JP6896849B2 - ウェハから二酸化ケイ素を除去する方法および集積回路の製造方法 - Google Patents

ウェハから二酸化ケイ素を除去する方法および集積回路の製造方法 Download PDF

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Description

本開示は、集積回路の製造工程の分野に関し、特に、集積回路の製造方法において適用されるウェハから二酸化ケイ素を除去する方法、およびその方法を使用する集積回路の製造方法に関する。
集積回路の製造方法の分野において、現在シリコン系材料が集積回路を製造するために一般的に使用され、シリコン(または多結晶シリコン)が空気中に置かれるとき、その表面は自然に酸化されて、図1aに示すように、二酸化ケイ素(SiO)の緻密層が形成される。ある工程において、例えば金属シリサイド工程において、金属ニッケル−白金(NiPt)薄膜は、シリコン系材料で作られた基板と直接接触する必要があり、基板の表面にSiO層がある場合、抵抗率が増加し、デバイスの性能が影響を受ける。そのため、その後の任意の工程を実行する前にSiO層を除去する必要がある。図1aに示すように、SiO層を除去する間、他の膜/構造体は除去または損傷から保護されるべきである。分離層(スペーサ、窒化ケイ素(Si)で作られる)の線幅は漏電の増加などデバイスの電気的特性に影響する。したがって、分離層(スペーサ、Si)が除去されるのを防ぐ一方で、SiOを除去する必要がある。
図1bに示すように、既存の工程は、SiOを除去するためにウェットエッチング、プラズマドライエッチングなどの方法を主に使用するが、SiOはSiに対して低いエッチング選択比を有する場合があり、過度の分離層を除去する。それにより、分離層のサイズが小さくなり、それによって漏電が増加し、デバイス性能に影響を及ぼす。
したがって、集積回路の製造方法において適用されるウェハから二酸化ケイ素を除去するための高い選択比および高い効率を有する方法を開発することが必要である。
本発明の背景で開示された情報は、単に本発明の一般的な背景技術の理解を深めることを意図しており、その情報が当業者に既によく知られている先行技術を構成することをいかなる形であれ認めたり暗示するものと解釈されるべきではない。
本発明は、集積回路の製造方法に適用され、ウェハから二酸化ケイ素を除去するための方法であって、高圧下でガス状エッチング剤を二酸化ケイ素と直接反応させ、反応後に反応生成物を取り出すことによって、高い選択比および高い効率で二酸化ケイ素を除去する方法を提供する。
本発明の一態様によれば、ウェハから二酸化ケイ素を除去する方法が提供され、該方法は、脱水フッ化水素ガスと脱水アルコールガスとをプロセスチャンバに導入するステップと、ガス状エッチング剤を生成するために脱水フッ化水素ガスと脱水アルコールガスとを混合するステップと、エッチング剤をプロセスチャンバ内部のウェハと反応させ、エッチング選択比を高めるためにプロセスチャンバ内を高圧に維持するステップと、プロセスチャンバから反応生成物を取り出すステップとを含む。
任意選択で、プロセスチャンバ内の圧力は、30トルから300トルの範囲内である。
任意選択で、プロセスチャンバ内の圧力は200トルである。
任意選択で、プロセスチャンバ内の温度は20℃から80℃の範囲内である。
任意選択で、プロセスチャンバ内の温度は40℃である。
任意選択で、フッ化水素ガスの流量は100sccmから500sccmの範囲内であり、アルコールガスの流量は100sccmから1000sccmの範囲内である。
任意選択で、フッ化水素ガスの流量は150sccmから225sccmの範囲内であり、アルコールガスの流量は200sccmから450sccmの範囲内である。
任意選択で、フッ化水素ガスの流量とアルコールガスの流量との比は、0.8:1から1.2:1である。
任意選択で、フッ化水素ガスの流量とアルコールガスの流量との比は1:1である。
任意選択で、アルコールガスは、CからC一価アルコールガスのうちの少なくとも1つである。
任意選択で、アルコールガスは、メタノール、エタノール、およびイソプロピルアルコールのうちの少なくとも1つである。
別の態様として、本発明は、本発明の上述の解決方法のいずれか1つに従ってウェハから二酸化ケイ素を除去する方法を含む、集積回路の製造方法をさらに提供する。
任意選択で、本製造方法は、高アスペクト比工程(HARP)を用いたシャロートレンチアイソレーション層(STI)におけるプロファイル調整のサブ工程を含む。サブ工程では、まず、CVD法を用いてHARPを行って所定の厚さのSTI HARP堆積物を堆積し、その後、ウェハから二酸化ケイ素を除去する方法を用いて、STIに対してその開口部を拡大するエッチング操作を行う。そして、製造方法が終了するまで、HARPおよびエッチング操作が繰り返し行われる。
任意選択で、本製造方法は、STIのハードマスク層上のSiO自然酸化物層を除去するためのサブ工程を含み、STIのハードマスク層はSiである。サブ工程では、STIのハードマスク層の表面上のSiO自然酸化物層が、ウェハから二酸化ケイ素を除去するための方法を使用してエッチングされ、STI HARP堆積物に対するSiO自然酸化物層のエッチング選択比は制御されるので、SiO自然酸化物層が急速に除去され、STI HARP堆積物の過度のエッチングが回避される。
任意選択で、製造方法は、パッド酸化物層を除去するためのサブ工程を含み、パッド酸化物層は、加熱によって基板の表面に酸化によって形成されたSiO層であり、これはSTIのSiのハードマスク層のためのバッファ層である。サブ工程では、ウェハから二酸化ケイ素を除去する方法を使用してパッド酸化物層がエッチングされ、STI HARP堆積物に対するパッド酸化物層のエッチング選択比が制御されるので、パッド酸化物層が急速に除去され、STI HARP堆積物の過度のエッチングが回避される。
任意選択で、製造方法は、シリコンゲルマニウムを堆積する前に、シリコン基板上のSiO自然酸化物層を除去するためのサブ工程を含む。サブ工程では、シリコン基板上のSiO自然酸化物層が、ウェハから二酸化ケイ素を除去する方法を使用してエッチングされ、多結晶シリコンに対するSiO自然酸化物層のエッチング選択比が制御されるので、SiO自然酸化物層が急速に除去され、シリコン基板への過度の損傷が回避される。
任意選択で、製造方法は、シリサイドを堆積する前に、基板の表面上および多結晶シリコンゲートの表面上のSiO自然酸化物層を除去するためのサブ工程を含む。サブ工程では、基板の表面上および多結晶シリコンゲートの表面上のSiO自然酸化物層が、ウェハから二酸化ケイ素を除去する方法を使用してエッチングされ、多結晶シリコンに対するSiO自然酸化物層のエッチング選択比が制御されるので、SiO自然酸化物層が急速に除去され、シリコン基板への過度の損傷が回避される。
任意選択で、製造方法は、2D NANDメモリ製造方法におけるSTIリセスサブ工程を含み、NANDメモリは、グラフィックインテンシブ領域に位置するフローティングゲートおよびグラフィックインテンシブ領域STI HARP堆積物;およびグラフィックスパース領域に位置するコントロールスイッチゲートおよびグラフィックスパース領域STI HARP堆積物を含む。ここで、フローティングゲートおよびコントロールスイッチゲートは多結晶シリコンで作られ、グラフィックインテンシブ領域STI HARP堆積物およびグラフィックスパース領域STI HARP堆積物は二酸化ケイ素で作られる。サブ工程では、ウェハから二酸化ケイ素を除去する方法を用いて、グラフィックインテンシブ領域STI HARP堆積物およびグラフィックスパース領域STI HARP堆積物がエッチングされる。フローティングゲートに対する、またはコントロールスイッチゲートに対するSTI HARP堆積物のエッチング選択比が制御されるので、STI HARP堆積物が急速に除去され、フローティングゲートおよびコントロールスイッチゲートへの過度の損傷が回避される。
本発明によるウェハから二酸化ケイ素を除去する方法および集積回路の製造方法は次の利点を有する。
本発明の方法は、従来技術のウェットエッチング工程またはプラズマドライエッチング工程と比較して、ウェハから二酸化ケイ素を除去するために気相エッチング工程を使用し、本発明は化学反応によってSiOを除去し、除去工程において固体反応生成物は生成されない。したがって、チャンバ内部の清浄度を維持し、反応生成物によって引き起こされる粒子汚染を低減または排除するために、反応生成物はポンプによって容易に排出することができる。さらに、本発明の方法は固体反応生成物を生成しないので、従来技術とは異なり、固体反応生成物を排出する前に高温で加熱することによって固体反応生成物を気化または液化する必要がない。その結果、本発明の方法は高温加熱を必要とせず、従って加熱ステップに対応する冷却工程を必要としない。これは、単純な反応工程それ自体を意味し、工程効率および工程能力を改善できるだけでなく、加熱および冷却に対応する工程コストも低減することができる。
さらに、本発明によって提供される方法は、高圧工程(例えば、50トルから300トル)を使用し、Si(または多結晶シリコン、HARP堆積物など)に対するSiOのエッチング選択比を増加させることができる。これは、ウェハ上の二酸化ケイ素の除去効率を向上させるだけでなく、基板への損傷も低減する。
同様に、本発明による集積回路の製造方法は、ウェハから二酸化ケイ素を除去するために本発明の方法を使用し、それ故、二酸化ケイ素を除去するためのウェットエッチングまたはプラズマドライエッチングを使用する従来技術における集積回路の製造方法と比べて、本発明による集積回路の製造方法は、ウェハ上の二酸化ケイ素の除去効率を改善し、基板への損傷を減少させ、チャンバ内の清浄度を維持し、反応生成物によって引き起こされる粒子汚染を低減または排除し、同時に単純な反応工程、高い工程効率および工程能力、ならびに低コストなどの特徴を有する。
本発明の方法は他の特徴および利点を有し、これらの特徴および利点は添付の図面と共に以下の特定の実施形態から明らかになりまたは説明される。これらの添付図面および特定の実施形態は共に本発明の特定の原理を説明するのに役立つ。
添付の図面と併せた本発明の例示的な実施形態のより詳細な説明を通して、上記および他の目的、本発明の特徴および利点がより明らかとなり、本発明の例示的な実施形態においては、同じ参照符号は通常同じ構成要素を示す。
