueous solution of hydrofluoric acid, about 17 times the thickness etching proceeded ( Example 2 and 3) and by adjusting the compounding of the functional agent, the side etching with respect to the thickness of this titanium layer could be suppressed up to 3 times (Example 4). In addition, the gold layer was not etched with hydrofluoric acid.
실시예5: Example 5 :
실시예1에 있어서, 티탄층 대신에 티탄질화물층을 형성하고, 에칭액으로서 규불화수소산 15중량%, 질산 23 중량%의 수용액을 사용한 것을 제외하고는, 실시예1과 동일하게 실시하여 티탄질화층과 산화실리콘의 각 에칭속도를 측정하였다. 그 결과를 하기 표3에 나타낸다. A titanium nitride layer was formed in the same manner as in Example 1 except that a titanium nitride layer was formed instead of the titanium layer, and an aqueous solution of 15% by weight hydrofluoric acid and 23% by weight nitric acid was used as the etching solution. The etching rate of each silicon oxide was measured. The results are shown in Table 3 below.
표3으로부터, 본 발명의 에칭액에 의하면, 티탄질화물과 산화실리콘과의 에칭속도비가 실시예1 정도의 차이는 아니지만, 현저하고 티탄질화물층의 선택적 에칭도 가능하다는 것을 알 수 있다.From Table 3, it can be seen that, according to the etching solution of the present invention, the etching rate ratio between titanium nitride and silicon oxide is not different from that of Example 1, but it is remarkable and selective etching of the titanium nitride layer is also possible.
실시예6 및 7: Examples 6 and 7 :
실시예2 및 4에 있어서, 티탄층 상에 금층 대신에 은층을 형성하고, 금 에칭액 대신에 은 에칭액으로서, 인산 44중량%, 질산 5 중량%, 아세트산 30 중량%의 혼합산 수용액을 사용한 이외는, 각각 실시예2(실시예6), 실시예4(실시예7)와 완전 동일하게 실시하여 티탄층의 에칭을 실시하고, 마찬가지로, 티탄층의 막 두께 방향의 에칭속도와 싸이드/막 두께 에칭비를 구하였다. 그 결과를 하기 표4에 나타낸다. In Examples 2 and 4, except that a silver layer was formed on the titanium layer instead of the gold layer, and 44% by weight of phosphoric acid, 5% by weight of nitric acid, and 30% by weight of acetic acid were used as the silver etching solution instead of the gold etching solution. The titanium layer was etched in exactly the same manner as in Example 2 (Example 6) and Example 4 (Example 7), and the etching rate and the thickness / film thickness etching in the film thickness direction of the titanium layer were similarly performed. The ratio was obtained. The results are shown in Table 4 below.
(주) *어떠한 경우도, 산화 실리콘의 에칭 속도는 0 nm/분이다.Note: In any case, the etching rate of silicon oxide is 0 nm / minute.
표4에 분명히 나타나 있는 바와 같이, 실시예2의 금층의 경우와 동일하게 은과 티탄과의 이종 금속 간에서도 전식이 일어나고 있기 때문에, 싸이드 에칭이 진행되는 것이 확인되었지만, 에칭액 중에 프로필렌글리콜을 대량으로 첨가함으로써 싸이드 에칭을 억제할 수 있었다. 또한, 은층은 산화제가 없는 규불화수소산에서는 에칭되지 않았다. As is clearly shown in Table 4, since dissimilarity occurs between dissimilar metals of silver and titanium in the same manner as in the case of the gold layer of Example 2, it was confirmed that side etching proceeded, but a large amount of propylene glycol was contained in the etching solution. By adding, it was possible to suppress side etching. In addition, the silver layer was not etched in hydrofluoric acid without an oxidizing agent.
