JP2013153074A - Method for forming capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、キャパシタ形成方法に関する。 The present invention relates to a capacitor forming method.
従来、DRAMのキャパシタ構造としてコンケーブ型が採用されてきた。この構造では、シリンダ孔内に下部電極膜を形成し、その内側面のみを電極として機能させる。これによれば、確かにキャパシタの占める面積を小さくすることができるが、シリンダ孔の径も必然的に縮小する。一方でDRAMのデバイス動作に必要な容量は確保しなければならない。この両者を満たすため、シリンダ孔の深さは益々深くなり、その微細加工技術面での対応が難しくなってきている。 Conventionally, a concave type has been adopted as a capacitor structure of a DRAM. In this structure, the lower electrode film is formed in the cylinder hole, and only the inner side surface functions as an electrode. According to this, the area occupied by the capacitor can surely be reduced, but the diameter of the cylinder hole is inevitably reduced. On the other hand, the capacity required for the device operation of the DRAM must be secured. In order to satisfy both of these requirements, the depth of the cylinder hole is becoming deeper and it is becoming difficult to cope with the fine processing technology.
キャパシタをなす微細なシリンダ構造やその孔を精度良く加工して形成することは、それ自体容易ではない。通常、この加工はウエットエッチングによって行われている。すなわち、エッチング液により、ナノメートル〜サブマイクロメートルサイズで深さのあるシリンダ壁をもつ筒状構造を半導体基板に残すよう、その内外の部材を除去しなければならない。特にシリンダ孔内もしくはシリンダ構造間の部材の除去は、包囲された空間から材料をえぐり取るように除去しなければならず、ウエットエッチングにより行う加工として困難を伴う。 It is not easy in itself to form and process a fine cylinder structure and a hole forming a capacitor with high accuracy. Usually, this processing is performed by wet etching. That is, the inner and outer members must be removed by the etching solution so that a cylindrical structure having a cylinder wall having a depth of nanometer to submicrometer size is left on the semiconductor substrate. In particular, the removal of the members in the cylinder holes or between the cylinder structures must be removed so as to remove the material from the enclosed space, which is difficult as processing performed by wet etching.
最近では、キャパシタ形成の工程において積層した犠牲膜を形成しておき、下部電極形成の前後にその積層された犠牲膜を湿式エッチングで除去する加工法なども提案されている(特許文献1)。これにより、エッチングレート(ER)の異なる積層犠牲膜を使用することで、キャパシタの構造に段階的な変化を与えることができるとされる。 Recently, there has been proposed a processing method in which a laminated sacrificial film is formed in the capacitor forming process, and the laminated sacrificial film is removed by wet etching before and after the formation of the lower electrode (Patent Document 1). As a result, the use of stacked sacrificial films having different etching rates (ER) can give a step change to the capacitor structure.
キャパシタの犠牲膜として多結晶シリコン膜またはアモルファスシリコン膜を利用することが検討されているが、これらの除去性に関する研究例はあまりない。したがって、多結晶シリコン膜やアモルファスシリコン膜についてはもとより、これらを上記のように積層させ、湿式エッチングでその犠牲膜とし除去する工程に有利な薬液や条件は未明である。
本発明は、多結晶シリコン膜やアモルファスシリコン膜が積層されてなる犠牲膜を、的確にかつ効率よく除去しうるキャパシタ形成方法の提供を目的とする。
The use of a polycrystalline silicon film or an amorphous silicon film as a sacrificial film for a capacitor has been studied, but there are not many examples of research on the removability of these films. Therefore, not only the polycrystalline silicon film and the amorphous silicon film but also the chemical solution and conditions advantageous for the process of laminating them as described above and removing them as the sacrificial film by wet etching are unclear.
An object of the present invention is to provide a capacitor forming method capable of accurately and efficiently removing a sacrificial film formed by laminating a polycrystalline silicon film or an amorphous silicon film.
上記の課題は以下の手段により解決された。
(1)半導体基板上に犠牲膜を形成する工程と、前記犠牲膜を順次にパターニングして開口部を形成する工程と、前記開口部の内壁及び底面を覆う下部電極を形成する工程と、前記犠牲膜を湿式エッチングで除去する工程とを含むキャパシタの形成方法であって、
前記犠牲膜として多結晶シリコン膜及び/またはアモルファスシリコン膜の積層膜を形成し、
前記湿式エッチング工程において、4級アルキルアンモニウム水酸化物を7質量%以上25質量%以下で含む水溶液を80℃以上の条件で適用し、前記犠牲膜の少なくとも一部をエッチングするキャパシタ形成方法。
(2)前記下部電極がTi化合物を含み、該Ti化合物に対して、前記犠牲膜部分を選択的にエッチングする(1)に記載のキャパシタ形成方法。
(3)前記水溶液が4級アルキルアンモニウム水酸化物を1種のみ含む(1)または(2)に記載のキャパシタ形成方法。
(4)前記犠牲膜に対する水溶液の適用を不活性雰囲気下で行う(1)〜(3)のいずれか1項に記載のキャパシタ形成方法。
(5)前記下部電極がアスペクト比(深さ/開口幅)15〜100のシリンダ構造を有する(1)〜(4)のいずれか1項に記載のキャパシタ形成方法。
(6)前記犠牲膜がアモルファスシリコンの積層膜を含む(1)〜(5)のいずれか1項に記載のキャパシタ形成方法。
(7)前記水溶液にヒドロキシルアミン化合物を含ませない(1)〜(6)のいずれかに記載のキャパシタ形成方法。
The above problem has been solved by the following means.
(1) a step of forming a sacrificial film on a semiconductor substrate, a step of sequentially patterning the sacrificial film to form an opening, a step of forming a lower electrode that covers an inner wall and a bottom surface of the opening, A method of forming a capacitor including a step of removing the sacrificial film by wet etching,
A multilayer film of a polycrystalline silicon film and / or an amorphous silicon film is formed as the sacrificial film,
A method of forming a capacitor, comprising applying an aqueous solution containing 7% by mass or more and 25% by mass or less of a quaternary alkylammonium hydroxide under a condition of 80 ° C. or higher in the wet etching step to etch at least a part of the sacrificial film.
(2) The capacitor forming method according to (1), wherein the lower electrode includes a Ti compound, and the sacrificial film portion is selectively etched with respect to the Ti compound.
(3) The capacitor forming method according to (1) or (2), wherein the aqueous solution contains only one kind of quaternary alkyl ammonium hydroxide.
(4) The method of forming a capacitor according to any one of (1) to (3), wherein the aqueous solution is applied to the sacrificial film in an inert atmosphere.
(5) The capacitor forming method according to any one of (1) to (4), wherein the lower electrode has a cylinder structure with an aspect ratio (depth / opening width) of 15 to 100.
(6) The capacitor forming method according to any one of (1) to (5), wherein the sacrificial film includes a laminated film of amorphous silicon.
(7) The capacitor forming method according to any one of (1) to (6), wherein the aqueous solution does not contain a hydroxylamine compound.
本発明のキャパシタ形成方法によれば、段階的に積層されたアモルファスシリコン又は多結晶シリコン膜のエッチングを、性能劣化が懸念されるアルカリ金属を必須成分に含むエッチング液によらずに、高速かつ的確に行うことができる。また、上記の高品位を実現する高速エッチングを極めてシンプルな構成で達成することができ、とりわけ凹凸形状を有するキャパシタ構造の形成に適合するという利点を有する。 According to the capacitor forming method of the present invention, etching of an amorphous silicon or polycrystalline silicon film laminated in stages can be performed at high speed and accurately without depending on an etchant containing an alkali metal whose performance is concerned as an essential component. Can be done. In addition, high-speed etching that achieves the above-described high quality can be achieved with an extremely simple configuration, and particularly has an advantage that it is suitable for forming a capacitor structure having an uneven shape.
