JP2632262B2 - シリコンウエハ上のコンタクトホール内の自然酸化膜の除去方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体製造プロセス
において、シリコンウエハの表面に形成された自然酸化
膜、特に、シリコンウエハ上にボロン・燐ドープガラス
膜（ＢＰＳＧ膜）や燐ドープガラス膜（ＰＳＧ膜）の絶
縁膜を所要パターンで被着することによって形成される
コンタクトホール内の自然酸化膜を、ＢＰＳＧ膜やＰＳ
Ｇ膜に対する選択比を良好にして除去する方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造工程においては、
デバイスの動作特性に対し悪影響を与えるような各種の
汚染が起こることが考えられるため、製造工程の各段階
においてシリコンウエハ表面の清浄化のための様々な努
力がなされている。

【０００３】シリコンウエハの表面に形成される自然酸
化膜（ＳｉＯ₂）も、ウエハ表面に対する汚染の１つで
あると考えられるが、この自然酸化膜は、シリコンウエ
ハを大気中に放置しておくだけでも、ウエハ表面に１０
〜２０Åの厚みに容易に形成されてしまい、また、半導
体デバイスの製造プロセスにおける各種の洗浄・エッチ
ング工程においても二次的に形成される。

【０００４】ここで、ソース、ドレーン等の電極が形成
されるべき下地に自然酸化膜が残存していたりすると、
正常な電極の機能が得られなくなり、また、金属電極を
形成する場合にコンタクト抵抗を低く抑えるためにも、
シリコンウエハ表面から自然酸化膜を完全に除去してお
かなければならない。

【０００５】シリコンウエハの表面、特に、シリコンウ
エハ上にＢＰＳＧ膜やＰＳＧ膜の絶縁膜を所要パターン
で被着することによって形成されたコンタクトホール内
の自然酸化膜をウエハ表面から除去する方法としては、
従来、バッファードフッ酸（フッ化アンモニウム、フッ
化水素及び水の混合液）を使用してウェット式でエッチ
ング処理する方法がある。すなわち、通常のウェット洗
浄を行なう場合と同様の要領により、ウェットステーシ
ョンの専用槽内にバッファードフッ酸液を溜め、この液
中へ被処理物であるシリコンウエハを浸漬して、エッチ
ング処理を行なうようにしている。そして、この方法で
は、適当量のフッ化アンモニウムを添加してフッ素イオ
ン強度を調節することにより、自然酸化膜のエッチング
におけるＢＰＳＧ膜やＰＳＧ膜といった絶縁膜との間の
選択比を制御するようにしている。また、エッチング処
理後には、純水を使用してシリコンウエハをリンス処理
することが必要である。

【０００６】また、シリコンウエハ上のコンタクトホー
ル内の自然酸化膜を除去する方法として、従来、フッ化
水素−水（ＨＦ−Ｈ₂Ｏ）の混合ベーパーを使用してベ
ーパーエッチング処理する方法がある。すなわち、フッ
化水素及び水をそれぞれ別の供給源から供給して混合
し、或いは、ＨＦ−Ｈ₂Ｏ混合液を供給源として、シリ
コンウエハが収容されたエッチング用チャンバ内へＨＦ
−Ｈ₂Ｏ混合ベーパーを供給し、そのチャンバ内におい
てシリコンウエハのエッチング処理を行なうようにして
いる。この方法では、エッチング工程においてパーティ
クル（反応生成物）が発生し易いので、エッチング処理
後に純水によるリンス処理が必要となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、バッフ
ァードフッ酸を使用してウェット式エッチング処理する
方法では、薬液や純水中からシリコンウエハ表面へパー
ティクルが付着したり、薬液中から無機・有機の不純物
がウエハ表面へ再付着したりして、品質低下の原因にな
るといった問題点がある。また、ウェット式処理である
ため、ベーパー処理に比べてシリコンウエハの表面に自
然酸化膜が被着形成し易い。また、フッ化アンモニウム
の添加によってフッ素イオン強度を調節し、自然酸化膜
のエッチングにおける選択比を制御するようにしている
が、例えば、自然酸化膜のエッチングレートを１０〜１
５Å／分程度にした場合、ＢＰＳＧ膜又はＰＳＧ膜のエ
ッチングレートは３００〜８００Å／分となり、選択比
（ＢＰＳＧ膜又はＰＳＧ膜のエッチングレート／自然酸
化膜のエッチングレート）が２０〜８０といった値とな
って、ＢＰＳＧ膜やＰＳＧ膜の絶縁膜のエッチングレー
トが大きいという問題点がある。

