JP2828084B2 - 半導体素子の製造方法 - Google Patents
半導体素子の製造方法Info
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
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- H01L21/3105—After-treatment
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子の製造方
法に関し、特にエッチング反応装置でオゾンガス、無水
ＨＦガス、超純粋蒸気の混合相を利用し酸化膜と多結晶
シリコンエッチング選択比を調節する半導体素子の製造
方法に関する。
法に関し、特にエッチング反応装置でオゾンガス、無水
ＨＦガス、超純粋蒸気の混合相を利用し酸化膜と多結晶
シリコンエッチング選択比を調節する半導体素子の製造
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】通常的に、酸化膜のエッチングは弗素
（Ｆ）系化合物の湿式エッチング（ＨＦ、ＢＯＥ水溶
液）方法や弗素（Ｆ）系化合物（ＣＦ4 、ＣＨＦ3 ・・
・）を利用した乾式エッチング（プラズマ）方法を利用
して形成されており、シリコン膜のエッチングは弗酸、
硝酸、窒酸の混合水溶液を利用した湿式エッチング方法
や、プラズマ乾式エッチング方法を利用して形成されて
いる。
（Ｆ）系化合物の湿式エッチング（ＨＦ、ＢＯＥ水溶
液）方法や弗素（Ｆ）系化合物（ＣＦ4 、ＣＨＦ3 ・・
・）を利用した乾式エッチング（プラズマ）方法を利用
して形成されており、シリコン膜のエッチングは弗酸、
硝酸、窒酸の混合水溶液を利用した湿式エッチング方法
や、プラズマ乾式エッチング方法を利用して形成されて
いる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記のような
方法を利用して酸化膜やシリコン膜をエッチングする場
合、そのエッチング選択比が非常に大きく酸化膜エッチ
ングの際のシリコンのエッチングは殆どなく、また、シ
リコンエッチングの際の酸化膜のエッチングも殆どない
ようになる。
方法を利用して酸化膜やシリコン膜をエッチングする場
合、そのエッチング選択比が非常に大きく酸化膜エッチ
ングの際のシリコンのエッチングは殆どなく、また、シ
リコンエッチングの際の酸化膜のエッチングも殆どない
ようになる。
【０００４】従って、酸化膜とシリコン膜のエッチング
選択比が非常に高い前記の弗素系混合物ではエッチング
選択比を低く、或は同等の程度に調節することが難しい
ため一定程度の酸化膜、又はシリコン膜が必要な場合望
むエッチング選択のための化合物の組成比を得ることが
できない。特に、超純粋蒸気の有無は酸化膜のエッチン
グ率（ｅｔｃｈ ｒａｔｅ）に大きな影響を及ぼしオゾ
ンガスの濃度はシリコン膜の酸化膜形成に大きな影響を
及ぼすことになる。
選択比が非常に高い前記の弗素系混合物ではエッチング
選択比を低く、或は同等の程度に調節することが難しい
ため一定程度の酸化膜、又はシリコン膜が必要な場合望
むエッチング選択のための化合物の組成比を得ることが
できない。特に、超純粋蒸気の有無は酸化膜のエッチン
グ率（ｅｔｃｈ ｒａｔｅ）に大きな影響を及ぼしオゾ
ンガスの濃度はシリコン膜の酸化膜形成に大きな影響を
及ぼすことになる。
【０００５】このような問題点を解決するため、本発明
はオゾンガス、無水ＨＦガス、超純粋蒸気（ＤＩ ｗａ
ｔｅｒ ｖａｐｏｒ）の混合物の組成比を利用してエッ
チング量が少ない場合にも選択エッチング比を低減する
ことができるよう酸化膜のみをエッチングし、酸化膜と
シリコン膜のエッチング選択比を調節する半導体素子の
製造方法を提供することにその目的がある。