[キャパシタ構造の形成]
まず、本発明に係るエッチング液について説明する前に、本発明において好適に採用することができるキャパシタ構造の製造例について添付の図面に基づき説明する。なお、下記詳細な説明では本発明のエッチング方法の好ましい適用対象であるキャパシタ構造の形成について主に説明するが、本発明がこれに限定して解釈されるものではない。
[Formation of capacitor structure]
First, before describing the etching solution according to the present invention, a manufacturing example of a capacitor structure that can be suitably employed in the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the following detailed description, formation of a capacitor structure, which is a preferred application target of the etching method of the present invention, will be mainly described, but the present invention is not construed as being limited thereto.
(工程a)
本実施形態の製造例においては、シリコンウエハ3の上に第1の成形膜1と第2の成形膜(犠牲膜)2(2a、2b)が形成されている。第1の成形膜1はシリンダ孔の開孔時のエッチングストッパー膜であり、第2の成形膜2とは異方性ドライエッチングプロセスでエッチングレート比を有する膜である。ここで本実施形態においては、犠牲膜2が積層膜として形成されており、各層をなす膜の材料やエッチングレートなどを異なるものとして形成することが好ましい。これにより、各層について異なる形態のエッチングを行うことを可能とし、必要に応じて段階的に形態に変化を与えた構造とすることができる。第1の成形膜1としては、例えばLP−CVD(Low−Pressure Chemical Vapor Deposition)プロセスで形成した窒化膜等が挙げられる。一方、本実施形態において、第2の成形膜2には多結晶シリコン及び/又はアモルファスシリコンの膜が採用されている。さらに図示していないが、犠牲膜を上記とは別の材料や層を含むものとして構成してもよく、あるいは保護膜を設けてもよい。
ここで、本実施形態の積層膜におけるエッチングの特徴について触れると、積層膜は、単層膜にくらべ、通常、エッチング対象となる膜の厚みが増す点が挙げられる。これを的確に除去しなければならない。また、積層界面に酸化膜がある場合、これをエッチング前に除去することが難しく、この酸化膜を膜本体と同時にエッチングしなければならない。さらに、多結晶シリコンとアモルファスシリコンとで材質の異なる膜を一度にエッチングしなければならない場合もある。本発明の好ましい実施形態におけるエッチング液ないしこれを利用した方法によれば、上記の点を克服し、良好なエッチング処理を行うことができる。
(Process a)
In the manufacturing example of the present embodiment, a first molded
Here, touching on the characteristics of etching in the laminated film of the present embodiment, the laminated film generally has a point that the thickness of the film to be etched is increased as compared with the single-layer film. This must be removed accurately. Also, if there is an oxide film at the stack interface, it is difficult to remove it before etching, and this oxide film must be etched simultaneously with the film body. Furthermore, it may be necessary to etch different films of polycrystalline silicon and amorphous silicon at a time. According to an etching solution or a method using the same in a preferred embodiment of the present invention, the above-mentioned points can be overcome and a good etching process can be performed.
なお、シリコンウエハ3は大幅に簡略化して単層のものとして示しているが、通常はここに所定の回路構造が形成されている。たとえば、分離絶縁膜、ゲート酸化膜、ゲート電極、拡散層領域、ポリシリコンプラグ、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、ビット線、金属プラグ、窒化膜、プラズマ酸化膜、BPSG膜などを用いたものが挙げられる(例えば前記特許文献1参照)。また、図1〜5においては、特にハッチングを付して示していないが、各部材の断面を示している。
Although the
(工程b)
次に、フォトリソグラフィー工程を用いてフォトレジスト4をパターンニングした後、異方性ドライエッチングにて開孔する(凹部Ka)。このときのフォトレジスト4及びドライエッチングの手法については、この種の製品に適用される通常の物あるいは方法を適用すればよい。
(Process b)
Next, after patterning the photoresist 4 using a photolithography process, holes are formed by anisotropic dry etching (concave portion Ka). As for the photoresist 4 and the dry etching method at this time, a normal object or method applied to this type of product may be applied.
(工程c)、(工程d)
さらに、開孔後に凹部Kaの壁面Waと成形膜(シリコン膜)2の上面Wbに沿って、TiNからなる導電膜5及び導電膜5を保護するための埋設膜6(例えば多結晶シリコンもしくはアモルファスシリコンの膜)を順次成膜する。このとき中間的に(導電膜5形成後に)形成される凹部をKbとして示している。
(Process c), (Process d)
Furthermore, after opening, along the wall surface Wa of the recess Ka and the upper surface Wb of the molding film (silicon film) 2, the
(工程e)(工f)
埋設膜6の成膜後はCMP(Chemical Mechanical Polishing)にてウエハ表面の埋設膜6及び導電膜5(図2,3)の一部を除去し、エッチバックラインEまで露出させる。ここで、第2の成形膜2a、2b及び埋設膜6をウエットエッチングにより除去する。膜2a、2bは段階的に除去しても、一気に除去してもよい。本発明においてはこの工程が重要であり、後述する本発明に係るエッチング液が高い効果を発揮する。この工程を経て、シリンダ孔Kcを有するキャパシタの下部電極(シリンダ壁)50(図3)が形成される。シリンダ孔壁の深さh2は特に限定されないが、この種のデバイスの通常の構造を考慮すると、500〜2000nmであることが実際的である。なお、本発明のエッチング液は上記のようにエッチバック等により平滑にされた面に適用することが好ましく、そこから埋設膜を除去して、トレンチ構造を形成することが好ましい。
(Process e) (Process f)
After the buried
(工程g)
上記のようにして形成したキャパシタの下部電極50形成後に、容量絶縁膜9を形成し、次いでプレート電極(上部電極)(図示せず)の形成を順次行うことでキャパシタ構造10が形成できる。なお、本明細書においてキャパシタ構造とは、キャパシタそのものであっても、キャパシタの一部を構成する構造部であってもよく、図4に示した例では、下部電極50と容量絶縁膜9とから構成されるものとしてキャパシタ構造10を示している。なお、図示したものでは下部電極50とウエハ3とを成形膜1で隔てた構成として示しているが、必要により同図の断面もしくは別の位置で両者が電気的に接続された構成であるものとして解してよい。例えば、成形膜1の部分にプラグ構造やダマシン構造を形成して導通を確保する構造であったり、下部電極50を成形膜1を貫通する形で形成したものであったりしてもよい。また、容量絶縁膜9は下部電極50のみではなく、その他の基板表面に形成されていてもよい。
(Process g)
After the formation of the
図5は上記実施形態のキャパシタ構造の変形例を示している。この例では下部電極(シリンダ構造)の下部81と上部82との形状について、前記図4のものから上下に段階的な変化が与えられている。本発明においては積層された犠牲膜を使用するものであり、むしろこのような応用形態をとることが好ましい。このような犠牲膜の積層状態の変更による電極形態の多様化については特開2006−114896を参照することができる。このようにするためには、例えば、下部の犠牲膜2bと上部犠牲膜2aとで異なるエッチング特性とする例が挙げられる。
FIG. 5 shows a modification of the capacitor structure of the above embodiment. In this example, the shape of the
[シリコンエッチング液]
次に、上記工程eにおいて説明したウエットエッチングに極めて効果的に用いることができる本発明におけるシリコンエッチング液の好ましい実施形態について説明する。
[Silicon etchant]
Next, a preferred embodiment of the silicon etching solution in the present invention that can be used extremely effectively for the wet etching described in the step e will be described.
