JP2004503082A - 無ドープの酸化ケイ素と窒化珪素との上部にあるドープされた酸化ケイ素のための選択性を有するエッチング剤、そのエッチング剤を使用する方法、及びそれにより形成された構造。 - Google Patents
無ドープの酸化ケイ素と窒化珪素との上部にあるドープされた酸化ケイ素のための選択性を有するエッチング剤、そのエッチング剤を使用する方法、及びそれにより形成された構造。 Download PDFInfo
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Abstract
ｘは２乃至５の整数、ｙは１乃至４の整数で、ｘ＋ｙは６である、Ｃ２ＨｘＦｙからなるエッチング剤は無ドープ二酸化珪素や窒化珪素よりもドープされた二酸化珪素を選択的にエッチングする。従って、Ｃ２ＨｘＦｙからなるエッチング剤を使用したドライエッチング法において、無ドープ二酸化珪素や窒化珪素がエッチング停止材として使用され得る。Ｃ２ＨｘＦｙは基本エッチング剤として、或いは他のエッチング剤や混合エッチング剤の添加物として使用され得る。本発明のエッチング剤や本発明の方法に基いてパターニングされた構造を含む半導体デバイス（１０）も開示した。具体的には、本発明は、殆ど垂直な側壁（３４）有するドープされた酸化珪素構造（２４）と、側壁（３４）に近接して露出した無ドープ二酸化珪素や窒化珪素の構造体とを含む半導体デバイス（１０）からなる。
Description
【０００１】
技術分野
本発明は、窒化珪素或いは無ドープの酸化ケイ素の上部にある、ドープされた酸化ケイ素を選択的にエッチングする方法に関する。特に本発明の方法は、Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙの一般式を有するエタンガスの使用を含む混合エッチング剤を含む。ここで、ｘは２乃至５の整数、ｙは１乃至４の整数であって、ｘ＋ｙは６である。本発明は又、Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙの一般式を有する成分を含む混合エッチング剤にも関する。ここで、ｘは２乃至５の整数、ｙは１乃至４の整数であって、ｘ＋ｙは６である。
【０００２】
背景技術
半導体デバイスの多層構造の形成は、限定はされないが、燐珪酸ガラス（ＰＳＧ ）、硼珪酸ガラス（ＢＳＧ ）および硼燐珪酸ガラス（ＢＰＳＧ）を含む、ドープされた酸化ケイ素層のパターニングを含むのが一般的である。そのような材料は半導体デバイス上のパッシベーション層として使用されるのが一般的である。エッチング手法は多くのタイプの半導体デバイス構造を、パッシベーション層を介して接続するための開口を形成する等のパターニングをするために一般的に使用される。エッチング停止層は、パッシベーション層やエッチング基板の所望のパターニングが発生したときにエッチング工程を終了すべく、半導体基板中に形成される導電ドーピング接触領域の上部等の下部構造に形成されるのが一般的である。窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ ４）は二酸化珪素のパターニングの際のエッチング停止材として一般的に使用される。
【０００３】
従来はエッチングの前に、ドープされた酸化ケイ素層等のパッシベーション層からエッチング法によって構造を形成するための、テンプレート或いは保護マスクとして機能すべく、フォトレジスト等の保護層が成膜、現像される。ドープされた酸化ケイ素層等のパッシベーション層から半導体デバイス構造を形成するために、そのような保護マスクによるウェットエッチングやドライエッチングの手法が使用される。
【０００４】
ウェットエッチング法の一例が、ダビドＡ ．カセイ（Ｄａｖｉｄ Ａ．Ｃａｔｈｅｙ）等に付与された、米国特許第５，３００，４６３号（以下、４６３特許と称する）に開示されている。４６３特許のウェットエッチング法は、エッチング剤として弗酸（ＨＦ）を使用し、無ドープ二酸化珪素よりもドープされた二酸化珪素への選択性がある。この手法の選択性や特定性に拘らず、この方法はウェットエッチング法に特有の多くの問題点を有するので好ましくない点がある。特に、この４６３特許は等方エッチング方法を開示している。従って、この方法によって形成される構造は、保護マスクを介して露出されるエッチング基板の目標面積のディメンジョンとは異なる、多様なディメンジョンを有し得る。さらに、当業者は理解し得るが、ウェットエッチング法は等方的なので、エッチングされる膜厚が所望の最小のパターンディメンジョンとほぼ同等になると、等方エッチングによって典型的に発生するアンダーカットが許容限度を越える。同様に、半導体デバイスの活性面上で形成される構造のサイズが減少し続けているので、そのような微細構造の配置を維持し、そのような構造の電気特性を最適化するためには、エッチングは非常に正確で、かつ、非常に精密な許容誤差が維持されねばならない。半導体デバイス上に構造を形成するために使用される従来の多くのウェットエッチング法ではそのような精密さは得られない。従って、正確性に欠けて等方性である典型的なウェットエッチング法は、最先端の半導体デバイス上に構造が形成され、信頼性の高い保護マスクによって形状が再現性良く形成される、ためのエッチング法の目標とはなり得ない。
【０００５】
反対に、限定はされないが、グロー放電スパッタリング、イオンミリング、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ ）、反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）、及び、高密度プラズマエッチング等の多くのドライエッチング法は異方性エッチングが可能である。即ち、エッチング基板の目標領域は、エッチング基板の露出した活性の表面に殆ど垂直な方向でエッチングされる。従って、このようなドライエッチング法は、エッチング基板から殆ど垂直な側壁構造を形成し得る。従って、このようなドライエッチング法は保護マスクの形状を精密に再現し得る。半導体デバイスの構造のサイズが減少し続けるので、半導体デバイスの活性面上の構造を形成するためには、ドライエッチングが好ましい場合が多い。
【０００６】
しかしながら、二酸化珪素層をドライエッチングすべくプラズマを使用する多くの手法には、匹敵するウェットエッチング法の特定性に欠ける。ＣＦ４ やＣＨＦ３等のフルオロカーボンは二酸化珪素層のプラズマドライエッチングにおいて一般的に使用される。これらのフルオロカーボンで一般的に使用される無線周波数（ＲＦ）プラズマは、弗化物イオンや弗素のフリーラジカル等の活性種を生成し、二酸化珪素をアタックしてエッチングを行う。これらの活性弗素ラジカルや弗化物イオンはシリコンや窒化珪素等の他の材料もアタックする。従って、プラズマを使用する多くのドライエッチング法は、所望の層のエッチングに加えて、半導体デバイスのエッチング停止層や、露出している或いはエッチング工程で露出した他の構造もエッチングしてしまう。
【０００７】
ドライエッチング法で使用されるエッチング停止材料はエッチングすべき基板の下部にあるのが一般的で、エッチングすべき基板よりも低速でエッチングされる。ドライエッチング剤が外部のエッチングすべき基板よりも遅い速度でエッチング停止層をエッチングするので、エッチング停止層は、エッチング停止層自体は消耗しても、その下部をドライエッチング工程から保護する構造としての役割を果たす。
【０００８】
多くの半導体デバイスのゲート構造は窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）キャップを含むので、パッシベーション層を介した接触部をエッチングするためには、二酸化珪素（ＳｉＯ２）と窒化珪素との間の選択性が要望される。しかしながら、いわゆる二酸化珪素選択性プラズマドライエッチング法の多くはＳｉＯ２とＳｉ３Ｎ４との選択比を有するが、ＳｉＯ２のエッチング速度とＳｉ３Ｎ４のエッチング速度との比は３：１以下である。１９９４年２月１５日にガイ・ブラロック（Ｇｕｙ Ｂｌａｌｏｃｋ）等に付与された米国特許第５，２８６，３４４号（以下、３４４特許と称する）は、窒化珪素に対する二酸化珪素の選択性が多くの他の従来の二酸化珪素ドライエッチング法よりも優れたドライエッチング法を開示している。特に、ＣＦ４ やＣＨＦ３等の基本エッチング剤への添加剤として使用されるＣＨ２Ｆ２は窒化珪素に対する二酸化珪素の選択性を向上させた混合エッチング剤を提供する。窒化珪素と二酸化珪素との両方をエッチングするために必要な高エネルギイオンは、酸化物や窒化物の各表面で化学結合を解離する。しかしながら、窒化珪素をエッチングするために必要な解離エネルギは二酸化珪素のエッチングに必要なエネルギよりも小さい。ドライエッチング剤中へＣＨ２Ｆ２を使用することにより窒化珪素表面に高分子を成膜し、それにより、ＣＨ２Ｆ２等の添加物の無い従来のドライエッチング剤に比べて、二酸化珪素の解離特性と比較して窒化珪素の解離特性を大幅に相殺する。その結果、３４４特許のエッチング剤は、３０：１以上の選択性で、窒化珪素のエッチング停止材に対して二酸化珪素を大きくエッチングする。しかしながら、他の従来の二酸化珪素ドライエッチング法と同様に、３４４特許において有用なエッチング停止材として開示されている唯一の材料は窒化珪素である。従って、３４４特許に開示されているドライエッチング法の有用性は、窒化珪素にキャップされたゲート上の接続部等の、窒化珪素誘電体層を有する半導体デバイス構造を形成することに限定される。更に、３４４特許に開示されているドライエッチング剤組成の各々の相対流速は、所望の選択性レベルを達成するためには、狭い範囲に限定される。同様に、多くの他の従来のドライエッチング法においても、非常に特定されたドライエッチング剤組成の使用が必要である。従って、多くの従来のドライエッチングシステムの工程の許容幅は狭い。
