JP2597606B2 - シリコン窒化膜のドライエッチング方法 - Google Patents
シリコン窒化膜のドライエッチング方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は、半導体素子製造プロセスで用いられるド
ライエッチング技術に係わり、特にシリコン窒化膜を酸
化膜に対して高選択比でエッチングするドライエッチン
グ方法に関する。
ライエッチング技術に係わり、特にシリコン窒化膜を酸
化膜に対して高選択比でエッチングするドライエッチン
グ方法に関する。
（従来の技術） 従来、半導体素子製造プロセス中において、シリコン
酸化膜に対しシリコン窒化膜を選択的にエッチングする
場合にはCF4＋O2あるいはCE4＋O2＋N2等フレオンガスを
含む混合ガスを用いたケミカルドライエッチング（以下
CDEと呼ぶ）が主に用いられている。
酸化膜に対しシリコン窒化膜を選択的にエッチングする
場合にはCF4＋O2あるいはCE4＋O2＋N2等フレオンガスを
含む混合ガスを用いたケミカルドライエッチング（以下
CDEと呼ぶ）が主に用いられている。
このCDEにおいてシリコンやシリコン窒化膜はエッチ
ングされ易く、シリコン酸化膜と比べて相対的にエッチ
ングされ難い。
ングされ易く、シリコン酸化膜と比べて相対的にエッチ
ングされ難い。
このため例えば、シリコン基板上に形成されたシリコ
ン窒化膜をエッチングする場合、前記シリコン基板とシ
リコン窒化膜の間にシリコン酸化膜を形成してストッパ
ーとする等、前記シリコン酸化膜をシリコンの保護膜と
することが行なわれる。
ン窒化膜をエッチングする場合、前記シリコン基板とシ
リコン窒化膜の間にシリコン酸化膜を形成してストッパ
ーとする等、前記シリコン酸化膜をシリコンの保護膜と
することが行なわれる。
ここで、従来のフレオンガスを含むガスによるCDEで
は、シリコン酸化膜に対するシリコン窒化膜のエッチン
グ速度比、すなわち、選択比はたかだか10程度である。
また、CDEにおいてエッチング種としてウェハ等の被エ
ッチング物に作用するエッチングガスの活性種は、厳密
に言えば前記被エッチング物に対して全く均一には分布
しておらず、ウェハの配置場所等によって活性種の分布
は異なる。
は、シリコン酸化膜に対するシリコン窒化膜のエッチン
グ速度比、すなわち、選択比はたかだか10程度である。
また、CDEにおいてエッチング種としてウェハ等の被エ
ッチング物に作用するエッチングガスの活性種は、厳密
に言えば前記被エッチング物に対して全く均一には分布
しておらず、ウェハの配置場所等によって活性種の分布
は異なる。
これらのことから、前記シリコン酸化膜等保護膜の膜
厚はシリコン酸化膜とシリコン窒化膜の選択比、或いは
ウェハ内、ウェハ間（複数以上の処理枚数の場合）のエ
ッチング速度により決定される。
厚はシリコン酸化膜とシリコン窒化膜の選択比、或いは
ウェハ内、ウェハ間（複数以上の処理枚数の場合）のエ
ッチング速度により決定される。
例えば、溝の形成されたシリコン基板表面及び前記溝
表面にシリコン酸化膜が形成され、前記溝の開口部周辺
にシリコン窒化膜が形成された材料をエッチングする場
合には、前記溝のコーナー部ではストレスのために酸化
膜のエッチング速度が部分的に早くなり、その部分で特
に下地のシリコンが露出し、エッチングされてしまうと
いう問題が生じるのでシリコン基板表面のシリコン酸化
膜の膜厚はより厚くしなければならない。このように、
下地のシリコンをエッチングすることなくシリコン窒化
膜をエッチング除去するためには、前記シリコン酸化膜
等の保護膜の膜厚を厚くしなければならないが、これは
素子の微細化を行なうにあたって不利であることは明ら
かである。
表面にシリコン酸化膜が形成され、前記溝の開口部周辺
にシリコン窒化膜が形成された材料をエッチングする場
合には、前記溝のコーナー部ではストレスのために酸化
膜のエッチング速度が部分的に早くなり、その部分で特
に下地のシリコンが露出し、エッチングされてしまうと
いう問題が生じるのでシリコン基板表面のシリコン酸化
膜の膜厚はより厚くしなければならない。このように、
下地のシリコンをエッチングすることなくシリコン窒化
膜をエッチング除去するためには、前記シリコン酸化膜
等の保護膜の膜厚を厚くしなければならないが、これは
素子の微細化を行なうにあたって不利であることは明ら
かである。
従って、前記したように前記保護膜を厚い膜厚にする
ことなく、シリコン窒化膜を前記保護膜に対して高選択
比でエッチングできる技術が求められていた。
ことなく、シリコン窒化膜を前記保護膜に対して高選択
比でエッチングできる技術が求められていた。
これに対し、NF3＋Cl2等弗素（Ｆ）元素を含むガスと
Ｆ以外の元素を含むガスの混合ガスを用いたCDEでは選
択比が著しく大きくなることが本発明の発明者らによっ
て見出されている（特願昭61−126398号）。
Ｆ以外の元素を含むガスの混合ガスを用いたCDEでは選
択比が著しく大きくなることが本発明の発明者らによっ
て見出されている（特願昭61−126398号）。
