特許ウォッチ

公開番号2025120932
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-18
出願番号2025010702
出願日2025-01-24
発明の名称エッチング組成物、それを利用した金属含有膜エッチング方法、及びそれを利用した半導体素子の製造方法
出願人三星電子株式会社,Samsung Electronics Co.,Ltd.
代理人個人,個人
主分類H01L 21/308 20060101AFI20250808BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】エッチング対象膜である金属含有膜に対して効果的に制御されたエッチング選択性及びエッチング速度を有しながら、優れた高温安定性を有するエッチング組成物、それを利用した金属含有膜エッチング方法及びそれを利用した半導体素子の製造方法を提供する。
【解決手段】エッチング組成物は、酸化剤、促進剤、アンモニウム塩、及び水系溶媒を含み、前記促進剤は、下記化学式1で表される化合物のうち少なくとも1つを含み、前記アンモニウム塩は、前記促進剤に含まれたヒドロキシル基(*-OH)またはチオール基(*-SH)の水素イオン(H⁺)のうち少なくとも1つがアンモニウム陽イオン(NH₄ ⁺)で置換された構造を有する化合物のうち少なくとも1つを含む。
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【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
酸化剤、促進剤、アンモニウム塩、及び水系溶媒を含み、
前記促進剤は、下記化学式１で表される化合物のうち少なくとも１つを含み、
前記アンモニウム塩は、前記促進剤に含まれたヒドロキシル基（＊－ＯＨ）またはチオール基（＊－ＳＨ）の水素イオン（Ｈ
＋
）のうち少なくとも１つがアンモニウム陽イオン（ＮＨ
４
＋
）で置換された構造を有する化合物のうち少なくとも１つを含む、エッチング組成物：
JPEG
2025120932000024.jpg
37
170
前記化学式１において、
Ｘ
１
及びＹ
１
は、互いに独立して、ＯまたはＳであり、
Ｌ
１
は、単結合、少なくとも１つのＲ
０
で置換もしくは非置換の炭素数２～１０の環式基、＊－Ｃ（Ｒ
１１
）（Ｒ
１２
）－＊’、＊－Ｃ（＝Ｏ）－＊’、＊－Ｃ（＝Ｓ）－＊’、＊－Ｎ（Ｒ
１１
）－＊’、＊－Ｏ－＊’、または＊－Ｓ－＊’であり、
ｎ１は１～５０の整数であり、
ｎ１が２以上である場合、２以上のＬ
１
は、互いに同一であっても、異なっていてもよく、
Ｒ
１
、Ｒ
１１
、Ｒ
１２
及びＲ
０
は、互いに独立して、
水素、重水素、＊－Ｆ、＊－Ｃｌ、＊－Ｂｒ、＊－Ｉ、＊－ＯＨ、＊－ＳＨ、＊－ＮＨ
２
、＊－Ｃ（＝Ｏ）Ｈ、＊－Ｃ（＝Ｓ）Ｈ、＊－Ｃ（＝Ｏ）－ＯＨ、＊－Ｃ（＝Ｓ）－ＯＨ、＊－Ｃ（＝Ｏ）－ＳＨ、＊－Ｃ（＝Ｓ）－ＳＨ、＊－Ｃ（＝Ｏ）－（ＮＨ
２
）、＊－Ｃ（＝Ｓ）－（ＮＨ
２
）、＊－ＮＨ－Ｃ（＝Ｏ）－（ＮＨ
２
）、または＊－ＮＨ－Ｃ（＝Ｓ）－（ＮＨ
２
）；あるいは
重水素、＊－Ｆ、＊－Ｃｌ、＊－Ｂｒ、＊－Ｉ、＊－ＯＨ、＊－ＳＨ、＊－ＮＨ
２
、＊－Ｃ（＝Ｏ）Ｈ、＊－Ｃ（＝Ｓ）Ｈ、＊－Ｃ（＝Ｏ）－ＯＨ、＊－Ｃ（＝Ｓ）－ＯＨ、＊－Ｃ（＝Ｏ）－ＳＨ、＊－Ｃ（＝Ｓ）－ＳＨ、＊－Ｃ（＝Ｏ）－（ＮＨ