【０００８】さらに、例えば孔径が０．７〜０．８ｍμ
といったサブミクロンサイズのコンタクトホールの内部
へ薬液や純水を流入させるのが難しく、特に孔径が０．
５〜０．６ｍμ程度になると、界面活性剤を使ってよう
やく液をコンタクトホール中へ流入させることができる
といった状態である。そして、コンタクトホール中へ液
を流入させることができたとしても、その液の交換が十
分に行なわれ難い。従って、シリコンウエハ上のコンタ
クトホール内の自然酸化膜のエッチングが、単にシリコ
ンウエハ表面に被着した自然酸化膜を除去するための通
常のエッチング処理の場合に比べて、著しく進行し難い
といった問題点がある。また、バッファードフッ酸を用
いたウェット式エッチング処理では、上記したようにリ
ンス処理が必要であるが、コンタクトホール中へ純水が
流入し難く、また、コンタクトホール中の液交換が不十
分となるため、十分にリンス処理を行なうことができな
いといった問題点がある。

【０００９】一方、ＨＦ−Ｈ₂Ｏベーパーを使用してベ
ーパーエッチング処理する方法では、絶縁膜であるＢＰ
ＳＧ膜やＰＳＧ膜のエッチングレートが極めて大きくな
るといった問題点がある。すなわち、ＢＰＳＧ膜やＰＳ
Ｇ膜は、吸湿性が非常に大きく、ＨＦ−Ｈ₂Ｏベーパー
によるエッチングにおけるように雰囲気中に水が存在す
ると、その水の作用によりエッチングが促進され、エッ
チングレートが非常に大きくなってしまう。例えば、自
然酸化膜のエッチングレートを１０〜１２Å／分程度に
した条件では、ＢＰＳＧ膜のエッチングレートは１，０
００〜２，０００Å／分以上となり、選択比が８０〜２
００といった大きな値になってしまう。

【００１０】ここで、ＢＰＳＧ膜やＰＳＧ膜のエッチン
グレートが極めて大きいと、図９に示すように、シリコ
ンウエハ１の表面にＢＰＳＧ膜（又はＰＳＧ膜）２を所
要パターンで被着することによって形成されたコンタク
トホール３の内部底面を被覆する自然酸化膜４を、シリ
コンウエハ１の表面から除去しようとした場合に、次の
ような問題がある。すなわち、ＢＰＳＧ膜２の厚みは、
通常１μｍ程度であり、自然酸化膜４の厚みに比べて十
分に大きいため、ＢＰＳＧ膜２がその厚さ方向に大きく
エッチングされても特に問題は無いが、ＢＰＳＧ膜２に
よって形成されたコンタクトホール３の側壁が、図９に
二点鎖線で示すように大きくエッチングされると、コン
タクトホール３が、エッチングされたＡ部分の寸法分だ
け拡がってしまうことになる。このため、コンタクトホ
ールの寸法が狂い、後工程に大きな悪影響が出てくるこ
とになる。また、シリコンウエハ１の表面とＢＰＳＧ膜
２との界面がダメージを受ける恐れがあり、これらの結
果、品質上の重要な欠陥が生じることがある。

【００１１】また、ＨＦ−Ｈ₂Ｏ混合ベーパーを使用し
てベーパーエッチングする方法は、水が雰囲気中に残存
することにより、上記したようにエッチング工程でパー
ティクルが発生し易いため、純水によるリンス処理を行
なわなければならないといった面倒さがある。