本発明におけるエッチング液は、4級アンモニウム水酸化物を特定濃度で含むことが特徴である。具体的には7質量%以上25質量%以下で含むことを必須とし、9質量%以上であることが好ましい。この下限値以上とすることで、後述する高温エッチングにおいて極めて効果的なエッチング力を発揮させることができる。
上限は特に限定されないが、この量が多すぎるとエッチング効果の上昇が頭打ちになるか、あるいはかえってこれが低下するため適量に制限することが好ましい。具体的には4級アンモニウム水酸化物を18質量%以下とすることが好ましく、15質量%以下とすることがより好ましい。
The etching solution in the present invention is characterized by containing a quaternary ammonium hydroxide at a specific concentration. Specifically, it is essential to contain at 7 mass% or more and 25 mass% or less, and it is preferable that it is 9 mass% or more. By setting it to this lower limit value or more, extremely effective etching force can be exhibited in high temperature etching described later.
The upper limit is not particularly limited, but if this amount is too large, the increase in the etching effect reaches its peak, or on the contrary, it decreases, and it is preferable to limit it to an appropriate amount. Specifically, the quaternary ammonium hydroxide is preferably 18% by mass or less, and more preferably 15% by mass or less.
本発明に係るエッチング液は不活性ガスなどにより二酸化炭素の混入を防ぐ形態で、調液及びエッチング処理を行うことが好ましい。これは、二酸化炭素の混入により液中のpHが酸性になり、エッチングが低下するためこれを防ぐ目的である。液中のCO2濃度は1ppm(質量基準)以下に抑えられていることが好ましく、0.1ppm以下に抑えられることがより好ましい。CO2濃度の下限値は特にないが、不可避的な混入分を考慮すると、0.001ppm以上であることが実際的である。 The etching solution according to the present invention is preferably prepared and etched in a form that prevents carbon dioxide from being mixed with an inert gas or the like. This is for the purpose of preventing this because the pH in the liquid becomes acidic due to the mixing of carbon dioxide and the etching is lowered. The CO 2 concentration in the liquid is preferably suppressed to 1 ppm (mass basis) or less, and more preferably 0.1 ppm or less. Although there is no particular lower limit value for the CO 2 concentration, it is practical that it is 0.001 ppm or more in consideration of inevitable contamination.
・4級アンモニウム水酸化物
4級アンモニウム水酸化物としては、テトラアルキルアンモニウム水酸化物が好ましい。具体的には、テトラメチルアンモニウム水酸化物(TMAH)、テトラエチルアンモニウム水酸化物(TEAH)、ベンジルトリメチルアンモニウム水酸化物、エチルトリメチルアンモニウム水酸化物、2−ヒドロキシエチルトリメチルアンモニウム水酸化物、ベンジルトリエチルアンモニウム水酸化物、ヘキサデシルトリメチルアンモニウム水酸化物、テトラブチルアンモニウム水酸化物、テトラヘキシルアンモニウム水酸化物、テトラプロピルアンモニウム水酸化物、などが挙げられる。
-Quaternary ammonium hydroxide As a quaternary ammonium hydroxide, the tetraalkylammonium hydroxide is preferable. Specifically, tetramethylammonium hydroxide (TMAH), tetraethylammonium hydroxide (TEAH), benzyltrimethylammonium hydroxide, ethyltrimethylammonium hydroxide, 2-hydroxyethyltrimethylammonium hydroxide, benzyltriethyl Examples thereof include ammonium hydroxide, hexadecyltrimethylammonium hydroxide, tetrabutylammonium hydroxide, tetrahexylammonium hydroxide, and tetrapropylammonium hydroxide.
メチル基及び/またはエチル基を3個以上有するテトラアルキルアンモニウム水酸化物がより好ましい。最も好ましくは、テトラメチルアンモニウム水酸化物、またはエチルトリメチルアンモニウム水酸化物である。 A tetraalkylammonium hydroxide having 3 or more methyl groups and / or ethyl groups is more preferred. Most preferred is tetramethylammonium hydroxide or ethyltrimethylammonium hydroxide.
4級アンモニウム水酸化物は複数の種類を組み合わせて用いてもよいが、一種のみを限定して用いることが好ましい。このように一種のみの4級アンモニウム水酸化物を使用することにより、シンプルな構成の処理液とすることができ、かつ、シャープなエッチング効果を得ることができる。なお、処理液の成分はシンプルなものほど好ましく、上記のように2種以上の4級アンモニウム水酸化物を併用しないことや、他の添加剤を用いないことが好ましく、1種の4級アンモニウム水酸化物と水との実質2元系、あるいは1種の4級アンモニウム水酸化物と金属隠蔽材と水の実質3元系が好ましい。 Although quaternary ammonium hydroxides may be used in combination of a plurality of types, it is preferable to use only one type. Thus, by using only one kind of quaternary ammonium hydroxide, a treatment liquid having a simple configuration can be obtained and a sharp etching effect can be obtained. In addition, it is preferable that the component of the treatment liquid is simpler, and it is preferable not to use two or more kinds of quaternary ammonium hydroxides or other additives as described above, and it is preferable to use one kind of quaternary ammonium. A substantially binary system of hydroxide and water, or a substantially ternary system of one kind of quaternary ammonium hydroxide, metal concealing material and water is preferable.
本発明においては、ヒドロキシルアミン化合物を含有しないことが好ましい。ここでヒドロキシルアミン化合物とは、ヒドロキシルアミンおよびその塩の総称である。ヒドロキシルアミン化合物はそもそも分解しやすので連続使用に不向きであるが、TMAH等の上記4級アルキルアンモニウム水酸化物と組み合わせるとさらにその傾向が顕著となる。
さらに、本発明のエッチング液は、実質的に水及び前記4級アルキルアンモニウム水酸化物のみからなることが好ましい。ここで「実質的に」としたのは不可避不純物や効果に影響の小さい微量成分を含んでいてもよい意味である。このような微量成分としては、Na、K、Ca、Mn、Fe、Cu、Mg、トリメチルアミンなどが挙げられる。微量成分の含有率としては、10ppm以下(質量基準)であることが好ましい。
In this invention, it is preferable not to contain a hydroxylamine compound. Here, the hydroxylamine compound is a general term for hydroxylamine and its salts. Since hydroxylamine compounds are easily decomposed in the first place, they are not suitable for continuous use, but the tendency becomes more remarkable when combined with the quaternary alkylammonium hydroxide such as TMAH.
Furthermore, it is preferable that the etching solution of the present invention consists essentially of water and the quaternary alkyl ammonium hydroxide. Here, “substantially” means that inevitable impurities and trace components that have little influence on the effect may be included. Examples of such trace components include Na, K, Ca, Mn, Fe, Cu, Mg, and trimethylamine. The content of the trace component is preferably 10 ppm or less (mass basis).
[処理条件]
本発明においては、4級アンモニウム水酸化物の溶液(薬液)を80℃以上の条件下で多結晶シリコン膜もしくはアモルファスシリコン膜(以下、単に「シリコン膜」ということがある。)に適用する。この温度が高ければ高いほどエッチング速度は速くなり好ましく、その観点で82℃以上であることが好ましく、85℃以上であることがより好ましい。特に好ましくは90℃以上である。上限は特に制限はないが薬液の沸騰などを考慮すると99℃以下であることが実際的であり、95℃以下であることがより実際的である。前記適用温度はウェハ上の温度とする。この温度は後記実施例で採用した方法で測定した値をいう。
[Processing conditions]
In the present invention, a quaternary ammonium hydroxide solution (chemical solution) is applied to a polycrystalline silicon film or an amorphous silicon film (hereinafter sometimes simply referred to as “silicon film”) under a condition of 80 ° C. or higher. The higher this temperature is, the faster the etching rate is, and it is preferable that the temperature is 82 ° C. or higher, and 85 ° C. or higher is more preferable. Especially preferably, it is 90 degreeC or more. Although the upper limit is not particularly limited, it is practical that the upper limit is 99 ° C. or lower, and more practical is 95 ° C. or lower in consideration of boiling of the chemical solution. The application temperature is the temperature on the wafer. This temperature refers to a value measured by the method employed in the examples described later.