２
）、＊－Ｃ（＝Ｓ）－（ＮＨ
２
）、＊－ＮＨ－Ｃ（＝Ｏ）－（ＮＨ
２
）、＊－ＮＨ－Ｃ（＝Ｓ）－（ＮＨ
２
）、またはそれらの任意の組み合わせで置換もしくは非置換の、Ｃ
１
－Ｃ
２０
アルキル基、Ｃ
２
－Ｃ
２０
アルケニル基、Ｃ
１
－Ｃ
２０
アルコキシ基、Ｃ
６
－Ｃ
２０
アリール基、またはＣ
２
－Ｃ
２０
ヘテロアリール基；であり、
ｉ）前記化学式１においてヒドロキシル基が結合された第１炭素に直接（directly）結合されている第２炭素が存在する場合、前記第２炭素にはヒドロキシル基（＊－ＯＨ）及びチオール基（＊－ＳＨ）が結合されず、
ｉｉ）前記化学式１においてチオール基が結合された第３炭素に直接結合されている第４炭素が存在する場合、前記第４炭素にはヒドロキシル基（＊－ＯＨ）及びチオール基（＊－ＳＨ）が結合されていない。
続きを表示（約 3,300 文字）【請求項２】
前記酸化剤が過酸化水素を含む、請求項１に記載のエッチング組成物。
【請求項３】
前記酸化剤の含量が、前記エッチング組成物１００ｗｔ％当たり１ｗｔ％～５０ｗｔ％である、請求項１に記載のエッチング組成物。
【請求項４】
前記化学式１において、Ｌ
１
が少なくとも１つのＲ
０
で置換もしくは非置換の炭素数２～１０の環式基であり、ｎ１が１である、請求項１に記載のエッチング組成物。
【請求項５】
前記化学式１において、Ｌ
１
が、少なくとも１つのＲ
０
で置換もしくは非置換の、シクロペンタン基、シクロヘキサン基、シクロヘプタン基、シクロオクタン基、シクロペンテン基、シクロヘキセン基、シクロへプテン基、シクロオクテン基、シクロペンタジエン基、ベンゼン基、シクロへプタジエン基、シクロオクタジエン基、ピロリジン基、テトラヒドロフラン基、テトラヒドロチオフェン基、ピペリジン基、テトラヒドロ－２Ｈ－ピラン基、テトラヒドロ－２Ｈ－チオピラン基、アゼパン基、オキセパン基、チエパン基、２，３－ジヒドロ－１Ｈ－ピロール基、２，３－ジヒドロフラン基、２，３－ジヒドロチオフェン基、２，５－ジヒドロ－１Ｈ－ピロール基、２，５－ジヒドロフラン基、２，５－ジヒドロチオフェン基、ピロール基、フラン基、チオフェン基、ピリジン基、ピリミジン基、ピラジン基、ピリダジン基、またはトリアジン基である、請求項１に記載のエッチング組成物。
【請求項６】
前記化学式１において、Ｌ
１
が単結合、＊－Ｃ（Ｒ
１１
）（Ｒ
１２
）－＊’、＊－Ｃ（＝Ｏ）－＊’、＊－Ｃ（＝Ｓ）－＊’、＊－Ｎ（Ｒ
１１
）－＊’、＊－Ｏ－＊’、または＊－Ｓ－＊’であり、ｎ１が１～２０の整数である、請求項１に記載のエッチング組成物。
【請求項７】
Ｒ
１
、Ｒ
１１
、Ｒ
１２
及びＲ
０
が、互いに独立して、
水素、＊－Ｆ、＊－ＯＨ、＊－ＳＨ、＊－ＮＨ
２
、＊－Ｃ（＝Ｏ）Ｈ、＊－Ｃ（＝Ｓ）Ｈ、＊－Ｃ（＝Ｏ）－ＯＨ、＊－Ｃ（＝Ｓ）－ＯＨ、＊－Ｃ（＝Ｏ）－ＳＨ、＊－Ｃ（＝Ｓ）－ＳＨ、＊－Ｃ（＝Ｏ）－（ＮＨ
２
）、または＊－Ｃ（＝Ｓ）－（ＮＨ
２
）；あるいは
＊－Ｆ、＊－ＯＨ、＊－ＳＨ、＊－ＮＨ
２
、＊－Ｃ（＝Ｏ）Ｈ、＊－Ｃ（＝Ｓ）Ｈ、＊－Ｃ（＝Ｏ）－ＯＨ、＊－Ｃ（＝Ｓ）－ＯＨ、＊－Ｃ（＝Ｏ）－ＳＨ、＊－Ｃ（＝Ｓ）－ＳＨ、＊－Ｃ（＝Ｏ）－（ＮＨ
２
）、＊－Ｃ（＝Ｓ）－（ＮＨ
２
）、またはそれらの任意の組み合わせで置換もしくは非置換の、Ｃ
１
－Ｃ
２０
アルキル基、Ｃ
２
－Ｃ
２０
アルケニル基、Ｃ
１
－Ｃ
