JPH11121442A - 窒化ケイ素のエッチング方法およびそれに適したエッチング組成物 - Google Patents

窒化ケイ素のエッチング方法およびそれに適したエッチング組成物

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JPH11121442A
JPH11121442A JP10228787A JP22878798A JPH11121442A JP H11121442 A JPH11121442 A JP H11121442A JP 10228787 A JP10228787 A JP 10228787A JP 22878798 A JP22878798 A JP 22878798A JP H11121442 A JPH11121442 A JP H11121442A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 窒化ケイ素を選択的にエッチングする方法を
提供する。 【解決手段】 含フッ素化合物、有機溶剤、および水を
含むエッチング組成物を用いて、窒化ケイ素を二酸化ケ
イ素に対して選択的にエッチングすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は窒化ケイ素のエッチ
ングに関し、具体的には二酸化ケイ素と少なくとも同じ
速度での窒化ケイ素のエッチング方法に関する。さら
に、本発明は二酸化ケイ素と少なくとも同じ速度での窒
化ケイ素のエッチングに適するエッチング組成物に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】マイクロエレクトロニクス構成要素の製
造では、例えば、集積回路チップおよびチップ用のパッ
ケージング（チップがそれに取り付けられ、保護される
物体）の調製に関連するいくつかのステップは、エッチ
ング・プロセスである。したがって、長年にわたって、
時には選択的領域内での、材料を除去するいくつかの全
く異なるタイプのエッチング・プロセスが開発され、様
々な程度に利用されてきた。さらに、例えば完成した集
積回路チップのエッチングを構成する異なる層をエッチ
ングするステップは最も重要かつ重大なステップの中に
含まれる。
【０００３】エッチングに広く使用されている１つの方
法は、エッチングすべき表面を適切なマスクで覆い、次
いでエッチングすべき表面を腐食させ、かつマスクをそ
のままの状態で残し、かつその物体の他の材料をせいぜ
い最低限度までだけ、エッチングするような化学薬品溶
液中に表面およびマスクを浸す方法である。
【０００４】多くの構造において、窒化ケイ素層は二酸
化ケイ素層の上または下にあり、二酸化ケイ素をエッチ
ングし過ぎることなく窒化ケイ素をエッチングすること
が必要になる。このような場合にフッ化水素などのフッ
化物を用いることができるが、フッ化水素は窒化ケイ素
より遙かに速い速度で二酸化ケイ素をエッチングするた
め問題が生じる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】したがって、窒化ケイ
素の優れた除去を達成できるエッチング手順、特に、二
酸化ケイ素の場合と少なくとも同じ速度で窒化ケイ素の
エッチングを行うことができる手順を提供することが望
ましい。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は窒化ケイ素をエ
ッチングするための方法に関する。本発明の方法は、窒
化ケイ素および二酸化ケイ素を含む物品を、約０．１な
いし約３モルの含フッ素化合物と、有機溶剤と、約０．
１ないし約４モルの水とを含むエッチング組成物と接触
させることにより、二酸化ケイ素と少なくとも同じ速度
で窒化ケイ素をエッチングするステップを含む。
【０００７】さらに、本発明は二酸化ケイ素と少なくと
も同じ速度で窒化ケイ素をエッチングすることができる
好ましいエッチング組成物に関する。本発明の好ましい
組成物には、約０．１ないし約３モルの含フッ素化合
物、有機溶剤、および約０．１ないし約４モルの水が含
まれる。
