JPH06204192A - シリコン窒化膜のエッチング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】シリコン基体やシリコン酸化膜に対してシリコ
ン窒化膜を選択的にエッチング除去できるシリコン窒化
膜の処理方法を提供すること。 【構成】シリコン基板１１上に形成されたシリコン窒化
膜１２をエッチング除去する際に、シリコン基板１１が
収容されたチェンバとは別領域の放電管で生成されたＣ
Ｆ₄ とＯ₂ との混合ガスのラジカル並びにＨ₂ Ｏとを上
記チェンバ内に導入し、シリコン基板１１に対してシリ
コン窒化膜１２を選択的にエッチング除去することを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シリコン窒化膜のエッ
チング方法に係り、特にシリコン基体およびシリコン酸
化膜に対するシリコン窒化膜の選択エッチングに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンピュ−タ−や通信機器の重要
部分には、多数のトランジスタや抵抗等を電気回路を達
成するようにむすびつけ、１チップ上に集積化して形成
した大規模集積回路（ＬＳＩ）が多用されている。この
ため、機器全体の性能は、ＬＳＩ単体の性能と大きく結
び付いている。

【０００３】ＬＳＩ単体の性能向上は、集積度を高める
こと、つまり、素子の微細化により実現できる。このた
め、素子の微細化は進む一方であり、パターン寸法のさ
らなる高精度化が要求されている。

【０００４】一般に、半導体集積回路は、シリコン基板
等の半導体基板上に所定パターンのシリコン酸化膜等の
絶縁膜やアルミニウム等の導電性膜を積層することによ
って形成される。

【０００５】これらの絶縁膜や導電性膜等の被エッチン
グ基体を所望パターンに微細加工する技術として、従来
より、ドライエッチングの一種である反応性イオンエッ
チング（ＲＩＥ）が用いられていた。

【０００６】しかし、ＲＩＥの場合、プラズマ中で生成
された荷電粒子が自己バイアスで加速されて被エッチン
グ基体に入射するため、被エッチング基体の下地には、
イオン打ち込みによる汚染や、結晶性のみだれ等のダメ
ージが生じる。これらは微細素子の製造の妨げの原因と
なる。このような不都合がないドライエッチングとし
て、荷電粒子を用いないケミカルドライエッチング（Ｃ
ＤＥ）或いは光励起エッチングがある。

【０００７】ＣＤＥでは、例えば、ＣＦ₄ 等の反応性ガ
スから生成したフッ素のラジカル等の反応性の強い活性
種の化学反応を主として用いることにより、シリコン窒
化膜等をエッチングする方法である。

【０００８】しかしながら、ＣＤＥの場合、シリコン基
板に対するシリコン窒化膜のエッチング選択比は０．３
程度で、シリコン窒化膜のエッチング速度はシリコン基
板のエッチング速度より遅くなるため、シリコン基板上
に形成されたシリコン窒化膜をエッチング除去する際
に、オーバーエッチング中に下地のシリコンが多量にエ
ッチングされてしまうという問題があった。

【０００９】また、ＣＤＥの場合、シリコン酸化膜に対
するシリコン窒化膜の選択比は５程度であるが、シリコ
ン窒化膜の下地がゲート絶縁膜としてのシリコン酸化膜
の場合のように非常に薄いものであるときには、シリコ
ン窒化膜のオーバーエッチング中に薄いシリコン酸化膜
がエッチング除去されるという問題があった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来のＣ
ＤＥでは、シリコン基板に対するシリコン窒化膜のエッ
チング選択比が小さいため、シリコン基板上に形成され
たシリコン窒化膜をエッチング除去する際に、シリコン
基板が大量にエッチングされるという問題があった。

【００１１】また、シリコン窒化膜の下地がゲート絶縁
膜としてのシリコン酸化膜の場合のように非常に薄いも
のであるときに、シリコン窒化膜をエッチング除去する
と、下地の薄いシリコン酸化膜がエッチング除去される
という問題があった。