【０００９】
窒化珪素はエッチング停止材として広く使用されているが、窒化珪素エッチング停止材は、低圧化学蒸着製膜（ＬＰＣＶＤ）法による半導体デバイス活性表面上への窒化珪素の成膜においては半導体デバイスの裏面にも厚い窒化珪素層を形成してしまう、という点で多少好ましくない。そのような厚い窒化物層は後で除去しなければならず、製造の際に半導体デバイスを損傷する可能性と同時に、製造時間とコストを増大させる。
【００１０】
更に、プラズマを使用する従来のドライエッチング工程の際に生成される弗素ラジカルや弗化物イオンは、ドープされた二酸化珪素と無ドープ二酸化珪素とを非選択的にプラズマアタック或いはエッチングする。つまり、このような二酸化珪素ドライエッチング法はドープされた二酸化珪素と無ドープ二酸化珪素とを区別し得ない。従って、従来のドライエッチング法を使用した場合、最先端の半導体デバイスにおいて窒化珪素の代替材料の使用は限定される。
【００１１】
従って、本発明者は、窒化珪素と無ドープ二酸化珪素との両方がエッチング停止材として作用する、或いはエッチング停止材が不必要な、ドープされた二酸化珪素選択性のドライエッチング法の必要性と同時に、無ドープ二酸化珪素と窒化珪素との両方に対して二酸化珪素を特定するエッチング剤の必要性を認識した。広範囲のドープされた二酸化珪素エッチングにこのような混合液を容易に使用し得るべく、混合エッチング剤の各化合物の相対濃度が変化し得る混合エッチング剤も必要である。
【００１２】
発明の開示
本発明は、前述の必要性に対処し、従来のドライエッチング法によって明らかになった問題点を克服する、ドライエッチング法およびエッチング剤からなる。 本発明のエッチング剤はＣ ２Ｈ ｘＦ ｙを含む。ここで、ｘは２乃至５の整数、ｙは１乃至４の整数であって、ｘ＋ｙは６である。特に、本発明のＣ ２Ｈ ｘＦ ｙの化合物は、Ｃ ２Ｈ ２Ｆ ４、Ｃ ２Ｈ ３Ｆ ３、Ｃ ２Ｈ ４Ｆ ２、およびＣ ２Ｈ ５Ｆ のうちからなる。Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙの化合物は基本エッチング剤として、或いは混合エッチング剤の一化合物として使用される。基本エッチング剤として使用される場合は、Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙはドープされた二酸化珪素を、多くの従来の二酸化珪素ドライエッチング法のエッチング速度に比べて遅い速度でエッチングするが、無ドープ二酸化珪素に対してドープされた二酸化珪素を選択エッチングする。
【００１３】
他の二酸化珪素エッチング剤への添加剤として使用される場合は、Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙは混合エッチング剤に、無ドープ二酸化珪素に対してドープされた二酸化珪素への選択性を付与し、かつ、多くの従来のドープされた二酸化珪素ドライエッチング法と匹敵する速度で、ドープされた二酸化珪素をエッチングする。混合エッチング剤中に使用されるＣ ２Ｈ ｘＦ ｙの量は、使用されるＣ ２Ｈ ｘＦ ｙの種類、無ドープ二酸化珪素に対するドープされた二酸化珪素の選択性の必要なレベル（即ち選択比）、窒化珪素に対するドープされた二酸化珪素の選択性の所望レベル、必要なエッチング速度、および他の因子によって変化し得る。
【００１４】
本発明のドライエッチング法は本発明のエッチング剤（即ちＣ ２Ｈ ｘＦ ｙを含むエッチング剤）を使用し、無ドープ二酸化珪素と窒化珪素との両方に対して、ドープされた二酸化珪素の選択性がある。従って、本発明のドライエッチング法は、ドープされた二酸化珪素を、無ドープ二酸化珪素や窒化珪素からなる下部のエッチング停止層まで下方向に異方性エッチングするために効果的に使用され得る。
【００１５】
本発明のドライエッチング法において、本発明のエッチング剤を使用して作製された構造は本発明の範囲内である。
本発明の他の特徴や利点は、下記の記載、付図、および請求項を考慮することにより、当業者に明らかになるであろう。
【００１６】
発明を実施するための最良の形態
本発明は、無ドープ二酸化珪素と窒化珪素との両方に対して、ドープされた二酸化珪素の選択性があるエッチング剤を含む。当業者は承知のように、“ドープされた”二酸化珪素は硼素や燐等のドーパントを含むのが一般的である。一方、無ドープ二酸化珪素にはドーパントや他の不純物は含まれていない。ドープされた二酸化珪素の例は、燐珪酸ガラス（ＰＳＧ ）、硼珪酸ガラス（ＢＳＧ ）および硼燐珪酸ガラス（ＢＰＳＧ）を含むが、これらに限定されない。本発明は本発明のエッチング剤を使用したドライエッチング法も含む。
【００１７】
本発明のドープされた二酸化珪素のエッチング剤は、簡単のためにエッチング剤と称するが、簡単のためにＣ ２Ｈ ｘＦ ｙ化合物あるいはＣ ２Ｈ ｘＦ ｙと称する、一般式Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙのエタン化合物からなり、ｘは２乃至５の整数、ｙは１乃至４の整数であって、ｘ＋ｙは６である。特に、本発明のＣ ２Ｈ ｘＦ ｙ化合物はＣ ２Ｈ ２Ｆ ４、Ｃ ２Ｈ ３Ｆ ３、Ｃ ２Ｈ ４Ｆ ２、およびＣ ２Ｈ ５Ｆ のうちからなるのが望ましい。ドープされた二酸化珪素のエッチング剤は多様なタイプのＣ ２Ｈ ｘＦ ｙの組合せでもよい。
【００１８】
ドープされた二酸化珪素のエッチング剤のＣ ２Ｈ ｘＦ ｙ化合物はＲＦによって活性化されるので、水素イオンおよび活性化水素種は弗素含有イオン及び活性化弗素含有種（例えばＦ・やＣＦ・）と反応して、無ドープ二酸化珪素あるいは窒化珪素からなるエッチング停止層のエッチングが行われる前に、活性化弗素含有種をウェハ表面から除去する。Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙ添加物の水素含有量はエッチング剤を、無ドープ二酸化珪素に対して、ドープされた二酸化珪素への特定性を有するエッチング剤にする。
【００１９】
本発明のドープされた二酸化珪素へのエッチング剤の第１の実施例において、Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙは基本的エッチング剤である。Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙが基本的エッチング剤として使用される場合、Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙは無ドープ二酸化珪素に対して、ドープされた二酸化珪素への選択性がある。つまり、Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙは、無ドープ二酸化珪素よりもドープされた二酸化珪素を高速でエッチングする。基本的エッチング剤として、Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙは、多くの従来の二酸化珪素のドライエッチング剤のエッチング速度よりも比較的遅い速度でエッチングする。従って、エッチング速度を速める添加物がＣ ２Ｈ ｘＦ ｙとの組合せで使用され得る。そのような添加物は、ＣＦ４、ＣＨＦ ３、および従来の二酸化珪素のドライエッチング法で使用される他のハロゲン化カーボン材料を含むが、それには限定されない。
【００２０】
