JP5674832B2 - キャパシタ形成方法、半導体基板製品の製造方法、およびエッチング液 - Google Patents
キャパシタ形成方法、半導体基板製品の製造方法、およびエッチング液 Download PDFInfo
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Description
特に上述したキャパシタの形成等においては窒化シリコン(SiN)からなる部材を残すようにその周辺の犠牲膜を除去する必要があり、エッチングについての選択性が欠かせない課題となっている。本発明者らは、上述のように未解明の点の多い多結晶シリコンまたはアモルファスシリコンを上記犠牲膜としたときのキャパシタ形成におけるエッチングの速度および選択性を両立することに着目した。そこで本発明は、半導体素子に影響を及ぼすアルカリ金属を用いずに、多結晶シリコンまたはアモルファスシリコンからなるシリコン膜を高速でエッチングし、窒化シリコン(SiN)との良好な選択性を実現するキャパシタの形成方法、半導体基板製品の製造方法、およびこれらの方法に用いられるエッチング液の提供を目的とする。
〔1〕造形された下部電極とその下側のSiNで構成されたストッパー膜とを具備するキャパシタの形成方法であって、前記下部電極を残すようその周辺の多結晶シリコンまたはアモルファスシリコンからなるシリコン膜をエッチングするに当たり、4級アルキルアンモニウム水酸化物とシリコンをそのイオン濃度で20ppm以上含む水溶液を、前記シリコン膜に60℃以上の条件で適用して該シリコン膜をエッチングするキャパシタ形成方法。
〔2〕前記4級アルキルアンモニウム水酸化物の濃度が7質量%以上25質量%以下である〔1〕に記載のキャパシタ形成方法。
〔3〕前記水溶液に含まれる前記4級アルキルアンモニウム水酸化物が1種のみである〔1〕または〔2〕に記載のキャパシタ形成方法。
〔4〕前記下部電極がTi化合物を含んでなり、該Ti化合物に対して、前記シリコン膜部分を選択的にエッチングする〔1〕〜〔3〕のいずれか1項に記載のキャパシタ形成方法。
〔5〕前記シリコン膜に対する水溶液の適用を不活性雰囲気下で行う〔1〕〜〔4〕のいずれか1項に記載のキャパシタ形成方法。
〔6〕前記シリコン膜の一部または全てを除去することにより、前記下部電極に求められる凹凸形状を形成する〔1〕〜〔5〕のいずれか1項に記載のキャパシタ形成方法。
〔7〕前記凹凸形状として、アスペクト比(深さ/開口幅)15〜100のシリンダ構造を形成する〔6〕に記載のキャパシタ形成方法。
〔8〕前記シリコン膜が、多結晶シリコン膜、アモルファスシリコン膜、またはその両者を積層した膜である〔1〕〜〔7〕のいずれか1項に記載のキャパシタ形成方法。
〔9〕前記シリコン膜がアモルファスシリコン膜を積層した膜からなる〔1〕〜〔8〕のいずれか1項に記載のキャパシタ形成方法。
〔10〕前記水溶液を80℃以上の条件で適用する〔1〕〜〔9〕のいずれか1項に記載のキャパシタ形成方法。
〔11〕多結晶シリコンまたはアモルファスシリコンからなるシリコン膜のエッチングレート(R Si )とSiNのエッチングレート(R SiN )との比率(R Si /R SiN )が300以上である〔1〕〜〔10〕のいずれか1項に記載のキャパシタ形成方法。
〔12〕造形された下部電極とその下側のSiNで構成されたストッパー膜とを具備するキャパシタの製造方法であって、
造形された導電膜とその下側のSiNで構成されたストッパー膜と前記導電膜の周辺の多結晶シリコンまたはアモルファスシリコンからなるシリコン犠牲膜とを有する半導体基板を準備する工程、
4級アルキルアンモニウム水酸化物とシリコンをそのイオン濃度で20ppm以上含む水溶液を準備する工程、及び
前記水溶液を前記シリコン犠牲膜に適用して、前記導電膜を残してキャパシタの下部電極をなすようエッチングするキャパシタの製造方法。
〔13〕前記シリコンのイオン濃度をICP−MSにより定量する〔1〕〜〔12〕のいずれか1項に記載の方法。
〔14〕〔13〕に記載の方法を介して製造する半導体基板製品の製造方法。
