JPH07211690A - 選択的なエッチング方法 - Google Patents
選択的なエッチング方法Info
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Abstract
チング対象層と共存する他の物質に対するエッチング対
象層の選択性を改善するに適合した選択的なエッチング
方法を提供する。 【構成】 基板上に形成された第1物質層のシリコン膜
12上に第1物質層を選択的に露出させる第2物質層で
ある窒化膜13を形成する工程と、第2物質層に対し、
エッチング選択比が大きい第3物質を含むエッチング液
を利用して第1物質層の露出された表面を、第2物質層
に対してエッチング選択比が大きい物質層である酸化膜
14に切り換えると共に、第2物質層を除去する工程
と、から成る。
Description
る選択的なエッチング方法に関し、特にシリコン窒化膜
をシリコン膜に対して選択的にエッチングする方法に関
する。
の際、広く用いられている局部酸化(LOCOS)工程
の酸化マスク層として利用されている。従来局部酸化法
は、図1に示すように、シリコン基板1を約950℃の
温度でO2 等の酸化性雰囲気において熱処理して、20
0Å〜300Åのパッド酸化膜2をシリコン基板1上に
形成し、その上にシリコン窒化膜3を低圧化学蒸着(L
PCVD)法により、750〜800℃でNH3 とSi
H4 等との混合ガスや、NH3 とSiCl4 等との混合
ガスを利用して1400Å〜2500Å厚さに蒸着す
る。その後、所定の感光膜パターンをマスクとしてCH
F3 やCF4 等を含むエッチングガスを利用してシリコ
ン窒化膜3を異方性乾式エッチングすることにより、所
定領域、すなわち素子隔離領域のシリコン基板1を露出
させる。また前記感光膜パターンを除去し、約1000
℃でO2 とH2 との混合ガス等を利用して100〜20
0分間熱酸化させることにより、前記露出された基板領
域に4000Å〜7000Å厚さのフィールド酸化膜4
を形成する。
ク層として使用したシリコン窒化膜3を除去する。この
とき、前記パッド酸化膜2がエッチングストッパーとし
て作用する。前記シリコン窒化膜3を除去するための一
般的なエッチング方法はリフラックスボイリング(Re
fluxed Boiling)燐酸(H3PO4)溶液
を利用する湿式エッチング方法がある。この時エッチン
グストッパーとしてパッド酸化膜2を用いてシリコン窒
化膜3をエッチングする場合、例えば燐酸溶液の濃度が
91.5%である時、180℃でのシリコン窒化膜3の
エッチング速度は105Å/min、パッド酸化膜2の
エッチング速度はほぼ0Åである。すなわち、エッチン
グストッパーはエッチング溶液に対して非常に抵抗力が
ある。
程においては、Kooi等によって見出す現象として、
パッド酸化膜2とシリコン基板1との界面に薄いシリコ
ン窒化膜が形成されるホワイトリボン(white r
ibbon)という現象がある。これはフィールド酸化
工程中に水分(H2O) とマスク層であるシリコン窒化
膜(Si3N4)3が反応して発生したアンモニア(NH
3) ガスがパッド酸化膜2を通じてシリコン基板1表面
まで拡散されてシリコン基板1と反応することによりシ
リコン窒化膜のスポットを形成する現象をいう。
に、窒化膜スポット(K)が発生したパッド酸化膜2の
部分は局部的に薄くなるので、シリコン窒化膜3マスク
を除去する時、パッド酸化膜2の破壊が起きて、シリコ
ン基板1の表面が露出され、シリコン窒化膜のエッチン
グ液によりシリコンの表面が局部的に損傷受けるおそれ
がある。このような現象はパッド酸化膜2の厚さが素子
の集積度の増加に応じてさらに薄形化すると、発生する
確率はさらに増加するという問題点があった。
とシリコン窒化膜との間に介在させて使用するLOCO
S工程においては、シリコン窒化膜を湿式エッチングに
よって除去する時、エッチング溶液が多結晶シリコン層