しかし、実際の半導体素子製造プロセスでは、CVD等
で形成されたSi3N4膜をそのままエッチングするのでは
なく、酸化等の高温工程を経てからエッチングすること
が多い。例えばLOCOSと呼ばれる素子分離法において
は、シリコン窒化膜でマスクしたシリコン等の基板の素
子形成領域の周辺に8000Å程度の厚さの熱酸化膜を形成
した後、窒化膜を剥離する。このようなプロセスでは、
酸化工程の間に前記シリコン窒化膜の表面もわずかに酸
化され、オキシナイトライド層が形成される。この場合
選択比の小さい従来のCDEであれば、ごく薄いオキシナ
イトライド層が存在しても時間さえかければエッチング
は可能であった。しかし、前記本発明者らが提案した高
選択比CDEでは、高選択比である故にオキシナイトライ
ド層が少しでも存在しているとエッチングの進行が全く
低下してしまうという問題が生じた。
で形成されたSi3N4膜をそのままエッチングするのでは
なく、酸化等の高温工程を経てからエッチングすること
が多い。例えばLOCOSと呼ばれる素子分離法において
は、シリコン窒化膜でマスクしたシリコン等の基板の素
子形成領域の周辺に8000Å程度の厚さの熱酸化膜を形成
した後、窒化膜を剥離する。このようなプロセスでは、
酸化工程の間に前記シリコン窒化膜の表面もわずかに酸
化され、オキシナイトライド層が形成される。この場合
選択比の小さい従来のCDEであれば、ごく薄いオキシナ
イトライド層が存在しても時間さえかければエッチング
は可能であった。しかし、前記本発明者らが提案した高
選択比CDEでは、高選択比である故にオキシナイトライ
ド層が少しでも存在しているとエッチングの進行が全く
低下してしまうという問題が生じた。
このため、窒化膜エッチングの前にあらかじめオキシ
ナイトライド層を除去しなければならない。従来、この
ような目的には弗化アンモンによる湿式エッチングが用
いられてきた。しかし、湿式エッチングでは水洗・乾燥
が不適切であり微細なパターンの中に汚染を残すこと等
があり、今後のサブミクロンデバイスで湿式エッチング
を適用することは困難であると考えられる。
ナイトライド層を除去しなければならない。従来、この
ような目的には弗化アンモンによる湿式エッチングが用
いられてきた。しかし、湿式エッチングでは水洗・乾燥
が不適切であり微細なパターンの中に汚染を残すこと等
があり、今後のサブミクロンデバイスで湿式エッチング
を適用することは困難であると考えられる。
（発明が解決しようとする問題点） このように、従来の選択比の低いCDEでは、サブミク
ロンデバイスの微細加工に適用することが困難であっ
た。また、本発明者らが提案した高選択比のCDEでは窒
化膜表面が酸化していると、これがバリヤとなり全くエ
ッチングできなくなる為、前記した湿式の前処理が不可
欠であり、やはり微細加工には不利であった。
ロンデバイスの微細加工に適用することが困難であっ
た。また、本発明者らが提案した高選択比のCDEでは窒
化膜表面が酸化していると、これがバリヤとなり全くエ
ッチングできなくなる為、前記した湿式の前処理が不可
欠であり、やはり微細加工には不利であった。
本発明は、高温工程を経て、表面が酸化されたシリコ
ン窒化膜でもドライプロセスにより酸化膜に対して高い
選択比でエッチングするドライエッチング方法を提供す
ることを目的とするものである。
ン窒化膜でもドライプロセスにより酸化膜に対して高い
選択比でエッチングするドライエッチング方法を提供す
ることを目的とするものである。
（問題点を解決するための手段） この発明の骨子は、まずＦ元素を含むガスをマイクロ
波放電等で励起し、そこで生成した活性なＦ原子を表面
にシリコン窒化膜とシリコン酸化膜が形成された被処理
基本に供給して前記シリコン窒化膜表面に形成されたオ
キシナイトライド層を除去し、その後Ｆ元素以外のハロ
ゲンガスをＦを含むガスと混合して励起するか、あるい
は生ガスのまま活性なＦ原子と同時に前記被処理基体に
供給し、高選択比のエッチングを行うことにある。ま
た、前記オキシナイトライド層が除去されるとエッチン
グは急速に進むようになるから、このような点を検出
し、エッチング条件を切換えることにより、低選択比エ
ッチングを必要最低限に抑えるようにする方法を提供す
る。すなわち、オキシナイトライド層のエッチング除去
工程からシリコン窒化膜のエッチング工程への移行が最
適に行なわれるようにする方法を提供する。
波放電等で励起し、そこで生成した活性なＦ原子を表面
にシリコン窒化膜とシリコン酸化膜が形成された被処理
基本に供給して前記シリコン窒化膜表面に形成されたオ
キシナイトライド層を除去し、その後Ｆ元素以外のハロ
ゲンガスをＦを含むガスと混合して励起するか、あるい
は生ガスのまま活性なＦ原子と同時に前記被処理基体に
供給し、高選択比のエッチングを行うことにある。ま
た、前記オキシナイトライド層が除去されるとエッチン
グは急速に進むようになるから、このような点を検出
し、エッチング条件を切換えることにより、低選択比エ
ッチングを必要最低限に抑えるようにする方法を提供す