실시예8 및 9: Examples 8 and 9 :
실시예2 및 4에 있어서, 티탄층 상에 금층 대신에 동층을 형성하고, 금 에칭액 대신에 동 에칭액으로서, 옥살산암모늄 3중량%와 과산화수소 0.5 중량%를 포함하는 수용액을 사용한 이외는, 각각 실시예2(실시예8), 실시예4(실시예9)와 완전 동일하게 실시하여 티탄층의 에칭을 실시하고, 마찬가지로, 티탄층의 막 두께 방향의 에칭속도와 싸이드/막 두께 에칭비를 구하였다. 그 결과를 하기 표5에 나타낸다. In Examples 2 and 4, except that the copper layer was formed on the titanium layer instead of the gold layer, and instead of the gold etching solution, an aqueous solution containing 3% by weight of ammonium oxalate and 0.5% by weight of hydrogen peroxide was used as the copper etching solution. The titanium layer was etched in exactly the same manner as in Example 2 (Example 8) and Example 4 (Example 9). Similarly, the etching rate and the side / film thickness etching ratio of the titanium layer in the film thickness direction were determined. . The results are shown in Table 5 below.
(주) *어떠한 경우도, 산화 실리콘의 에칭 속도는 0 nm/분이다.Note: In any case, the etching rate of silicon oxide is 0 nm / minute.
표5에 분명히 나타나 있는 바와 같이, 실시예2의 금층의 경우와 동일하게 동과 티탄과의 이종 금속간에서도 전식이 일어나고 있기 때문에, 싸이드 에칭이 진행되는 것이 확인되었지만, 에칭액 중에 프로필렌글리콜을 대량으로 첨가함으로써 싸이드 에칭을 억제할 수 있었다. 또한, 동층은 산화제가 없는 규불화수소산에서는 에칭되지 않았다. As clearly shown in Table 5, since dissociation occurs between dissimilar metals between copper and titanium in the same manner as in the case of the gold layer of Example 2, it is confirmed that side etching proceeds, but a large amount of propylene glycol is contained in the etching solution. By adding, it was possible to suppress side etching. In addition, the copper layer was not etched in hydrofluoric acid without an oxidizing agent.
실시예10 및 11: Examples 10 and 11 :
실시예2 및 4에 있어서, 티탄층 상에 금층 대신에 백금층을 형성하고, 금 에칭액 대신에 백금 에칭액으로서, 질산 5 중량%, 염산 10 중량%의 왕수액을 사용한 이외는, 각각 실시예2(실시예10), 실시예4(실시예11)와 완전 동일하게 실시하여 티탄층의 에칭을 실시하고, 마찬가지로, 티탄층의 막 두께 방향의 에칭속도와 싸이드/막 두께 에칭비를 구하였다. 그 결과를 하기 표6에 나타낸다. Example 2 and 4 WHEREIN: Except forming a platinum layer on a titanium layer instead of a gold layer, and using the aqua regia solution of 5 weight% nitric acid and 10 weight% hydrochloric acid as a platinum etching liquid instead of a gold etching liquid, respectively. (Example 10) and Example 4 (Example 11) were carried out in exactly the same manner, and the titanium layer was etched. Similarly, the etching rate and the side / film thickness etching ratio of the titanium layer in the film thickness direction were determined. The results are shown in Table 6 below.
(주) *어떠한 경우도, 산화 실리콘의 에칭 속도는 0 nm/분이다.Note: In any case, the etching rate of silicon oxide is 0 nm / minute.
표6에 분명히 나타나 있는 바와 같이, 실시예2의 금층의 경우와 동일하게 백금과 티탄과의 이종 금속간에서도 전식이 일어나고 있기 때문에, 싸이드 에칭이 진행되는 것이 확인되었지만, 에칭액 중에 프로필렌글리콜을 대량으로 첨가함으로써 싸이드 에칭을 억제할 수 있었다. 또한, 백금층은 산화제가 없는 규불화수소산에서는 에칭되지 않았다. As is apparent from Table 6, since dissimilar metals between platinum and titanium were formed in the same manner as in the case of the gold layer of Example 2, it was confirmed that side etching proceeded, but a large amount of propylene glycol was contained in the etching solution. By adding, it was possible to suppress side etching. In addition, the platinum layer was not etched in hydrofluoric acid without an oxidizing agent.