本発明においては、枚葉式装置を使用する場合、ウェハ上の温度が前記特定温度となるように加熱した薬液を吐出してシリコン膜に接触させることが好ましい。また、バッチ式の浴槽を使用する場合、ウェハ上の温度がエッチングの浴槽温度となるため、浴槽の温度を上記範囲に調整して、そこにシリコン膜を浸漬させてエッチング処理することが好ましい。
いずれも場合も、アモルファスシリコン膜のエッチングにおいては、フッ酸水溶液等による酸化膜を除去する前処理を省略することが好ましく、タンク内及び/またはインラインでの薬液の温度、またはエッチングの浴槽温度を82℃以上にすることが好ましい。
In the present invention, when a single wafer type apparatus is used, it is preferable to discharge a heated chemical solution so that the temperature on the wafer becomes the specific temperature to contact the silicon film. Moreover, when using a batch type bathtub, since the temperature on a wafer turns into the bath temperature of an etching, it is preferable to adjust the bath temperature to the said range, to immerse a silicon film there, and to perform an etching process.
In any case, in the etching of the amorphous silicon film, it is preferable to omit the pretreatment for removing the oxide film with a hydrofluoric acid aqueous solution or the like, and the temperature of the chemical solution in the tank and / or in-line or the etching bath temperature is set. It is preferable to set it at 82 ° C. or higher.
本発明は、エッチング浴槽に薬液を入れ、ウェハを浸漬するバッチ方式より、枚葉式洗浄装置で1枚ずつ処理する方法により適している。 The present invention is more suitable for a method of processing one by one with a single wafer cleaning device than a batch method in which a chemical solution is put in an etching bath and a wafer is immersed.
[供給系と加熱]
本発明において、加熱した薬液供給ライン形式は、特に限定されないが、好ましい例を以下に記す。
薬液の供給ライン例
1)a)薬液保管タンク→b)加熱タンク→c)インライン加熱→d)ウェハに吐出→a) or b)へ
2)a)薬液タンク→b)加熱タンク→d)ウェハに吐出→a) or b)へ
3)a)薬液タンク→c)インライン加熱→d)ウェハに吐出→a)へ
4)a)薬液タンク→b)加熱タンク→e)エッチング浴槽(循環加熱)
5)a)薬液タンク→e)エッチング浴槽(循環加熱)
6)b)加熱タンク→d)ウェハに吐出→b)へ
7)b)加熱タンク→c)インライン加熱→d)ウェハに吐出→b)へ
8)b)加熱タンク→e)エッチング浴槽(循環加熱)などの使用方法がある。
[Supply system and heating]
In the present invention, the heated chemical supply line format is not particularly limited, but preferred examples are described below.
Example of chemical supply line 1) a) Chemical storage tank-> b) Heating tank-> c) Inline heating-> d) Discharge to wafer-> a) or b) 2) a) Chemical solution tank-> b) Heating tank-> d) Wafer 3) a) Chemical tank → c) In-line heating → d) Discharge onto wafer → a) 4) a) Chemical tank → b) Heating tank → e) Etching bath (circulation heating)
5) a) Chemical tank → e) Etching bath (circulation heating)
6) b) Heating tank → d) Discharge to wafer → b) 7) b) Heating tank → c) Inline heating → d) Discharge to wafer → b) 8) b) Heating tank → e) Etching bath (circulation) There are usage methods such as heating.
本発明の方法で使用した薬液は、循環して再使用することができる。好ましくは、掛け流し(再使用なし)ではなく、循環して再使用する方法である。循環は加熱後1時間以上可能であり、繰り返しのエッチングができる。循環再加熱の上限時間は特にないが、エッチング速度が劣化するため、1週間以内での交換が好ましい。3日以内がより好ましく、1日ごとに新しい液に入れ替えることが特に好ましい。また、アルカリ性の薬液は、二酸化炭素を吸収する性質があるため、できる限り密閉された系で使用するか、窒素フローしながら使用することが好ましい。窒素フローがより好ましい。なお、上記ライン形式のエッチングにおいて前記薬液の加熱温度の測定位置は適宜ライン構成やウェハとの関係で定めればよいが、典型的には、前記タンク温度によって管理すればよい。性能的によりシビアな条件が求められる場合など、測定及び管理が可能であれば、ウェハ表面温度によって定義してもよい。 The chemical solution used in the method of the present invention can be circulated and reused. Preferably, it is a method of circulating and reusing rather than pouring (no reuse). Circulation can be performed for 1 hour or more after heating, and repeated etching can be performed. Although there is no upper limit time for circulating reheating, replacement within one week is preferable because the etching rate deteriorates. Within 3 days is more preferable, and it is particularly preferable to replace with a new solution every day. Moreover, since an alkaline chemical | medical solution has the property to absorb a carbon dioxide, it is preferable to use it as a sealed system as much as possible, or to use it, flowing nitrogen. Nitrogen flow is more preferred. In the above-described line type etching, the measurement position of the heating temperature of the chemical solution may be appropriately determined in relation to the line configuration or the wafer, but typically may be managed based on the tank temperature. If measurement and management are possible, such as when severer conditions are required, the temperature may be defined by the wafer surface temperature.
以下に本発明の好ましい変形例について説明する。
本発明の製造方法においては、超純水による半導体基板の洗浄工程、シリコン酸化膜の除去工程、再度の超純水による半導体基板の水洗浄工程の後、上記エッチングを実施することが好ましい。これにより、ディフェクト(残渣残り、欠陥、パーティクル、等)の低減という効果が期待できる。さらに、シリコン酸化膜除去工程の後、加温した(例えば、50〜80℃)超純水で水洗浄することも同様の観点から好ましい。さらに同様の観点から、前記再度の超純水による洗浄工程の後、ウェハをプレヒート(例えば、ウェハ表面温度で50〜80℃)し、次いで前記エッチングを施すことも好ましい。上記の超純水は、窒素置換した超純水が好ましい。
Hereinafter, preferred modifications of the present invention will be described.
In the manufacturing method of the present invention, it is preferable to carry out the etching after the step of cleaning the semiconductor substrate with ultrapure water, the step of removing the silicon oxide film, and the step of cleaning the semiconductor substrate with ultrapure water again. Thereby, an effect of reducing defects (residue residue, defects, particles, etc.) can be expected. Furthermore, after the silicon oxide film removing step, it is also preferable from the same viewpoint to perform water washing with warmed (for example, 50 to 80 ° C.) ultrapure water. Furthermore, from the same viewpoint, it is also preferable to preheat the wafer (for example, 50 to 80 ° C. at the wafer surface temperature) and then perform the etching after the cleaning process with the ultra-pure water again. The ultrapure water is preferably nitrogen-substituted ultrapure water.
本発明において、エッチングは、上述のように、下記A及びBのいずれかのプロセスで行うことが好ましい。
〔A:加熱タンク内および/またはインラインで前記特定温度の水溶液を吐出して該溶液を前記シリコン膜に接触させる。〕
〔B:浴槽内の前記水溶液を前記特定温度とし、前記シリコン膜を該水溶液に浸漬させて接触させる。〕
前記Aプロセスにおいては、半導体基板の回転数1000rpm以上でエッチングすることが好ましい。またAプロセスにおいて、薬液ノズルを20往復/分以上、半導体基板の中心から2cm以上平行移動させながらエッチングすることも好ましい。このようにすることで、面内均一性の向上という効果が期待できる。
In the present invention, the etching is preferably performed by any one of the following processes A and B as described above.