る。すなわち、オキシナイトライド層のエッチング除去
工程からシリコン窒化膜のエッチング工程への移行が最
適に行なわれるようにする方法を提供する。
（作用） シリコン窒化膜表面のオキシナイトライド層を除去す
るための第１の工程では、Ｆ原子をエッチャントとして
CDEを行う。使用するガスの種類や圧力等にもよるが、
この場合窒化膜の酸化膜に対する選択比はほぼ10以下で
ある。一方、オキシナイトライド層の厚さは、それが形
成された高温工程で同時に形成されるシリコン酸化膜の
厚さの５％以下であるから、第１の工程中の酸化膜の目
減りはここでは問題としなくてもよい。しかし、酸化膜
の目減りは最低にする条件とすることが望ましい。窒化
膜の膜厚変化は被処理基体表面での反射光をモニターす
ることにより、干渉スペクトルの変化として知ることが
できる。オキシナイトライド層のエッチングは遅く膜厚
の変化は小さいがオキシナイトライド層が完全に除去さ
れると、エッチング速度は数倍になり膜厚変化が急速に
大きくなる。この時点を第１の工程の終点とする。
るための第１の工程では、Ｆ原子をエッチャントとして
CDEを行う。使用するガスの種類や圧力等にもよるが、
この場合窒化膜の酸化膜に対する選択比はほぼ10以下で
ある。一方、オキシナイトライド層の厚さは、それが形
成された高温工程で同時に形成されるシリコン酸化膜の
厚さの５％以下であるから、第１の工程中の酸化膜の目
減りはここでは問題としなくてもよい。しかし、酸化膜
の目減りは最低にする条件とすることが望ましい。窒化
膜の膜厚変化は被処理基体表面での反射光をモニターす
ることにより、干渉スペクトルの変化として知ることが
できる。オキシナイトライド層のエッチングは遅く膜厚
の変化は小さいがオキシナイトライド層が完全に除去さ
れると、エッチング速度は数倍になり膜厚変化が急速に
大きくなる。この時点を第１の工程の終点とする。
シリコン窒化膜をシリコン酸化膜に対して選択的エッ
チングを行なうための第２の工程では、Ｆ原子とＦ以外
のハロゲンを同時に用いたCDEを行う。この場合、ガス
の種類，混合比，圧力等によって変わるが、窒化膜のエ
ッチング速度が200Å/minで選択比50以上にすることは
容易であり、十分なオーバーエッチを行なっても周辺や
下地の酸化膜の目減りは全く問題でない。
チングを行なうための第２の工程では、Ｆ原子とＦ以外
のハロゲンを同時に用いたCDEを行う。この場合、ガス
の種類，混合比，圧力等によって変わるが、窒化膜のエ
ッチング速度が200Å/minで選択比50以上にすることは
容易であり、十分なオーバーエッチを行なっても周辺や
下地の酸化膜の目減りは全く問題でない。
（実施例） 以下、本発明の一実施例を説明する。
第１図は、本発明の実施に用いたドライエッチング装
置の一例を示す概略構成図である。図中11は反応室を形
成する第１の真空容器であり、この容器11内には複数枚
の被処理ウェハ12を保持した試料台13が収容されてい
る。ここで、被処理ウェハは後で詳細に説明するが、表
面にシリコン窒化膜をシリコン酸化膜が形成され、前記
シリコン窒化膜表面にはオキシナイトライド膜が形成さ
れている。容器11の上壁にはＦ原子を導入するためのガ
ス導入口14があり、この導入口14はＦ原子を生成する放
電管15に接続されている。放電管15は、マイクロ波電源
16から導波管17を介してマイクロ波が供給されるアプリ
ケータ18にカップリングされている。そしてガス供給口
19から導入されたガス（Ｆ元素を含むガス）は、マイク
ロ波放電により活性なＦ原子を生成し、これが容器11内
に供給されるものとなっている。また、容器11の上壁に
は上記ガス導入系とは別にガス導入口20が設けられてい
る。このガス導入口は、容器11内にＦ以外のハロゲンガ
スとして例えばCl2を導入するためのものである。そし
て容器11はガス排気口21から真空排気されるものとなっ
ている。更に容器11の上壁には、光源と反射光検出部を
含む膜厚モニター機構33が設けられている。
置の一例を示す概略構成図である。図中11は反応室を形
成する第１の真空容器であり、この容器11内には複数枚
の被処理ウェハ12を保持した試料台13が収容されてい
る。ここで、被処理ウェハは後で詳細に説明するが、表
面にシリコン窒化膜をシリコン酸化膜が形成され、前記
シリコン窒化膜表面にはオキシナイトライド膜が形成さ
れている。容器11の上壁にはＦ原子を導入するためのガ
ス導入口14があり、この導入口14はＦ原子を生成する放
電管15に接続されている。放電管15は、マイクロ波電源
16から導波管17を介してマイクロ波が供給されるアプリ
ケータ18にカップリングされている。そしてガス供給口
19から導入されたガス（Ｆ元素を含むガス）は、マイク
ロ波放電により活性なＦ原子を生成し、これが容器11内
に供給されるものとなっている。また、容器11の上壁に
は上記ガス導入系とは別にガス導入口20が設けられてい
る。このガス導入口は、容器11内にＦ以外のハロゲンガ
スとして例えばCl2を導入するためのものである。そし
て容器11はガス排気口21から真空排気されるものとなっ