はオゾンガス、無水ＨＦガス、超純粋蒸気（ＤＩ ｗａ
ｔｅｒ ｖａｐｏｒ）の混合物の組成比を利用してエッ
チング量が少ない場合にも選択エッチング比を低減する
ことができるよう酸化膜のみをエッチングし、酸化膜と
シリコン膜のエッチング選択比を調節する半導体素子の
製造方法を提供することにその目的がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明の特徴は、酸化膜と多結晶シリコンとのエッチ
ング選択比が１：１〜１：２となるようにするため、オ
ゾンガス１〜５ｌｐｍ、無水ＨＦ１５０〜３００ｓｃｃ
ｍ及び超純粋蒸気５〜１０ｌｐｍの組成比の混合ケミカ
ルでエッチング工程を進めることにある。
の本発明の特徴は、酸化膜と多結晶シリコンとのエッチ
ング選択比が１：１〜１：２となるようにするため、オ
ゾンガス１〜５ｌｐｍ、無水ＨＦ１５０〜３００ｓｃｃ
ｍ及び超純粋蒸気５〜１０ｌｐｍの組成比の混合ケミカ
ルでエッチング工程を進めることにある。
【０００７】以下、前記本発明に対し詳細に説明すれば
次の通りである。
次の通りである。
【０００８】
【発明の実施の形態】まず、シリコン膜のエッチング反
応に対し説明することにする。
応に対し説明することにする。
【０００９】オゾンガス、無水ＨＦガス、超純粋蒸気
（ＤＩ ｗａｔｅｒ ｖａｐｏｒ）の混合物（ｃｈｅｍ
ｉｃａｌ）を用いてシリコン膜、又は多結晶シリコン膜
（ｐｏｌｙ ｓｉｌｉｃｏｎ）、非晶質シリコン膜（Ａ
ｍｏｒｐｈｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ）等をエッチングす
る際、エッチング反応機構にはオゾンガスによるシリコ
ンの酸化反応でシリコン表面に酸化膜が形成され、この
酸化膜が混合物中の無水ＨＦガスと超純粋蒸気によりエ
ッチング反応するため、終局的にはシリコンがエッチン
グされる結果を得ることができる。
（ＤＩ ｗａｔｅｒ ｖａｐｏｒ）の混合物（ｃｈｅｍ
ｉｃａｌ）を用いてシリコン膜、又は多結晶シリコン膜
（ｐｏｌｙ ｓｉｌｉｃｏｎ）、非晶質シリコン膜（Ａ
ｍｏｒｐｈｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ）等をエッチングす
る際、エッチング反応機構にはオゾンガスによるシリコ
ンの酸化反応でシリコン表面に酸化膜が形成され、この
酸化膜が混合物中の無水ＨＦガスと超純粋蒸気によりエ
ッチング反応するため、終局的にはシリコンがエッチン
グされる結果を得ることができる。
【００１０】ここで、混合物中の超純粋蒸気はオゾンガ
スによるシリコンの酸化反応に一定程度寄与するが、続
くＨＦガスによるエッチング反応に比べその寄与度が小
さく無視することができる。しかし、少量の超純粋蒸気
のみでもエッチング反応が速やかに進行する。即ち、こ
の酸化反応で形成されたシリコン表面の酸化膜（ＳｉＯ
2 ）は混合物中の超純粋蒸気の濃度に非常に大きな影響
を受けることを現す。反面、超純粋蒸気が全然なくなる
場合においては無水ＨＦガスのみによる酸化膜エッチン
グ反応が進行されなくなり、シリコン表面には薄い酸化
膜が形成されたままに残ることになり、残っている酸化
膜がオゾンガスから出てくる酸素のシリコン表面への浸
透を抑制するためこれ以上の酸化膜厚さの増加はなくな
る。従って、シリコン膜の損失がなくなる。しかし、混
合物とウェーハの反応が進められる雰囲気は常温、常圧
のため前記のような結果が発生するがその雰囲気を調節
する場合、これ以上の酸化膜形成を得ることができる。
スによるシリコンの酸化反応に一定程度寄与するが、続
くＨＦガスによるエッチング反応に比べその寄与度が小
さく無視することができる。しかし、少量の超純粋蒸気
のみでもエッチング反応が速やかに進行する。即ち、こ
の酸化反応で形成されたシリコン表面の酸化膜（ＳｉＯ
