JP2014146623A - Method of etching semiconductor substrate, etchant, and method of manufacturing semiconductor element - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an etching method, an etchant used for the same, and a method of manufacturing a semiconductor element using the same, that can exhibit selectivity to a metal layer (a second layer) and a good in-plane uniformity when etching a first layer containing titanium nitride (TiN), and that can suppress damages to a silicon oxide film (an SiOlayer) if required.SOLUTION: When processing a substrate 10 having a first layer 1 containing titanium nitride (TiN) and a second layer 4 containing a transition metal by using a sheet-type device, an etchant with a pH of 1 or more containing a specific fluorine compound selected from a metal salt and an ammonium salt of hydrofluoric acid, and an oxidant is made to contact the substrate to remove the first layer preferentially.

Description

本発明は、半導体基板のエッチング方法、エッチング液及び半導体素子の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for etching a semiconductor substrate, an etching solution, and a method for manufacturing a semiconductor element.

半導体素子の微細化・多様化が益々進み、その加工方法も素子構造や製造工程ごとに多岐にわたっている。基板のエッチングについてみてもドライエッチング及びウエットエッチングの双方においてその開発が進められ、基板材料の種類や構造に応じて様々な薬液や加工条件が提案されている。   Semiconductor elements have been increasingly miniaturized and diversified, and their processing methods are diversified according to element structures and manufacturing processes. Regarding the etching of the substrate, the development of both dry etching and wet etching is proceeding, and various chemicals and processing conditions are proposed according to the type and structure of the substrate material.

中でも、CMOSやDRAM等の素子構造を作製する際に所定の材料を精密にエッチングする技術が重要であり、その対応技術の1つとして薬液を利用したウエットエッチングが挙げられる。たとえば、微細トランジスタ回路における回路配線やメタル電極材料、あるいはバリア層、ハードマスク等を有する基板の作製において、精密なエッチング加工が求められる。しかしながら、多様な金属化合物を有する基板にあって、そのそれぞれに適合するエッチング条件や薬液については未だ十分な研究がなされていない。かかる状況にあって、素子基板に適用されるハードマスク等を効率的に除去することが製造上の課題とされてきており、具体的に窒化チタン(TiN)をエッチングする薬液について検討した例がある(特許文献1〜6参照)。   Among them, a technique for precisely etching a predetermined material when manufacturing an element structure such as a CMOS or DRAM is important, and one of the corresponding techniques is wet etching using a chemical solution. For example, precise etching is required in the production of a substrate having circuit wiring, metal electrode material, a barrier layer, a hard mask, or the like in a fine transistor circuit. However, sufficient research has not yet been conducted on etching conditions and chemical solutions that are suitable for substrates having various metal compounds. Under such circumstances, efficient removal of hard masks and the like applied to the element substrate has been considered as a manufacturing issue, and there is an example in which a chemical solution for specifically etching titanium nitride (TiN) has been studied. Yes (see Patent Documents 1 to 6).

特開2005−097715号公報JP 2005-097715 A 特許4,896,995号公報Japanese Patent No. 4,896,995 特開2009−021516号公報JP 2009-021516 A 特開2009−019255号公報JP 2009-019255 A 特開2009−044129号公報JP 2009-044129 A 米国公開第2009017626号公報US Publication No. 2009017626

本発明は、窒化チタン(TiN)を含む第1層をエッチングするにあたり、金属層(第2層)に対する選択性および良好な面内均一性を示し、シリコン酸化膜(SiO層)のダメージも抑制することができるエッチング方法、これに用いられるエッチング液、及びこれを用いた半導体素子の製造方法の提供を目的とする。 The present invention shows selectivity to the metal layer (second layer) and good in-plane uniformity in etching the first layer containing titanium nitride (TiN), and damage to the silicon oxide film (SiO 2 layer). It is an object of the present invention to provide an etching method that can be suppressed, an etching solution used for the etching method, and a method for manufacturing a semiconductor element using the etching solution.

上記の課題は以下の手段により解決された。
〔1〕枚様式装置を用い、窒化チタン(TiN)を含む第1層と遷移金属を含む第2層とを有する基板を処理するに当たり、フッ化水素酸の金属塩およびフッ化水素酸のアンモニウム塩からなる群から選ばれる特定フッ素化合物と酸化剤とを含むpH1以上のエッチング液を前記基板に接触させて前記第1層を優先的に除去するエッチング方法。
〔2〕遷移金属がCo、Ni、Cu、Ag、Ta、Hf、W、Pt、及びAuから選ばれる〔1〕に記載のエッチング方法。
〔3〕特定フッ素化合物がフッ化アンモニウムまたはフッ化テトラメチルアンモニウムである〔1〕または〔2〕に記載のエッチング方法。
〔4〕酸化剤が硝酸アンモニウム、硝酸、メタンスルホン酸、過塩素酸、過塩素酸アンモニウム、または過ヨウ素酸である〔1〕〜〔3〕のいずれか1項に記載のエッチング方法。
〔5〕第1層のエッチングレート(R1)が20Å/min以上600Å/min以下である〔1〕〜〔4〕のいずれか1項に記載のエッチング方法。
〔6〕エッチング液が、更に含窒素有機化合物、及び芳香族化合物からなる群より選ばれる少なくとも1つの防食剤を含有する〔1〕〜〔5〕のいずれか1項に記載のエッチング方法。
〔7〕防食剤が、下記式(I)〜(IX)のいずれかで示される化合物からなる〔6〕に記載のエッチング方法。

Figure 2014146623
(R〜R30はそれぞれ独立に水素原子または置換基を示す。このとき、それぞれ隣接するものどうしが連結もしくは縮環して環状構造を形成してもよい。Aはヘテロ原子を表す。ただし、Aが二価のときはそこに置換するR,R,R,R11,R24,R28はないものとする。)
〔8〕防食剤を0.01〜10質量%の範囲で含有する〔6〕または〔7〕に記載のエッチング方法。
〔9〕枚葉式装置は処理槽を有し、処理槽で半導体基板を搬送もしくは回転させ、その処理槽内にエッチング液を付与して、半導体基板にエッチング液を接触させる〔1〕〜〔8〕のいずれか1項に記載のエッチング方法。
〔10〕特定フッ素化合物を0.001〜20質量%含む〔1〕〜〔9〕のいずれか1項に記載のエッチング方法。

〔11〕酸化剤を0.005〜30質量%含む〔1〕〜〔10〕のいずれか1項に記載のエッチング方法。
〔12〕pHが3超7以下である〔1〕〜〔11〕のいずれか1項に記載のエッチング方法。
〔13〕第1層の厚さが0.005〜0.3μmである〔1〕〜〔12〕のいずれか1項に記載のエッチング方法。
〔14〕エッチング液を、特定フッ素化合物を含む第1液と酸化剤を含む第2液とを有するキットとして準備し、2液を半導体基板に接触させる前の適時に混合して使用する〔1〕〜〔13〕のいずれか1項に記載のエッチング方法。
〔15〕2液の温度を調節して混合する〔14〕に記載のエッチング方法。
〔16〕枚様式装置はスイング式のノズルを有し、ノズルを半導体基板の面に対して面方向に移動させながら、エッチング液を吐出して付与する〔1〕〜〔15〕のいずれか1項に記載のエッチング方法。
〔17〕枚様式装置を用い、窒化チタン(TiN)を含む第1層と遷移金属を含む第2層とを有する基板を処理するエッチング液であって、フッ化水酸基の金属塩およびアンモニウム塩から選ばれる特定フッ素化合物と酸化剤とを含むエッチング液。
〔18〕特定フッ素化合物を0.001〜20質量%含む〔17〕に記載のエッチング液。
〔19〕酸化剤を0.005〜30質量%含む〔17〕または〔18〕に記載のエッチング液。
〔20〕pHが−1〜7である〔17〕〜〔19〕のいずれか1項に記載のエッチング液。
〔21〕更に含窒素有機化合物、芳香族化合物および含酸素有機化合物からなる群より選ばれる少なくとも1つの防食剤を含有する〔17〕〜〔20〕のいずれか1項に記載のエッチング液。
〔22〕〔1〕〜〔16〕のいずれか1項に記載のエッチング方法により窒化チタンを含む第1層を除去し、残された基板から半導体素子を製造する半導体素子の製造方法。
〔23〕枚様式装置を用い、窒化チタン(TiN)を含む第1層と遷移金属を含む第2層とを有する基板を処理するエッチング液のキットであって、特定フッ素化合物を含む第1液と酸化剤を含む第2液とを有し、2液を半導体基板に接触させる前の適時に混合して使用するエッチング液のキット。 The above problem has been solved by the following means.
[1] In processing a substrate having a first layer containing titanium nitride (TiN) and a second layer containing a transition metal using a single-mode apparatus, a metal salt of hydrofluoric acid and ammonium hydrofluoric acid An etching method for preferentially removing the first layer by bringing an etching solution having a pH of 1 or more containing a specific fluorine compound selected from the group consisting of a salt and an oxidizing agent into contact with the substrate.
[2] The etching method according to [1], wherein the transition metal is selected from Co, Ni, Cu, Ag, Ta, Hf, W, Pt, and Au.
[3] The etching method according to [1] or [2], wherein the specific fluorine compound is ammonium fluoride or tetramethylammonium fluoride.
[4] The etching method according to any one of [1] to [3], wherein the oxidizing agent is ammonium nitrate, nitric acid, methanesulfonic acid, perchloric acid, ammonium perchlorate, or periodic acid.
[5] The etching method according to any one of [1] to [4], wherein the etching rate (R1) of the first layer is 20 Å / min or more and 600 Å / min or less.
[6] The etching method according to any one of [1] to [5], wherein the etching solution further contains at least one anticorrosive agent selected from the group consisting of a nitrogen-containing organic compound and an aromatic compound.
[7] The etching method according to [6], wherein the anticorrosive comprises a compound represented by any one of the following formulas (I) to (IX).
Figure 2014146623
(R 1 to R 30 each independently represent a hydrogen atom or a substituent. At this time, adjacent ones may be linked or condensed to form a cyclic structure. A represents a hetero atom. When A is divalent, R 1 , R 3 , R 6 , R 11 , R 24 , and R 28 are not substituted.)
[8] The etching method according to [6] or [7], which contains an anticorrosive in the range of 0.01 to 10% by mass.
[9] The single wafer type apparatus has a processing tank, and a semiconductor substrate is conveyed or rotated in the processing tank, an etching solution is applied to the processing tank, and the etching solution is brought into contact with the semiconductor substrate. [8] The etching method according to any one of [8].
[10] The etching method according to any one of [1] to [9], including 0.001 to 20% by mass of a specific fluorine compound.

[11] The etching method according to any one of [1] to [10], which contains 0.005 to 30% by mass of an oxidizing agent.
[12] The etching method according to any one of [1] to [11], wherein the pH is more than 3 and 7 or less.
[13] The etching method according to any one of [1] to [12], wherein the thickness of the first layer is 0.005 to 0.3 μm.
[14] An etching solution is prepared as a kit having a first solution containing a specific fluorine compound and a second solution containing an oxidizing agent, and the two solutions are mixed and used in a timely manner before contacting the semiconductor substrate [1] ] The etching method of any one of [13].
[15] The etching method according to [14], wherein the temperature of the two liquids is adjusted and mixed.
[16] The sheet style apparatus has a swing type nozzle, and discharges and applies the etching solution while moving the nozzle in the surface direction with respect to the surface of the semiconductor substrate. The etching method according to item.
[17] An etching solution for treating a substrate having a first layer containing titanium nitride (TiN) and a second layer containing a transition metal by using a sheet-type apparatus, comprising a metal salt of a fluorinated hydroxyl group and an ammonium salt An etching solution containing a selected specific fluorine compound and an oxidizing agent.
[18] The etching solution according to [17], containing 0.001 to 20% by mass of a specific fluorine compound.
[19] The etching solution according to [17] or [18] containing 0.005 to 30% by mass of an oxidizing agent.
[20] The etching solution according to any one of [17] to [19], which has a pH of −1 to 7.
[21] The etching solution according to any one of [17] to [20], further comprising at least one anticorrosive selected from the group consisting of nitrogen-containing organic compounds, aromatic compounds, and oxygen-containing organic compounds.
[22] A method for manufacturing a semiconductor element, wherein the first layer containing titanium nitride is removed by the etching method according to any one of [1] to [16], and a semiconductor element is manufactured from the remaining substrate.
[23] An etching solution kit for processing a substrate having a first layer containing titanium nitride (TiN) and a second layer containing a transition metal by using a sheet-type apparatus, the first solution containing a specific fluorine compound And a second liquid containing an oxidizing agent, an etching liquid kit that is used by mixing the two liquids in a timely manner before contacting the semiconductor substrate.