【００１２】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、シリコン基体やシリコ
ン酸化膜に対してシリコン窒化膜を選択的にエッチング
除去できるシリコン窒化膜のエッチング方法を提供する
ことにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のシリコン窒化膜のエッチング方法（請求
項１）は、シリコン基体上に形成されたシリコン窒化膜
の一部又はその全てをエッチング除去する際に、前記シ
リコン基体が収容されている領域とは別の領域で生成さ
れたフッ素と水素と酸素とのうちの少なくとも１つのラ
ジカルを含む第１のガスと、フッ素と水素と酸素とのう
ち前記ラジカル以外の元素を少なくとも含む第２のガス
とを、前記シリコン基体が収容されている領域に導入す
ることにより、前記シリコン窒化膜の一部又はその全て
を前記シリコン基体に対して選択的にエッチング除去す
ることを特徴とする。

【００１４】また、本発明の他のシリコン窒化膜のエッ
チング方法（請求項２）は、シリコン基体上又はシリコ
ン酸化膜上に形成されたシリコン窒化膜の一部又はその
全てをエッチング除去する際に、水素と酸素とを含むガ
スと、前記シリコン基体が収容されている領域とは別の
領域で活性化されたフッ素を含むガスとを、前記シリコ
ン基体が収容されている領域に導入することにより、前
記シリコン窒化膜の一部又はその全てを前記シリコン基
体又は前記シリコン酸化膜に対して選択的にエッチング
除去することを特徴とする。

【００１５】なお、上記シリコン基体は、素子を形成す
るための土台となるシリコン基板および基板上に形成さ
れる膜（層）状のシリコンを含む広い意味のシリコンか
らなる部材を意味している。

【００１６】

【作用】本発明者等の研究によれば、シリコン基体上又
はシリコン酸化膜上に形成されたシリコン窒化膜のエッ
チングに際し、シリコン基体又はシリコン酸化膜が収容
されている領域とは別の領域で生成されたフッ素と水素
と酸素とのうちの少なくとも１つのラジカルを含む、フ
ッ素と水素と酸素とからなる混合ガスを用いることによ
り、シリコン基体又はシリコン酸化膜に対してシリコン
窒化膜を選択的にエッチングできることが分かった

【００１７】シリコン窒化膜の選択エッチングの機構は
次のように考えられる。上記混合ガスを用いると、フッ
素のラジカルと、酸素のラジカルと、水素とフッ素とか
らなる物質とが形成される。

【００１８】フッ素のラジカルはシリコン化合物（シリ
コン酸化膜，シリコン窒化膜）のエッチングに寄与し、
水素とフッ素とからなる物質はシリコン酸化膜のエッチ
ング除去に寄与し、そして酸素のラジカルはエッチング
防止膜として機能するシリコン酸化膜の形成に寄与す
る。

【００１９】そして、シリコン窒化膜は、酸素のラジカ
ルより、フッ素のラジカルおよび水素とフッ素とからな
る物質の影響を強く受け、一方、シリコン酸化膜および
シリコンは、フッ素のラジカルおよび水素とフッ素とか
らなる物質より、酸素のラジカルの影響の強く受ける結
果、シリコン窒化膜がシリコン基体やシリコン酸化膜に
対して選択的にエッチングされると考えられる。

【００２０】

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。

【００２１】まず、図１（ａ）に示すような、シリコン
基板１１（シリコン基体）上に形成されたシリコン窒化
膜１２のエッチング除去方法について説明する。このシ
リコン窒化膜１２は、例えば、図２に示すようなＣＤＥ
装置を用いて行なう。

【００２２】図中、１はチャンバ（反応容器）を示して
おり、このチャンバ１内には被処理基体としてのシリコ
ン基板１１が収容されている。このシリコン基板１１は
試料台２に載置されている。この試料台２は、加熱ヒー
タ等で構成された温度調節機構を有しており、シリコン
基板１１の温度を制御できるようになっている。

【００２３】チャンバ１の上部にはフッ素（Ｆ）のラジ
カルを含むガスを導入するための第１のガス導入管４が
接続されている。また、この第１のガス導入管の他端７
はＦを含むガスを供給するための反応性ガス供給部（不
図示）に繋がっている。

【００２４】第１のガス導入管４の途中には放電管６が
挿設されており、この放電管６に接続されたマイクロ波
電源５に電圧を印加することにより、放電管６内でＦを
含むガスがプラズマ化され、Ｆのラジカル（Ｆ^* ）を含
む活性種が生成されるようになっている。

