JP2807069B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
Method for manufacturing semiconductor deviceInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、臭素を含むガスを用いて半導体素子をド
ライエッチングする半導体装置の製造方法に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device in which a semiconductor element is dry-etched using a gas containing bromine.
〔従来技術〕 半導体装置を微細加工、例えば、ゲート電極を加工す
る場合、臭素系ガスを用いたプラスマエッチングが使用
される場合がある。臭素系ガスを用いた場合、エッチン
グ終了後に酸素プラズマによるアッシングを行っても残
渣が発生する場合が多い。半導体基板上の残渣は非常に
除去することが困難であり、その発生原因としては半導
体基板の温度に強く依存し、例えば半導体基板を冷却し
たときに発生しやすいことが知られている（特開昭63−
110726）。[Prior Art] When microfabricating a semiconductor device, for example, processing a gate electrode, plasma etching using a bromine-based gas may be used. When a bromine-based gas is used, residues are often generated even when ashing with oxygen plasma is performed after etching is completed. It is known that residues on a semiconductor substrate are very difficult to remove, and the cause thereof depends strongly on the temperature of the semiconductor substrate, and is likely to occur when, for example, the semiconductor substrate is cooled. 1988
110726).
残渣を除去する半導体装置の製造方法として、緩衝沸
酸液（BHF）を用いて除去する方法、あるいはO2/CF4ガ
スによりダウンフローアッシングを用いて除去する方法
が、ナカムラ氏等により“Variable Profile poly−Si
Etching with Low Temperature RIE and HBr gas"と題
する論文（pp.58−60）で1988年のドライプロセスシン
ポジウムに報告されている。As a method of manufacturing a semiconductor device for removing a residue, a method of removing with a buffered hydrofluoric acid solution (BHF) or a method of removing with O 2 / CF 4 gas using downflow ashing is described in “Variable” by Nakamura et al. Profile poly−Si
Etch with Low Temperature RIE and HBr gas "(pp.58-60) was reported at the 1988 Dry Process Symposium.
また、この残渣が発生しないような条件出しが平成２
年春季応用物理学会（28p−ZF−３）に報告されてい
る。In addition, the condition setting that this residue does not occur was
It was reported to the Japan Society of Applied Physics Spring (28p-ZF-3).
しかし、前述した緩衝沸酸液を用いて除去する方法
は、ゲート電極を加工する場合にゲート酸化膜やLOCOS
の膜減りや消失が起こる。これらがひどくなると、ゲー
トのバーズビーク（bird's beak）が増大したり、ソー
ス領域やドレイン領域にイオンを注入して高濃度不純物
領域を形成する時、フィールド部の突き抜けが問題にな
る。その為、この方法の使用は最小限度に抑える必要が
あり、十分に残渣を除去することができないという欠点
があった。However, the above-described removal method using a buffered hydrofluoric acid solution requires a gate oxide film or LOCOS when processing a gate electrode.
Film loss or loss occurs. When these become severe, bird's beak of a gate increases, and when a high concentration impurity region is formed by implanting ions into a source region or a drain region, penetration of a field portion becomes a problem. Therefore, the use of this method must be minimized, and there is a disadvantage that the residue cannot be sufficiently removed.
また、O2/CF4を用いたダウンフローアッシングによる
方法は、ポリシリコンがエッチングされる為、同様に使
用上の限度があり、十分に残渣を除去することができな
かった。In addition, the downflow ashing method using O 2 / CF 4 has a similar limitation in use because the polysilicon is etched, so that the residue cannot be sufficiently removed.
さらに、残渣が発生しないようなエッチングの条件出
しをする方法は、エッチング中の側壁保護膜の効果が十
分でなく、垂直な側面の形状を得るためのプロセスマー
ジンが小さくなるという欠点があった。この場合、非破
壊で残渣が残っているかどうかの判断をすることが容易
ではなく、エッチング後には確実にこれらの残渣が除去
できる処理が必要であった。Furthermore, the method of setting the etching conditions so that no residue is generated has a disadvantage that the effect of the sidewall protective film during the etching is not sufficient, and the process margin for obtaining the shape of the vertical side surface is reduced. In this case, it is not easy to determine whether the residue remains nondestructively, and a process for surely removing the residue after the etching is required.
