JPH08195381A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH08195381A
JPH08195381A JP456795A JP456795A JPH08195381A JP H08195381 A JPH08195381 A JP H08195381A JP 456795 A JP456795 A JP 456795A JP 456795 A JP456795 A JP 456795A JP H08195381 A JPH08195381 A JP H08195381A
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JP
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gas
etching
semiconductor device
silicon oxide
film
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Atsuhiro Tsukune
敦弘 筑根
Kosuke Suzuki
浩助 鈴木
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Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 HFガスを含むエッチングガスを用いてシリ
コン酸化膜をエッチングする半導体装置の製造方法に関
し、不純物の添加の有無によりシリコン酸化膜のエッチ
ングレートを制御することができる半導体装置の製造方
法を提供することを目的とする。 【構成】 まず、バルブ22、24、38を開け、ボン
ベ20からHFガスを供給し、バルブ30、31、40
を開け、薬液槽28からアルコールを含んだN2ガスを
供給し、バルブ35、42を開け、パイプ34からNH
3 ガスを供給する。続いて、流量コントローラ26、3
2、36により各ガスが所定の流量になるように流量を
制御する。続いて、ゲートバルブ52を介してエッチン
グすべきウエーハ50をエッチング室48に入れ、シリ
コン酸化膜のエッチングを開始する。シリコン酸化膜の
エッチングが終了すると、各バルブ22、24、38、
30、31、40、35、42を閉じて、エッチングガ
スの供給を停止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、HFガスを含むエッチ
ングガスを用いてシリコン酸化膜をエッチングする半導
体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】シリコン基板上に形成する半導体デバイ
スでは、絶縁膜としてシリコン酸化膜が使われることが
多い。シリコン酸化膜には、不純物が添加されていない
シリコン酸化膜(NSG膜)、燐が添加されたシリコン
酸化膜(PSG膜)、硼素が添加されたシリコン酸化膜
(BSG膜)、燐と硼素が添加されたシリコン酸化膜
(BPSG膜)等の種類があり、流動性等の特性に応じ
て使い分けられている。
【0003】例えば、ダイナミックRAMのメモリセル
の場合、図5に示すように、フィン構造のキャパシタを
用いたものがある。シリコン基板10上にMOSトラン
ジスタ12が形成され、そのMOSトランジスタ12は
流動性の高いBPSG膜14により平坦化されている。
その平坦化されたBPSG膜14上にフィン構造のキャ
パシタ16が形成されている。
【0004】図5(a)に示すように、キャパシタ16
は、フィンとなる多結晶シリコン膜16Aとシリコン酸
化膜16Bを交互に堆積することにより複数枚(図5で
は2枚)のフィンを形成する。このシリコン酸化膜16
Bとしては、流動性の低い不純物が添加されていないN
SG膜が用いられている。その後、フィン構造にするた
めには、図5(b)に示すように、多結晶シリコン層1
6Aの間に挟まれたシリコン酸化膜16Bを除去する必
要がある。
【0005】シリコン酸化膜16Bの除去は、通常、H
Fガスを含むエッチングガスを用いて行われる。しか
し、多結晶シリコン層16Aの間に挟まれたシリコン酸
化膜16Bも、平坦化に用いられたBPSG膜14も、
同じシリコン酸化膜であるため、HFガスを含むエッチ
ングガスによりエッチングされてしまう。しかも、不純
物が含まれたBPSG膜14の方がエッチングレートが
大きいので、シリコン酸化膜16Bをエッチング除去し
ているうちにBPSG膜14もエッチングされてしま
う。