本発明の方法によれば、TiNを含む第1層をエッチングするにあたり、金属層(第2層)に対する選択性および良好な面内均一性を示し、シリコン酸化膜に対するダメージも抑制することができる。また、要求に応じて、TiN層のエッチング後の表面の均一化(エッチングムラの抑制)とともに、金属層(第2層)のエッチング後の表面均一化をも実現することができる。   According to the method of the present invention, when etching the first layer containing TiN, selectivity to the metal layer (second layer) and good in-plane uniformity can be exhibited, and damage to the silicon oxide film can also be suppressed. . Moreover, according to a request | requirement, the surface equalization after the etching of a metal layer (2nd layer) can be implement | achieved with the uniformity of the surface after an etching of a TiN layer (suppression of an etching nonuniformity).

本発明の一実施形態における半導体基板の作製工程例(エッチング前)を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the manufacturing process example (before an etching) of the semiconductor substrate in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における半導体基板の作製工程例(エッチング後)を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the preparation process example (after an etching) of the semiconductor substrate in one Embodiment of this invention. 本発明の好ましい実施形態に係るウエットエッチング装置の一部を示す装置構成図である。It is an apparatus block diagram which shows a part of wet etching apparatus which concerns on preferable embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における半導体基板に対するノズルの移動軌跡線を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the movement locus line of the nozzle with respect to the semiconductor substrate in one Embodiment of this invention.

まず、本発明のエッチング方法に係るエッチング工程の好ましい実施形態について、図1、図2に基づき説明する。   First, a preferred embodiment of an etching process according to the etching method of the present invention will be described with reference to FIGS.

[エッチング工程]
図1はエッチング前の半導体基板を示した図である。本実施形態の製造例においては、シリコンウエハ(図示せず)の上に、特定の第3層として、SiOC層3、SiON層2を配し、その上側にTiN層1を形成したものを用いている。このとき、上記複合層にはすでにビア5が形成されており、当該ビア5の底部には金属を含む第2層(金属層)4が形成されている。この状態の基板10に本実施形態におけるエッチング液(図示せず)を適用して、TiN層を除去する。結果として、図2に示したように、TiN膜が除去された状態の基板20を得ることができる。言うまでもないが、本発明ないしその好ましい実施形態においては、図示したようなエッチングが理想的ではあるが、TiN層の残り、あるいは第2層の多少の腐食は、製造される半導体素子の要求品質等に応じて適宜許容されるものであり、本発明がこの説明により限定して解釈されるものではない。
なお、シリコン基板ないし半導体基板、あるいは単に基板というときには、シリコンウエハのみではなくそこに回路構造が施された基板構造体を含む意味で用いる。基板の部材とは、上記で定義されるシリコン基板を構成する部材を指し1つの材料からなっていても複数の材料からなっていてもよい。加工済みの半導体基板を半導体基板製品として区別して呼ぶことがある。これに必要によりさらに加工を加えダイシングして取り出したチップ及びその加工製品を半導体素子ないし半導体装置という。基板の向きについては、特に断らない限り、図1で言うと、シリコンウエハと反対側(TiN側)を「上」もしくは「天」といい、シリコンウエハ側(SiOC側)を「下」もしくは「底」という。
[Etching process]
FIG. 1 is a view showing a semiconductor substrate before etching. In the manufacturing example of the present embodiment, a silicon wafer (not shown) in which a SiOC layer 3 and a SiON layer 2 are arranged as specific third layers and a TiN layer 1 is formed thereon is used. ing. At this time, a via 5 is already formed in the composite layer, and a second layer (metal layer) 4 containing a metal is formed at the bottom of the via 5. The TiN layer is removed by applying the etching solution (not shown) in this embodiment to the substrate 10 in this state. As a result, as shown in FIG. 2, the substrate 20 with the TiN film removed can be obtained. Needless to say, in the present invention or a preferred embodiment thereof, the etching as shown in the figure is ideal, but the remaining TiN layer or some corrosion of the second layer may cause the required quality of the semiconductor device to be manufactured. However, the present invention is not construed as being limited by this description.
Note that the term “silicon substrate” or “semiconductor substrate”, or simply “substrate”, includes not only a silicon wafer but also a substrate structure in which a circuit structure is provided. The member of the substrate refers to a member constituting the silicon substrate defined above and may be made of one material or a plurality of materials. A processed semiconductor substrate is sometimes referred to as a semiconductor substrate product. Further, if necessary, the chip further processed and diced out and the processed product are called a semiconductor element or a semiconductor device. Regarding the orientation of the substrate, unless otherwise specified, in FIG. 1, the side opposite to the silicon wafer (TiN side) is referred to as “up” or “top”, and the silicon wafer side (SiOC side) is referred to as “down” or “ The bottom.

[エッチング液]
次に、本発明のエッチング液の好ましい実施形態について説明する。本実施形態のエッチング液は酸化剤と特定フッ素化合物とを含有する。以下、任意のものを含め、各成分について説明する。
[Etching solution]
Next, a preferred embodiment of the etching solution of the present invention will be described. The etching solution of this embodiment contains an oxidizing agent and a specific fluorine compound. Hereinafter, each component including an arbitrary one will be described.

(酸化剤)
酸化剤としては、硝酸アンモニウム、硝酸、メタンスルホン酸、過塩素酸、過塩素酸アンモニウム、過ヨウ素酸、又はその組合せなどが挙げられ、なかでも硝酸アンモニウム、硝酸が好ましい。もっとも好ましくは、硝酸アンモニウムである。酸化剤として、過酸化水素を用いる場合、経時の安定性が確保できないことがある。この点、本発明においては、上記の酸化剤を用いたため安定であり製造品質が安定し、循環系での適用や保存などにも好適に対応することができる。
(Oxidant)
Examples of the oxidizing agent include ammonium nitrate, nitric acid, methanesulfonic acid, perchloric acid, ammonium perchlorate, periodic acid, and combinations thereof, among which ammonium nitrate and nitric acid are preferable. Most preferred is ammonium nitrate. When hydrogen peroxide is used as the oxidizing agent, stability over time may not be ensured. In this respect, in the present invention, the use of the oxidant described above is stable, the production quality is stable, and it is possible to suitably cope with application and storage in the circulation system.

酸化剤は、本実施形態のエッチング液の全質量に対して、0.005質量%以上含有させることが好ましく、0.01質量%以上がより好ましく、0.1質量%以上含有させることが特に好ましい。上限としては、30質量%以下が好ましく、20質量%以下がより好ましく、15質量%以下がさらに好ましく、10質量%以下が特に好ましく、8質量%以下がさらに好ましく、5質量%以下が特に好ましい。上記上限値以下とすることで、第2層の過剰なエッチング(TiNを含む金属類、及びSi、Al等へのダメージ)をより抑制できるため好ましい。上記下限値以上とすることが、十分な速度で第1層をエッチングする観点で好ましい。また、この量を好適な範囲に調整することで、第1層のエッチング選択性の向上を一層効果的に図ることができ好ましい。   The oxidizing agent is preferably contained in an amount of 0.005% by mass or more, more preferably 0.01% by mass or more, and particularly preferably 0.1% by mass or more, based on the total mass of the etching solution of the present embodiment. preferable. As an upper limit, 30 mass% or less is preferable, 20 mass% or less is more preferable, 15 mass% or less is more preferable, 10 mass% or less is especially preferable, 8 mass% or less is further more preferable, 5 mass% or less is especially preferable. . It is preferable to set it to the upper limit or less because excessive etching of the second layer (damage to TiN-containing metals, Si, Al, etc.) can be further suppressed. It is preferable from the viewpoint of etching the first layer at a sufficient rate to be not less than the above lower limit. In addition, it is preferable that the etching selectivity of the first layer can be improved more effectively by adjusting this amount within a suitable range.

(特定フッ素化合物)
特定フッ素化合物とは、フッ化水素酸の金属塩およびアンモニウム塩から選ばれるものを意味する。具体的には、フッ化アルカリ金属塩(NaF,KFなど)、アミンのフッ化水素酸塩(フッ化水素酸モノエチルアミン、トリエチルアミン三フッ化水素酸など)、ピリジンフッ化水素酸、フッ化アンモニウム、第四級アルキルアンモニウムフッ化物(フッ化テトラメチルアンモニウム、フッ化テトラ−n−ブチルアンモニウムなど)が挙げられる。なかでも、フッ化アンモニウム、第四級アルキルアンモニウムフッ化物(フッ化テトラメチルアンモニウム)が好ましい。本発明においては、上記のようにエッチング液中で活性を示すフッ素イオンの供給源を、単にフッ化水素酸とせず、金属塩もしくはアンモニウム塩とした。その結果、pH等の液物性が好適な領域で安定に調整され、TiNの高いエッチング性を維持し、かつ第2層(遷移金属層)のエッチング(ダメージ)を抑制することにつながったものと解される。本発明においては、さらにフッ化水素酸の「塩」を適用したため、十分なエッチング力を有するとともに安定した薬液活性を持続させることができる。さらに濃度を調節しやすく、安全性の面でも利点を有する。また、中和処理を省略することができるため、これにともなう系内の発熱を抑制することができ、製造適性に資する。
(Specific fluorine compounds)
The specific fluorine compound means a compound selected from a metal salt and an ammonium salt of hydrofluoric acid. Specifically, alkali metal fluoride salts (NaF, KF, etc.), hydrofluoric acid salts of amines (monoethylamine hydrofluoride, triethylamine trihydrofluoride, etc.), pyridine hydrofluoric acid, ammonium fluoride, Quaternary alkyl ammonium fluorides (tetramethylammonium fluoride, tetra-n-butylammonium fluoride, etc.) can be mentioned. Of these, ammonium fluoride and quaternary alkyl ammonium fluoride (tetramethylammonium fluoride) are preferable. In the present invention, the supply source of fluorine ions exhibiting activity in the etching solution as described above is not simply hydrofluoric acid but a metal salt or an ammonium salt. As a result, the liquid physical properties such as pH are stably adjusted in a suitable region, the high etching property of TiN is maintained, and the etching (damage) of the second layer (transition metal layer) is suppressed. It is understood. In the present invention, since a “salt” of hydrofluoric acid is further applied, it has sufficient etching power and can maintain stable chemical activity. Furthermore, it is easy to adjust the concentration and has an advantage in terms of safety. Further, since the neutralization treatment can be omitted, the heat generation in the system accompanying this can be suppressed, which contributes to suitability for production.

特定フッ素化合物は、本実施形態のエッチング液の全質量に対して、0.001質量%以上で含有させることが好ましく、0.005質量%以上で含有させることがより好ましく、0.01質量%以上で含有させることがさらに好ましく、0.05質量%以上含有させることがさらに好ましく、0.1質量%以上含有させることが特に好ましい。上限としては、20質量%以下で含有させることが好ましく、10質量%以下で含有させることがより好ましく、5質量%以下で含有させることがさらに好ましく、3質量%以下で含有させることがさらに好ましく、1.5質量%以下含有させることが特に好ましく、1質量%以下含有させることが特に好ましい。この濃度を上記下限値以上とすることで、TiNの溶解速度を高いレベルに維持することができ好ましい。一方、上記上限値以下とすることで、絶縁層へのダメージを過度に大きくせず好ましい。   The specific fluorine compound is preferably contained in an amount of 0.001% by mass or more, more preferably 0.005% by mass or more, and 0.01% by mass with respect to the total mass of the etching solution of the present embodiment. It is more preferable to make it contain above, It is more preferable to contain 0.05 mass% or more, It is especially preferable to contain 0.1 mass% or more. The upper limit is preferably 20% by mass or less, more preferably 10% by mass or less, still more preferably 5% by mass or less, and even more preferably 3% by mass or less. , 1.5% by mass or less is particularly preferable, and 1% by mass or less is particularly preferable. By making this density | concentration more than the said lower limit, the dissolution rate of TiN can be maintained at a high level, and it is preferable. On the other hand, it is preferable that the amount is not more than the above upper limit value so that damage to the insulating layer is not excessively increased.

