JP3921502B2 - 酸化物の選択的エッチング方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
（発明の属する技術分野）
本発明は、半導体集積回路の分野に関し、特に選択的に酸化物をエッチングする方法に関する。
【０００２】
（発明の背景）
ウェーハ上の絶縁層内に接点開口をエッチングにより形成する間に、例えば二酸化珪素のような自然酸化物の残渣が、特に開口の底に残ることが多い。この自然酸化物残渣は、導体を開口中に蒸着する前に除去しなければならない。その理由は、前記酸化物残渣が電気抵抗を不所望に増加させ、導体への電流の流れを妨げるためである。また、半導体表面を水素により不動態化して自然酸化物の除去後にその再酸化をさらに防止しなければならない。
【０００３】
一般に、自然酸化物の除去および半導体表面の不動態化のために、湿式エッチング洗浄プロセスが広く用いられてきた。これは主に、二酸化珪素層のような絶縁層内に窓をエッチングにより形成するために、湿式エッチングが従来から用いられているからである。代表的には、熱成長膜及びSiO2蒸着膜両方をエッチング及び洗浄するために、フッ酸（ＨＦ）を含む緩衝酸化物エッチング（ＢＯＥ）液が用いられる。室温では、ＨＦは酸化珪素をエッチングする速度が、フォトレジストや下側のシリコンをエッチングする場合よりも非常に速い。ＢＯＥ中でのエッチング速度は、二酸化珪素膜の密度によるが、25℃で10〜100nm/minの範囲にある。また、エッチング速度は存在する酸化物のタイプに左右される。従って、乾燥酸素中で成長した二酸化珪素のエッチング速度は、水の存在下で成長した酸化珪素のエッチング速度よりも遅い。さらに、酸化物中の高濃度のリンが前記エッチング速度を高めるが、高濃度のホウ素は酸化物のエッチング速度を減ずる。
【０００４】
湿式化学洗浄による自然酸化物、特に二酸化珪素の除去には、2つの重大な欠点がある。第一に、ＨＦとＢＯＥの両方とも、シリコンに対する濡れ特性が劣る。従って、従来の湿式処理は、微細なパターンを有する半導体の表面を洗浄するための確実な方法にならない。これは主に、これら両湿式エッチング剤の粘度及び表面張力では、前記微細パターンの接点開口の底部に薬品が到達するのを妨げることが多いからである。通常、高アスペクト比（開口深さと開口径との比率）を有する開口底部に形成された自然酸化物は、単なる湿式洗浄プロセスによって容易に除去することができない。これは、表面張力がエッチング剤の開口内への侵入を困難にするからである。
【０００５】
第二に、ＨＦ／ＢＯＥ液が開口底部に達して自然酸化物を除去する前に、該開口の側壁が損傷を受け易い。すなわち、１／４ミクロン以下での接点孔内洗浄においては、限界寸法（ＣＤ）の損失として知られている接点孔の直径の未制御増大が湿式洗浄プロセス中で共通している。
【０００６】
図１は、半導体基板２０に塗布されたＢＰＳＧのような絶縁層２４に周知のホトリソグラフィー処理によって形成された接点開口22を示す。該接点開口２２には、当業界で知られているように、例えばタングステン（Ｗ）のビット線導体（図示せず）が後で形成される。また当業界で知られているように、ビット線導体の形成前に、チタニウム（Ｔｉ）のような金属よりなるバリヤー層（図示せず）をまず接点開口２２の表面２１上に設ける。上述したように、導体の形成中及び形成後に、酸化珪素（ＳｉＯ2）のような自然酸化物２３（図１）が接点開口２２の表面２１上に形成されるため、該バリヤー層の形成前に代表的には湿式洗浄処理を施して自然酸化物２３を除去する。図２は、自然酸化物２３の除去により接点開口２２の直径Ｄが増大されるかを示している。この変化は、限界寸法ＣＤの変化、すなわち従来技術の湿式洗浄プロセスの結果形成された△ＣＤ２５により示されている。