【0006】このことを防止するため、従来は、BPS
G膜14上にエッチングストッパとしてシリコン窒化膜
18を形成しておき、シリコン酸化膜16Bのエッチン
グ時にBPSG膜14がエッチングされるのを防止して
いた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の半
導体装置においては、不純物が含まれたシリコン酸化膜
上に形成されたシリコン酸化膜を選択的にエッチングす
るために、シリコン窒化膜等のエッチングストッパを新
たに設けなければならず、製造工程数が増加するという
問題があった。
【0008】本発明は、不純物の添加の有無によりシリ
コン酸化膜のエッチングレートを制御することができる
半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的は、HFガスを
含むエッチングガスを用いてシリコン酸化膜をエッチン
グする半導体装置の製造方法において、前記エッチング
ガスに、pHを大きくする特性を有するガスを混合する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法ことを特徴とす
る半導体装置の製造方法によって達成される。
【0010】上述した半導体装置の製造方法において、
前記HFガスを含むエッチングガスは、無水HF又はH
Fを含んだ溶液の蒸気を用いて生成することが望まし
い。上述した半導体装置の製造方法において、前記pH
を大きくする特性を有するガスは、NH3 又はNH4
H若しくはNH4 Fを含んだ溶液の蒸気を用いて生成す
ることが望ましい。
【0011】上述した半導体装置の製造方法において、
アルコール類の蒸気を混合することが望ましい。上述し
た半導体装置の製造方法において、約500Torr以
下の減圧下でエッチングを行うことが望ましい。上述し
た半導体装置の製造方法において、約50℃以下の温度
でエッチングを行うことが望ましい。
【0012】
【作用】本発明によれば、エッチングガスに、pHを大
きくする特性を有するガスを混合したので、不純物の添
加の有無によりシリコン酸化膜のエッチングレートを制
御することができる。上述した半導体装置の製造方法に
おいて、HFガスを含むエッチングガスとして、無水H
F又はHFを含んだ溶液の蒸気を用いて生成してもよい
し、pHを大きくする特性を有するガスとして、NH3
又はNH4 OH若しくはNH4 Fを含んだ溶液の蒸気を
用いて生成してもよい。
【0013】上述した半導体装置の製造方法において、
アルコール類の蒸気を混合すれば、HFガスのイオン化
を促進することができる。上述した半導体装置の製造方
法において、約500Torr以下の減圧下でエッチン
グを行うようにすれば、エッチングレートを全体的に低
く抑えることができる。
【0014】上述した半導体装置の製造方法において、
約50℃以下の温度でエッチングを行うようにすれば、
エッチングガスを吸着しやすくすることができる。
【0015】
【実施例】本発明の一実施例による半導体装置の製造方
法を図1乃至図3を用いて説明する。図1に本実施例に
おいて用いられるエッチング装置を示し、図2に本実施
例によるエッチング特性を示し、図3に本実施例による
半導体装置の製造方法を示す。
【0016】本実施例において用いられるエッチング装
置では、図1に示すように、3種類のガスを生成し、そ
れらを混合してエッチングガスとする。第1番目のガス
としてHFガスを用いる。HFガスによりシリコン酸化
膜をエッチングする。本実施例ではボンベ20に収容さ
れた無水ふっ酸から生成されたHFガスを用いる。無水
ふっ酸の代わりに、ふっ酸を含む溶液の蒸気を用いてH
Fガスを生成してもよい。無水ふっ酸が収容されたボン
ベ20には開閉バルブ22が設けられ、更にバルブ24
を介して流量コントローラ26が設けられている。
【0017】第2番目のガスとしてアルコールを含んだ
2 ガスを用いる。アルコールを含んだN2 ガスにより
HFガスのイオン化を促進する。本実施例では、アルコ
ールと水の混合溶液を薬液槽28に収容し、その薬液槽
28にバルブ30を介して窒素ガスを導入する。薬液槽
28にはバルブ31を介して流量コントローラ32が設
けられている。
【0018】第3番目のガスとしてNH3 ガスを用い
る。NH3 ガスによりエッチングガスのpHを高くし
て、不純物を含むシリコン酸化膜のエッチングレートを
低くする。NH3 ガスの代わりに、NH4 OH若しくは
NH4 Fを含んだ溶液の蒸気を用いてもよい。本実施例
では、NH3 ガスがパイプ34から導入される。NH3