2 ）は混合物中の超純粋蒸気の濃度に非常に大きな影響
を受けることを現す。反面、超純粋蒸気が全然なくなる
場合においては無水ＨＦガスのみによる酸化膜エッチン
グ反応が進行されなくなり、シリコン表面には薄い酸化
膜が形成されたままに残ることになり、残っている酸化
膜がオゾンガスから出てくる酸素のシリコン表面への浸
透を抑制するためこれ以上の酸化膜厚さの増加はなくな
る。従って、シリコン膜の損失がなくなる。しかし、混
合物とウェーハの反応が進められる雰囲気は常温、常圧
のため前記のような結果が発生するがその雰囲気を調節
する場合、これ以上の酸化膜形成を得ることができる。
【００１１】次に、酸化膜のエッチング反応に対し説明
することにする。
することにする。
【００１２】混合物を用いて酸化膜をエッチングする場
合において、オゾンガスは無水ＨＦガスと超純粋蒸気に
よるエッチング反応速度に殆ど影響を及ぼさない。シリ
コンが多少過度な構造が酸化膜内に存在するようになる
場合、ＨＦによるエッチングの場合エッチング均一度
（ｅｔｃｈ ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）が悪化するが、オ
ゾンガスによる酸化反応の寄与で優秀なエッチング均一
度を得ることができる付随的効果を有する。
合において、オゾンガスは無水ＨＦガスと超純粋蒸気に
よるエッチング反応速度に殆ど影響を及ぼさない。シリ
コンが多少過度な構造が酸化膜内に存在するようになる
場合、ＨＦによるエッチングの場合エッチング均一度
（ｅｔｃｈ ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）が悪化するが、オ
ゾンガスによる酸化反応の寄与で優秀なエッチング均一
度を得ることができる付随的効果を有する。
【００１３】酸化膜のエッチングにおいては超純粋蒸気
の濃度の大きさの調節がエッチング率に大きな影響を及
ぼす。これを図１Ａ乃至図１Ｄを参照して説明すれば、
次のとおりである。
の濃度の大きさの調節がエッチング率に大きな影響を及
ぼす。これを図１Ａ乃至図１Ｄを参照して説明すれば、
次のとおりである。
【００１４】熱酸化膜（１）、ドーピングされない酸化
膜（２）等は超純粋蒸気の濃度を０にしたり、微量の濃
度のみではエッチング率が０に至るが超純粋蒸気の量を
増加させる場合それに伴い酸化膜のエッチング率は急激
に増加する。（図１Ａ、図１Ｂ参照）
膜（２）等は超純粋蒸気の濃度を０にしたり、微量の濃
度のみではエッチング率が０に至るが超純粋蒸気の量を
増加させる場合それに伴い酸化膜のエッチング率は急激
に増加する。（図１Ａ、図１Ｂ参照）
【００１５】この反面、ドーピングされた酸化膜（３、
４）の場合においては酸化膜自体の大気中の水分吸水性
により超純粋蒸気を流入させなくても速やかなエッチン
グ率を得ることができ、むしろ超純粋蒸気の量の増加は
エッチング反応を抑制してエッチング率を低減させるこ
とになる。（図１Ｃ、図１Ｄ参照）
４）の場合においては酸化膜自体の大気中の水分吸水性
により超純粋蒸気を流入させなくても速やかなエッチン
グ率を得ることができ、むしろ超純粋蒸気の量の増加は
エッチング反応を抑制してエッチング率を低減させるこ
とになる。（図１Ｃ、図１Ｄ参照）
【００１６】次に、混合物の濃度の大きさによる酸化膜
とシリコン膜のエッチング選択比に対し説明することに
する。
とシリコン膜のエッチング選択比に対し説明することに
する。
【００１７】酸化膜とシリコン膜を同時にエッチングさ
せるためには、既存の湿式混合物（弗酸系水溶液、弗
酸、硝酸、窒酸の混合水溶液）や乾式混合物（ＨＦガ
ス、ＣＣｌ4 、ＣＦ4 、ＣＨＦ3 ・・・）のみではその
組成比の差があるため、一定量のエッチングが形成され
るとしても望むエッチング選択比を得ることができな
い。