に浸透して多結晶シリコン層を損傷させる。例えば、エ
ッチング溶液である硝酸溶液の濃度が95%である場
合、165℃でシリコン窒化膜のエッチング速度は55
Å/min、多結晶シリコン層のエッチング速度は13
Å/minであって、エッチング速度差がわずかであ
る。したがって多結晶シリコン層の損傷を防止するため
には、別のエッチング処理を必要とするので、工程が複
雑化される問題点があった。本発明は、上記問題点を解
決するためのもので、エッチング対象物質層のエッチン
グ時にそのエッチング対象層と共に存在する他の物質に
対するエッチングの選択性を改善した選択的なエッチン
グ方法を提供することを目的とする。
めに、本発明によれば、基板上に形成された第1物質層
上に前記第1物質層を選択的に露出させる第2物質層を
形成する工程と、前記第2物質層に対し、エッチング選
択比が大きい第3物質を含むエッチング液を利用して前
記第1物質の露出された表面を、前記第2物質層に対し
てエッチング選択比が大きい物質層に切換えると共に、
前記第2物質層を除去する工程と、からなることを特徴
とする。
の方法によれば、基板上に形成された第1物質層上に、
保護膜を形成する工程と、前記保護膜上に第2物質層を
形成する工程と、前記第2物質層を湿式エッチングによ
り除去する工程と、からなることを特徴とする。
らに他の方法によれば、基板上に形成された第1物質層
上に、前記第1物質層を選択的に露出させる第2物質層
を形成する工程と、露出された第1物質層の表面上に前
記第2物質層に対してエッチング選択比が大きい物質か
らなる保護膜を形成する工程と、前記第2物質層を湿式
エッチングにより除去する工程と、からなることを特徴
とする。
述する。本発明はシリコン窒化膜を、燐酸溶液を利用し
て湿式エッチングして除去する際、シリコン膜、特に非
晶質シリコン膜または多結晶シリコン膜に対する選択性
を改善するためのもので、シリコン窒化膜のエッチング
時に窒化膜パターンまたは窒化膜に隣接して存在するシ
リコン膜の表面にシリコン酸化膜の薄膜を形成する。す
なわち燐酸溶液に対してシリコン窒化膜よりは反応性の
低いシリコン酸化膜で保護膜を形成する。
の湿式エッチングは、水分および燐酸がシリコン窒化膜
を水和シリカ(hydrous silica)とアン
モニアに加水分解させ、溶液中に燐酸アンモニウム(a
mmonium phospate)を形成することに
より起こることと知られている。Si−O−Si結合
は、Si−N結合より強いので、加水分解されにくく、
酸化膜が窒化膜より安定している。エッチング溶液とし
て本発明では燐酸溶液を使用する。好ましくは、燐酸溶
液は140℃〜200℃で沸騰し、78〜98%(重量
比)の燐酸(H3PO4 )を含むものを用いることが望
ましい。
について説明する。図2はシリコン膜12上の所定部分
に形成された窒化膜13を湿式エッチングにより除去す
るための前工程を示したもので、基板11上にシリコン
膜12(非晶質シリコン膜または多結晶シリコン膜)と
窒化膜13とを順次積層形成し、乾式エッチングにより
窒化膜13を選択的に除去して、シリコン膜12の上所
定部分に窒化膜13を形成させて、シリコン膜12の一
部を露出させ、他の一部を前記窒化膜13パターンによ
り覆うようにしたものである。この時、窒化膜パターン
は乾式エッチングを利用するからシリコン膜への影響は
ほとんどない。
去するための本発明の第1実施例は燐酸(H3PO4)溶
液に過酸化水素(H2O2)等の酸化剤を10重量比の以
上を混合して図3に示すように窒化膜13を湿式エッチ
ングする。上述したように、燐酸溶液に過酸化水素等の
酸化剤を混合すると、過酸化水素は水と酸素基とに分解
されて、この酸素基により前記露出されたシリコン膜1
2の表面で酸化が起きる。すなわち、 H2O2 → H2O+O* Si+2O* → SiO2 (O* :酸素基) というような反応式により、前記露出されたシリコン膜