２０
アルコキシ基、Ｃ
６
－Ｃ
２０
アリール基、またはＣ
２
－Ｃ
２０
ヘテロアリール基；である、請求項１に記載のエッチング組成物。
【請求項８】
前記化学式１で表される化合物が、下記化学式１１～１９で表される化合物のうち１つ、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項１に記載のエッチング組成物：
JPEG
2025120932000025.jpg
226
170
前記化学式１１～１９において、
Ｘ
１
、Ｙ
１
、Ｌ
１
、Ｒ
１
、Ｒ
１１
及びＲ
１２
それぞれに係る説明は、請求項１中の化学式１のＸ
１
、Ｙ
１
、Ｌ
１
、Ｒ
１
、Ｒ
１１
及びＲ
１２
それぞれに係る説明と同様であり、
Ｘ
２
、Ｙ
２
、Ｘ
３
、Ｙ
３
、Ｘ
４
及びＹ
４
は、互いに独立して、ＯまたはＳであり、
Ｌ
２
～Ｌ
５
それぞれに係る説明は、請求項１中の化学式１のＬ
１
に係る説明と同様であり、
ａ１～ａ５は、互いに独立して、１～１５の整数であり、
Ｒ
１３
及びＲ
１４
それぞれに係る説明は、請求項１中の化学式１のＲ
１１
に係る説明と同様であり、
Ｔ
１１
～Ｔ
１８
それぞれに係る説明は、請求項１中の化学式１のＲ
１１
に係る説明と同様であるが、ヒドロキシル基及びチオール基ではない。
【請求項９】
前記化学式１１～１９において、
Ｌ
１
～Ｌ
５
は、互いに独立して、単結合、＊－Ｃ（Ｒ
１１
）（Ｒ
１２
）－＊’、＊－Ｃ（＝Ｏ）－＊’、＊－Ｃ（＝Ｓ）－＊’、＊－Ｎ（Ｒ
１１
）－＊’、＊－Ｏ－＊’、または＊－Ｓ－＊’であり、
Ｔ
１１
～Ｔ
１８
は、互いに独立して、
水素、＊－Ｆ、または＊－ＮＨ
２
；あるいは
＊－Ｆ、＊－ＯＨ、＊－ＳＨ、＊－ＮＨ
２
、＊－Ｃ（＝Ｏ）Ｈ、＊－Ｃ（＝Ｓ）Ｈ、＊－Ｃ（＝Ｏ）－ＯＨ、＊－Ｃ（＝Ｓ）－ＯＨ、＊－Ｃ（＝Ｏ）－ＳＨ、＊－Ｃ（＝Ｓ）－ＳＨ、＊－Ｃ（＝Ｏ）－（ＮＨ
２
）、＊－Ｃ（＝Ｓ）－（ＮＨ
２
）、またはそれらの任意の組み合わせで置換もしくは非置換の、Ｃ
１
－Ｃ
２０
アルキル基、Ｃ
２
－Ｃ
２０
アルケニル基、Ｃ
１
－Ｃ
２０
アルコキシ基、Ｃ
６
－Ｃ
２０
アリール基、またはＣ
２
－Ｃ
２０
ヘテロアリール基；である、請求項８に記載のエッチング組成物。
【請求項１０】
前記化学式１で表される化合物が、下記化学式１１０～１２９で表される化合物のうち１つ、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項１に記載のエッチング組成物：
JPEG
2025120932000026.jpg
215
170
前記化学式１１１～１２９において、
Ｘ
１
、Ｙ
１
、Ｒ
１
及びＲ
０
それぞれに係る説明は、請求項１中の化学式１のＸ
１
、Ｙ
１
、Ｒ
１
及びＲ
０
それぞれに係る説明と同様であり、
ｂ９は０～９の整数であり、
ｂ８は０～８の整数であり、
ｂ６は０～６の整数であり、
ｂ５は０～５の整数であり、
ｂ４は０～４の整数であり、
ｂ３は０～３の整数であり、
ｂ２は０～２の整数であり、
Ｔ
１１
に係る説明は、請求項１中の化学式１のＲ
１１
に係る説明と同様であるが、ヒドロキシル基及びチオール基ではない。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、エッチング組成物、それを利用した金属含有膜エッチング方法、及びそれを利用した半導体素子の製造方法に関する。