【０００８】本発明で使用される有機溶剤は、一般に比
較的高い引火点を有し、かつ低粘度の組成物を与える。
適切な溶剤としては、スルホラン、オキソラン、エステ
ル、ケトン、アルデヒド、ラクトン、ハロゲン化炭化水
素、一価アルコール、アミン、およびイミドがある。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明は窒化ケイ素のエッチング
に関する。さらに、窒化ケイ素は二酸化ケイ素をも含む
物品中にあり、窒化ケイ素および二酸化ケイ素の両者が
エッチング組成物と接触する。本発明は、二酸化ケイ素
と少なくとも同じ速度、好ましくは二酸化ケイ素より速
い速度、より好ましくは少なくとも約１０パーセント速
い速度での窒化ケイ素のエッチングを提供する。
【００１０】二酸化ケイ素は、高密度二酸化ケイ素が好
ましい。高密度二酸化ケイ素とは、熱成長させた二酸化
ケイ素、あるいは化学気相付着（ＣＶＤ）または物理気
相付着（ＰＶＤ）し、その後熱アニールした二酸化ケイ
素のことである。
【００１１】本発明に従って使用されるエッチング組成
物は、含フッ素化合物および有機溶剤を含む。組成物中
の含フッ素化合物量は、約０．１モルないし約３モル、
好ましくは約０．１５モルないし約１．５モル、最も好
ましくは約０．２モルないし約１モルである。
【００１２】本発明に従ってフッ化物供給源を与える代
表的な化合物は、フッ化水素酸、フッ化アンモニウム、
フルオロホウ酸塩、フルオロホウ酸、二フッ化スズ、フ
ッ化アンチモン、テトラブチルアンモニウムテトラフル
オロボレート、および六フッ化アルミニウムである。ま
た、脂肪族第一、第二または第三アミンのフッ化水素酸
塩も使用できる。これらは以下の式で表される。
【化１】Ｒ1Ｎ（Ｒ3）Ｒ2 式中Ｒ1、Ｒ2およびＲ3は、それぞれ独立にＨまたはア
ルキル基を表す。
【００１３】一般に、Ｒ1基、Ｒ2基、およびＲ3基中の
炭素の総数は、１２炭素原子またはそれ以下である。好
ましいフッ素化合物は、フッ化水素およびフッ化アンモ
ニウムである。
【００１４】フッ化水素は、一般に４９重量パーセント
水溶液として使用される。
【００１５】適切な有機化合物の例には、オキソラン、
スルホラン、エステル、ケトン、アルデヒド、ラクト
ン、ハロゲン化物溶剤、アミン、イミド、および一価ア
ルコールがある。適切なエステルの例には、炭酸、安息
香酸、フタル酸、イソフタル酸、およびテレフタル酸の
エステル、特にＣ1−Ｃ6アルキルエステルがある。好ま
しい有機溶剤には、プロピレンカーボネート、Ｎ−メチ
ルピロリドン、γ−ブチロラクトン、塩化メチレン、ベ
ンジルアルコール、Ｎ−ホルミルモルホリン、Ｎ−ホル
ミルピペリジン、シクロヘキサノン、シクロペンタノ
ン、安息香酸メチル、ジグライム、２−メチルテトラヒ
ドロフラン、フタル酸、イソフタル酸、およびテレフタ
ル酸のメチルおよびエチルエステルがある。本発明に従
って使用されるより好ましい溶剤には、プロピレンカー
ボネート、Ｎ−メチルピロリドン、およびγ−ブチロラ
クトンがあるが、プロピレンカーボネートが最も好まし
い。
【００１６】本発明で使用される有機溶剤は、低粘度の
組成物を与える。これにより組成物の加工性が向上し、
かつエッチングの均一度が向上する。このことは、グリ
セリンやエチレングリコールなど多価アルコールを使用
した場合に比較して特にそうである。
【００１７】本発明による組成物には水も含まれる。一
般に、水は、約０．１モルないし約４モル、好ましくは
約０．１５モルないし約２モル、最も好ましくは約０．
２モルないし約１．５モルである。
【００１８】本発明のエッチング・プロセスは、一般に
約２０℃ないし約９０℃、好ましくは約３０℃ないし約
７０℃の温度で実施される。用いられる温度はフッ素濃
度に直接依存する。具体的には、フッ素濃度が増加する
につれて、二酸化ケイ素のエッチング速度に対する窒化
ケイ素の所望のエッチング速度を達成するために温度を
上げる必要がある。たとえば、フッ素濃度が０．２５モ
ルのとき、二酸化ケイ素のエッチング速度と同等の窒化
ケイ素のエッチング速度を達成する温度は約５５℃であ
るが、１．５モルでは約７０℃である。本開示を知れ
