JP2007154205A - 電子ディスプレイおよび基材の洗浄およびエッチング用組成物 - Google Patents

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Abstract

【課題】 基板上のＳｉＯ２表面を洗浄およびエッチングする際に基材の損傷を最小化しながら高平滑度および高光沢に仕上げることのできる改良された洗浄およびエッチング用の組成物を提供する。
【解決手段】 ａ）フッ化物塩、およびｂ）スルフォン酸および／またはスルフォン酸塩を含み、スルホン酸、スルホン酸塩は、スルファミン酸（ＮＨ２ＳＯ３Ｈ）、スルフォサリチル酸２水塩（ＨＯ３ＳＣ６Ｈ３（ＯＨ）ＣＯＯＨ・２Ｈ２Ｏ）、アンモニウムスルファミン酸塩（ＮＨ４ＳＯ３ＮＨ２）、スルフォニルアミド（（ＮＨ２）Ｃ６Ｈ４ＳＯ２）およびナトリウムスルフォサリチル酸塩（ＮａＯ３ＳＣ６Ｈ３（ＯＨ）ＣＯＯＨ・２Ｈ２Ｏ）からなる群から選ばれた少なくとも一種とする。
【選択図】なし

Description

本発明は電子ディスプレイ及び基材の製造中に表面を洗浄しかつエッチングするための組成物に関する。
特に、本発明は表面の汚染物を除くために、電子ディスプレイ、クオーツ装置、ウエファー（ｗａｆｅｒ）、及び半導体ウエファー製造工程におけるＳｉＯ２及びＳｉ基材をエッチングし、表面のいかなる汚染物をも除去し、洗浄により汚染物を効率的に除去する組成物に関する。
極めて一般的な電子ディスプレイである陰極線管（ＣＲＴ）の場合には、新しいバルブは塗工工程の前に１０〜１８％のフッ化水素酸（ＨＦ）で洗浄される。
洗浄されたパネルは、パネルの内部黒色塗工、スクリーン塗工、ラッカー噴霧、アルミニウム処理、ファンネル内部ダグ塗工、パネル／ファンネルフリットシーリング、ネック洗浄、マウンティング及びイクゾースティング、ファンネル外部ダグ塗工、パネル面塗工等のような次の工程に向かってさらに処理される。
パネル面塗工用の塗工材料にはＩｎ２Ｏ３ 、Ｓｂ２Ｏ３ 、ＳｎＯ２ 、ＳｉＯ２ を含んでもよく、面塗工前に表面汚染物は１〜２％のＨＦ溶液あるいはアンモニウム２フッ化物溶液での洗浄により除去される。不完全な塗工はバッキング前の１０〜３０％のアンモニウム２フッ化物溶液の使用及びバッキング後のＣｅＯ２の使用により除かれる。
ＬＣＤの場合には、ＬＣＤの製造工程はリトグラフィ工程中に洗浄、エッチングを含んでもよく、そして均一にかつ再現性（ｒｅｐｒｏｄｕｃｉａｌｌｙ）あるようにエッチングすることが重要である。
ＬＣＤ及び半導体ウエファー用の、洗浄しエッチングされる材料のタイプ及び洗浄及びエッチング溶液用組成物を下記表１に示す。
Figure 2007154205
上記洗浄及びエッチング溶液に必要な条件には、洗浄及びエッチングの速度、エッチングの選択性（ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）、エッチングのプロファイルの制御、溶液の安定性と均一性を含む。
ウエファーの製造に使用されるクォーツ装置の場合には、クォーツ装置の製造工程は次の通りである；
原材料−洗浄（１１〜１６．５％ＨＦ溶液、２〜３分）−ワックス掛け−切断と研磨−脱ワックス−超音波洗浄−洗浄（１５％ＨＦ溶液、５分）−ベンチング（ｂｅｎｃｈｉｎｇ）−洗浄（１１〜１６．５％ＨＦ溶液、５分）−乾燥。
高濃度のＨＦ溶液は表面汚染物及び形成された熱的に酸化された層の除去に使用される。しかしＨＦ溶液は滑らかさ、エッチング損傷、クラック等に関する問題の原因となる。クォーツ装置はウエファー製造工程で汚染され、特に熱処理および沈着（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）工程で汚染される。ＨＦ溶液はクォーツ装置のこのような汚染物の洗浄に使用される。
半導体ウエファーの場合には、製造工程は次の通りである。
〔Ｉ． ウエファーの形成工程〕
１． 単結晶ケイ素の成長
２． スライシング
３． ラッピング（機械研磨により約６０μｍ）
４． 化学研磨（エッチングにより約３０μｍ）
５． 研磨（所望の粗さを得るために３回研磨して約１０μｍ）
６． 洗浄
〔ＩＩ．半導体ウエファーの製造工程〕
７． 初期洗浄
８． 酸化
９． イオンドーピングと拡散
１０． エピタキシャル成長
１１． 絶縁層と導電層の形成
１２． 極性の形成
上記８〜１２の工程では、リトグラフィー工程が付随する。基材が各工程を通るにつれて、ケイ素および酸化ケイ素上の化学エッチングを実施し、そしてケイ素および酸化ケイ素上に形成されたイオン性および非イオン性汚染物および他の汚染物を除去せねばならない。
洗浄およびエッチングを必要とする工程をより詳細に下記に示す。
酸化工程（上記Ｎｏ．８）は基材上にＳｉＯ２ 層を成長させる前に予備洗浄工程を含んでいる。しかしながら、溶媒、硫酸、及び／又は過酸化水素のような予備洗浄溶液は、洗浄中に薄い酸化シリカ層を作る。このような薄い酸化シリカ層はＨＦ溶液によって除去されねばならない（ＨＦ：Ｈ２Ｏ＝１０：１）。