ている。更に容器11の上壁には、光源と反射光検出部を
含む膜厚モニター機構33が設けられている。
また、容器11の右方部にはゲートバルブ22を介して第
２の真空容器23が連設されている。この容器23にはガス
排気口24が設けられており、容器23内は容器11とは独立
して真空排気される。容器23の右方部には、容器23と外
部を遮断するゲートバルブ25が設けられている。また容
器23内には、被処理ウェハ12′を載置する試料台13を搬
送する搬送機構26が設けられている。そして、この搬送
機構26により、ゲートバルブ22が開いた状態で、試料台
13が容器23から容器11へ搬送されるものとなっている。
２の真空容器23が連設されている。この容器23にはガス
排気口24が設けられており、容器23内は容器11とは独立
して真空排気される。容器23の右方部には、容器23と外
部を遮断するゲートバルブ25が設けられている。また容
器23内には、被処理ウェハ12′を載置する試料台13を搬
送する搬送機構26が設けられている。そして、この搬送
機構26により、ゲートバルブ22が開いた状態で、試料台
13が容器23から容器11へ搬送されるものとなっている。
一方、容器11の左方部にはゲートバルブ27を介して、
第３の真空容器28が連設されている。この容器28にはガ
ス排気口29が設けられており、容器28内は容器11と独立
に真空排気される。容器28の左方部には、該容器28と外
部を遮断するゲートバルブ30が設けられている。また、
容器28内には処理されたウェハを載置する試料台13を搬
送する搬送機構31が設けられ、これによりゲートバルブ
27が開いた状態で前記試料台13が容器11から容器28へ搬
送されるものになっている。
第３の真空容器28が連設されている。この容器28にはガ
ス排気口29が設けられており、容器28内は容器11と独立
に真空排気される。容器28の左方部には、該容器28と外
部を遮断するゲートバルブ30が設けられている。また、
容器28内には処理されたウェハを載置する試料台13を搬
送する搬送機構31が設けられ、これによりゲートバルブ
27が開いた状態で前記試料台13が容器11から容器28へ搬
送されるものになっている。
次に、上記装置を用いた本発明によるドライエッチン
グ方法について説明する。ここではＦ元素を含むガスと
してNF3,F以外のハロゲンガスとしてCl2を用いた場合に
ついて説明する。
グ方法について説明する。ここではＦ元素を含むガスと
してNF3,F以外のハロゲンガスとしてCl2を用いた場合に
ついて説明する。
今、全てのゲートバルブ22,26,27,30は閉じられてお
り、全ての容器11,23,28はそれぞれ真空排気されている
とする。この状態からゲートバルブ25を開き、容器23を
大気開放し、被処理ウェハ12を保持した試料台13を容器
23内にセットする。ゲートバルブ25を閉じ容器23内にを
真空排気したのち、ゲートバルブ22を開き、搬送機構26
により試料台13を容器11内に搬送し、ゲートバルブ22を
閉じる。
り、全ての容器11,23,28はそれぞれ真空排気されている
とする。この状態からゲートバルブ25を開き、容器23を
大気開放し、被処理ウェハ12を保持した試料台13を容器
23内にセットする。ゲートバルブ25を閉じ容器23内にを
真空排気したのち、ゲートバルブ22を開き、搬送機構26
により試料台13を容器11内に搬送し、ゲートバルブ22を
閉じる。
次いで、NF3をガス供給口19から供給し、マイクロ波
放電を行ない、活性なＦ原子を容器11内に輸送する。そ
して、ガス排気口21から一定流量で排気し、容器11内の
圧力を一定にして、被処理ウェハのエッチングを行う。
この時膜厚モニタ機構33により、被処理ウェハ表面の膜
厚変化をモニタし、膜厚変化が急速に速くなった時点で
一旦放電を止め容器11内を真空排気する。このようにし
て、活性なＦ原子を被処理ウェハの収容される容器11内
へ導入し、前記被処理ウェハのシリコン窒化膜表面のオ
キシナイトライト膜を除去する工程を第１の工程とす
る。次に再びNF3ガスを供給口19から供給し、マイクロ
波放電を行うと同時に、ガス導入口20からCl2ガスを容
器11内に導入する。そしてガス排気口21から一定流量で
排気し、容器11内の圧力を一定に保持して被処理ウェハ
のシリコン窒化膜をシリコン酸化膜に対して選択的にエ
ッチングを行う。ここでは、NF3ガスを励起し、Cl2ガス
は別のガス導入口（20）から導入するようにしたが、両
方のガスを混合ガスにして導入するようにしてもよい。
すなわち少なくとも励起されたＦ原子と他のハロゲン元
素を含むガスが被処理ウェハに作用するようにすればよ
い。このように、励起されたＦ原子と他のハロゲン元素
を含むガスにより被処理ウェハのシリコン窒化膜をシリ
コン酸化膜に対して選択的にエッチングする工程を第２
の工程とする。
放電を行ない、活性なＦ原子を容器11内に輸送する。そ
して、ガス排気口21から一定流量で排気し、容器11内の
圧力を一定にして、被処理ウェハのエッチングを行う。