自然酸化物層を有する集積回路装置の概略図を示す。 従来技術の方法に従って二酸化ケイ素を除去する効果を示す概略図を示す。 本発明によるウェハ上の二酸化ケイ素を除去する方法のステップのフローチャートを示す。 本発明によるウェハ上の二酸化ケイ素を除去する方法の効果の概略図を示す。 従来技術におけるHARPを用いたシャロートレンチアイソレーションギャップフィル堆積におけるプロファイル調整を示す概略図を示す。 従来技術におけるHARPを用いたシャロートレンチアイソレーションギャップフィル堆積におけるプロファイル調整を示す概略図を示す。 従来技術におけるHARPを用いたシャロートレンチアイソレーションギャップフィル堆積におけるプロファイル調整を示す概略図を示す。 HARPを用いたシャロートレンチアイソレーションギャップフィル堆積におけるプロファイル調整の工程において、本発明によるウェハ上の二酸化ケイ素を除去する方法の効果を示す概略図を示す。 HARPを用いたシャロートレンチアイソレーションギャップフィル堆積におけるプロファイル調整の工程において、本発明によるウェハ上の二酸化ケイ素を除去する方法の効果を示す概略図を示す。 HARPを用いたシャロートレンチアイソレーションギャップフィル堆積におけるプロファイル調整の工程において、本発明によるウェハ上の二酸化ケイ素を除去する方法の効果を示す概略図を示す。 HARPを用いたシャロートレンチアイソレーションギャップフィル堆積におけるプロファイル調整の工程において、本発明によるウェハ上の二酸化ケイ素を除去する方法の効果を示す概略図を示す。 自然酸化物層を有するデバイスおよび本発明の方法によって自然酸化物層を除去した後のデバイスの概略図を示す。 自然酸化物層を有するデバイスおよび本発明の方法によって自然酸化物層を除去した後のデバイスの概略図を示す。 パッド酸化物層を有するデバイスおよび本発明の方法によってパッド酸化物層を除去した後のデバイスの概略図を示す。 パッド酸化物層を有するデバイスおよび本発明の方法によってパッド酸化物層を除去した後のデバイスの概略図を示す。 自然酸化物層を有するデバイスおよび本発明の方法によって自然酸化物層を除去した後のデバイスの概略図を示す。 自然酸化物層を有するデバイスおよび本発明の方法によって自然酸化物層を除去した後のデバイスの概略図を示す。 酸化物凹部を有する集積回路デバイスおよび本発明の方法により二酸化ケイ素を除去した後のデバイスの概略図を示す。 酸化物凹部を有する集積回路デバイスおよび本発明の方法により二酸化ケイ素を除去した後のデバイスの概略図を示す。
本発明は、添付の図面を参照して以下にさらに詳細に説明される。添付の図面は、本発明の例示的な実施形態を示しているが、本発明は様々な形態で実施することができ、本明細書に記載の実施形態によって限定されるべきではないことを理解されたい。むしろ、これらの実施形態は、本発明をより徹底的かつ完全にし、かつ本発明の範囲を全体として当業者に伝えるために提供される。
図2は、本発明によるウェハ上の二酸化ケイ素を除去する方法のステップのフローチャートを示す。
この実施形態では、本発明によるウェハから二酸化ケイ素を除去するための方法は、脱水フッ化水素ガスおよび脱水アルコールガスをプロセスチャンバに導入するステップ201;ガス状エッチング剤を生成するために脱水フッ化水素ガスと脱水アルコールガスとを混合するステップ202;エッチング剤を、プロセスチャンバ内のウェハの表面上の二酸化ケイ素などの除去される物質と反応させ、エッチング選択比を高めるためにプロセスチャンバ内を高圧に維持するステップ203;およびプロセスチャンバから反応生成物を取り出すステップ204、を含む。
この実施形態は、高圧下でのガス状エッチング剤と二酸化ケイ素との直接反応および反応後の反応生成物の取り出しによって、高い選択比および高い効率で二酸化ケイ素の除去を実現する。
本発明によるウェハから二酸化ケイ素を除去する方法の特定のステップを以下に詳細に記載する。
一例において、ウェハの表面上で除去される物質は二酸化ケイ素であり、本発明によるウェハから二酸化ケイ素を除去する方法は、脱水フッ化水素ガスおよび脱水アルコールガスをプロセスチャンバに導入するステップ201;ガス状エッチング剤を生成するために脱水フッ化水素ガスと脱水アルコールガスとを混合するステップ202;エッチング剤をプロセスチャンバ中のウェハの表面上で二酸化ケイ素と反応させ、エッチング選択比を高めるためにプロセスチャンバ内に高圧を維持するステップ203;およびプロセスチャンバから反応生成物を取り出すステップ204、を含み得る。
任意選択で、反応の条件は、プロセスチャンバ内の圧力が30トルから300トルであり、プロセスチャンバ内の温度が20℃から80℃以下であることを含んでよい。さらに任意選択で、反応の条件は、プロセスチャンバ内の圧力が200トル、プロセスチャンバ内の温度が40℃であることを含んでよい。実験によれば、プロセスチャンバ内の圧力が30トルから300トルの範囲内で高いほど、ガス状エッチング剤(反応ガス)がウェハの表面でより容易に凝固し、SiOと反応し、この場合著しく増加した速度でSiOが除去され、一方でSiはほぼ増加していない速度で除去され、その結果Si(または多結晶シリコン、HARP堆積物など)に対するSiOの除去選択比(すなわちエッチング選択比)は非常に大きくなることがわかった。
任意選択で、フッ化水素ガスの流量は100sccmから500sccmであってよく、アルコールガスの流量は100sccmから1000sccmであってよい。さらに好ましくは、フッ化水素ガスの流量は150sccmから225sccmであってよく、アルコールガスの流量は200sccmから450sccmであってよい。
任意選択で、フッ化水素ガスの流量とアルコールガスの流量との比は、0.8:1から1.2:1であってよい。例えば、フッ化水素ガスの流量とアルコールガスの流量との比は、0.8:1、1:1、または1.2:1であってもよい。さらに好ましくは、フッ化水素ガスの流量とアルコールガスの流量との比は1:1であってよい。フッ化水素ガスの流量をアルコールガスの流量に近づけることにより、二酸化ケイ素の除去の均一性を向上させることができる。