[A: The aqueous solution at the specific temperature is discharged in the heating tank and / or in-line to bring the solution into contact with the silicon film. ]
[B: The aqueous solution in the bath is set to the specific temperature, and the silicon film is immersed in the aqueous solution and brought into contact therewith. ]
In the A process, it is preferable to perform etching at a semiconductor substrate rotation speed of 1000 rpm or more. In the A process, it is also preferable to perform etching while moving the chemical nozzle at a rate of 20 reciprocations / minute or more and at least 2 cm from the center of the semiconductor substrate. By doing in this way, the effect of improvement of in-plane uniformity can be expected.
[添加剤]
本発明で使用する薬液は、4級アンモニウム水酸化物以外の添加剤を入れても構わない。例えば、金属隠蔽剤、エッチング促進剤、シリコン以外の部材のエッチング抑制剤等が挙げられる。中でも金属隠蔽剤を添加することが好ましい。
添加する金属隠蔽剤としては、特に制限はないが、コンプレキサン類が好ましい。アミノポリカルボン酸類がより好ましく、EDTA(エチレンジアミン四酢酸)、DTPA(ジエチレントリアミン五酢酸)、CyDTA(シクロヘキサンジアミン四酢酸)が更に好ましい。
[Additive]
The chemical solution used in the present invention may contain additives other than quaternary ammonium hydroxide. For example, metal masking agents, etching accelerators, etching inhibitors for members other than silicon, and the like can be mentioned. Among these, it is preferable to add a metal masking agent.
Although there is no restriction | limiting in particular as a metal masking agent to add, Complexane is preferable. Aminopolycarboxylic acids are more preferable, and EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid), DTPA (diethylenetriaminepentaacetic acid), and CyDTA (cyclohexanediaminetetraacetic acid) are more preferable.
添加量は、0.00001〜1質量%含有させることが好ましく、0.0001〜0.1質量%含有することがより好ましい。 The addition amount is preferably 0.00001 to 1% by mass, and more preferably 0.0001 to 0.1% by mass.
本発明を適用することにより、電極等の部材を傷めずに、上述のような凹凸形状のあるキャパシタ構造の形成に係る多結晶シリコン膜またはアモルファスシリコン膜の除去を的確に行うことを可能にした。 By applying the present invention, it becomes possible to accurately remove the polycrystalline silicon film or the amorphous silicon film related to the formation of the capacitor structure having the uneven shape as described above without damaging the members such as electrodes. .
一般に温度が高くなればなるほど溶解度は上がる傾向にあるが、溶解度の序列は、溶解速度の序列とは必ずしも一致しない。溶解度の上がり方は素材によって様々であり、塩(塩化ナトリウム)などは僅かに溶解度が上がる程度であるが、みょうばん(硫酸アルミニウムカリウム)などは、温度に応じ急激に溶解度が上がる。本発明で用いられる多結晶シリコンとアモルファスシリコンの溶解度は実質的に同じであり、温度上昇に合わせて急激に溶解度が増す。しかし、それら2つの溶解速度には違いがあり、アルカリ溶液中では多結晶シリコンの方が一般に溶解速度が速い。しかし、本発明の方法ではその違いにかかわらず、工程上区別なくシリコン膜の除去を的確に行うことが可能であり、本発明の利点の1つとなる。 In general, the higher the temperature, the higher the solubility, but the solubility order does not necessarily coincide with the dissolution rate order. The method of increasing the solubility varies depending on the material, and salt (sodium chloride) and the like slightly increase the solubility, but alum (potassium aluminum sulfate) and the like rapidly increase in accordance with the temperature. The solubility of polycrystalline silicon and amorphous silicon used in the present invention is substantially the same, and the solubility increases rapidly as the temperature rises. However, there is a difference between the two dissolution rates, and polycrystalline silicon generally has a higher dissolution rate in an alkaline solution. However, in the method of the present invention, it is possible to accurately remove the silicon film regardless of the process regardless of the difference, which is one of the advantages of the present invention.
なお、本明細書において、特定の剤を含む液あるいは組み合わせた液とは、当該剤を含有する液組成物を意味するほか、使用前にそれぞれの剤ないしそれを含有する液を混合して用いるキットとしての意味を包含するものである。 In the present specification, a liquid containing a specific agent or a liquid containing a combination means a liquid composition containing the agent, and each agent or a liquid containing the agent is mixed before use. The meaning as a kit is included.
(pH)
本発明のシリコンエッチング液はアルカリ性であり、pH11以上に調整されていることが好ましい。この調整は上記アルカリ化合物とその他の添加物の量を調整することで行うことができる。ただし、本発明の効果を損なわない限りにおいて、他のpH調整剤を用いて上記範囲のpHとしてもよい。シリコンエッチング液のpHは12以上であることが好ましく、13以上であることがより好ましい。このpHが上記下限値以上であることで、十分なエッチング速度を得るとすることができる。上記pHに特に上限はないが、14以下であることが実際的である。なお、本発明においてpHは特に断らない限り室温(25℃)においてHORIBA社製、F−51(商品名)で測定した値である。
(PH)
The silicon etching solution of the present invention is alkaline and is preferably adjusted to pH 11 or higher. This adjustment can be performed by adjusting the amount of the alkali compound and other additives. However, as long as the effects of the present invention are not impaired, other pH adjusting agents may be used to adjust the pH within the above range. The pH of the silicon etching solution is preferably 12 or more, and more preferably 13 or more. When this pH is equal to or higher than the lower limit, a sufficient etching rate can be obtained. There is no particular upper limit to the pH, but it is practical that it is 14 or less. In the present invention, unless otherwise specified, pH is a value measured at room temperature (25 ° C.) with F-51 (trade name) manufactured by HORIBA.
(水性媒体)
本実施形態のエッチング液は、水性媒体を媒体とする水系の液組成物(水溶液)であることが好ましい。水性媒体とは、水及び水に可溶な溶質を溶解した水溶液を言う。溶質としては、例えば、アルコールや無機化合物の塩が挙げられる。ただし、溶質を適用する場合でもその量は所望の効果が奏する範囲に抑えられていることが好ましい。また、上記水系の組成物ないし水溶液とは、水が主たる媒体となっていることをいい、固形分以外の媒体の過半(質量基準)が水であることが好ましく、80質量%以上がより好ましく、85質量%以上であることが特に好ましい。
なお、水は、特に本願発明の好適な用途である半導体の製造用途への適用を鑑みた場合、基本的に不純物が少ないのが好ましいことは言うまでもない。具体的には、半導体に影響を及ぼしうるメタル分、本願発明が含むフッ素以外のハロゲンアニオン(Cl-、Br-など)、その他不純物ができるだけ少ないことが好ましい。このような水を得る方法としては、イオン交換法などが挙げられる。
(Aqueous medium)
The etching solution of the present embodiment is preferably an aqueous liquid composition (aqueous solution) using an aqueous medium as a medium. An aqueous medium refers to an aqueous solution in which water and a water-soluble solute are dissolved. Examples of the solute include alcohols and salts of inorganic compounds. However, even when the solute is applied, it is preferable that the amount thereof be suppressed within a range where a desired effect is exhibited. The aqueous composition or aqueous solution means that water is the main medium, and the majority (mass basis) of the medium other than the solid content is preferably water, more preferably 80% by mass or more. , 85% by mass or more is particularly preferable.