同様に、窒化珪素に対する二酸化珪素のエッチング剤の選択性を増大させる（即ち、窒化珪素のエッチング速度を減速させる）添加物も基本的エッチング剤としてのＣ ２Ｈ ｘＦ ｙを含むエッチング剤への添加物として使用され得る。本願明細書に援用されている３３４特許の開示は、この方法でＣ ２Ｈ ｘＦ ｙの選択性を増大させる添加物の例を開示している。３３４特許の添加物は、フルオロカーボンであり、ＣＨ２Ｆ ２やＣＨ３Ｆ 水素原子の数は弗素原子の数と同様かそれ以上である。
【００２１】
他の添加物も、このようなエッチング剤の、無ドープ二酸化珪素に対するドープされた二酸化珪素のためのエッチング剤の選択性や、他のタイプのドープされた二酸化珪素に対する或るタイプのドープされた二酸化珪素の選択性を増大させる等の他の特性を変化させるために、基本的エッチング剤としてＣ ２Ｈ ｘＦ ｙを含む二酸化珪素のエッチング剤で使用され得る。
【００２２】
本発明のドープされた二酸化珪素のためのエッチング剤の他の実施例において、Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙは１つ以上の基本的エッチング剤への添加物として使用される。Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙは、ＣＦ４、ＣＨＦ３および、窒化珪素をエッチングするより速い速度で二酸化珪素をエッチングする（即ち、窒化珪素に対する二酸化珪素の選択性のある）他のフルオロカーボン等の、フルオロカーボンの基本的エッチング剤からなるエッチング剤への添加剤として使用され得る。３４４特許によると、ＣＦ４とＣＨＦ３とはＣ ２Ｈ ｘＦ ｙ が添加剤として使用され得る基本的エッチング剤の例である。
【００２３】
ＣＦ４やＣＨＦ３等の二酸化珪素のためのエッチング剤への添加剤としてＣ ２Ｈ ｘＦ ｙが使用される場合、Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙは二酸化珪素のためのエッチング剤に、無ドープ二酸化珪素に対するドープされた二酸化珪素の選択性を付与し、かつ、ドープされた二酸化珪素を正常な速度でエッチングする。混合エッチング剤中に使用されるＣ ２Ｈ ｘＦ ｙの、他のエッチング剤やキャリアガスに対する相対量は、混合エッチング剤の特性に適応させ、かつ、所望のエッチング結果を達成すべく変化され得る。混合液中のＣ ２Ｈ ｘＦ ｙの濃度を変化させることによって変化し得る混合エッチング剤の多様な特性は、無ドープ二酸化珪素に対するドープされた二酸化珪素の選択性、窒化珪素に対するドープされた二酸化珪素の選択性、および、ドープされた二酸化珪素のエッチング速度を含むが、それには限定されない。
【００２４】
無ドープ二酸化珪素と窒化珪素とに対するドープされた二酸化珪素の選択性を有するドライエッチング剤の例は、添加Ｃ２Ｈ２Ｆ４が約４０％（即ち、Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙ化合物）、基本的エッチング剤ＣＨＦ３が約３０％、基本的エッチング剤の窒化珪素に対するドープされた二酸化珪素の選択性を向上させる添加物であるＣＨ２Ｆ２ が約３０％である。このパーセンテージは各ガスのエッチングされる材料への相対流量に基く。
【００２５】
また、Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙ化合物の量は大きく変化し得る。ｘは２乃至５の整数、ｙは１乃至４の整数であって、ｘ＋ｙは６である、一般式Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙの添加物の任意の量からなるエッチング剤は、本発明の範囲である。エッチング剤の例は、Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙ添加物あるいはＣ ２Ｈ ｘＦ ｙ添加物の任意の組合せが、５％、１０％、２０％、６５％、９０％である。
【００２６】
同様に、二酸化珪素のドライエッチング混合ガスへの添加剤としてＣ ２Ｈ ｘＦ ｙを使用し得ることも予見され得る。例えば、Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙは、基本的エッチング剤としてＣＦ４或いは／及びＣＨＦ３、及びアルゴンや窒素等のキャリアガスとからなるエッチング剤と一緒に使用され得る。また、Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙを含むドライエッチング剤は、エッチング速度、選択度、選択性のタイプ等のドライエッチング剤多様な特性を変化させる他の１つ以上の添加物を含み得る。例えば３４４特許で開示されているように、添加物としてＣＨ２Ｆ２ を使用すると、窒化珪素に対する二酸化珪素のドライエッチング剤の選択性を向上させる。一般式Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙの添加物の組合せも又、ドープされた二酸化珪素のエッチング剤中の化合物として使用され得る。
【００２７】
本発明のドライエッチング法の好ましい実施例は、本発明のエッチング剤（即ち、Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙを含むエッチング剤）を使用しており、無ドープ二酸化珪素と窒化珪素とに対するドープされた二酸化珪素の選択性を有する。そのドライエッチング法は、エッチング停止部を形成する無ドープ二酸化珪素あるいは窒化珪素の構造あるいは層まで、ドープされた二酸化珪素層を下方にエッチングするためのエッチング剤を使用することを含む。
【００２８】
図１から４までは、本発明のエッチング剤を使用する本発明のエッチング法を示す。図１は半導体デバイスの構造である多層構造１０の例を示す。その構造の少なくとも一部は本発明の方法に基いて作製され得る。多層構造１０は、半導体基板１２（例えば、シリコンウェハ、絶縁体上のシリコン（ＳＯＩ）、サファイア上のシリコン（ＳＯＳ）、ガラス上のシリコン（ＳＯＧ）等）、半導体基板の活性表面１３上に配置された酸化物層１４、および能動デバイス領域１６からなる。ここでは、導電性ドーピングされた半導体材料（例えば、シリコン）からなる、接続部と称される拡散領域１７が能動デバイス領域１６中に形成され、能動表面１３と連続する。金属や多結晶シリコン等の導電材料で形成される導電線路１８は能動デバイス領域１６中の能動表面１３上に配置され、ゲート酸化物１９によって能動デバイス領域１６から電気絶縁されて、側方向の近傍の拡散領域１７に位置する。導電線路１８の各側に位置する側壁２０、および、導電線路１８を覆う位置にある中間構造層あるいは絶縁キャップ２２は導電線路１８を電気絶縁する。側壁２０とキャップ２２とは窒化珪素や無ドープ二酸化珪素によって作製されてもよい。多層構造１０は前述の各部品を覆うパッシベーション層２４も備える。パッシベーション層２４はドープされた二酸化珪素（例えばＢＰＳＧ，ＰＳＧ， 或いはＢＳＧ ）から形成される。
【００２９】
図２はパッシベーション層２４を介して構造を形成する前の多層構造１０のマスクを示す。パッシベーション層２４を覆う、保護層と称されるマスク２６はパターニングされる。マスク２６はフォトレジストや他の光描画可能な材料で形成される。マスク２６として有用なポジティブフォトレジストの例は、ノボラク樹脂、ジアゾナフタキノン、および、ｎ−ブチルアセテートやキシレン等の溶剤を含む。マスク２６として有用なネガティブフォトレジストの例は、環化合成ゴム樹脂、ビスアリラジド、および芳香族溶剤である。このようなマスク２６は、スピンコーティングやフォトマスク法やパターニング手法等の当業者が周知の手法で、多層構造１０上に塗布や被覆されパターニングされる。
【００３０】
また、マスク２６は、エッチングされないか或いは下部にあるパッシベーション層２４よりもエッチング速度が相当遅い高分子等の、静電気的に帯電して固化が可能な液体材料のアエロジルスプレーパターニングでもよい。そのような静電気的に帯電して固化が可能な液体材料のスプレーパターニング法の例は、１９９７年１２月９日にジェームス ジェー アルワン（Ｊａｍｅｓ Ｊ．Ａｌｗａｎ）に付与された米国特許５，６９５，６５８（以下、６５８特許という）に記載されている。参照のためにその全体を本願明細書に援用する。６５８特許によると、フォトレジスト材料（ポジティブやネガティブ）や非光描画材料がマスクとして使用され得る。マスク２６の使用において、他の非光描画材料及びそれらの塗布やパターニング法も本特許の方法の範囲内である。マスク２６のパターニングは、開口或いは接触開口とも呼ばれる開口部２８を形成する。それにより、エッチング工程で、マスクの下部にあるパッシベーション層２４に所定の構造が形成される。マスク２６は、本発明のエッチング剤に耐性がある材料からなる（即ち、エッチング剤はマスク２６をエッチングしないか、マスクのエッチング速度がエッチングされる基板のエッチング速度よりも遅い）。したがって、マスク２６の下部にあるパッシベーション層２４の領域はエッチング工程の際にエッチング剤から保護される。
