JP2022002252A - リンドープシリコン膜を除去する方法、及びシステム - Google Patents
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Abstract
Description
また、半導体製造工程では、不要な膜の除去や、膜の形状の加工においてエッチング処理が行われる。エッチング処理は、ウエハにエッチングガスを供給するドライエッチングや、ウエハをエッチング液に浸漬してエッチングするウェットエッチングがあり、エッチング対象の膜にエッチングガスや、エッチング液を接触させて、化学反応によりエッチング対象の膜を除去する。
特許文献1には、非ドープトシリコン層の上面にドープトシリコン層を成膜したウエハにおいて、SF6及びフッ化炭素ガスを含むプロセス組成を用いてドープトシリコン層及び非ドープトシリコン層をエッチングする技術が記載されている。
前記リンドープシリコン膜と、前記リンがドープされていない非ドープシリコン膜と、を含み、少なくとも前記リンドープシリコン膜が表面に露出する基板について、前記リンドープシリコン膜を酸化してシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記シリコン酸化膜と前記非ドープシリコン膜とのうち、前記シリコン酸化膜を選択的にエッチングして除去する工程と、を有する。
そこで図1に示すウエハWを、まずエッチング装置に搬送し、図2に示すように例えばPドープシリコン膜101の膜厚が10〜100nmの範囲内の例えば15nmになるように、エッチングを行う。なお図2では、エッチング後のPドープシリコン膜101の厚さを誇張して記載している。
以上に説明したように、図2に示す構造を備えたウエハWに対し、酸化処理を行うことで、酸化しやすいPドープシリコン膜101の全層がシリコン酸化膜102になる(図4)。一方で非ドープシリコン膜100は、Pドープシリコン膜101の下層側に形成されているため、O2が直接供給されないことと、Pドープシリコン膜101と比較して酸化されにくいこととが相俟って、非ドープシリコン膜100のまま残される。
以上に説明した手法により、図1に示したウエハWにおけるPドープシリコン膜101を除去して、その下層側の非ドープシリコン膜100がエッチングされることを抑制しながら、当該非ドープシリコン膜100を露出させることができる。
またPドープシリコン膜101は、アモルファスのシリコン膜にPをドープした膜であってもよい。またモノシリコン、あるいはポリシリコンにPをドープした膜であってもよい。いずれの膜であっても本開示に係る技術により非ドープシリコン膜100を残しつつ、Pドープシリコン膜101を除去することができる。
また、シリコン酸化膜102をエッチングする装置903は、例えばエッチング液であるDHFが貯留された液槽にウエハWを浸漬してシリコン酸化膜102をエッチングするウェットエッチング装置を用いることができる。
図7に示すように、縦型熱処理炉9は、石英ガラス製の処理容器である反応管11の内部に、多数のウエハWを積載する棚状のウエハボート12が下方側から気密に収納される。反応管11の内部には、ガスインジェクタ13が反応管11の長さ方向に亘って配置される。ガスインジェクタ13は、例えばガス供給路23を介してO2ガスの供給源231に接続される。図7中の符号V23はバルブ、M23は流量調節部である。
またシリコン酸化膜102を形成する装置は、例えばウエハWに水蒸気を供給しながら加熱して、Pドープシリコン膜101を酸化する装置であってもよい。
本開示に係る膜除去方法の効果を検証するため以下の予備実験を行った。アモルファスのシリコン膜を成膜(膜厚1μm以上)したウエハWをサンプル1とした。またリンをドープしたアモルファスシリコン膜(膜中のPの濃度が8.0×1020原子/cm3 、膜厚1μm以上)を成膜したウエハWをサンプル2とした。また膜中のPの濃度を1.5×1020原子/cm3としたことを除いてサンプル2と同様に成膜した例をサンプル3とした。
サンプル1〜3の各々について、図7に示した縦型熱処理炉9にてO2ガスを供給しながら800℃の温度で加熱して酸化処理を実施し、酸化時間[分]に対する形成されたシリコン酸化膜102の膜厚を測定した。各サンプルのアモルファスシリコンは、上記酸化処理を行うための昇温の過程で各々結晶化してポリシリコンになっている。
具体的には、サンプル1では、およそ5.5nmの膜厚(非ドープシリコン膜100の膜厚の減少量が2.5〜3nm)のシリコン酸化膜102が形成される期間中(酸化時間35分)に、サンプル2にて、30nmの膜厚(Pドープシリコン膜101の膜厚の減少量が15nm)のシリコン酸化膜102が形成されていた。従ってPドープシリコン膜101は、非ドープシリコン膜100に比べてシリコン酸化膜102の形成速度が速く、酸化されやすい特性を有すると評価できる。