【００１２】この発明は、以上のような事情に基づいて
なされたものであり、バッファードフッ酸を用いたウェ
ット式エッチング処理における上記した種々の問題点に
鑑み、また、ＨＦ−Ｈ₂Ｏ混合ベーパーを使用したベー
パーエッチング処理におけるように雰囲気中に水が存在
することによって不都合が生じることに鑑みて、水を使
用しないベーパーエッチング処理によりシリコンウエハ
上のコンタクトホール内の自然酸化膜を、ＢＰＳＧ膜や
ＰＳＧ膜といった絶縁膜との間の選択比の改善を図っ
て、ウエハ表面から除去することを技術的課題とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明は、外気から気
密に隔離された容器内に収容されたシリコンウエハを、
フッ化水素ベーパー及び高濃度のメタノール、エタノー
ル、イソプロピルアルコール等のアルコールベーパーの
混合ベーパーにさらすようにすることを要旨とする。

【００１４】外気から気密に隔離された容器内で無水フ
ッ化水素とアルコールとの混合ベーパーがシリコンウエ
ハに供給されると、次の反応により、シリコンウエハの
表面から二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）が除去される。

【００１５】 ＳｉＯ₂（Ｓ）＋４ＨＦ（ｇ）→ＳｉＦ₄（ｇ）＋２Ｈ₂Ｏ（ｇ）

【００１６】（Ｓ：固相、ｇ：液相）

【００１７】この場合、フッ化水素と共にアルコールが
供給されるので、フッ化水素がイオン解離してフッ素イ
オンとなり、そのフッ素イオンがＳｉＯ₂に有効に作用
して、上記反応が速やかに進行することになり、ＳｉＯ
₂除去能力が高められることになる。

【００１８】一方、シリコンウエハ上の絶縁膜を形成す
るＢＰＳＧ膜やＰＳＧ膜は、吸湿性が非常に大きいた
め、雰囲気中に水が存在すると、その水の作用によりエ
ッチングが促進されてエッチングレートが非常に大きく
なってしまうが、この発明の方法では、シリコンウエハ
が収容された容器内へ供給されるベーパー中に水が含ま
れず、或いはベーパー中に含まれる水分量が低く抑えら
れ、高濃度のアルコールベーパーが含まれた雰囲気中で
エッチングが行なわれるので、水の作用によってＢＰＳ
Ｇ膜やＰＳＧ膜のエッチングが促進されるといったこと
がない。しかも、アルコール、特に分子量が小さいメタ
ノールやエタノールなどと水とは無限大に溶解し合うた
め、上記反応により副生成物として生成した水は、雰囲
気中に高濃度で含まれるアルコール中に溶解し、反応の
系外へ効率良く持ち出されて除去されるので、エッチン
グ反応中に発生した水による影響も排除することができ
る。従って、ＢＰＳＧ膜やＰＳＧ膜のエッチングレート
を低く抑えることができ、自然酸化膜のエッチングにお
けるＢＰＳＧ膜やＰＳＧ膜との間の選択比が改善される
ことになる。

【００１９】また、上記した通り、雰囲気中の水分量が
低く抑えられているので、下記の反応式に示すような好
ましくない副反応や化１に示すようなエッチングの逆反
応が起こって、ウエハ表面にコロイド状のメタケイ酸Ｈ
₂ＳｉＯ₃や二酸化ケイ素ＳｉＯ₂が付着残存し、新たな
汚染の原因になったりする、といったようなこともな
い。

【００２０】ＳｉＦ₄＋２ＨＦ→Ｈ₂ＳｉＦ₆

【００２１】 Ｈ₂ＳｉＦ₆＋３Ｈ₂Ｏ→Ｈ₂ＳｉＯ₃＋６ＨＦ

【００２２】

【化１】 ２ＳｉＦ_４＋２Ｈ_２Ｏ→ＳｉＯ_２＋ＳｉＦ_６ ^２−＋２Ｈ^＋＋２ＨＦ

【００２３】従って、エッチング処理後において純水に
よりリンス処理する必要が無くなる。

【００２４】また、この発明の方法は、シリコンウエハ
へベーパーを供給してエッチング処理するものであるた
め、従来のバッファードフッ酸を用いたウェット式エッ
チング処理におけるような上記した種々の問題点が無
い。そして、フッ化水素は、ベーパー状態でシリコンウ
エハ上のコンタクトホール内へ容易に侵入し、かつ、コ
ンタクトホール中のベーパー交換も容易に行なわれる。
従って、シリコンウエハ上のコンタクトホール内の自然
酸化膜の除去が支障無く行なわれる。

