JP2918201B2 - 半導体デバイス製造用窒化珪素膜のエッチング組成物、エッチング方法及びそれによって製造された半導体デバイス - Google Patents
半導体デバイス製造用窒化珪素膜のエッチング組成物、エッチング方法及びそれによって製造された半導体デバイスInfo
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- 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 at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイス製
造用窒化珪素膜のエッチング組成物とこれを利用したエ
ッチング方法及びそれによって製造される半導体デバイ
スに関する。
造用窒化珪素膜のエッチング組成物とこれを利用したエ
ッチング方法及びそれによって製造される半導体デバイ
スに関する。
【０００２】より詳しくは本発明は、半導体デバイスの
製造工程でよく使われる窒化珪素膜を低温で素早くエッ
チングできる半導体デバイス製造用窒化珪素膜のエッチ
ング組成物とこれを利用したエッチング方法、及びそれ
によって製造される半導体デバイスに関するものであ
る。
製造工程でよく使われる窒化珪素膜を低温で素早くエッ
チングできる半導体デバイス製造用窒化珪素膜のエッチ
ング組成物とこれを利用したエッチング方法、及びそれ
によって製造される半導体デバイスに関するものであ
る。
【０００３】
【従来の技術】窒化珪素膜は窒化珪素(Silicon nitrid
e;Si3N4) をシリコンウェーハ上に薄膜で形成させたも
ので、その物性は物理的、化学的に非常に安定である。
このため窒化珪素膜は、半導体デバイスの製造において
特に絶縁膜、誘電膜、保護膜として多く使用されてい
る。特に、集積回路の高密度化、膜の厚さの減少、良質
の膜の必要性によって、酸化珪素膜が窒化珪素膜で代替
される傾向がみられる。また一般の窒化珪素膜は、酸化
珪素膜と比較して、誘電体としての強度、機械的強度、
水蒸気に対する障壁、ナトリウム障壁、形成されるピン
ホール径が小さいなどの点において優れている。従って
窒化珪素膜の使用頻度が顕著に増加している。
e;Si3N4) をシリコンウェーハ上に薄膜で形成させたも
ので、その物性は物理的、化学的に非常に安定である。
このため窒化珪素膜は、半導体デバイスの製造において
特に絶縁膜、誘電膜、保護膜として多く使用されてい
る。特に、集積回路の高密度化、膜の厚さの減少、良質
の膜の必要性によって、酸化珪素膜が窒化珪素膜で代替
される傾向がみられる。また一般の窒化珪素膜は、酸化
珪素膜と比較して、誘電体としての強度、機械的強度、
水蒸気に対する障壁、ナトリウム障壁、形成されるピン
ホール径が小さいなどの点において優れている。従って
窒化珪素膜の使用頻度が顕著に増加している。
【０００４】しかし、窒化珪素膜が絶縁膜、誘電膜、保
護膜として使用される程に安定性を有しているので、逆
にエッチングによって除去することが容易でない。窒化
珪素膜には４５０℃以下での膜形成が難しいなどの問題
もあるが、窒化珪素膜の形成問題はさておくとしても、
窒化珪素膜は、エッチング時、高解像度エッチングが困
難であるという問題点を有している。
護膜として使用される程に安定性を有しているので、逆
にエッチングによって除去することが容易でない。窒化
珪素膜には４５０℃以下での膜形成が難しいなどの問題
もあるが、窒化珪素膜の形成問題はさておくとしても、
窒化珪素膜は、エッチング時、高解像度エッチングが困
難であるという問題点を有している。
【０００５】従来においては、窒化珪素膜を除去するた
めに窒化珪素膜が形成されたウェーハを燐酸(Phosphori
c acid;H3PO4) が入っているエッチングチャンバーに投
入して、エッチングチャンバーを１５０ないし１７０℃
の範囲の温度で加熱してエッチングしていた。しかし、
この時のエッチング速度は約５０Å／分程度で非常に遅
い。結果的に半導体デバイスの生産性を低下させ、加熱
によるエッチング装置の損傷を招くといった問題があっ
た。エッチング程度も通常不良であった。
めに窒化珪素膜が形成されたウェーハを燐酸(Phosphori
c acid;H3PO4) が入っているエッチングチャンバーに投
入して、エッチングチャンバーを１５０ないし１７０℃
の範囲の温度で加熱してエッチングしていた。しかし、