せるためには、既存の湿式混合物（弗酸系水溶液、弗
酸、硝酸、窒酸の混合水溶液）や乾式混合物（ＨＦガ
ス、ＣＣｌ4 、ＣＦ4 、ＣＨＦ3 ・・・）のみではその
組成比の差があるため、一定量のエッチングが形成され
るとしても望むエッチング選択比を得ることができな
い。
【００１８】より具体的に説明すれば、エッチング反応
の際に得られる選択エッチングは次の通りである。
の際に得られる選択エッチングは次の通りである。
【００１９】まず、湿式エッチングにおいて、５０：１
ＨＦ水溶液（ＨＦ：Ｈ2 Ｏ）でエッチングされる時に
は、下の表１のようにシリコンを全然エッチングするこ
とができない。
ＨＦ水溶液（ＨＦ：Ｈ2 Ｏ）でエッチングされる時に
は、下の表１のようにシリコンを全然エッチングするこ
とができない。
【００２０】
【表１】
【００２１】また、湿式エッチングにおいて、ＢＯＥ
（ＮＨ4 ：ＨＦ＝９：１）水溶液でエッチングされる時
には、下の表２のようにシリコンを少量エッチングする
ことができるが選択エッチング比の調節は殆ど不可能で
ある。
（ＮＨ4 ：ＨＦ＝９：１）水溶液でエッチングされる時
には、下の表２のようにシリコンを少量エッチングする
ことができるが選択エッチング比の調節は殆ど不可能で
ある。
【００２２】
【表２】
【００２３】一方、プラズマを利用した乾式エッチング
において、１分間エッチングされる時にはエッチング量
が少ない場合にも選択エッチング比を低減することがで
きるよう約４０００Åシリコンがエッチングされ、熱酸
化膜が２００Åにエッチングされシリコンに対する酸化
膜の選択エッチング比は流入する混合物の条件に従い２
０：１から６０：１まで可能となる。しかし、この選択
エッチング比を１：１水準に低めるためにはシリコンの
エッチング量が５０００Å以上になる時にのみ可能であ
る。
において、１分間エッチングされる時にはエッチング量
が少ない場合にも選択エッチング比を低減することがで
きるよう約４０００Åシリコンがエッチングされ、熱酸
化膜が２００Åにエッチングされシリコンに対する酸化
膜の選択エッチング比は流入する混合物の条件に従い２
０：１から６０：１まで可能となる。しかし、この選択
エッチング比を１：１水準に低めるためにはシリコンの
エッチング量が５０００Å以上になる時にのみ可能であ
る。
【００２４】このように、通常の湿式エッチングやプラ
ズマエッチングにおいては選択エッチング比が限定さ
れ、混合物の組成比に従いエッチング量が少ない場合に
は選択エッチング比を低減することができない。
ズマエッチングにおいては選択エッチング比が限定さ
れ、混合物の組成比に従いエッチング量が少ない場合に
は選択エッチング比を低減することができない。
【００２５】これに対し本願発明によるデータの特性を
考察してみれば、一番目にオゾンガスを１〜５ｌｐｍ、
無水ＨＦを５０〜３００ｓｃｃｍ、超純粋蒸気を０ｌｐ
ｍの組成比で混合して熱酸化させるとき、熱酸化膜のエ
ッチング率は０になり、多結晶シリコン膜或は非晶質シ
リコン膜の場合、無水ＨＦの増加にともない３００〜２
０００Åのシリコン損失が発生する。この場合、熱酸化
膜に対する多結晶（或は非晶質）シリコン膜のエッチン
グ選択比は１：３００〜１：∽を得ることができる。
考察してみれば、一番目にオゾンガスを１〜５ｌｐｍ、
無水ＨＦを５０〜３００ｓｃｃｍ、超純粋蒸気を０ｌｐ
ｍの組成比で混合して熱酸化させるとき、熱酸化膜のエ
ッチング率は０になり、多結晶シリコン膜或は非晶質シ
リコン膜の場合、無水ＨＦの増加にともない３００〜２
０００Åのシリコン損失が発生する。この場合、熱酸化
膜に対する多結晶（或は非晶質）シリコン膜のエッチン
グ選択比は１：３００〜１：∽を得ることができる。
【００２６】二番目に、オゾンガスを１〜５ｌｐｍ、無
水ＨＦを１５０ｓｃｃｍ、超純粋蒸気を５ｌｐｍの組成