ガスが導入されるパイプ34にはバルブ35を介して流
量コントローラ36が設けられている。
【0019】HFガス用の流量コントローラ26、アル
コールを含んだN2 ガス用の流量コントローラ32、N
3 ガス用の流量コントローラ36は、それぞれ、バル
ブ38、40、42を介して、共通のパイプ44に接続
されてている。パイプ44はフィルタ46を介してエッ
チング室48に接続されている。フィルタ46によりエ
ッチングガス中のパーティクル等を除去する。
【0020】エッチング室48内にはエッチングされる
ウエーハ50が載置されている。このエッチング室48
にはゲートバルブ52が設けられ、ゲートバルブ52を
介してウエーハ50が出し入れされる。エッチング室4
8には排気管49が設けられ、この排気管49からエッ
チング室48の排気ガスが排出される。
【0021】なお、HFガスと、アルコールを含んだN
2 ガスと、NH3 ガスの混合ガスを150℃程度に加熱
するために、パイプ44及びフィルタ46、エッチング
室48、排気管49は、それぞれ加熱ヒータ54、5
6、58により一定温度に加熱されている。図1に示す
エッチング装置を用いたエッチング方法について説明す
る。
【0022】まず、バルブ22、24、38を開け、ボ
ンベ20からHFガスを供給し、バルブ30、31、4
0を開け、薬液槽28からアルコールを含んだN2 ガス
を供給し、バルブ35、42を開け、パイプ34からN
3 ガスを供給する。続いて、流量コントローラ26、
32、36により各ガスが所定の流量になるように流量
を制御する。
【0023】続いて、ゲートバルブ52を介してエッチ
ングすべきウエーハ50をエッチング室48に入れ、シ
リコン酸化膜のエッチングを開始する。シリコン酸化膜
のエッチングが終了すると、各バルブ22、24、3
8、30、31、40、35、42を閉じて、エッチン
グガスの供給を停止する。本実施例によるエッチング特
性を図2を用いて説明する。
【0024】図2は、不純物を含まないNSG膜のエッ
チングレートと、硼素と燐を含むBPSG膜のエッチン
グレートを示している。エッチング条件は、HFガスの
流量を50sccmとし、アルコールを含んだN2 ガス
の流量を500sccmとし、50Torr(6650
Pa)の圧力下で、温度20℃であった。このエッチン
グ条件でNH3 ガスの流量を0sccmから100sc
cmまで変化させて、NSG膜のエッチングレートと、
BPSG膜のエッチングレートを測定した。
【0025】図2に示すように、NSG膜のエッチング
レートはNH3 ガスの流量によりあまり変化せず、NH
3 ガスの流量が増えると僅かに大きくなる。これに対
し、BPSG膜のエッチングレートはNH3 ガスの流量
により大きく変化し、NH3 ガスの流量が増えると急激
に小さくなる。NH3 ガスの流量が少ないと、BPSG
膜のエッチングレートはNSG膜のエッチングレートの
5倍以上であるが、NH3 ガスの流量が増えていくとB
PSG膜のエッチングレートが低下してNSG膜のエッ
チングレートに近付いていく。図2の実施例では、NH
3 ガスの流量が約70sccmでBPSG膜のエッチン
グレートとNSG膜のエッチングレートがほぼ同じにな
る。NH3 ガスの流量が更に増えると、逆転してBPS
G膜のエッチングレートの方がNSG膜のエッチングレ
ートより小さくなる。そして、NH3 ガスの流量が約1
00sccmではBPSG膜のエッチングレートはNS
G膜のエッチングレートの1/3程度に減少する。
【0026】したがって、BPSG膜に対してNSG膜
を選択的にエッチング除去する場合には、NH3 ガスの
流量を所定量(70sccm)以上に大きくすればよ
い。逆に、NSG膜に対してBPSG膜を選択的にエッ
チング除去する場合には、NH 3 ガスの流量を所定量
(70sccm)以下にすればよい。また、BPSG膜
とNSG膜を同じレートでエッチングしたい場合には、
NH3 ガスの流量を所定量(70sccm)にすればよ
い。すなわち、NH3 ガスの流量を制御することによ
り、BPSG膜とNSG膜のエッチングレート比を自由
に制御することができる。
【0027】なお、図2に示すエッチングレートはあく
まで一例であって、他のエッチング条件や、シリコン酸
化膜の不純物の種類や量により変化することは言うまで
もない。例えば、図2の実施例は50Torrの圧力下
のエッチング条件であったが、エッチングレートを一定
程度抑えることができる低圧力下、例えば、500To
rr以下の圧力であればよい。
【0028】また、図2の実施例は20℃の温度のエッ