任意選択で、アルコールガスは、CからC一価アルコールガスのうちの少なくとも1つであってよい。さらに好ましくは、アルコールガスは、メタノール(CHOH)、エタノール(COH)、およびイソプロピルアルコール(IPA)の少なくとも1つであってよい。
アルコールガスがメタノールの気化物である場合、エッチング剤はHF およびCHOH である。反応生成物は四フッ化ケイ素、メタノールおよび水である。具体的には、メタノール(CHOH)が使用されるとき、本発明によるウェハから二酸化ケイ素を除去する方法の反応式は、以下の通りであってよい。
Figure 0006896849
脱水HFガスと脱水CHOHガスをチャンバ内部で混合してガス状エッチング剤HF とCHOH を生成してよく、工程中のチャンバ内部圧力を200トルに設定してよく、チャンバ内部温度を40℃としてよく、混合されたHF およびCHOH はSiOと反応してSiF、CHOH、およびHOを生成する。CHOHは良好な吸湿性を有し、結果的にウェハ表面上の残留HOを減少させることができ、同時にSiF、CHOHおよびHOなどの反応生成物はすべて反応後にポンプによって取り出すことができる。
実際の用途では、本発明によるウェハから二酸化ケイ素を除去する方法において、次の工程と一体化して真空プラットフォームにすることができるプロセスチャンバを使用することができ、その結果、次の工程は、再び非真空環境にさらされたために次の工程の前にウェハが再び酸化され、次の工程に影響を及ぼすのを防ぐために、真空環境を破壊することなく、ウェハ表面からSiOを除去した後、行われてよい。次の工程は、例えば、シリサイド工程におけるNiPt堆積またはSiGe堆積であってよい。
本発明によるウェハから二酸化ケイ素を除去する方法は、以下に示す利点を有する。
第一に、高い選択比が実現される。本発明は高圧法により選択比を高める。実験は、高圧工程(例えば、200トルの工程圧力)を使用するとき、ガス状エッチング剤がウェハの表面で凝固し、より容易にSiOと反応することを示しており、この場合、SiOは著しく増加した速度で除去される。一方で、Siは少し増加した速度で除去され、それによって基板への損傷を減少させながらSiOの除去速度を増加させる。すなわち、本発明によって提供される方法は、Si(または多結晶シリコン、HARPなど)に対するSiOの除去選択比を著しく増加させる。
第二に、プラズマは使用されず、他のいかなる副生成物も生成しない可能性が高い。このことにより、基板に損傷を与えず、粒子汚染を減らし、チャンバ内部を清浄に保つだけではなく、装置のコストも削減する。
第三に、SiOが化学反応によって除去されるので、固体の反応生成物がなく、したがって反応生成物をポンプによって取り出すことができる。図5aおよび図5bは、本発明によるウェハから二酸化ケイ素を除去する方法の他の効果を示す概略図である。図5に示すように、反応生成物がよく拡散するので、インテンシブ領域内の小孔内のSiOとスパース領域内のSiOの除去量は一致しており、気体状のSiFなどの反応生成物はポンプで容易に排出され、小孔を塞ぐことがなくなり、それによって良好な除去効果、小孔に対する高い除去効果、および高い除去均一性が得られる。さらに、本実施形態によって提供される方法は、パッド酸化物の除去およびシャロートレンチアイソレーション(STI)リセスエッチングのローディング効果も改善することができ、その結果、大小のホールリセスの一貫したディープエッチング、および一貫したSTI高さが得られる。さらに、CHOHおよびHOも取り出すのが非常に容易であり、チャンバの壁上で凝固せず、そして粒子がほとんどない。
第四に、本発明の一実施形態によるウェハから二酸化ケイ素を除去する方法は、低い工程温度、例えば20℃から80℃を有し、したがって高温加熱は必要ではなく、したがって、高温加熱ステップに対応する冷却ステップは不要であり、これは単純な反応工程を意味し、反応は一工程で完了する。したがって、処理効率および能力を向上させることができるだけでなく、少なくとも加熱および冷却ステップによって生じるコストも削減することができる。
実施例
本発明の別の局面によれば、集積回路の製造方法もまた提供され、それは上記のウェハから二酸化ケイ素を除去するための方法を含む。
本発明による集積回路の製造方法は、ウェハ上の二酸化ケイ素を除去するために本発明の上記の実施形態によって提供される方法を使用するので、二酸化ケイ素を除去するためにウェットエッチングまたはプラズマドライエッチングを使用する従来技術における集積回路の製造方法と比較して、本発明による集積回路の製造方法は、ウェハ上の二酸化ケイ素の除去効率を改善し、基板への損傷を減らし、チャンバ内部の清浄度を保ち、反応生成物によって引き起こされる粒子汚染物を減らすかさらにはなくすことができ、同時に単純な反応工程、高い工程効率および工程能力、および低コストなどの特徴を有する。
本発明の解決策および実施の効果の理解を容易にするために、いくつかの適用例が以下に与えられる。当業者であれば、これらの実施例は単に本発明の理解を容易にすることを意図しており、その特定の詳細はいかなる形でも本発明を限定することを意図していないことを理解すべきである。
実施例1:STI HARP堆積ギャップフィルプロファイルの調整