この時膜厚モニタ機構33により、被処理ウェハ表面の膜
厚変化をモニタし、膜厚変化が急速に速くなった時点で
一旦放電を止め容器11内を真空排気する。このようにし
て、活性なＦ原子を被処理ウェハの収容される容器11内
へ導入し、前記被処理ウェハのシリコン窒化膜表面のオ
キシナイトライト膜を除去する工程を第１の工程とす
る。次に再びNF3ガスを供給口19から供給し、マイクロ
波放電を行うと同時に、ガス導入口20からCl2ガスを容
器11内に導入する。そしてガス排気口21から一定流量で
排気し、容器11内の圧力を一定に保持して被処理ウェハ
のシリコン窒化膜をシリコン酸化膜に対して選択的にエ
ッチングを行う。ここでは、NF3ガスを励起し、Cl2ガス
は別のガス導入口（20）から導入するようにしたが、両
方のガスを混合ガスにして導入するようにしてもよい。
すなわち少なくとも励起されたＦ原子と他のハロゲン元
素を含むガスが被処理ウェハに作用するようにすればよ
い。このように、励起されたＦ原子と他のハロゲン元素
を含むガスにより被処理ウェハのシリコン窒化膜をシリ
コン酸化膜に対して選択的にエッチングする工程を第２
の工程とする。
エッチングが終了したら、ガスの導入を停止し容器11
内を真空に排気する。容器11が十分に排気されたらゲー
トバルブ27を開き、搬送機構31により試料台13を容器28
内に搬送する。次いでゲートバルブ27を閉じ、次いでゲ
ートバルブ30を開いて容器28を大気開放し試料台13を外
部に取出す。
内を真空に排気する。容器11が十分に排気されたらゲー
トバルブ27を開き、搬送機構31により試料台13を容器28
内に搬送する。次いでゲートバルブ27を閉じ、次いでゲ
ートバルブ30を開いて容器28を大気開放し試料台13を外
部に取出す。
以上述べたように、まず第１の工程で活性なＦ原子に
よるシリコン窒化膜表面の前処理を行なうことにより、
以下の第２の工程におけるシリコン酸化膜に対するシリ
コン窒化膜の選択性を向上させ、エッチング速度の向上
も図ることができる。
よるシリコン窒化膜表面の前処理を行なうことにより、
以下の第２の工程におけるシリコン酸化膜に対するシリ
コン窒化膜の選択性を向上させ、エッチング速度の向上
も図ることができる。
第３図は、前記第１図に示したドライエッチング装置
で処理されるウェハの一例を示す断面図である。
で処理されるウェハの一例を示す断面図である。
この被処理ウェハは、図に示すようにSi基板41の上に
厚さ1000Åの酸化膜42と、この膜42上に厚さ2500Åのシ
リコン窒化膜43のパターンを形成した後、950℃で熱酸
化し、前記シリコン窒化膜43のパターンの周囲に8500Å
の酸化膜44を形成したものである。ここで、前記シリコ
ン窒化膜43表面には、前記熱酸化の工程によりCDEによ
る選択エッチングを抑制するオキシナイトライド膜（図
示せず）が形成されている。
厚さ1000Åの酸化膜42と、この膜42上に厚さ2500Åのシ
リコン窒化膜43のパターンを形成した後、950℃で熱酸
化し、前記シリコン窒化膜43のパターンの周囲に8500Å
の酸化膜44を形成したものである。ここで、前記シリコ
ン窒化膜43表面には、前記熱酸化の工程によりCDEによ
る選択エッチングを抑制するオキシナイトライド膜（図
示せず）が形成されている。
通常、前記オキシナイトライド膜は高温の処理を行な
うほど膜厚が増加する。従って、エッチングガスの種
類，圧力，あるいはエッチング時間等のエッチング条件
は前記オキシナイトライドの膜厚に応じて最適な条件で
行なうようにする。
うほど膜厚が増加する。従って、エッチングガスの種
類，圧力，あるいはエッチング時間等のエッチング条件
は前記オキシナイトライドの膜厚に応じて最適な条件で
行なうようにする。
また、この実施例では950℃の熱工程を経たウェハを
処理した例を示しているが、必ずしもウェハに熱処理を
加えたものでなくてもよい。表面にシリコン酸化膜とシ
リコン窒化膜が形成され前記シリコン窒化膜表面にシリ
コン酸化膜に対する選択エッチングを抑制するオキシナ
イトライド膜が形成されたウェハであれば本発明に用い
ることができる。
処理した例を示しているが、必ずしもウェハに熱処理を
加えたものでなくてもよい。表面にシリコン酸化膜とシ
リコン窒化膜が形成され前記シリコン窒化膜表面にシリ
コン酸化膜に対する選択エッチングを抑制するオキシナ
イトライド膜が形成されたウェハであれば本発明に用い
ることができる。
第２図は、第３図に示したような構造を持つ被処理ウ
ェハをエッチングした時のオキシナイトライド膜を除去
する第１の工程のエッチング時間の違いによる第２の工
程におけるエッチング深さの時間変化を示した特性図で
ある。この被処理ウェハは、Si基板41の上に厚さ1000Å
の酸化膜42と厚さ2500Åの窒化膜43によるパターンを形
成したあと950℃で熱酸化し、パターンの周囲に8500Å
の酸化膜44を形成したものである。
ェハをエッチングした時のオキシナイトライド膜を除去
する第１の工程のエッチング時間の違いによる第２の工