そこで、本発明は確実に残渣を除去できる半導体装置
の製造方法を提供することを目的とする。Then, an object of the present invention is to provide a manufacturing method of a semiconductor device which can remove a residue certainly.
本発明者は従来の欠点を解決する為に、 一般の半
導体装置製造プロセスでは使用されない特殊な装置や薬
液を使用しないこと、 長時間の処理でもエッチング
などの問題が生じず、残渣除去効果を十分に得るのにマ
ージンがあること、という観点から、臭素系ガスを用い
て半導体素子をドライエッチングした後、ａ）硫酸過酸
化水素水による洗浄、ｂ）塩酸過酸化水素水による洗
浄、ｃ）アンモニア過酸化水素水による洗浄、ｄ）有機
溶剤による超音波洗浄、ｅ）現像液処理を試みた。その
結果、アンモニア過酸化水素水による洗浄で十分な残渣
除去効果が得られることを発見した。また、過酸化水素
を含まないアンモニア水では残渣除去の効果は低いが、
さらに加熱すれば、残渣除去効果が大きくなることが分
った。In order to solve the conventional drawbacks, the present inventor must not use special equipment or chemicals that are not used in the general semiconductor device manufacturing process. In view of the fact that there is a margin to obtain the above, after dry etching the semiconductor element using a bromine-based gas, a) cleaning with sulfuric acid hydrogen peroxide solution, b) cleaning with hydrochloric acid hydrogen peroxide solution, c) ammonia Washing with a hydrogen peroxide solution, d) ultrasonic washing with an organic solvent, and e) processing with a developer were attempted. As a result, it has been found that a sufficient residue removing effect can be obtained by washing with an aqueous solution of ammonia and hydrogen peroxide. In addition, although the effect of removing the residue is low with ammonia water containing no hydrogen peroxide,
It was found that the effect of removing the residue was increased by further heating.
したがって、本発明に係る半導体装置の製造方法は、
臭素を含むガスを用いて半導体素子をドライエッチング
加工後に、アンモニア過酸化水素水を用いて、臭素を含
むガスのエッチングに起因する残渣を前記半導体素子か
ら除去することを特徴とする。Therefore, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes:
After dry etching a semiconductor element using a gas containing bromine, residues resulting from etching of the gas containing bromine are removed from the semiconductor element using an aqueous solution of ammonia and hydrogen peroxide.
この場合、アンモニア過酸化水素水の温度を60℃乃至
90℃にすると効果的である。In this case, the temperature of the ammonia hydrogen peroxide solution should be 60 ° C or higher.
90 ° C is effective.
〔作用〕 本発明に係る半導体装置の製造方法は、以上のように
構成されているので、アンモニア過酸化水素水により、
臭素を含むガスのエッチングに起因する残渣は、効果的
に除去される。[Operation] Since the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is configured as described above,
Residues resulting from the etching of the gas containing bromine are effectively removed.
また、アンモニア過酸化水素水の使用温度を90℃以上
にすると、アンモニア過酸化水素水からO2が激しく発生
し、薬液のへたりが非常に早くなる。また、60℃未満に
すると、アンモニア過酸化水素水が新しくても、やや残
渣除去効果が劣る。Further, when the use temperature of the ammonia hydrogen peroxide solution is set to 90 ° C. or higher, O 2 is generated violently from the ammonia hydrogen peroxide solution, and the settling of the chemical solution becomes extremely fast. On the other hand, when the temperature is lower than 60 ° C., the residue removing effect is slightly inferior even if the aqueous ammonia hydrogen peroxide is fresh.
以下、本発明の一実施例に係る半導体装置の製造方法
を添附図面に基づき説明する。なお、説明において同一
要素には同一符号を使用し、重複する説明は省略する。Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the description, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description.
第１図は本発明に係る半導体装置の製造方法を示す縦
断面図である。Si基板１の上にはゲート酸化膜２が形成
されており、この上に高濃度ｎ型多結晶Si膜３が形成さ
れている。FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention. A gate oxide film 2 is formed on a Si substrate 1, and a high-concentration n-type polycrystalline Si film 3 is formed thereon.