この時のエッチング速度は約５０Å／分程度で非常に遅
い。結果的に半導体デバイスの生産性を低下させ、加熱
によるエッチング装置の損傷を招くといった問題があっ
た。エッチング程度も通常不良であった。
【０００６】最近では、高解像度のエッチングのための
酸化膜エッチ（etch）マスク技術やプラズマエッチング
技術などが開発され、これらの方法が窒化珪素膜をエッ
チングするために利用されている。酸化膜エッチマスク
技術は、フッ酸（Hydrogen Fluoride ; HF）を使用する
湿式酸化膜技術にマスクを使用してエッチングの解像度
を高めた技術であるが、マスクの使用に起因する工程の
複雑化とそれによる生産性の低下、窒化珪素膜に対して
十分なエッチング速度を提供することができないなどの
問題点があった。
酸化膜エッチ（etch）マスク技術やプラズマエッチング
技術などが開発され、これらの方法が窒化珪素膜をエッ
チングするために利用されている。酸化膜エッチマスク
技術は、フッ酸（Hydrogen Fluoride ; HF）を使用する
湿式酸化膜技術にマスクを使用してエッチングの解像度
を高めた技術であるが、マスクの使用に起因する工程の
複雑化とそれによる生産性の低下、窒化珪素膜に対して
十分なエッチング速度を提供することができないなどの
問題点があった。
【０００７】プラズマエッチング技術は、エッチングガ
スをイオン化させ、これをウェーハ表面に加速してウェ
ーハ表面の最上層を物理的、化学的に除去する技術で、
エッチング程度を容易に調節でき、生産性が高い長所が
あるが、プラズマの使用による装置の複雑化、大型化及
び電力消費など運転費用が多くかかり、生産単価を上昇
させるなどの問題点があった。
スをイオン化させ、これをウェーハ表面に加速してウェ
ーハ表面の最上層を物理的、化学的に除去する技術で、
エッチング程度を容易に調節でき、生産性が高い長所が
あるが、プラズマの使用による装置の複雑化、大型化及
び電力消費など運転費用が多くかかり、生産単価を上昇
させるなどの問題点があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、窒化珪
素膜を短時間で容易にエッチングできるエッチング組成
物及びエッチング方法を開発することが望まれていた。
素膜を短時間で容易にエッチングできるエッチング組成
物及びエッチング方法を開発することが望まれていた。
【０００９】本発明の目的は、窒化珪素膜を短時間で容
易にエッチングできる半導体デバイス製造用窒化珪素膜
のエッチング組成物、これを利用したエッチング方法、
及びそれによって製造される半導体デバイスを提供する
ことにある。
易にエッチングできる半導体デバイス製造用窒化珪素膜
のエッチング組成物、これを利用したエッチング方法、
及びそれによって製造される半導体デバイスを提供する
ことにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明による半導体デバイス製造用窒化珪素膜のエッチング
組成物はフッ酸と燐酸塩水溶液とを混合してなる。
明による半導体デバイス製造用窒化珪素膜のエッチング
組成物はフッ酸と燐酸塩水溶液とを混合してなる。
【００１１】前記エッチング組成物は、１０ないし９０
重量％のフッ酸（但しＨＦの含有量を１〜１０ｗｔ％と
した場合）と９０ないし１０重量％の燐酸塩水溶液（但
し燐酸塩の含有量を８０〜９０ｗｔ％とした場合）を混
合してなることが望ましい。この混合比を変えることに
よってエッチング速度を変えることができる。特に前記
エッチング組成物は、５０ないし８０重量％のフッ酸と
２０ないし５０重量％の燐酸塩水溶液とを混合してなる
ことが望ましい。
重量％のフッ酸（但しＨＦの含有量を１〜１０ｗｔ％と
した場合）と９０ないし１０重量％の燐酸塩水溶液（但
し燐酸塩の含有量を８０〜９０ｗｔ％とした場合）を混
合してなることが望ましい。この混合比を変えることに
よってエッチング速度を変えることができる。特に前記
エッチング組成物は、５０ないし８０重量％のフッ酸と
２０ないし５０重量％の燐酸塩水溶液とを混合してなる
ことが望ましい。
【００１２】燐酸塩水溶液中の燐酸塩は、三塩基酸の中
性塩で、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩などのよ
うな無機陽イオンの塩及びアンモニウムのような有機陽
イオンの塩でなるグループの中で選択されたものが使用
される。