図4a、4bおよび4cは、従来技術によるHARP(高アスペクト比プロセス)を用いたシャロートレンチアイソレーションギャップフィルにおけるプロファイル調整を示す概略図である。図4aはSTIエッチング後のデバイスを示し、図4bはSTI HARP堆積中のデバイスを示し、図4cはSTI HARP堆積後にボイドを有するデバイスを示す。図4a、4bおよび4cに示すように、28nmのSTIアスペクト比が高く、STIエッチングが不十分なプロファイルを形成するので、STI HARP堆積はCVD法を使用する堆積であり、STI HARP堆積中にボイドを生成する可能性が非常に高い。さらに、固体反応生成物は、図4a、図4b、図4cに示される従来技術において製造され、小孔の除去効率は低く、能力は小さい。
実施例1の集積回路の製造方法は、HARPを用いたシャロートレンチアイソレーション層のギャップフィルにおけるプロファイル調整のサブプロセスを含む。このサブプロセスでは、まずCVD法を用いてHARP堆積物を所定の厚さで堆積するためにHARPが実行され、次いで、STIをエッチングして開口部を拡大するためにウェハから二酸化ケイ素を除去する方法を用い、工程が終了するまで上記堆積およびエッチング操作が繰り返し行われる。
具体的には、図5a、5b、5c、および5dは、HARPを使用したシャロートレンチアイソレーションギャップフィルにおけるプロファイル調整の工程において、本発明によるウェハから二酸化ケイ素を除去する方法の効果を示す概略図である。図5aは、STIエッチング後のデバイスを示し、図5bは、STI HARP堆積中のデバイスを示し、図5cは、本発明によるウェハから二酸化ケイ素を除去する方法によって調整されたSTI開口部を有するデバイスを示し、図5dはSTI HARP堆積後のデバイスを示す。
この例では、本発明によるウェハから二酸化ケイ素を除去する方法は、ガス状エッチング剤HF およびCHOH を生成するために脱水フッ化水素ガスと脱水メタノールとを混合するステップ;次いで、エッチング剤がプロセスチャンバ内のウェハの表面上のSiOと接触して反応するように、エッチング剤をプロセスチャンバ内に導入するステップ;SiF、CHOH、およびHOを生成するステップを有する。プロセスチャンバ内のプロセス条件は以下の通りである:チャンバ内の圧力を200トルに設定し、チャンバ内の温度を40℃に維持し、反応が完了した後、SiF、CHOH、およびHOをポンプで排出する。
図5a、図5b、図5c、及び図5dに示すように、本発明の実施形態による集積回路の製造方法においては、CVD工程を用いてHARPを実施してHARP堆積物を一定厚さに堆積した後(例えばSiO層を堆積する)、開口部を拡大するためにSTIをエッチングする必要があり、それによってボイドが発生するのを回避することができる。非固体状態の反応生成物はポンプで容易に排出されるので、本発明の方法はSiOを除去するために使用され、チャンバ内部を清浄に保ち、反応生成物によって引き起こされる粒子汚染を低減または排除することさえ可能である。本実施形態によって提供される方法は、高温加熱を必要とせず、これは単純な反応工程を意味し、それによって工程効率および工程能力が高く、低コストであるなどの特徴を有する。さらに、本発明の方法は、200トルの工程圧力および40℃の工程温度を有し、その結果HARP堆積物などに対するSiOのエッチング選択比を増加させることができ、それはウェハ上の二酸化ケイ素の除去効率を改善するだけではなく、基板への損傷も減少させるので、開口部のプロファイルを制御することができ、CVD HARPのギャップ充填能力を高めることができる。
実施例2:STI Si自然酸化物層の除去
この実施例2における集積回路の製造方法は、STIのハードマスク層上のSiO自然酸化物層を除去するためのサブ工程を含み、STIのハードマスク層はSiで作られる。このサブ工程では、STIのハードマスク層の表面上のSiO自然酸化物層が、本発明によるウェハから二酸化ケイ素を除去する方法を用いてエッチングされ、STI HARP堆積物に対するSiO自然酸化物層のエッチング選択比が制御され、SiO自然酸化物層が急速に除去されるので、STI HARP堆積物の過度のエッチングが回避される。
具体的には、図6aおよび6bは、それぞれ、自然酸化物層を有するデバイスおよび本発明の方法によって自然酸化物層を除去した後のデバイスの概略図を示す。
図6aに示すように、集積回路の製造方法において、STIのハードマスク層としてSiを使用し、ハードマスク層を除去するために、HPOウェットエッチング法を使用する必要がある。しかしながら、ハードマスク層を有するウェハをしばらく空気中に置いた後、Si層の表面は自然に酸化されて緻密なSiO層を形成する。SiO自然酸化物層はSiを除去する前に除去すべきである。ハードマスク層を除去するために使用されるHPOウェットエッチング法がSiOを除去するために使用される場合、SiOは非常に低速で除去される。さらに、図6aのSTI HARP堆積物はCVD法を使用して堆積されたSiO層であり、SiO層は緻密性が低く、この場合、Si層の表面上のSiO自然酸化物層を除去するとき、除去しやすい。STI HARP堆積物の除去量を十分に制御すること、すなわち、STI HARP堆積物に対するSi表面上のSiO自然酸化物層のエッチング選択比を十分に制御して、STIのステップ高さ(すなわち、基板の表面上のSTIの高さ)を確実にすることが必要である。なぜなら、STIのステップ高さはデバイスの電気的特性に影響を与えるので、それは高すぎても低すぎてもいけないからである。