拡散工程（上記Ｎｏ．９）は拡散前に洗浄工程を含んでいる。硫酸と過酸化水素の混合溶液あるいは水酸化アンモニウムと過酸化水素の混合溶液は１０〜２０分間の浸漬により、通常有機汚染物およびイオン性汚染物を除去することができる。しかしながら、このような洗浄はケイ素表面の空気に露出した部分に酸化層を形成する原因となり、そのため、酸化層を希釈ＨＦ溶液により除去せねばならない。
リトグラフィー工程においては、エッチングはイオン注入／拡散部分および基材表面の遮蔽境界を定めるために使用される。
通常エッチングには２種類あり、一つはウエットエッチング（化学エッチング）であり、他の一つはドライエッチング（プラズマエッチング）である。しかしながら、リトグラフィーはエッチングの一種と判断される。
ウエットエッチングは、化学溶液と除去すべき層との間の化学反応によって進められる化学エッチングである。化学薬品の種類および組成比は層の種類および特徴によって異なる。
ウエットエッチングは以下の通りである。
ＳｉＯ２ 層の形成には２つの方法がある。一つはケイ素基材上で熱成長させたＳｉＯ２ であり、他は種々の層上の蒸着（ｄｅｐｏｓｉｔ）（ＣＶＤ）ＳｉＯ２ である。当業界で知られているいかなるエッチング方法でもＨＦの溶解性を利用している。熱成長ＳｉＯ２ 層は下記反応によりエッチングされる。
ＨＦ → Ｈ＋＋Ｆ−
分離したＦイオンはＳｉＯ２ 上で反応し、エッチングは下記のようにして進行する。
ＳｉＯ２ ＋４ＨＦ → ＳｉＦ４ ＋２Ｈ２Ｏ
２ＨＦ＋ＳｉＦ４ → Ｈ２ＳｉＦ６
上式からわかるように、Ｆイオンはエッチングの進行につれて減少し、水素濃度は溶液が生成したＨ２Ｏによる希釈により減少する。その結果、エッチング速度は変化し、プロセスは不安定となり、均一性と再現性に対して不利益となる。
エッチング速度を標準化するためには、フッ化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）を溶液に加えるとよい。フッ化アンモニウムはフッ化物イオンからアンモニウムイオンが解離し、解離したフッ化物イオンはエッチングに関与する。
ＮＨ４Ｆ → ＮＨ４ ＋ ＋Ｆ−
エッチングで消費されて減少したＦイオンはフッ化アンモニウムの添加により補われ、その結果水素濃度はエッチング速度を一定に保持するように維持される。
ほとんどのウエットエッチングは等方性（全方向におけるエッチング）であるので、アンダーカットされる。過剰なアンダーカットは通常耐リフティングを引き起こすウエットエッチングで生ずる。これはウエットエッチングの欠点であり、その結果ウエットエッチングを高積層回路の製造に使用することを困難ならしめている。
単結晶ケイ素および金属層は酸化後にエッチングされる。一方硝酸は酸化剤として使用される。単結晶ケイ素は酸化されてＳｉＯ２ となり、これはフッ化水素酸でエッチングされる。
ＨＮＯ３ ：ＨＦ：ＣＨ３ＣＯＯＨ又はＨ３ＰＯ４ ＝２．５：１：１の混酸は単結晶ケイ素のエッチングに使用される。ＣＨ３ＣＯＯＨまたはＨ３ＰＯ４ またはＨＮＯ３ またはＨＦにより進められる急速かつ過剰な反応を制御するのに役立つ。しかしながら、このような制御はまだ十分ではないので、単結晶ケイ素ウエファーは、通常エッチング反応から生じたＨ２ＳｉＦ６ で溶液が飽和した時に処理される。処理中に混酸中で発熱反応が生じ、溶液温度は反応時間１〜２分間で２０℃上昇する。ウエファーは約３０μｍ程度エッチングされる。このような烈しい反応は、エッチング損傷を引き起こしかつ従来のエッチングにおける活性度の制御を通常困難ならしめる。
このような混酸によるエッチング反応は次の通りである。
Ｓｉ＋４ＨＮＯ３ ＝ＳｉＯ２ ＋４ＮＯ２ （ｇ）＋２Ｈ２Ｏ （１）
ＳｉＯ２ ＋６ＨＦ＝Ｈ２ＳｉＦ６ ＋２Ｈ２Ｏ （２）
３Ｓｉ＋４ＨＮＯ３ ＋１８ＨＦ＝３Ｈ２ＳｉＦ６ ＋４ＮＯ＋８Ｈ２Ｏ （３）
酸化ケイ素の処理用には緩衝フッ化水素酸（ＢＨＦ）が使用される。反応式は次の通りである。
４ｎＨＦ＋ＳｉＯ２ ＝ＳｉＦ４ ↑＋２Ｈ２Ｏ＋ｎＨ−↑＋ｎＦ−↑ （４）
２ＨＦ＋ＳｉＦ４ ＝Ｈ２ＳｉＦ６ （５）
また、例えば、加熱されたＨＰＭ（ＨＣｌ／Ｈ２Ｏ２ ）、ＳＰＭ（Ｈ２ＳＯ４ ＋Ｈ２Ｏ２ ）およびアクアレジア（Ａｑｕａ Ｒｅｇｉａ）（ＨＣｌ＋ＨＮＯ３ ）は、Ｆｅ，Ｃｕ，Ａｕのような重金属およびイオン化するのが困難なＡｌのような金属の除去に使用される。ここでは自動的に酸化層が生成する。このような酸化層を除去するにはＤＨＦ（ＨＦ＋Ｈ２Ｏ）が使用される。しかしながら、ＤＨＦはウエファー表面のＣｕ抽出を引き起こし、この問題を解決するためにＤＨＦ＋Ｈ２Ｏ２ の混酸溶液が開発された。
しかしながら、Ｈ２Ｏ２ は容易にＨ２Ｏ＋Ｏ２に分解し、さらにＨＦは容易に揮発して溶液の均一性保持を困難ならしめる。
さらには、上式（４）で生成したフッ化ケイ素（ＳｉＦ４ ）はＨ２Ｏと反応してコロイド状酸化ケイ素（ＳｉＯ２ ）が生成し、これは容易にウエファー表面に再吸着される。コロイド状酸化ケイ素が表面に存在するとヘイジイ（ｈａｚｙ）効果を生ずる。
さらに、エッチング速度は重要な工程のパラメーターであるが、表面の平滑度もまた高集積回路にとって重要である。
また、反応が進むにつれて、コロイド状酸化ケイ素およびフッ化ケイ素水素酸塩が沈着して集積し、これは大量の廃水の発生をもたらす。その結果、溶液の寿命および廃棄物処理という解決すべき問題の一つとなる。