【０００７】
図３は、従来技術で用いる変性ＢＯＥ湿式エッチング処理に施した図１の接点開口２２に対する限界寸法の変化（△ＣＤ２５）の時間依存性を例示したものである。図３のグラフに示すように、ＢＯＥ処理は隣接する絶縁層２４（図１）をエッチングするため、該処理によりＣＤの増大を生ずる。例えば、約２５秒のｔ１のような短い浸漬時間でさえ、限界寸法変化△ＣＤ1は大きく、約１８０オングストロームである。この接点開口２２の直径増大はまた、該接点開口に充填される金属原子の変位にも影響を与える。従って、限界寸法の損失と浸漬均一性の他に、電気接触も信頼できなくなる。
【０００８】
接点孔内の自然酸化物の湿式洗浄に伴う問題を解消するために、半導体業界では著しく異方性および一方向性のプラズマエッチング又はイオン補助エッチングのような乾式エッチングプロセスが用いられ始めた。自然酸化物、特に酸化珪素（ＳｉＯ2）をその対応する接点開口から除去するために、様々な試みがなされている。例えば、Ｎｉｓｈｉｎｏ等はＮＦ3やＮＨ3プラズマ下流処理によって自然酸化物をシリコン表面から除去する方法を教示している（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．７４，Ｎｏ．２，１９９３年７月１５日）。同様に、Ｋｕｓｕｋｉ等は、ＮＦ3やＨ2プラズマ下流処理を用いる乾式処理により除去した自然酸化物を報告している（Ｊａｐ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３３，Ｎｏ．４Ｂ，１９９４年４月）。
【０００９】
従って、限界寸法の増大なしに、かつ接点開口の側壁に筋つけすることなく実質的に均一なエッチングを行う優れた乾式プラズマエッチング技術が要求されている。また、開口側壁への損傷を軽減して、該開口から自然酸化物を除去するための乾式プラズマエッチング処理が要求されている。さらに、熱成長ＳｉＯ2のような非ドープ酸化物をＢＰＳＧのようなドープ酸化物よりも速くエッチングするための優れた乾式プラズマエッチング方法が必要とされている。
【００１０】
（発明の概要）
本発明は、半導体基板上に形成された自然酸化物や、他の酸化物膜または成長残渣を、該基板を損傷することなく又はかかる基板上のパターンの限界寸法に影響を及ぼすことなく、かつ下流処理室への損傷を軽減して除去するための乾式プラズマ洗浄プロセスを提供する。特に、本発明は、ＢＰＳＧドープ絶縁層内に形成された接点開口の底部における二酸化珪素残渣の選択的エッチングに有効である。本発明はまた、熱成長ＳｉＯ2のような非ドープ酸化物をＢＰＳＧのようなドープ酸化物よりも高速度でエッチングする場合にも有効である。
【００１１】
本発明では、三フッ化窒素（ＮＦ3）及びアンモニア（ＮＨ3）のガス状混合物を使用し、これをまず上流で前記両ガスを励起するマイクロ波プラズマ源に注入し、次いでこれらガスをプラズマ形状で下流の基板表面上に流す。本発明の方法は、自然酸化物および／または成長残渣を接点開口の底部から、該接点開口の限界寸法に大きな影響を与えることなく、かつ下流処理室への損傷を軽減して、損傷なく除去するための乾式洗浄プロセスを提供する。本発明はまた、ドープ酸化物よりも速く非ドープ酸化物をエッチングするための乾式プラズマ技術を提供する。
【００１２】
本発明の前述した及びその他の長所及び特徴は、添付の図面と共に、下記の詳細な説明からよりよく理解することができる。
【００１３】
（好適な実施態様の詳細な説明）
下記の詳細な説明は、本発明を実施できる種々の具体的な実施例について言及している。これらの実施例は、当業者が本発明を実施することが出来るように十分詳細に記載されているが、他の実施例も採用でき、構造上及び理論上の変化も可能であると理解できる。
【００１４】
下記の説明で用いる用語“基板”は、あらゆる半導体を基にした構造を含むことができる。該構造とは、シリコン、絶縁体上のシリコン（ＳＯＩ）、サファイア上のシリコン（ＳＯＳ）、ドープ及び非ドープ半導体、ベース半導体基体により支持されたシリコンのエピタキシャル層、及びその他の半導体構造を含むものと理解すべきである。半導体は、シリコンベースとする必要はない。半導体は、シリコン−ゲルマニウム、ゲルマニウム又はガリウム−ヒ素とすることができる。下記の説明で基板について言及する場合には、前処理工程を利用して、ベース半導体又は基体の内又は上に領域又は接合部を形成する場合がある。
【００１５】
用語“部”は、本発明で用いるガス状混合物を構成する種々の均等な単位の１単位を示すために使用される。全てのガスを同一の圧力及び温度で用いるため、用語“部”は他の専門用語（例えばモル）の代わりに用いて、特に量に対して特定の比率でガスを使用する重要性を強調している。
【００１６】
本発明は、基板に損傷を与えることなく又はかかる基板上に形成されたパターンの限界寸法に影響を及ぼすことなく、該基板上に形成された自然酸化物又は他の酸化物膜若しくは成長残渣を除去するためのプラズマエッチング及び洗浄プロセスを提供する。本発明はまた、ドープ酸化物よりも非ドープ酸化物に対して、より速いエッチング速度を達成するための方法を提供する。本発明は、基板上に形成された絶縁層内でエッチングにより形成された接点開口の底部から自然酸化物を除去するのに特に有用である。
【００１７】
本発明では、三フッ化窒素（ＮＦ3）及びアンモニア（ＮＨ3）ガスの混合物を使用し、これを上流で前記両ガスを励起するマイクロ波プラズマ源に注入し、次いで該上流のプラズマをプラズマ形状で下流の基板表面上に流す。
【００１８】
図面を参照するに、同一要素を同一参照番号で示す。図４は本発明で用いる装置１００の概略図を示す。プラズマ源室１２を反応室１４から離れて位置させる。ガス状混合物１０を反応室１４に導管３０を介して移送する前に、該ガス混合体１０をプラズマ源室１２でプラズマに励起する（図４）。また、図４は、基板ステージ又はテーブル３４上に位置させた基板３２を示している。この場合、基板３２は、該基板３２をテーブル３４に機械的にまたは静電気的に保持するチャック３８を介して支持されている。また、基板テーブル３４には基板テーブル３４を冷却する冷却装置３６が設けられている。反応室１４の外側に位置する加熱ランプ４２は基板３２の温度を一定に保持し、また反応室１４の壁に均一に形成される残渣の量を減らすのに役立つ。
【００１９】
図４に示されるように、プラズマ装置１００はプラズマ源室１２にウェーブ入口１７を介して連結されたマイクロ波キャビティ１６を備える。例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波をキャビティ１６内で発生させ、ウェーブ入口17を介してプラズマ源室１２に付与する。さらに、図４にはガス注入口１２ａ、１２ｂ及び１２ｃが図示されており、これらを介して本発明のプラズマ源室１２中に適当なエッチングガスを導入することができる。マイクロ波キャビティ１６、ウェーブ入口１７、反応室１４、プラズマ源室１２、及び導管３０は石英、より好ましくはサファイアで形成されている。
【００２０】
ＢＰＳＧ絶縁層内にエッチングにより形成された接点開口の底部からＳｉＯ2のような自然酸化物を除去するための選択的エッチング及び洗浄方法を、図４の装置１００を用いて下記に説明する。一般に、図４の装置１００は非ドープ酸化物をドープ酸化物よりも速くエッチングするためにも用いることができる。典型的な例によれば、本発明のエッチングプロセスを高密度プラズマ（ＨＤＰ）エッチャーである反応室１４中で行う。洗浄エッチングとは反応性イオンエッチングで、これはプラズマが化学的に基板と反応することによりエッチングする化学プラズマエッチングと、基板をエッチングするために該基板に衝撃を与える高エネルギーイオンを用いる物理的プロセスであるイオンビームエッチングとの組合せである
【００２１】
本発明に係る自然酸化物の選択的にエッチング及び洗浄に用いる溶融プラズマは、三フッ化窒素（ＮＦ3）及びアンモニア（ＮＨ3）のガス状混合物１０を含む。まず、両ガスをそれぞれのガス入口１２ａ及び１２ｂ（図４）を介してプラズマ源室１２に注入する。マイクロ波キャビティ１６中に収容されたマイクロ波、典型的には５００Ｗで２．４５ＧＨｚのマイクロ波を励起し、生成したマイクロ波をウェーブ入口１７を介してＮＨ3／ＮＦ3のガス状混合物１０を含むプラズマ源室１２に供給する。その結果、プラズマ源室１２内部に放電が生じ、ＮＨ3／ＮＦ3のガス状混合物１０を形成するガスが分解される。従って、下流処理を行う前に、ＮＨ3及びＮＦ3ガスをまず上流で注入し、次いで両ガスをプラズマ源室１２からのプラズマとして下流側で反応室１４内の基板３２の表面上に流入させるのみでよい。
【００２２】
典型的な実施例によれば、本発明のプラズマエッチングプロセスは、アンモニア（ＮＨ3）と三フッ化窒素（ＮＦ3）の２種のエッチングガスを使用し、これらをＮＨ3については約１０００−４０００立方センチメートル毎秒（ｓｃｃｍ）の速度で、かつＮＦ3については約２５−２００立方センチメートル毎秒（ｓｃｃｍ）の速度でプラズマ源室１２に注入する。また、酸素（Ｏ2）をＮＨ3／ＮＦ3のガス状混合物１０と共に約５０−１０００立方センチメートル毎秒（ｓｃｃｍ）の速度で注入することができるので、最終ガス混合物は２〜約１０％、好ましくは約５％の酸素を含むものとなる。酸素の溶融プラズマへの添加はＨ＋ラジカル濃度を高め、これにより所望の選択性を実現し易くする。
【００２３】
次に、ＮＨ3／ＮＦ3／Ｏ 2ガス状混合物１０を下流側で導管３０（図４）を介して反応室１４の内側でサンプル基板３２上に配設されたディフューザ４４に流入する。
【００２４】
本発明の実施例を図１，４，５及び６を参照して説明する。下記により詳細に説明する２組の実験の各々において、本発明のＮＨ3／ＮＦ3／Ｏ 2ガス状混合物１０用いる乾式プラズマエッチングを施した図１の接点開口２２のような接点開口の限界寸法（ＣＤ）変位を測定した。
【００２５】
さらに、非ドープ酸化物である熱成長酸化物と、ドープ酸化物である硼燐珪酸塩ガラス（ＢＰＳＧ）のエッチング深さを、ＮＨ3／ＮＦ3／Ｏ 2ガス状混合物１０でのエッチング処理後に測定、比較した。
【００２６】
（第一組の実験）
図５を参照して下記に説明する第一組の実験において、約１５００オングストロームのＢＰＳＧ層中に形成した接点開口２２（図１）を有する第一シリコン基板３２ａを、本発明に係る７種の異なる化学エッチング剤で選択的にエッチングして、接点開口２２の底部からあらゆる自然酸化物を除去した。本発明の７種の化学エッチング剤を、図５の点Ｐ１−Ｐ７に対応するプロセスパラメータで示し、その詳細を下記に説明する。シリコン基板３２ａを、まず当業界で周知の従来の乾式エッチング及びレジスト膜によりパターン化してＢＰＳＧ層中に約０．３μの直径と約１．５μの深さを有する接点開口２２を形成した。
【００２７】
また、第一組の実験の一部として、本発明のＮＨ3／ＮＦ3／Ｏ 2ガス状混合物１０での下流処理を、２種の異なる絶縁層、すなわち熱成長ＳｉＯ2及びＢＰＳＧに対してそれぞれ行った。本発明に係る図５の点Ｐ１−Ｐ７に対応する７種の異なる乾式化学エッチング剤の両絶縁素材に対する効果を測定し、比較した。本発明のガス状混合物での選択的エッチング処理の前に、第２シリコン基板３２ｂ上に、例えば９００℃の高温度での乾式酸化により約１０００オングストロームのＳｉＯ２の熱成長酸化物膜を形成した。同様に、別の第３シリコン基板３２ｃ上に、硼燐珪酸塩ガラス（ＢＰＳＧ）膜を約８０００オングストロームで成長させ、それぞれ３．１重量％及び６．５重量％の硼素及び燐をドープさせた。