この理由から、本発明の方法は必然的にSi表面上のSiO自然酸化物層を除去するために使用される。図6bはこの方法を用いてSi表面上のSiO自然酸化物層を除去した後のデバイスの外観を示す。この実施例において、本発明による二酸化ケイ素の除去に使用される方法は、実施例1と同様の工程ステップを有するので、説明を省略する。
本発明の方法は高圧工程を使用し、STI HARP堆積物に対するSi表面上のSiO自然酸化物層のエッチング選択比を増加させることができ、それによりSi表面上のSiO自然酸化物層を急速に除去し、同時にSTI HARP堆積物の過度のエッチングを防止し、それによってSTIのステップ高さを十分に制御する。さらに、本発明の方法は、Si表面上のSiO自然酸化物層を除去する際に固体の反応生成物を生成しないので、反応生成物が小孔を塞いでしまう問題を防止でき、小孔の除去効率を改善し、能力を改善する。
実施例3:ICパッド酸化物除去:
この実施例3の集積回路の製造方法は、パッド酸化物層を除去するためのサブ工程を含み、このパッド酸化物層は、加熱によって基板の表面を酸化することによって形成されたSiO層であり、このSiO層はSTIのハードマスク層Siのためのバッファ層である。このサブ工程において、本発明によるウェハから二酸化ケイ素を除去する方法を用いてパッド酸化物層がエッチングされ、STI HARP堆積物に対するパッド酸化物層のエッチング選択比が制御されるので、パッド酸化物層が急速に除去され、STI HARP堆積物の過度のエッチングが回避される。
具体的には、図7aおよび7bは、それぞれ、パッド酸化物層を有するデバイスおよび本発明の方法によってパッド酸化物層を除去した後のデバイスの概略図を示す。
図7aに示すように、パッド酸化物層は、STIのハードマスク層Siのバッファ層として機能し、ランプチューブを用いて基板の表面を熱酸化することによって形成されたSiO層であり、その厚さは異なる工程に応じて(例えば、28nm工程において、SiO層は50Åの厚さを有する)決定することができる。このSiOパッド酸化物層は、後続の工程の前に除去する必要がある。さらに、図7aのSTI HARP堆積物はCVD法を用いて堆積されたSiO層であり、このSiO層は緻密性が低く、この場合、パッド酸化物層を除去するとき、STI HARP堆積物の除去量を十分に制御する必要があり、すなわち、STI HARP堆積物に対するパッド酸化物層のエッチング選択比を十分に制御する必要があり、それによりパッド酸化物層を急速に除去することができ、一方でSTI HARP堆積物の過度のエッチングを防止し、それによってSTIのステップ高さを保証するようにする。
このため、本発明の方法は必然的にパッド酸化物層を除去するために用いられ、図7bはこの方法を用いてパッド酸化物層を除去した後のデバイスの外観の概略図である。本実施例において用いられる本発明による二酸化ケイ素の除去方法は、実施例1と同様の工程ステップを有するので、説明を省略する。
本発明の方法は、STI HARP堆積物に対するパッド酸化物層のエッチング選択比を増加させることができる高圧工程を使用して、パッド酸化物層を急速に除去し、同時にSTI HARP堆積物の過度のエッチングを防止してSTIのステップ高さを制御するようにする。さらに、本発明による方法は、パッド酸化膜を除去するとき、固体反応生成物を生成せず、工程効率および工程能力を向上させることができると同時にウェットエッチングに起因するくぼみの発生および電気的性質に及ぼすその影響などの問題を防止することができる。
実施例4:シリコンゲルマニウム(SiGe)の堆積前の自然酸化物層の除去:
この実施例4における集積回路の製造方法は、シリコンゲルマニウムを堆積する前に、シリコン基板上のSiO自然酸化物層を除去するためのサブ工程を含む。このサブ工程において、本発明によるウェハから二酸化ケイ素を除去する方法を用いて、シリコン基板上のSiO自然酸化物層をエッチングし、多結晶シリコンに対するSiO自然酸化物層のエッチング選択比を制御するので、SiO自然酸化物層が急速に除去され、Si基板への過度の損傷が回避される。
具体的には、図8aおよび8bは、それぞれ、自然酸化物層を有するデバイスおよび本発明の方法によって自然酸化物層を除去した後のデバイスの概略図を示す。
図8aに示すように、後続のSiGe堆積のためにSi基板にプレエッチングが行われた後、エッチング領域のSi基板は空気に曝されて自然酸化され、形成された自然酸化物層は、デバイスの電気的性質の喪失などの問題を引き起こす場合がある。したがって、この自然酸化物層は、SiGeを堆積する前に完全に除去される必要があり、SiO層を除去するときにSi基板が損傷されるべきではなく、すなわち多結晶シリコン(すなわち、Si基板)に対するSiO自然酸化物層のエッチング選択比は、十分に制御される必要がある。
このような理由で、このSiO自然酸化物層を除去するために本発明の方法が必然的に使用される。図8bは、本方法を使用してSiO自然酸化物層を除去した後のデバイスの外観の概略図である。この実施例において、使用された本発明による二酸化ケイ素の除去方法は、実施例1と同様の工程ステップを有するので、本明細書ではその説明を省略する。