性塩で、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩などのよ
うな無機陽イオンの塩及びアンモニウムのような有機陽
イオンの塩でなるグループの中で選択されたものが使用
される。
【００１３】本発明による半導体デバイス製造用窒化珪
素膜のエッチング方法は、フッ酸と燐酸塩水溶液とを混
合してなるエッチング組成物が入っているエッチングチ
ャンバー内に窒化珪素膜が形成された半導体デバイス製
造用ウェーハを投入し、前記エッチング組成物を加熱、
気化させ、気化されたエッチング組成物にウェーハが露
出されるようにすることで窒化珪素膜をエッチングす
る。前記エッチング組成物は４０ないし１００℃の範囲
で加熱されることが望ましい。
素膜のエッチング方法は、フッ酸と燐酸塩水溶液とを混
合してなるエッチング組成物が入っているエッチングチ
ャンバー内に窒化珪素膜が形成された半導体デバイス製
造用ウェーハを投入し、前記エッチング組成物を加熱、
気化させ、気化されたエッチング組成物にウェーハが露
出されるようにすることで窒化珪素膜をエッチングす
る。前記エッチング組成物は４０ないし１００℃の範囲
で加熱されることが望ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例を
参照しながら詳細に説明する。
参照しながら詳細に説明する。
【００１５】本発明による半導体製造用窒化珪素膜のエ
ッチング組成物は、従来の窒化珪素膜のエッチング液と
して使用された燐酸が低エッチング速度を示すことを改
善するものである。このために、前記燐酸の代わりに新
しくフッ酸と燐酸塩水溶液とを混合してなるエッチング
組成物で窒化珪素膜をエッチングする。
ッチング組成物は、従来の窒化珪素膜のエッチング液と
して使用された燐酸が低エッチング速度を示すことを改
善するものである。このために、前記燐酸の代わりに新
しくフッ酸と燐酸塩水溶液とを混合してなるエッチング
組成物で窒化珪素膜をエッチングする。
【００１６】前記エッチング組成物に使用されるフッ酸
は、通常の酸化膜エッチングに使用される従来から既知
のものであってよい。燐酸塩は、三塩基酸の燐酸の塩で
あって、燐酸水素塩、燐酸２水素塩をも含むものと理解
される。
は、通常の酸化膜エッチングに使用される従来から既知
のものであってよい。燐酸塩は、三塩基酸の燐酸の塩で
あって、燐酸水素塩、燐酸２水素塩をも含むものと理解
される。
【００１７】前記エッチング組成物は、１０ないし９０
重量％のフッ酸（但しＨＦの含有量１〜１０ｗｔ％）と
９０ないし１０重量％の燐酸塩水溶液（但し燐酸塩の含
有量８０〜９０ｗｔ％）を混合してなる。フッ酸と燐酸
塩水溶液の混合比は、窒化珪素膜の望むエッチング速度
によって異なるもので、燐酸塩水溶液の混合比が１０％
になるまではフッ酸の混合比が増加すればするほど、エ
ッチング速度が低下する。燐酸塩水溶液の混合比が１０
％を超える時からはフッ酸の混合比が増加するほどエッ
チング速度もそれに比例して増加する。
重量％のフッ酸（但しＨＦの含有量１〜１０ｗｔ％）と
９０ないし１０重量％の燐酸塩水溶液（但し燐酸塩の含
有量８０〜９０ｗｔ％）を混合してなる。フッ酸と燐酸
塩水溶液の混合比は、窒化珪素膜の望むエッチング速度
によって異なるもので、燐酸塩水溶液の混合比が１０％
になるまではフッ酸の混合比が増加すればするほど、エ
ッチング速度が低下する。燐酸塩水溶液の混合比が１０
％を超える時からはフッ酸の混合比が増加するほどエッ
チング速度もそれに比例して増加する。
【００１８】特に前記エッチング組成物は、５０ないし
８０重量％のフッ酸と２０ないし５０重量％の燐酸塩水
溶液とを混合してなることが望ましい。
８０重量％のフッ酸と２０ないし５０重量％の燐酸塩水
溶液とを混合してなることが望ましい。
【００１９】燐酸塩は、三塩基酸の中性塩で、アルカリ
金属塩、アルカリ土類金属塩などのような無機陽イオン
の塩及びアンモニウムのような有機陽イオンの塩でなっ
ているグループの中で選択されたものが使用される。特
に燐酸アンモニウムが、エッチング後、ウェーハの電気
的な特性を変化させる残留物を残さないので、好んで使
用され得る。
金属塩、アルカリ土類金属塩などのような無機陽イオン
の塩及びアンモニウムのような有機陽イオンの塩でなっ
ているグループの中で選択されたものが使用される。特
に燐酸アンモニウムが、エッチング後、ウェーハの電気
的な特性を変化させる残留物を残さないので、好んで使
用され得る。