程におけるエッチング深さの時間変化を示した特性図で
ある。この被処理ウェハは、Si基板41の上に厚さ1000Å
の酸化膜42と厚さ2500Åの窒化膜43によるパターンを形
成したあと950℃で熱酸化し、パターンの周囲に8500Å
の酸化膜44を形成したものである。
第１の工程はNF380SCCM,0.2Torrの条件でエッチング
を行なった。１分間エッチングした場合は、オキシナイ
トライド層の除去が不十分なため、第２の工程で25分間
エッチングしても窒化膜の膜厚変化は100Å以下であっ
た。次いで第１の工程で２分30秒エッチングした場合
は、第２の工程でシリコン窒化膜のエッチングが開始さ
れるまでのデッドタイムは１分以下であり、シリコン窒
化膜はシリコン酸化膜に対して約25分で選択的にエッチ
ングされた。いずれも、第２の工程はNF380SCCM,Cl2,80
SCCM,0.2Torrでエッチングした。
を行なった。１分間エッチングした場合は、オキシナイ
トライド層の除去が不十分なため、第２の工程で25分間
エッチングしても窒化膜の膜厚変化は100Å以下であっ
た。次いで第１の工程で２分30秒エッチングした場合
は、第２の工程でシリコン窒化膜のエッチングが開始さ
れるまでのデッドタイムは１分以下であり、シリコン窒
化膜はシリコン酸化膜に対して約25分で選択的にエッチ
ングされた。いずれも、第２の工程はNF380SCCM,Cl2,80
SCCM,0.2Torrでエッチングした。
また、第４図は本発明のドライエッチング方法に使用
される被処理ウェハの他を例を示す断面図である。
される被処理ウェハの他を例を示す断面図である。
この被処理ウェハは、シリコン基板51に500Åの酸化
膜52と1500Åの窒化膜53をマスクに溝54を形成し、この
後溝内に900Åの熱酸化膜55を形成したものである。
膜52と1500Åの窒化膜53をマスクに溝54を形成し、この
後溝内に900Åの熱酸化膜55を形成したものである。
第４図に示すような構造の被処理ウェハを同様にエッ
チングしたところ、第１の工程で30秒間エッチングした
場合、ほとんどデッドタイムなしに第２の工程のエッチ
ングが開始した。
チングしたところ、第１の工程で30秒間エッチングした
場合、ほとんどデッドタイムなしに第２の工程のエッチ
ングが開始した。
また、前記被処理ウェハのように、シリコン酸化膜が
凹凸面上に形成され、その角部がエッチングガスにさら
されるような場合でも前記角部でのシリコン酸化膜の目
減り等が生じることはなかった。
凹凸面上に形成され、その角部がエッチングガスにさら
されるような場合でも前記角部でのシリコン酸化膜の目
減り等が生じることはなかった。
さらに、シリコン酸化膜以外に保護膜が被処理ウェハ
表面に形成されている場合でも前記保護膜の目減りはな
く、また被処理ウェハの下地のシリコン等の基板へのつ
き抜けが生じることもないので、酸化膜や保護膜を薄く
形成することができ、半導体素子の微細化に有利であ
る。
表面に形成されている場合でも前記保護膜の目減りはな
く、また被処理ウェハの下地のシリコン等の基板へのつ
き抜けが生じることもないので、酸化膜や保護膜を薄く
形成することができ、半導体素子の微細化に有利であ
る。
なお、本発明は上述した実施例に何ら限定されるもの
ではない。例えば、Ｆ元素を含むガスとしてはNF3の代
りにCF4,CF4＋O2,CF4＋O2＋N2,CnF2n＋2,CnF2n＋２＋
O2,C2F2n＋２＋O2＋N2,SF6等を用いた場合でもオキシナ
イトライド膜の除去あるいはシリコン窒化膜の選択エッ
チの際の反応系は同様である。従って前述したガスでも
同様の効果が得られる。
ではない。例えば、Ｆ元素を含むガスとしてはNF3の代
りにCF4,CF4＋O2,CF4＋O2＋N2,CnF2n＋2,CnF2n＋２＋
O2,C2F2n＋２＋O2＋N2,SF6等を用いた場合でもオキシナ
イトライド膜の除去あるいはシリコン窒化膜の選択エッ
チの際の反応系は同様である。従って前述したガスでも
同様の効果が得られる。
Ｆ元素を含むガスは、第１の工程と第２の工程で異っ
たガスを用いても構わない。また、Ｆ以外のハロゲンガ
スとしてはCl2の代りにBr2,I2等でもよく、さらにCCl4,
PCl3,BCl3,CCl2F2,HCl,HBr,CBrF3,CBr2Cl3,HI,ICl等を
用いることも可能である。つまりＦ元素を含むガスに添
加するガスは、Ｆ以外のハロゲンガス、もしくは少なく
ともＦ以外のハロゲン元素を含むガスであればよい。さ
らに、上記のＦ以外のハロゲンガスもしくは少なくとも
Ｆ以外のハロゲン元素を含むガスは、前記容器内に直接
導入する代りにＦ元素を含むガスと共に放電した後導入
してもよい。
たガスを用いても構わない。また、Ｆ以外のハロゲンガ
スとしてはCl2の代りにBr2,I2等でもよく、さらにCCl4,
PCl3,BCl3,CCl2F2,HCl,HBr,CBrF3,CBr2Cl3,HI,ICl等を
用いることも可能である。つまりＦ元素を含むガスに添
加するガスは、Ｆ以外のハロゲンガス、もしくは少なく
ともＦ以外のハロゲン元素を含むガスであればよい。さ