【００２５】さらにまた、自然酸化膜が成長するために
は、酸素と水分との両方の存在が必要であることが知ら
れている（例えば、「信学技報 Vol．89 No．111；電
子情報通信学会技術報告 Ｐ11〜12『Ｓｉ自然酸化膜形
成の制御』、（社）電子情報通信学会 1989．6．26発
行」参照）が、この発明の方法では、フッ化水素と高濃
度のアルコールとの混合ベーパーが容器内へ供給され、
雰囲気中の水分量が上記したように低く抑えられている
ので、自然酸化膜をエッチング除去した後のシリコンウ
エハの表面が雰囲気中の酸素によって再酸化されるとい
ったことは殆ど起こらない。しかも、高濃度のアルコー
ルベーパーをシリコンウエハへ供給するようにしている
ため、シリコンウエハ上のコンタクトホール内の自然酸
化膜の除去が終了する段階においては、そのアルコール
がウエハ表面を層状に覆うように残存することになる
が、アルコール自体は還元性の雰囲気をつくり易く、酸
化能力が極めて低いことから、コンタクトホール内の自
然酸化膜が除去されてシリコンウエハの表面が露出して
も、その表面がアルコールによって保護され、再酸化が
防止される。

【００２６】そして、シリコンウエハの表面を覆うよう
に形成されたアルコールの層は、真空排気、紫外光照
射、或いは加熱などによってシリコンウエハの表面から
容易に脱離させることができ、後処理の厄介さもない。

【００２７】

【実施例】以下、この発明の好適な実施例について説明
する。

【００２８】図１は、この発明の方法を実施するための
装置の１例を示す概略構成図である。図において、コン
タクトホールが形成されそのコンタクトホール内にエッ
チング除去すべき自然酸化膜が被着されたシリコンウエ
ハ10が収容される容器12は、その全体がテフロンを用い
て形成されており、その内部は外部から気密に隔離され
ている。この容器12には、それぞれテフロン製の、ベー
パーの供給管路14及び排気管路16が接続されており、ま
た、バイパス管路18が付設されている。尚、図１には示
されていないが、容器12の側面には、シリコンウエハを
出し入れするための扉が設けられており、その扉に隣接
してロードロック室を併設したり、また、他のプロセス
装置と搬送ラインを接続してインライン化するような構
成とすることもできる。

【００２９】容器12の供給口側に連通している供給管路
14には、２本の管路20、22が合流している。各管路20、
22は、それぞれテフロン製であり、一方の管路20は、フ
ッ化水素（ＨＦ）とメタノール（ＣＨ₃ＯＨ）との混合
液24が収容されたテフロン製のタンク26に連通接続され
ており、他方の管路22は、１００％メタノール液28が収
容されたテフロン製のタンク30に連通接続されている。
ＨＦ−ＣＨ₃ＯＨ混合液24は、フッ化水素を３８．５重
量％、メタノールを６１．５重量％の重量比で混合した
共沸組成液であり、液組成が常に一定のまま変化しない
ようにされている。