【００２８】
次に、これら３つのシリコン基板３２ａ，３２ｂ及び３２ｃ全てを個々にＮＨ3／ＮＦ3／Ｏ 2ガス状混合物１０と接触させ、接点開口２２の限界寸法（ＣＤ）の変位並びに熱成長 ＳｉＯ2及びＢＰＳＧに対するエッチング深さを個々に記録した。３つの基板３２ａ，３２ｂ及び３２ｃの全てを、下記の条件及び流速の範囲のもとでＮＨ3／ＮＦ3／Ｏ 2ガス状混合物に別々に接触させた。
Figure 0003921502
【００２９】
より具体的には、７種の異なる実験を本発明に係るＮＨ3／ＮＦ3／Ｏ 2ガス状混合物１０の異なるエッチングパラメータに対して行ない、各実験のデータを記録し、図５に示した。この場合、接点開口２２の限界寸法変位△ＣＤと、熱成長 ＳｉＯ2及びＢＰＳＧのエッチング速度を異なるエッチングパラメータの関数として示す。
【００３０】
例えば、３つのシリコン基板３２ａ，３２ｂ及び３２ｃ全てを、下記に示すようなＰ１（図５）の処理条件下で、ＮＨ3／ＮＦ3／Ｏ 2ガス状混合物１０に個々に接触させた。
Figure 0003921502
【００３１】
また、３つのシリコン基板３２ａ，３２ｂ及び３２ｃの全てを、下記のＰ２処理条件下でＮＨ3／ＮＦ3／Ｏ 2ガス状混合物１０に個々に接触させた。
Figure 0003921502
【００３２】
次に、３つの基板に対しＩＰＡ洗浄処理（図５のＰ３）を行い、その後これら３つの基板全てを図５のＰ４処理条件下でＮＨ3／ＮＦ3／Ｏ 2ガス状混合物１０に個々に接触させた。
Figure 0003921502
【００３３】
Ｐ５の対照処理条件下で、ＮＨ3、ＮＦ3及びＯ 2のガス比を２００：１０：１０に設定した。
Figure 0003921502
【００３４】
Ｐ６は、下記の条件下でＮＨ3／ＮＦ3／Ｏ 2ガス状混合物１０に個々に接触させた３つのシリコン基板３２ａ，３２ｂ及び３２ｃ全ての変化を示したものである。
Figure 0003921502
【００３５】
最後に、３つのシリコン基板３２ａ，３２ｂ及び３２ｃの全てを、下記の図５のＰ７に対応する条件下でＮＨ3／ＮＦ3／Ｏ 2ガス状混合物１０に個々に接触させた。
Figure 0003921502
【００３６】
第一組の実験結果は、対照条件（図５のＰ５）下では、熱成長 ＳｉＯ２に対するエッチング深さがＢＰＳＧに対するエッチング深さよりも大きい（１１０オングストロームに対して１４０オングストローム）ことを示している。図５はまた、第一組の実験の他の全ての処理条件下では、熱成長 ＳｉＯ2に対するエッチング深さがＢＰＳＧに対するエッチング深さとほぼ同等か、それよりもわずかに少ないことを示している。
【００３７】
約２００オングストロームの限界寸法の最大変位が、１００：５：１０のＮＨ3／ＮＦ3／Ｏ 2ガス流量比（図５のＰ７）下で生じ、一方５０オングストローム未満の限界寸法の最小変位が、２００：５：１０のＮＨ3／ＮＦ3／Ｏ 2ガス流量比（図５のＰ２）下で生じる。
【００３８】
従って、図５に示す第一組の実験結果によれば、限界寸法の変位に関する最高の結果は、該実験をＰ２の処理条件下、すなわちアンモニア量に対し三フッ化窒素の量を相対的に減じた２００：５：１０の容積比のＮＨ3／ＮＦ3／Ｏ 2ガス状混合物下で行った際に得られる。
【００３９】
本発明のＮＨ3／ＮＦ3／Ｏ 2ガス混合物を用いた溶融プラズマの優れたエッチング及び洗浄特性をさらに具体的に示すために、ここで第二組の実験について言及し、図６と併せて説明する。