比で熱酸化させるとき、エッチング率は約１１Å／ｓｅ
ｃになり、従って多結晶シリコン膜のエッチング率は約
１７Å／ｓｅｃ程度で１：１．５〜１：２のエッチング
選択比を得ることができる。
水ＨＦを１５０ｓｃｃｍ、超純粋蒸気を５ｌｐｍの組成
比で熱酸化させるとき、エッチング率は約１１Å／ｓｅ
ｃになり、従って多結晶シリコン膜のエッチング率は約
１７Å／ｓｅｃ程度で１：１．５〜１：２のエッチング
選択比を得ることができる。
【００２７】三番目に、オゾンガスを１〜５ｌｐｍ、無
水ＨＦを２５０〜３００ｓｃｃｍ、超純粋蒸気を１０ｌ
ｐｍの組成比で熱酸化させる場合、エッチング率は４５
Å／ｓｅｃであり、多結晶シリコン膜のエッチング率は
約４６〜５０Å／ｓｅｃとして１：１のエッチング選択
比を得ることができる。
水ＨＦを２５０〜３００ｓｃｃｍ、超純粋蒸気を１０ｌ
ｐｍの組成比で熱酸化させる場合、エッチング率は４５
Å／ｓｅｃであり、多結晶シリコン膜のエッチング率は
約４６〜５０Å／ｓｅｃとして１：１のエッチング選択
比を得ることができる。
【００２８】
【発明の効果】以上、前記のような本発明の方法によ
り、オゾンガス、無水ＨＦガス、超純粋蒸気の混合物の
組成比を適宜に調節することにより酸化膜とシリコン膜
のエッチング選択比を１：１〜１：∽に調節することが
できる。
り、オゾンガス、無水ＨＦガス、超純粋蒸気の混合物の
組成比を適宜に調節することにより酸化膜とシリコン膜
のエッチング選択比を１：１〜１：∽に調節することが
できる。
【図１Ａ】本発明に係る超純粋蒸気の濃度調節に伴う酸
化膜のエッチング率変化を示すグラフである。
化膜のエッチング率変化を示すグラフである。
【図１Ｂ】本発明に係る超純粋蒸気の濃度調節に伴う酸
化膜のエッチング率変化を示すグラフである。
化膜のエッチング率変化を示すグラフである。
【図１Ｃ】本発明に係る超純粋蒸気の濃度調節に伴う酸
化膜のエッチング率変化を示すグラフである。
化膜のエッチング率変化を示すグラフである。
【図１Ｄ】本発明に係る超純粋蒸気の濃度調節に伴う酸
化膜のエッチング率変化を示すグラフである。
化膜のエッチング率変化を示すグラフである。
１ 熱酸化膜（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｏｘｉｄｅ）のエッチ
ング率変化グラフ ２ ドーピングされない酸化膜（ＭＴＯ）のエッチング
率変化グラフ ３ ドーピングされない酸化膜（ＢＰＳＧ）のエッチン
グ率変化グラフ ４ ドーピングされた酸化膜（Ｏ3 −ＰＳＧ）のエッチ
ング率変化グラフ
ング率変化グラフ ２ ドーピングされない酸化膜（ＭＴＯ）のエッチング
率変化グラフ ３ ドーピングされない酸化膜（ＢＰＳＧ）のエッチン
グ率変化グラフ ４ ドーピングされた酸化膜（Ｏ3 −ＰＳＧ）のエッチ
ング率変化グラフ
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体素子の製造方法において、 酸化膜と多結晶シリコンとのエッチング選択比が１：１
〜１：２となるようにするため、オゾンガス１〜５１ｐ
ｍ、無水ＨＦ１５０〜３００ｓｃｃｍ及び超純粋蒸気５
〜１０１ｐｍの組成比の混合ケミカルでエッチング工程
を進めることを特徴とする半導体素子の製造方法。 - 【請求項２】 前記混合物の中、超純粋蒸気の量を増加
させシリコンと酸化膜のエッチング選択比を１：１の条
件にすることを特徴とする請求項１記載の半導体素子の
製造方法。 - 【請求項３】 前記混合物の中、超純粋蒸気の流入を遮
断して無水ＨＦガスの量を増加させ酸化膜は殆どエッチ
ングされずシリコンのみをエッチングさせることを特徴
とする請求項１記載の半導体素子の製造方法。
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