【００３０】また、各タンク26、30には、それぞれキャ
リアガスの供給管路32、34が連通接続されており、２本
の供給管路32、34は、キャリアガスである窒素ガスの供
給源36に連通する共通管路38から分岐している。各供給
管路32、34には、マスフローコントローラ40、42がそれ
ぞれ介挿されている。そして、窒素ガス供給源36から各
供給管路32、34を通して各タンク26、30内へ供給するキ
ャリアガスとしての窒素ガスの供給量を各マスフローコ
ントローラ40、42によってそれぞれ調節することによ
り、容器12へのフッ化水素−メタノールの混合ベーパー
の供給量及びメタノールベーパーの供給量をそれぞれ調
整するようにしている。また、ＨＦ−ＣＨ ₃ＯＨ混合ベ
ーパーの供給経路とは別にメタノールベーパーの供給経
路を設けていることにより、容器12内へ供給するメタノ
ールベーパーの濃度を非常に高く調整して、フッ化水素
ベーパーに比してメタノールベーパーを過剰に容器12内
へ供給することができるようになっている。また、エッ
チング処理終了後等において容器12の内部をパージする
ことができるように、バルブを操作することによって、
窒素ガス供給源36から各タンク26、30を通さずに窒素ガ
スだけを容器12内へ供給することができる構成とされて
いる。尚、タンク26内に収容されたＨＦ−ＣＨ₃ＯＨ混
合液24中のフッ化水素ＨＦの濃度を十分低く抑えてもよ
い場合には、上記のように、別途メタノール液28のみを
収容するタンク30を設け、フッ化水素−メタノールの混
合ベーパーの供給経路とは別の経路からメタノールベー
パーを容器12内へ供給する構成をとるには及ばない。

【００３１】上記した構成の装置全体を２２℃の雰囲気
温度に調節された室に配置し、装置全体をその温度に保
持するようにした。また、プロセス条件としてアルコー
ル濃度を非常に高い状態にするので、メタノールベーパ
ーの供給経路の途中で結露して流量コントロールが不安
定になったり、ミストが発生したりするなどの不都合が
生じないようにするために、メタノールベーパーの供給
側の温度と容器12の内部及びシリコンウエハ10自体の各
温度とが同等になるように設定し、或いは、前者の温度
よりも後者の温度が若干高くなるように設定するように
した。

【００３２】以上のような構成の装置を使用し、自然酸
化膜のエッチングレートが１０〜２０Å／分、ＢＰＳＧ
膜又はＰＳＧ膜のエッチングレートが１３０〜２００Å
／分となるように、容器12内へのフッ化水素−メタノー
ル混合ベーパーの供給量及びメタノールベーパーの供給
量をそれぞれ最適に条件設定して、コンタクトホールが
形成されたシリコンウエハのエッチング処理を行なうよ
うにする。これにより、コンタクトホール内の自然酸化
膜をシリコンウエハ表面から除去した場合に、その際同
時にエッチングされて犠牲となるＢＰＳＧ膜又はＰＳＧ
膜のエッチング量を１００〜２００Å程度に抑えること
ができる。この結果、コンタクトホールの寸法の狂い
や、コンタクトホール周辺におけるＢＰＳＧ膜又はＰＳ
Ｇ膜とシリコンウエハ表面との界面のダメージを極力抑
えることができた。

【００３３】尚、上記説明では、フッ化水素とメタノー
ルとの混合液24を使用して混合ベーパーを容器12内へ供
給するようにしているが、フッ化水素単独の液を使用し
てフッ化水素の単独ベーパーを供給するようにしてもよ
いし、フッ化水素のボンベを使用するようにしてもよ
い。また、アルコールとしては、メタノール以外にもエ
タノール、イソプロピルアルコール等を使用することが
できる。

【００３４】次に、上記装置を使用して行なった実験例
及びその実験結果について説明する。各実験において
は、リンドープｎ型、抵抗率２〜８Ω・cmのシリコンウ
エハをそれぞれ用いた。そして、そのシリコンウエハ
を、硫酸と過酸化水素水とを混合（体積比で２：１の割
合）したボイリング状態の液体中へ３０分間浸漬するこ
とにより、１２Åの厚みの自然酸化膜を表面に形成した
ものをサンプルとした。また、シリコンウエハの表面
に、通常の減圧ＣＶＤ法により、２，５００Åの厚みに
ＢＰＳＧ膜（又はＰＳＧ膜）を形成したものをサンプル
とした。尚、ＢＰＳＧ膜におけるボロン（Ｂ）及び燐
（Ｐ）の各ドーピング量は、それぞれ１．８mol％、
７．１mol％であった。