【００４０】
（第二組の実験）
第二組の実験では、シリコン基板３２ａのような構造基板上に形成した図１の接点開口２２のような接点開口に、２種の異なるアスペクト比、すなわち公称０．５および０．６のアスペクト比に対して２種の異なる化学エッチング剤でエッチングを施した。２種の化学エッチング剤の各々に対して、限界寸法の変位を図６に示すように記録した。２種の化学エッチング剤の一方は従来の湿式化学エッチング剤（図６の点Ｅ１に表示）で、他方は本発明の乾式化学エッチング剤（図６の点Ｅ２に表示）である。
【００４１】
図６に示すように、従来の湿式化学変性ＢＯＥエッチング剤（Ｅ１に例示）に対して、限界寸法の変位を測定、記録した。また、該湿式化学エッチング剤と比較して図６に図示するように、本発明の乾式プラズマ化学エッチング剤に対しても、６０秒間２００：５：１０の容積比のＮＨ3／ＮＦ3／Ｏ 2ガス状混合物での処理条件（Ｅ２に例示）下で、基板３２ａの接点開口２２の限界寸法（ＣＤ）の変位を測定、記録した。
【００４２】
第一組の実験のように、約１５００オングストロームのＢＰＳＧ絶縁層をエッチングすることにより基板３２ａ上に接点開口２２を形成した。該接点開口２２は、まず約０．３μの直径と、１．５μの深さであった。接点開口２２を２種の異なる化学エッチング剤でエッチングした後に、両化学エッチング剤に関する限界寸法の変位を測定し、データを図６にプロットした。
【００４３】
図６のＣＤ測定によれば、点Ｅ２のＮＨ3／ＮＦ3／Ｏ 2ガス状混合物１０（ＮＨ3／ＮＦ3／Ｏ 2の容量比は２００：５：１０）でエッチング処理することにより、接点開口２２の限界寸法の変位（△ＣＤ）が、従来の変性ＢＯＥ化学エッチング剤でエッチングした場合よりも著しく小さい。本発明に係る点Ｅ２（ＮＨ3／ＮＦ3／Ｏ 2の容量比は２００：５：１０）での好適な化学エッチング剤に関するＣＤ測定では、限界寸法が０．５の公称アスペクト比に対して５０オングストローム未満、また０．６の公称アスペクト比に対して約８０オングストロームであることを示している。また、従来の湿式化学変性ＢＯＥエッチング剤に対応する点Ｅ１でのＣＤ測定では、限界寸法の変位が約１５０オングストロームと相当な増加を示している。
【００４４】
上述した本発明の測定結果から、上流側でマイクロ波プラズマ源に注入した少量の酸素（Ｏ2）と減量した三フッ化窒素を有する２種のガス、フッ化窒素（ＮＦ3）とアンモニア（ＮＨ3）との混合物が、半導体基板上のＢＰＳＧ又は他の絶縁層中にエッチングにより形成した接点開口の底部に典型的に生じる自然酸化物又は他の種類の残渣を除去するための優れた乾式エッチング及び洗浄プロセスを提供することを確認した。本発明のガス状混合体を用いる優れたプラズマエッチング及び洗浄プロセスにより、ＣＤ損失が最小となり、絶縁層周辺に形成される筋が減少し、また開口の均一性が向上する。
【００４５】
本発明のデータから、少量の酸素（Ｏ2）と共に上流側でマイクロ波プラズマ源に注入したフッ化窒素（ＮＦ3）及びアンモニア（ＮＨ3）ガスの混合物が、熱成長ＳｉＯ2のような非ドープ酸化物をＢＰＳＧ、ＰＳＧ又はＢＳＧのようなドープ酸化物よりも速くエッチングすることも確認した。本発明の結果を非ドープ酸化物としてのＳｉＯ2に関して図示しているが、熱成長ＳｉＯ2の使用に限定するものではなく、ＳｉＯ2、ＣＶＤ又はＰＥＣＶＤ酸化物のような他の非ドープ酸化物やＴＥＯＳ、ＴＥＯＳ蒸着ＳｉＯ2のような酸化物又はシランも使用することができる。
【００４６】