続きを表示（約 3,100 文字）【背景技術】
【０００２】
消費者が要求する優れた性能及び低価格を満たすために、半導体素子の集積度の増加及び信頼性の向上が要求されている。半導体素子の集積度が増加するほど、半導体素子の製造過程において半導体素子の構成要素の損傷が半導体記憶素子の信頼性及び電気的特性にさらに大きな影響を及ぼすことになる。特に、半導体素子の製造過程において、所定の膜（例えば、金属含有膜）に対して多様なエッチング工程が遂行されるが、効果的にエッチング工程を遂行するために、優れたエッチング速度、隣接する膜に対する優れたエッチング選択性、エッチング後の表面残留物の不在、優れた保管安定性などを提供することができるエッチング組成物への必要性は持続的に要求されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明が解決しようとする課題は、エッチング対象膜である金属含有膜に対して効果的に制御されたエッチング選択性及びエッチング速度を有しながら、優れた高温安定性を有するエッチング組成物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一側面によれば、
酸化剤、促進剤、アンモニウム塩、及び水系溶媒を含み、
前記促進剤は、下記化学式１で表される化合物のうち少なくとも１つを含み、
前記アンモニウム塩は、前記促進剤に含まれたヒドロキシル基（＊－ＯＨ）またはチオール基（＊－ＳＨ）の水素イオン（Ｈ
＋
）のうち少なくとも１つがアンモニウム陽イオン（ＮＨ
４
＋
）で置換された構造を有する化合物のうち少なくとも１つを含む、エッチング組成物が提供される：
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2025120932000001.jpg
37
170
。
【０００５】
前記化学式１において、
Ｘ
１
及びＹ
１
は、互いに独立して、ＯまたはＳであり、
Ｌ
１
は、単結合、少なくとも１つのＲ
０
で置換もしくは非置換の炭素数２～１０の環式基、＊－Ｃ（Ｒ
１１
）（Ｒ
１２
）－＊’、＊－Ｃ（＝Ｏ）－＊’、＊－Ｃ（＝Ｓ）－＊’、＊－Ｎ（Ｒ
１１
）－＊’、＊－Ｏ－＊’、または＊－Ｓ－＊’であり、
ｎ１は１～５０の整数であり、
ｎ１が２以上である場合、２以上のＬ
１
は、互いに同一であっても、異なっていてもよく、
Ｒ
１
、Ｒ
１１
、Ｒ
１２
及びＲ
０
は、互いに独立して、
水素、重水素、＊－Ｆ、＊－Ｃｌ、＊－Ｂｒ、＊－Ｉ、＊－ＯＨ、＊－ＳＨ、＊－ＮＨ
２
、＊－Ｃ（＝Ｏ）Ｈ、＊－Ｃ（＝Ｓ）Ｈ、＊－Ｃ（＝Ｏ）－ＯＨ、＊－Ｃ（＝Ｓ）－ＯＨ、＊－Ｃ（＝Ｏ）－ＳＨ、＊－Ｃ（＝Ｓ）－ＳＨ、＊－Ｃ（＝Ｏ）－（ＮＨ
２
）、＊－Ｃ（＝Ｓ）－（ＮＨ
２
）、＊－ＮＨ－Ｃ（＝Ｏ）－（ＮＨ
２
）、または＊－ＮＨ－Ｃ（＝Ｓ）－（ＮＨ
２
）；あるいは
重水素、＊－Ｆ、＊－Ｃｌ、＊－Ｂｒ、＊－Ｉ、＊－ＯＨ、＊－ＳＨ、＊－ＮＨ
２
、＊－Ｃ（＝Ｏ）Ｈ、＊－Ｃ（＝Ｓ）Ｈ、＊－Ｃ（＝Ｏ）－ＯＨ、＊－Ｃ（＝Ｓ）－ＯＨ、＊－Ｃ（＝Ｏ）－ＳＨ、＊－Ｃ（＝Ｓ）－ＳＨ、＊－Ｃ（＝Ｏ）－（ＮＨ
２
）、＊－Ｃ（＝Ｓ）－（ＮＨ
２
）、＊－ＮＨ－Ｃ（＝Ｏ）－（ＮＨ
２
）、＊－ＮＨ－Ｃ（＝Ｓ）－（ＮＨ
２
）、またはそれらの任意の組み合わせで置換もしくは非置換の、Ｃ