【００３５】また、実験には、フッ化水素−アルコール
混合液として、森田化学工業（株）製の超高純度の共沸
組成ＨＦ−ＣＨ₃ＯＨ混合液（ＨＦ：３８．５重量％、
ＣＨ₃ＯＨ：６１．５重量％）、ＨＦ−Ｃ₂Ｈ₅ＯＨ混合
液（ＨＦ：４０重量％、Ｃ₂Ｈ₅ＯＨ：６０重量％）、及
びＨＦ−ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）混合液（Ｈ
Ｆ：４０重量％、ＩＰＡ：６０重量％）をそれぞれ使用
した。また、メタノール及びエタノールは、半井化学
（株）製の電子工業向け超高純度品を用い、イソプロピ
ルアルコールは、三菱化成工業（株）製の電子工業向け
超高純度品を用い、また、窒素（Ｎ₂）ガスは、日本酸
素（株）製の超高純度グレードのものを用いた。比較実
験に使用したバッファードフッ酸としては、森田化学工
業（株）製の電子工業向け超高純度品を用いた。

【００３６】［実験例１］

【００３７】上記各サンプルのシリコンウエハ10が収容
された容器12内へ流入させる窒素ガス（キャリアガス）
の全流量を１０Ｌ／分と一定にし、管路20を通してＨＦ
−ＣＨ₃ＯＨ混合ベーパーを、ＨＦの濃度を種々に変化
させながら容器12内へ供給し、一方、管路22を通して
は、窒素ガスだけ、又はメタノールベーパーと窒素ガス
との混合ガスの２種類のガスを容器12内へ供給して、そ
れぞれの場合についてエッチング処理を行なった。全体
として容器12内へ供給されるメタノール濃度を８．５〜
１０．２vol％とした。

【００３８】実験結果を図２及び図３に示す。図２は、
表面にＢＰＳＧ膜が形成されたシリコンウエハをサンプ
ルとしてエッチング処理した場合の結果であり、曲線Ｉ
が、管路22を通して窒素ガスだけを流したときのもの、
曲線IIが、窒素ガスによってタンク30内のメタノール液
28をバブリングさせて管路22を通しメタノールベーパー
を容器12内へ供給したときのものをそれぞれ示してい
る。また、図３は、表面に自然酸化膜が形成されたシリ
コンウエハをサンプルとしてエッチング処理した場合の
結果であり、曲線Ｉ’が、管路22を通して窒素ガスだけ
を流したときのもの、曲線II’が、管路22を通してメタ
ノールベーパーを容器12内へ供給したときのものをそれ
ぞれ示している。

【００３９】図２及び図３に示した結果より、管路22を
通しメタノールベーパーを流して容器12内の雰囲気中の
メタノール濃度を高くした条件（曲線II、II’）でエッ
チング処理すると、メタノール濃度が低い条件（曲線
Ｉ、Ｉ’）でエッチング処理した場合に比べ、ＢＰＳＧ
膜のエッチングレートは若干小さくなり、他方、自然酸
化膜のエッチングレートは著しく大きくなることが分か
る。メタノール濃度を高くした条件において、フッ化水
素濃度が等しいときのＢＰＳＧ膜及び自然酸化膜の各エ
ッチングレートは、例えばＢＰＳＧ膜の方が２００Å／
分のときで自然酸化膜の方が１３Å／分であり、エッチ
ングにおける選択比は約１５（２００／１３）であっ
た。