실시예12 및 13: Examples 12 and 13 :
실시예2 및 4에 있어서, 티탄층 상에 금층 대신에 팔라듐(Pd)층을 형성하고, 금 에칭액 대신에 팔라듐 에칭액으로서 질산 5 중량%, 염산 10 중량%의 왕수액을 사용한 것을 제외하고는, 각각 실시예2(실시예12), 실시예4(실시예13)와 완전 동일하게 실시하여 티탄층의 에칭을 실시하고, 마찬가지로, 티탄층의 막 두께 방향의 에칭속도와 싸이드/막 두께 에칭비를 구하였다. 그 결과를 하기 표7에 나타낸다. In Examples 2 and 4, except that a palladium (Pd) layer was formed on the titanium layer instead of the gold layer, and 5% by weight of nitric acid and 10% by weight of hydrochloric acid were used as the palladium etching solution instead of the gold etching solution. The titanium layer was etched in exactly the same manner as in Example 2 (Example 12) and Example 4 (Example 13), and the etching rate and the thickness / film thickness etching ratio in the film thickness direction of the titanium layer were similarly applied. Was obtained. The results are shown in Table 7 below.
(주) *어떠한 경우도, 산화 실리콘의 에칭 속도는 0 nm/분이다.Note: In any case, the etching rate of silicon oxide is 0 nm / minute.
표7에 분명히 나타나 있는 바와 같이, 실시예2의 금층의 경우와 동일하게 팔라듐과 티탄과의 이종 금속간에서도 전식이 일어나고 있기 때문에, 싸이드 에칭이 진행되는 것이 확인되었지만, 에칭액 중에 프로필렌글리콜을 대량으로 첨가함으로써 싸이드 에칭을 억제할 수 있었다. 또한, 팔라듐층은 산화제가 없는 규불화수소산에서는 에칭되지 않았다. As clearly shown in Table 7, since dissimilar metals between the palladium and titanium were also carried out in the same manner as in the case of the gold layer of Example 2, it was confirmed that side etching proceeded, but a large amount of propylene glycol was contained in the etching solution. By adding, it was possible to suppress side etching. In addition, the palladium layer was not etched in hydrofluoric acid without oxidizing agent.
실시예14: Example 14
액정용 규산계 유리에 티탄을 스퍼터에 의해 0.10 ㎛의 두께가 되도록 성막하고, 그 위에 포지티브형 노볼락계 레지스트를 도포하여 자외선을 조사함으로써 패터닝하고, 미로광부(가용부)를 알칼리제로 제거한 후에, 공기 존재하에서 130 ℃에서 포스트베이킹 가열처리하였다. 이에 의해, 레지스트의 경화막의 개구부로부터 표출한 티탄 부분의 표면에 티탄산화물층이 형성되었다. Titanium was formed into a film by the sputter | spatter to make thickness 0.10 micrometer with a sputter | spatter for liquid crystal, and it patterned by apply | coating a positive novolak-type resist on it, irradiating an ultraviolet-ray, and removing the labyrinth part (soluble part) with alkali agent, Postbaking heat treatment was performed at 130 ° C. in the presence of air. As a result, a titanium oxide layer was formed on the surface of the titanium portion exposed from the opening of the cured film of the resist.
시편으로서, 이와 같이 하여 티탄산화물층을 형성한 시편과 규산계 유리의 시편을 사용한 이외는 실시예1과 동일하게 실시하여 산화티탄의 에칭 속도와 규산계 유리의 에칭속도를 측정하였다. 그 결과를 하기 표8에 나타낸다. As the test piece, the etching rate of titanium oxide and the etching rate of the silicic acid-based glass were measured in the same manner as in Example 1, except that the test piece in which the titanium oxide layer was formed in this way and the test piece of the silicic acid-based glass were used. The results are shown in Table 8 below.