〔15〕造形された下部電極とその下側のSiNで構成されたストッパー膜とを具備するキャパシタの形成に用いるエッチング液であって、
前記下部電極を残すようその周辺の多結晶シリコンまたはアモルファスシリコンからなるシリコン膜をエッチングする、
4級アルキルアンモニウム水酸化物とシリコンをそのイオン濃度で20ppm以上含む水溶液からなるエッチング液。
まず、本発明に係るエッチング液について説明する前に、本発明において好適に採用することができるキャパシタ構造の製造例について添付の図面に基づき説明する。なお、下記詳細な説明では本発明のエッチング方法の好ましい適用対象であるキャパシタ構造の形成について主に説明するが、本発明がこれに限定して解釈されるものではない。
本実施形態の製造例においては、シリコンウエハ3の上に第1の成形膜1と第2の成形膜(犠牲膜)2が形成されている。第1の成形膜1はシリンダ孔の開孔時のエッチングストッパー膜であり、第2の成形膜2と異方性ドライエッチングプロセスでエッチングレート比を有する膜である。犠牲膜2は段階的に積層して形成された多層構造であってもよい。段階的に積層して形成されるとは、犠牲膜の材料やエッチングレートなどの異なる複数の層を積層して形成してなることをいう。第1の成形膜1としては、例えばLP−CVD(Low−Pressure Chemical Vapor Deposition)プロセスで形成した窒化膜等が挙げられる。本実施形態においては、この第1の成形膜として窒化シリコン(SiN)を適用しており、上記第2の成形膜2の選択的なエッチングが求められる。
一方、本実施形態において、第2の成形膜2には多結晶シリコンもしくはアモルファスシリコンの膜が採用されている。さらに図示していないが保護膜を設けてもよい。
なお、シリコンウエハ3は大幅に簡略化して単層のものとして示しているが、通常はここに所定の回路構造が形成されている。たとえば、分離絶縁膜、ゲート酸化膜、ゲート電極、拡散層領域、ポリシリコンプラグ、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、ビット線、金属プラグ、窒化膜、プラズマ酸化膜、BPSG膜などを用いたものが挙げられる(例えば前記特許文献1参照)。また、図1〜6においては、特にハッチングを付して示していないが、各部材の断面を示している。
次に、フォトリソグラフィー工程を用いてフォトレジスト4をパターンニングした後、異方性ドライエッチングにて開孔する(凹部Ka)。このときのフォトレジスト4及びドライエッチングの手法については、この種の製品に適用される通常の物あるいは方法を適用すればよい。
さらに、開孔後に凹部Kaの壁面Waと成形膜(シリコン膜)2の上面Wbに沿って、TiNからなる導電膜5及び導電膜5を保護するための埋設膜(犠牲膜)6(例えば多結晶シリコンもしくはアモルファスシリコンの膜)を順次成膜する。このとき中間的に(導電膜5形成後に)形成される凹部をKbとして示している。
埋設膜6の成膜後はCMP(Chemical Mechanical Polishing)にてウエハ表面の埋設膜6及び導電膜5(図2,3)の一部を除去し、エッチバックラインEまで露出させる。ここで、第2の成形膜2及び埋設膜6をウエットエッチングにより除去する。第2の成形膜(犠牲膜)2が段階的に積層されたものである場合、段階的に除去しても、一気に除去してもよい。本発明においてはこの工程が重要であり、後述する本発明に係るエッチング液が高い効果を発揮する。この工程を経て、半導体基板上で起立した、シリンダ孔Kcを中央に有する円筒状の下部電極(シリンダ壁)50(図3)が形成される。シリンダ孔壁の深さh2は特に限定されないが、この種のデバイスの通常の構造を考慮すると、500〜2000nmであることが実際的である。なお、本発明のエッチング液は上記のようにエッチバック等により平滑にされた面に適用することが好ましく、そこから埋設膜を除去して、トレンチ構造を形成することが好ましい。
なお、上述した積層犠牲膜を利用した加工方法については、特開2006−114896号公報が参考になる。
シリンダの高さh1は、同様に500〜2000nmであることが実際的である。