らに、上記のＦ以外のハロゲンガスもしくは少なくとも
Ｆ以外のハロゲン元素を含むガスは、前記容器内に直接
導入する代りにＦ元素を含むガスと共に放電した後導入
してもよい。
また、第１の工程終了後直ちに第２の工程を行うので
なく、多数枚まとめて第１の工程を行ない一旦被処理ウ
ェハを大気中にとり出してから改めて第２の工程を行な
ってもよい。
なく、多数枚まとめて第１の工程を行ない一旦被処理ウ
ェハを大気中にとり出してから改めて第２の工程を行な
ってもよい。
また、本発明に用いるドライエッチング装置は前記第
１図に示す構造のものに限定されるものではなく、仕様
に応じて適宜変更可能である。
１図に示す構造のものに限定されるものではなく、仕様
に応じて適宜変更可能である。
以上詳述したように、本発明によればＦ原子をエッチ
ャントとしたCDEによる第１の工程と、Ｆ元素を含むガ
スとＦ以外のハロゲン元素を含むガスを用いたCDEによ
る第２の工程によって、高温工程を経る等して表面が酸
化された窒化膜をエッチングする場合でも、酸化膜に対
し高選択比でエッチングすることができる。
ャントとしたCDEによる第１の工程と、Ｆ元素を含むガ
スとＦ以外のハロゲン元素を含むガスを用いたCDEによ
る第２の工程によって、高温工程を経る等して表面が酸
化された窒化膜をエッチングする場合でも、酸化膜に対
し高選択比でエッチングすることができる。
第１図は本発明の一実施例に係わるドライエッチング装
置を示す概略構成図、第２図は第１の工程のエッチング
時間の違いによる第２の工程でのエッチングの進み方を
説明する特性図、第３図及び第４図は実施例に用いた被
処理ウェハの構造を示す断面図である。 11……第１の真空容器、12……被処理基体、13……試料
台、14,20……ガス導入口、15……放電管、16……マイ
クロ波電源、17……導波管、18……アプリケータ、19…
…ガス供給口、21,24,29……ガス排気口、22,25,27,30
……ゲートバルブ、23……第２の真空容器、26,31……
搬送機構、28……第３の真空容器、33……膜厚モニタ機
構、41,51……Si基板、42,44,52,55……SiO2膜、43,53
……Si3N4膜、54……溝。
置を示す概略構成図、第２図は第１の工程のエッチング
時間の違いによる第２の工程でのエッチングの進み方を
説明する特性図、第３図及び第４図は実施例に用いた被
処理ウェハの構造を示す断面図である。 11……第１の真空容器、12……被処理基体、13……試料
台、14,20……ガス導入口、15……放電管、16……マイ
クロ波電源、17……導波管、18……アプリケータ、19…
…ガス供給口、21,24,29……ガス排気口、22,25,27,30
……ゲートバルブ、23……第２の真空容器、26,31……
搬送機構、28……第３の真空容器、33……膜厚モニタ機
構、41,51……Si基板、42,44,52,55……SiO2膜、43,53
……Si3N4膜、54……溝。
Claims (9)
- 【請求項１】シリコン酸化膜及び熱酸化により表面にオ
キシナイトライド膜が形成されたシリコン窒化膜を有す
る被処理基体を、励起した弗素元素を含むガス雰囲気中
にさらし、前記オキシナイトライド膜を除去する第１の
工程と、次いで、前記励起した弗素元素を含むガス雰囲
気中にさらした前記被処理基体を少なくとも弗素元素の
活性種及び他のハロゲンを含むガス雰囲気中にさらし、
前記被処理基体の前記シリコン窒化膜を前記シリコン酸
化膜に対して選択的にエッチングする第２の工程からな
ることを特徴とするシリコン窒化膜のドライエッチング
方法。 - 【請求項２】前記被処理基体のシリコン窒化膜は、シリ
コン酸化膜が形成された後に形成されたものであること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のシリコン窒化
膜のドライエッチング方法。 - 【請求項３】前記弗素元素を含むガスとして、SF6,NF3,
CF4,CnF2n+2,SF6またはこれらにN2,O2,Heの中のひとつ
以上のガスを混合したガスを用いることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載のシリコン窒化膜のドライエッ
チング方法。 - 【請求項４】前記弗素以外の他のハロゲンを含むガスと
してCl2、またはBr2を用いたことを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載のシリコン窒化膜のドライエッチング
方法。 - 【請求項５】前記被処理基体表面から反射光の変化をモ
ニターすることにより第１の工程の終点を検出した後、
続いて第２の工程に移ることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載のシリコン窒化膜のドライエッチング方
法。 - 【請求項６】前記第１の工程あるいは第２の工程におい
て同一あるいは別々の真空容器内で処理されることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載のシリコン窒化膜の
