JP2000332013A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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Abstract
で堆積したSiN膜の耐フッ酸性を向上させ、フッ酸系
エッチャントに対して充分にマスクまたはエッチングス
トップ層として機能する絶縁膜を形成することができる
半導体装置の製造方法を提供する。 【解決手段】 たとえばGaAsからなる半導体層2上
に絶縁膜3を設け、その絶縁膜3をマスクまたはエッチ
ングストップ層としてフッ酸系エッチャントによりエッ
チングをする場合に、プラズマCVD法によりSiN膜
を成膜した後、窒素雰囲気中で急速加熱処理を施すこと
により、絶縁膜3を形成することを特徴とする。
Description
グマスクまたはエッチングストップ層としてフッ酸系エ
ッチャントによりエッチングをする工程を有する半導体
装置の製造方法に関する。さらに詳しくは、GaAs基
板などを用い、余り高温にすることができず、熱CVD
法による窒化シリコン膜を形成することができない場合
の耐エッチング性を向上させた絶縁膜を形成する半導体
装置の製造方法に関する。
リコン(以下、SiNという)膜は酸化シリコン(以
下、SiOという)膜と並んで、最も一般的に用いられ
ている絶縁膜である。この絶縁膜のうちでも、SiN膜
はSiO膜に比べて、フッ酸系のエッチャントに強いと
いう利点を有している。しかしながら、このSiN膜の
耐フッ酸性は、その堆積法に大きく依存し、膜中の含有
水素量が多いと容易にフッ酸系エッチャントにエッチン
グされてしまうという欠点を有している。すなわち、S
iH4 とNH3 ガスの熱分解による、いわゆる熱CVD
法によって得られるSiN膜は、最も耐フッ酸性が高
く、含有水素量も少ないといわれている。これは、熱C
VD法では、堆積温度が800℃以上と高く、膜形成中
に原料ガスに含まれる水素基が脱離し、膜中の含有水素
量が減るためと考えられている。
耐フッ酸性に強くフッ酸系エッチャントのマスクまたは
エッチングストップ層として便利に用いられている。し
かし、GaAsなどの化合物半導体では、熱CVD法に
よりSiN膜を堆積しようとすると、基板材料自身が熱
分解を起してデバイス特性が著しく劣化するという性質
を有している。そのため、GaAsなどの化合物半導体
には、熱CVD法によるSiN膜を用いることができ
ず、低温で堆積が可能なプラズマCVD法による堆積法
が用いられている。
sなどの高温で熱分解を起すような化合物半導体では、
熱CVD法によるSiN絶縁膜を用いることができず、
プラズマCVD法によるSiN絶縁膜が用いられてい
る。しかし、プラズマCVD法により成膜されたSiN
膜は、前述の熱CVD法によるSiN膜に比較して、耐
フッ酸性が非常に劣るという問題がある。
たもので、プラズマCVD法による300℃程度の低温
で堆積したSiN膜の耐フッ酸性を向上させ、フッ酸系
エッチャントに対して充分にマスクまたはエッチングス
トップ層として機能する絶縁膜を形成することができる
半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
などの余り高温にすることができない半導体層上などに
用いる、フッ酸系エッチャントに耐性のある絶縁膜を得
るため、鋭意検討を重ねた結果、同じSiN膜でも熱C
VD法により成膜したSiN膜は非常にフッ酸系エッチ
ャントに対して強いのに対して、プラズマCVD法によ
り成膜したSiN膜は、フッ酸系エッチャントに対して
非常に腐食されやすい原因が、前述のように、水素基が
脱離するか、脱離しないでそのまま膜中に残存するかの
相違にあることを見出した。そして、プラズマCVD法
により成膜したSiN膜でも、プラズマCVD法により
成膜した後に熱処理により水素基を追い出すことにより
耐フッ酸性を向上させることを試みた。しかし、通常の
炉による熱処理を行っても、耐フッ酸性の向上は見られ
ず、プラズマCVD法により成膜したSiN膜に窒素雰
囲気中で急速加熱処理を短時間行うことにより、熱CV
D法により成膜したSiN膜と同程度にフッ酸系エッチ
ャントに対する耐性が得られることを見出した。
層上に絶縁膜を設け、該絶縁膜をマスクまたはエッチン
グストップ層としてフッ酸系エッチャントによりエッチ
ングをする場合に、前記絶縁膜を、プラズマCVD法に
より窒化シリコン膜を成膜した後、窒素雰囲気中で急速
加熱処理を施すことにより形成することを特徴とする。
ズマCVD法により成膜したSiN膜でも、フッ酸系エ
ッチャントに対して、非常に耐性のある膜となり、フッ
酸系エッチャントによりエッチング処理を行う場合のマ
スクやエッチングストップ層として充分に利用でき、ま
た、この急速加熱処理によりウェハが高温にさらされる
時間は非常に短いこと、さらに堆積したSiN膜が熱分
解したAsの蒸発を阻止する、いわゆるキャップ層とし
て働くこと、などのため、GaAsなどの化合物半導体
層への影響は殆ど現れず、特性にも何ら悪影響が現れな
い。
秒以上で、1000℃以上に昇温することにより行うこ
とが、内部の水素基を完全に追い出して、耐フッ酸性が
向上するため好ましい。
アルミニウム、および窒化ホウ素のいずれか1つまたは
2以上の混合物からなる支持台上に前記基板を載置して
ランプ照射をすることにより行うことが、ウェハ全体の
絶縁膜を非常に均一に急速加熱をすることができるため
好ましい。
明の半導体装置の製造方法について説明をする。
1にその一実施形態であるショットキー電極を有する高
周波半導体装置のショットキー電極を形成する部分の製
造工程図が示されるように、たとえばGaAsからなる
半導体層2上に絶縁膜3を設け、その絶縁膜3をマスク
またはエッチングストップ層としてフッ酸系エッチャン
トによりエッチングをする場合に、プラズマCVD法に
よりSiN膜を成膜した後、窒素雰囲気中で急速加熱処
理を施すことにより、絶縁膜3を形成することを特徴と
する。
ョットキー・バリア・ダイオード)などに用いられる場
合のショットキー電極を形成する例で、まず、図1
(a)に示されるように、GaAs基板1上にn形また
はp形の導電性GaAs層2をエピタキシャル成長し、
その表面にプラズマCVD法によりSiN膜3aが10
00〜2000Å程度の厚さに設けられている。そし
て、窒素雰囲気中で急速加熱処理によりSiN膜3a内
の水素基を追い出す。この急速加熱処理(RTA)を行
うことが本発明の特徴で、後で詳細に説明をする。つぎ
に、SiN膜3aの上に図示しないレジスト膜を設け、
メサ型にする部分のみに絶縁膜3が残るように、フォト
リソグラフィ工程によりSiN膜3aをパターニングす
る。そして、その絶縁膜3をマスクとして、半導体層2
をたとえばバッファードフッ酸によりエッチングをし、
図1(b)に示されるようなメサ型形状にする。その
後、図1(c)に示されるように、絶縁膜3にショット
キーコンタクト孔を形成し、たとえばTi/Pt/Au
の積層構造からなる電極金属をそれぞれ2000Å、3
000Å、4000Å程度の厚さにリフトオフ法により
成膜し、電極4を形成することにより、ショットキー電
極を有する半導体装置が得られる。
どの余り高温にすることができない半導体層上などに用
いる、フッ酸系エッチャントに耐性のある絶縁膜を得る
ため、鋭意検討を重ねた結果、プラズマCVD法により
成膜するSiN膜は水素基を内部に含有することがフッ
酸系のエッチャントに対して耐性がなくなる理由である
ことを見出し、プラズマCVD法により成膜したSiN
膜の水素基を除去するため、アニール(熱処理)をする
ことにより、耐エッチング性の向上を試みた。
成膜条件を、堆積温度(基板温度)を300℃、投入電
力を100W、原料ガスの流量比をSiH4 :NH3 =
2:5、成膜厚さを1500Åの一定条件とした。そし
て、アニール方法として、通常の抵抗加熱炉によるアニ
ールと、ハロゲンランプなどを用いたランプアニール
(急速加熱)の2種類のアニールを行った。アニール温
度はどちらも1000℃とし、昇温速度は抵抗加熱炉の
場合5℃/秒(平均)でアニール時間を2時間、ランプ
アニールの場合50℃/秒の昇温速度でアニール時間を
4分で、いずれも窒素雰囲気中で行った。
するため、図2に断面説明図が示されるように、窒化ア
ルミニウム、窒化ガリウム、または窒化ホウ素などの1
つまたは2以上の混合物からなる焼結体により形成され
た支持台11を用い、同様の材料により形成されたリン
グ12がウェハ10の側部に、カバー13が上部にそれ
ぞれ設けられたサセプタを用い、ハロゲンランプなどに
より赤外線を照射することにより、サセプタが直ちに昇
温する。そして、窒化アルミニウムなどはその熱伝導率
が非常に高く、また熱容量が小さいため、前述の昇温速
度でウェハ10の温度を上昇させ、接触するウェハ10