12のシリコン(Si)と酸素基(O*) の反応により
前記露出されたシリコン膜4上に酸化膜14が形成され
ると共に、燐酸溶液により窒化膜13が湿式エッチング
される。
4を形成することにより、窒化膜13の湿式エッチング
時に前記酸化膜14が保護膜として作用して窒化膜13
の湿式エッチングに対するシリコン膜12の選択性が改
善されてシリコン膜の損傷は防止される。
実施例について説明する。図4はシリコン膜12a上の
所定部分に形成された窒化膜13aを湿式エッチングに
より除去するための前工程を示したもので、基板11上
にシリコン膜12a(非晶質シリコン膜または多結晶シ
リコン膜)上の所定部分に窒化膜パターン13aが形成
されて、シリコン膜12aの一部を露出させ、他の部分
を前記窒化膜13aのパターンにより覆うようにしたも
のである。上述したような状態から、窒化膜13aを除
去するために、本発明の第2実施例は燐酸溶液にオゾン
(O3) のような酸化性ガスを注入して窒化膜13aを
エッチングする。
は、純水を電気分解して形成したオゾンガスを膜(me
mbrane)を介して燐酸溶液中に溶解されて引き入
れるように誘導する。燐酸溶液中のオゾン濃度は1pp
m以上に調節することが望ましい。
基を発生させるから、次のような反応により、図5に示
すように前記露出されたシリコン膜12aの表面に酸化
膜14aが形成される。 O3 → O2 + O* Si+2O* → SiO2 ,Si+O2 このように、露出されたシリコン膜12aの表面上に酸
化膜14aを形成することにより、窒化膜13aの湿式
エッチング時前記酸化膜14aが保護膜として作用する
ので、窒化膜13aの湿式エッチングに対するシリコン
膜12aの選択性が改善されてシリコン膜12aの損傷
は防止される。
て説明する。図6は第3実施例の選択的なエッチング方
法を説明するための断面図を示したもので、シリコン膜
12b上にパターン化されない窒化膜13bが形成され
た場合、すなわちシリコン膜12bが選択的に露出され
ない場合に前記窒化膜13bを湿式エッチングにより除
去することである。図6に示すように、シリコン膜12
b上に窒化膜13bを蒸着する前、シリコン膜12bを
酸化性雰囲気や酸化性溶液に露出させて薄い保護膜とし
ての酸化膜14bをシリコン膜12b上に形成する。こ
の後酸化膜14b上に窒化膜13bを蒸着し、所望する
他の工程を進行させる。所望する工程が完了されると窒
化膜13bを湿式エッチングにより除去すると前記酸化
膜14bが保護層として作用して、前記窒化膜13bの
エッチング工程時の前記シリコン膜12bの損傷を防止
する。
て説明する。図7は第3実施例の選択的なエッチング方
法を説明するための断面図を示したもので、シリコン膜
12c上にすでにパターン化された窒化膜13cが存在
する場合、これを除去するための方法である。図7に示
すように、窒化膜13cのパターンをエッチングする
前、露出されたシリコン膜12を酸化性雰囲気や酸化性
溶液に露出させて露出されたシリコン膜12cの表面に
保護膜としての酸化膜14cを形成させる。以後前記窒
化膜13cのパターンを湿式エッチングすると、前記酸
化膜14cにより窒化膜の湿式エッチング時、前記シリ
コン膜12cの損傷を防止することができることとな
る。
エッチング方法によれば、互いに異なる2つの物質層、
すなわち第1物質層(シリコン窒化膜)と第2物質層
(シリコン膜)とが共存する状態において、第1物質層
を第2物質層に対して選択的に湿式エッチングする場
合、エッチング中またはエッチング前処理としてエッチ
ング対象である第1物質層に対してエッチング選択性の
大きい第3物質(酸化剤)で、前記第2物質層の全表面
または一部を変換させて、エッチング対象である第1物
質層の湿式エッチングに対する第2物質層の選択性を改
善する。したがって第2物質層の損傷を防止することが