まず、高濃度ｎ型多結晶Si膜３上に形成されたレジス
トパターン４を用いて、HBrによりドライエッチングし
（同図（ａ））、このドライエッチング後にアッシング
処理している。その後、60℃〜90℃のアンモニア過酸化
水素水を用いて高濃度ｎ型多結晶Si膜１を洗浄する。ド
ライエッチング後のアッシング処理では残渣５が残る
が、本発明に係る方法を適用した場合、残渣５は確実に
なくなる（同図（ｃ）参照）。この場合、この洗浄処理
により高濃度ｎ型多結晶Si膜はほとんどエッチングされ
ない。First, dry etching is performed by HBr using the resist pattern 4 formed on the high-concentration n-type polycrystalline Si film 3 (FIG. 10A), and after this dry etching, an ashing process is performed. Thereafter, the high-concentration n-type polycrystalline Si film 1 is washed using an aqueous solution of ammonia hydrogen peroxide at 60 ° C. to 90 ° C. Although the residue 5 remains in the ashing process after the dry etching, when the method according to the present invention is applied, the residue 5 is surely eliminated (see FIG. 3C). In this case, the high concentration n-type polycrystalline Si film is hardly etched by this cleaning process.
第２図はアンモニア過酸化水素水とアンモニア水の残
渣除去効果を比較した実験結果である。FIG. 2 shows the results of an experiment comparing the effects of removing the residual aqueous ammonia and the aqueous ammonia.
この実験では、HBrを用いて上面にレジストパターン
が形成された高濃度ｎ型多結晶Si膜１をドライエッチン
グし、その後、アンモニア過酸化水素水又はアンモニア
水で洗浄した時の残渣残り状況を洗浄液の使用温度毎に
示すものである。ここでは、洗浄処理前にアッシング処
理を施しており、高濃度ｎ型多結晶Si膜１は平坦面に45
0nm形成し、20％のオーバエッチングが施されている。
Ｏ印は10分の洗浄処理によりSEM観察のレベルで残渣を
除去できたことを表わし、Ｘ印は残渣が残った状態を示
す。アンモニア過酸化水素水を用いて処理する場合、ア
ンモニア水による洗浄より広い温度範囲で使用できるこ
とがわかる。In this experiment, the high-concentration n-type polycrystalline Si film 1 having a resist pattern formed on the upper surface using HBr was dry-etched, and then the residue remaining when cleaning with ammonia hydrogen peroxide solution or aqueous ammonia was determined. Are shown for each use temperature. Here, an ashing process is performed before the cleaning process, and the high-concentration n-type polycrystalline Si film 1
It is formed to a thickness of 0 nm and is over-etched by 20%.
The mark O indicates that the residue could be removed at the level of SEM observation by the washing treatment for 10 minutes, and the mark X indicates that the residue remained. It can be seen that when the treatment is performed using ammonia hydrogen peroxide solution, it can be used in a wider temperature range than the cleaning with ammonia water.
第３図は本発明の第１実施例に係る通常のゲート電極
を加工する時の処理例を示す。この場合、臭素系ガスを
用いたドライエッチング（ステップ101）の後で、アッ
シング処理（ステップ102）を介してアンモニア過酸化
水素水を用いて処理するが（ステップ103）、その後、
一般にピラニア洗浄と呼ばれる、硫酸過酸化水素水を用
いた洗浄を行ってもよい（ステップ104）。このピラニ
ア洗浄は、アンモニア過酸化水素水により剥離されたレ
ジストパーティクルを除去する点で効果的である。FIG. 3 shows a processing example when processing a normal gate electrode according to the first embodiment of the present invention. In this case, after dry etching using a bromine-based gas (step 101), processing is performed using ammonia hydrogen peroxide solution via ashing processing (step 102) (step 103).
Cleaning using sulfuric acid / hydrogen peroxide solution, which is generally called piranha cleaning, may be performed (step 104). This piranha cleaning is effective in removing resist particles that have been stripped off by the ammonia hydrogen peroxide solution.