ＬＣＤおよび半導体ウエファーに形成された種々の層の中には、例えば、ＳｉＮｘ（例Ｓｉ３Ｎ４ ）の場合には、高濃度のＨＦがエッチングに必要である。これはエッチング工程がＳｉＯ２ と比較してより困難であり、ここではマスクの使用が不可能である。沸騰法による８５％Ｈ３ＰＯ４ およびウェットエッチング法によるＢＯＥがＳｉＮｘのエッチングに使用される。ただしこれは基材に損傷を引き起こすかもしれない。
プラズマエッチング法を使用することもできる。しかしながら、プラズマエッチング法では処理量が少なく、大量生産には適していない。
ＡｌまたはＡｌ合金（例えば、Ａｌ−Ｎｂ，Ａｌ−Ｔａ）のエッチングには、Ｈ３ＰＯ４ （６５〜７２％）＋ＣＨ３ＣＯＯＨ（５〜１５％）＋ＨＮＯ３ （５〜８％）＋ＤＩ水（５〜２５％）が通常使用される。Ａｌと混酸との反応で泡が生じ、これが表面に付着し、これを表面から除去するのが困難であるため、均一なエッチングを行うのは難しい。
電子ディスプレイ、クォーツ装置、および半導体ウェファーの製造工程でＳｉＯ２ 、ＳｉＮｘ，ＡｌおよびＡｌ合金を洗浄しエッチングするときに、基材の損傷を最小化しながら高平滑度および高光沢に仕上げることのできる改良された洗浄およびエッチング組成物の提供に対する必要が存在する（第１の目的）。
本発明の他の目的は、単結晶ケイ素およびウェファーの製造工程でＳｉ基材をエッチングするときに、基材の損傷を最小化しながら高平滑度に仕上げる改良されたエッチング組成物を提供することである（第２の目的）。
本発明のさらに他の目的は、原料がＳｉＯ２ 、Ｐｂ２Ｏ３ 、Ｉｎ２Ｏ３ 等である結晶ガラスの表面をエッチングするときに、より良い平滑度に仕上げるための改良されたエッチング組成物を提供することにある（第３の目的）。
上記目的を達成するため、本発明による洗浄およびエッチング用組成物は、基板上のＳｉＯ２表面を洗浄およびエッチングすることにおいて、ａ）全組成物重量に対し０．１〜７０重量％のフッ化物塩、およびｂ）全組成物重量に対し０．８〜５０重量％のスルフォン酸および／またはスルフォン酸塩を含み、前記スルホン酸および／またはスルホン酸塩は、スルファミン酸（ＮＨ２ＳＯ３Ｈ）、スルフォサリチル酸２水塩（ＨＯ３ＳＣ６Ｈ３（ＯＨ）ＣＯＯＨ・２Ｈ２Ｏ）、アンモニウムスルファミン酸塩（ＮＨ４ＳＯ３ＮＨ２）、スルフォニルアミド（（ＮＨ２）Ｃ６Ｈ４ＳＯ２）およびナトリウムスルフォサリチル酸塩（ＮａＯ３ＳＣ６Ｈ３（ＯＨ）ＣＯＯＨ・２Ｈ２Ｏ）からなる群から選ばれた少なくとも一種であることを特徴とする。
上記組成物において、フッ化物塩は、アンモニウム２フッ化物（ＮＨ４ＨＦ２）、アンモニウムフッ化物（ＮＨ４Ｆ）、ナトリウムフッ化物（ＮａＦ）、カリウム２フッ化物（ＫＨＦ２）、ナトリウム２フッ化物（ＮａＨＦ２）、バリウムフッ化物（ＢａＦ２）、カリウムフッ化物（ＫＦ）、およびフルオロホウ酸アンモニウム（ＮＨ４ＢＦ４）からなる群から選ばれた少なくとも一種であることが好ましく、また、過硫酸塩、アルコール、促進剤、およびインヒビターからなる群から１種以上を更に含み、前記過硫酸塩が選ばれたときは、全組成物重量に対し０．２〜４０重量％、前記アルコールが選ばれたときは、全組成物重量に対し０．２〜４０重量％、前記インヒビターが選ばれたときは、全組成物重量に対し０．０１〜１０重量％、そして前記促進剤が選ばれたときは、全組成物重量に対し０．５〜２０重量％を含むことが好適である。
上記のような組成物において、過硫酸塩は、ナトリウム過硫酸塩（Ｎａ２Ｓ２Ｏ８）、アンモニウム過硫酸塩（（ＮＨ４）Ｓ２Ｏ８）およびカリウム過硫酸塩（Ｋ２Ｓ２Ｏ８）からなる群から選ばれた少なくとも一種であることが好ましく、また、アルコールは、化学式ＣｎＨ２ｎ＋１ＯＨ（Ｃ≦６）の群から選ばれたものであることが良く、さらには、アルコールは、イソプロピルアルコールであることが好適であり、そして、インヒビターは、アミンおよびアミドから選択された少なくとも一種であることが好ましく、また、促進剤は、硫酸、リン酸、および酢酸から選択された少なくとも一種であることが好適である。
本発明によれば、本発明の組成物の使用により、より効率的に、かつより簡易に洗浄し、エッチングすることが可能である。表面粗さは改善され、溶液の寿命は長くなり、廃水処理はより容易にかつ低コストとすることができる。さらに、本発明の組成物は所定量の溶液作成用として、粉末状でもよい。これは、輸送、取り扱いおよび貯蔵にとって好都合である。
第１の本発明は、電子ディスプレイ、クォーツ装置、および半導体ウェファーの製造工程で基材に沈着するＳｉＯ２ ，ＳｉＮｘ，ＡｌおよびＡｌ合金を洗浄しエッチングする組成物であり、次の組成からなる。
ａ） 全組成物の重量に対して０．１〜５０重量％のフッ化物、
ｂ） 全組成物の重量に対して０．８〜４０重量％のスルフォン酸、スルフォン酸塩および過硫酸塩からなる群から選ばれた少なくとも一種、および、
ｃ） 場合により０．０１〜１０重量％のインヒビターおよび／または０．５〜２０重量％の反応促進剤、