【００４０】［実験例２］

【００４１】実験例１と同様の条件により、管路20を通
してＨＦ−Ｃ₂Ｈ₅ＯＨ混合ベーパー又はＨＦ−ＩＰＡ混
合ベーパーをそれぞれ容器12内へ供給し、一方、管路22
を通してエタノールベーパー又はＩＰＡベーパーをそれ
ぞれ容器12内へ供給した場合について検討した。表面に
ＢＰＳＧ膜が形成されたシリコンウエハをサンプルとし
てエッチング処理した場合の結果を図４に示す。図４中
において、曲線ｉが、管路22を通して窒素ガスだけを流
したときのもの、曲線iiが、管路22を通してメタノール
ベーパーを容器12内へ供給したときのもの（曲線ｉ、ii
は、実験例１の結果と同じもの）、曲線iiiが、管路22
を通してエタノールベーパーを容器12内へ供給したとき
のもの、曲線ivが、管路22を通してＩＰＡベーパーを容
器12内へ供給したときのものをそれぞれ示している。ま
た、表面に自然酸化膜が形成されたシリコンウエハをサ
ンプルとしてエッチング処理した場合の結果を図５に示
す。図５中、曲線ｉ’が、管路22を通して窒素ガスだけ
を流したときのもの、曲線ii’が、管路22を通してメタ
ノールベーパーを容器12内へ供給したときのもの（曲線
ｉ’、ii’は、実験例１の結果Ｉ’、II’と同じも
の）、曲線iii’が、管路22を通してエタノールベーパ
ーを容器12内へ供給したときのもの、、曲線iv’が、管
路22を通してＩＰＡベーパーを容器12内へ供給したとき
のものをそれぞれ示している。

【００４２】図４及び図５より、使用するアルコールの
種類によって実験結果にそれほど大きな差は無く、エタ
ノールやイソプロピルアルコールを使用した場合にも、
良好なエッチング選択比（最適条件で１３〜１６）を得
ることができた。

【００４３】また、図６は、上記実験例と同様の条件に
より、表面にＰＳＧ膜が形成されたシリコンウエハをサ
ンプルとしてエッチング処理した場合の結果を示す図で
ある。図２の曲線IIと比較してそれほど大きな差が無
く、この発明の方法は、ＰＳＧ膜が形成されたシリコン
ウエハについても、適用可能であることが分かる。

【００４４】以上の実験では、全体として容器12内に供
給されるアルコール濃度を８．５〜１０．２vol％と
し、その濃度範囲においては同様の結果が得られた。一
方、上記範囲よりアルコール濃度が高くなると、シリコ
ンウエハの表面にアルコールが結露し易くなり、エッチ
ング反応のコントロールが難しくなって好ましくない。
また、上記範囲よりアルコール濃度が低くなると、ＢＰ
ＳＧ膜やＰＳＧ膜のエッチングレートが大きくなって、
管路22を通し窒素ガスだけを流した場合の値に近付き、
一方、自然酸化膜のエッチングレートは小さくなって、
アルコール濃度が低くなるに従い管路22を通し窒素ガス
だけを流した場合の値に次第に近付くことになり、選択
比の値が大きくなって好ましくない。

【００４５】また、比較評価のために、従来の方法によ
りＢＰＳＧ膜及び自然酸化膜をそれぞれエッチングし、
そのときの各エッチングレートを測定した。

【００４６】［比較例１］

【００４７】図１に示した装置と同等の構成の装置を使
用し、フッ化水素−アルコール混合液に代えてフッ化水
素−水混合液（橋本化成（株）製市販品）をタンクに入
れ、キャリアガスとして窒素ガスを用い、シリコンウエ
ハが収容された容器内へＨＦ−Ｈ₂Ｏ混合ベーパーを供
給して、エッチング処理を行なった。この際、ＨＦ−Ｈ
₂Ｏ混合ベーパーの供給経路とは別の経路を通して希釈
用の窒素ガスを流し、容器内の雰囲気中におけるＨＦ−
Ｈ₂Ｏの濃度を調節するようにした。また、エッチング
処理は、２２℃の温度条件で行なった。

【００４８】この結果、自然酸化膜のエッチングレート
を１０〜１５Å／分にすると、ＢＰＳＧ膜のエッチング
レートは１，０００〜２，０００Å／分となった。この
ように、ＨＦ−Ｈ₂Ｏ混合ベーパーを用いた方法では、
ＢＰＳＧ膜のエッチングレートが非常に大きくなり、エ
ッチング選択比が１００〜２００といった大きな値とな
る。しかも、この方法では、エッチング条件の僅かな変
動によりエッチングレートの値が大きく変動し、再現性
の点でも問題があった。

【００４９】［比較例２］

【００５０】通常の市販品であるテフロン製洗浄用タン
ク内にバッファードフッ酸を溜め、シリコンウエハを通
常のテフロン製ウエハキャリア内に保持し、そのシリコ
ンウエハを所定時間内バッファードフッ酸中へ浸漬して
エッチング処理した。エッチング処理は、２２℃の温度
で行なった。