(図では分解して図示されているため支持台11とウェ
ハ10とが分離しているように書かれているが、実際に
は接触している)に熱伝導して、薄いウェハも直ちに昇
温する。この窒化アルミニウムなどは、焼結体を用い、
しかもこれらの表面または内部にカーボンなどからなる
赤外線吸収材を設けることにより(黒色にすることによ
り)、より一層熱の吸収効率が向上する。この窒化アル
ミニウムの焼結体などは、前述の熱伝導率が高いこと、
熱容量が小さいこと、などの他に、熱的安定性が非常に
優れているため、1000℃程度の高温にしても、反り
などが生ぜず、サセプタにウェハをしっかりと接触させ
ることができるため、ウェハの全面を非常に均一に加熱
することができる。その結果、このサセプタを用いるこ
とにより、半導体ウェハを直接加熱するよりも急熱急冷
を効率的に行うことが可能で、しかも全体が瞬時に昇温
されるため、スリップの発生を抑えることが可能とな
る。従って、急速加熱を実現しながら半導体ウェハ全体
を均一に急速加熱することができる。
N膜を成膜したウェハに、急速加熱による4分間のアニ
ール処理を行った(設備の都合により2分間の急速加熱
を2回行った)ものA、同様に成膜して従来の抵抗加熱
炉による2時間のアニール処理を行ったものB、プラズ
マCVD法により成膜したのみで、アニール処理を行わ
ないものC、比較サンプルとしての、熱CVD法により
850℃で同じ厚さのSiN膜を成膜したものD、のそ
れぞれについて、フッ酸系エッチャントによるエッチン
グ特性について調べた。エッチャントとしては、63バ
ッファードフッ酸(フッ化アンモニウム20重量%)を
用いた。
グ特性(時間に対するエッチング深さ(膜厚の変化))
をそれぞれ図3に示す。図3から明らかなように、本発
明の急速加熱処理を行ったものAは、15Å/分のエッ
チングスピードで、熱CVD法により成膜したものDの
10Å/分と大差なく、フッ酸系エッチャントに対し
て、充分にマスクまたはエッチングストップ層として使
用できることが分る。一方、プラズマCVDだけのもの
Cでは、260Å/分でエッチングマスクとしては使用
できず、抵抗加熱炉で2時間のアニールを行ったものB
もエッチングスピードは60Å/分と遅くなってはいる
ものの、マスク材料としてはまだ問題がある。すなわ
ち、ただアニールを行えばよいというものではなく、急
速加熱によるアニール処理を行うことにより、プラズマ
CVD法により成膜したSiN膜でも、フッ酸系エッチ
ャントに対して、充分に耐性のあるマスクとして使用で
きることが判明した。
は僅か4分のアニール処理でも充分に耐性が向上するの
に対して、従来の加熱炉によるアニール処理によると2
時間の熱処理を行っても耐性が充分に向上しない理由は
つぎのように考えられる。すなわち、加熱炉によるアニ
ール処理では、昇温スピードが遅く、まずSiN膜の表
面の温度が上昇し、ついで順次内部の温度が昇温するた
め、表面の温度が上昇した時点で、表面の水素基が脱離
し、水素基が存在しない緻密な膜が形成され、その後に
内部の温度が上昇して水素基が脱離しても、表面に緻密
な膜があるため表面から出られなくなり、SiN膜の内
部は当初のままの水素基を含有する膜から変質すること
ができない。そのため、表面の非常に薄い膜はフッ酸系
のエッチャントに対して耐性があるものの、その膜がエ
ッチングされてなくなると、エッチングされやすい膜に
なり、耐性が充分に向上しないためと考えられる。図3
において、エッチングの初期はエッチングレートが極端
に小さく、その後急速にエッチングレートが大きくなっ
ているのはこのためと考えられる。
度上昇が早く、表面と内部とが殆ど同時に昇温する。そ
のため、表面に緻密な膜が形成される前に、内部の水素
基が脱離し、水素は外部に放出されて、表面から内部ま
で均一で緻密な膜となり、熱CVD法により成膜したS
iN膜と同程度に耐性の強いSiN膜になるものと考え
られる。
め、GaAsなどのように余り温度を上昇させることが
できない場合でも、高温の時間が非常に短く、半導体材
料が熱分解するなどの問題が生じない。そのため、半導
体層に欠陥を生じることがなく、特性に何らの影響も生
じない。
導体の例であったが、前述のようにアニール処理の時間
が非常に短く、高温による影響が殆ど現れないため、A
l配線などを多層に配線するICなどにおいても、従来
はAl配線をした後の層間絶縁膜には熱CVD法による
絶縁膜を設けることができなかったが、本発明によれ