Needless to say, it is preferable that water is basically low in impurities, particularly in view of application to semiconductor manufacturing, which is a preferred application of the present invention. Specifically, it is preferable that the metal content capable of affecting the semiconductor, halogen anions (Cl-, Br-, etc.) other than fluorine included in the present invention, and other impurities be as small as possible. Examples of a method for obtaining such water include an ion exchange method.
(シリコン基板表面処理)
本実施形態においては、特にアモルファスシリコン膜について、シリコン基板表面に自然に形成される酸化膜除去処理を組み合わせずに適用することが好ましい。これにより、前記エッチング液を適用する前に適用しておく必要がなく、その分時間短縮につながる。表面処理の方法は、形成される酸化膜が除去できる限り限定されないが、例えばフッ素原子を含有する酸性水溶液で処理することが挙げられる。フッ素原子を含有する酸性水溶液として、好ましくはフッ化水素酸であり、フッ化水素酸の含有量は、本実施形態の液の全質量に対して、約0.1〜約5質量%であることが好ましく、0.5〜1.5質量%であることがより好ましい。
(Silicon substrate surface treatment)
In the present embodiment, it is preferable to apply an oxide film removal process that is naturally formed on the surface of the silicon substrate without combining it, particularly for an amorphous silicon film. This eliminates the need to apply the etching solution before applying it, leading to a reduction in time. The surface treatment method is not limited as long as the formed oxide film can be removed. For example, the surface treatment may be performed with an acidic aqueous solution containing fluorine atoms. The acidic aqueous solution containing fluorine atoms is preferably hydrofluoric acid, and the content of hydrofluoric acid is about 0.1 to about 5% by mass with respect to the total mass of the liquid of the present embodiment. It is preferably 0.5 to 1.5% by mass.
なお、本明細書において、半導体基板とは、ウェハのみではなくそこに回路構造が施された基板構造体全体を含む意味で用いる。半導体基板部材とは、上記で定義される半導体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。なお、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り、必要によってはさらに区別して、これ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という。すなわち、広義には半導体素子は半導体基板製品に属するものである。 In this specification, the term “semiconductor substrate” is used to mean not only a wafer but also the entire substrate structure having a circuit structure formed thereon. A semiconductor substrate member refers to the member which comprises the semiconductor substrate defined above, and may consist of one material or may consist of several materials. A processed semiconductor substrate is sometimes referred to as a semiconductor substrate product, and is further distinguished as necessary, and a chip that has been processed and diced out and processed product thereof is referred to as a semiconductor element. That is, in a broad sense, a semiconductor element belongs to a semiconductor substrate product.
(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、一般的なキャパシタの製造に用いられる基板材料として多結晶シリコン及び/又はアモルファスシリコンが挙げられ、段階的に積層されている。酸化膜を除去する前処理を省略する観点から少なくとも1層のアモルファスシリコン層を含む積層膜が好ましく、少なくとも最上層がアモルファスシリコン層である積層膜がより好ましく、アモルファスシリコン層のみからなる積層膜が特に好ましい。
一方、キャパシタ構造の中核をなす電極材料としては窒化チタン(TiN)などのTi化合物が挙げられる(ただし、本発明は電極材料に限らずTiNを含む基板構成部材の一部を残すエッチング形態としてもよい。)。すなわち、本実施形態のエッチング液は、上記基板材料のエッチングレート(ERs)と電極材料等の構成部材のエッチングレート(ERe)との比率(ERs/ERe)が大きいことが好ましい。具体的な比率の値は材料の種類や構造にもよるので特に限定されないが、ERs/EReが100以上であることが好ましく、200以上であることが好ましい。この上限は特にないが、100,000以下であることが実際的である。
本明細書においては、シリコン基板をエッチングするようエッチング液を用いることを「適用」と称するが、その実施態様は特に限定されない。典型的には、エッチング液を基板と接触させてエッチングする形態であり、例えば、バッチ式のもので浸漬してエッチングしても、枚葉式のもので吐出によりエッチングしてもよい。なお、Ti化合物とはTiそのもの及びこれを含む化合物を含む意味である。TiNのほか、Ti、さらには、Ti,N,Cの複合化合物などが挙げられる。なかでもTiNが好ましい。
(Workpiece)
Any material can be etched by applying the etching solution of the present embodiment, but examples of a substrate material used for manufacturing a general capacitor include polycrystalline silicon and / or amorphous silicon. Are stacked. From the viewpoint of omitting the pretreatment for removing the oxide film, a laminated film including at least one amorphous silicon layer is preferable, a laminated film in which at least the uppermost layer is an amorphous silicon layer is more preferable, and a laminated film including only an amorphous silicon layer is provided. Particularly preferred.
On the other hand, a Ti compound such as titanium nitride (TiN) can be cited as an electrode material that forms the core of the capacitor structure (however, the present invention is not limited to the electrode material and may be an etching form that leaves a part of the substrate constituent member containing TiN. Good.) That is, it is preferable that the etching solution of the present embodiment has a large ratio (ERs / ERe) between the etching rate (ERs) of the substrate material and the etching rate (ERe) of the constituent member such as the electrode material. The specific ratio value is not particularly limited because it depends on the type and structure of the material, but ERs / ERe is preferably 100 or more, more preferably 200 or more. Although there is no particular upper limit, it is practical that the upper limit is 100,000 or less.
In this specification, using an etchant to etch a silicon substrate is referred to as “application”, but the embodiment is not particularly limited. Typically, the etching is performed by bringing the etching solution into contact with the substrate. For example, the etching may be performed by dipping in a batch type or by discharging by a single wafer type. In addition, Ti compound is the meaning containing Ti itself and the compound containing this. In addition to TiN, Ti, and further a composite compound of Ti, N, and C can be used. Of these, TiN is preferable.
加工されるキャパシタ構造の形状や寸法は特に限定されないが、上述したようなシリンダ構造を有するものとしていうと、そのシリンダ孔のアスペクト比が5以上である場合に特に本実施形態のエッチング液の高い効果が活かされ好ましい。同様の観点でアスペクト比が10以上であることが好ましく、15以上であることがさらに好ましく、20以上であることがより好ましい。上限は特にないが、アスペクト比100以下であることが実際的である。シリンダ孔の開口径dcは特に限定されないが、本実施形態において効果が発揮され、近時のキャパシタ構造の微細化を考慮すると、20〜80nmであるものが好ましい。なお、本明細書においてトレンチないしその構造とは、シリンダ構造を含む概念であり、特定の断面において凹状の形態を呈する構造であれば特に限定されず、溝状の形状のみならず、孔状の形状、逆に針状の構造部多数突出したその周囲などであってもよい。図3を例に言うと、凹状部Kdが針状の構造部多数突出したその周囲からなるトレンチ構造にあたり、シリンダ孔Kcが孔状のトレンチ構造にあたる。アスペクト比は、シリンダ孔Kcについては、その凹状部の深さh2を幅dcで除した値である。針状の構造部が多数突出したその周囲をなす凹状部Kdのアスペクト比は、例えば、凹状部の深さh1を幅ddで除した値である。 The shape and dimensions of the capacitor structure to be processed are not particularly limited. However, if the cylinder structure as described above is used, the etching liquid of this embodiment is particularly high when the aspect ratio of the cylinder hole is 5 or more. The effect is utilized and preferable. From the same viewpoint, the aspect ratio is preferably 10 or more, more preferably 15 or more, and even more preferably 20 or more. Although there is no upper limit, it is practical that the aspect ratio is 100 or less. But not limited opening diameter d c in particular of the cylinder bore, the effect is exhibited in the present embodiment, in consideration of the miniaturization of the recent capacitor structure, it is preferable in 20 to 80 nm. In the present specification, the trench or its structure is a concept including a cylinder structure, and is not particularly limited as long as it has a concave shape in a specific cross section, and not only a groove shape but also a hole shape. It may be the shape, conversely, a large number of needle-like structures protruding around it. Taking FIG. 3 as an example, the cylinder hole Kc corresponds to the hole-shaped trench structure, in which the concave portion Kd corresponds to a trench structure including a large number of needle-shaped structure portions protruding therefrom. Aspect ratio, the cylinder bore Kc is a value obtained by dividing the depth h 2 of the width d c of the concave portion. The aspect ratio of the concave portion Kd forming the periphery of needle-like structures have been many projects, for example, a value obtained by dividing the depth h 1 of the concave portion in the width d d.