【００３１】
図３にエッチングが示されている。キャリアガス有無に拘らず、エッチングチャンバ（不図示）内に導入された活性化されたエッチング剤３０は、マスク２６の開口部２８を介して露出されたパッシベーション層２４の領域をアタックする。本発明のエッチング剤で、高密度プラズマエッチング、反応イオンエッチング（ＲＩＥ），磁気イオンエッチング（ＭＩＥ）、磁気強化反応イオンエッチング（ＭＥＲＩＥ）、プラズマエッチング（ＰＥ）、ポイントプラズマエッチング、プラズマ強化反応イオンエッチング（ＰＥＲＩＥ）、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）等の、当業者に周知のドライエッチング法を使用してもよいし、それらは本発明における方法の範囲内である。しかしこれらの方法に限定はされない。活性化されると、本発明のＣ２ＨｘＦｙを含むエッチング剤からなるエッチング剤３０は、パッシベーション層２４を介して接触開口部３２や開口を、中間構造層２２が露出されるまで、殆ど垂直にエッチングする。無ドープ二酸化珪素か窒化珪素で作製された中間構造層２２はエッチング停止層の役割をする。従ってエッチング剤３０は、パッシベーション層２４のエッチング速度よりも遅い速度で中間構造層２２をエッチングする。パッシベーション層２４の露出された領域がエッチングされた後、マスク２６は、洗浄やエッチング（ウェットやドライ）法等の当業者に周知の方法で除去される。
【００３２】
図４は、本発明のエッチング法によって、パッシベーション層２４を介して形成された接触開口部３２や開口を図示する。接触開口部３２は、半導体基板１２の活性面に殆ど垂直な、即ち、半導体基板１２の面に殆ど垂直に配向した側壁３４からなる。多層構造１０の接触開口部３２は、各導電線路１８の上部にある中間構造層２２少なくとも一部分を露出する。中間構造層２２は各導電線路１８を覆うキャップ３６を形成する。従ってキャップ３６は、無ドープ二酸化珪素か窒化珪素で形成され得る。
【００３３】
中間構造層２２は次に、拡散層１７を露出するために、多層構造１０のマスキングや、好ましくは拡散層１７の材料を覆う中間構造層２２の材料を選択的にエッチングするウェットやドライのエッチング剤による中間構造層２２のパターニング等の周知の方法で拡散層１７の上部から除去される。多層構造１０の更なる工程は当業者に周知の方法（例えば、拡散層１７と接触する導電構造を形成する）で行われる。
【００３４】
本発明のエッチング液剤や方法の使用例を図５〜８に図示する。図５は、本発明の方法が使用され得る多層構造１０’の例である。半導体デバイス構造と称される多層構造１０’は、半導体基板１２’、半導体基板１２’の活性表面１３’上に形成される酸化物層１４’および、酸化物層１４’近傍の活性デバイス領域１６’を含む。ここでは接触部とも称される導電性ドーピング拡散領域１７’は、活性表面１３’近傍の半導体基板１２’の活性デバイス領域１６’に形成される。当業者に周知の、多結晶シリコンや他の導電材料からなる導電線路１８’は、活性表面１３’上の活性デバイス領域１６’の上にあり、ゲート酸化物１９’によって離されて、近傍の拡散領域１７’の側面に位置する。導電線路１８’は、各導電線路１８’の上部を覆うキャップ２２’と同時に、側壁の近傍に位置する側壁スペーサ２０’によって絶縁される。側壁スペーサ２０’とキャップ２２’とは無ドープ二酸化珪素か窒化珪素で作製される。多層構造１０’は、拡散領域１７’、導電線路１８’、側壁スペーサ２０’およびキャップ２２’を覆う、ドープされた二酸化珪素（例えば、ＢＰＳＧ，ＰＳＧ，ＢＳＧ）で形成されたパッシベーション層２４’も含む。
【００３５】
図６に、パッシベーション層２４’の上に形成されたマスク２６’即ち保護層を含む多層構造１０’を図示する。マスク２６’は，図２に図示されたマスク２６の作製で開示されたのと同様の方法で形成される。マスク２６’は、開口や接触開口とも称される、開口部２８’を含む。それにより、エッチング工程の際に、下部層のパッシベーション層２４’に所定の構造が形成される。マスク２６’は，本発明のエッチング剤に耐性のある材料からなる（即ち、エッチング剤はマスク２６’をエッチングしないか、或いは、エッチングされるパッシベーション層２４’のエッチング速度よりも遅い速度でエッチングする）。マスク２６’の下部にあるパッシベーション層２４’の領域はエッチング工程の際にエッチング剤から保護される。
【００３６】
マスク２６’を介したパッシベーション層２４’の材料の除去を図７に示す。キャリアガスの有無に拘らず、エッチングチャンバ中に導入されたエッチング剤３０は、マスク２６’の開口部２８’を介して露出されているパッシベーション層２４’の領域をアタックする。図３に示されたようなエッチング剤３０を使用した上述したような周知のドライエッチング法が、本発明の方法において発明されたエッチング剤を用いて使用され得る。図８に示すように、本発明のＣ２ＨｘＦｙを含むエッチング剤からなるエッチング剤３０は、拡散領域１７’が露出されるまで、パッシベーション層２４’を介して開口３２’を殆ど垂直にエッチングする。パッシベーション層２４’が開口２８’を介して拡散領域１７’までエッチングされると、二酸化珪素や窒化珪素で形成された側壁スペーサは殆どエッチングされず、或いはパッシベーション層２４’がエッチングされるよりも遅い速度でエッチングされて、接触開口３２’内で露出される。パッシベーション層２４’の露出された領域がエッチングされた後、マスク２６’は、洗浄やエッチング等の当業者に周知の方法で除去される。エッチング剤は、導電ドープ二酸化珪素や拡散領域１７’の他の材料に対して選択的に、ドープされた二酸化珪素をエッチングすることが望ましい。
【００３７】
多層構造１０’の、当業者に周知の更なる工程が行われてもよい（例えば、拡散領域１７’と接触する導電構造を形成する）。前述の多くの明細は、本発明の範囲を限定するものではなく、単に好ましい実施例を説明するために提供した。同様に、本発明の他の実施例も本発明の精神や範囲から逸脱せずに改変されてもよい。従って、本発明の範囲は、前記の説明ではなく、付記の請求項とその法的等価によってのみ示され、限定される。ここで開示された、本請求項の意味や範囲内の、本発明に対するすべての付加、削除、および変形は本発明の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法の実施例およびその方法によって形成された構造例を図示した概略断面図。
【図２】本発明の方法の実施例およびその方法によって形成された構造例を図示した概略断面図。
【図３】本発明の方法の実施例およびその方法によって形成された構造例を図示した概略断面図。
【図４】本発明の方法の実施例およびその方法によって形成された構造例を図示した概略断面図。
【図５】他の半導体デバイス構造に本発明の方法を使用し、それにより得られた構造例を図示した概略断面図。
【図６】他の半導体デバイス構造に本発明の方法を使用し、それにより得られた構造例を図示した概略断面図。
【図７】他の半導体デバイス構造に本発明の方法を使用し、それにより得られた構造例を図示した概略断面図。
【図８】他の半導体デバイス構造に本発明の方法を使用し、それにより得られた構造例を図示した概略断面図。
技術分野
本発明は、窒化珪素或いは無ドープの酸化ケイ素の上部にある、ドープされた酸化ケイ素を選択的にエッチングする方法に関する。特に本発明の方法は、Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙの一般式を有するエタンガスの使用を含む混合エッチング剤を含む。ここで、ｘは２乃至５の整数、ｙは１乃至４の整数であって、ｘ＋ｙは６である。本発明は又、Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙの一般式を有する成分を含む混合エッチング剤にも関する。ここで、ｘは２乃至５の整数、ｙは１乃至４の整数であって、ｘ＋ｙは６である。
【０００２】
背景技術