ただし、スルフォン酸およびスルフォン酸塩が成分ｂ）として選ばれるときには、０．２〜４０重量％のアルコールおよび／または０．２〜４０重量％の過硫酸塩が添加される、そして過硫酸塩が成分ｂ）として選ばれるときには０．０１〜１０重量％の界面活性剤が添加される。
第２の本発明は、単結晶ケイ素およびウェファーの製造工程におけるＳｉ基材のエッチング用組成物であり、次の組成からなる。
ａ） 硝酸塩、および、
ｂ） フッ化物、
ｃ） 場合により反応促進剤および界面活性剤からなる群から選ばれた少なくとも一種、ただし、フッ化物に対する硝酸塩の重量比は１：９〜９：１の範囲にあり、反応促進剤の濃度は３０〜９０％の範囲である。
第３の本発明は、原料がＳｉＯ２ 、Ｐｂ２Ｏ３ 、Ｉｎ２Ｏ３ である結晶ガラスの表面エッチング用組成物であり、この組成は、次の通りである。
ａ） フッ化物、および、
ｂ） シュウ酸および／またはシュウ酸塩、
ｃ） 場合により硫酸、リン酸、および／または硫酸とリン酸の混酸から選ばれた群の少なくとも一種、
ただし、フッ化物のシュウ酸塩に対する重量比は１：９〜９：１の範囲にあり、硫酸、リン酸、および／または硫酸とリン酸の混酸の濃度は３０〜９０％の範囲である。
本発明による硝酸塩およびフッ化物はＳｉおよびＳｉＯ２ のエッチング用に導入される。硝酸塩およびフッ化物は単結晶ケイ素およびウェファーの製造工程でＳｉ基材のエッチングに使用される。フッ化物は電子ディスプレイ、クォーツ装置、および半導体ウェファーの製造工程でＳｉＯ２ 、ＳｉＮｘ、ＡｌおよびＡｌ合金のエッチングに使用される。
反応式は次の通りである。
Ｓｉ＋４ＹＮＯ３ ＝ＳｉＯ２ ＋４ＮＯ２＋２Ｙ２Ｏ２ （１’）
６ＸＦ＋ＳｉＯ２ ＝Ｘ２ＳｉＦ６ ＋２Ｘ２Ｏ （２’）
フッ化物とＳｉＯ２ とが反応してフッ化ケイ素酸塩を生成するようにエッチング反応は進行する。フッ化物それ自体はＨＦよりも通常エッチング能力が低い。しかしながら、低いエッチング能力は、本発明においては、ＳｉＯ２ 膜除去後に高平滑度を得るためには問題とならない。
さらに、フッ化物は電子ディスプレイおよび半導体ウェファーに沈着したＡｌおよびＡｌ合金をエッチングする。反応式は次の通りである。
Ａｌ＋３ＸＦ → ＡｌＦ３ ＋３Ｘ−
また、廃水処埋に関しては、Ｆイオンを酸（例、ＨＦ）でよりもＦイオンを塩（例、ＮＨ４ＨＦ２ ）で沈澱させる方がより好都合であることは知られている。本発明において組成物中のＦイオン濃度は一般に通常使用されているＦイオン濃度よりも低く、従って廃水処理費は少なくてすむこととなる。
フッ化物の例は、アンモニウム２フッ化物（ＮＨ４ＨＦ２ ）、アンモニウムフッ化物（ＮＨ４Ｆ）、ナトリウム２フッ化物（ＮａＨＦ２ ）、ナトリウムフッ化物（ＮａＦ）、カリウム２フッ化物（ＫＨＦ２ ）、カリウムフッ化物（ＫＦ）、カリウムフッ化物（ＢａＦ２ ）およびフルオロホウ酸アンモニウム（ＮＨ４ＢＦ４ ）からなる群から選ばれた少なくとも一種である。
スルフォン酸およびスルフォン酸塩はＳＯ２ ／ＳＯ３ により有機物の分解能力があり、エッチング工程でフッ化物を支持する。
スルフォン酸および／またはスルフォン酸塩の例としては、スルファミン酸（ＮＨ２ＳＯ３Ｈ）、スルフォサリチル酸２水塩（ＨＯ３ＳＣ６Ｈ３（ＯＨ）ＣＯＯＨ・２Ｈ２Ｏ）、アンモニウムスルファミン酸塩（ＮＨ４ＳＯ３ＮＨ２ ）、スルフォニルアミド（（ＮＨ２）Ｃ６Ｈ４ＳＯ２ ）およびナトリウムスルフォサリチル酸塩（ＮａＯ３ＳＣ６Ｈ３（ＯＨ）ＣＯＯＨ・２Ｈ２Ｏ）が挙げられる。
また過硫酸塩は水性反応に過酸化水素を提供することにより酸化反応を改良するために添加される。過硫酸塩は徐々に液中で分解し、分解は高温では容易に進行する。発生したＨ２Ｏ２ はケイフッ化水素酸およびコロイド状ＳｉＯ２ の表面への付着を防止する。
過硫酸塩の例としては、ナトリウム過硫酸塩（Ｎａ２Ｓ２Ｏ８ ）、アンモニウム過硫酸塩（（ＮＨ４）Ｓ２Ｏ８ ）およびカリウム過硫酸塩（Ｋ２Ｓ２Ｏ８ ）からなる群から選ばれた少なくとも一種が挙げられる。
第１の本発明によるフッ化物およびスルフォン酸および／またはスルフォン酸塩、および過硫酸塩、アルコール、反応促進剤および／またはインヒビターを任意成分として加えた組成物が、電子ディスプレイ、クォーツ装置、半導体ウェファーの製造工程で、ＳｉＯ２ ，ＳｉＮｘ，ＡｌおよびＡｌ合金の洗浄用に、かつ正確なエッチング用に使用される。
第１の本発明によるフッ化物および過硫酸塩、および界面活性剤、反応促進剤、および／またはインヒビターを任意成分として加えた組成物が、電子ディスプレイ、クォーツ装置、半導体ウェファーの製造工程で、ＳｉＯ２ ，ＳｉＮｘ，ＡｌおよびＡｌ合金の洗浄用に、かつ正確なエッチング用に使用される。
有機物を分解し、溶解する能力のあるアルコールとしては、化学式ＣｎＨ２ｎ＋１ＯＨ（Ｃ≦６）から選ばれ、イソプロピルアルコールがより好ましく使用される。
成分の表面張力を減少することにより組成物の浸透力を改良する界面活性剤としては、Ｎａイオンおよび／またはＳＯ２ イオンを含有する群から選ばれたものである。
インヒビターは、金属上に形成された層を金属に損傷を与えることなく選択的に除去する場合に使用される。インヒビターの例としては、アミンおよびアミドが挙げられる。
反応促進剤としては、硫酸、リン酸、および／または酢酸が選択的に使用される。