【００５１】この結果、フッ化アンモニウム３０％、フ
ッ化水素６％、水６４％の組成のバッファードフッ酸を
使用してエッチング処理した場合には、ＢＰＳＧ膜及び
自然酸化膜の各エッチングレートがそれぞれ７００〜８
００Å／分及び１３Å／分であり、選択比は５３〜６１
であった。また、フッ化アンモニウム３８％、フッ化水
素１．５％、水６０．５％の組成のバッファードフッ酸
を使用してエッチング処理した場合、ＢＰＳＧ膜及び自
然酸化膜の各エッチングレートはそれぞれ２００Å／分
及び７Å／分であり、選択比は約２８であった。このよ
うに、バッファードフッ酸を用いた方法では、上記した
この発明の方法に比べて選択比の値が大きくなる。

【００５２】最後に、図７及び図８は、図１に示した装
置を用い、全体として容器12内へ供給されるメタノール
ベーパーの濃度を８〜１０vol％とし、キャリアガスと
して容器12内へ流入させる窒素ガスの全流量を５Ｌ／
分、１０Ｌ／分、１５Ｌ／分及び２０Ｌ／分というよう
に種々に変化させて、シリコンウエハ上のＢＰＳＧ膜及
び自然酸化膜をそれぞれエッチング処理したときの結果
を示す図である。これらの図から分かるように、キャリ
アガス（窒素ガス）の流量を多くすると、それに伴って
ＢＰＳＧ膜のエッチングレート及び自然酸化膜のエッチ
ングレートは何れも大きくなるが、エッチング選択比は
それほど変化しない。

【００５３】

【発明の効果】この発明は以上説明したように構成され
かつ作用するので、この発明に係る方法によりシリコン
ウエハ上のコンタクトホール内の自然酸化膜をエッチン
グ除去するようにしたときは、絶縁膜を形成するＢＰＳ
Ｇ膜やＰＳＧ膜と自然酸化膜との選択比を改善すること
ができ、コンタクトホールの寸法の狂いやシリコンウエ
ハ表面と絶縁膜との界面のダメージを無くし、半導体デ
バイスの品質の向上を図ることができる。また、雰囲気
中の水分量が低く抑えられるので、エッチング工程で好
ましくない副反応やエッチングの逆反応が起こってパー
ティクルが発生する、といったことがないため、エッチ
ング処理後にリンス処理を行なう必要が無くなり、操作
工程が簡単になる。さらに、ベーパーエッチング処理で
あるので、従来のバッファードフッ酸を用いたウェット
式エッチング処理におけるように液中からのシリコンウ
エハ表面へのパーティクル付着や無機・有機不純物の再
付着による品質低下などといった問題点が無く、また、
孔径が極めて小さいコンタクトホール内の自然酸化膜を
効率良く除去することができ、デバイスの動作特性の良
好化に寄与し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の方法を実施するための装置の１例を
示す概略構成図である。

【図２】〜

【図８】それぞれ、この発明の方法に関連して行なった
実験の結果を示す図である。

【図９】従来の方法によりシリコンウエハ上のコンタク
トホール内の自然酸化膜を除去しようとした場合におけ
る問題点について説明するための部分拡大縦断面図であ
る。

【符号の説明】

10 シリコンウエハ 12 容器 24 フッ化水素−メタノール混合液 28 メタノール液 36 窒素ガス（キャリアガス）供給源

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコンウエハ上に所要パターンのＢＰ
   ＳＧ膜又はＰＳＧ膜の絶縁膜を被着することによって形
   成されるコンタクトホール内の自然酸化膜を、フッ化水
   素を使用して除去する方法において、外気から気密に隔
   離された容器内にシリコンウエハを収容し、その容器内
   のシリコンウエハをフッ化水素ベーパー及び高濃度のア
   ルコールベーパーにさらすようにすることを特徴とす
   る、シリコンウエハ上のコンタクトホール内の自然酸化
   膜の除去方法。