【００２０】本発明による半導体デバイス製造用窒化珪
素膜のエッチング方法は、フッ酸と燐酸塩水溶液とを混
合してなるエッチング組成物が入っているエッチングチ
ャンバー内に、窒化珪素膜が形成された半導体デバイス
製造用ウェーハを投入して、前記エッチング組成物を加
熱、気化させ、気化されたエッチング組成物にウェーハ
が露出されるようにすることで窒化珪素膜をエッチング
するものである。半導体デバイス製造用ウェーハの表面
に形成された窒化珪素膜は、加熱、気化されるエッチン
グ組成物の蒸気によって非常に速い速度でエッチングさ
れる。
素膜のエッチング方法は、フッ酸と燐酸塩水溶液とを混
合してなるエッチング組成物が入っているエッチングチ
ャンバー内に、窒化珪素膜が形成された半導体デバイス
製造用ウェーハを投入して、前記エッチング組成物を加
熱、気化させ、気化されたエッチング組成物にウェーハ
が露出されるようにすることで窒化珪素膜をエッチング
するものである。半導体デバイス製造用ウェーハの表面
に形成された窒化珪素膜は、加熱、気化されるエッチン
グ組成物の蒸気によって非常に速い速度でエッチングさ
れる。
【００２１】この時、エッチング組成物は４０ないし１
００℃の範囲で加熱されることが望ましい。４０℃未満
の加熱は、エッチング速度の低下をもたらす問題点が起
り得る。１００℃を超える加熱は、エッチングチャンバ
ーをはじめエッチング装置の急速な損傷を招来する問題
点が起り得る。加熱温度は具体的な実験によって望まし
い温度範囲に設定される。
００℃の範囲で加熱されることが望ましい。４０℃未満
の加熱は、エッチング速度の低下をもたらす問題点が起
り得る。１００℃を超える加熱は、エッチングチャンバ
ーをはじめエッチング装置の急速な損傷を招来する問題
点が起り得る。加熱温度は具体的な実験によって望まし
い温度範囲に設定される。
【００２２】
【実施例】フッ酸と燐酸塩の水溶液とを様々な比率で混
合したエッチング組成物を、窒化珪素膜が形成されたウ
ェーハを有するエッチングチャンバー内に投入し、前記
エッチング組成物を７０℃で加熱してその蒸気に前記ウ
ェーハが露出されるようにすることでエッチング組成物
の蒸気によってウェーハの表面に形成された窒化珪素膜
をエッチングして除去する実験を行った。
合したエッチング組成物を、窒化珪素膜が形成されたウ
ェーハを有するエッチングチャンバー内に投入し、前記
エッチング組成物を７０℃で加熱してその蒸気に前記ウ
ェーハが露出されるようにすることでエッチング組成物
の蒸気によってウェーハの表面に形成された窒化珪素膜
をエッチングして除去する実験を行った。
【００２３】実験の結果、フッ酸と燐酸塩水溶液とを混
合してなる組成物においては、燐酸塩水溶液の混合比が
１０ｗｔ％になる時まではフッ酸の混合比が多いほどエ
ッチング速度が低下した。また燐酸塩水溶液の混合比が
１０ｗｔ％を超える時からはフッ酸の混合比が増加する
ほどエッチング速度もそれに比例して増加し、８００な
いし２，０００Å／分の範囲のエッチング速度を示すこ
とが確認できた。
合してなる組成物においては、燐酸塩水溶液の混合比が
１０ｗｔ％になる時まではフッ酸の混合比が多いほどエ
ッチング速度が低下した。また燐酸塩水溶液の混合比が
１０ｗｔ％を超える時からはフッ酸の混合比が増加する
ほどエッチング速度もそれに比例して増加し、８００な
いし２，０００Å／分の範囲のエッチング速度を示すこ
とが確認できた。
【００２４】特に５０ないし８０重量％のフッ酸と２０
ないし５０重量％の燐酸塩水溶液とを混合してなるエッ
チング組成物を用いた場合では、１，５００〜２，００
０Å／分の範囲の窒化珪素膜のエッチング速度が確認さ
れ、窒化珪素膜の短時間エッチングが可能であることが
実証された。
ないし５０重量％の燐酸塩水溶液とを混合してなるエッ
チング組成物を用いた場合では、１，５００〜２，００
０Å／分の範囲の窒化珪素膜のエッチング速度が確認さ
れ、窒化珪素膜の短時間エッチングが可能であることが
実証された。
【００２５】なおこの実施例では、フッ酸として、フッ
化水素（ＨＦ）の含有量が１〜１０ｗｔ％のもの、燐酸
塩水溶液として、燐酸塩の溶解量が水溶液全体に対して
８０〜９０ｗｔ％のものを使用した。
化水素（ＨＦ）の含有量が１〜１０ｗｔ％のもの、燐酸
塩水溶液として、燐酸塩の溶解量が水溶液全体に対して
８０〜９０ｗｔ％のものを使用した。
【００２６】
【発明の効果】本発明によれば、ウェーハ上の窒化珪素