本発明の組成物を構成する各成分の量に関しては、全組成物重量に対し、フッ化物は０．１〜５０重量％、好ましくは０．４〜１２重量％の範囲、スルフォン酸、スルフォン酸塩、および／または過硫酸塩からなる群から選ばれた少なくとも一種の混合物は、０．８〜４０重量％、好ましくは６〜１８重量％の範囲であり、スルフォン酸および／またはスルフォン酸塩を使用するときに添加される過硫酸塩は、０．２〜４０重量％、好ましくは２〜１５重量％の範囲であり、界面活性剤は０．０１〜１０重量％、好ましくは０．１〜３重量％の範囲であり、アルコールは０．２〜４０重量％、好ましくは３〜１０重量％の範囲であり、インヒビターは０．０１〜１０重量％、好ましくは０．１〜３重量％の範囲であり、反応促進剤は０．０５〜２０重量％、好ましくは１〜１０重量％の範囲であり、かつ残りはＤ．Ｉ水からなる。
フッ化物の量は、ＳｉＯ２ のエッチング速度に密接に関係するので、エッチング速度はフッ化物のＦイオン量に比例する。フッ化物の混合比率は、組成物が洗浄用であるときは低濃度であり、組成物がエッチング用であるときは高濃度である。
一般にスルフォン酸および／またはスルフォン酸塩の濃度が高くなるほど有機物の分解能力は増加する。濃度は有機物の種類および量により制御され、好ましくは０．８〜４０重量％の範囲である。
過硫酸塩は酸化反応の改良に有用であり、過硫酸塩の量は０．２〜４０重量％である。過酸化水素は均一性を保持することはある程度困難ではあるけれども、代用として役立ち、使用される。
アルコールは、上記したように、有機物を溶解することができ、かつ水溶性である。アルコールの量は有機物の種類および量により制御され、好ましくは０．２〜４０重量％である。
インヒビターおよび反応促進剤は添加量を制御して使用される。添加量は工程の特性および要求条件、経済性、洗浄およびエッチングの要求速度を考慮して制御される。
また、界面活性剤は組成物の表面張力を減少するためにも使用される。
さらに、フッ化物、スルフォン酸および／またはスルフォン酸塩、過硫酸塩からなる組成物は、粉末状でも有用である。粉末は、輸送、取り扱いおよび貯蔵に好都合である。使用するときには、粉末をＤ．Ｉ水と混合し、さらにアルコール、インヒビター、反応促進剤、界面活性剤を加えた溶液を用意する。
第２の本発明によれば、フッ化物および硝酸塩および場合により界面活性剤からなる基本成分からなる組成物が提供される。この組成物は、単結晶ケイ素およびウェファーの製造工程でＳｉ基材をエッチングするのに使用される。硝酸塩は、上式（１’）に示すように、ケイ素を酸化ケイ素に酸化する。
硝酸塩の例としては、硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ３ ）、硝酸アンモニウム（ＮＨ４ＮＯ３ ）、硝酸カリウム（ＫＮＯ３ ）および硝酸バリウム（ＢａＮＯ３ ）からなる群から選ばれた少なくとも一種が挙げられる。
フッ化物の例としては、アンモニウム２フッ化物（ＮＨ４ＨＦ２ ）、アンモニウムフッ化物（ＮＨ４Ｆ）、ナトリウム２フッ化物（ＮａＨＦ２ ）、ナトリウムフッ化物（ＮａＦ）、カリウム２フッ化物（ＫＨＦ２ ）、カリウムフッ化物（ＫＦ）、カリウムフッ化物（ＢａＦ２ ）およびフルオロホウ酸アンモニウム（ＮＨ４ＢＦ４ ）が挙げられる。
界面活性剤の例としては高表面活性および高溶解性を有するフルオロカーボン系が好ましい。
本発明の組成物は、単結晶ケイ素ウェファーをエッチングしているとき発熱反応を伴わないので、表面損傷なしにより均一な粗さを得ることができ、研磨工程を短縮できるという利点を有する。
硝酸塩のフッ化物に対する重量比は１：９〜９：１、好ましくは３：７〜７：３の範囲である。
反応促進剤としては、硫酸、リン酸、あるいは硫酸とリン酸の混酸が挙げられる。濃度は３０〜９０重量％、好ましくは４０〜７０重量％である。
本発明の組成物からエッチング溶液を製造するには、硝酸塩およびフッ化物をＤ．Ｉ水で飽和するまで混合し、硫酸／リン酸をこの溶液に添加する。硝酸塩とフッ化物の混合量は１０ｇ／Ｌから硫酸／リン酸の溶液に飽和する程度まで、好ましくは３０ｇ／Ｌから２００ｇ／Ｌである。
第２の本発明による混合組成物は、粉末状でも有用である。輸送、取り扱いおよび貯蔵に好都合である。使用するときには、混合粉末を硫酸／リン酸およびＤ．Ｉ水と混合して溶液を調整する。
第３の本発明の組成物は、フッ化物、シュウ酸および／またはシュウ酸塩を基本成分とし、硫酸／リン酸を任意成分とする。
本発明の組成物は、結晶ガラスのエッチングに使用される。結晶ガラスの成分であるＰｂ２Ｏ３ は製造中の高温でＰｂ３Ｏ４ 、ＰｂＯに変換する。シュウ酸および／またはシュウ酸塩はＰｂ３Ｏ４ 、ＰｂＯと反応する。
シュウ酸塩の例としては、シュウ酸ナトリウム（Ｎａ２（ＣＯＯ）２ ）、シュウ酸アンモニウム１水塩（（ＮＨ４）２（ＣＯＯ）２・Ｈ２Ｏ）、シュウ酸カリウム１水塩（Ｋ２（ＣＯＯ）２・Ｈ２Ｏ）およびシュウ酸３水素カリウム２水塩（ＫＨ３ （Ｃ２Ｏ４）２・２Ｈ２Ｏ）が挙げられる。