さらに、上記の観点から、本発明においては、TiNを含んでなるキャパシタ構成部材を少なくとも前記凹凸構造の壁面に残しつつ、前記多結晶シリコン膜またはアモルファスシリコン膜についてエッチングを行うことが好ましい。この構成部材は、TiN以外に、HfOx、SiN、SiO2等を含んでいてもよい。なお、TiNは典型的には電極膜をなしている。また、前記多結晶シリコン膜またはアモルファスシリコン膜を有する実質的に平らな面をもつ半導体基板を準備し、該半導体基板の表面に前記エッチング液を適用し、前記多結晶シリコン膜またはアモルファスシリコン膜を除去して、その除去された部分を凹部とし、基板内に残された凸部をキャパシタとすることが好ましい。このとき、前記凹部の壁面には、TiN膜が残存していることが好ましい。すなわち、本発明の好ましい実施形態のエッチング液によれば、必要により、シリンダ構造をもつ電極で構成されたキャパシタ構造にも対応することができ、シリンダ孔内部等(シリンダ構造が密集した部分の孔外も含む)の多結晶シリコン膜またはアモルファスシリコン膜を選択的に除去することができる。 Furthermore, from the above viewpoint, in the present invention, it is preferable to perform etching on the polycrystalline silicon film or the amorphous silicon film while leaving at least the capacitor constituting member containing TiN on the wall surface of the uneven structure. The components, other than TiN, HfOx, SiN, may contain SiO 2 and the like. TiN typically forms an electrode film. Also, a semiconductor substrate having a substantially flat surface having the polycrystalline silicon film or the amorphous silicon film is prepared, and the etching solution is applied to a surface of the semiconductor substrate, and the polycrystalline silicon film or the amorphous silicon film is formed. It is preferable that the removed portion be a concave portion and the convex portion left in the substrate be a capacitor. At this time, it is preferable that the TiN film remains on the wall surface of the recess. That is, according to the etching solution of the preferred embodiment of the present invention, if necessary, it can be applied to a capacitor structure including an electrode having a cylinder structure. The polycrystalline silicon film or the amorphous silicon film (including the outside) can be selectively removed.
本発明において好ましい半導体基板製品の製造方法に係る工程要件を以下に記載しておく。
(1)多結晶シリコン膜又はアモルファスシリコン膜からなるシリコン膜(積層膜)を有する半導体基板を準備する工程、及び前記半導体基板に特定のエッチング液を適用し、前記シリコン膜の少なくとも一部をエッチングする工程を有する。
(2)前記半導体基板を準備する工程において、前記シリコン膜を含む多層膜構造を形成し、かつ前記半導体基板に凹凸を形成しておき、その後、
前記凹凸表面の少なくとも上面と凹部壁面とに導電膜を形成する工程と、
前記導電膜上に埋設膜を付与して前記凹部を該埋設膜で充填する工程と、
前記上面に付与された導電膜部分および前記埋設膜の一部を除去して、前記半導体基板のシリコン膜を露出させる工程とを有し、次いで、
前記シリコン膜のエッチング工程において、前記半導体基板に前記エッチング液を付与して、前記凹部壁面の導電膜は残しつつ、前記露出したシリコン膜と前記埋設膜とを除去する。
(3)半導体基板として実質的に平らな面をもつものを準備し、該半導体基板の表面に前記エッチング液を適用し、前記シリコン膜と前記埋設膜とを除去して、その除去された部分を凹部とし、基板内に残された前記導電膜を含む凸部をキャパシタの電極とする。
なお、本発明において準備とは、原材料を用いて調製ないし作製することのほか、単に購入するなどにより調達することを含む意味である。
The process requirements relating to the preferred method for manufacturing a semiconductor substrate product in the present invention are described below.
(1) Preparing a semiconductor substrate having a silicon film (laminated film) made of a polycrystalline silicon film or an amorphous silicon film, and applying a specific etching solution to the semiconductor substrate to etch at least a part of the silicon film The process of carrying out.
(2) In the step of preparing the semiconductor substrate, a multilayer film structure including the silicon film is formed, and irregularities are formed on the semiconductor substrate,
Forming a conductive film on at least the upper surface of the irregular surface and the wall surface of the recess;
Providing a buried film on the conductive film and filling the recess with the buried film;
Removing the conductive film portion applied to the upper surface and a part of the embedded film to expose the silicon film of the semiconductor substrate, and
In the silicon film etching step, the etching solution is applied to the semiconductor substrate to remove the exposed silicon film and the embedded film while leaving the conductive film on the wall surface of the recess.
(3) A semiconductor substrate having a substantially flat surface is prepared, the etching solution is applied to the surface of the semiconductor substrate, the silicon film and the embedded film are removed, and the removed portion Is a concave portion, and the convex portion including the conductive film left in the substrate is a capacitor electrode.
In the present invention, preparation means not only preparation or production using raw materials but also procurement by simply purchasing.
<実施例1、比較例1>
以下の表1に示す成分及び下記処方に示した組成(質量%)で含有させてエッチング液を調液した。なお、試験No.101〜111のエッチング液はいずれもpH13以上であった。
<Example 1, comparative example 1>
An etching solution was prepared by containing the components shown in Table 1 below and the composition (mass%) shown in the following formulation. In addition, Test No. The etching solutions 101 to 111 all had a pH of 13 or more.
<T(wafer)測定法>
株式会社堀場製作所製の放射温度計IT−550F(商品名)を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、パソコンで記録した。これらの温度のうち処理時間の最終の10秒間の温度を平均した値をウエハ上の温度とした。
<エッチング試験>
試験ウェハ:単結晶<100>シリコン上に100nmのシリコン酸化膜を製膜し、そのシリコン酸化膜上に製膜された各500nmの膜厚のアモルファスシリコン2層が積層されたウェハを準備した。これに対して、枚葉式装置(SPS−Europe B.V.社製、POLOS(商品名)))にて、0.5%のフッ化水素酸液(23℃、2L/分、500rpm、1分間)で前処理を行い、純水(23℃、2L/分、500rpm、30秒間)で十分洗浄した。2000rpmで30秒間回転し、水を完全に除去した後、下記の条件でエッチングを行い、評価試験を実施した。なお、ウェハには直径300mmのものを用い、積層したシリコン膜の残膜がなくなるまでの所要時間を目視で計測した。
<T (wafer) measurement method>
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
<Etching test>
Test wafer: A wafer was prepared by depositing a 100 nm silicon oxide film on single crystal <100> silicon and laminating two 500 nm thick amorphous silicon films deposited on the silicon oxide film. On the other hand, 0.5% hydrofluoric acid solution (23 ° C., 2 L / min, 500 rpm) with a single-wafer type apparatus (manufactured by SPS-Europe B.V., POLOS (trade name)). Pretreatment was performed for 1 minute, and the substrate was sufficiently washed with pure water (23 ° C., 2 L / min, 500 rpm, 30 seconds). After rotating at 2000 rpm for 30 seconds to completely remove water, etching was performed under the following conditions to perform an evaluation test. A wafer having a diameter of 300 mm was used, and the time required until the remaining film of the laminated silicon film disappeared was visually measured.