半導体デバイスの多層構造の形成は、限定はされないが、燐珪酸ガラス（ＰＳＧ ）、硼珪酸ガラス（ＢＳＧ ）および硼燐珪酸ガラス（ＢＰＳＧ）を含む、ドープされた酸化ケイ素層のパターニングを含むのが一般的である。そのような材料は半導体デバイス上のパッシベーション層として使用されるのが一般的である。エッチング手法は多くのタイプの半導体デバイス構造を、パッシベーション層を介して接続するための開口を形成する等のパターニングをするために一般的に使用される。エッチング停止層は、パッシベーション層やエッチング基板の所望のパターニングが発生したときにエッチング工程を終了すべく、半導体基板中に形成される導電ドーピング接触領域の上部等の下部構造に形成されるのが一般的である。窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ ４）は二酸化珪素のパターニングの際のエッチング停止材として一般的に使用される。
【０００３】
従来はエッチングの前に、ドープされた酸化ケイ素層等のパッシベーション層からエッチング法によって構造を形成するための、テンプレート或いは保護マスクとして機能すべく、フォトレジスト等の保護層が成膜、現像される。ドープされた酸化ケイ素層等のパッシベーション層から半導体デバイス構造を形成するために、そのような保護マスクによるウェットエッチングやドライエッチングの手法が使用される。
【０００４】
ウェットエッチング法の一例が、ダビドＡ ．カセイ（Ｄａｖｉｄ Ａ．Ｃａｔｈｅｙ）等に付与された、米国特許第５，３００，４６３号（以下、４６３特許と称する）に開示されている。４６３特許のウェットエッチング法は、エッチング剤として弗酸（ＨＦ）を使用し、無ドープ二酸化珪素よりもドープされた二酸化珪素への選択性がある。この手法の選択性や特定性に拘らず、この方法はウェットエッチング法に特有の多くの問題点を有するので好ましくない点がある。特に、この４６３特許は等方エッチング方法を開示している。従って、この方法によって形成される構造は、保護マスクを介して露出されるエッチング基板の目標面積のディメンジョンとは異なる、多様なディメンジョンを有し得る。さらに、当業者は理解し得るが、ウェットエッチング法は等方的なので、エッチングされる膜厚が所望の最小のパターンディメンジョンとほぼ同等になると、等方エッチングによって典型的に発生するアンダーカットが許容限度を越える。同様に、半導体デバイスの活性面上で形成される構造のサイズが減少し続けているので、そのような微細構造の配置を維持し、そのような構造の電気特性を最適化するためには、エッチングは非常に正確で、かつ、非常に精密な許容誤差が維持されねばならない。半導体デバイス上に構造を形成するために使用される従来の多くのウェットエッチング法ではそのような精密さは得られない。従って、正確性に欠けて等方性である典型的なウェットエッチング法は、最先端の半導体デバイス上に構造が形成され、信頼性の高い保護マスクによって形状が再現性良く形成される、ためのエッチング法の目標とはなり得ない。
【０００５】
反対に、限定はされないが、グロー放電スパッタリング、イオンミリング、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ ）、反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）、及び、高密度プラズマエッチング等の多くのドライエッチング法は異方性エッチングが可能である。即ち、エッチング基板の目標領域は、エッチング基板の露出した活性の表面に殆ど垂直な方向でエッチングされる。従って、このようなドライエッチング法は、エッチング基板から殆ど垂直な側壁構造を形成し得る。従って、このようなドライエッチング法は保護マスクの形状を精密に再現し得る。半導体デバイスの構造のサイズが減少し続けるので、半導体デバイスの活性面上の構造を形成するためには、ドライエッチングが好ましい場合が多い。
【０００６】
しかしながら、二酸化珪素層をドライエッチングすべくプラズマを使用する多くの手法には、匹敵するウェットエッチング法の特定性に欠ける。ＣＦ４ やＣＨＦ３等のフルオロカーボンは二酸化珪素層のプラズマドライエッチングにおいて一般的に使用される。これらのフルオロカーボンで一般的に使用される無線周波数（ＲＦ）プラズマは、弗化物イオンや弗素のフリーラジカル等の活性種を生成し、二酸化珪素をアタックしてエッチングを行う。これらの活性弗素ラジカルや弗化物イオンはシリコンや窒化珪素等の他の材料もアタックする。従って、プラズマを使用する多くのドライエッチング法は、所望の層のエッチングに加えて、半導体デバイスのエッチング停止層や、露出している或いはエッチング工程で露出した他の構造もエッチングしてしまう。
【０００７】
ドライエッチング法で使用されるエッチング停止材料はエッチングすべき基板の下部にあるのが一般的で、エッチングすべき基板よりも低速でエッチングされる。ドライエッチング剤が外部のエッチングすべき基板よりも遅い速度でエッチング停止層をエッチングするので、エッチング停止層は、エッチング停止層自体は消耗しても、その下部をドライエッチング工程から保護する構造としての役割を果たす。
【０００８】
多くの半導体デバイスのゲート構造は窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）キャップを含むので、パッシベーション層を介した接触部をエッチングするためには、二酸化珪素（ＳｉＯ２）と窒化珪素との間の選択性が要望される。しかしながら、いわゆる二酸化珪素選択性プラズマドライエッチング法の多くはＳｉＯ２とＳｉ３Ｎ４との選択比を有するが、ＳｉＯ２のエッチング速度とＳｉ３Ｎ４のエッチング速度との比は３：１以下である。１９９４年２月１５日にガイ・ブラロック（Ｇｕｙ Ｂｌａｌｏｃｋ）等に付与された米国特許第５，２８６，３４４号（以下、３４４特許と称する）は、窒化珪素に対する二酸化珪素の選択性が多くの他の従来の二酸化珪素ドライエッチング法よりも優れたドライエッチング法を開示している。特に、ＣＦ４ やＣＨＦ３等の基本エッチング剤への添加剤として使用されるＣＨ２Ｆ２は窒化珪素に対する二酸化珪素の選択性を向上させた混合エッチング剤を提供する。窒化珪素と二酸化珪素との両方をエッチングするために必要な高エネルギイオンは、酸化物や窒化物の各表面で化学結合を解離する。しかしながら、窒化珪素をエッチングするために必要な解離エネルギは二酸化珪素のエッチングに必要なエネルギよりも小さい。ドライエッチング剤中へＣＨ２Ｆ２を使用することにより窒化珪素表面に高分子を成膜し、それにより、ＣＨ２Ｆ２等の添加物の無い従来のドライエッチング剤に比べて、二酸化珪素の解離特性と比較して窒化珪素の解離特性を大幅に相殺する。その結果、３４４特許のエッチング剤は、３０：１以上の選択性で、窒化珪素のエッチング停止材に対して二酸化珪素を大きくエッチングする。しかしながら、他の従来の二酸化珪素ドライエッチング法と同様に、３４４特許において有用なエッチング停止材として開示されている唯一の材料は窒化珪素である。従って、３４４特許に開示されているドライエッチング法の有用性は、窒化珪素にキャップされたゲート上の接続部等の、窒化珪素誘電体層を有する半導体デバイス構造を形成することに限定される。更に、３４４特許に開示されているドライエッチング剤組成の各々の相対流速は、所望の選択性レベルを達成するためには、狭い範囲に限定される。同様に、多くの他の従来のドライエッチング法においても、非常に特定されたドライエッチング剤組成の使用が必要である。従って、多くの従来のドライエッチングシステムの工程の許容幅は狭い。
【０００９】
窒化珪素はエッチング停止材として広く使用されているが、窒化珪素エッチング停止材は、低圧化学蒸着製膜（ＬＰＣＶＤ）法による半導体デバイス活性表面上への窒化珪素の成膜においては半導体デバイスの裏面にも厚い窒化珪素層を形成してしまう、という点で多少好ましくない。そのような厚い窒化物層は後で除去しなければならず、製造の際に半導体デバイスを損傷する可能性と同時に、製造時間とコストを増大させる。
【００１０】
更に、プラズマを使用する従来のドライエッチング工程の際に生成される弗素ラジカルや弗化物イオンは、ドープされた二酸化珪素と無ドープ二酸化珪素とを非選択的にプラズマアタック或いはエッチングする。つまり、このような二酸化珪素ドライエッチング法はドープされた二酸化珪素と無ドープ二酸化珪素とを区別し得ない。従って、従来のドライエッチング法を使用した場合、最先端の半導体デバイスにおいて窒化珪素の代替材料の使用は限定される。
【００１１】
従って、本発明者は、窒化珪素と無ドープ二酸化珪素との両方がエッチング停止材として作用する、或いはエッチング停止材が不必要な、ドープされた二酸化珪素選択性のドライエッチング法の必要性と同時に、無ドープ二酸化珪素と窒化珪素との両方に対して二酸化珪素を特定するエッチング剤の必要性を認識した。広範囲のドープされた二酸化珪素エッチングにこのような混合液を容易に使用し得るべく、混合エッチング剤の各化合物の相対濃度が変化し得る混合エッチング剤も必要である。