フッ化物の例としては、アンモニウムフッ化物（ＮＨ４Ｆ）、ナトリウム２フッ化物（ＮａＨＦ２ ）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、カリウム２フッ化物（ＫＨＦ２ ）、フッ化カリウム（ＫＦ）、フッ化バリウム（ＢａＦ２ ）およびフルオロホウ酸アンモニウム（ＮＨ４ＢＦ４ ）が挙げられる。
フッ化物のシュウ酸塩に対する重量比は、１：９〜９：１、好ましくは３：７〜７：３の範囲である。
フッ化物とシュウ酸塩の混合組成物は硫酸、リン酸、あるいは硫酸／リン酸の混酸と混合される。濃度は３０〜９０％、好ましくは４０〜７０％の範囲である。
フッ化物とシュウ酸塩との混合比は、結晶ガラス中の酸化鉛の含有量により制御される。 さらに本発明の組成物は、エアーバブル、振動、撹拌、超音波、回転等の工程を省略することができる。
本発明の組成物の使用により、装置の種類、温度、圧力の選択的結合、組成物の濃度、速度、振動、撹拌、浸漬あるいは噴霧、発泡等の使用により、工程を短縮し、かつ同時に処理方法の改良を果たすことができる。
本発明の組成物の使用により得られる工程の短縮、工程の変形および変化は本発明の範囲に含まれる。 また、本発明の組成物は、溶液寿命の延長という利益、および廃水処理における便宜を提供する。
〔実施例１〕
調製した化学洗浄およびエッチング用組成物を下記表２に示す。
Figure 2007154205
 注：
イ；アンモニウム２フッ化物、
ロ；スルフォン酸及び／又はスルフォン酸塩、
ハ；過硫酸塩、
ニ；硫酸、
ホ；硝酸、
ヘ；シュウ酸、
ト；界面活性剤、
残りはＤ．Ｉ水、
Ａ〜ＣおよびＦ〜Ｉ：ＳｉＯ２ ，ＳｉＮｘ，ＡｌおよびＡｌ合金 、
Ｄ：Ｓｉ 、
Ｅ：結晶ガラス
〔実施例２−１：洗浄能力の比較〕
洗浄能力を比較するために、実施例１の各組成物で試験を実施した。
試験片：ＣＲＴガラス試験片の寸法５０ｍｍ×５０ｍｍ×１０ｍｍ
試験片の種類
ａ． 内部黒色塗工前の新しいパネル
ｂ． 内部黒色塗工パネル
ｃ． 内部塗工ダグファンネル
ｄ． 内部スクリーン塗工パネル
ｅ． 外部シリカ塗工前のパネル
ｆ． 外部シリカ塗工後のパネル
ｇ． 外部シリカ塗工後の焼付パネル
実施例１の組成物の溶液５００ｍｌを入れたビーカーに所定時間試験片を浸漬し、かつ該溶液を撹拌した。
洗浄能力は、処理表面が完全な水湿潤性を有するに至る処理時間で評価した（表３）。
Figure 2007154205
 注：
溶液温度：２５℃
Ｉ．Ｐ．Ａ：イソプロピルアルコール
表３に示すように、本発明の組成物の洗浄速度は、ＨＦおよびＮＨ４ＨＦ２ よりも早い。ＨＦおよびＮＨ４ＨＦ２ は現在ＣＲＴ製造工程に使用されているものである。組成物Ｂのフッ化物含有量は組成物Ａの１／３と少ないが、組成物Ｂはイソプロピルアルコールと一緒に使用されるならば、より良い結果を示している。
〔実施例２−２：洗浄能力の比較〕
洗浄能力を比較する試験を行った。パネルの寸法は全て１４インチである。
パネルの種類
ａ． 内部黒色塗工前のパネル
ｂ． 内部黒色塗工後のパネル（欠陥、改善されるべき（ｔｏ ｂｅ ｒｅｃｌａｉｍｅｄ））
ｃ． 内部スクリーン塗工パネル（欠陥、改善されるべき（ｔｏ ｂｅ ｒｅｃｌａｉｍｅｄ））
ｄ． 外部シリカ塗工後のパネル（欠陥、改善されるべき（ｔｏ ｂｅ ｒｅｃｌａｉｍｅｄ））
組成物溶液をパネルに噴霧した（水頭圧：５ｍ、ノズル直径：２０ｃｍ、パネルとノズルとの距離：２０ｃｍ）。洗浄能力は完全な水湿潤性を持つに至る処埋時間で評価した。結果を表４に示すように、本発明組成物の洗浄時間はＨＦよりも早い。
Figure 2007154205
〔実施例３：表面粗さの比較〕
実施例２の試験片ａについて表面粗さを測定した（表５）。
Figure 2007154205
表５に示すように、本発明組成物のＲａ値およびＲｔ値は１０％ＨＦよりも小さく、表面粗さおよび塗工結果はより均一である。
またＲｔ値がより小さいという事実は表面ピット現象が改善されているものと推定される。
〔実施例４−１：光沢および水湿潤性の比較〕
実施例２の試験片ｇについて、一つの試験片はＣｅＯ２研磨剤（研磨圧４ｋｇ／ｃｍ２）で処理した。この方法はＣＲＴ製造で使用されているものである。
他の試験片は本発明の組成物Ｂで処理し、かつ手で研磨した（研磨圧０．５ｋｇ／ｃｍ２）。
結果を表６に示す。
Figure 2007154205
表６に示すように、光沢度は組成物Ｂで処理すると完全に回復されている。水湿潤性の事実から、本発明の組成物は完全に表面を洗浄していることがわかる。
さらに、本発明の組成物Ｂで処理したときには表面スクラッチ現象が起きていないが、ＣｅＯ２ で研磨する現在使用されている方法では表面スクラッチが残り、放電欠陥の原因となる。
〔実施例４−２：光沢度および水湿潤性の比較〕
実施例２の試験片ｄについて、一つの試験片はＣｅＯ２ 研磨剤で処理し（研磨圧４ｋｇ／ｃｍ２ ）、他の試験片は本発明１の組成物Ｇで処理した。処理は手で研磨した（研磨圧０．５ｋｇ／ｃｍ２ ）。
試験結果を表７に示す。
Figure 2007154205
表７に示すように、光沢度は組成物Ｇで処理したときには回復した。また水湿潤性の事実から、組成物Ｇは塗工欠陥を防止するように有機物を完全に洗浄できている。ＣｅＯ２ 研磨剤により生ずるスクラッチは放電欠陥の原因となる。組成物Ｇはスクラッチを生じない。