표8에 분명히 나타나 있는 바와 같이, 실시예1에서의 티탄의 에칭속도보다도 산화티탄의 에칭속도는 약간 늦어졌지만, 충분한 에칭속도로 에칭되었다. 한편, 규산계 유리는 거의 에칭되지 않고, 실리콘 웨이퍼 상의 산화실리콘 막의 에칭 성능과 동일하였다. 따라서, 티탄산화물층에서는 에칭속도가 약간 느려지고, 유리층의 에칭속도는 상승하였지만, 유리층과 산화티탄층과의 사이에 충분한 에칭속도 차를 얻을 수 있고, 에칭액의 산화티탄에 대한 선택성도 확인할 수 있었다.As clearly shown in Table 8, although the etching rate of titanium oxide was slightly slower than the etching rate of titanium in Example 1, it was etched at a sufficient etching rate. On the other hand, the silicate-based glass was hardly etched, and was equivalent to the etching performance of the silicon oxide film on the silicon wafer. Therefore, in the titanium oxide layer, the etching rate is slightly lowered and the etching rate of the glass layer is increased, but a sufficient etching rate difference can be obtained between the glass layer and the titanium oxide layer, and the selectivity of the etching solution with respect to titanium oxide can also be confirmed. there was.
실시예15: Example 15
실시예2에 있어서, 티탄의 에칭액으로서 규불화수소산 20 중량%와 아세트산 10중량%의 에칭액을 사용한 것을 제외하고는, 실시예2와 동일하게 에칭하고, 티탄층의 막 두께 방향의 에칭속도와 싸이드/막 두께 에칭비를 구하였다. 그 결과를 하기 표9에 나타낸다. In Example 2, etching was carried out in the same manner as in Example 2, except that 20 wt% hydrofluoric acid and 10 wt% acetic acid were used as the etching solution of titanium, and the etching rate and the thickness in the film thickness direction of the titanium layer were measured. The film thickness etching ratio was obtained. The results are shown in Table 9 below.
(주) *어떠한 경우도, 산화 실리콘의 에칭 속도는 0 nm/분이다.Note: In any case, the etching rate of silicon oxide is 0 nm / minute.
표9에 분명히 나타나 있는 바와 같이, 아세트산을 포함하는 에칭액을 사용함으로써 티탄의 에칭속도가 올라가는 한편, 싸이드 에칭은 적어지는 경향이 있었다. 이 에칭속도의 상승은 아세트산에 의한 습윤성 개선 효과와 산 강도 향상 효과에 의한 것으로 생각되지만, 상세한 이론적 설명은 없다. 또한, 산화실리콘 등의 에칭성에 변화는 없었다. As is apparent from Table 9, the etching rate of titanium increased by using an etching solution containing acetic acid, while the side etching tended to decrease. This increase in etching rate is thought to be due to the effect of improving wettability and acid strength by acetic acid, but there is no detailed theoretical explanation. Moreover, there was no change in etching property, such as a silicon oxide.