【００２５】このように、活性種を生成するための放電
管６とシリコン基板１１が収容されたチャンバ１とが隔
離して設けられているので、反応性の強い活性種をシリ
コン基板１１に供給できるようになる。

【００２６】また、チャンバ１の上部にはＨ₂ Ｏを導入
するための第２のガス導入管８が接続されている。この
第２のガス導入管８と第１のガス導入管４とは、シリコ
ン基板１１の真上に位置する複数の二重管ノズルからな
るガス供給ノズル９に繋がっており、二重管の内管から
はＦ^* を含む活性種がシリコン基板１１の表面に向かっ
て噴射し、一方、二重管の外管からはＨ₂ Ｏがシリコン
基板１１の表面に向かって噴射するようになっている。
また、チャンバ１の下部には排気管３が接続されてお
り、チェンバ１内の圧力が所望のレベルに保たれるよう
になっている。次にこのように構成されたＣＤＥ装置を
用いたシリコン窒化膜１２の除去方法について説明す
る。

【００２７】まず、試料台２の温度調節機構によりシリ
コン基板１１を４５℃に加熱し、この後、Ｆを含む反応
性ガスとしてＣＦ₄ とＯ₂ との混合ガスを第１のガス導
入管４に流す。このとき、ＣＦ₄ ，Ｏ₂ の流量は、それ
ぞれ、３６０ＳＣＣＭ，１００ＳＣＣＭとする。これと
同時に流量１０００ＳＣＣＭのＨ₂ Ｏを第２のガス導入
管８からチェンバ１内に導入する。また、チェンバ内１
の圧力が０．３Ｔｏｒｒに保たれるように真空排気す
る。

【００２８】このような条件でシリコン窒化膜１２をエ
ッチングしたところ、シリコン窒化膜１２の膜厚が１０
ｎｍの場合、２分間のエッチングにより、図１（ｂ）に
示すように、下地のシリコン基板１１が全くエッチング
されずにシリコン窒化膜１２が選択的にエッチング除去
された。このように本発明によれば、簡単な工程で、シ
リコン基板１１に対してシリコン窒化膜１２を選択的に
エッチング除去できる。すなわち、従来法の場合、シリ
コン窒化膜のエッチング除去方法は次のような工程から
なりたっていた。

【００２９】まず、図１（ａ）の工程の後に、シリコン
窒化膜がシリコンに比べて酸化され難いことを利用し
て、シリコンよりエッチング選択比が高い膜であるシリ
コン酸化膜をシリコン基板１１の表面に選択的に形成す
る。次いで上記シリコン酸化膜をマスクとしてシリコン
窒化膜１２を選択的にエッチング除去する。最後に、上
記シリコン酸化膜を剥離してシリコン窒化膜１２のエッ
チング除去工程が終了する。

【００３０】このように従来法は複雑であるが、本実施
例の方法は、シリコンに対してシリコン窒化膜を選択的
にエッチングできるので、シリコン酸化膜によるシリコ
ン基板の被覆およびその剥離が不要になり、工程数の大
幅な短縮化が可能となる。

【００３１】図３は、Ｓｉ₃ Ｎ₄ ，ＢＰＳＧ，Ｓｉ，Ｓ
ｉＯ₂ の４つの被処理基板についての基板温度とエッチ
ング速度との関係を示す特性図である。エッチングは図
２に示したＣＤＥ装置を用いて行なった。また、ＣＦ₄
（３６０ＳＣＣＭ）とＯ₂ （１００ＳＣＣＭ）との混合
ガスと、Ｈ₂ Ｏ（１０００ＳＣＣＭ）とを用い、チェン
バ内の圧力を０．３Ｔｏｒｒに設定した。すなわち、基
板温度以外の条件は上記実施例と基本的に同じである。