ば、当業者は大がかりな実験をせずに、各フッ素濃度に
用いる最低温度を決定することができる。
【００１９】フッ化物を用いて二酸化ケイ素より速い速
度で窒化ケイ素をエッチングできることは、窒化ケイ素
より遙かに速い速度で二酸化ケイ素をエッチングするフ
ッ化水素のこれまでの経験からみれば驚くべきことであ
る。
【００２０】
【実施例】本発明について詳細に説明するために以下の
非限定的な実施例を提示する。
【００２１】実施例１ ４９重量パーセントＨＦ水溶液１容量部をプロピレンカ
ーボネート約１１２容量部と混合して、０．２５モルＨ
Ｆプロピレンカーボネート溶液を得ることによってエッ
チング組成物を調製する。窒化ケイ素の層の下に熱成長
させた二酸化ケイ素の層を有するブランケット・シリコ
ン・ウエハをこのエッチング組成物と接触させる。この
物品は深いトレンチを有し、これによって下の二酸化ケ
イ素層の壁がエッチング剤にさらされる。エッチングは
約６０℃の温度で約２０分間行われる。このエッチング
溶液は窒化ケイ素を毎分約０．４２ナノメートルの速度
でエッチングし、二酸化ケイ素を毎分約０．３６ナノメ
ートルでエッチングするので、二酸化ケイ素に対する窒
化ケイ素のエッチングの選択性は約１．２である。
【００２２】実施例２ ４９重量％のＨＦ水溶液１容量部を約７０容量部のプロ
ピレンカーボネートと混合して、０．４モルのＨＦプロ
ピレンカーボネート溶液とすることにより、エッチング
組成物を調製する。窒化ケイ素層の下に熱成長させた二
酸化ケイ素層を有するブランケット・シリコン・ウエハ
をこのエッチング組成物と接触させる。この物品は深い
トレンチを有し、これによって下の酸化ケイ素層の壁が
このエッチング剤にさらされる。エッチングは、約６５
℃の温度で約１１分間行う。このエッチング溶液は窒化
ケイ素を毎分約１．２ナノメートルで、また二酸化ケイ
素を毎分約１．０ナノメートルでエッチングし、二酸化
ケイ素に対する窒化ケイ素の選択性は約１．２である。
【００２３】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。
【００２４】（１）窒化ケイ素および二酸化ケイ素を含
む物品を、約０．１ないし約３モルの含フッ素化合物
と、オキソラン、スルホラン、エステル、ケトン、アル
デヒド、ラクトン、ハロゲン化炭化水素、一価アルコー
ル、アミン、およびイミドからなる群から選択される有
機溶剤と、約０．１ないし約４モルの水とを含むエッチ
ング組成物と接触させ、それによって前記窒化ケイ素を
前記二酸化ケイ素と少なくとも同じ速度でエッチングす
ることを含む、窒化ケイ素のエッチング方法。 （２）前記有機溶剤が、プロピレンカーボネート、Ｎ−
メチルピロリドン、γ−ブチロラクトン、塩化メチレ
ン、ベンジルアルコール、Ｎ−ホルミルモルホリン、Ｎ
−ホルミルピペリジン、シクロヘキサノン、シクロペン
タノン、安息香酸メチル、ジグライム、２−メチルテト
ラヒドロフラン、フタル酸とイソフタル酸とテレフタル
酸とからなるグループから選択される酸のメチルおよび
エチルエステルからなるグループから選択される、上記
（１）に記載の方法。 （３）前記有機溶剤が、プロピレンカーボネート、Ｎ−
メチルピロリドン、およびγ−ブチロラクトンからなる
グループから選択される、上記（１）に記載の方法。 （４）前記有機溶剤がプロピレンカーボネートである、
上記（１）に記載の方法。 （５）前記含フッ素化合物が、フッ化水素酸、フッ化ア
ンモニウム、フルオロホウ酸塩、テトラブチルアンモニ
ウムテトラフルオロボレート、フルオロホウ酸、六フッ
化アルミニウム、二フッ化スズ、フッ化アンチモン、お
よび脂肪族第一、第二または第三アミンのフッ化水素酸
塩からなるグループから選択される、上記（１）に記載
の方法。 （６）前記含フッ素化合物がフッ化水素酸またはフッ化
アンモニウムである、上記（１）に記載の方法。 （７）前記含フッ素化合物がフッ化水素酸である、上記
（１）に記載の方法。 （８）前記二酸化ケイ素が高密度二酸化ケイ素である、
上記（１）に記載の方法。 （９）前記二酸化ケイ素が、熱成長させた二酸化ケイ