실시예16: Example 16 :
실시예15에 있어서, 티탄의 에칭액으로서 규불화수소산 20 중량%와 아세트산 10중량%의 에칭액을 사용한 것을 제외하고는, 동일하게 에칭하고, 티탄층의 막 두께 방향의 에칭속도와 싸이드/막 두께 비를 구하였다. 그 결과를 하기 표10에 나타낸다. 또한, 상기 기판(실리콘 기판/실리콘 산화막층/금층/패턴 레지스트층)으로 이미 금이 제거되고 실시예의 에칭법으로 티탄 부분이 제거된 기판에서, 레지스트 패턴 잔막의 격간 부분에서 실리콘 산화막이 노출하고 있는 부분에 있어서, 나노스펙(Nano-Spec) 비접촉형 광간섭막 두께 측정 장치(나노메트릭스사제 L-6100)를 사용하여 산화실리콘분의 원 기준막 두께를 베이스로 하여 측정처리후 막 두께를 측정함으로써 산화실리콘부의 침식분을 산출하고 그 값으로부터 산화실리콘의 에칭속도를 측정하였다. 그 결과를 표10에 병기한다.The etching was carried out in the same manner as in Example 15, except that 20 wt% hydrofluoric acid and 10 wt% acetic acid were used as the etching solution of titanium, and the etching rate and the thickness / film thickness ratio in the film thickness direction of the titanium layer. Was obtained. The results are shown in Table 10 below. Further, in a substrate in which gold has already been removed from the substrate (silicon substrate / silicon oxide layer / gold layer / pattern resist layer) and the titanium portion has been removed by the etching method of the embodiment, the silicon oxide film is exposed in the gap portion of the resist pattern remaining film. In the portion, by using a Nano-Spec non-contact type optical interference film thickness measuring device (L-6100 manufactured by Nanometrics) based on the original reference film thickness of the silicon oxide powder, by measuring the film thickness after the measurement treatment The erosion fraction of the silicon oxide portion was calculated, and the etching rate of the silicon oxide was measured from the value. The results are written together in Table 10.
실시예17: Example 17
실시예15에 있어서, 티탄의 에칭액으로서 규불화수소산 20 중량%와 과산화수소 3중량%의 에칭액을 사용한 것을 제외하고는, 동일하게 에칭하고, 티탄층의 막 두께 방향의 에칭속도와 싸이드/막 두께 비를 구하였다. 그 결과를 하기 표10에 나타낸다. 또한, 상기 기판(실리콘 기판/실리콘 산화막층/금층/패턴 레지스트층)으로 이미 금이 제거되고 실시예 방법으로 티탄 부분이 제거된 기판에서, 레지스트 패턴 잔막의 격간 부분에서 실리콘 산화막이 노출하고 있는 부분에 있어서, 나노스펙 비접촉형 광간섭막 두께 측정 장치(나노메트릭스사제 L-6100)를 사용하여 산화실리콘분의 원 기준막 두께를 베이스로 하여 측정 처리후 막 두께를 측정함으로써 산화실리콘부의 침식분을 산출하고, 그 값으로부터 산화실리콘의 에칭속도를 측정하였다. 그 결과를 표10에 병기한다.In Example 15, etching was carried out in the same manner except that 20 wt% hydrofluoric acid and 3 wt% hydrogen peroxide were used as the etching solution of titanium, and the etching rate and the thickness / film thickness ratio of the titanium layer were measured. Was obtained. The results are shown in Table 10 below. Further, in a substrate in which gold has already been removed from the substrate (silicon substrate / silicon oxide layer / gold layer / pattern resist layer) and the titanium portion has been removed by the embodiment method, a portion where the silicon oxide film is exposed in the gap portion of the resist pattern remaining film. The eroded powder of the silicon oxide portion was measured by measuring the film thickness after the measurement treatment based on the original reference film thickness of the silicon oxide powder using a nano-spec non-contact optical interference film thickness measuring device (L-6100 manufactured by Nanometrics). It calculated and measured the etching rate of a silicon oxide from the value. The results are written together in Table 10.
표10으로부터, 질산을 사용한 실시예16에서는, 티탄의 에칭속도가 올라가고, 싸이드 에칭이 적어지는 경향이 있었다. 이 효과에 대해서는 1개는 질산에 의한 습윤성 개선 효과와 산 강도 향상 효과에 의해 에칭속도가 올라간다고 생각되고 있지만, 상세한 이론적 설명은 없다. 산화실리콘 등의 에칭성에 대해서는 이 정도의 질산 농도의 첨가와 낮은 온도 조건에서는 변화가 없었다.From Table 10, in Example 16 using nitric acid, the etching rate of titanium increased and there was a tendency that side etching decreased. One of these effects is thought to increase the etching rate due to the wettability improvement effect and nitric acid improvement effect by nitric acid, but there is no detailed theoretical explanation. The etching property of silicon oxide and the like was not changed at the addition of this nitric acid concentration and at low temperature conditions.