【００１２】
発明の開示
本発明は、前述の必要性に対処し、従来のドライエッチング法によって明らかになった問題点を克服する、ドライエッチング法およびエッチング剤からなる。 本発明のエッチング剤はＣ ２Ｈ ｘＦ ｙを含む。ここで、ｘは２乃至５の整数、ｙは１乃至４の整数であって、ｘ＋ｙは６である。特に、本発明のＣ ２Ｈ ｘＦ ｙの化合物は、Ｃ ２Ｈ ２Ｆ ４、Ｃ ２Ｈ ３Ｆ ３、Ｃ ２Ｈ ４Ｆ ２、およびＣ ２Ｈ ５Ｆ のうちからなる。Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙの化合物は基本エッチング剤として、或いは混合エッチング剤の一化合物として使用される。基本エッチング剤として使用される場合は、Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙはドープされた二酸化珪素を、多くの従来の二酸化珪素ドライエッチング法のエッチング速度に比べて遅い速度でエッチングするが、無ドープ二酸化珪素に対してドープされた二酸化珪素を選択エッチングする。
【００１３】
他の二酸化珪素エッチング剤への添加剤として使用される場合は、Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙは混合エッチング剤に、無ドープ二酸化珪素に対してドープされた二酸化珪素への選択性を付与し、かつ、多くの従来のドープされた二酸化珪素ドライエッチング法と匹敵する速度で、ドープされた二酸化珪素をエッチングする。混合エッチング剤中に使用されるＣ ２Ｈ ｘＦ ｙの量は、使用されるＣ ２Ｈ ｘＦ ｙの種類、無ドープ二酸化珪素に対するドープされた二酸化珪素の選択性の必要なレベル（即ち選択比）、窒化珪素に対するドープされた二酸化珪素の選択性の所望レベル、必要なエッチング速度、および他の因子によって変化し得る。
【００１４】
本発明のドライエッチング法は本発明のエッチング剤（即ちＣ ２Ｈ ｘＦ ｙを含むエッチング剤）を使用し、無ドープ二酸化珪素と窒化珪素との両方に対して、ドープされた二酸化珪素の選択性がある。従って、本発明のドライエッチング法は、ドープされた二酸化珪素を、無ドープ二酸化珪素や窒化珪素からなる下部のエッチング停止層まで下方向に異方性エッチングするために効果的に使用され得る。
【００１５】
本発明のドライエッチング法において、本発明のエッチング剤を使用して作製された構造は本発明の範囲内である。
本発明の他の特徴や利点は、下記の記載、付図、および請求項を考慮することにより、当業者に明らかになるであろう。
【００１６】
発明を実施するための最良の形態
本発明は、無ドープ二酸化珪素と窒化珪素との両方に対して、ドープされた二酸化珪素の選択性があるエッチング剤を含む。当業者は承知のように、“ドープされた”二酸化珪素は硼素や燐等のドーパントを含むのが一般的である。一方、無ドープ二酸化珪素にはドーパントや他の不純物は含まれていない。ドープされた二酸化珪素の例は、燐珪酸ガラス（ＰＳＧ ）、硼珪酸ガラス（ＢＳＧ ）および硼燐珪酸ガラス（ＢＰＳＧ）を含むが、これらに限定されない。本発明は本発明のエッチング剤を使用したドライエッチング法も含む。
【００１７】
本発明のドープされた二酸化珪素のエッチング剤は、簡単のためにエッチング剤と称するが、簡単のためにＣ ２Ｈ ｘＦ ｙ化合物あるいはＣ ２Ｈ ｘＦ ｙと称する、一般式Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙのエタン化合物からなり、ｘは２乃至５の整数、ｙは１乃至４の整数であって、ｘ＋ｙは６である。特に、本発明のＣ ２Ｈ ｘＦ ｙ化合物はＣ ２Ｈ ２Ｆ ４、Ｃ ２Ｈ ３Ｆ ３、Ｃ ２Ｈ ４Ｆ ２、およびＣ ２Ｈ ５Ｆ のうちからなるのが望ましい。ドープされた二酸化珪素のエッチング剤は多様なタイプのＣ ２Ｈ ｘＦ ｙの組合せでもよい。
【００１８】
ドープされた二酸化珪素のエッチング剤のＣ ２Ｈ ｘＦ ｙ化合物はＲＦによって活性化されるので、水素イオンおよび活性化水素種は弗素含有イオン及び活性化弗素含有種（例えばＦ・やＣＦ・）と反応して、無ドープ二酸化珪素あるいは窒化珪素からなるエッチング停止層のエッチングが行われる前に、活性化弗素含有種をウェハ表面から除去する。Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙ添加物の水素含有量はエッチング剤を、無ドープ二酸化珪素に対して、ドープされた二酸化珪素への特定性を有するエッチング剤にする。
【００１９】
本発明のドープされた二酸化珪素へのエッチング剤の第１の実施例において、Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙは基本的エッチング剤である。Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙが基本的エッチング剤として使用される場合、Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙは無ドープ二酸化珪素に対して、ドープされた二酸化珪素への選択性がある。つまり、Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙは、無ドープ二酸化珪素よりもドープされた二酸化珪素を高速でエッチングする。基本的エッチング剤として、Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙは、多くの従来の二酸化珪素のドライエッチング剤のエッチング速度よりも比較的遅い速度でエッチングする。従って、エッチング速度を速める添加物がＣ ２Ｈ ｘＦ ｙとの組合せで使用され得る。そのような添加物は、ＣＦ４、ＣＨＦ ３、および従来の二酸化珪素のドライエッチング法で使用される他のハロゲン化カーボン材料を含むが、それには限定されない。
【００２０】
同様に、窒化珪素に対する二酸化珪素のエッチング剤の選択性を増大させる（即ち、窒化珪素のエッチング速度を減速させる）添加物も基本的エッチング剤としてのＣ ２Ｈ ｘＦ ｙを含むエッチング剤への添加物として使用され得る。本願明細書に援用されている３３４特許の開示は、この方法でＣ ２Ｈ ｘＦ ｙの選択性を増大させる添加物の例を開示している。３３４特許の添加物は、フルオロカーボンであり、ＣＨ２Ｆ ２やＣＨ３Ｆ 水素原子の数は弗素原子の数と同様かそれ以上である。
【００２１】
他の添加物も、このようなエッチング剤の、無ドープ二酸化珪素に対するドープされた二酸化珪素のためのエッチング剤の選択性や、他のタイプのドープされた二酸化珪素に対する或るタイプのドープされた二酸化珪素の選択性を増大させる等の他の特性を変化させるために、基本的エッチング剤としてＣ ２Ｈ ｘＦ ｙを含む二酸化珪素のエッチング剤で使用され得る。
【００２２】
本発明のドープされた二酸化珪素のためのエッチング剤の他の実施例において、Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙは１つ以上の基本的エッチング剤への添加物として使用される。Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙは、ＣＦ４、ＣＨＦ３および、窒化珪素をエッチングするより速い速度で二酸化珪素をエッチングする（即ち、窒化珪素に対する二酸化珪素の選択性のある）他のフルオロカーボン等の、フルオロカーボンの基本的エッチング剤からなるエッチング剤への添加剤として使用され得る。３４４特許によると、ＣＦ４とＣＨＦ３とはＣ ２Ｈ ｘＦ ｙ が添加剤として使用され得る基本的エッチング剤の例である。
【００２３】
ＣＦ４やＣＨＦ３等の二酸化珪素のためのエッチング剤への添加剤としてＣ ２Ｈ ｘＦ ｙが使用される場合、Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙは二酸化珪素のためのエッチング剤に、無ドープ二酸化珪素に対するドープされた二酸化珪素の選択性を付与し、かつ、ドープされた二酸化珪素を正常な速度でエッチングする。混合エッチング剤中に使用されるＣ ２Ｈ ｘＦ ｙの、他のエッチング剤やキャリアガスに対する相対量は、混合エッチング剤の特性に適応させ、かつ、所望のエッチング結果を達成すべく変化され得る。混合液中のＣ ２Ｈ ｘＦ ｙの濃度を変化させることによって変化し得る混合エッチング剤の多様な特性は、無ドープ二酸化珪素に対するドープされた二酸化珪素の選択性、窒化珪素に対するドープされた二酸化珪素の選択性、および、ドープされた二酸化珪素のエッチング速度を含むが、それには限定されない。