酸化剤との関係でいうと、酸化剤100質量部に対して、特定フッ素化合物を0.1質量部以上で用いることが好ましく、1質量部以上で用いることがより好ましい。上限としては10000質量部以下が好ましく、1000質量部以下がより好ましく、500質量部以下であることが特に好ましい。この両者の量を適正な関係で使用することにより、良好なエッチング性を実現し、かつ高い面内均一性を併せて達成することができる。   In terms of the relationship with the oxidizing agent, the specific fluorine compound is preferably used in an amount of 0.1 part by mass or more, more preferably 1 part by mass or more with respect to 100 parts by mass of the oxidizing agent. As an upper limit, 10,000 mass parts or less are preferable, 1000 mass parts or less are more preferable, and it is especially preferable that it is 500 mass parts or less. By using the amounts of both in an appropriate relationship, good etching properties can be realized and high in-plane uniformity can be achieved.

(防食剤)
本発明のエッチング液においては、第2層におけるエッチングによる均一性を改善する防食剤を含有させることが好ましい。この添加により、エッチング後の第1層表面の均一性(エッチングムラの抑制効果)を一層高めることができ、さらに第2層の表面均一性をも実現することができる。具体的に、このように第1層のエッチング均一性が良化することで、エッチングの残りムラが改善される。また、併設された金属層(第2層)の表面均一性が高まることで、上述した第1層(TiN層)の表面均一性が実現されたことと相俟って、単独で均一性を有するものに比し、製造工程上の改善および製造品質の向上に大いに貢献することができる。
(Anticorrosive)
In the etching liquid of this invention, it is preferable to contain the anticorrosive which improves the uniformity by the etching in a 2nd layer. By this addition, the uniformity of the surface of the first layer after etching (the effect of suppressing etching unevenness) can be further enhanced, and the surface uniformity of the second layer can also be realized. Specifically, the etching uniformity of the first layer is improved in this way, so that etching unevenness is improved. In addition, the surface uniformity of the metal layer (second layer) provided side by side is increased, and in combination with the surface uniformity of the first layer (TiN layer) described above, the uniformity is achieved independently. Compared with what it has, it can greatly contribute to the improvement in the manufacturing process and the improvement of the manufacturing quality.

・含窒素有機化合物/芳香族化合物
防食剤としては、含窒素有機化合物であることが好ましく、5員または6員の含窒素ヘテロ環化合物(ヘテロ原子は窒素、酸素、硫黄等)が好ましい。あるいは、その好ましいものとして、芳香族化合物が挙げられる。ヘテロ環化合物および芳香族化合物は単環でも多環のものであってもよい。ヘテロ環化合物としては、なかでも5員の含窒素複素芳香族化合物がより好ましい。このときの窒素の含有数は1〜4であることが好ましい。芳香族化合物としてはベンゼン環を有する化合物が好ましい。
Nitrogen-containing organic compound / aromatic compound As the anticorrosive, a nitrogen-containing organic compound is preferable, and a 5-membered or 6-membered nitrogen-containing heterocyclic compound (hetero atom is nitrogen, oxygen, sulfur, etc.) is preferable. Or the aromatic compound is mentioned as the preferable thing. Heterocyclic compounds and aromatic compounds may be monocyclic or polycyclic. As the heterocyclic compound, a 5-membered nitrogen-containing heteroaromatic compound is more preferable. The nitrogen content at this time is preferably 1 to 4. As the aromatic compound, a compound having a benzene ring is preferable.

防食剤は下記式(I)〜(IX)のいずれかで表される化合物が好ましい。   The anticorrosive agent is preferably a compound represented by any of the following formulas (I) to (IX).

Figure 2014146623
Figure 2014146623

・R〜R30
式中、R〜R30はそれぞれ独立に水素原子または置換基を示す。置換基としては、後記アルキル基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは1〜6)、アルケニル基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは2〜6)、アリール基(好ましくは炭素数6〜22、より好ましくは1〜14)、ヘテロ環基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは1〜6)、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは1〜6)、アシル基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは2〜6)、アミノ基(好ましくは炭素数0〜6)、カルボキシル基、リン酸基、ヒドロキシ基、チオール基(−SH)、ボロン酸基(−B(OH))などが挙げられる。なお、上記アリール基としては、フェニル基、またはナフチル基が好ましい。上記ヘテロ環基としては、含窒素複素芳香族基が挙げられ、なかでも5員の含窒素複素芳香族基が好ましく、ピロール基、イミダゾール基、ピラゾール基、トリアゾール基、またはテトラゾール基がより好ましい。これらの置換基は本発明の効果を奏する範囲でさらに置換基を有していてもよい。なお、上記の置換基のうち、アミノ基、カルボキシル基、リン酸基、ボロン酸基は、その塩を形成していてもよい。塩をなす対イオンとしては、アンモニウムイオン(NH )やテトラメチルアンモニウムイオン((CH)などの第四級アンモニウムなどが挙げられる。
・ R 1 to R 30
In the formula, R 1 to R 30 each independently represent a hydrogen atom or a substituent. Examples of the substituent include an alkyl group (preferably having 1 to 20 carbon atoms, more preferably 1 to 6), an alkenyl group (preferably having 2 to 20 carbon atoms, more preferably 2 to 6), an aryl group (preferably carbon atoms). 6-22, more preferably 1-14), a heterocyclic group (preferably 1-20 carbon atoms, more preferably 1-6), an alkoxy group (preferably 1-20 carbon atoms, more preferably 1-6). ), An acyl group (preferably having a carbon number of 2 to 20, more preferably 2 to 6), an amino group (preferably having a carbon number of 0 to 6), a carboxyl group, a phosphate group, a hydroxy group, a thiol group (—SH), Examples include boronic acid groups (—B (OH) 2 ). The aryl group is preferably a phenyl group or a naphthyl group. Examples of the heterocyclic group include a nitrogen-containing heteroaromatic group, among which a 5-membered nitrogen-containing heteroaromatic group is preferable, and a pyrrole group, an imidazole group, a pyrazole group, a triazole group, or a tetrazole group is more preferable. These substituents may further have a substituent as long as the effects of the present invention are achieved. Of the above substituents, the amino group, carboxyl group, phosphoric acid group, and boronic acid group may form a salt thereof. Examples of the counter ion forming the salt include quaternary ammonium such as ammonium ion (NH 4 + ) and tetramethylammonium ion ((CH 3 ) 4 N + ).

上記の置換基は任意の連結基を介して置換していてもよい。その連結基としては、アルキレン基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは1〜6)、アルケニレン基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは2〜6)、エーテル基(−O−)、イミノ基(好ましくは炭素数0〜4)、チオエーテル基(−S−)、カルボニル基、またはこれらの組合せが挙げられる。この連結基を以降連結基Lと呼ぶ。なお、この連結基は、本発明の効果を奏する範囲でさらに置換基を有していてもよい。   The above substituents may be substituted via any linking group. As the linking group, an alkylene group (preferably having 1 to 20 carbon atoms, more preferably 1 to 6), an alkenylene group (preferably having 2 to 20 carbon atoms, more preferably 2 to 6), an ether group (—O—). ), An imino group (preferably having 0 to 4 carbon atoms), a thioether group (—S—), a carbonyl group, or a combination thereof. This linking group is hereinafter referred to as linking group L. In addition, this coupling group may have a substituent further in the range with the effect of this invention.

〜R30はなかでも、炭素数1〜6のアルキル基、カルボキシル基、アミノ基(炭素数0〜4が好ましい)、ヒドロキシ基、またはボロン酸基が好ましい。これらの置換基は上記のように連結基Lを介して置換していてもよい。 Among these, R 1 to R 30 are preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a carboxyl group, an amino group (preferably having 0 to 4 carbon atoms), a hydroxy group, or a boronic acid group. These substituents may be substituted via the linking group L as described above.

また、R〜R30はその隣接するものどうしが連結もしくは縮環して環構造を形成していてもよい。形成される環構造としては、ピロール環構造、イミダゾール環構造、ピラゾール環構造、またはトリアゾール環構造等が挙げられる。これらの環構造部は、さらに本発明の効果を奏する範囲でさらに置換基を有していてもよい。なお、ここで形成する環構造がベンゼン環であるときは、式(VII)の方に区分して整理する。 Further, R 1 to R 30 may be adjacent to each other or connected or condensed to form a ring structure. Examples of the ring structure to be formed include a pyrrole ring structure, an imidazole ring structure, a pyrazole ring structure, and a triazole ring structure. These ring structure parts may further have a substituent within the range where the effects of the present invention are exhibited. In addition, when the ring structure formed here is a benzene ring, it divides and arrange | positions to the direction of Formula (VII).

・A
Aはヘテロ原子を表し、窒素原子、酸素原子、硫黄原子、またはリン原子を表す。ただし、Aが二価(酸素原子又は硫黄原子)であるとき、R、R、R、R11、R24、R28はないものとする。
・ A
A represents a hetero atom, and represents a nitrogen atom, an oxygen atom, a sulfur atom, or a phosphorus atom. However, when A is divalent (oxygen atom or sulfur atom), R 1 , R 3 , R 6 , R 11 , R 24 , and R 28 are not present.

前記式(VII)で表される化合物は、下記式(VII−1)〜(VII−4)のいずれかで表されるものが好ましい。

Figure 2014146623
The compound represented by the formula (VII) is preferably one represented by any of the following formulas (VII-1) to (VII-4).
Figure 2014146623

は酸性基を表し、好ましくはカルボキシル基、リン酸基、またはボロン酸基である。上記酸性基は前記連結基Lを介して置換していてもよい。
は炭素数1〜6のアルキル基、アミノ基(好ましくは炭素数0〜4)、ヒドロキシ基、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜6)、またはアシル基(好ましくは炭素数1〜6)である。上記の置換基Rは前記連結基Lを介して置換していてもよい。Rが複数あるとき、これらは連結ないし縮環して環構造を形成していてもよい。
n1は1〜5の整数である。n2は0〜5の整数である。n3は0〜4の整数であるn1〜n3がそれぞれ2以上であるとき、そこで規定される複数の置換基はそれぞれ同じでも異なっていてもよい。
R a represents an acidic group, preferably a carboxyl group, a phosphoric acid group, or a boronic acid group. The acidic group may be substituted through the linking group L.
R b is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an amino group (preferably having 0 to 4 carbon atoms), a hydroxy group, an alkoxy group (preferably having 1 to 6 carbon atoms), or an acyl group (preferably having 1 to 6 carbon atoms). ). The substituent R b may be substituted through the linking group L. When there are a plurality of R b s , these may be linked or condensed to form a ring structure.
n1 is an integer of 1-5. n2 is an integer of 0-5. When n3 is an integer of 0 to 4 and n1 to n3 are each 2 or more, the plurality of substituents defined therein may be the same or different.

式中、Aは前記で定義したAと同義である。R、R、RはR〜R30と同義の基である。ただし、Aが二価のとき、R、Rはないものとする。 In the formula, A has the same meaning as A defined above. R c , R d and R e are groups having the same meanings as R 1 to R 30 . However, when A is divalent, R c and R e are not present.