できる。また、LOCOS工程に本発明を適用する場合
には、マスク層として使用する窒化膜のエッチング時、
ホワイトリボン現象によりパッド酸化膜が破損されて基
板が損傷されることを防止する。
象を示す図である。
グ方法を示す図である。
グ方法を示す図である。
グ方法を示す図である。
グ方法を示す図である。
グ方法を示す図である。
グ方法を示す図である。
膜、14…酸化膜。
Claims (17)
- 【請求項1】 基板(11)上に形成された第1物質層
(12)上に前記第1物質層(12)を選択的に露出さ
せる第2物質層(13)を形成する工程と、 前記第2物質層(13)に対しエッチング選択比が大き
い第3物質を含むエッチング液を利用して前記第1物質
層の露出された表面を、前記第2物質層に対してエッチ
ング選択比が大きい物質層(14)に切換えると共に、
前記第2物質層を除去する工程と、 からなることを特徴とする選択的なエッチング方法。 - 【請求項2】 前記第3物質は、酸化剤であることを特
徴とする請求項1記載の選択的なエッチング方法。 - 【請求項3】 前記酸化剤として、過酸化水素を用いる
ことを特徴とする請求項2記載の選択的なエッチング方
法。 - 【請求項4】 前記第3物質は、酸化性ガスであること
を特徴とする請求項1記載の選択的なエッチング方法。 - 【請求項5】 前記酸化性ガスとして、オゾンを用いる
ことを特徴とする請求項4記載の選択的なエッチング方
法。 - 【請求項6】 前記エッチング液は、燐酸溶液であるこ
とを特徴とする請求項1記載の選択的なエッチング方
法。 - 【請求項7】 前記第1物質層は、シリコン膜であり、
第2物質層は、シリコン窒化膜であることを特徴とする
請求項1記載の選択的なエッチング方法。 - 【請求項8】 前記第2物質層に対してエッチング選択
比が大きい物質層として、酸化膜が形成されることを特
徴とする請求項1記載の選択的なエッチング方法。 - 【請求項9】 基板(11)上に形成された第1物質層
(12)上に、保護膜(14)を形成する工程と、 前記保護膜(14)上に第2物質層(13)を形成する
工程と、前記第2物質層(13)を湿式エッチングによ
り除去する工程と、 からなることを特徴とする選択的なエッチング方法。 - 【請求項10】 前記第1物質層は、シリコン膜であ
り、第2物質層は、シリコン窒化膜であることを特徴と
する請求項9記載の選択的なエッチング方法。 - 【請求項11】 前記保護膜は、第2物質層に対してエ
ッチング選択比が大きい物質で形成されることを特徴と
する請求項9記載の選択的なエッチング方法。 - 【請求項12】 前記保護膜は、酸化剤で形成すること
を特徴とする請求項9記載の選択的なエッチング方法。 - 【請求項13】 前記酸化膜は、前記第1物質層を酸化
性雰囲気や酸化性溶液で露出させて形成することを特徴
とする請求項12記載の選択的なエッチング方法。 - 【請求項14】 基板上に形成された第1物質層(1
2)上に、前記第1物質層を選択的に露出させるように
第2物質層(13)を形成する工程と、 露出された第1物質層(12)の表面上の前記第2物質
層に対してエッチング選択比が大きい物質からなる保護
膜(14)を形成する工程と、 前記第2物質層を湿式エッチングにより除去する工程
と、 からなることを特徴とする選択的なエッチング方法。 - 【請求項15】 前記第1物質層は、シリコン膜であ
り、第2物質層は、シリコン窒化膜であることを特徴と
する請求項14記載の選択的なエッチング方法。 - 【請求項16】 前記保護膜は、酸化膜で形成すること
を特徴とする請求項14記載の選択的なエッチング方
法。 - 【請求項17】 前記酸化膜は、前記第1物質層の露出
された表面を酸化性雰囲気や酸化性溶液で露出させて形
成することを特徴とする請求項15記載の選択的なエッ
チング方法。
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