上記のようにして形成したキャパシタの下部電極50形成後に、容量絶縁膜9を形成し、次いでプレート電極(上部電極)(図示せず)の形成を順次行うことでキャパシタ構造10が形成できる。なお、本明細書においてキャパシタ構造とは、キャパシタそのものであっても、キャパシタの一部を構成する構造部であってもよく、図4に示した例では、下部電極50と容量絶縁膜9とから構成されるものとしてキャパシタ構造10を示している。なお、図示したものでは下部電極50とウエハ3とを成形膜1で隔てた構成として示しているが、必要により同図の断面もしくは別の位置で両者が電気的に接続された構成であるものとして解してよい。例えば、成形膜1の部分にプラグ構造やダマシン構造を形成して導通を確保する構造であったり、下部電極50を成形膜1を貫通する形で形成したものであったりしてもよい。また、容量絶縁膜9は下部電極50のみではなく、その他の基板表面に形成されていてもよい。
図6は上記実施形態の製造例の変形例を示している。シリコンウエハ3の上に第1の成形膜1と第2の成形膜2と第3の成形膜21と第4の成形膜31とが順に形成されている。第1の成形膜1はシリンダ孔の開孔時のエッチングストッパー膜であり、第2の成形膜2は異方性ドライエッチングプロセスでエッチングレート比を有する膜である。第1の成形膜1としては、たとえばLP−CVDプロセスで形成した窒化膜等が挙げられる。第2の成形膜2と第3の成形膜21と第4の成形膜31は、異方性ドライエッチングでのエッチングレート比がなく、等方性エッチングにてエッチングレート比の得られる膜の組み合わせが好ましく、さらにキャパシタ形成時に第2の成形膜2と第3の成形膜21と第4の成形膜31を同じウエットエッチング液で一度に除去できる膜で形成することが好ましい。
等方性エッチングでのエッチングレート比は、第2の成形膜2と第4の成形膜31とが同等のエッチングレートを有し、第3の成形膜21は第2の成形膜2及び第4の成形膜31に比べて大きいエッチングレートを有する膜であることが好ましい。さらに第2の成形膜2と第4の成形膜31とは同じ膜を適用しても異なる膜を適用してもよい。さらに図示していないが、保護膜を設けてもよい。なお、シリコンウエハ3は大幅に簡略化して単層のものとして示しているが、上述のとおり通常はここに所定の回路構造が形成されている。また、図6においては、特にハッチングを付して示していないが、各部材の断面を示しており、図7においてはハッチングを付して平断面図を示している。
次に、フォトリソグラフィー工程を用いてフォトレジスト4をパターンニングした後、異方性ドライエッチングにて開孔する(凹部Ka)。このときのフォトレジスト4及びドライエッチングの手法については、この種の製品に適用される通常の物あるいは方法を適用すればよい。
開孔後に等方性エッチングを行い、第3の成形膜21の部分に凹部Vaを形成した後、電極保護膜7を成長させる。電極保護膜7はキャパシタ形成時の第2の成形膜2と第3の成形膜21と第4の成形膜31の除去に用いるエッチング液に対して十分なエッチングレート比を有する成形膜であることが好ましく、さらに凹部Kaの全体に均一に成膜でき、かつ凹部Kaの中腹部に形成した凹部7を完全に埋設できる膜であることが好ましい。たとえば、ALD(Atomic Layer Deposition)法を用いた窒化膜や五酸化タンタル(Ta2O5)膜等が挙げられる。
電極保護膜7の成長後、エッチングにより電極保護膜7を除去する。このとき、凹部Va内の電極保護膜7は除去されずに残る。
上記工程(c)〜(g)と同様にして、シリンダ孔Kcを有するキャパシタの下部電極(シリンダ壁)50が形成される。上記の製造例と同様にして、キャパシタの下部電極50形成後に、容量絶縁膜9を形成し、次いでプレート電極(上部電極)(図示せず)の形成を順次行うことでキャパシタ構造が形成できる。なお、本明細書においてキャパシタ構造とは、キャパシタそのものであっても、キャパシタの一部を構成する構造部であってもよい。
次に、上記工程eにおいて説明したウエットエッチングに極めて効果的に用いることができる本発明におけるシリコンエッチング液の好ましい実施形態について説明する。