【００２４】
無ドープ二酸化珪素と窒化珪素とに対するドープされた二酸化珪素の選択性を有するドライエッチング剤の例は、添加Ｃ２Ｈ２Ｆ４が約４０％（即ち、Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙ化合物）、基本的エッチング剤ＣＨＦ３が約３０％、基本的エッチング剤の窒化珪素に対するドープされた二酸化珪素の選択性を向上させる添加物であるＣＨ２Ｆ２ が約３０％である。このパーセンテージは各ガスのエッチングされる材料への相対流量に基く。
【００２５】
また、Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙ化合物の量は大きく変化し得る。ｘは２乃至５の整数、ｙは１乃至４の整数であって、ｘ＋ｙは６である、一般式Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙの添加物の任意の量からなるエッチング剤は、本発明の範囲である。エッチング剤の例は、Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙ添加物あるいはＣ ２Ｈ ｘＦ ｙ添加物の任意の組合せが、５％、１０％、２０％、６５％、９０％である。
【００２６】
同様に、二酸化珪素のドライエッチング混合ガスへの添加剤としてＣ ２Ｈ ｘＦ ｙを使用し得ることも予見され得る。例えば、Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙは、基本的エッチング剤としてＣＦ４或いは／及びＣＨＦ３、及びアルゴンや窒素等のキャリアガスとからなるエッチング剤と一緒に使用され得る。また、Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙを含むドライエッチング剤は、エッチング速度、選択度、選択性のタイプ等のドライエッチング剤多様な特性を変化させる他の１つ以上の添加物を含み得る。例えば３４４特許で開示されているように、添加物としてＣＨ２Ｆ２ を使用すると、窒化珪素に対する二酸化珪素のドライエッチング剤の選択性を向上させる。一般式Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙの添加物の組合せも又、ドープされた二酸化珪素のエッチング剤中の化合物として使用され得る。
【００２７】
本発明のドライエッチング法の好ましい実施例は、本発明のエッチング剤（即ち、Ｃ ２Ｈ ｘＦ ｙを含むエッチング剤）を使用しており、無ドープ二酸化珪素と窒化珪素とに対するドープされた二酸化珪素の選択性を有する。そのドライエッチング法は、エッチング停止部を形成する無ドープ二酸化珪素あるいは窒化珪素の構造あるいは層まで、ドープされた二酸化珪素層を下方にエッチングするためのエッチング剤を使用することを含む。
【００２８】
図１から４までは、本発明のエッチング剤を使用する本発明のエッチング法を示す。図１は半導体デバイスの構造である多層構造１０の例を示す。その構造の少なくとも一部は本発明の方法に基いて作製され得る。多層構造１０は、半導体基板１２（例えば、シリコンウェハ、絶縁体上のシリコン（ＳＯＩ）、サファイア上のシリコン（ＳＯＳ）、ガラス上のシリコン（ＳＯＧ）等）、半導体基板の活性表面１３上に配置された酸化物層１４、および能動デバイス領域１６からなる。ここでは、導電性ドーピングされた半導体材料（例えば、シリコン）からなる、接続部と称される拡散領域１７が能動デバイス領域１６中に形成され、能動表面１３と連続する。金属や多結晶シリコン等の導電材料で形成される導電線路１８は能動デバイス領域１６中の能動表面１３上に配置され、ゲート酸化物１９によって能動デバイス領域１６から電気絶縁されて、側方向の近傍の拡散領域１７に位置する。導電線路１８の各側に位置する側壁２０、および、導電線路１８を覆う位置にある中間構造層あるいは絶縁キャップ２２は導電線路１８を電気絶縁する。側壁２０とキャップ２２とは窒化珪素や無ドープ二酸化珪素によって作製されてもよい。多層構造１０は前述の各部品を覆うパッシベーション層２４も備える。パッシベーション層２４はドープされた二酸化珪素（例えばＢＰＳＧ，ＰＳＧ， 或いはＢＳＧ ）から形成される。
【００２９】
図２はパッシベーション層２４を介して構造を形成する前の多層構造１０のマスクを示す。パッシベーション層２４を覆う、保護層と称されるマスク２６はパターニングされる。マスク２６はフォトレジストや他の光描画可能な材料で形成される。マスク２６として有用なポジティブフォトレジストの例は、ノボラク樹脂、ジアゾナフタキノン、および、ｎ−ブチルアセテートやキシレン等の溶剤を含む。マスク２６として有用なネガティブフォトレジストの例は、環化合成ゴム樹脂、ビスアリラジド、および芳香族溶剤である。このようなマスク２６は、スピンコーティングやフォトマスク法やパターニング手法等の当業者が周知の手法で、多層構造１０上に塗布や被覆されパターニングされる。
【００３０】
また、マスク２６は、エッチングされないか或いは下部にあるパッシベーション層２４よりもエッチング速度が相当遅い高分子等の、静電気的に帯電して固化が可能な液体材料のアエロジルスプレーパターニングでもよい。そのような静電気的に帯電して固化が可能な液体材料のスプレーパターニング法の例は、１９９７年１２月９日にジェームス ジェー アルワン（Ｊａｍｅｓ Ｊ．Ａｌｗａｎ）に付与された米国特許５，６９５，６５８（以下、６５８特許という）に記載されている。参照のためにその全体を本願明細書に援用する。６５８特許によると、フォトレジスト材料（ポジティブやネガティブ）や非光描画材料がマスクとして使用され得る。マスク２６の使用において、他の非光描画材料及びそれらの塗布やパターニング法も本特許の方法の範囲内である。マスク２６のパターニングは、開口或いは接触開口とも呼ばれる開口部２８を形成する。それにより、エッチング工程で、マスクの下部にあるパッシベーション層２４に所定の構造が形成される。マスク２６は、本発明のエッチング剤に耐性がある材料からなる（即ち、エッチング剤はマスク２６をエッチングしないか、マスクのエッチング速度がエッチングされる基板のエッチング速度よりも遅い）。したがって、マスク２６の下部にあるパッシベーション層２４の領域はエッチング工程の際にエッチング剤から保護される。
【００３１】
図３にエッチングが示されている。キャリアガス有無に拘らず、エッチングチャンバ（不図示）内に導入された活性化されたエッチング剤３０は、マスク２６の開口部２８を介して露出されたパッシベーション層２４の領域をアタックする。本発明のエッチング剤で、高密度プラズマエッチング、反応イオンエッチング（ＲＩＥ），磁気イオンエッチング（ＭＩＥ）、磁気強化反応イオンエッチング（ＭＥＲＩＥ）、プラズマエッチング（ＰＥ）、ポイントプラズマエッチング、プラズマ強化反応イオンエッチング（ＰＥＲＩＥ）、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）等の、当業者に周知のドライエッチング法を使用してもよいし、それらは本発明における方法の範囲内である。しかしこれらの方法に限定はされない。活性化されると、本発明のＣ２ＨｘＦｙを含むエッチング剤からなるエッチング剤３０は、パッシベーション層２４を介して接触開口部３２や開口を、中間構造層２２が露出されるまで、殆ど垂直にエッチングする。無ドープ二酸化珪素か窒化珪素で作製された中間構造層２２はエッチング停止層の役割をする。従ってエッチング剤３０は、パッシベーション層２４のエッチング速度よりも遅い速度で中間構造層２２をエッチングする。パッシベーション層２４の露出された領域がエッチングされた後、マスク２６は、洗浄やエッチング（ウェットやドライ）法等の当業者に周知の方法で除去される。
【００３２】
図４は、本発明のエッチング法によって、パッシベーション層２４を介して形成された接触開口部３２や開口を図示する。接触開口部３２は、半導体基板１２の活性面に殆ど垂直な、即ち、半導体基板１２の面に殆ど垂直に配向した側壁３４からなる。多層構造１０の接触開口部３２は、各導電線路１８の上部にある中間構造層２２少なくとも一部分を露出する。中間構造層２２は各導電線路１８を覆うキャップ３６を形成する。従ってキャップ３６は、無ドープ二酸化珪素か窒化珪素で形成され得る。
【００３３】
中間構造層２２は次に、拡散層１７を露出するために、多層構造１０のマスキングや、好ましくは拡散層１７の材料を覆う中間構造層２２の材料を選択的にエッチングするウェットやドライのエッチング剤による中間構造層２２のパターニング等の周知の方法で拡散層１７の上部から除去される。多層構造１０の更なる工程は当業者に周知の方法（例えば、拡散層１７と接触する導電構造を形成する）で行われる。
【００３４】
本発明のエッチング液剤や方法の使用例を図５〜８に図示する。図５は、本発明の方法が使用され得る多層構造１０’の例である。半導体デバイス構造と称される多層構造１０’は、半導体基板１２’、半導体基板１２’の活性表面１３’上に形成される酸化物層１４’および、酸化物層１４’近傍の活性デバイス領域１６’を含む。ここでは接触部とも称される導電性ドーピング拡散領域１７’は、活性表面１３’近傍の半導体基板１２’の活性デバイス領域１６’に形成される。当業者に周知の、多結晶シリコンや他の導電材料からなる導電線路１８’は、活性表面１３’上の活性デバイス領域１６’の上にあり、ゲート酸化物１９’によって離されて、近傍の拡散領域１７’の側面に位置する。導電線路１８’は、各導電線路１８’の上部を覆うキャップ２２’と同時に、側壁の近傍に位置する側壁スペーサ２０’によって絶縁される。側壁スペーサ２０’とキャップ２２’とは無ドープ二酸化珪素か窒化珪素で作製される。多層構造１０’は、拡散領域１７’、導電線路１８’、側壁スペーサ２０’およびキャップ２２’を覆う、ドープされた二酸化珪素（例えば、ＢＰＳＧ，ＰＳＧ，ＢＳＧ）で形成されたパッシベーション層２４’も含む。
【００３５】
図６に、パッシベーション層２４’の上に形成されたマスク２６’即ち保護層を含む多層構造１０’を図示する。マスク２６’は，図２に図示されたマスク２６の作製で開示されたのと同様の方法で形成される。マスク２６’は、開口や接触開口とも称される、開口部２８’を含む。それにより、エッチング工程の際に、下部層のパッシベーション層２４’に所定の構造が形成される。マスク２６’は，本発明のエッチング剤に耐性のある材料からなる（即ち、エッチング剤はマスク２６’をエッチングしないか、或いは、エッチングされるパッシベーション層２４’のエッチング速度よりも遅い速度でエッチングする）。マスク２６’の下部にあるパッシベーション層２４’の領域はエッチング工程の際にエッチング剤から保護される。
【００３６】
マスク２６’を介したパッシベーション層２４’の材料の除去を図７に示す。キャリアガスの有無に拘らず、エッチングチャンバ中に導入されたエッチング剤３０は、マスク２６’の開口部２８’を介して露出されているパッシベーション層２４’の領域をアタックする。図３に示されたようなエッチング剤３０を使用した上述したような周知のドライエッチング法が、本発明の方法において発明されたエッチング剤を用いて使用され得る。図８に示すように、本発明のＣ２ＨｘＦｙを含むエッチング剤からなるエッチング剤３０は、拡散領域１７’が露出されるまで、パッシベーション層２４’を介して開口３２’を殆ど垂直にエッチングする。パッシベーション層２４’が開口２８’を介して拡散領域１７’までエッチングされると、二酸化珪素や窒化珪素で形成された側壁スペーサは殆どエッチングされず、或いはパッシベーション層２４’がエッチングされるよりも遅い速度でエッチングされて、接触開口３２’内で露出される。パッシベーション層２４’の露出された領域がエッチングされた後、マスク２６’は、洗浄やエッチング等の当業者に周知の方法で除去される。エッチング剤は、導電ドープ二酸化珪素や拡散領域１７’の他の材料に対して選択的に、ドープされた二酸化珪素をエッチングすることが望ましい。
【００３７】
多層構造１０’の、当業者に周知の更なる工程が行われてもよい（例えば、拡散領域１７’と接触する導電構造を形成する）。前述の多くの明細は、本発明の範囲を限定するものではなく、単に好ましい実施例を説明するために提供した。同様に、本発明の他の実施例も本発明の精神や範囲から逸脱せずに改変されてもよい。従って、本発明の範囲は、前記の説明ではなく、付記の請求項とその法的等価によってのみ示され、限定される。ここで開示された、本請求項の意味や範囲内の、本発明に対するすべての付加、削除、および変形は本発明の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法の実施例およびその方法によって形成された構造例を図示した概略断面図。
【図２】本発明の方法の実施例およびその方法によって形成された構造例を図示した概略断面図。
【図３】本発明の方法の実施例およびその方法によって形成された構造例を図示した概略断面図。
【図４】本発明の方法の実施例およびその方法によって形成された構造例を図示した概略断面図。
【図５】他の半導体デバイス構造に本発明の方法を使用し、それにより得られた構造例を図示した概略断面図。
【図６】他の半導体デバイス構造に本発明の方法を使用し、それにより得られた構造例を図示した概略断面図。
【図７】他の半導体デバイス構造に本発明の方法を使用し、それにより得られた構造例を図示した概略断面図。
【図８】他の半導体デバイス構造に本発明の方法を使用し、それにより得られた構造例を図示した概略断面図。
Claims (19)
- 活性表面を含む半導体基板と、
本半導体基板上の少なくとも１つの無ドープ酸化珪素構造と、
少なくとも１つの無ドープ酸化珪素構造の上部の少なくとも一部分に位置する、前記基板の面に殆ど垂直に配向しかつ、前記少なくとも１つの無ドープ酸化珪素構造で終端する少なくとも１つの側壁を含む少なくとも１つのドープされた酸化珪素構造であって、前記活性表面が前記少なくとも１つの側壁の横近傍に露出されること、を特徴とする半導体デバイス。 - 前記少なくとも１つの側壁は開口の側壁からなる請求項１に記載の半導体デバイス。
- 前記少なくとも１つの側壁は前記少なくとも１つのドープされた酸化珪素構造を介して少なくとも部分的に開口を形成する請求項１に記載の半導体デバイス。
- 前記少なくとも１つのドープされた酸化珪素構造は硼燐珪酸ガラス、燐珪酸ガラス、或いは硼珪酸ガラスからなる請求項１に記載の半導体デバイス。
- 前記少なくとも１つの無ドープ酸化珪素構造は、導電線路上の絶縁キャップからなる請求項１に記載の半導体デバイス。
- 前記少なくとも１つの無ドープ酸化珪素構造は、前記導電線路に近接した側壁スペーサからなる請求項５に記載の半導体デバイス。
- 前記側壁スペーサの少なくとも一部分は、前記少なくとも１つの側壁によって形成された前記少なくとも１つのドープされた酸化珪素構造の開口を介して露出された請求項６に記載の半導体デバイス。
- ドープされた二酸化珪素の上部にマスク材料を配置する工程と、
前記ドープされた二酸化珪素の前記露出した選択された領域にマスク材料をパターニングする工程と、
Ｃ２ＨｘＦｙからなるエッチング剤で前記露出した選択された領域をドライエッチングする工程であって、ｘは２乃至５の整数、ｙは１乃至４の整数で、ｘ＋ｙは６であり、前記エッチング剤は無ドープ二酸化珪素や窒化珪素よりもドープされた二酸化珪素を選択的にエッチングする、ドープされた二酸化珪素をパターニングする方法。 - 前記マスク材料の配置は光描画材料を配置することからなる請求項８に記載の方法。
- 前記パターニングはフォトリソグラフィーからなる請求項９に記載の方法。
- 前記マスク材料の配置は非光描画材料を配置することからなる請求項８に記載の方法。
- ドープされた二酸化珪素の下部にエッチング停止部を形成し、前記露出した選択された領域を前記エッチング停止部までエッチングする請求項８に記載の方法。
- 前記エッチング停止部は無ドープ二酸化珪素からなる請求項１２に記載の方法。
- 前記エッチング停止部は窒化珪素からなる請求項１２に記載の方法。
- ドライエッチングは、反応性イオンエッチング，プラズマエッチング、高密度プラズマエッチング、ポイントプラズマエッチング、磁気イオンエッチング、磁気強化反応性イオンエッチング、プラズマ強化反応性イオンエッチング、及び電子サイクロトロン共鳴のうちの方法を使用して達成される請求項８に記載の方法。
- 前記ドライエッチングは反応イオンエッチングからなる請求項８に記載の方法。
- 前記ドライエッチングは高プラズマエッチングからなる請求項８に記載の方法。
- ドープされた二酸化珪素構造および近接する無ドープ二酸化珪素構造の少なくとも一部をＣ２ＨｘＦｙからなるエッチング剤に露出し、ｘは３乃至５の整数、ｙは１乃至３の整数で、ｘ＋ｙは６であることと、
前記近接する無ドープ二酸化珪素構造を殆どエッチングせずに前記ドープされた二酸化珪素層を前記エッチング剤でエッチングする、ドープされた二酸化珪素構造を選択エッチングする方法。 - 一般式Ｃ２ＨｘＦｙを有する化合物であって、ｘは３乃至５の整数、ｙは１乃至３の整数で、ｘ＋ｙは６である、無ドープ二酸化珪素や窒化珪素よりもドープされた二酸化珪素を選択的にエッチングするドライエッチング剤。
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