또한, 실시예 17에서는 티탄의 에칭속도가 낮아지는 경향이 있고, 싸이드 에칭은 억제되는 경향이 있었다. 티탄 재는 산화제가 많은 조건에서는 표면에 산화 피막이 생기고 부동태를 형성하는 것으로 알려져 있고, 실시예 14에서도 나타낸 바와 같이, 표면에 산화피막이 생기면 에칭속도는 떨어지기 때문에, 이 에칭속도의 저하는 산에 의한 제거 효과와 산화피막의 형성 효과와의 상호 작용에 의한 것으로 생각되어진다. In addition, in Example 17, the etching rate of titanium tended to be low, and the side etching tended to be suppressed. Titanium ash is known to form an oxide film on the surface and to form a passivation under conditions of high oxidizing agent. As shown in Example 14, since the etching rate decreases when an oxide film is formed on the surface, the decrease in the etching rate is removed by acid. It is thought to be due to the interaction between the effect and the forming effect of the oxide film.
실시예18: Example 18
8B 실리콘 웨이퍼 상에 열산화 피막을 0.08 ㎛의 두께로 형성하고, 스퍼터에 의해 0.1 ㎛의 두께가 되도록 티탄층을 성막하고, 이 티탄층 상에 포지티브형 노볼락계 레지스트를 도포하고, 각종 간격을 여러 가지로 제공한 각종 패턴을 자외선 조사에 의해 패턴화한 후 알칼리제로 미로광부(가용부)를 제거하고, 그 후, 공기 존재하에서 130 ℃로 포스트베이킹(post-baking) 처리하였다. 이 기판을 스트립상으로 절단한 것을 시편으로 하였다. 본 실시예에서는 다른 이종 금속 적층막의 형으로는 되어 있지 아니하고, Si 기판/산화 실리콘/티탄/레지스트의 적층 구조이다.A thermal oxide film was formed on the 8B silicon wafer to a thickness of 0.08 mu m, a titanium layer was formed by a sputter to a thickness of 0.1 mu m, and a positive novolac-based resist was applied on the titanium layer to form various intervals. After the various patterns provided in various ways were patterned by ultraviolet irradiation, the labyrinth light part (soluble part) was removed with an alkali chemicals, and then post-baked at 130 degreeC in presence of air. The substrate was cut into strips as specimens. In this embodiment, the other dissimilar metal laminate film is not formed, but is a laminated structure of Si substrate / silicon oxide / titanium / resist.
티탄의 에칭액으로서, 규불화수소산 20 중량% 수용액(기본액)을 사용한 경우는 배선간격이 좁아지면 레지스트가 소수성이고 또한 상기 액이 친수성이므로 습윤성이 나쁘고, 본래의 에칭성능을 발휘할 수 없고, 겉보기 에칭속도가 늦어졌다. 그 결과, 좁은 배선인 경우에도, 에칭액이 침투할 수 있도록 에칭액으로서 규불화수소산 20 중량% 수용액에 n-프로판올을 10 중량% 첨가한 에칭액을 사용한 이외는 실시예1과 도일하게 에칭 처리하고, 실시예1과 동일하게 실시하여 티탄과 산화실리콘의 각 에칭속도를 측정하였다. 그 결과를 하기 표11에 나타냈다.As an etching solution of titanium, when a 20 wt% aqueous solution of hydrofluoric acid (base solution) is used, if the wiring interval is narrow, the resist is hydrophobic and the solution is hydrophilic, so that the wettability is poor, and the original etching performance cannot be exhibited, and the apparent etching Slowed down As a result, in the case of narrow wirings, the etching process was performed in the same manner as in Example 1 except that an etching solution in which 10 wt% of n-propanol was added to a 20 wt% aqueous hydrofluoric acid solution was used as the etching solution so that the etching solution could penetrate. In the same manner as in Example 1, the etching rates of titanium and silicon oxide were measured. The results are shown in Table 11 below.