上限は特に限定されないが、この量が多すぎるとエッチング効果の上昇が頭打ちになるか、あるいはかえってこれが低下するため適量に制限することが好ましい。具体的には4級アンモニウム水酸化物を18質量%以下とすることがより好ましく、15質量%以下とすることがさらに好ましい。
多結晶シリコンまたはアモルファスシリコンからなるシリコン膜のエッチングレート(RSi)とSiNのエッチングレート(RSiN)との比率は特に限定されないが、大きいことが好ましく、両者の比(RSi/RSiN)が300以上であることが好ましく、1000以上であることがより好ましく、2000以上であることが特に好ましい。この上限は特にないが、100,000以下であることが実際的である。
4級アンモニウム水酸化物としては、テトラアルキルアンモニウム水酸化物が好ましい。具体的には、テトラメチルアンモニウム水酸化物(TMAH)、テトラエチルアンモニウム水酸化物(TEAH)、ベンジルトリメチルアンモニウム水酸化物、エチルトリメチルアンモニウム水酸化物、2−ヒドロキシエチルトリメチルアンモニウム水酸化物、ベンジルトリエチルアンモニウム水酸化物、ヘキサデシルトリメチルアンモニウム水酸化物、テトラブチルアンモニウム水酸化物、テトラヘキシルアンモニウム水酸化物、テトラプロピルアンモニウム水酸化物、などが挙げられる。
さらに、本発明のエッチング液は、実質的に前記4級アルキルアンモニウム水酸化物のみからなることが好ましい。ここで「実質的に」としたのは不可避不純物や効果に影響の小さい微量成分を含んでいてもよい意味である。このような微量成分としては、Na、K、Ca、Mn、Fe、Cu、Mg、トリメチルアミン、種々のパーティクルなどが挙げられる。なお、これら微量成分は、本発明のエッチング液が半導体用途であることを踏まえ、できるだけ低減されていることが好ましい。具体的には、これら微量成分の含有率としては、10ppm以下(質量基準)であることが好ましい。
本発明においては、4級アンモニウム水酸化物の溶液(薬液)を60℃以上の条件で多結晶シリコン膜もしくはアモルファスシリコン膜(以下、単に「シリコン膜」ということがある。)に適用する。さらに、70℃以上であることがより好ましい。特に好ましくは80℃以上である。なお、段階的に積層された犠牲膜をエッチングする場合は80℃以上であることが好ましく、90℃以上がより好ましい。上限は特に制限はないが薬液の沸騰などを考慮すると99℃以下であることがより好ましく、95℃以下であることが特に好ましい。前記の適用温度はウェハ上の温度とする。この温度は後記実施例で示したようにして測定した値とする。なお、ウェハ上の温度は高ければ高いほど、通常、エッチング速度は速くなり、その観点ではより処理温度を高めることが好ましい。
いずれの場合も、アモルファスシリコン膜のエッチングにおいては、フッ酸水溶液等による酸化膜を除去する前処理を省略することが好ましく、タンク内及び/またはインラインでの薬液の温度を、またはエッチングの浴槽温度を60℃以上にすることが好ましい。
図8は、本発明に好適に用いられることができる枚葉式装置の例を示した装置構成図である。本実施形態の除去処理について、同図を用いて説明すると、調整された除去液(液組成物)が供給部Aから供給され、その後流路fcを介して吐出口13に移行するようにされている。その後、除去液は吐出口13から噴射され、反応容器11内の半導体基板Sの上面に適用される。流路fdは薬液を再利用するための返戻経路を示している。本実施形態において半導体基板Sは回転テーブル12上にあり、回転駆動部Mによって回転テーブルとともに回転されている。
本発明において、加熱した薬液供給ライン形式は、特に限定されないが、好ましい例を以下に記す。
薬液の供給ライン例
1)a)薬液保管タンク→b)加熱タンク→c)インライン加熱→d)ウェハに吐出→a) or b)へ
2)a)薬液タンク→b)加熱タンク→d)ウェハに吐出→a) or b)へ
3)a)薬液タンク→c)インライン加熱→d)ウェハに吐出→a)へ