以下に、上記式(I)〜(IX)のいずれかで表される化合物の例を挙げるが、本発明がこれにより限定して解釈されるものではない。
なお、下記の例示化合物においては互変異性体の一例を示したものを含み、他の互変異性体も本発明の好ましい例に含まれるものである。これは、前記の式(I)〜(IX)、(VII−1)〜(VII−4)についても同様である。
Examples of the compound represented by any one of the above formulas (I) to (IX) will be given below, but the present invention is not construed as being limited thereto.
In addition, the following exemplary compounds include those showing examples of tautomers, and other tautomers are also included in preferred examples of the present invention. The same applies to the above formulas (I) to (IX) and (VII-1) to (VII-4).

Figure 2014146623
Figure 2014146623

防食剤をなす含窒素有機化合物ないし芳香族化合物の含有量は特に限定されないが、エッチング液中で、0.01質量%以上が好ましく、0.05質量%以上がより好ましく、0.1質量%以上が特に好ましい。上限は特に制限されないが、10質量%以下が好ましく、5質量%以下がより好ましく、3質量%以下がさらに好ましく、1質量%以下が特に好ましい。上記下限値以上とすることで、金属層に対する好適な均一化効果が得られるため好ましい。一方、上記上限値以下とすることが、良好なエッチング性能を妨げない観点から好ましい。   The content of the nitrogen-containing organic compound or aromatic compound that forms the anticorrosive is not particularly limited, but is preferably 0.01% by mass or more, more preferably 0.05% by mass or more, and 0.1% by mass in the etching solution. The above is particularly preferable. The upper limit is not particularly limited, but is preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, further preferably 3% by mass or less, and particularly preferably 1% by mass or less. It is preferable to set it to the above lower limit value or more because a suitable uniformizing effect on the metal layer can be obtained. On the other hand, it is preferable to set it to the upper limit value or less from the viewpoint of not hindering good etching performance.

(水媒体)
本発明のエッチング液には、その媒体として水(水媒体)が適用されることが好ましく、各含有成分が均一に溶解した水溶液であることが好ましい。水の含有量は、エッチング液の全質量に対して50〜99.5質量%であることが好ましく、55〜95質量%であることが好ましい。このように、水を主成分(50質量%以上)とする組成物を特に水系組成物と呼ぶことがあり、有機溶剤の比率の高い組成物と比較して、安価であり、環境に適合する点で好ましい。この観点で本発明のエッチング液は水素組成物であることが好ましい。水(水媒体)としては、本発明の効果を損ねない範囲で溶解成分を含む水性媒体であってもよく、あるいは不可避的な微量混合成分を含んでいてもよい。なかでも、蒸留水やイオン交換水、あるいは超純水といった浄化処理を施された水が好ましく、半導体製造に使用される超純水を用いることが特に好ましい。
(Aqueous medium)
In the etching liquid of the present invention, water (aqueous medium) is preferably applied as the medium, and an aqueous solution in which each component is uniformly dissolved is preferable. The water content is preferably 50 to 99.5% by mass, and preferably 55 to 95% by mass, based on the total mass of the etching solution. As described above, a composition containing water as a main component (50% by mass or more) is sometimes referred to as an aqueous composition, and is inexpensive and suitable for the environment as compared with a composition having a high organic solvent ratio. This is preferable. From this viewpoint, the etching solution of the present invention is preferably a hydrogen composition. The water (aqueous medium) may be an aqueous medium containing a dissolved component as long as the effects of the present invention are not impaired, or may contain an unavoidable trace mixed component. Among these, water that has been subjected to purification treatment such as distilled water, ion-exchanged water, or ultrapure water is preferable, and ultrapure water that is used for semiconductor manufacturing is particularly preferable.

(pH)
本発明においては、エッチング液のpHを1以上に調整し、3超がさらに好ましく、3.5以上がさらに好ましく、4以上が特に好ましい。上限側は、pHを10以下とすることが好ましく、7以下とすることがより好ましく、6以下とすることがさらに好ましく、5以下とすることが特に好ましい。上記下限値以上とすることで、TiNのエッチング速度を実用的レベルするだけでなく、面内均一性をも一層良化することができる観点で好ましい。一方、上記上限値以下とすることでSiOやSiOCといった他の基板に対する防食性のために好ましい。
(PH)
In the present invention, the pH of the etching solution is adjusted to 1 or more, more preferably more than 3, more preferably 3.5 or more, and particularly preferably 4 or more. On the upper limit side, the pH is preferably 10 or less, more preferably 7 or less, further preferably 6 or less, and particularly preferably 5 or less. By setting it to the above lower limit value or more, it is preferable from the viewpoint of not only making the TiN etching rate practical but also improving the in-plane uniformity. On the other hand, it is preferable for the corrosion resistance to other substrates such as SiO and SiOC to be not more than the above upper limit value.

(その他の成分)
・pH調整剤
本実施形態においては、エッチング液のpHを上記の範囲にするが、この調整にpH調整剤を用いることが好ましい。pH調整剤としては、pHを上げるためにテトラメチルアンモニウム、コリン等の第四級アンモニウム塩、水酸化カリウム等の水酸化アルカリ又はアルカリ土類塩、2−アミノエタノール、グアニジン等のアミノ化合物を用いることが好ましい。pHを下げるためには、塩酸、硝酸、硫酸、リン酸などの無機酸、又はギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、2−メチル酪酸、n−ヘキサン酸、3,3−ジメチル酪酸、2−エチル酪酸、4−メチルペンタン酸、n−ヘプタン酸、2−メチルヘキサン酸、n−オクタン酸、2−エチルヘキサン酸、安息香酸、グリコール酸、サリチル酸、グリセリン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、マレイン酸、フタル酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、乳酸等の有機酸が挙げられる。
pH調整剤の使用量は特に限定されず、pHを上記の範囲に調整するために必要な量で用いればよい。
(Other ingredients)
-PH adjuster In this embodiment, although pH of an etching liquid is made into said range, it is preferable to use a pH adjuster for this adjustment. As the pH adjuster, a quaternary ammonium salt such as tetramethylammonium or choline, an alkali hydroxide or alkaline earth salt such as potassium hydroxide, or an amino compound such as 2-aminoethanol or guanidine is used to raise the pH. It is preferable. In order to lower the pH, inorganic acids such as hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, or formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, 2-methylbutyric acid, n-hexanoic acid, 3,3-dimethylbutyric acid, 2-ethylbutyric acid, 4-methylpentanoic acid, n-heptanoic acid, 2-methylhexanoic acid, n-octanoic acid, 2-ethylhexanoic acid, benzoic acid, glycolic acid, salicylic acid, glyceric acid, oxalic acid, malonic acid, Examples thereof include organic acids such as succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, maleic acid, phthalic acid, malic acid, tartaric acid, citric acid, and lactic acid.
The amount of the pH adjuster used is not particularly limited, and may be used in an amount necessary for adjusting the pH to the above range.

(キット)
本発明におけるエッチング液は、その原料を複数に分割したキットとしてもよい。例えば、第1液として前記特定フッ素化合物を水媒体に含有する液組成物を準備し、第2液として前記酸化剤を水媒体に含有する液組成物を準備する態様が挙げられる。その使用例としては、両液を混合してエッチング液を調液し、その後適時に前記エッチング処理に適用する態様が好ましい。このようにすることで、各成分の分解による液性能の劣化を招かずにすみ、所望のエッチング作用を効果的に発揮させることができる。ここで、混合後「適時」とは、混合ののち所望の作用を失うまでの時期を指し、具体的には60分以内であることが好ましく、30分以内であることがより好ましく、10分以内であることが特に好ましい。下限は特にないが、1秒以上であることが実際的である。
(kit)
The etching solution in the present invention may be a kit in which the raw material is divided into a plurality. For example, the liquid composition which contains the said specific fluorine compound in an aqueous medium as a 1st liquid is prepared, and the liquid composition which contains the said oxidizing agent in an aqueous medium as a 2nd liquid is mentioned. As an example of its use, a mode in which both solutions are mixed to prepare an etching solution, and then applied to the etching process at an appropriate time is preferable. By doing in this way, it does not cause deterioration of the liquid performance by decomposition | disassembly of each component, and a desired etching effect | action can be exhibited effectively. Here, “timely” after mixing refers to the time period after mixing until the desired action is lost, specifically within 60 minutes, more preferably within 30 minutes, and more preferably within 10 minutes. Is particularly preferable. Although there is no lower limit in particular, it is practical that it is 1 second or more.

第1液における特定フッ素化合物の濃度は特に限定されないが、1.0質量%以上であることが好ましく、2.0質量%以上であることがより好ましい。上限値としては10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましい。この濃度を前記の範囲にすることで、第2液との混合に適した状態とすることができ、上記エッチング液における好適な濃度領域とすることができ好ましい。   Although the density | concentration of the specific fluorine compound in a 1st liquid is not specifically limited, It is preferable that it is 1.0 mass% or more, and it is more preferable that it is 2.0 mass% or more. As an upper limit, it is preferable that it is 10 mass% or less, and it is more preferable that it is 5 mass% or less. By setting this concentration within the above range, a state suitable for mixing with the second liquid can be obtained, and a suitable concentration region in the etching liquid can be obtained.

第2液における酸化剤の濃度は特に限定されないが、10質量%以上であることが好ましく、20質量%以上であることがより好ましい。上限値としては、50質量%以下であることが好ましく、40質量%以下であることが好ましい。この濃度を前記の範囲にすることで、第1液との混合に適した状態とすることができ、上記エッチング液における好適な濃度領域とすることができ好ましい。   Although the density | concentration of the oxidizing agent in a 2nd liquid is not specifically limited, It is preferable that it is 10 mass% or more, and it is more preferable that it is 20 mass% or more. As an upper limit, it is preferable that it is 50 mass% or less, and it is preferable that it is 40 mass% or less. By setting this concentration within the above range, it is possible to obtain a state suitable for mixing with the first liquid, and a preferable concentration region in the etching liquid can be obtained.

前記防食剤を用いる場合は、第1液側に添加しておくことが好ましい。あるいは、水溶性有機溶媒を水媒体に含有させた液組成物を準備し、これを第3液として前記第1液および第2液と混合するようにしてもよい。   When using the said anticorrosive, it is preferable to add to the 1st liquid side. Alternatively, a liquid composition containing a water-soluble organic solvent in an aqueous medium may be prepared and mixed with the first liquid and the second liquid as a third liquid.

第1液と第2液との混合の仕方は特に限定されないが、第1液と第2液とをそれぞれの流路に流通させ、両者をその合流点で合流させて混合することが好ましい。その後、さらに流路を流通させ、合流して得られたエッチング液を吐出口から吐出ないし噴射し、半導体基板と接触させることが好ましい。この実施形態でいうと、前記合流点での合流混合から半導体基板への接触までの過程が、前記「適時」に行われることが好ましい。これを、図3を用いて説明すると、調製されたエッチング液が吐出口13から噴射され、処理容器(処理槽)11内の半導体基板Sの上面に適用される。同図に示した実施形態では、A及びBの2液が供給され、合流点14で合流し、その後流路fcを介して吐出口13に移行するようにされている。流路fdは薬液を再利用するための返戻経路を示している。半導体基板Sは回転テーブル12上にあり、回転駆動部Mによって回転テーブルとともに回転されることが好ましい。なお、このような基板回転式の装置を用いる実施態様は、キットにしないエッチング液を用いた処理においても同様に適用することができる。
なお、本発明のエッチング液は、その使用用途に鑑み、液中の不純物、例えばメタル分などは少ないことが好ましい。
The method of mixing the first liquid and the second liquid is not particularly limited, but it is preferable that the first liquid and the second liquid are circulated through the respective flow paths, and both are merged at the merging point and mixed. After that, it is preferable that the flow path is further circulated, and the etching solution obtained by joining is discharged or jetted from the discharge port and brought into contact with the semiconductor substrate. In this embodiment, it is preferable that the process from the merging and mixing at the merging point to the contact with the semiconductor substrate is performed at the “timely”. This will be described with reference to FIG. 3. The prepared etching solution is sprayed from the discharge port 13 and applied to the upper surface of the semiconductor substrate S in the processing container (processing tank) 11. In the embodiment shown in the figure, the two liquids A and B are supplied, merge at the junction 14, and then move to the discharge port 13 via the flow path fc. A flow path fd indicates a return path for reusing the chemical solution. The semiconductor substrate S is on the turntable 12 and is preferably rotated together with the turntable by the rotation drive unit M. Note that an embodiment using such a substrate rotation type apparatus can be similarly applied to a process using an etching solution that is not used as a kit.
In addition, the etching liquid of this invention has few impurities, for example, a metal part, etc. in a liquid in view of the use use.