또한, n-프로판올을 13 중량% 이상 첨가한 경우는, 레지스트가 녹아 박리되는 것도 확인되고 있다. 본 실시예에서는 15 ㎛ 이하의 격간 간격을 갖는 것에 대해서도 에칭액이 부드럽게 들어가고, 기본액과는 거의 동일한 성능 레벨에 달하는 것을 확인하였다. 또한, 이 에칭액에 산화제로서의 질산 또는 과산화수소를 공존시키면, n-프로판올이 변질하는 것도 확인되고 있고, 이 에칭액에서는 이들의 산화제를 사용하지 않았기 때문에, 에칭액은 안정하였다.Moreover, when 13 weight% or more of n-propanol is added, it is also confirmed that a resist melts and peels. In this Example, it was confirmed that the etching liquid smoothly enters even at intervals of 15 µm or less, reaching almost the same performance level as the basic liquid. Moreover, when nitric acid or hydrogen peroxide as an oxidant coexisted in this etching liquid, it was also confirmed that n-propanol deteriorates, and since this oxidizing agent was not used in this etching liquid, etching liquid was stable.
실시예19: Example 19 :
실시예18에 있어서, 에칭액으로서, 규불화수소산 20중량% 수용액에 n-프로판올 대신에 음이온계 계면활성제로서 도데실벤젠술폰산(DBS) 200 중량 ppm을 첨가한 수용액을 사용한 것 이외는 동일하게 실시하여 에칭 처리하고, 마찬가지로 티탄과 산화실리콘의 각 에칭속도를 측정하였다. 그 결과를 하기 표11에 나타낸다. In Example 18, the etching solution was carried out in the same manner as in the etching solution except that an aqueous solution containing 200 ppm by weight of dodecylbenzenesulfonic acid (DBS) as anionic surfactant was added to the 20 wt% aqueous hydrofluoric acid solution instead of n-propanol. It etched and similarly measured the etching speed of titanium and a silicon oxide. The results are shown in Table 11 below.
또한, DBS는 500 중량 ppm 이상 첨가하면, 발포가 심하고, 200 중량 ppm 첨가에 의해 발포가 약간 억제되었다. 본 실시예에서는 15 ㎛ 이하의 격간 간격을 갖는 것에 대해서도 에칭액이 부드럽게 들어가고, 기본액과는 거의 동일한 성능 레벨에 달한다는 것을 확인하였다. 또한, 이 에칭액에 산화제로서의 질산 또는 과산화수소를 공존시키면, DBS가 산화되어 시간이 경과하면 효력을 상실한다는 것도 확인되었고, 이 에칭액에서는 이들 산화제를 첨가하지 않았기 때문에 문제가 없었다.Moreover, when DBS added 500 weight ppm or more, foaming was severe and foaming was slightly suppressed by 200 weight ppm addition. In this Example, it was confirmed that the etching liquid smoothly enters even at intervals of 15 µm or less, reaching almost the same performance level as the basic liquid. Moreover, when nitric acid or hydrogen peroxide as an oxidant coexisted in this etching liquid, it was also confirmed that DBS oxidizes and loses effect over time. There was no problem because these etching liquids did not add these oxidants.