4)a)薬液タンク→b)加熱タンク→e)エッチング浴槽(循環加熱)
5)a)薬液タンク→e)エッチング浴槽(循環加熱)
6)b)加熱タンク→d)ウェハに吐出→b)へ
7)b)加熱タンク→c)インライン加熱→d)ウェハに吐出→b)へ
8)b)加熱タンク→e)エッチング浴槽(循環加熱)などの使用方法がある。
本発明の製造方法においては、超純水による半導体基板の洗浄工程、シリコン酸化膜の除去工程、再度の超純水による半導体基板の水洗浄工程の後、上記エッチングを実施することが好ましい。これにより、ディフェクト(残渣残り、欠陥、パーティクル、等)の低減という効果が期待できる。さらに、シリコン酸化膜除去工程の後、加温した(例えば、50〜80℃)超純水で水洗浄することも同様の観点から好ましい。さらに同様の観点から、前記再度の超純水による洗浄工程の後、ウェハをプレヒート(例えば、ウェハ表面温度で50〜80℃)し、次いで前記エッチングを施すことも好ましい。上記の超純水は、窒素置換した超純水が好ましい。
〔A:加熱タンク内および/またはインラインで前記特定温度の水溶液を吐出して該溶液を前記シリコン膜に接触させる。〕
〔B:浴槽内の前記水溶液を前記特定温度とし、前記シリコン膜を該水溶液に浸漬させて接触させる。〕
前記Aプロセスにおいては、半導体基板の回転数1000rpm以上でエッチングすることが好ましい。またAプロセスにおいて、薬液ノズルを20往復/分以上、半導体基板の中心から2cm以上平行移動させながらエッチングすることも好ましい。このようにすることで、面内均一性の向上という効果が期待できる。
本発明で使用する薬液は、4級アンモニウム水酸化物以外の添加剤を入れても構わない。例えば、金属隠蔽剤、エッチング促進剤、シリコン以外の部材のエッチング抑制剤等が挙げられる。中でも金属隠蔽剤を添加することが好ましい。
添加する金属隠蔽剤としては、特に制限はないが、コンプレキサン類が好ましい。アミノポリカルボン酸類がより好ましく、EDTA(エチレンジアミン四酢酸)、DTPA(ジエチレントリアミン五酢酸)、CyDTA(シクロヘキサンジアミン四酢酸)が更に好ましい。
本発明のエッチング液は、その使用用途に鑑み、液中の不純物、例えばメタル分などは少ないことが好ましい。
(容器)
本発明のエッチング液は、対腐食性等が問題とならない限り、任意の容器に充填して保管、運搬、そして使用することができる。また、半導体用途向けに、容器のクリーン度が高く、不純物の溶出が少ないものが好ましい。使用可能な容器としては、アイセロ化学(株)製の「クリーンボトル」シリーズ、コダマ樹脂工業(株)製の「ピュアボトル」などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
本発明のシリコンエッチング液はアルカリ性であり、pH11以上に調整されていることが好ましい。この調整は上記アルカリ化合物とその他の添加物の量を調整することで行うことができる。ただし、本発明の効果を損なわない限りにおいて、他のpH調整剤を用いて上記範囲のpHとしてもよい。シリコンエッチング液のpHは12以上であることが好ましく、13以上であることがより好ましい。このpHが上記下限値以上であることで、十分なエッチング速度を得ることができる。上記pHに特に上限はないが、14以下であることが実際的である。なお、本発明においてpHは特に断らない限り室温(25℃)においてHORIBA社製、F−51(商品名)で測定した値である。
本実施形態のエッチング液は、水性媒体を媒体とする水系の液組成物(水溶液)であることが好ましい。水性媒体とは、水及び水に可溶な溶質を溶解した水溶液を言う。溶質としては、例えば、アルコールや無機化合物の塩が挙げられる。ただし、溶質を適用する場合でもその量は所望の効果を奏する範囲に抑えられていることが好ましい。また、上記水系の組成物ないし水溶液とは、水が主たる媒体となっていることをいい、固形分以外の媒体の過半(質量基準)が水であることが好ましく、80質量%以上がより好ましく、85質量%以上であることが特に好ましい。