(容器)
本発明のエッチング液は、(キットであるか否かに関わらず)対腐食性等が問題とならない限り、任意の容器に充填して保管、運搬、そして使用することができる。また、半導体用途向けに、容器のクリーン度が高く、不純物の溶出が少ないものが好ましい。使用可能な容器としては、アイセロ化学(株)製の「クリーンボトル」シリーズ、コダマ樹脂工業(株)製の「ピュアボトル」などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
(container)
The etching solution of the present invention can be stored, transported and used in any container as long as corrosion resistance or the like does not matter (whether or not it is a kit). For semiconductor applications, a container having a high cleanliness and a low impurity elution is preferable. Examples of the containers that can be used include, but are not limited to, “Clean Bottle” series manufactured by Aicero Chemical Co., Ltd., “Pure Bottle” manufactured by Kodama Resin Co., Ltd., and the like.

[エッチング条件]
本発明のエッチング方法においては、枚様式装置を用いることを必須とする。具体的に枚葉式装置は、処理槽を有し、該処理槽で前記半導体基板を搬送もしくは回転させ、その処理槽内に前記エッチング液を付与して、当該半導体基板に前記エッチング液を接触させるものであることが好ましい。
枚様式装置のメリットとしては、(i)常に新鮮なエッチング液が供給されるので、再現性がよい、(ii)面内均一性が高いといったことが挙げられる。さらに、エッチング液を複数に分けたキットを利用しやすく、例えば、前記第1液と第2液をインラインで混合し、吐出する方法が好適に採用される。このとき、前記の第1液と第2液とを共に温調するか、どちらか一方だけ温調し、インラインで混合して吐出する方法が好ましい。なかでも、共に温調する実施態様がより好ましい。ラインの温度調節を行うときの管理温度は、後記処理温度と同じ範囲とすることが好ましい。
枚様式装置はその処理槽にノズルを具備することが好ましく、このノズルを半導体基板の面方向にスイングさせてエッチング液を半導体基板に吐出する方法が好ましい。このようにすることにより、液の劣化が防止でき好ましい。また、キットにして2液以上に分けることで有害なガス等を発生させにくくすることができ好ましい。本発明は特にエッチング液ないしこれを分けた第1液を加熱して用いるときに効果がある。具体的には、これらの液を加熱してもフッ素化合物が塩の形で導入されているため、上述のように安定であり、液の劣化がおきにくいという利点がある。
[Etching conditions]
In the etching method of the present invention, it is essential to use a plate type apparatus. Specifically, the single wafer type apparatus has a processing tank, and the semiconductor substrate is conveyed or rotated in the processing tank, the etching solution is applied to the processing tank, and the etching solution is brought into contact with the semiconductor substrate. It is preferable that the
Advantages of the sheet format apparatus include (i) a fresh etching solution is always supplied, so that reproducibility is good, and (ii) in-plane uniformity is high. Furthermore, it is easy to use a kit in which the etching liquid is divided into a plurality of parts. For example, a method in which the first liquid and the second liquid are mixed in-line and discharged is suitably employed. At this time, it is preferable that the temperature of both the first liquid and the second liquid is adjusted, or only one of them is temperature-controlled and mixed and discharged in-line. Among these, an embodiment in which the temperature is controlled together is more preferable. The management temperature when adjusting the line temperature is preferably in the same range as the processing temperature described later.
The plate type apparatus preferably includes a nozzle in the processing tank, and a method of discharging the etching liquid onto the semiconductor substrate by swinging the nozzle in the surface direction of the semiconductor substrate is preferable. By doing so, the deterioration of the liquid can be prevented, which is preferable. Further, it is preferable that a kit is divided into two or more liquids so that harmful gases and the like are hardly generated. The present invention is particularly effective when the etching solution or the first solution obtained by dividing the etching solution is used. Specifically, even when these liquids are heated, the fluorine compound is introduced in the form of a salt, so that there is an advantage that the liquid is stable and hardly deteriorates as described above.

さらに詳細な条件について説明すると、本発明の好ましい実施形態では、枚葉式装置において、半導体基板を所定の方向に搬送もしくは回転させ、その空間にエッチング液を付与(吐出、噴射、流下、滴下等)して前記半導体基板に前記エッチング液を接触させる。   More detailed conditions will be described. In a preferred embodiment of the present invention, in a single wafer type apparatus, a semiconductor substrate is transported or rotated in a predetermined direction, and an etching solution is applied to the space (discharge, jetting, flowing down, dropping, etc.) And the etching solution is brought into contact with the semiconductor substrate.

エッチングを行う環境温度は、後記実施例で示す温度測定方法において、40℃以上であることが好ましく、50℃以上であることがより好ましく、55℃以上であることが特に好ましい。上限としては、80℃以下であることが好ましく、70℃以下であることがより好ましい。上記下限値以上とすることにより、TiN層に対する十分なエッチング速度を確保することができ好ましい。上記上限値以下とすることにより、エッチング処理速度の経時安定性を維持することができ好ましい。エッチング液の供給速度は特に限定されないが、0.05〜1L/minとすることが好ましく、0.1〜0.5L/minとすることがより好ましい。上記下限値以上とすることにより、エッチングの面内の均一性を一層良好に確保することができ好ましい。上記上限値以下とすることにより、連続処理時に安定した性能を確保でき好ましい。半導体基板を回転させるときには、その大きさ等にもよるが、上記と同様の観点から、50〜400rpmで回転させることが好ましい。   The environmental temperature at which etching is performed is preferably 40 ° C. or higher, more preferably 50 ° C. or higher, and particularly preferably 55 ° C. or higher in the temperature measurement method described in the examples below. As an upper limit, it is preferable that it is 80 degrees C or less, and it is more preferable that it is 70 degrees C or less. By setting it to the above lower limit value or more, a sufficient etching rate for the TiN layer can be secured, which is preferable. By setting it to the upper limit value or less, it is preferable because the temporal stability of the etching processing rate can be maintained. The supply rate of the etching solution is not particularly limited, but is preferably 0.05 to 1 L / min, and more preferably 0.1 to 0.5 L / min. By setting it to the above lower limit value or more, it is preferable because uniformity in the etching plane can be ensured. By setting it to the upper limit value or less, it is preferable because stable performance can be secured during continuous processing. When the semiconductor substrate is rotated, although it depends on its size and the like, it is preferably rotated at 50 to 400 rpm from the same viewpoint as described above.

本発明の好ましい実施形態に係る枚葉式のエッチングにおいては、半導体基板を所定の方向に搬送もしくは回転させ、その空間にエッチング液を噴射して前記半導体基板に前記エッチング液を接触させることが好ましい。エッチング液の供給速度や基板の回転速度についてはすでに述べたことと同様である。   In the single-wafer etching according to a preferred embodiment of the present invention, it is preferable that the semiconductor substrate is transported or rotated in a predetermined direction, an etching solution is sprayed into the space, and the etching solution is brought into contact with the semiconductor substrate. . The supply rate of the etching solution and the rotation speed of the substrate are the same as those already described.

本発明の好ましい実施形態に係る枚葉式の装置構成においては、図4に示すように、吐出口(ノズル)を移動させながら、エッチング液を付与することが好ましい。具体的に、本実施形態においては、TiN層を有する半導体基板Sに対してエッチング液を適用する際に、基板がr方向に回転させられている。他方、該半導体基板の中心部から端部に延びる移動軌跡線tに沿って、吐出口が移動するようにされている。このように本実施形態においては、基板の回転方向と吐出口の移動方向とが異なる方向に設定されており、これにより両者が互いに相対運動するようにされている。その結果、半導体基板の全面にまんべんなくエッチング液を付与することができ、エッチングの均一性が好適に確保される構成とされている。
吐出口(ノズル)の移動速度は特に限定されないが、0.1cm/s以上であることが好ましく、1cm/s以上であることがより好ましい。一方、その上限としては、30cm/s以下であることが好ましく、15cm/s以下であることがより好ましい。移動軌跡線は直線でも曲線(例えば円弧状)でもよい。いずれの場合にも移動速度は実際の軌跡線の距離とその移動に費やされた時間から算出することができる。
In the single wafer type apparatus configuration according to a preferred embodiment of the present invention, as shown in FIG. 4, it is preferable to apply the etching solution while moving the discharge port (nozzle). Specifically, in the present embodiment, when the etching solution is applied to the semiconductor substrate S having the TiN layer, the substrate is rotated in the r direction. On the other hand, the discharge port moves along a movement trajectory line t extending from the center to the end of the semiconductor substrate. As described above, in this embodiment, the direction of rotation of the substrate and the direction of movement of the discharge port are set to be different from each other. As a result, the etching solution can be applied evenly over the entire surface of the semiconductor substrate, and the etching uniformity is suitably ensured.
The moving speed of the discharge port (nozzle) is not particularly limited, but is preferably 0.1 cm / s or more, and more preferably 1 cm / s or more. On the other hand, the upper limit is preferably 30 cm / s or less, and more preferably 15 cm / s or less. The movement trajectory line may be a straight line or a curved line (for example, an arc shape). In either case, the moving speed can be calculated from the actual distance of the trajectory line and the time spent for the movement.

[残渣]
半導体素子の製造プロセスにおいては、レジストパターン等をマスクとして用いたプラズマエッチングにより半導体基板上の金属層等をエッチングする工程がありうる。具体的には、金属層、半導体層、絶縁層などをエッチングし、金属層や半導体層をパターニングしたり、絶縁層にビアホールや配線溝等の開口部を形成したりすることが行われる。上記プラズマエッチングにおいては、マスクとして用いたレジストや、エッチングされる金属層、半導体層、絶縁層に由来する残渣が半導体基板上に生じうる。本発明においては、このようにプラズマエッチングにより生じた残渣を「プラズマエッチング残渣」と称する。なお、この「プラズマエッチング残渣」には、前記の第3層(SiONやSiOC等)のエッチング残渣も含まれる。
[Residue]
In the manufacturing process of a semiconductor element, there may be a step of etching a metal layer or the like on a semiconductor substrate by plasma etching using a resist pattern or the like as a mask. Specifically, a metal layer, a semiconductor layer, an insulating layer, or the like is etched to pattern the metal layer or the semiconductor layer, or an opening such as a via hole or a wiring groove is formed in the insulating layer. In the above-described plasma etching, a residue derived from a resist used as a mask, a metal layer to be etched, a semiconductor layer, or an insulating layer may be generated on the semiconductor substrate. In the present invention, such a residue generated by plasma etching is referred to as “plasma etching residue”. The “plasma etching residue” includes the etching residue of the third layer (SiON, SiOC, etc.).

また、マスクとして用いたレジストパターンは、エッチング後に除去される。レジストパターンの除去には、上述のように、ストリッパー溶液を使用する湿式の方法、又は例えばプラズマ、オゾンなどを用いたアッシングによる乾式の方法が用いられる。上記アッシングにおいては、プラズマエッチングにより生じたプラズマエッチング残渣が変質した残渣や、除去されるレジストに由来する残渣が半導体基板上に生じる。本発明においては、このようにアッシングにより生じた残渣を「アッシング残渣」と称する。また、プラズマエッチング残渣及びアッシング残渣等の半導体基板上に生じた洗浄除去されるべきものの総称として、単に「残渣」ということがある。   Further, the resist pattern used as a mask is removed after etching. For removing the resist pattern, as described above, a wet method using a stripper solution or a dry method by ashing using, for example, plasma or ozone is used. In the ashing, a residue obtained by altering a plasma etching residue generated by plasma etching or a residue derived from a resist to be removed is generated on the semiconductor substrate. In the present invention, the residue generated by ashing in this way is referred to as “ashing residue”. In addition, a generic term for what should be removed by cleaning such as plasma etching residue and ashing residue on the semiconductor substrate may be simply referred to as “residue”.