チング条件であったが、エッチングガスを一定程度吸着
する温度、例えば、50℃以下の温度であればよい。ダ
イナミックRAMのメモリセルを製造する場合に、本実
施例によるエッチング方法を用いれば、従来のようなエ
ッチングストッパを用いる必要がない。このことを図3
を用いて説明する。
【0029】図3に示すように、シリコン基板10上に
MOSトランジスタ12が形成され、そのMOSトラン
ジスタ12は流動性の高いBPSG膜14により平坦化
されている。その平坦化されたBPSG膜14上にフィ
ン構造のキャパシタ16が形成されている。図3(a)
に示すように、キャパシタ16は、フィンとなる多結晶
シリコン膜16Aとシリコン酸化膜(NSG膜)16B
を交互に堆積することにより複数枚のフィンを形成す
る。フィン構造にするために、NH3 ガスの流量を所定
量以上にするエッチング条件により、BPSG膜14に
対してNSG膜16Bを選択的にエッチング除去する。
図3(b)に示すように、エッチングストッパがなくと
も、多結晶シリコン層16Aの間に挟まれたシリコン酸
化膜16Bだけが選択に除去されてフィン構造が形成さ
れる。
【0030】本発明の他の実施例による半導体装置の製
造方法を図4を用いて説明する。図4に本実施例におい
て用いられるエッチング装置を示す。図1に示すエッチ
ング装置と同一の構成要素には同一の符号を付して説明
を省略又は簡略にする。本実施例のエッチング装置は、
図4に示すように、2種類のガスを生成し、それらを混
合してエッチングガスとする。
【0031】第1番目のガスとしてHFガスを用いる。
HFガスによりシリコン酸化膜をエッチングする。本実
施例では、ふっ酸を含む溶液を薬液槽60に収容し、そ
の薬液槽60にバルブ62を介して窒素ガスを導入す
る。薬液槽60にはバルブ64を介して流量コントロー
ラ66が設けられている。
【0032】第2番目のガスとしてNH3 を含んだN2
ガスを用いる。NH3 によりエッチングガスのpHを高
くする。本実施例では、NH4 OH若しくはNH4 Fを
含んだ溶液を薬液槽68に収容し、その薬液槽68にバ
ルブ70を介して窒素ガスを導入する。薬液槽68には
バルブ72を介して流量コントローラ74が設けられて
いる。
【0033】HFガス用の流量コントローラ66、NH
3 ガス用の流量コントローラ74は、それぞれ、バルブ
76、78を介して、共通のパイプ80に接続されてて
いる。パイプ80はフィルタ46を介してエッチング室
48に接続されている。フィルタ46によりエッチング
ガス中のパーティクル等を除去する。
【0034】エッチング室48内にはエッチングされる
ウエーハ50が載置されている。このエッチング室48
にはゲートバルブ52が設けられ、ゲートバルブ52を
介してウエーハ50が出し入れされる。エッチング室4
8には排気管49が設けられ、この排気管49からエッ
チング室48の排気ガスが排出される。
【0035】なお、HFガスと、NH3 を含んだN2
スの混合ガスを150℃程度に加熱するために、パイプ
80及びフィルタ46、エッチング室48、排気管49
は、それぞれ加熱ヒータ54、56、58により一定温
度に加熱されている。図4に示すエッチング装置を用い
たエッチング方法について説明する。まず、バルブ6
2、64、76を開け、薬液槽60からHFガスを供給
し、バルブ70、72、78を開け、薬液槽68からN
3 ガスを供給する。
【0036】続いて、流量コントローラ66、74によ
り各ガスが所定の流量になるように流量を制御する。続
いて、ゲートバルブ52を介してエッチングすべきウエ
ーハ50をエッチング室48に入れ、シリコン酸化膜の
エッチングを開始する。シリコン酸化膜のエッチングが
終了すると、各バルブ62、64、76、70、72、
78を閉じて、エッチングガスの供給を停止する。
【0037】このように本実施例によれば、エッチング
レートに大きな影響があるNH3 ガスをエッチングガス
に混合するようにしたので、不純物の添加の有無により
シリコン酸化膜のエッチングレートを制御することがで
きる。本発明は上記実施例に限らず種々の変形が可能で
ある。例えば、上記実施例では、NH3 ガスのようなp
Hを大きくする特性を有するガスの流量を制御して、B
PSG膜とNSG膜とのエッチング比を制御したが、B
PSG膜とPSG膜とのエッチング比の場合も同様な傾
向があり、pHを大きくする特性を有するガスの流量を
制御することにより、BPSG膜とPSG膜とのエッチ
ング比を制御することができる。
【0038】また、上記実施例では、pHを大きくする