なお、水は、特に本願発明の好適な用途である半導体の製造用途への適用に鑑みた場合、基本的に不純物が少ないのが好ましいことは言うまでもない。具体的には、半導体に影響を及ぼしうるメタル分、本願発明が含むフッ素以外のハロゲンアニオン(Cl−、Br−など)、その他不純物ができるだけ少ないことが好ましい。このような水を得る方法としては、イオン交換法などが挙げられる。
本実施形態においては、特にアモルファスシリコン膜について、シリコン基板表面に自然に形成される酸化膜除去処理を組み合わせずに適用することが好ましい。これにより、前記エッチング液を適用する前に適用しておく必要がなく、その分時間短縮につながる。表面処理の方法は、形成される酸化膜が除去できる限り限定されないが、例えばフッ素原子を含有する酸性水溶液で処理することが挙げられる。フッ素原子を含有する酸性水溶液として、好ましくはフッ化水素酸であり、フッ化水素酸の含有量は、本実施形態の液の全質量に対して、約0.1〜約5質量%であることが好ましく、0.5〜1.5質量%であることがより好ましい。
本実施形態のエッチング液を適用することによりエッチングされる材料は特に限定されないが、一般的なキャパシタの製造に用いられる基板材料として多結晶シリコン又はアモルファスシリコンが挙げられ、これらが段階的に積層されていてもよい。酸化膜を除去する前処理を省略する観点から少なくとも1層のアモルファスシリコン層を含む積層膜が好ましく、少なくとも最上層がアモルファスシリコン層である積層膜がより好ましく、アモルファスシリコン層のみからなる積層膜が特に好ましい。このような犠牲膜の積層状態の変更による電極形態の多様化については、上述した特開2006−114896号公報を参照することができる。
一方、キャパシタ構造の中核をなす電極材料としては窒化チタン(TiN)などのTi化合物が挙げられる(ただし、本発明は電極材料に限らずTiNを含む基板構成部材の一部を残すエッチング形態としてもよい。)。すなわち、本実施形態のエッチング液は、上記基板材料のエッチングレート(ERs)と電極材料等の構成部材のエッチングレート(ERe)との比率(ERs/ERe)が大きいことが好ましい。具体的な比率の値は材料の種類や構造にもよるので特に限定されないが、ERs/EReが100以上であることが好ましく、200以上であることが好ましい。この上限は特にないが、100,000以下であることが実際的である。
本明細書においては、シリコン基板をエッチングするようエッチング液を用いることを「適用」と称するが、その実施態様は特に限定されない。典型的には、エッチング液を基板と接触させてエッチングする形態である。このとき、例えば、バッチ式のもので浸漬してエッチングしても、枚葉式のもので吐出によりエッチングしてもよい。なお、Ti化合物とはTiそのもの及びこれを含む化合物を含む意味である。TiNのほか、Ti、さらには、Ti,N,Cの複合化合物などが挙げられる。なかでもTiNが好ましい。
一般にシリコン材料として、単結晶シリコン、多結晶シリコン(ポリシリコン)、及びアモルファスシリコン(非晶質シリコン)が挙げられる。本発明ではこのうち、多結晶シリコン又はアモルファスシリコンを用いる。
単結晶シリコンとは、結晶全体にわたって原子配列の向きがそろったシリコン結晶のことであるが、実際には原子レベルで観察すると、様々な欠陥が存在する。
多結晶シリコンとは、結晶方位の異なる多数の単結晶粒から構成されたブロック又は層状のシリコンのことである。Siのみからなるものでも、ホウ素やリン等がドーピングされたものでもよい。その他、所望の効果を奏する範囲で上記と同様様々な欠陥や不純物が存在するものであってもよい。その製造方法も特に限定されず、CVD法により形成されたもの等が挙げられる。
アモルファスシリコンとは、非晶質半導体のうち、構成元素がシリコンであるものをいう。具体的には、以下のような、長距離周期構造を持たない状態のシリコンのことである。原子配列がまったくの無秩序に結合したものではなく、局所的には何らかの配列秩序は維持されているものを含む。無秩序に結合しているため、シリコン原子は共有結合の結合相手を失って、結合に関与しない電子で占められた未結合手(ダングリングボンド)が存在している。この未結合手を水素で結合させた(水素化した)ものを水素化アモルファスシリコンといい、安定な固体形状を有する。本明細書では、単にアモルファスシリコンと表記するが、水素化していないアモルファスシリコンと水素化しているアモルファスシリコンのどちらの場合も指す。