・薬液温度:表1に記載
・吐出量:2L/min.
・ウェハ回転数1000rpm
・ Chemical solution temperature: listed in Table 1 ・ Discharge rate: 2 L / min.
・ Wafer rotation speed 1000rpm
試験No.c** 比較例
TMAH:テトラメチルアンモニウム水酸化物
TBAH:テトラブチルアンモニウム水酸化物
T(tank):タンク内のエッチング液温度
T(wafer):ウエハの表面温度
上表に示したとおり、本発明のシリコンエッチング方法によれば、積層したアモルファスシリコンに対して、十分なエッチング速度を実現した。さらに、本発明のシリコンエッチング液は、素子の電極材料等の構成部材であるTiNへの各膜へのダメージが非常に小さいことを確認した。
一方、比較例のものでは、エッチング速度が低かった。近年、厚膜の短時間(1分〜2分)処理が望まれてきているが、その処理に適していなかった。
As shown in the above table, according to the silicon etching method of the present invention, a sufficient etching rate was realized for the laminated amorphous silicon. Furthermore, it was confirmed that the silicon etching solution of the present invention caused very little damage to each film on TiN which is a constituent member such as an electrode material of the element.
On the other hand, in the comparative example, the etching rate was low. In recent years, a short time (1 to 2 minutes) treatment of a thick film has been desired, but it has not been suitable for the treatment.
<実施例2>
試験ウェハを単結晶<100>シリコン上に100nmのシリコン酸化膜を製膜し、そのシリコン酸化膜上に製膜された各500nmの膜厚の多結晶シリコン2層が積層されたウェハとした以外は実施例1と同様にして、下記の条件でエッチングを行い、評価試験を実施した。
<Example 2>
A test wafer was formed by depositing a 100 nm silicon oxide film on single crystal <100> silicon and laminating two 500 nm thick polycrystalline silicon layers deposited on the silicon oxide film. In the same manner as in Example 1, etching was performed under the following conditions, and an evaluation test was performed.
上表に示したとおり、本発明のシリコンエッチング方法によれば、積層した多結晶シリコンであっても、比較例のものに対して高いエッチング速度を実現した。 As shown in the above table, according to the silicon etching method of the present invention, a high etching rate was realized even with laminated polycrystalline silicon compared to the comparative example.
<実施例3>
試験ウェハを単結晶<100>シリコン上に100nmのシリコン酸化膜を製膜し、そのシリコン酸化膜上に製膜された各500nmの膜厚のアモルファスシリコン(下層)、多結晶シリコン(上層)が積層されたウェハとした以外は実施例1と同様にして、下記の条件でエッチングを行い、評価試験を実施した。
<Example 3>
A test wafer is formed by depositing a 100 nm silicon oxide film on single crystal <100> silicon, and 500 nm thick amorphous silicon (lower layer) and polycrystalline silicon (upper layer) formed on the silicon oxide film. Etching was performed under the following conditions in the same manner as in Example 1 except that the laminated wafers were used, and an evaluation test was performed.
上表に示したとおり、本発明のシリコンエッチング方法によれば、積層したアモルファスシリコン/多結晶シリコンであっても、比較例のものに対して高いエッチング速度を実現した。 As shown in the above table, according to the silicon etching method of the present invention, a high etching rate was realized even with laminated amorphous silicon / polycrystalline silicon compared to the comparative example.
<実施例4>
試験ウェハを単結晶<100>シリコン上に製膜された100nmのシリコン酸化膜を製膜し、そのシリコン酸化膜上に各500nmの膜厚の多結晶シリコン(下層)、アモルファスシリコン(上層)が積層されたウェハとした以外は実施例1と同様にして、下記の条件でエッチングを行い、評価試験を実施した。
<Example 4>
A 100 nm silicon oxide film formed on a single crystal <100> silicon is formed on a test wafer, and polycrystalline silicon (lower layer) and amorphous silicon (upper layer) each having a thickness of 500 nm are formed on the silicon oxide film. Etching was performed under the following conditions in the same manner as in Example 1 except that the laminated wafers were used, and an evaluation test was performed.
上表に示したとおり、本発明のシリコンエッチング方法によれば、積層した多結晶シリコン/アモルファスシリコンであっても、比較例のものに対して高いエッチング速度を実現した。 As shown in the above table, according to the silicon etching method of the present invention, a high etching rate was realized with respect to the comparative example even in the case of laminated polycrystalline silicon / amorphous silicon.
<実施例5>
次に、処理液の安定性について確認するために、前記枚葉式装置を用いて、処理液を循環させて下記の実験を行った。すなわち、上記実施例1と同様にして下記表中に記載の処方の処理液を調製した。ここで試料502には、ヒドロキシルアミンの硫酸塩(HAS)が添加された。両液を上記実施例1と同様にシリコン膜の洗浄に適用し、その経時での活性の変化を評価した。
<Example 5>
Next, in order to confirm the stability of the treatment liquid, the following experiment was performed by circulating the treatment liquid using the single wafer apparatus. That is, in the same manner as in Example 1, a treatment liquid having the formulation described in the following table was prepared. Here, hydroxylamine sulfate (HAS) was added to sample 502. Both solutions were applied to the cleaning of the silicon film in the same manner as in Example 1, and the change in activity over time was evaluated.
両者は、初期の膜除去性においてほぼ同等の優れた性能を示していた。しかし、24時間が経過すると、試料502の活性は低下し、膜除去時間が長くなる結果となった。この結果より、循環系で膜処理を行うときなど、長時間の安定性が求められる条件では、本発明のエッチング液にHA等の安定性を低下させる成分を用いないことが好ましいことが分かる。 Both of them showed excellent performance that was almost equivalent in terms of initial film removability. However, after 24 hours, the activity of the sample 502 decreased, resulting in a longer film removal time. From these results, it can be seen that it is preferable not to use a component that lowers the stability of HA or the like in the etching solution of the present invention under conditions that require long-term stability, such as when film treatment is performed in a circulation system.
1 第1の成形膜
2 第2の成形膜(犠牲膜)
3 シリコンウエハ
4 フォトレジスト
5 導電膜
6 埋設膜(犠牲膜)
9 容量絶縁膜
10、20 キャパシタ構造
50 下部電極(シリンダ壁)
DESCRIPTION OF
3 Silicon wafer 4
9 Capacitance insulating
Claims (6)
前記犠牲膜として多結晶シリコン膜及び/またはアモルファスシリコン膜の積層膜を形成し、
前記湿式エッチング工程において、4級アルキルアンモニウム水酸化物を7質量%以上25質量%以下で含む水溶液を80℃以上の条件で適用し、前記犠牲膜の少なくとも一部をエッチングするキャパシタ形成方法。 A step of forming a sacrificial film on a semiconductor substrate; a step of sequentially patterning the sacrificial film to form an opening; a step of forming a lower electrode that covers an inner wall and a bottom surface of the opening; and A method of forming a capacitor including a step of removing by wet etching,
A multilayer film of a polycrystalline silicon film and / or an amorphous silicon film is formed as the sacrificial film,
A method of forming a capacitor, comprising applying an aqueous solution containing 7% by mass or more and 25% by mass or less of a quaternary alkylammonium hydroxide under a condition of 80 ° C. or higher in the wet etching step to etch at least a part of the sacrificial film.
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