실시예20: Example 20
실시예19에 있어서, 티탄의 에칭액으로서, 규불화수소산 20중량% 수용액에 음이온계 계면활성제 DBS 대신에 비이온계 계면활성제 폴리옥시에틸렌글리콜 알킬에테르(POEG) 200 중량 ppm을 첨가한 수용액을 사용한 것 이외는 동일하게 실시하여 에칭 처리하고, 마찬가지로 티탄과 산화실리콘의 각 에칭속도를 측정하였다. 그 결과를 하기 표11에 나타낸다. In Example 19, as an etching solution of titanium, an aqueous solution obtained by adding 200 ppm by weight of nonionic surfactant polyoxyethylene glycol alkyl ether (POEG) to 20% by weight aqueous solution of hydrofluoric acid instead of anionic surfactant DBS was used. The etching process was carried out in the same manner except for the above, and the etching rates of titanium and silicon oxide were measured in the same manner. The results are shown in Table 11 below.
또한, POEG는 500 중량 ppm 이상 첨가하면, 발포가 심하고, 200 중량 ppm 첨가에 의해 발포가 약간 억제되었다. 본 실시예에서는 15 ㎛ 이하의 격간 간격을 갖는 것에 대해서도 에칭액이 부드럽게 들어가고, 기본액과는 거의 동일한 성능 레벨에 달하는 것을 확인하였다. 또한, 이 에칭액에 산화제로서의 질산 또는 과산화수소를 공존시키면, POEG가 산화되어 시간이 경과하면 효력을 상실한다는 것도 확인되었고, 이 에칭액에서는 이들의 산화제를 첨가하지 않았기 때문에 문제가 없었다.Moreover, when POEG added 500 weight ppm or more, foaming was severe and foaming was suppressed slightly by addition of 200 weight ppm. In this Example, it was confirmed that the etching liquid smoothly enters even at intervals of 15 µm or less, reaching almost the same performance level as the basic liquid. Moreover, when nitric acid or hydrogen peroxide as an oxidant coexisted in this etching liquid, it was also confirmed that POEG is oxidized and loses effect over time, and since there was no problem in these etching liquids, since these oxidizing agents were not added.
본 발명에 의하면, 실리콘 기판 또는 규산계 유리 기판 상에 형성된, 티탄, 티탄산화물, 티탄질화물 및 티탄산질화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 주성분으로 하는 티탄 함유층을 선택적으로 빠른 에칭속도로 제거할 수 있기 때문에, 실리콘 기판 또는 규산계 유리 기판에 대해 밀착성이 나쁜 백금, 금, 은, 구리, 팔라듐 등의 패턴을 형성함에 있어서, 하도층으로서 티탄층, 티탄산화물층, 티탄질화물층, 또는 티탄산질화물층을 적용하는 경우에도, 이 티탄계 하도층을 용이하게 에칭 가공할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 종래의 크롬 하도 금속의 대체로서 티탄, 티탄산화물, 티탄질화물, 또는 티탄산질화물을 하도 금속으로서 적용할 수 있게 되고, 그 공업적 가치는 매우 높다.According to the present invention, a fast etching rate is selectively performed on a titanium-containing layer including one or two or more selected from the group consisting of titanium, titanium oxide, titanium nitride and titanium oxynitride formed on a silicon substrate or a silicic acid-based glass substrate In order to form a pattern of platinum, gold, silver, copper, palladium, etc., which are poor in adhesion to a silicon substrate or a silicic acid-based glass substrate, the titanium layer, the titanium oxide layer, the titanium nitride layer, Alternatively, even when the titanium oxynitride layer is applied, the titanium base coating layer can be easily etched. Therefore, according to the present invention, titanium, titanium oxide, titanium nitride, or titanium oxynitride can be applied as the underlying metal as a substitute for the conventional chromium underlying metal, and its industrial value is very high.
본 발명에 의하면, 실리콘 기판 또는 규산계 유리 기판 상의 티탄 함유층을 빠른 에칭속도에서 기판을 침식하는 일 없이 선택적으로 에칭할 수 있다. According to the present invention, the titanium containing layer on the silicon substrate or the silicic acid-based glass substrate can be selectively etched without eroding the substrate at a high etching rate.
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