本発明において、多結晶シリコンまたはアモルファスシリコンからなるシリコン膜というとき、本発明の効果を奏する範囲で不純物や副成分を含んでいてもよい意味である。好ましくはそうした成分のない、実質的に多結晶シリコン膜またはアモルファスシリコン膜のみからなるシリコン膜であることが好ましい。
(1)多結晶シリコン膜又はアモルファスシリコン膜からなるシリコン膜(積層された犠牲膜であってもよい)を有する半導体基板を準備する工程、及び前記半導体基板に特定のエッチング液を適用し、前記シリコン膜の少なくとも一部をエッチングする工程を有する。
(2)前記半導体基板を準備する工程において、前記シリコン膜を含む多層膜構造を形成し、かつ前記半導体基板に凹凸を形成しておき、その後、
前記凹凸表面の少なくとも上面と凹部壁面とに導電膜を形成する工程と、
前記導電膜上に埋設膜を付与して前記凹部を該埋設膜で充填する工程と、
前記上面に付与された導電膜部分および前記埋設膜の一部を除去して、前記半導体基板のシリコン膜を露出させる工程とを有し、次いで、
前記シリコン膜のエッチング工程において、前記半導体基板に前記エッチング液を付与して、前記凹部壁面の導電膜は残しつつ、前記露出したシリコン膜と前記埋設膜とを除去する。
(3)半導体基板として実質的に平らな面をもつものを準備し、該半導体基板の表面に前記エッチング液を適用し、前記シリコン膜と前記埋設膜とを除去して、その除去された部分を凹部とし、基板内に残された前記導電膜を含む凸部をキャパシタの電極とする。
なお、本発明において準備とは、原材料を用いて調製ないし作製することのほか、単に購入するなどにより調達することを含む意味である。
以下の表1に示す成分及び下記処方に示した組成(質量基準)で含有させてエッチング液を調液した。試験No.101〜111のエッチング液はいずれもpH13以上であった。なお、シリコン(Si)の量は、各濃度のアルカリ化合物にアモルファスシリコンのウェハを浸漬した後、ICP−MS(Indectively Coupled Plasma Mass Spectrometry)を用いて測定した。
具体的にはパーキンエルマー製 ICP−OES 装置 Optima 7300DV を使用し、マトリックスマッチング法にて定量を行った。
そこで溶解したシリコン濃度を定量した水溶液を、各アルカリ化合物に添加することで、各エッチング液のシリコン濃度を調整した。
株式会社堀場製作所製の放射温度計IT−550Fを枚葉式装置内のウェハ上30cmの高さに固定した。ウェハ中心から2cm外側のウェハ表面上に温度計を向け、薬液を流しながら温度を計測した。温度は、放射温度計からデジタル出力し、パソコンで記録した。これらの温度のうち処理時間の最終の10秒間の温度を平均した値をウエハ上の温度とした。
<エッチング試験>
試験ウェハ:単結晶<100>シリコン上に100nmのシリコン酸化膜を製膜し、そのシリコン酸化膜上に製膜された1000nmの膜厚のアモルファスシリコンのウェハを準備した。これに対して、枚葉式装置(SPS−Europe B.V.社製、POLOS(商品名))にて、0.5%のフッ化水素酸液(23℃、2L/分、500rpm、1分間)で前処理を行い、純水(23℃、2L/分、500rpm、30秒間)で十分洗浄した。2000rpmで30秒間回転し、水を完全に除去した後、下記の条件でエッチングを行い、評価試験を実施した。また、単結晶<100>シリコン上に製膜された50nmの膜厚の窒化シリコンのウェハを準備し、下記の条件でエッチングを行い、評価試験を実施した。なお、ウェハには直径300mmのものを用い、その平均エッチング速度(Ave)を、エリプソメトリー(分光エリプソメーターを使用した膜厚測定方法)により評価した。測定は、ウェハの中央から端部まで均等に5点を設定し、この5点の結果から評価した。
・吐出量:2L/min.