第４図は本発明の第２実施例に係る長時間のドライエ
ッチングを行った時の処理例を示す。この実施例はアッ
シング処理の前に、アンモニア過酸化水素水を用いて処
理する点（ステップ202）で第１実施例とは異なる。こ
のように、アッシング前にアンモニア過酸化水素水を用
いた洗浄処理を施すことにより、酸素のみのアッシング
によって全くレジストが剥離できない場合には有用であ
る。FIG. 4 shows a processing example when dry etching is performed for a long time according to the second embodiment of the present invention. This embodiment is different from the first embodiment in that the treatment is performed using an ammonia hydrogen peroxide solution before the ashing process (step 202). As described above, by performing a cleaning process using an ammonia hydrogen peroxide solution before ashing, it is useful when the resist cannot be stripped at all by ashing with only oxygen.
しかし、この洗浄処理（ステップ202）が長くなる
と、レジストが侵され、剥離されたレジストが洗浄槽に
浮き、パーティクルを大量に発生する。その後、同じ洗
浄槽でピラニア洗浄を行えばレジストに起因するこれら
のパーティクルは除去されるが、これらの処理には時間
がかかる。その為、このアッシング前の洗浄処理は短く
し、アッシングによりレジストの大部分の剥離が可能に
なる程度の最小限度にしておき、アッシング後に前述し
た同様の処理をすることが望ましい。このような工程を
とると工程数は増えるが、高スループット、低パーティ
クルが実現できる。以上のような処理を行った後は、洗
浄、酸化、その他の通常の処理を行えばよい。However, when the cleaning process (step 202) becomes longer, the resist is eroded, the peeled resist floats in the cleaning tank, and a large amount of particles are generated. Thereafter, if piranha cleaning is performed in the same cleaning tank, these particles caused by the resist are removed, but these processes take time. Therefore, it is desirable to shorten the cleaning process before the ashing, to minimize the cleaning so that most of the resist can be removed by the ashing, and to perform the same process as described above after the ashing. Although such steps increase the number of steps, high throughput and low particles can be realized. After performing the above processing, cleaning, oxidation, and other normal processing may be performed.
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではな
い。例えば、この実施例では多結晶Si膜を用いている
が、材料はSiに限定されない。The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in this embodiment, a polycrystalline Si film is used, but the material is not limited to Si.
本発明は、以上説明したように構成されているので、
半導体素子をドライエッチングして半導体装置を製造す
る際、ドライエッチングにより発生する残渣を効率良く
除去できる。Since the present invention is configured as described above,
When a semiconductor device is manufactured by dry-etching a semiconductor element, residues generated by dry-etching can be efficiently removed.
第１図は本発明に係る半導体装置の製造方法におけるエ
ッチング後の残渣除去処理を示す縦断面図、第２図は本
発明と従来例を比較した実験結果を示す図、第３図は本
発明の第１実施例に係る半導体装置の製造方法を示す工
程図、第４図は本発明の第２実施例に係る半導体装置の
製造方法を示す工程図である。 １……Si基板、２……ゲート酸化膜、３……高濃度ｎ型
多結晶Si膜、４……レジストパターン、５……残渣。FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a residue removal process after etching in a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, FIG. 2 is a view showing an experimental result comparing the present invention with a conventional example, and FIG. 4 is a process chart showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment, and FIG. 4 is a process chart showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. 1 ... Si substrate, 2 ... Gate oxide film, 3 ... High concentration n-type polycrystalline Si film, 4 ... Resist pattern, 5 ... Residue.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/302──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 21/302
Claims (2)
イエッチング加工する半導体装置の製造方法において、 前記ドライエッチング加工の後に、アンモニア過酸化水
素水を用いて、臭素を含むガスのエッチングに起因する
残渣を前記半導体素子から除去することを特徴とする半
導体装置の製造方法。1. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a semiconductor element is dry-etched by using a gas containing bromine, wherein the dry etching process is followed by etching of a gas containing bromine by using ammonia hydrogen peroxide solution. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: removing a residue from the semiconductor element.
90℃であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置
の製造方法。2. The method according to claim 1, wherein the aqueous ammonia hydrogen peroxide solution has a temperature of 60 ° C. or less.
2. The method according to claim 1, wherein the temperature is 90.degree.
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