ば、低温のプラズマCVD法によりSiN膜を設け、急
速加熱処理を施すことにより、熱CVD法により設けた
のと同等の絶縁膜を設けることができる。
において、熱CVD法を用いることができない場合に
も、プラズマCVD法によりSiNを成膜してその後に
急速加熱処理を施すことにより、熱CVD法により形成
したSiN膜と同様に水素濃度が低く、フッ酸系エッチ
ャントに対しても強い絶縁膜を得ることができるため、
非常に高特性の半導体装置を得ることができる。
製造工程を示す図である。
るサセプタの一例の断面説明図である。
iN膜Aと通常の加熱炉による熱処理をしたものBを、
プラズマCVD法により成膜しただけものC、および熱
CVD法により成膜したものDと対比して示した図であ
る。
Claims (3)
- 【請求項1】 半導体層上に絶縁膜を設け、該絶縁膜を
マスクまたはエッチングストップ層としてフッ酸系エッ
チャントによりエッチングをする半導体装置の製造方法
であって、前記絶縁膜を、プラズマCVD法により窒化
シリコン膜を成膜した後、窒素雰囲気中で急速加熱処理
を施すことにより形成することを特徴とする半導体装置
の製造方法。 - 【請求項2】 前記急速加熱処理を、昇温速度が50℃
/秒以上で、1000℃以上に昇温することにより行う
請求項1記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項3】 前記急速加熱処理を、窒化ガリウム、窒
化アルミニウム、および窒化ホウ素のいずれか1つまた
は2以上の混合物からなる支持台上に前記基板を載置し
てランプ照射をすることにより行う請求項1または2記
載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14088299A JP3959203B2 (ja) | 1999-05-21 | 1999-05-21 | 半導体装置の製造方法 |
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JP14088299A JP3959203B2 (ja) | 1999-05-21 | 1999-05-21 | 半導体装置の製造方法 |
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JP2000332013A true JP2000332013A (ja) | 2000-11-30 |
JP3959203B2 JP3959203B2 (ja) | 2007-08-15 |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004193577A (ja) * | 2002-12-12 | 2004-07-08 | Hynix Semiconductor Inc | 半導体素子の製造方法 |
JP2006303403A (ja) * | 2005-04-22 | 2006-11-02 | Hynix Semiconductor Inc | フラッシュメモリ素子の製造方法 |
JP2007531304A (ja) * | 2004-03-31 | 2007-11-01 | 東京エレクトロン株式会社 | チャンバー洗浄工程間の時間を延長する方法 |
-
1999
- 1999-05-21 JP JP14088299A patent/JP3959203B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2004193577A (ja) * | 2002-12-12 | 2004-07-08 | Hynix Semiconductor Inc | 半導体素子の製造方法 |
JP4609980B2 (ja) * | 2002-12-12 | 2011-01-12 | 株式会社ハイニックスセミコンダクター | フラッシュメモリ素子の製造方法 |
JP2007531304A (ja) * | 2004-03-31 | 2007-11-01 | 東京エレクトロン株式会社 | チャンバー洗浄工程間の時間を延長する方法 |
JP2006303403A (ja) * | 2005-04-22 | 2006-11-02 | Hynix Semiconductor Inc | フラッシュメモリ素子の製造方法 |
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