・ウェハ回転数1000rpm
ppmは質量基準
TMAH:テトラメチルアンモニウム水酸化物
T(tank):タンク内のエッチング液温度
T(wafer):ウエハの表面温度
a−Si ER: アモルファスシリコンのエッチング速度
SiN ER : SiNのエッチング速度
ER 比:[a−Si ER]/[SiN ER]
一方、比較例のものでは、アモルファスシリコンのエッチング速度が低いか、もしくはSiNのエッチング速度が高かった。
実施例1のアモルファスシリコンを多結晶シリコンに変更する以外は全く同じにして評価した。なお、下表の略称は前記と同様である。ただし、poly−Si ERはポリシリコンのエッチング速度を表し、ER 比は[poly−Si ER]/[SiN ER]を示す。
実施例1のアモルファスシリコンを各500nmのアモルファスシリコン2層に変更する以外は全く同じにして評価した。積層したアモルファスシリコン膜の評価は残膜がなくなるまでの所要時間を目視で計測した。
実施例3のアモルファスシリコン2層を各500nmの多結晶シリコン2層に変更する以外は全く同じにして評価した。
実施例3のアモルファスシリコン2層を各500nmのアモルファスシリコン(下層)と多結晶シリコン(上層)に変更する以外は全く同じにして評価した。
実施例3のアモルファスシリコン2層を各500nmの多結晶シリコン(下層)とアモルファスシリコン(上層)に変更する以外は全く同じにして評価した。
2 第2の成形膜(犠牲膜)
3 シリコンウエハ
4 フォトレジスト
5 導電膜
6 埋設膜(犠牲膜)
7 保護部材
9 容量絶縁膜
10、20 キャパシタ構造
50 下部電極(シリンダ壁)
Claims (15)
- 造形された下部電極とその下側のSiNで構成されたストッパー膜とを具備するキャパシタの形成方法であって、前記下部電極を残すようその周辺の多結晶シリコンまたはアモルファスシリコンからなるシリコン膜をエッチングするに当たり、4級アルキルアンモニウム水酸化物とシリコンをそのイオン濃度で20ppm以上含む水溶液を、前記シリコン膜に60℃以上の条件で適用して該シリコン膜をエッチングするキャパシタ形成方法。
- 前記4級アルキルアンモニウム水酸化物の濃度が7質量%以上25質量%以下である請求項1に記載のキャパシタ形成方法。
- 前記水溶液に含まれる前記4級アルキルアンモニウム水酸化物が1種のみである請求項1または2に記載のキャパシタ形成方法。
- 前記下部電極がTi化合物を含んでなり、該Ti化合物に対して、前記シリコン膜部分を選択的にエッチングする請求項1〜3のいずれか1項に記載のキャパシタ形成方法。
- 前記シリコン膜に対する水溶液の適用を不活性雰囲気下で行う請求項1〜4のいずれか1項に記載のキャパシタ形成方法。
- 前記シリコン膜の一部または全てを除去することにより、前記下部電極に求められる凹凸形状を形成する請求項1〜5のいずれか1項に記載のキャパシタ形成方法。
- 前記凹凸形状として、アスペクト比(深さ/開口幅)15〜100のシリンダ構造を形成する請求項6に記載のキャパシタ形成方法。
- 前記シリコン膜が、多結晶シリコン膜、アモルファスシリコン膜、またはその両者を積層した膜である請求項1〜7のいずれか1項に記載のキャパシタ形成方法。
- 前記シリコン膜がアモルファスシリコン膜を積層した膜からなる請求項1〜8のいずれか1項に記載のキャパシタ形成方法。
- 前記水溶液を80℃以上の条件で適用する請求項1〜9のいずれか1項に記載のキャパシタ形成方法。
- 多結晶シリコンまたはアモルファスシリコンからなるシリコン膜のエッチングレート(R Si )とSiNのエッチングレート(R SiN )との比率(R Si /R SiN )が300以上である請求項1〜10のいずれか1項に記載のキャパシタ形成方法。
- 造形された下部電極とその下側のSiNで構成されたストッパー膜とを具備するキャパシタの製造方法であって、
造形された導電膜とその下側のSiNで構成されたストッパー膜と前記導電膜の周辺の多結晶シリコンまたはアモルファスシリコンからなるシリコン犠牲膜とを有する半導体基板を準備する工程、
4級アルキルアンモニウム水酸化物とシリコンをそのイオン濃度で20ppm以上含む水溶液を準備する工程、及び
前記水溶液を前記シリコン犠牲膜に適用して、前記導電膜を残してキャパシタの下部電極をなすようエッチングするキャパシタの製造方法。 - 前記シリコンのイオン濃度をICP−MSにより定量する請求項1〜12のいずれか1項に記載の方法。
- 請求項13に記載の方法を介して製造する半導体基板製品の製造方法。
- 造形された下部電極とその下側のSiNで構成されたストッパー膜とを具備するキャパシタの形成に用いるエッチング液であって、
前記下部電極を残すようその周辺の多結晶シリコンまたはアモルファスシリコンからなるシリコン膜をエッチングすることができる、
4級アルキルアンモニウム水酸化物とシリコンをそのイオン濃度で20ppm以上含む水溶液からなるエッチング液。
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