【００３２】図３から、上記実施例の基板温度である４
５℃の場合、Ｓｉ₃ Ｎ₄ のエッチング速度は最大になる
のに対し、Ｓｉのエッチング速度はほぼゼロである。こ
のようにエッチング速度の違いが生じ、シリコン窒化膜
がシリコン基板に対して選択的にエッチング除去され
る。このようなエッチング速度の違いが生じる理由は次
のように推測される。ＣＦ₄ とＯ₂ との混合ガスのプラ
ズマにより生成されたＦ^* と、チェンバ内のＨ₂ Ｏとに
よって次のような反応が生じる。 ２Ｆ^* ＋Ｈ₂ Ｏ→ＨＦ＋ＯＨ＋Ｆ^* →２ＨＦ＋Ｏ^*

【００３３】すなわち、チェンバ内にはＦ^* ，ＨＦ，Ｏ
^* が共存することになる。このため、Ｆ^* によるシリコ
ン化合物（ＳｉＯ₂ ，Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）のエッチング、ＨＦ
によるシリコン酸化膜（ＢＰＳＧ）のエッチングおよび
Ｏ^* によるシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂ ）の形成という３
つの反応が競争的に起こると考えられる。

【００３４】ＨＦは一般の気体に比べて蒸気圧が低いの
で、１０〜８０℃の狭い温度範囲においても、被処理基
体に対するＨＦの吸着量の温度依存性は高いものとな
る。ＨＦは、基板温度が低いほど、被処理基体に吸着量
し易くなるので、基板温度が低いほどＨＦによるエッチ
ングは速いものとなる。

【００３５】また、本実施例の方法により生成されたＨ
Ｆは、シリコン熱酸化膜のように頑強なＳｉ−Ｏ結合と
はほとんど反応しないが、ＢＰＳＧ膜のように不純物に
よりＳｉ−Ｏ結合が弱められたものとは反応すると考え
られる。

【００３６】このため、図３に示すように、ＢＰＳＧの
エッチング速度は、基板温度が低いほど速く、４５℃以
上の温度領域でほとんどゼロであるが、ＳｉＯ₂ の速度
は、基板温度に関係なくほぼゼロになる。したがって、
４５℃以上の温度領域ではＢＰＳＧ膜に対して選択的に
シリコン窒化膜をエッチングすることができる。

【００３７】Ｓｉ₃ Ｎ₄ はＦ^* によってエッチングされ
る。また、Ｓｉ₃ Ｎ₄ はＳｉに比べて酸化（Ｏ^* による
もの）されに難く、しかも、自然酸化膜も形成され難
い。基板温度が１０℃より低い温度領域では、Ｓｉ₃ Ｎ
₄ とＦ^* との反応性が低くなるため、Ｓｉ₃ Ｎ₄ のエッ
チング速度は遅いものとなる。したがって、１０℃以上
の温度領域が好ましい。

【００３８】基板温度が１０〜４５℃という温度範囲で
は、基板温度の上昇に伴ってＳｉ₃Ｎ₄ とＦ^* との反応
性が高くなるため、一様にＳｉ₃ Ｎ₄ のエッチング速度
が増加する。

【００３９】そして、４５℃でエッチング速度が最大に
なった後は、基板温度の上昇に伴ってＳｉ₃ Ｎ₄ のエッ
チング速度が遅くなる。これは４５℃以上の温度領域で
はＨＦとＯ^* との競合関係が変わるからだと考えられ
る。

【００４０】すなわち、基板温度が４５℃以上になる
と、Ｓｉ₃ Ｎ₄ の表面に吸着するＨＦが減少するため、
Ｏ^* によって形成されるＳｉ₃ Ｎ₄ の表面の酸化膜がエ
ッチング除去され難くなる。この結果、基板温度が８０
℃を越えると、Ｓｉ₃ Ｎ₄ の表面に形成された酸化膜が
耐エッチング膜として機能するようになり、Ｆ^* による
Ｓｉ₃ Ｎ₄ のエッチングが阻まれ、Ｓｉ₃ Ｎ₄ がエッチ
ングされなくなる。したがって、８０℃以下の温度領域
が好ましい。なお、基板温度が２５℃乃至６０℃におい
て、本発明による効果はより大きなものとなる。

【００４１】図４は、本実施例のエッチングの有無の違
いによるシリコン窒化膜の表面状態を示す図であり、具
体的には、ＸＰＳ法によるシリコン窒化膜の表面分析の
結果である。図４（ａ）は無エッチングの場合の分析結
果であり、図４（ｂ）は上記エッチングを８０℃で行な
った場合の分析結果である。