特性を有するガスとしてNH3 ガスを用いたが、他のp
Hを大きくする特性を有するガスを用いてもよい。更
に、上記実施例では、図示のエッチング装置を用いた
が、このエッチング装置はあくまで一例であって、HF
ガスを含むエッチングガスにpHを大きくする特性を有
するガスを混合するものであれば、いかなる構成でもよ
い。
【0039】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、エッチン
グガスに、pHを大きくする特性を有するガスを混合し
たので、不純物の添加の有無によりシリコン酸化膜のエ
ッチングレートを制御することができる。上述した半導
体装置の製造方法において、HFガスを含むエッチング
ガスとして、無水HF又はHFを含んだ溶液の蒸気を用
いて生成してもよいし、pHを大きくする特性を有する
ガスとして、NH3 又はNH4 OH若しくはNH4 Fを
含んだ溶液の蒸気を用いて生成してもよい。
【0040】上述した半導体装置の製造方法において、
アルコール類の蒸気を混合すれば、HFガスのイオン化
を促進することができる。上述した半導体装置の製造方
法において、約500Torr以下の減圧下でエッチン
グを行うようにすれば、エッチングレートを全体的に低
く抑えることができる。
【0041】上述した半導体装置の製造方法において、
約50℃以下の温度でエッチングを行うようにすれば、
エッチングガスを吸着しやすくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例において用いられるエッチン
グ装置を示す図である。
【図2】本発明の一実施例によるエッチング特性を示す
グラフである。
【図3】本発明の一実施例による半導体装置の製造方法
を示す工程断面図である。
【図4】本発明の他の実施例において用いられるエッチ
ング装置を示す図である。
【図5】従来の半導体装置の製造方法を示す工程断面図
である。
【符号の説明】
10…シリコン基板 12…MOSトランジスタ 14…BPSG膜 16…キャパシタ 16A…多結晶シリコン膜 16B…シリコン酸化膜 18…シリコン窒化膜 20…ボンベ 22…開閉バルブ 26…流量コントローラ 28…薬液槽 32…流量コントローラ 34…パイプ 36…流量コントローラ 24、30、31、35、38、40、42…バルブ 44…パイプ 46…フィルタ 48…エッチング室 49…排気管 50…ウエーハ 52…ゲートバルブ 54、56、58…加熱ヒータ 60…薬液槽 66…流量コントローラ 68…薬液槽 74…流量コントローラ 62、64、70、72、76、78…バルブ 80…パイプ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 HFガスを含むエッチングガスを用いて
    シリコン酸化膜をエッチングする半導体装置の製造方法
    において、 前記エッチングガスに、pHを大きくする特性を有する
    ガスを混合することを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、 前記HFガスを含むエッチングガスは、無水HF又はH
    Fを含んだ溶液の蒸気を用いて生成することを特徴とす
    る半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2記載の半導体装置の製造
    方法において、 前記pHを大きくする特性を有するガスは、NH3 又は
    NH4 OH若しくはNH4 Fを含んだ溶液の蒸気を用い
    て生成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項1乃至3のいずれかに記載の半導
    体装置の製造方法において、 前記エッチングガスに、アルコール類の蒸気を混合する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 請求項1乃至4のいずれかに記載の半導
    体装置の製造方法において、 約500Torr以下の減圧下でエッチングを行うこと
    を特徴とする半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 請求項1乃至5のいずれかに記載の半導
    体装置の製造方法において、 約50℃以下の温度でエッチングを行うことを特徴とす
    る半導体装置の製造方法。
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