このようなエッチング後の残渣(Post Etch Residue)であるプラズマエッチング残渣やアッシング残渣は、洗浄組成物を用いて洗浄除去されることが好ましい。本実施形態のエッチング液は、プラズマエッチング残渣及び/又はアッシング残渣を除去するための洗浄液としても適用することができる。なかでも、プラズマエッチングに引き続いて行われるプラズマアッシング後において、プラズマエッチング残渣及びアッシング残渣を除去するために使用することが好ましい。   It is preferable that the plasma etching residue and the ashing residue, which are the residues after etching (Post Etch Residue), are removed by cleaning using a cleaning composition. The etching solution of this embodiment can also be applied as a cleaning solution for removing plasma etching residues and / or ashing residues. Especially, it is preferable to use it for removing a plasma etching residue and an ashing residue after plasma ashing performed following plasma etching.

[被加工物]
本実施形態のエッチング液を適用することによりエッチングされる材料はどのようなものでもよいが、TiNを含む第1層を有する基板を適用する。ここでTiNを含む層(TiN層)とは、酸素を含有してもよい意味であり、特に酸素を含有しない層と区別して言うときには、TiON層などということがある。本発明において、TiN層の酸素含有率は、10mol%以下であることが好ましく、8.5mol%以下であることがより好ましく、6.5mol%以下であることがさらに好ましい。下限側は0.1mol%以上であることが好ましく、2.0mol%以上であることがより好ましく、4.0mol%以上であることがさらに好ましい。
基板によるTiN層における酸素濃度の調節は、例えば、TiN層を形成するときのCVD(Chemical Vapor Deposition)のプロセス室内の酸素濃度を調整することによって行うことができる。なお、第1層は、その主たる成分としてTiNを含むが本発明の効果を奏する範囲でそれ以外の成分を含んでいてもよい。このことは第2層金属層等の他の層についても同様である。
[Workpiece]
Any material can be etched by applying the etching solution of the present embodiment, but a substrate having a first layer containing TiN is applied. Here, the layer containing TiN (TiN layer) means that oxygen may be contained, and in particular, it may be referred to as a TiON layer when distinguished from a layer not containing oxygen. In the present invention, the oxygen content of the TiN layer is preferably 10 mol% or less, more preferably 8.5 mol% or less, and further preferably 6.5 mol% or less. The lower limit side is preferably 0.1 mol% or more, more preferably 2.0 mol% or more, and further preferably 4.0 mol% or more.
The oxygen concentration in the TiN layer by the substrate can be adjusted, for example, by adjusting the oxygen concentration in the CVD (Chemical Vapor Deposition) process chamber when forming the TiN layer. In addition, although the 1st layer contains TiN as the main component, it may contain the other component in the range with the effect of this invention. The same applies to other layers such as the second metal layer.

本明細書において、TiN層の表面酸素濃度は、エッチングESCA(アルバックファイ製 Quantera)にて0〜30nmまでの深さ方向のTi,O,Nの濃度プロファイルを測定し、5〜10nmでの含有率をそれぞれ計算し、その平均酸素含有率を表面酸素濃度とする。   In this specification, the surface oxygen concentration of the TiN layer is measured by measuring the concentration profile of Ti, O, and N in the depth direction from 0 to 30 nm by etching ESCA (Quanta, manufactured by ULVAC-PHI). Each rate is calculated, and the average oxygen content is defined as the surface oxygen concentration.

前記第1層は高いエッチングレートでエッチングされることが好ましい。第1層の厚さは特に限定されないが、通常の素子の構成を考慮したとき、0.005〜0.3μm程度であることが実際的である。第1層のエッチングレート[R1]は、特に限定されないが、生産効率を考慮し、20Å/min以上であることが好ましく、50Å/min以上がより好ましく、70Å/min以上であることが特に好ましい。上限は特にないが、600Å/min以下であることが実際的である。   The first layer is preferably etched at a high etching rate. The thickness of the first layer is not particularly limited, but it is practical that the thickness is about 0.005 to 0.3 μm in consideration of the configuration of a normal element. The etching rate [R1] of the first layer is not particularly limited, but is preferably 20 Å / min or more, more preferably 50 Å / min or more, and particularly preferably 70 Å / min or more in consideration of production efficiency. . Although there is no particular upper limit, it is practical that it is 600 Å / min or less.

本発明の方法は、Cu、W、Co、Ni、Ag、Ta、Hf、Pt、Au等の金属を含む第2層を有する半導体基板に適用されることが好ましい。なかでも、第2層の材料としてCu、Wを適用することが好ましい。
ここで金属層のもつ技術的意義をこの材料として銅(Cu)およびタングステン(W)を利用する例に基づき説明する。近年、半導体デバイス(半導体装置)の高速化、配線パターンの微細化、高集積化の要求に対応して、配線間の容量の低減、配線の導電性向上およびエレクトロマイグレーション耐性の向上が要求されている。これらの要求に対応するための技術として、配線材料として導電性が高くかつエレクトロマイグレーション耐性に優れている銅を用い、層間の絶縁層として低誘電率層(Low−k層)を用いる多層配線技術が注目されている。この銅配線は一般に、該銅配線での銅の拡散を防ぐための銅拡散防止膜として機能する、銅シード層(例えば、タンタル(Ta)及び窒化タンタル(TaN)の二重層)の上に、デュアル・ダマシン・プロセスによって設けられる。
The method of the present invention is preferably applied to a semiconductor substrate having a second layer containing a metal such as Cu, W, Co, Ni, Ag, Ta, Hf, Pt, or Au. Especially, it is preferable to apply Cu and W as the material of the second layer.
Here, the technical significance of the metal layer will be described based on an example in which copper (Cu) and tungsten (W) are used as this material. In recent years, in response to the demand for higher speed of semiconductor devices (semiconductor devices), finer wiring patterns, and higher integration, reduction of capacitance between wirings, improvement of wiring conductivity, and improvement of electromigration resistance have been required. Yes. As a technique for meeting these requirements, a multilayer wiring technique using copper having high conductivity and excellent electromigration resistance as a wiring material and using a low dielectric constant layer (Low-k layer) as an insulating layer between layers. Is attracting attention. The copper wiring generally has a copper seed layer (for example, a double layer of tantalum (Ta) and tantalum nitride (TaN)) that functions as a copper diffusion prevention film for preventing copper diffusion in the copper wiring. Provided by a dual damascene process.

一方、半導体素子のコンタクトは通常、銅配線及びビアホールの形成の際に用いられるデュアル・ダマシン・プロセスの代わりに、シングル・ダマシン・プロセスによるタングステンプラグを介して設けられる。このような多層配線技術では、低誘電率層に配線溝やスルーホールなどの凹部を形成してその中に銅を埋め込むダマシン法が採用される。この場合、低誘電率層に凹部をエッチングにより精度良く形成するためには、低誘電率層をエッチングする際のマスクとして、低誘電率層との選択比が十分に高い材料からなるマスクを使用する必要がある。   On the other hand, the contact of the semiconductor element is usually provided through a tungsten plug by a single damascene process instead of the dual damascene process used in forming the copper wiring and the via hole. In such a multilayer wiring technique, a damascene method is employed in which concave portions such as wiring grooves and through holes are formed in a low dielectric constant layer and copper is embedded therein. In this case, in order to accurately form the recesses in the low dielectric constant layer by etching, a mask made of a material having a sufficiently high selectivity with the low dielectric constant layer is used as a mask for etching the low dielectric constant layer. There is a need to.

上記低誘電率層としては一般に有機系の材料が用いられており、このため、同じ有機系の材料からなるフォトレジスト層をマスクとして低誘電率層をエッチングする場合、選択比が不十分になることが考えられる。このような課題を解決するため、TiN膜のような無機系の材料からなるハードマスク層を、エッチングの際のマスクとして使用することが提案されている。そして、このハードマスク層は低誘電率層をエッチングの後のプロセスにて除去が必要となる。特にウェットプロセスのエッチングにおいては、タングステンプラグ等の金属層や、他の配線・低誘電率層材料を腐食させずに、的確に前記ハードマスクを除去することが望まれる。   As the low dielectric constant layer, an organic material is generally used. Therefore, when the low dielectric constant layer is etched using a photoresist layer made of the same organic material as a mask, the selection ratio becomes insufficient. It is possible. In order to solve such problems, it has been proposed to use a hard mask layer made of an inorganic material such as a TiN film as a mask for etching. The hard mask layer needs to be removed in a process after etching the low dielectric constant layer. In particular, in wet process etching, it is desired to remove the hard mask accurately without corroding a metal layer such as a tungsten plug or other wiring / low dielectric constant layer material.

上記のような態様でハードマスクを構成する第1層(TiN)層が除去されるため、その場合、金属層(第2層)は通常ビアホールもしくはトレンチの底部に位置する(図1、2参照)。   Since the first layer (TiN) layer constituting the hard mask is removed in the above manner, the metal layer (second layer) is usually located at the bottom of the via hole or trench (see FIGS. 1 and 2). ).

第2層(金属層)のエッチングレート[R2]は、特に限定されないが、過度に除去されないことが好ましく、10Å/min以下であることが好ましい。下限は特にないが、測定限界を考慮すると0.1Å/min以上であることが実際的である。   The etching rate [R2] of the second layer (metal layer) is not particularly limited, but is preferably not excessively removed, and is preferably 10 Å / min or less. There is no particular lower limit, but considering the measurement limit, it is practical that it is 0.1 Å / min or more.

第1層の選択的エッチングにおいて、そのエッチングレート比([R1]/[R2])は特に限定されないが、高い選択性を必要とする素子を前提に言うと、2以上であることが好ましく、3以上であることがより好ましく、5以上であることがさらに好ましい。上限としては特に規定されず、高いほど好ましいが、100以下であることが実際的である。   In the selective etching of the first layer, the etching rate ratio ([R1] / [R2]) is not particularly limited, but it is preferably 2 or more on the premise of an element that requires high selectivity. It is more preferably 3 or more, and further preferably 5 or more. The upper limit is not particularly defined and is preferably as high as possible, but is practically 100 or less.

金属層の露出幅(図中のd)は特に限定されないが、本発明の利点がより顕著になる観点から、2nm以上であることが好ましく、4nm以上であることがより好ましい。同様に効果の顕著性の観点から、上限値は1000nm以下であることが実際的であり、100nm以下であることが好ましく、20nm以下であることがより好ましい。   The exposed width of the metal layer (d in the figure) is not particularly limited, but is preferably 2 nm or more, and more preferably 4 nm or more, from the viewpoint that the advantages of the present invention become more prominent. Similarly, from the viewpoint of conspicuous effect, the upper limit is practically 1000 nm or less, preferably 100 nm or less, and more preferably 20 nm or less.

さらに、本発明の方法は、SiO、SiN、SiOC、SiON等の金属化合物を含む第3層を有する半導体基板に適用されることも好ましい。なお、本明細書において、金属化合物の組成をその元素の組合せにより表記した場合には、任意の組成のものを広く包含する意味である。例えば、SiOとは、シリコンの熱酸化膜、SiOを含む意味であり、SiOxを包含するものである。このことは、本明細書において共通し、別の金属化合物についても同様である。この第3層についても表面均一化がなされることが好ましい。第3層のエッチングレート[R3]は、特に限定されないが、前記第2層のエッチングレート[R2]と同様の範囲が好ましい。第3層のエッチングレートと第1層のエッチングレートの比([R1]/[R3])も、前記第2層との比率([R1]/[R2])の好ましい範囲と同様である。 Furthermore, the method of the present invention is also preferably applied to a semiconductor substrate having a third layer containing a metal compound such as SiO, SiN, SiOC, or SiON. In addition, in this specification, when the composition of a metal compound is expressed by a combination of elements, it means that a composition having an arbitrary composition is widely included. For example, SiO means to include a thermal oxide film of silicon, SiO 2, and includes SiOx. This is common in this specification, and the same applies to other metal compounds. It is preferable that the surface of the third layer is made uniform. The etching rate [R3] of the third layer is not particularly limited, but the same range as the etching rate [R2] of the second layer is preferable. The ratio between the etching rate of the third layer and the etching rate of the first layer ([R1] / [R3]) is also the same as the preferred range of the ratio ([R1] / [R2]) with the second layer.