１
－Ｃ
２０
アルキル基、Ｃ
２
－Ｃ
２０
アルケニル基、Ｃ
１
－Ｃ
２０
アルコキシ基、Ｃ
６
－Ｃ
２０
アリール基、またはＣ
２
－Ｃ
２０
ヘテロアリール基；であり、
ｉ）前記化学式１においてヒドロキシル基が結合された第１炭素に直接（directly）結合されている第２炭素が存在する場合、前記第２炭素にはヒドロキシル基（＊－ＯＨ）及びチオール基（＊－ＳＨ）が結合されず、
ｉｉ）前記化学式１においてチオール基が結合された第３炭素に直接結合されている第４炭素が存在する場合、前記第４炭素にはヒドロキシル基（＊－ＯＨ）及びチオール基（＊－ＳＨ）が結合されていない。
【０００６】
他の側面によれば、
金属含有膜が提供された基板を準備する段階と、
前記金属含有膜に対し、前記エッチング組成物を使用したエッチング工程を遂行し、前記金属含有膜の一部以上を取り除く段階と、
を含む、金属含有膜エッチング方法が提供される。
【０００７】
前記金属含有膜が第１領域（a first region）及び第２領域（a second region）を含み、前記エッチング組成物が前記第２領域をエッチングする第２エッチング速度が、前記エッチング組成物が前記第１領域をエッチングする第１エッチング速度より速く、前記エッチング工程は、前記第１領域の一部以上（at least a portion of the first region）及び前記第２領域の一部以上を前記エッチング組成物と接触させることで遂行される。前記第１領域は、アルミニウム酸化物を含み、前記第２領域は、チタン窒化物（ＴｉＮ）、アルミニウムをさらに含むチタン窒化物（ＴｉＡｌＮ）、またはそれらの任意の組み合わせを含む。
【０００８】
さらに他の側面によれば、
金属含有膜が提供された基板を準備する段階と、
前記金属含有膜に対し、前記エッチング組成物を使用したエッチング工程を遂行し、前記金属含有膜の一部以上を取り除く段階と、
後続工程（subsequent manufacturing process(es)）を遂行して半導体素子を作製する段階と、
を含む、半導体素子の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
前記エッチング組成物は、エッチング対象膜である金属含有膜に対して効果的に制御されたエッチング選択性及び高温安定性を同時に有するため、エッチング工程の効率、正確性及び生産性を増大させることができるので、前記エッチング組成物を利用することで、エッチング対象膜への効果的なエッチング工程及び／またはＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）工程を遂行することができる。したがって、前記エッチング組成物を利用した金属含有膜エッチング工程を利用して作製された半導体素子は優れた性能を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
半導体素子の製造方法の一実施形態の工程フローチャートである。
金属含有膜エッチング方法の一実施形態を簡略に説明する図面である。
金属含有膜エッチング方法の一実施形態を簡略に説明する図面である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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