上記の説明は、本発明の実施態様を示したものであるが、本発明は該実施態様に限定されるものでない。本発明の範囲から逸脱することなく、特定の処理条件や構造に従い修正及び置換を行うことが可能である。従って、本発明は、前述の詳細な説明及び図面に制限されるものとはみなされないが、付随の請求項の範囲にのみ制限されるものとみなされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来技術に基づき絶縁層内に形成した従来の接点開口を備えた代表的な半導体基板の部分横断面図である。
【図２】 従来技術に基づき湿式洗浄処理を施した場合の図１の接点開口の限界寸法の損失を示したものである。
【図３】 従来技術に基づきエッチング処理を施した場合の図１の接点開口の限界寸法の変化の時間依存性を示したグラフである。
【図４】 本発明に用いる溶融プラズマ反応装置の概略図である。
【図５】 本発明の方法に基づき異なるエッチング処理を施した場合の熱成長ＳｉＯ2及びＢＰＳＧ絶縁体のエッチング深さと接点開口の限界寸法の変化を示したものである。
【図６】 従来の方法と本発明の方法に基づくエッチング処理を用いて形成した接点開口の限界寸法の変化を比較して示したものである。

Claims (25)

  1. 半導体基板をプラズマエッチングするに当たり、
    ＮＨ３、ＮＦ３及びＯ ２を含むガス状混合物を、半導体基板を含むプラズマ室の上流に設けられたプラズマ源室に導入し；
    前記プラズマ源室内でガス状混合物のプラズマを発生させ；
    前記プラズマをプラズマ源室の下流でプラズマ室に流入させ；
    前記半導体基板をプラズマと接触させて非ドープ酸化物を除去することを特徴とする半導体基板のプラズマエッチング方法。
  2. 前記基板をプラズマと接触させる工程において、該基板を前記ＮＨ3／ＮＦ3／Ｏ 2を含むガス状混合物でエッチングし、この場合ＮＨ3の流速が１０００−４０００ｓｃｃｍの範囲、ＮＦ3の流速が２５−２００ｓｃｃｍの範囲、及びＯ 2の流速が５０−１０００ｓｃｃｍの範囲にあることを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 前記ＮＦ3の流速とＮＨ3の流速が約１／４０の比率であることを特徴とする請求項２記載の方法。
  4. 前記ＮＦ3の流速、ＮＨ3の流速及びＯ2の流速が約１／４０／２の比率であることを特徴とする請求項２記載の方法。
  5. 前記ＮＨ3の流速が約２０００ｓｃｃｍ、ＮＦ3の流速が約５０ｓｃｃｍ及びＯ2の流速が約１００ｓｃｃｍであることを特徴とする請求項２記載の方法。
  6. 前記ＮＨ3の流速が約２０００ｓｃｃｍ、ＮＦ3の流速が約１００ｓｃｃｍ及びＯ2の流速が約１００ｓｃｃｍであることを特徴とする請求項２記載の方法。
  7. 基板上に形成した絶縁層内にある接点開口を洗浄するに当たり、
    前記基板と、少なくとも１つの接点開口を有する前記絶縁層とをプラズマ室内に入れ；
    ＮＨ３、ＮＦ３及びＯ ２を含むガス状混合物を、前記プラズマ室の上流に設置されたプラズマ源室に導入し；
    前記プラズマ源室中でガス状混合物のプラズマを発生させ；
    前記プラズマをプラズマ源室の下流で前記プラズマ室に流入させ；
    前記絶縁層をプラズマと接触させて非ドープ酸化物を除去し少なくとも前記開口の底部を該プラズマで洗浄することを特徴とする接点開口の洗浄方法。
  8. 前記絶縁層の接触工程において、前記開口の底部を選択的にエッチングすることを特徴とする請求項７記載の方法。
  9. 前記絶縁層をプラズマと接触させる工程において、前記ＮＨ3、ＮＦ3及びＯ 2を含むガス状混合物で前記開口の底部を選択的にエッチングし、この場合ＮＨ3の流速が１０００−４０００ｓｃｃｍの範囲、ＮＦ3の流速が２５−２００ｓｃｃｍの範囲、及びＯ 2の流速が５０−１０００ｓｃｃｍの範囲であることを特徴とする請求項７記載の方法。
  10. 前記ＮＦ3の流速とＮＨ3の流速が約１／４０の比率であることを特徴とする請求項９記載の方法。