膜を速いエッチング速度でエッチングすることによっ
て、窒化珪素膜を速い速度で除去することができる。従
ってさらに、窒化珪素膜を使用する半導体デバイスの生
産性を増大させることができる。
膜を速いエッチング速度でエッチングすることによっ
て、窒化珪素膜を速い速度で除去することができる。従
ってさらに、窒化珪素膜を使用する半導体デバイスの生
産性を増大させることができる。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/306 H01L 21/308
Claims (7)
- 【請求項１】 １０ないし９０重量％のフッ酸（ＨＦ１
〜１０ｗｔ％含有）と９０ないし１０重量％の燐酸塩水
溶液（燐酸塩８０〜９０ｗｔ％含有）とを混合してなる
半導体デバイス製造用窒化珪素膜のエッチング組成物。 - 【請求項２】 前記エッチング組成物は、５０ないし８
０重量％のフッ酸と２０ないし５０重量％の燐酸塩水溶
液とを混合してなる、請求項１記載のエッチング組成
物。 - 【請求項３】 前記の燐酸塩は三塩基酸の中性塩であっ
て、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウ
ム塩、及びそれら混合物よりなるグループから選択され
たものである、請求項１記載のエッチング組成物。 - 【請求項４】 フッ酸と燐酸塩水溶液とを混合してなる
エッチング組成物が入っているエッチングチャンバー内
に、窒化珪素膜が形成された半導体デバイス製造用ウェ
ーハを投入する段階と、前記エッチング組成物を加熱、
気化させる段階と、気化されたエッチング組成物にウェ
ーハを露出させる段階とからなる、半導体デバイス製造
用窒化珪素膜のエッチング方法。 - 【請求項５】 前記エッチング組成物の加熱は４０ない
し１００℃の範囲で行われる、請求項４記載のエッチン
グ方法。 - 【請求項６】 １０ないし９０重量％のフッ酸（ＨＦ１
〜１０ｗｔ％含有）と９０ないし１０重量％の燐酸塩水
溶液（燐酸塩８０〜９０ｗｔ％含有）とを混合してなる
エッチング組成物を使用して、ウェーハの表面に形成さ
れた窒化珪素膜をエッチングして製造された半導体デバ
イス。 - 【請求項７】 １０ないし９０重量％のフッ酸（ＨＦ１
〜１０ｗｔ％含有）と９０ないし１０重量％の燐酸塩水
溶液（燐酸塩８０〜９０ｗｔ％含有）とを混合してなる
半導体デバイス製造用窒化珪素膜のエッチング組成物エ
ッチング組成物が入っているエッチングチャンバー内
に、窒化珪素膜が形成された半導体デバイス製造用ウェ
ーハを投入させ、前記エッチング組成物を加熱、気化さ
せ、気化されたエッチング組成物にウェーハが露出され
るようにすることで、ウェーハ上に形成された窒化珪素
膜をエッチングして製造された半導体デバイス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019970011899A KR100252212B1 (ko) | 1997-03-31 | 1997-03-31 | 반도체장치 제조용 질화규소막의 식각조성물과이를 이용한 식각방법 및 그에 의하여 제조되는 반도체장치 |
| KR1997-11899 | 1997-03-31 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10284467A JPH10284467A (ja) | 1998-10-23 |
| JP2918201B2 true JP2918201B2 (ja) | 1999-07-12 |
Family
ID=19501633
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10065126A Expired - Fee Related JP2918201B2 (ja) | 1997-03-31 | 1998-03-16 | 半導体デバイス製造用窒化珪素膜のエッチング組成物、エッチング方法及びそれによって製造された半導体デバイス |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6037269A (ja) |
| JP (1) | JP2918201B2 (ja) |
| KR (1) | KR100252212B1 (ja) |
| TW (1) | TW444297B (ja) |
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