[半導体基板製品の製造]
本実施形態においては、シリコンウエハ上に、前記第1層と第2層とを形成した半導体基板とする工程と、前記半導体基板にエッチング液を適用し、前記第1層を選択的に溶解する工程とを介して、所望の構造を有する半導体基板製品を製造することが好ましい。このとき、エッチングには前記特定のエッチング液を用いる。
[Manufacture of semiconductor substrate products]
In the present embodiment, a step of forming a semiconductor substrate in which the first layer and the second layer are formed on a silicon wafer, and applying an etching solution to the semiconductor substrate to selectively dissolve the first layer. It is preferable to manufacture a semiconductor substrate product having a desired structure through the steps. At this time, the specific etching solution is used for etching.

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to a following example.

<実施例1、比較例1>
以下の表に示す成分を各表に示した組成(質量%)で含有させてエッチング液を調液した。残部は水(超純水)である。
<Example 1, comparative example 1>
The components shown in the following table were contained in the composition (mass%) shown in each table to prepare an etching solution. The balance is water (ultra pure water).

(TiN基板の作成方法)
市販のシリコン基板上に、CVDにより、表面酸素濃度6.0mol%のTiN膜を作成した。また、公知の方法に準拠し、表中の金属層をTiN層の隣に形成し、試験用基板とした。
(TiN substrate creation method)
A TiN film having a surface oxygen concentration of 6.0 mol% was formed on a commercially available silicon substrate by CVD. Moreover, based on a well-known method, the metal layer in a table | surface was formed next to the TiN layer, and it was set as the test board | substrate.

(エッチング試験)
上記の試験用基板に対して、枚葉式装置(SPS−Europe B.V.社製、POLOS(商品名)))にて下記の条件でエッチングを行い、評価試験を実施した。
・処理温度:57℃
・吐出量:1L/min.
・ウェハ回転数500rpm
なお、エッチング液の供給は、下記のように2液に分けライン混合により行った(図3参照)。供給ラインfcは加熱により60℃で温度調節した。
第1液:フッ素化合物および水
第2液:酸化剤および水(必要により防食剤)
第1液と第2液との比率は体積で等量となるようにした。ただし、比較例で1成分のものは、1液で供給した。
(Etching test)
The above-mentioned test substrate was etched under the following conditions with a single wafer apparatus (SPS-Europe BV, POLOS (trade name)), and an evaluation test was performed.
・ Processing temperature: 57 ℃
・ Discharge rate: 1 L / min.
・ Wafer rotation speed: 500rpm
The etching solution was supplied into two solutions by line mixing as described below (see FIG. 3). The temperature of the supply line fc was adjusted at 60 ° C. by heating.
First liquid: Fluorine compound and water Second liquid: Oxidizing agent and water (anticorrosive if necessary)
The ratio of the first liquid to the second liquid was set to be equal in volume. However, in the comparative example, one component was supplied as one solution.

(処理温度の測定方法)
株式会社堀場製作所製の放射温度計IT−550F(商品名)を前記枚葉式装置内のウェハ上30cmの高さに固定した。ウェハ中心から2cm外側のウェハ表面上に温度計を向け、薬液を流しながら温度を計測した。温度は、放射温度計からデジタル出力し、パソコンで連続的に記録した。このうち温度が安定した10秒間の温度を平均した値をウェハ上の温度とした。
(Measurement method of processing temperature)
A radiation thermometer IT-550F (trade name) manufactured by HORIBA, Ltd. was fixed at a height of 30 cm above the wafer in the single wafer type apparatus. A thermometer was directed onto the wafer surface 2 cm outside from the wafer center, and the temperature was measured while flowing a chemical solution. The temperature was digitally output from the radiation thermometer and recorded continuously with a personal computer. Among these, the value obtained by averaging the temperature for 10 seconds at which the temperature was stabilized was defined as the temperature on the wafer.

(pH)
pHは、室温(25℃)においてHORIBA社製、F−51(商品名)で測定した。
(PH)
The pH was measured with F-51 (trade name) manufactured by HORIBA at room temperature (25 ° C.).

(エッチング速度)
TiN層のエッチング速度(ER)については、下記に区分して評価した。エッチング速度(ER)については、エリプソメトリー(分光エリプソメーター、ジェー・エー・ウーラム・ジャパン株式会社 Vaseを使用した)を用いてエッチング処理前後の膜厚を測定することにより算出した。5点の平均値を採用した(測定条件 測定範囲:1.2−2.5eV、測定角:70,75度)。
(Etching rate)
The etching rate (ER) of the TiN layer was evaluated in the following categories. About the etching rate (ER), it computed by measuring the film thickness before and behind an etching process using ellipsometry (a spectroscopic ellipsometer, JA Woolum Japan Co., Ltd. Vase was used). An average value of 5 points was adopted (measurement condition measurement range: 1.2-2.5 eV, measurement angle: 70, 75 degrees).

(SiOxダメージ)
SiO層のダメージは、そのエッチング速度(ER)で評価した。シリコン上に酸化ケイ素(熱酸化膜)を1000nmの厚みで成膜した基板を用い、他の基板同様に処理した。
A: 10Å/min以下
B: 10Å/min超50Å/min以下
C: 50Å/min以上超
(SiOx damage)
The damage of the SiO 2 layer was evaluated by its etching rate (ER). A substrate in which silicon oxide (thermal oxide film) was formed to a thickness of 1000 nm on silicon was used and treated in the same manner as other substrates.
A: 10 Å / min or less B: 10 Å / min or more 50 以下 / min or less C: 50 Å / min or more

Figure 2014146623
Cで始まる試験は比較例(以下の表についても同様)
表中の金属もしくは金属化合物名の下に示した数値はエッチング速度(Å/min)
Figure 2014146623
Tests beginning with C are comparative examples (the same applies to the table below)
The numerical value shown below the metal or metal compound name in the table is the etching rate (Å / min)

上記の結果から、本発明のエッチング液によれば、TiNを優先的に除去する良好なエッチング選択性が得られ、かつシリコン酸化膜の保護性に優れることが分かる。   From the above results, it can be seen that according to the etching solution of the present invention, good etching selectivity for preferentially removing TiN can be obtained and the silicon oxide film can be protected well.

(実施例2、比較例2)
使用する添加剤の濃度等を表2〜6のように代えた以外、実施例1と同様にして、エッチング試験を行った。その結果を表2〜6に示した。
(Example 2, comparative example 2)
An etching test was conducted in the same manner as in Example 1 except that the concentration of the additive used was changed as shown in Tables 2-6. The results are shown in Tables 2-6.

Figure 2014146623
BTA:ベンゾトリアゾール(化合物No.VII−2−1)
EMIM:2−エチル−4−メチルイミダゾール(化合物No.V−2)
Figure 2014146623
BTA: Benzotriazole (Compound No. VII-2-1)
EMIM: 2-ethyl-4-methylimidazole (Compound No. V-2)

Figure 2014146623
pHはアンモニア水または硫酸で調整した。
TMAF:フッ化テトラメチルアンモニウム
Figure 2014146623
The pH was adjusted with aqueous ammonia or sulfuric acid.
TMAF: Tetramethylammonium fluoride

Figure 2014146623
Figure 2014146623

上記の結果から分かるとおり、本発明によれば各成分の広い濃度範囲およびpH領域で好適な性能が得られることが分かる。また、要求に応じて適宜濃度やpHを調整することで、一層高い選択性を発揮させることが可能であることが分かる。また、酸化剤やフッ素含有化合物の塩の形態を変えても所望の効能を呈することが分かる。   As can be seen from the above results, according to the present invention, it is understood that suitable performance can be obtained in a wide concentration range and pH range of each component. It can also be seen that higher selectivity can be exhibited by appropriately adjusting the concentration and pH according to demand. Moreover, it turns out that desired effect is exhibited even if the form of the salt of an oxidizing agent or a fluorine-containing compound is changed.

(実施例3)
下表7の防食剤を用いた以外、実施例1と同様にしてエッチング試験を行った。その結果を表7に示している。
(Example 3)
The etching test was performed in the same manner as in Example 1 except that the anticorrosive agent shown in Table 7 below was used. The results are shown in Table 7.

Figure 2014146623
Figure 2014146623

上記の結果から分かるとおり、本発明によれば、要求に応じて防食剤を適用することにより、一層高いエッチング選択性を発揮させることが可能であることが分かる。   As can be seen from the above results, according to the present invention, it is understood that higher etching selectivity can be exhibited by applying an anticorrosive agent as required.

(実施例4)
下表8のエッチング条件を適用した以外、実施例1と同様にしてエッチング試験を行った。その結果を表8に示している。なお、2液のライン混合を行ったもの(SWT(2))は、それぞれ下記のように2つの液を準備し、図3に示した導入口A,Bより供給した。供給ラインfcは加熱により60℃で温度調節した。1液のものは、導入口Aより供給した。
第1液:フッ素化合物および水
第2液:酸化剤および水(必要により防食剤)
第1液と第2液との比率は体積で等量となるようにした
ラインの温度管理は以下のようにして行った。エッチング液を流通させるステンレス製のパイプに絶縁したニクロム線をまき加熱し、上記パイプとニクロム線の間に熱電対を挿入して温度測定を行った。流通するエッチング液の加熱はライン中の加熱タンク(図示せず)により、第1液と第2液の混合の前に行った。このとき、上記の測定温度に応じて安定して所定の温度となるように制御した。
(Example 4)
Etching tests were conducted in the same manner as in Example 1 except that the etching conditions shown in Table 8 below were applied. The results are shown in Table 8. In addition, as for what performed line mixing of 2 liquids (SWT (2)), 2 liquids were prepared as follows, respectively, and it supplied from the inlets A and B shown in FIG. The temperature of the supply line fc was adjusted at 60 ° C. by heating. One liquid was supplied from the inlet A.
First liquid: Fluorine compound and water Second liquid: Oxidizing agent and water (anticorrosive if necessary)
The ratio of the first liquid to the second liquid was equal in volume. The temperature control of the line was performed as follows. An insulated nichrome wire was sprinkled and heated on a stainless steel pipe through which the etching solution was circulated, and a thermocouple was inserted between the pipe and the nichrome wire to measure the temperature. The circulating etching liquid was heated by a heating tank (not shown) in the line before mixing the first liquid and the second liquid. At this time, it was controlled so as to stably reach a predetermined temperature according to the measured temperature.

Figure 2014146623
Figure 2014146623

(表の注記)
・SWT:枚葉式装置
SPS−Europe B.V.社製 POLOS (製品名)
(1)1液のエッチング液(調液後 12時間経過したもの)
(2)2液のキットをライン混合して適用したもの
・BT:バッチ式装置
瀬戸技研工業社製 手動式ウエットベンチ(製品名)
・スイング速度・・・薬液を付与する吐出口のスイング速度(図4参照)
・水洗浄:エッチング処理後に超純水でかけ流し洗いを行ったもの(Yes)
上記欠け流し洗いを行っていないもの(No)
(Note to the table)
SWT: Single wafer device SPS-Europe B. V. POLOS (product name)
(1) One etchant (12 hours after preparation)
(2) Two-component kit mixed in line and applied BT: Batch type device
Manual wet bench (product name) manufactured by Seto Giken Kogyo Co., Ltd.
・ Swing speed: Swing speed of the discharge port for applying chemicals (see Fig. 4)
・ Washing: Washed with ultrapure water after etching (Yes)
Those not washed off (No)

上記の結果から分かるとおり、枚様式装置を用いる本発明によれば、TiNの選択的なエッチングについて好適な性能を発揮することが分かる。特に枚様式装置において、高い面内の均一性を発揮させることが可能であることが分かる。   As can be seen from the above results, according to the present invention using the plate type apparatus, it can be seen that suitable performance is exhibited for selective etching of TiN. In particular, it can be seen that high uniformity in a plane can be exhibited in a sheet format apparatus.