またサンプル2とサンプル3とを比較するとサンプル2の方がシリコン酸化膜102の形成速度が速かった。従ってPドープシリコン膜101中のPの濃度を高くすることで、Pドープシリコン膜101をより酸化しやすくすることができる。
ウエハWにO2ガスを供給しながら酸化処理を行った場合と、水蒸気を供給しながら酸化処理を行った場合とにおけるサンプル1、2の酸化速度の比を比べると、ほぼ同等であった。このように、シリコン酸化膜102を形成する装置は、ウエハWに水蒸気を供給しながら加熱するように構成してもよいと言える。
下層側に厚さ15nmの非ドープシリコン膜100を成膜し、上層側に厚さ15nmのPドープシリコン膜101を成膜した例と同様の構成のウエハWについて、図7に示した縦型熱処理炉9を用い、O2ガスを供給しながら800℃の加熱温度下で酸化処理を行った。
以上の実験結果によれば、Pドープシリコン膜101を酸化してシリコン酸化膜102を形成する酸化処理を行っても、非ドープシリコン膜100はほとんど酸化されずに元の状態で残すことができると言える。従って、シリコン酸化膜102に対するエッチングの選択比が高いエッチャントを利用してシリコン酸化膜102を除去することで、非ドープシリコン膜100の除去を抑制しながらPドープシリコン膜101を除去することができると言える。
101 Pドープシリコン膜
102 シリコン酸化膜
W ウエハ
Claims (10)
- リンがドープされたリンドープシリコン膜を除去する方法であって、
前記リンドープシリコン膜と、前記リンがドープされていない非ドープシリコン膜と、を含み、少なくとも前記リンドープシリコン膜が表面に露出する基板について、前記リンドープシリコン膜を酸化してシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記シリコン酸化膜と前記非ドープシリコン膜とのうち、前記シリコン酸化膜を選択的にエッチングして除去する工程と、を有する、方法。 - 前記基板には、前記非ドープシリコン膜の上方に、前記リンドープシリコン膜が積層されている、請求項1に記載の方法。
- 前記シリコン酸化膜を形成する工程は、前記基板に酸素あるいは、水蒸気を供給して加熱することにより実施される、請求項1または2に記載の方法。
- 前記シリコン酸化膜を形成する工程の前に、膜厚が10nm〜100nmの範囲内になるように前記リンドープシリコン膜をエッチングする工程を含む、請求項1ないし3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記リンドープシリコン膜は、膜中のリンの濃度が1.5×1020原子/cm3以上である、請求項1ないし4のいずれか一項に記載の方法。
- リンがドープされたリンドープシリコン膜を除去するシステムであって、
前記リンドープシリコン膜と、前記リンがドープされていない非ドープシリコン膜と、を含み、少なくとも前記リンドープシリコン膜が表面に露出する基板について、前記リンドープシリコン膜を酸化してシリコン酸化膜を形成する第1装置と、
前記シリコン酸化膜をエッチングする第2装置と、
前記基板を搬送する搬送機構と、
制御部と、を有し、
前記制御部は、前記第1装置にて、前記リンドープシリコン膜を酸化してシリコン酸化膜を形成するステップと、前記搬送機構により、前記シリコン酸化膜が形成された基板を、前記第2装置に搬送するステップと、前記第2装置にて、前記シリコン酸化膜と前記非ドープシリコンとのうち、前記シリコン酸化膜を選択的にエッチングして除去するステップと、を実行する制御を行うように構成される、システム。 - 前記非ドープシリコン膜の上方に、前記リンドープシリコン膜が積層された前記基板から、前記リンドープシリコン膜を除去する、請求項6に記載のシステム。
- 前記第1装置は、前記基板に酸素あるいは、水蒸気を供給して加熱することにより、前記シリコン酸化膜を形成する、請求項6または7に記載のシステム。
- 前記システムは、前記第1装置にて前記基板を酸化する前に、前記リンドープシリコン膜をエッチングする第3装置を含み、
前記制御部は、前記第3装置により、前記酸化が行われる前のリンドープシリコン膜の膜厚が10nm〜100nmの範囲内の値となるようにエッチングを行うステップと、前記搬送機構により、前記リンドープシリコン膜のエッチングがされた基板を、前記第1装置に搬送するステップと、を実行する制御を行うように構成される、請求項6ないし8のいずれか一項に記載のシステム。 - 膜中のリンの濃度が1.5×1020原子/cm3以上である前記リンドープシリコン膜が形成された基板から、前記リンドープシリコン膜を除去する、請求項6ないし9のいずれか一項に記載のシステム。
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