【００４２】図４から８０℃でエッチングを行なった場
合には、シリコン窒化膜およびシリコン酸化膜に対応す
る束縛エネルギーのところにそれぞれ強度ピークが見ら
れるが、無エッチングの場合には、シリコン窒化膜に対
応する束縛エネルギーのところにしか強度ピークが見ら
れない。これらのことから基板温度が８０℃になるとＳ
ｉ₃ Ｎ₄ の表面に酸化膜が形成されることが確認でき
る。

【００４３】ＳｉはＦ^* によってエッチングされるが、
Ｓｉの表面には数ｎｍ程度の自然酸化膜が形成されてお
り、また、ＳｉはＯ^* によってもその表面に酸化膜が形
成されため、これらの酸化膜によってＦ^* によるＳｉの
エッチングが妨げられる。

【００４４】このため、基板温度が４５℃以上になる
と、Ｓｉ₃ Ｎ₄ の場合と同様に、Ｓｉの表面に耐エッチ
ング膜として機能する酸化膜が形成されるため、Ｓｉの
エッチング速度はほぼゼロとなる。しかし、４５℃未満
の低温になると、Ｓｉの表面に吸着するＨＦ量の増加に
よって、Ｓｉの表面の酸化膜の形成より、ＨＦの酸化膜
のエッチングの方が優勢になるため、ＳｉがＦ^* によっ
てエッチングされる。このようなエッチング機構によっ
て、Ｓｉの基板温度・エッチング速度が図３に示すよう
なものになると考えられる。

【００４５】以上述べたように、本実施例のシリコン窒
化膜のエッチング方法によれば、チェンバ内にＦ^* 、Ｈ
Ｆ、Ｏ^* を同時に存在させることにより、Ｆ^* によるシ
リコン基板およびシリコン窒化膜のエッチング、ＨＦに
よるシリコン酸化膜のエッチング除去、並びにＯ^* によ
るシリコン酸化膜の形成という３つの反応が競争的に起
こる。

【００４６】そして、基板温度の変化によってＨＦの吸
着量が変化するため、基板温度の変化によってＨＦによ
るシリコン酸化膜のエッチング量も変化する。ＨＦによ
るシリコン酸化膜のエッチング量が変化すれば、Ｏ^* に
よって形成されるシリコン酸化膜の形成速度（耐エッチ
ング能力）も変化する。また、基板温度の変化によって
Ｆ^* の反応性（エッチング能力）も変化する。

【００４７】このため、基板温度によってシリコン窒化
膜およびシリコンのエッチング速度が変化し、本実施例
のように基板温度を４５℃（４５℃前後あれば良い）に
設定すると、シリコン窒化膜についてはＦ^* のエッチン
グ能力が支配的になり、一方、シリコン基板については
酸化膜による耐エッチング能力が支配的になる結果、シ
リコン基板に対するシリコン窒化膜の選択エッチングが
可能となる。なお、ガス流量比を変えてＦ^* ，ＨＦ，Ｏ
^* の存在量を制御しても選択エッチングを実現すること
もできる。次に基板温度以外のエッチング条件を変えた
場合の各被処理基体（ＢＰＳＧ，Ｓｉ，Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）の
エッチング速度の変化について説明する。図５は、各被
処理基体のエッチング速度の圧力の依存性を示す図であ
り、圧力以外の条件は上記実施例と同じである。

【００４８】この図５から圧力が０．３Ｔｏｒｒ以下で
あれば、ＢＰＳＧ，Ｓｉのエッチングを招くこと無く、
Ｓｉ₃ Ｎ₄ を選択的にエッチング除去できることが分か
る。このようなエッチング速度の圧力依存性は次のよう
に説明できる。圧力が増加すると被処理基体に供給され
るＦ^* の量も増加する。ここで、Ｓｉ₃ Ｎ₄ はＦ^* によ
ってエッチングされるため、圧力が増加するとＳｉ₃ Ｎ
₄ のエッチング速度も増加する。