なお、上表中の欠陥性能と面内均一性は以下のようにして評価した。   The defect performance and in-plane uniformity in the above table were evaluated as follows.

[欠陥性能評価]
エッチング後のウェハの表面を、欠陥検査装置(商品名SP−1、KLA−Tencor製)で観察し、表面上のTiNの残渣数について評価を行った。0.2μm以上の残渣がある場合を欠陥数1個として計測した。
0.2μm以上の欠陥数が
A:50個未満/12inchウェハ面
B:50個以上200個未満/12inchウェハ面
C:200個以上/12inchウェハ面
[Defect performance evaluation]
The surface of the wafer after etching was observed with a defect inspection apparatus (trade name SP-1, manufactured by KLA-Tencor), and the number of TiN residues on the surface was evaluated. The case where there was a residue of 0.2 μm or more was counted as one defect.
The number of defects of 0.2 μm or more is A: less than 50/12 inch wafer surface B: 50 or more and less than 200 inch / 12 inch wafer surface C: 200 or more / 12 inch wafer surface

[12 inchウェハ面内均一性評価]
円形の基板(直径12 inch)の中心のエッチング深さを、時間を変えて条件だしを行い、エッチング深さが300Åになる時間を確認した。次にその時間で基板全体を再度エッチングした時に基板の周辺から中心方向に30mmの位置でのエッチング深さを測定し、その深さが300Åに近いほど面内均一性が高いと評価した。具体的な区分は下記のとおりである。このときの測定位置は各10箇所とし、その平均値で評価した。金属層についてはエッチング速度を表中に記載し、TiN層については下記の区分で評価した。
A ±10以上50Å未満
B ±50以上100Å未満
C ±100以上150Å未満
[12 inch wafer in-plane uniformity evaluation]
The etching depth at the center of the circular substrate (diameter 12 inches) was conditioned by changing the time, and the time for the etching depth to be 300 mm was confirmed. Next, when the entire substrate was etched again at that time, the etching depth at a position of 30 mm from the periphery of the substrate toward the center was measured, and the closer the depth was to 300 mm, the higher the in-plane uniformity was evaluated. Specific categories are as follows. The measurement positions at this time were 10 places each, and the average value was evaluated. The etching rate was described in the table for the metal layer, and the TiN layer was evaluated according to the following classification.
A ± 10 to less than 50 mm B ± 50 to less than 100 mm C ± 100 to less than 150 mm

さらに試験803においてTiNの表面酸素濃度を、0.2、1.9、4.1、6.0、8.1、9.9、12.1mol%と変更したTiN基板を作成し、同様の実験を行ったところ、表面酸素濃度が6.0モル%の周辺でTiN基板の欠陥性能が特に良くなることがわかった。   Further, a TiN substrate in which the surface oxygen concentration of TiN was changed to 0.2, 1.9, 4.1, 6.0, 8.1, 9.9, 12.1 mol% in Test 803 was prepared, and the same As a result of experiments, it was found that the defect performance of the TiN substrate was particularly improved around the surface oxygen concentration of 6.0 mol%.

1 TiN層(第1層)
2 SiON層(第3層(1))
3 SiOC層(第3層(2))
4 Cu/W層(第2層)
5 ビア
10、20 半導体基板
11 処理容器(処理槽)
12 回転テーブル
13 吐出口
14 合流点
S 基板
1 TiN layer (first layer)
2 SiON layer (third layer (1))
3 SiOC layer (third layer (2))
4 Cu / W layer (second layer)
5 Via 10 and 20 Semiconductor substrate 11 Processing container (processing tank)
12 Rotary table 13 Discharge port 14 Junction point S Substrate

Claims (23)

枚様式装置を用い、窒化チタン(TiN)を含む第1層と遷移金属を含む第2層とを有する基板を処理するに当たり、フッ化水素酸の金属塩およびフッ化水素酸のアンモニウム塩からなる群から選ばれる特定フッ素化合物と酸化剤とを含むpH1以上のエッチング液を前記基板に接触させて前記第1層を優先的に除去するエッチング方法。   In processing a substrate having a first layer containing titanium nitride (TiN) and a second layer containing a transition metal using a single-mode apparatus, a metal salt of hydrofluoric acid and an ammonium salt of hydrofluoric acid are used. An etching method that preferentially removes the first layer by bringing an etchant having a pH of 1 or more containing a specific fluorine compound selected from the group and an oxidizing agent into contact with the substrate. 前記遷移金属がCo、Ni、Cu、Ag、Ta、Hf、W、Pt、及びAuから選ばれる請求項1に記載のエッチング方法。   The etching method according to claim 1, wherein the transition metal is selected from Co, Ni, Cu, Ag, Ta, Hf, W, Pt, and Au. 前記特定フッ素化合物がフッ化アンモニウムまたはフッ化テトラメチルアンモニウムである請求項1または2に記載のエッチング方法。   The etching method according to claim 1, wherein the specific fluorine compound is ammonium fluoride or tetramethylammonium fluoride. 前記酸化剤が硝酸アンモニウム、硝酸、メタンスルホン酸、過塩素酸、過塩素酸アンモニウム、または過ヨウ素酸である請求項1〜3のいずれか1項に記載のエッチング方法。   The etching method according to claim 1, wherein the oxidizing agent is ammonium nitrate, nitric acid, methanesulfonic acid, perchloric acid, ammonium perchlorate, or periodic acid. 前記第1層のエッチングレート(R1)が20Å/min以上600Å/min以下である請求項1〜4のいずれか1項に記載のエッチング方法。   The etching method according to any one of claims 1 to 4, wherein an etching rate (R1) of the first layer is 20 Å / min or more and 600 Å / min or less. 前記エッチング液が、更に含窒素有機化合物、及び芳香族化合物からなる群より選ばれる少なくとも1つの防食剤を含有する請求項1〜5のいずれか1項に記載のエッチング方法。   The etching method according to any one of claims 1 to 5, wherein the etching solution further contains at least one anticorrosive agent selected from the group consisting of a nitrogen-containing organic compound and an aromatic compound. 前記防食剤が、下記式(I)〜(IX)のいずれかで示される化合物からなる請求項6に記載のエッチング方法。
Figure 2014146623
(R〜R30はそれぞれ独立に水素原子または置換基を示す。このとき、それぞれ隣接するものどうしが連結もしくは縮環して環状構造を形成してもよい。Aはヘテロ原子を表す。ただし、Aが二価のときはそこに置換するR,R,R,R11,R24,R28はないものとする。)
The etching method according to claim 6, wherein the anticorrosive comprises a compound represented by any of the following formulas (I) to (IX).
Figure 2014146623
(R 1 to R 30 each independently represent a hydrogen atom or a substituent. At this time, adjacent ones may be linked or condensed to form a cyclic structure. A represents a hetero atom. When A is divalent, R 1 , R 3 , R 6 , R 11 , R 24 , and R 28 are not substituted.)
前記防食剤を0.01〜10質量%の範囲で含有する請求項6または7に記載のエッチング方法。   The etching method of Claim 6 or 7 which contains the said anticorrosive agent in 0.01-10 mass%. 前記枚葉式装置は処理槽を有し、該処理槽で前記半導体基板を搬送もしくは回転させ、その処理槽内に前記エッチング液を付与して、当該半導体基板に前記エッチング液を接触させる請求項1〜8のいずれか1項に記載のエッチング方法。   The single wafer apparatus has a processing tank, and the semiconductor substrate is transported or rotated in the processing tank, the etching solution is applied to the processing tank, and the etching solution is brought into contact with the semiconductor substrate. The etching method according to any one of 1 to 8. 前記特定フッ素化合物を0.001〜20質量%含む請求項1〜9のいずれか1項に記載のエッチング方法。   The etching method according to any one of claims 1 to 9, comprising 0.001 to 20% by mass of the specific fluorine compound. 前記酸化剤を0.005〜30質量%含む請求項1〜10のいずれか1項に記載のエッチング方法。   The etching method of any one of Claims 1-10 containing 0.005-30 mass% of said oxidizing agents. pHが3超7以下である請求項1〜11のいずれか1項に記載のエッチング方法。   The etching method according to any one of claims 1 to 11, wherein the pH is more than 3 and 7 or less. 前記第1層の厚さが0.005〜0.3μmである請求項1〜12のいずれか1項に記載のエッチング方法。   The etching method according to claim 1, wherein the first layer has a thickness of 0.005 to 0.3 μm. 前記エッチング液を、特定フッ素化合物を含む第1液と酸化剤を含む第2液とを有するキットとして準備し、該2液を前記半導体基板に接触させる前の適時に混合して使用する請求項1〜13のいずれか1項に記載のエッチング方法。   The etching liquid is prepared as a kit having a first liquid containing a specific fluorine compound and a second liquid containing an oxidizing agent, and the two liquids are mixed and used in a timely manner before contacting the semiconductor substrate. The etching method according to any one of 1 to 13. 前記2液の温度を調節して混合する請求項14に記載のエッチング方法。   The etching method according to claim 14, wherein the temperature of the two liquids is adjusted and mixed. 前記枚様式装置はスイング式のノズルを有し、該ノズルを半導体基板の面に対して面方向に移動させながら、前記エッチング液を吐出して付与する請求項1〜15のいずれか1項に記載のエッチング方法。   16. The sheet-type apparatus according to claim 1, further comprising: a swing type nozzle that discharges and applies the etching solution while moving the nozzle in a plane direction with respect to the surface of the semiconductor substrate. The etching method as described. 枚様式装置を用い、窒化チタン(TiN)を含む第1層と遷移金属を含む第2層とを有する基板を処理するエッチング液であって、フッ化水酸基の金属塩およびアンモニウム塩から選ばれる特定フッ素化合物と酸化剤とを含むエッチング液。   An etching solution for processing a substrate having a first layer containing titanium nitride (TiN) and a second layer containing a transition metal by using a single-mode apparatus, and selected from a metal salt of a fluorinated hydroxyl group and an ammonium salt An etching solution containing a fluorine compound and an oxidizing agent. 前記特定フッ素化合物を0.001〜20質量%含む請求項17に記載のエッチング液。   The etching solution according to claim 17, comprising 0.001 to 20% by mass of the specific fluorine compound. 前記酸化剤を0.005〜30質量%含む請求項17または18に記載のエッチング液。   The etching liquid according to claim 17 or 18 containing 0.005-30 mass% of said oxidizing agents. pHが−1〜7である請求項17〜19のいずれか1項に記載のエッチング液。   The etching solution according to any one of claims 17 to 19, wherein the pH is -1 to 7. 更に含窒素有機化合物、芳香族化合物および含酸素有機化合物からなる群より選ばれる少なくとも1つの防食剤を含有する請求項17〜20のいずれか1項に記載のエッチング液。   Furthermore, the etching liquid of any one of Claims 17-20 containing the at least 1 anticorrosive agent chosen from the group which consists of a nitrogen-containing organic compound, an aromatic compound, and an oxygen-containing organic compound. 請求項1〜16のいずれか1項に記載のエッチング方法により窒化チタンを含む第1層を除去し、残された基板から半導体素子を製造する半導体素子の製造方法。   The manufacturing method of the semiconductor element which removes the 1st layer containing titanium nitride with the etching method of any one of Claims 1-16, and manufactures a semiconductor element from the remaining board | substrate. 枚様式装置を用い、窒化チタン(TiN)を含む第1層と遷移金属を含む第2層とを有する基板を処理するエッチング液のキットであって、特定フッ素化合物を含む第1液と酸化剤を含む第2液とを有し、該2液を前記半導体基板に接触させる前の適時に混合して使用するエッチング液のキット。   An etching solution kit for processing a substrate having a first layer containing titanium nitride (TiN) and a second layer containing a transition metal by using a plate type apparatus, the first solution containing a specific fluorine compound and an oxidizing agent And a second liquid containing the etching solution, and the two liquids are mixed and used in a timely manner before contacting the semiconductor substrate.
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