〔実施例５：重量損失の比較〕
試験片を１２％ＨＦ溶液および本発明の組成物溶液に浸漬した。各溶液は２００ｍｌのビーカー中で２５℃に維持し、そして溶液をエアーバブルした。寸法５０ｍｍ×５０ｍｍ×１０ｍｍのガラス片を１０分間浸漬した。
重量損失の測定結果を表８に示す。
Figure 2007154205
表８に示すように、ガラスのエッチング速度はＦイオン量と比例している。ＨＦ溶液のＦイオンは再活性化された状態であり、ガラス（ＳｉＯ２ ）を積極的に腐食する。ＨＦとＳｉＯ２ との反応により、Ｈ２ＳｉＦ６ が生成し、Ｈ２ＳｉＦ６ の量は徐々に増加し、溶液の寿命は短縮する。ＨＦと本発明の組成物とで重量損失を比較すると、組成物溶液の寿命はＨＦのそれよりも長いことがわかる。
〔実施例６−１：ＬＣＤに対する水湿潤性と処理時間の比較〕
寸法５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．７ｍｍのＬＣＤの露出ガラスについて、現在使用されているＤＨＦ溶液（ＨＦ：Ｈ２Ｏ＝１：１００）と希釈組成物溶液（組成物Ｂ：Ｈ２Ｏ＝２：８）とを準備し、試験を行った。試験片を温度２５℃の溶液に浸漬した。結果を表９に示す。
Figure 2007154205
 注：Ｉ．Ｐ．Ａ：イソプロピルアルコール
表９に示すように、本発明の組成物は３〜１０秒で表面を完全に洗浄することができる。特にＢ１＋Ｉ．Ｐ．Ａ ２５ｖｏｌ％の組成物溶液の場合には、結果はより良いものであった。ＤＨＦの場合には、水湿潤性のためには３０秒を超える時間が必要であった。
〔実施例６−２：ＬＣＤに対する水湿潤性と処理時間の比較〕
寸法５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．７ｍのＬＣＤの露出ガラスについて、現在ＬＣＤ製造工程で洗浄用に使用されているＤＨＦ溶液（ＨＦ：Ｈ２Ｏ＝１：１００）と希釈Ｇ１溶液（組成物Ｇ：Ｈ２Ｏ＝２：８）とを準備し、試験を行った。試験片を温度２５℃の撹拌溶液に浸漬した。
結果を表１０に示す。
Figure 2007154205
表１０に示すように、本発明の組成物は洗浄速度が早い。
〔実施例６−３：ＬＣＤに形成された（ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ）ＳｉＮｘ層およびＡｌ−Ｎｂ層の処理試験〕
寸法５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．７ｍｍのＬＣＤ試験片２個を用意した。一つは厚さ３０００ÅのＳｉＮｘ層であり、他は厚さ２５００ÅのＡｌ−Ｎｂ層である。
ＳｉＮｘをＢＯＥ（４０％ＮＨ４Ｆ：５０％ＨＦ＝２０：１）および本発明の組成物Ｆ，Ｇ，ＨおよびＩ中に浸漬した。ＢＯＥは現在エッチング剤として使用されているものである。Ａｌ−ＮｂをＡｌエッチング剤（Ｈ３ＰＯ４ ：ＣＨ３ＣＯＯＨ：ＨＮＯ３ ＝６５：５：５：２５）および本発明の組成物Ｆ，Ｇ，ＨおよびＩに浸漬した。試験結果を表１１に示す。
Figure 2007154205
表１１に示すように、本発明の組成物によれば表面損傷を与えることなくより短い時間でＬＣＤを処理できた。
〔実施例７：クォーツ装置に対する重量損失と水湿潤性の比較〕
寸法５０ｍｍ×５０ｍｍ×３ｍｍのクォーツ装置の試験片について、ＨＦ溶液および本発明の組成物Ａを用意し、試験を行った。試験片を２５℃の溶液に１０分間浸漬し、表面粒子を目視で評価した（表１２）。
Figure 2007154205
表１２に示すように、本発明の組成物Ａの重量損失は１５％ＨＦのそれよりも非常に少なく、一方１５％ＨＦはクォーツをより多く腐食している。
本発明の組成物はより少ない腐食で表面汚染物をより有効に洗浄できることがわかった。クォーツ装置は本発明の組成物を使用するとより長い時間使用することができる。
〔実施例８：ウエファーの表面粗さの比較〕
下記に示すウエファーの試験片を用意した。
ａ． ラッピングおよび化学研磨後のウエファー
ｂ． スライス後のウエファー
ｃ． ＳｉＯ２ 塗工前のウエファー
ｄ． ＳｉＯ２ １０００Å塗工後のウエファー
寸法５０ｍｍ×５０ｍｍ×７５０μｍの試験片ａについて、現在使用されている溶液ＭＡＥ（ＨＮＯ３ ：ＨＦ：ＣＨ３ＣＯＯＨ＝２．５：５：１）および本発明の組成物Ｄ溶液を用意し、試験を行った。試験片を２５℃のエアーバブルしている溶液に２０分間浸漬した。表面粗さを測定した。結果を表１３に示す。
Figure 2007154205
表１３に示すように、本発明の組成物ＤによるＲａ、ＲｑおよびＲｔの値はＭＡＥのそれよりも非常に優れている。表面粗さ計（Ｔａｌｙｓｕｒｆ−ＩＩ Ｓｅｒｉｅｓ，Ｒａｎｋ Ｔａｙｌｏｒ Ｈｏｂｓｏｎ，ＵＫ）およびガウスフィルターを使用して粗さをプロットした。これらのグラフを図１および図２に示す。ウエファーのエッチング後、エッチングの厚さを測定した。結果を表１４に示す。
Figure 2007154205
表１４に示すように、本発明の組成物Ｄのエッチング厚さはＭＡＥのエッチング厚さよりも７μｍ以上小さく、かつ表面粗さも優れている。化学反応の温度が組成物Ｄの場合には２℃だけ上昇した。これに対しＭＡＥの場合には２０℃の上昇を示した。組成物Ｄの安定性はＭＡＥよりも優れていることがわかる。