素、化学気相付着し、熱アニールした二酸化ケイ素、お
よび物理気相付着し、熱アニールした二酸化ケイ素から
なるグループから選択される、上記（８）に記載の方
法。 （１０）前記二酸化ケイ素が熱成長させた二酸化ケイ素
である、上記（８）に記載の方法。 （１１）水の量が約０．１５モルないし約２モルであ
る、上記（１）に記載の方法。 （１２）水の量が約０．２モルないし約１．５モルであ
る、上記（１）に記載の方法。 （１３）前記フッ化物の量が約０．１５モルないし約
１．５モルである、上記（１）に記載の方法。 （１４）前記フッ化物の量が約０．２モルないし約１モ
ルである、上記（１）に記載の方法。 （１５）前記組成物と接触させるステップを約２０℃な
いし約９０℃の温度で実施する、上記（１）に記載の方
法。 （１６）前記組成物と接触させるステップを約３０℃な
いし約７０℃の温度で実施する、上記（１）に記載の方
法。 （１７）前記窒化ケイ素のエッチング速度が前記二酸化
ケイ素のエッチング速度より大きくなるように前記フッ
化物の濃度および温度を選択する、上記（１）に記載の
方法。 （１８）前記窒化ケイ素のエッチング速度が前記二酸化
ケイ素のエッチング速度より少なくともこの１０パーセ
ント速い、上記（１７）に記載の方法。 （１９）約０．１モルないし約３．０モルの含フッ素化
合物と、オキソラン、スルホラン、エステル、ケトン、
アルデヒド、ラクトン、ハロゲン化炭化水素、一価アル
コール、アミン、およびイミドからなるグループから選
択される有機溶剤と、約０．１モルないし約４モルの水
とを含む、二酸化ケイ素よりも速い速度で窒化ケイ素を
エッチングするのに適したエッチング組成物。 （２０）前記有機溶剤が、プロピレンカーボネート、Ｎ
−メチルピロリドン、γ−ブチロラクトン、塩化メチレ
ン、ベンジルアルコール、Ｎ−ホルミルモルホリン、Ｎ
−ホルミルピペリジン、シクロヘキサノン、シクロペン
タノン、安息香酸メチル、ジグライム、２−メチルテト
ラヒドロフラン、フタル酸とイソフタル酸とテレフタル
酸とからなるグループから選択される酸のメチルおよび
エチルエステルからなるグループから選択される、上記
（１９）に記載のエッチング組成物。 （２１）前記有機溶剤が、プロピレンカーボネート、Ｎ
−メチルピロリドン、およびγ−ブチロラクトンからな
るグループから選択される、上記（１９）に記載のエッ
チング組成物。 （２２）前記有機溶剤がプロピレンカーボネートであ
る、上記（１９）に記載のエッチング組成物。 （２３）前記含フッ素化合物が、フッ化水素酸、フッ化
アンモニウム、フルオロホウ酸塩、テトラブチルアンモ
ニウムテトラフルオロボレート、フルオロホウ酸、六フ
ッ化アルミニウム、二フッ化スズ、フッ化アンチモン、
および脂肪族第一、第二または第三アミンのフッ化水素
酸塩からなるグループから選択される、上記（１９）に
記載のエッチング組成物。 （２４）前記含フッ素化合物がフッ化水素酸またはフッ
化アンモニウムである、上記（１９）に記載のエッチン
グ組成物。 （２５）前記含フッ素化合物がフッ化水素酸である、上
記（１９）に記載のエッチング組成物。 （２６）水の量が約０．１５モルないし約２モルであ
る、上記（１９）に記載のエッチング組成物。 （２７）前記フッ化物の量が約０．１５モルないし約
１．５モルである、上記（１９）に記載のエッチング組
成物。 （２８）水の量が約０．２モルないし約１．５モルであ
る、上記（１９）に記載のエッチング組成物。 （２９）前記フッ化物の量が約０．２モルないし約１．
０モルである、上記（１９）に記載のエッチング組成
物。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ランガラジャン・ジャガンナサン アメリカ合衆国05403 バーモント州サウ ス・バーリントン ツイン・オークス・テ ラス 118 (72)発明者 ケネス・ジェイ・マッカロー アメリカ合衆国12524 ニューヨーク州フ ィッシュキル バーチウッド・ドライブ ５ (72)発明者 ハラルド・エフ・オコーンシュミット アメリカ合衆国10579 ニューヨーク州パ ットナム・バレー ウエスト・アベニュー 27 (72)発明者 カレン・ピー・マッデン アメリカ合衆国12570 ニューヨーク州ポ ーコーグ アール・アール２ ボックス 303イー (72)発明者 キース・アール・ポープ アメリカ合衆国06810 コネチカット州ダ ンバリー ユニット ナンバー６ レイモ ンド・プレース 20

