JP4799332B2 - エッチング液、エッチング方法および電子部品の製造方法 - Google Patents
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Description
左側縦軸はシリコン窒化膜(Si3 N4 )のエッチングレート、右側縦軸はシリコン酸化膜(SiO2 )のエッチングレートを示し、横軸はエッチング液の混合体積比(リン酸:硫酸)を示している。
一方、通常、シリコン酸化膜(SiO2 )はアルカリではエッチングできるが、酸(リン酸)ではエッチングできない。しかし、熱リン酸法における150℃以上の高温下では、シリコン酸化膜(SiO2 )のエッチングをすることができる。これは、高温下においては、リン酸(H3PO4)に含有されていた水(H2O)が電離してOH−が生成され、(2)の式に示す化学反応が起こり、水溶性のSi(OH)4が生成されるためであると考えられる。また、この際に生成されたSi(OH)4により(1)の式の右辺の式の平衡が崩れ、SiO2が生成されるためシリコン酸化膜(SiO2 )のエッチングレートは、シリコン窒化膜(Si3 N4 )のエッチングレートより小さくなる。その結果、シリコン窒化膜(Si3 N4 )を選択的に除去できるようになる。
熱リン酸法では、以上のようにしてシリコン窒化膜(Si3 N4 )の選択的なエッチングが行われるのであるが、同じエッチング液(リン酸;H3PO4)を用いて熱リン酸法による処理を繰り返すと、処理回数とともにシリコン酸化膜(SiO2 )のエッチングレートが大きく変動することが判明した。
左側縦軸はシリコン窒化膜(Si3 N4 )の以外のもののエッチングレート、右側縦軸はシリコン窒化膜(Si3 N4 )のエッチングレートを示し、横軸は処理回数を示している。図中の、塗布型酸化膜は、酸化シリコン(SiO2)からなり、シリカ系被膜形成用塗布液を塗布することにより成膜したものである。
図3(a)は、ウェーハ断面の構成を説明するための模式図である。図3(b)は、処理回数がエッチングによる寸法・形状に与える影響を説明するためのウェーハの模式断面図である。
まず、ウェーハ断面の構成を簡単に説明する。図3(a)に示すように、単結晶シリコンからなるシリコン層1の上に、酸化シリコン(SiO2 )からなる絶縁膜2、多結晶シリコンからなるポリシリコン層3、窒化シリコン(Si3 N4 ) からなるマスク4が下層から順番に積層されている。そして、トレンチTには塗布型酸化膜5が埋め込まれている。尚、図3(b)に示す模式断面図は、マスク4が熱リン酸法により除去された後の場合である。
Si3N4+SO4 2−→3SiO2 +4NH4 ++SO3 2− (4)
すなわち、(3)の式に示すように、硫酸(H2SO4)が電離することによりH+が生成され、これが(2)の式の右辺のOH−と結びつき水(H2O)となるのでOH−が減る。その結果、(2)の式の反応が進まず、シリコン酸化膜(SiO2 )のエッチングレートが低下することになる。
図4に示すように、エッチング液の混合体積比(リン酸:硫酸)における硫酸(H2SO4)の割合を一定の範囲内で上げていくと、選択比(Si3 N4/SiO2 )は指数関数的に高くなる。
ここで、本発明者は、エッチング液の混合体積比(リン酸:硫酸)を変えることにより、エッチングによる寸法・形状の精度、生産性の選択や調整ができるとの知見を得た。
ウェーハ断面の構成は、図3(a)で説明したものと同様のため、その説明は省略する。
ウェーハ断面の構成は、図3(a)で説明したものと同様のため、その説明は省略する。図6(a)の横軸はペルオキソ二硫酸アンモニウム濃度を、縦軸はシリコン酸化膜(SiO2)のエッチングレートを表している。また、図6(b)は、エッチング液がリン酸(H3PO4):300ml、硫酸:160mlの混合液の場合であり、図6(c)は、エッチング液がリン酸(H3PO4):300ml、硫酸:160ml、ペルオキソ二硫酸アンモニウム:0.2mol/lの混合液の場合である。尚、図6(a)、図6(b)、図6(c)とも処理温度は160℃である。
図7(a)は、従来の技術である熱リン酸処理によるものである。すなわち、エッチング液としてリン酸(H3PO4)を用いた場合である。図7(b)は、エッチング液としてリン酸(H3PO4):300ml、硫酸:160mlの混合液を用いた場合である。図7(c)は、エッチング液としてリン酸(H3PO4):300ml、硫酸:160ml、ペルオキソ二硫酸アンモニウム:0.2mol/lの混合液を用いた場合である。処理温度は、いずれの場合も160℃である。尚、各図における上側は模式断面図、下側は模式斜視断面図である。
尚、説明の便宜上、STI(Shallow Trench Isolation) 構造をした素子分離膜部分のエッチングを説明する。
Claims (4)
- 窒化シリコンの選択的なエッチングに用いるエッチング液であって、
水と、
リン酸と、
硫酸と、
0.1mol/l以上、0.3mol/l以下のペルオキソ二硫酸アンモニウムと、
を含むことを特徴とするエッチング液。 - 前記リン酸と前記硫酸との体積比は、300:32〜150:300であることを特徴とする請求項1記載のエッチング液。
- 請求項1または2に記載のエッチング液を用いて、窒化シリコンの選択的なエッチングを行うことを特徴とするエッチング方法。
- 請求項3記載のエッチング方法を用いて、窒化シリコンの選択的なエッチングを行いパターンを形成させることを特徴とする電子部品の製造方法。
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