本発明の方法は高圧工程を使用し、それは多結晶シリコンに対するSiO自然酸化物層のエッチング選択比を増加させ、SiO自然酸化物層を急速に除去し、同時にゲートおよびSi基板への損傷を減少させる。さらに、本発明による方法は、SiO自然酸化物層を除去するときに、固体反応生成物を生成せず、従って固体反応生成物が生成され、高温で固体反応生成物を昇華させる間にSi基板が再び酸化されるという従来技術の問題を防ぐことができ、したがって、本発明の二酸化ケイ素を除去する方法を採用する集積回路の製造方法は、工程効率および工程能力を改善するだけでなく、デバイスの性能も改善することができる。
実施例5:シリサイドの堆積前の自然酸化物層の除去
この実施例5における集積回路の製造方法は、シリサイドを堆積する前に、基板の表面上のSiO自然酸化物層および多結晶シリコンゲートの表面上のSiO自然酸化物層を除去するサブ工程を含む。このサブ工程において、基板の表面上および多結晶シリコンゲートの表面上のSiO自然酸化物層が、本発明によるウェハから二酸化ケイ素を除去するための方法を用いてエッチングされる。多結晶シリコンに対するSiO自然酸化物層のエッチング選択比は、SiO自然酸化物層が急速に除去されるので、Si基板への過度の損傷が回避される。
具体的には、図1aおよび図3は、それぞれ自然酸化物層を有するデバイスおよび本発明の方法により二酸化ケイ素を除去した後のデバイスの外観の概略図である。
図1aに示すように、ウェハが空気中に置かれると、Si基板の表面および多結晶シリコンゲートの表面は自然に酸化されて緻密なSiO層を生成し、コンタクト電極と基板との間の過度に大きな接触抵抗を回避するために、SiO自然酸化物層は、NiまたはNiPt(5−10%)(これは後続のプロセスにおいてNiPtシリサイドを形成する)を堆積する前に除去される必要があるが、Si基板はこの除去工程で損傷を受けるべきではない。さらに、多結晶シリコンゲートの両側には絶縁スペーサとして働くSiがあり、SiはSiO自然酸化物層を除去する工程においても損傷されるべきではない。
このような理由から、本発明の方法はこのSiO自然酸化物層を除去するために必然的に使用される。図3はこの方法を用いてSiO自然酸化物層を除去した後のデバイスの外観の概略図である。この実施例において、使用された本発明による二酸化ケイ素の除去方法は、実施例1と同様の工程ステップを有するので、本明細書においては説明を省略する。
本発明の方法は高圧工程を使用し、これはSiおよびSi基板に対するSiO自然酸化物層のエッチング選択比を高めることができるので、Si基板の表面上および多結晶シリコンゲートの表面上のSiO自然酸化物層を急速に除去し、同時に多結晶シリコンゲートおよびSiへの損傷を低減し、絶縁スペーサの小型化、漏電率の増大などの問題を防止する。さらに本発明の方法によれば、SiO自然酸化物層を除去するときに、固体反応生成物が生成されず、その結果固体反応生成物の存在に起因して孔底部においてSiOが効率的に除去できず、また高温で固体反応生成物が昇華する間にSi基板が再び酸化を受けるという従来技術の問題を防ぐことができる。このように、本発明の二酸化ケイ素の除去方法を用いた集積回路の製造方法は、工程効率および工程能力を向上させるだけでなく、デバイス性能も向上させることができる。
実施例6:STI HARP酸化物リセスエッチング:
この実施例6における集積回路の製造方法は、2D NANDメモリの製造方法におけるSTIリセスサブ工程を含み、NANDメモリは、グラフィックインテンシブ領域に位置するフローティングゲートおよびグラフィックインテンシブ領域STI HARP堆積物、グラフィックスパース領域に位置するコントロールスイッチゲートおよびグラフィックスパース領域STI HARP堆積物を含み、フローティングゲートおよびコントロールスイッチゲートは多結晶シリコンで作られ、グラフィックインテンシブ領域STI HARP堆積物およびグラフィックスパース領域STI HARP堆積物は二酸化ケイ素で作られる。このサブ工程では、グラフィックインテンシブ領域STI HARP堆積物とグラフィックスパース領域STI HARP堆積物とは、本発明によるウェハから二酸化ケイ素を除去する方法を使用してエッチングされ、フローティングゲートに対するまたはコントロールスイッチゲートに対するSTI HARP堆積物のエッチング選択比は制御されるので、STI HARP堆積物が急速に除去され、フローティングゲートおよびコントロールスイッチゲートに対する過度の損傷が防止される。
具体的には、図9aおよび図9bは、それぞれ酸化物凹部を有する集積回路デバイスおよび本発明の方法により二酸化ケイ素を除去した後のデバイスの概略図である。
図9aに示すように、この実施例におけるSTIリセス工程は、2D NANDの製造方法における工程であり、NANDは記憶デバイスである。図9aにおいて、左側のグラフィックインテンシブ領域は、デバイスの記憶領域であり、フローティングゲート(すなわち、グラフィックインテンシブ領域内の濃色バーであり、多結晶シリコンで作られる)およびグラフィックインテンシブ領域STI HARP堆積物(すなわち、グラフィックインテンシブ領域内の明るい色のバーであり、二酸化ケイ素で作られる)を含む。右側のグラフィックスパース領域は制御領域であり、ソース/ドレイン選択コントロールスイッチゲート(すなわち、グラフィックスパース領域内の濃い色のバーであり、多結晶シリコンで作られ、これ以降単に「コントロールスイッチゲート」と呼ばれる)およびグラフィックスパース領域STI HARP堆積物(グラフィックスパース領域内の明るい色のバーであり、二酸化ケイ素で作られる)を含む。STIリセス工程の間、グラフィックインテンシブ領域およびグラフィックスパース領域におけるSTI HARP堆積物の除去量は一定である必要がある。