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】窒化ケイ素および二酸化ケイ素を含む物品
    を、約０．１ないし約３モルの含フッ素化合物と、オキ
    ソラン、スルホラン、エステル、ケトン、アルデヒド、
    ラクトン、ハロゲン化炭化水素、一価アルコール、アミ
    ン、およびイミドからなる群から選択される有機溶剤
    と、約０．１ないし約４モルの水とを含むエッチング組
    成物と接触させ、それによって前記窒化ケイ素を前記二
    酸化ケイ素と少なくとも同じ速度でエッチングすること
    を含む、窒化ケイ素のエッチング方法。
  2. 【請求項２】前記有機溶剤が、プロピレンカーボネー
    ト、Ｎ−メチルピロリドン、γ−ブチロラクトン、塩化
    メチレン、ベンジルアルコール、Ｎ−ホルミルモルホリ
    ン、Ｎ−ホルミルピペリジン、シクロヘキサノン、シク
    ロペンタノン、安息香酸メチル、ジグライム、２−メチ
    ルテトラヒドロフラン、フタル酸とイソフタル酸とテレ
    フタル酸とからなるグループから選択される酸のメチル
    およびエチルエステルからなるグループから選択され
    る、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】前記含フッ素化合物が、フッ化水素酸、フ
    ッ化アンモニウム、フルオロホウ酸塩、テトラブチルア
    ンモニウムテトラフルオロボレート、フルオロホウ酸、
    六フッ化アルミニウム、二フッ化スズ、フッ化アンチモ
    ン、および脂肪族第一、第二または第三アミンのフッ化
    水素酸塩からなるグループから選択される、請求項１に
    記載の方法。
  4. 【請求項４】前記組成物と接触させるステップを約２０
    ℃ないし約９０℃の温度で実施する請求項１に記載の方
    法。
  5. 【請求項５】前記窒化ケイ素のエッチング速度が前記二
    酸化ケイ素のエッチング速度より大きくなるように前記
    フッ化物の濃度および温度を選択する、請求項１に記載
    の方法。
  6. 【請求項６】約０．１モルないし約３．０モルの含フッ
    素化合物と、オキソラン、スルホラン、エステル、ケト
    ン、アルデヒド、ラクトン、ハロゲン化炭化水素、一価
    アルコール、アミン、およびイミドからなるグループか
    ら選択される有機溶剤と、約０．１モルないし約４モル
    の水とを含む、二酸化ケイ素よりも速い速度で窒化ケイ
    素をエッチングするのに適したエッチング組成物。
  7. 【請求項７】前記有機溶剤が、プロピレンカーボネー
    ト、Ｎ−メチルピロリドン、γ−ブチロラクトン、塩化
    メチレン、ベンジルアルコール、Ｎ−ホルミルモルホリ
    ン、Ｎ−ホルミルピペリジン、シクロヘキサノン、シク
    ロペンタノン、安息香酸メチル、ジグライム、２−メチ
    ルテトラヒドロフラン、フタル酸とイソフタル酸とテレ
    フタル酸とからなるグループから選択される酸のメチル
    およびエチルエステルからなるグループから選択される
    請求項６に記載のエッチング組成物。
  8. 【請求項８】前記含フッ素化合物が、フッ化水素酸、フ
    ッ化アンモニウム、フルオロホウ酸塩、テトラブチルア
    ンモニウムテトラフルオロボレート、フルオロホウ酸、
    六フッ化アルミニウム、二フッ化スズ、フッ化アンチモ
    ン、および脂肪族第一、第二または第三アミンのフッ化
    水素酸塩からなるグループから選択される請求項６に記
    載のエッチング組成物。
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