【００４９】また、圧力が増加すると被処理基体に吸着
するＨＦ量も増加する。このため、０．３Ｔｏｒｒ以下
の圧力領域ではエッチングされなかったＢＰＳＧも、圧
力が０．３Ｔｏｒｒよりも高くなると、ＨＦによってエ
ッチングされるようになる。同様に、圧力が０．３Ｔｏ
ｒｒよりも高くなると、Ｓｉの表面の自然酸化膜がＨＦ
によってエッチング除去されてＳｉが露出するので、Ｓ
ｉがＦ^* によってエッチングされるようになる。

【００５０】また、Ｏ^* による被処理基体の酸化速度は
温度で律速するため、図５のエッチングのように基板温
度が一定（４５℃）の場合には、酸化速度は一定のまま
である。したがって、ＢＰＳＧ，Ｓｉのエッチング速度
は０．３Ｔｏｒｒ以上の圧力領域で一様に増加するよう
になる。図６は、各被処理基体のエッチング速度のＨ₂
Ｏ流量の依存性を示す図であり、Ｈ₂ Ｏ流量以外の条件
は上記実施例と同じである。

【００５１】この図６からＨ₂ Ｏ流量が１０００ＳＣＣ
Ｍ以下であれば、ＢＰＳＧ，Ｓｉのエッチングを招くこ
と無く、Ｓｉ₃ Ｎ₄ を選択的にエッチング除去できるこ
とが分かる。このようなエッチング速度のＨ₂ Ｏ流量依
存性は次のように説明できる。ＣＦ₄ およびＯ₂ の流量
は一定であるため、Ｆ^* の生成量も一定である。

【００５２】ここで、Ｈ₂ Ｏ流量が増加すると、Ｈ₂ Ｏ
と反応するＦ^* の量が増加するため、被処理基体に供給
されるＦ^* の量が減少する。このため、Ｈ₂ Ｏ流量の増
加に伴ってＳｉ₃ Ｎ₄ のエッチング速度が減少する。

【００５３】また、Ｈ₂ Ｏ流量が増加すると、Ｈ₂ Ｏと
Ｆ^* との反応が進むため、ＨＦの生成量も増加する。こ
のため、Ｈ₂ Ｏ流量の増加に伴って、ＨＦによるＢＰＳ
Ｇのエッチングの影響が強くなり、ＢＰＳＧのエッチン
グ速度は増加する。

【００５４】同様に、Ｈ₂ Ｏ流量の増加に伴って、ＨＦ
によるＳｉの表面の自然酸化膜のエッチングの影響が強
くなり、Ｆ^* によるＳｉのエッチングによって、Ｓｉの
エッチング速度が増加する。

【００５５】図７は、ＣＦ₄ 流量とＯ₂ 流量との和が一
定（４６０ＳＣＣＭ）の場合の各被処理基体のエッチン
グ速度のＣＦ₄ ／（ＣＦ₄ ＋Ｏ₂ ）流量比の依存性を示
す図である。なお、ＣＦ₄ ／（ＣＦ₄ ＋Ｏ₂ ）流量比以
外の条件は上記実施例と同じである。

【００５６】この図７からＳｉおよびＢＰＳＧのエッチ
ング速度は、ＣＦ₄ ／（ＣＦ₄ ＋Ｏ₂ ）流量比に関係な
くほぼゼロであるのに対し、Ｓｉ₃ Ｎ₄ のエッチング速
度は、ＣＦ₄ ／（ＣＦ₄ ＋Ｏ₂ ）＝０．７８でエッチン
グ速度がピークとなる山形状の特性曲線を描くことが分
かる。このようなエッチング速度のＣＦ₄ ／（ＣＦ₄ ＋
Ｏ₂ ）流量比依存性は次のように説明できる。

【００５７】ＣＦ₄ を単独でプラズマ化すると、Ｆ^* と
ＣＦ_x （ｘ＝１，２，３）が形成されるが、大部分のＦ
^* はＣＦ_x と再結合するため、大部分のＦ^* は消滅する
ことになる。

【００５８】しかし、ここでは、Ｆを含むガスとしてＣ
Ｆ₄ とＯ₂ との混合ガスを用いているので、ＣＦ_x とＯ
₂ とが反応してＣＦ₂ Ｏ等も生成される。このため、Ｃ
Ｆ_xとＦ^* との反応によるＦ^* の消滅を抑制できる。