このような理由から、本発明の方法はSTI HARP堆積物を除去するために必然的に使用され、図9bはこの方法を使用して二酸化ケイ素(STI HARP)を除去した後のデバイスの外観の概略図である。本実施例において、使用される本発明による二酸化ケイ素の除去方法は、実施例1と同様の工程ステップを有するので、本明細書においては説明を省略する。
本発明の方法は高圧工程を使用し、これはフローティングゲートに対するまたはソース/ドレイン選択コントロールスイッチゲートに対するSTI HARP堆積物のエッチング選択比、すなわち多結晶シリコンに対するSiOのエッチング選択比を増加させることができ、SiOを急速に除去し、同時に多結晶シリコンへの損傷を減らすようにする。さらに、本発明の方法では、SiOを除去するとき、固体の反応生成物が生成されず、その結果、固体反応生成物が生成されるために小孔が塞がれ易く、除去が困難であり、かつ多結晶シリコンが高温で固体反応生成物が昇華する間に再び酸化を受けるという従来技術に共通する問題を防ぐことができる。したがって、本発明の二酸化ケイ素を除去する方法を用いた集積回路の製造方法は、工程効率および工程能力を向上させるだけでなく、デバイス性能も向上させることができる。
当業者は、本発明の実施形態の上記の説明が本発明の実施形態の有利な効果を例示的に説明する目的のために役立つだけであり、本発明の実施形態を所与の例に限定することを意図しないことを理解する。
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記説明は例示的なものであり、網羅的なものではなく、開示された実施形態に限定されるものではない。記載された実施形態の範囲および精神から逸脱することなく、多くの修正および変形が当業者には明らかである。本明細書で使用される用語の選択は、実施形態の原理、実用化または商業的使用における技術の改善の最良の説明を与えること、または当業者が本明細書で開示される実施形態を理解することを可能にすることを意図する。

Claims (10)

  1. 真空環境でウェハから二酸化ケイ素を除去する方法、及び、2D NANDメモリ製造方法におけるSTIリセスサブ工程を含む、集積回路の製造方法であって、
    ウェハから二酸化ケイ素を除去する前記方法が、
    脱水フッ化水素ガスと脱水アルコールガスとをプロセスチャンバに導入するステップと、
    ガス状エッチング剤を生成するために脱水フッ化水素ガスと脱水アルコールガスとを混合するステップと、
    エッチング剤をプロセスチャンバ内部のウェハと反応させ、エッチング選択比を高めるためにプロセスチャンバ内を30トルから300トルの範囲の高圧に維持するステップと、
    前記反応が完了した後にプロセスチャンバから反応生成物を取り出すステップであって、前記反応生成物が非固体反応生成物を含むステップと、
    真空環境で後続のプロセスを実施するステップと、を含み、
    NANDメモリは、グラフィックインテンシブ領域に位置するフローティングゲートおよびグラフィックインテンシブ領域STI HARP堆積物;およびグラフィックスパース領域に位置するコントロールスイッチゲートおよびグラフィックスパース領域STI HARP堆積物を含み、
    フローティングゲートおよびコントロールスイッチゲートは多結晶シリコンで作られ、グラフィックインテンシブ領域STI HARP堆積物およびグラフィックスパース領域STI HARP堆積物は二酸化ケイ素で作られ、
    サブ工程では、ウェハから二酸化ケイ素を除去する方法を用いて、グラフィックインテンシブ領域STI HARP堆積物およびグラフィックスパース領域STI HARP堆積物がエッチングされ、フローティングゲートに対する、またはコントロールスイッチゲートに対するSTI HARP堆積物のエッチング選択比が制御されるので、STI HARP堆積物が急速に除去され、フローティングゲートおよびコントロールスイッチゲートへの過度の損傷が防止される、集積回路の製造方法。
  2. プロセスチャンバ内の圧力が、200トルである、請求項1に記載の集積回路の製造方法
  3. プロセスチャンバ内の温度が、20℃から80℃の範囲内である、請求項1に記載の集積回路の製造方法
  4. プロセスチャンバ内の温度が、40℃である、請求項3に記載の集積回路の製造方法
  5. フッ化水素ガスの流量が、100sccmから500sccmの範囲内であり、アルコールガスの流量が、100sccmから1000sccmの範囲内である、請求項1に記載の集積回路の製造方法
  6. フッ化水素ガスの流量が、150sccmから225sccmの範囲内であり、アルコールガスの流量が、200sccmから450sccmの範囲内である、請求項5に記載の集積回路の製造方法
  7. フッ化水素ガスの流量とアルコールガスの流量との比が、0.8:1から1.2:1である、請求項1に記載の集積回路の製造方法
  8. フッ化水素ガスの流量とアルコールガスの流量との比が、1:1である、請求項5に記載の集積回路の製造方法
  9. アルコールガスが、CからC一価アルコールガスのうちの少なくとも1つである、請求項1に記載の集積回路の製造方法
  10. アルコールガスが、メタノール、エタノール、およびイソプロピルアルコールのうちの少なくとも1つである、請求項9に記載の集積回路の製造方法
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