エッチング速度を速く（ｓｈｏｒｔｅｎ）するために、成分をアンモニウム２フッ化物１５０ｇ／Ｌ、硝酸塩３００ｇ／Ｌ、硫酸９００ｇ／Ｌとした組成物Ｄ１を用意し、試験を行った。処理時問は２分短くなり、溶液温度は２５℃から４０℃に上昇し、Ｒａは０．０６μｍ、Ｒｔは０．８２μｍとなり、エッチング厚さは２７μｍとなった。 高速度で均一な表面を得ることは困難であると一般に理解され、速度を遅くするためには緩衝剤として酢酸がＭＡＥ調製のために使用される。エッチング速度は組成物の成分比を変えることにより制御することができ、それにより所望の均一な表面が得られるものと期待される。
〔実施例９：疎水性および粒子（ウエファー）の試験〕 寸法５０ｍｍ×５０ｍｍ×６５０μｍの、実施例８のウエファー試験片ｂ，ｃおよびｄについて、試験を行った。試験片を本発明の組成物溶液に浸漬した。
結果を表１５に示す。
Figure 2007154205
表１５に示す疎水性の試験結果から、酸化層は完全に除去されているものと推定される。試験片ｂの場合には、本発明の組成物は、ウエファー製造中に有機物を除去するために現在使用されているＴＣＥおよびＨ２Ｏ２ による予備処理をすることなく、５分間以内でウエファーを洗浄していることがわかる。
試験片ｃの場合には、本発明の組成物は、混酸（ＨＮＯ３ ＋ＨＣｌ＝１：３）による予備処理なしに、８分間以内でウエファーを洗浄していることがわかる。
試験片ｄの場合には、処理後２分間で１６６〜５００Å／分というエッチング結果であった。本発明の組成物は受容可能な適切なエッチング能力を持っていると推定される。エッチング速度は、フッ化物の含有比を変えることで制御できる。
〔実施例１０：結晶ガラスのエッチング試験〕
結晶ガラスについて、実施例１の溶液Ｅに５５℃で１時間浸漬して試験した。
浸漬後３分間で、結晶ガラスを溶液から取り出し、表面に形成されたＨ２ＳｉＦ６ を除去し、ついで５７分間再度浸漬した。
本発明の組成物は、結晶ガラスを十分にエッチングできることがわかった。
半導体ウェファーの製造において従来使用されてきたＭＡＥ（混酸溶蝕剤）で半導体ウェファーをエッチングしたときの表面粗さのグラフである。 本発明の組成物によりエッチングしたときの半導体ウェファーの表面粗さのグラフである。

Claims (8)

  1. 基板上のＳｉＯ２表面を洗浄およびエッチングすることにおいて、ａ）全組成物重量に対し０．１〜７０重量％のフッ化物塩、およびｂ）全組成物重量に対し０．８〜５０重量％のスルフォン酸および／またはスルフォン酸塩を含み、前記スルホン酸および／またはスルホン酸塩は、スルファミン酸（ＮＨ２ＳＯ３Ｈ）、スルフォサリチル酸２水塩（ＨＯ３ＳＣ６Ｈ３（ＯＨ）ＣＯＯＨ・２Ｈ２Ｏ）、アンモニウムスルファミン酸塩（ＮＨ４ＳＯ３ＮＨ２）、スルフォニルアミド（（ＮＨ２）Ｃ６Ｈ４ＳＯ２）およびナトリウムスルフォサリチル酸塩（ＮａＯ３ＳＣ６Ｈ３（ＯＨ）ＣＯＯＨ・２Ｈ２Ｏ）からなる群から選ばれた少なくとも一種である洗浄およびエッチング組成物。
  2. 前記フッ化物塩は、アンモニウム２フッ化物（ＮＨ４ＨＦ２）、アンモニウムフッ化物（ＮＨ４Ｆ）、ナトリウムフッ化物（ＮａＦ）、カリウム２フッ化物（ＫＨＦ２）、ナトリウム２フッ化物（ＮａＨＦ２）、バリウムフッ化物（ＢａＦ２）、カリウムフッ化物（ＫＦ）、およびフルオロホウ酸アンモニウム（ＮＨ４ＢＦ４）からなる群から選ばれた少なくとも一種であることを特徴とする請求項１に記載の洗浄およびエッチング組成物。
  3. 過硫酸塩、アルコール、促進剤、およびインヒビターからなる群から１種以上を更に含み、前記過硫酸塩が選ばれたときは、全組成物重量に対し０．２〜４０重量％、前記アルコールが選ばれたときは、全組成物重量に対し０．２〜４０重量％、前記インヒビターが選ばれたときは、全組成物重量に対し０．０１〜１０重量％、そして前記促進剤が選ばれたときは、全組成物重量に対し０．５〜２０重量％を含むことを特徴とする請求項１に記載の洗浄およびエッチング組成物。
  4. 前記過硫酸塩は、ナトリウム過硫酸塩（Ｎａ２Ｓ２Ｏ８）、アンモニウム過硫酸塩（（ＮＨ４）Ｓ２Ｏ８）およびカリウム過硫酸塩（Ｋ２Ｓ２Ｏ８）からなる群から選ばれた少なくとも一種であることを特徴とする請求項１に記載の記載の洗浄およびエッチング組成物。
  5. 前記アルコールは、化学式ＣｎＨ２ｎ＋１ＯＨ（Ｃ≦６）の群から選ばれたものであることを特徴とする請求項３に記載の記載のエッチング組成物。
  6. 前記アルコールは、イソプロピルアルコールであることを特徴とする請求項３に記載の洗浄およびエッチング組成物。
  7. 前記インヒビターは、アミンおよびアミドから選択された少なくとも一種であることを特徴とする請求項３に記載の洗浄およびエッチング組成物。
  8. 前記促進剤は、硫酸、リン酸、および酢酸から選択された少なくとも一種であることを特徴とする請求項３に記載の洗浄およびエッチング組成物。
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