ドライエッチング方法。 - 【請求項７】前記第１の工程あるいは第２の工程で用い
られる弗素元素の活性種は、前記被処理基体が収容され
る真空容器内とは離れた領域で励起されたものであるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第６項記載のシリコン窒
化膜のドライエッチング方法。 - 【請求項８】前記第１あるいは第２の工程で用いられる
弗素元素はマイクロ波放電により励起したものであるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のシリコン窒
化膜のドライエッチング方法。 - 【請求項９】前記シリコン酸化膜は、前記被処理基体の
表面に形成されたシリコン領域を前記シリコン窒化膜を
マスクとして熱酸化することにより形成したものである
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のシリコン
窒化膜のドライエッチング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62269234A JP2597606B2 (ja) | 1987-10-27 | 1987-10-27 | シリコン窒化膜のドライエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62269234A JP2597606B2 (ja) | 1987-10-27 | 1987-10-27 | シリコン窒化膜のドライエッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01112731A JPH01112731A (ja) | 1989-05-01 |
| JP2597606B2 true JP2597606B2 (ja) | 1997-04-09 |
Family
ID=17469530
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62269234A Expired - Fee Related JP2597606B2 (ja) | 1987-10-27 | 1987-10-27 | シリコン窒化膜のドライエッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2597606B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03109730A (ja) * | 1989-09-25 | 1991-05-09 | Tokuda Seisakusho Ltd | ドライエッチング方法 |
| EP0424299A3 (en) * | 1989-10-20 | 1991-08-28 | International Business Machines Corporation | Selective silicon nitride plasma etching |
| JP5209859B2 (ja) * | 2006-09-19 | 2013-06-12 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | プラズマエッチング方法 |
| JP7325224B2 (ja) * | 2018-06-04 | 2023-08-14 | 東京エレクトロン株式会社 | エッチング処理方法およびエッチング処理装置 |
| WO2019235398A1 (ja) * | 2018-06-04 | 2019-12-12 | 東京エレクトロン株式会社 | エッチング処理方法およびエッチング処理装置 |
| US10720337B2 (en) * | 2018-07-20 | 2020-07-21 | Asm Ip Holding B.V. | Pre-cleaning for etching of dielectric materials |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL8004005A (nl) * | 1980-07-11 | 1982-02-01 | Philips Nv | Werkwijze voor het vervaardigen van een halfgeleiderinrichting. |
| JPS5911630A (ja) * | 1982-07-12 | 1984-01-21 | Toshiba Corp | 半導体装置の製造方法 |
-
1987
- 1987-10-27 JP JP62269234A patent/JP2597606B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01112731A (ja) | 1989-05-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |