JPH05504024A - 半導体基板の水存在下におけるハライドエッチング法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 半導体物質の水の存在下におけるハライドエツチング法技術分野 本発明は、水の存在下において半導体物質材料からハライドガスで小さい層を除 去し及び蒸発させる方法に関する。更に特に本発明は、特に例えばエピタキシャ ル珪素を生長させる、選択的なＷ１選択的な珪化物などを生長させる、或いはゲ ート、誘電体などに対して使用しうる非常に薄い、非常に均一な及び非常に信頼 性のある酸化物層を具現化することのできるように界面を汚れのない状態に戻そ うとする続く工程のためのウェハを製造するために、接触孔（ｃｏｎｔａｃｔ　 ｈｏｌｅｓ）中などの元の酸化物を除去し及び蒸発させることに関する。このす べてに対して、界面はいずれの場合も有機物又は金属のかすを有していてはなら ない。技術的にこれは湿式エツチングで行われる。しかしながら湿式エツチング は、主要な寸法が、液体の表面張力が例えば接触孔の極（底部まで反応物が到達 するのを妨害するようなものであるならば、限られた用途しかない。

その理由から、湿式エツチングは深い接触孔中の酸化物形成物（典型的には厚さ １０〜２０人）を完全に除去することはできない。

背景の技術 上述のために、過去の技術例えば米国特許第４．７４９．４４０号においては、 界面をきれいにするためにこの所謂光の酸化物を除去するのに気相エツチングを 用いることが提案された。この気相エツチングは表面張力を有さない。上述の米 国特許の明細書による方法では、ハライドガスを水の存在下に殆んど常圧で反応 室に導入する。ハライド流は物質流調部器により、そして大気圧に開放された又 は圧力を増大させるために流れを抑制した通気孔を用いて制御される。エツチン グ時間は典型的には５〜３０秒である。

動的方法における物質流調節器の使用はいくつかの問題を提起する。

第一に物質流調節器は用いる反応性ガスに耐える材料で作らなければならない。

更に変動するエツチングガス流を用いて、従って変動する分圧を用いてエツチン グ速度を正確に制御することは非常に難しいことが発見された。

従来法における適用法は、本質的に単一のウェハについて５〜３０秒で仕上げら れる工程、即ち数百ないし数千人を比較的高エツチング速度でエツチングするこ とを必要とする。実際のエツチングは１秒から５分間までの範囲の時間の遅れを こうむることが確かめられた。こらは理解されない現象である。それ故に５〜３ ０秒では、ウェハの局所又は全体にわたってエツチングが起こらないか、或いは 数千人の除去が起こる。

これは特にパターンの描れたウェハを処理する場合に真実である。また元の酸化 物の３０人の除去が必要である場合、意図的に付着された酸化物層が認めつるエ ツチング過多のために除去された実質的な部分にもなるということはあってなら ない。

米国特許第４，２２９．２４７号において、ＡＪ／Ｃｕ合金及びクロムである異 なる金属のエツチングが記述されている。

該金属の各に対して、ガス混合物、例えばＡｌ／Ｃｕに対してＣＣｌ４及びＡｒ 並びにクロムに対してＣＣ／４／Ａｒ／ＨｚＯが必要である。この米国特許の明 細書では両金属が互いに層状に積層されているから、これらの層を逐次エツチン グしなければならない。即ち最初にＡｌ／Ｃｕ。

その後クロムをエツチングしなければならない。エツチングに必要なガス混合物 は、クロムのエツチングに対して更なる成分として水が必要であるという点だけ で異なっているから、Ａｌ／Ｃｕの（ＣＣｌａ／　Ａ　ｒでの）エツチングから クロムのそれへの変換は、存在するＣＣ１，／Ａｒガス混合物に水を添加するこ とによって容易に行うことができる。この方法を用いては、上述したエツチング 過程を正確に監視することは可能でない。

本発明はこれらの欠点を未然に防ぐことを目的とする。

発明の詳細な説明 本発明によればこれは、エツチング室に置かれた酸化珪素物質のウェハの存在下 に大気圧以下でハライドにより化学的エツチングをするに際して、第１のガスを 初圧が達成されるまで導入し、続いて第２の反応性ガスを、第２の更に高い圧力 が達成されるまで導入することを含んでなり、そして第２のガスを導入した後に 初めてエツチングが開始される、該化学的エツチング法を用いて具現化される。

これは従来法と違って静的方法である。

従来法と違って、反応性ガスの量及び反応室に存在する他の成分との混合比は最 早や物質流測定機によって測定されないが、圧力と関連づけられる。これは、比 較的簡単な圧力測定器を使用して、従来法よりもかなり改善された精度を得るこ とができることを示す。ガスを反応室へ導入した後、物質を放置するだけで反応 が起こる。反応中、反応性ガスの濃度は減少するであろう。斯くして反応の開始 と終点が正確に決定できる。

非常に信頼できるわけでない、即ち出口量が２０％〜５０％以上の間で、例えば １００回の実験中に変化するハライド例えばＨＦに対する物質流調節器と比べて 、圧力の測定は常に正確に行える。エツチング速度はＨＦ濃度の４次に依存する ということは特記せねばならない。

本発明による反応速度を更に制御するために、この速度はかなり減ぜられる。本 発明は従来法を用いた場合の秒単位でな（て分単位のエツチング時間を具現化す ることを目的とする。これは、反応室内の圧力が大気圧以下、好ましくは５０ト ールより低いということで具現化される。

これらの環境下において１〜１０分間のエツチングが可能となる。そのような環 境においては勿論回分式様に操作することが好ましい。

従来法に対比して、本発明による方法は回分式の物質の処理法で使用することが できる。高圧及び短反応時間において、反応容器中のいくつかの物質を均一にエ ツチングすることは殆んど可能でない。すべての物質のすべての点において等し くなければならない反応ガスの拡散に関する問題が殆んど確実に起こるであろう 。

本発明の方法において、最初の時間は反応性ガスをより均一に混合するためのも のである。更に低圧を用いることにより、それが圧力に逆比例する通り拡散定数 は増大しよう。このために今回、回分式様のエツチングが可能であることが発見 された。

好ましくはエツチングは室温で行われ、もしウェハの温度が上昇するならばエツ チング速度は低下する。この速度の変動は室温で全く無視できない。これは５℃ の上昇又は低下がエツチング速度にかなり１影響することを意味する。しかしな がらウェハの温度を正確に制御する手段は複雑である。

エツチング時間が従来法に比して長い本発明によれば、本方法は温度を測定し、 この値を参考にしてエツチング時間又はＨＦ／Ｈ２Ｏ比を決定するという具合い に制御される。例えばこれは既知の正確な温度及びＨＦ／Ｈ，Ｏ比に依存するエ ツチング速度を記憶させたプロセッサーを用いて行うことができる。この方法に おいて、大気温度の変化の影響は、物質を強制的にある一定の温度にさせようと するよりもむしろエツチング時間又はハライドと水の分圧を変更することに関し て考慮することができる。反応室において提案される反応の多くは圧力変化をも たらそう。

この圧力の変動を設置した圧力センサーを用いて測定する場合、反応の開始、経 過及び完了の明確な指示が見出せるから、禁止時間に関して上述した問題を排除 することができる。

本発明は次の実施例を参照して更に考察されよう。

実施例： 本発明の方法を、３つの入口、即ち無水ＨＦ用、水蒸気用、及び乾燥Ｎ２でのパ ージ用の入口を備えた反応室中で具現化した。この入口導管を反応器の上約５０ ｃｍの距離のところで一緒にした。続いて反応器室に１〜１００個のシリコン半 導体ウェハを含んでなるウェハのバッチを装填し、大気温度に保った。この後、 ウェハを装填した反応室を脱気し、反応物ガスで満した。

２０〜５０人／分のエツチング過程中圧力を測定することにより、ある圧力変化 後に反応物ガスを脱気することで、例えば高々３０人を正確にエツチングで除去 することが潜在的に可能になった。本発明による反応器及び関連装置は、反応性 のＨＦ−Ｈ，Ｏ混合物に化学的に耐える材料から製造した。元の酸化物の除去が 、反応器壁、ウェハ支持構造体、ガス供給導管などからの粒状物の過度な発生に 至るならばエツチングの全目的が破たんするから、適当な材料の選択は非常に重 要である。

反応室の脱気後にポンプへのバルブを閉じた。この後、先ず水蒸気の入口を開け 、水蒸気のある圧力まで反応器に注入した。水蒸気の入口を閉じ、次の工程まで ウェハを水蒸気の環境中に放置した。次いで無水ＨＦ蒸気の入口を開け、無水Ｈ Ｆを反応器中に供給した。反応器に供給する無水ＨＦの量を測定して、必要とさ れるＨＦ／Ｈ，Ｏ比に導いた。

分圧を測定することにより、導入されるＨＦの量は正確に測定できた。

続いて禁止時間十実際のエツチング工程時間の合計の期間、ウェハを離して保持 した。ここに後者の時間は典型的には２〜５分であった。ウェハの温度を、エツ チング過程の温度、圧力、ＨＦ／ＨｚＯ比などへの依存性を含んでなるマツプを 記憶させたマイクロプロセッサ−に供給した。

このマイクロプロセッサ−を用いて、所望のエツチングを得るのに必要とされる 実際のエツチング時間又はＨＦ／Ｈ２Ｏ比を決定した。該時間々隔が経過した後 、ポンプのバルブを開け、工程ガスをポンプで除去した。圧力低下を測定するこ とにより、反応の開始を決定することができ、また反応の過程を追跡することが できた。

以上本発明を好適な具体例を参照にして記述してきたけれど、本発明はこの記述 に限定されはしないことを理解しなければならない。例えばＨＦ以外のガスを使 用することもできる。

補正音の写しく翻訳文）提出書　（特許法第１８４条の８）平成４年４月３０６ 国

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．エッチング室に置かれた酸化珪素物質のウエハの存在下に大気圧以下でハラ イドにより化学的エッチングをするに際して、第１のガスを初圧が達成されるま で導入し、続いて第２の反応性ガスを、第２の更に高い圧力が達成されるまで導 入することを含んでなり、そして第２のガスを導入した後に始めてエッチングが 開始される、該化学的エッチング法。
2. ２．５０トールよりも低圧で行われる請求の範囲１の方法。
3. ３．ハライドがＨＦガスを含んでなる請求の範囲２の方法。
4. ４．室温付近で行われる請求の範囲１の方法。
5. ５．物質を１〜１０分間両ガスに露呈する請求の範囲１の方法。
6. ６．両ガスヘの露呈時間が反応中に測定される温度に依存して決定される請求の 範囲５の方法。
7. ７．エッチング室の圧力をエッチング期間中測定する請求の範囲１の方法。