【００５９】ここで、Ｏ₂ 流量が大きいほど基本的には
Ｆ^* の残存量が多くなり、エッチング速度が増加する。
しかしながら、混合ガスの流量が一定であるため、Ｏ₂
の流量比が大きくなると、ＣＦ₄ の流量が減少するた
め、Ｆ^* の生成量自身が減少し、Ｓｉ₃ Ｎ₄ のエッチン
グ速度が減少する。この結果、あるＣＦ₄ ／（ＣＦ₄ ＋
Ｏ₂ ）流量比でＳｉ₃ Ｎ₄ のエッチング速度が極大とな
る。

【００６０】なお、Ｏ₂ 以外にもＨ₂ Ｏも加わっている
が、Ｈ₂ Ｏの流量比は一定であるので、Ｆ^* とＨ₂ Ｏと
の反応によって消滅するＦ^* の量も一定である。

【００６１】また、Ｆ^* が増加すると、Ｆ^* とＨ₂ Ｏと
の反応によって、ＨＦの生成量も増加するが、図３に示
したように、基板温度が４５℃以上の場合にはＨＦによ
るエッチングは起こらないので、ＣＦ₄ ／（ＣＦ₄ ＋Ｏ
₂ ）流量比に関係なく、ＳｉおよびＢＰＳＧのエッチン
グ速度はほぼゼロとなる。

【００６２】図８は、本発明の他の実施例に係るシリコ
ン窒化膜のエッチング除去方法を示す工程断面図であ
る。これは本発明をシリコン酸化膜上のシリコン窒化膜
に適用した例である。

【００６３】図８（ａ）は、シリコン基板１６の素子領
域にシリコン窒化膜１３を形成した後、熱酸化によりフ
ィールド酸化膜１４，ゲート酸化膜１５を形成した段階
の素子断面を示している。

【００６４】ゲート酸化膜１５は、通常、３０ｎｍ程度
の非常に薄いものであるが、今後さらに薄くなる傾向が
ある。上記工程の後にシリコン窒化膜１３をエッチング
除去することになるが、従来の技術ではシリコン酸化膜
に対するシリコン窒化膜のエッチング選択比が５程度で
あるため、シリコン窒化膜１３のオーバーエッチング中
にゲート酸化膜１５もエッチングされてしまう。これが
原因でゲート酸化膜１５の絶縁破壊等が発生していた。

【００６５】そこで、先の実施例と同じ方法（同条件）
で厚さ１００ｎｍのシリコン窒化膜１３を５分間エッチ
ングしたところ、５０％のオーバーエッチングを行なっ
ているにもかかわらず、図８（ｂ）に示すように、ゲー
ト酸化膜１５は全くエッチングされず、シリコン窒化膜
１３だけをエッチング除去できた。

【００６６】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。例えば、上記実施例では、Ｆ^* とＨ₂
Ｏとを二重管ノズル構造のガス供給ノズル９を用いてチ
ェンバ１内に導入し、被処理基板の直上で混合するよう
にしたが、他の方法、例えば、Ｆ^* とＨ₂ Ｏとを別の配
管を用いてチェンバ１内に導入し、被処理基板の直上で
混合しても良い。要は被処理基板の直上でＦ^* とＨ₂ Ｏ
とが混合するようにこれらをチェンバ１内に導入できれ
ば良い。

【００６７】また、上記実施例では、Ｆ^* を生成するた
めの原料ガスとしてＣＦ₄ を用いたが、ＳＦ₆ ，Ｎ
Ｆ₃ ，ＸｅＦ，Ｆ₂ のようにＦを含むガスならいずれで
も良く、或いはこれらの混合ガス、またはこれらのガス
と酸素との混合ガスを用いても良い。

【００６８】また、上記実施例では、ＨとＯを含むガス
としてＨ₂ Ｏを用いたが、Ｈ₂ Ｏ₂，アルコールのよう
にＨとＯを含む化合物ならいずれでも良く、或いはこれ
らの混合ガスでも良い。