  11. 前記ＮＦ3の流速、ＮＨ3の流速及びＯ2の流速が約１／４０／２の比率であることを特徴とする請求項９記載の方法。
  12. 前記ＮＨ3の流速が約２０００ｓｃｃｍ、ＮＦ3の流速が約５０ｓｃｃｍ及びＯ2の流速が約１００ｓｃｃｍであることを特徴とする請求項９記載の方法。
  13. 前記ＮＨ3の流速が約２０００ｓｃｃｍ、ＮＦ3の流速が約１００ｓｃｃｍ及びＯ2の流速が約１００ｓｃｃｍであることを特徴とする請求項９記載の方法。
  14. 半導体基板上に形成した絶縁層内にある接点開口の内部に形成された自然酸化物を除去するに当たり、
    ＮＨ3、ＮＦ3及びＯ 2を含むガス状混合物を、半導体基板を含むプラズマ室の上流に設置されたプラズマ源室に導入し；
    前記プラズマ室中でガス状混合物のプラズマを発生させ；
    前記プラズマをプラズマ源室の下流で前記プラズマ室に流入させ；
    接点開口を前記プラズマと接触させて自然酸化物を少なくとも前記開口の底部から除去することを特徴とする自然酸化物の除去方法。
  15. 前記接点開口を接触させる工程において、前記自然酸化物をプラズマで選択的にエッチングすることを特徴とする請求項１４記載の方法。
  16. 前記接点開口をプラズマと接触させる工程において、前記ＮＨ3、ＮＦ3及びＯ 2を含むガス状混合物で自然酸化物を選択的にエッチングし、この場合ＮＨ3の流速が１０００−４０００ｓｃｃｍの範囲、ＮＦ3の流速が２５−２００ｓｃｃｍの範囲、及びＯ 2の流速が５０−１０００ｓｃｃｍの範囲であることを特徴とする請求項１４記載の方法。
  17. 前記ＮＦ3の流速とＮＨ3の流速が約１／４０の比率であることを特徴とする請求項１６記載の方法。
  18. 前記ＮＦ3の流速、ＮＨ3の流速及びＯ2の流速が約１／４０／２の比率であることを特徴とする請求項１６記載の方法。
  19. 前記ＮＨ3の流速が約２０００ｓｃｃｍ、ＮＦ3の流速が約５０ｓｃｃｍ及びＯ2の流速が約１００ｓｃｃｍであることを特徴とする請求項１６記載の方法。
  20. 前記ＮＨ3の流速が約２０００ｓｃｃｍ、ＮＦ3の流速が約１００ｓｃｃｍ及びＯ2の流速が約１００ｓｃｃｍであることを特徴とする請求項１６記載の方法。
  21. 半導体基板上にあるドープ酸化物に対し該半導体基板上にある非ドープ酸化物をエッチングするに当たり、
    ＮＨ3、ＮＦ3及びＯ 2を含むガス状混合物を、前記第一と第二の半導体基板を含むプラズマ室の上流に設置されたプラズマ源室に導入し；
    前記プラズマ源室中でガス状混合物のプラズマを発生させ；
    前記プラズマをプラズマ源室の下流でプラズマ室に流入させ；
    前記第一と第二の半導体基板を前記プラズマと接触させることを特徴とする非ドープ酸化物のエッチング方法。
  22. 前記半導体基板をプラズマとを接触させる工程において、該半導体基板を前記ＮＨ3、ＮＦ3及びＯ 2を含むガス状混合物で選択的にエッチングし、この場合ＮＨ3の流速が１０００−４０００ｓｃｃｍの範囲、ＮＦ3の流速が２５−１００ｓｃｃｍの範囲、及びＯ 2の流速が５０−１０００ｓｃｃｍの範囲であることを特徴とする請求項２０記載の方法。
  23. 前記ＮＦ3の流速とＮＨ3の流速が約１／４０の比率であることを特徴とする請求項２２記載の方法。
  24. 前記ＮＦ3の流速、ＮＨ3の流速及びＯ2の流速が約１／４０／２の比率であることを特徴とする請求項２２記載の方法。
  25. 前記ＮＨ3の流速が約２０００ｓｃｃｍ、ＮＦ3の流速が約１００ｓｃｃｍ及びＯ2の流速が約１００ｓｃｃｍであることを特徴とする請求項２２記載の方法。
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