【００６９】また、上記実施例では、シリコン窒化膜の
エッチング除去に用いるガスとして、Ｆ^* を含むガスを
用いたが、シリコン窒化膜のエッチング除去用のガス
は、シリコン基板が収容されている領域とは別の領域で
生成されたフッ素と水素と酸素とのうちの少なくとも１
つのラジカルを含むガスと、フッ素と水素と酸素とのう
ち前記ラジカル以外の元素を少なくとも含むガスとの混
合ガスであれば良い。

【００７０】ここで、フッ素，酸素，水素のうちの１
つ、或いは複数の元素を活性化すれば良く、例えば、Ｏ
のみを励起して、Ｆ₂ とＨ₂ Ｏとを励起しない生ガスで
供給しても良いし、Ｈを含むガスのみを励起して、Ｏと
Ｆを含む生ガスで供給しても良い。

【００７１】また、上記実施例ではシリコン基板または
シリコン酸化膜上のシリコン窒化膜を全てエッチング除
去する場合について説明したが、本発明はシリコン窒化
膜の一部をエッチング除去する場合にも適用できる。ま
た、シリコン基板上でなく、多結晶等のシリコン膜上の
シリコン窒化膜にも適用できる。その他、本発明の要旨
を逸脱しない範囲で、種々変形して実施できる。

【００７２】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、シ
リコン窒化膜が形成されたシリコン基体またはシリコン
酸化膜が収容されている領域とは別の領域で生成された
フッ素と水素と酸素とのうちの少なくとも１つのラジカ
ルを含む、フッ素と水素と酸素とからなる混合ガスを用
いることにより、シリコン基体またはシリコン酸化膜に
対してシリコン窒化膜を選択的にエッチング除去でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るシリコン窒化膜のエッ
チング除去方法を示す工程断面図。

【図２】本発明の一実施例に係るＣＤＥ装置の概略構成
を示す図。

【図３】各被処理基板のエッチング速度の温度依存性を
示す図。

【図４】本実施例のエッチングの有無の違いによるシリ
コン窒化膜の表面組成の違いを示す図。

【図５】各被処理基体のエッチング速度の圧力の依存性
を示す図。

【図６】各被処理基体のエッチング速度のＨ₂ Ｏ流量の
依存性を示す図。

【図７】各被処理基体のエッチング速度のＣＦ₄ ／（Ｃ
Ｆ₄ ＋Ｏ₂ ）流量比の依存性を示す図。

【図８】本発明の他の実施例に係るシリコン窒化膜のエ
ッチング除去方法を示す工程断面図。

【符号の説明】

１…チャンバ、２…試料台、３…排気管、４…第１のガ
ス導入管、５…マイクロ波電源、６…放電管、７…第１
のガス導入管の他端、８…第２のガス導入管、９…ガス
供給ノズル、１１…シリコン基板（シリコン基体）、１
２，１３…シリコン窒化膜、１４…フィールド酸化膜、
１５…ゲート酸化膜、１６…シリコン基板。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリコン基体上に形成されたシリコン窒化
   膜の一部又はその全てをエッチング除去する際に、前記
   シリコン基体が収容されている領域とは別の領域で生成
   されたフッ素と水素と酸素とのうちの少なくとも１つの
   ラジカルを含む第１のガスと、フッ素と水素と酸素との
   うち前記ラジカル以外の元素を少なくとも含む第２のガ
   スとを、前記シリコン基体が収容されている領域に導入
   することにより、前記シリコン窒化膜の一部又はその全
   てを前記シリコン基体に対して選択的にエッチング除去
   することを特徴とするシリコン窒化膜のエッチング方
   法。
2. 【請求項２】シリコン基体上又はシリコン酸化膜上に形
   成されたシリコン窒化膜の一部又はその全てをエッチン
   グ除去する際に、水素と酸素とを含むガスと、前記シリ
   コン基体が収容されている領域とは別の領域で活性化さ
   れたフッ素を含むガスとを、前記シリコン基体が収容さ
   れている領域に導入することにより、前記シリコン窒化
   膜の一部又はその全てを前記シリコン基体又は前記シリ
   コン酸化膜に対して選択的にエッチング除去することを
   特徴とするシリコン窒化膜のエッチング方法。