JPS59100539A - 半導体装置の製造方法 - 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】 本発明は、弗素又は弗素化合物を含む略々酸素のない気
体又は混合気体が供給される反応器において形成される
プラズマの実質的に殆んど電荷していない成分と、基板
上に存在する窒化珪素層とを接触させることによってこ
の窒化珪素層を腐食する半導体装置を製造する方法に関
するものである。

そのような方法は、エツチングすなわち腐食によって酸
化珪素層上に存在する窒化珪素層に模様付７けする、す
なわちパターンを形成するのに特に好適である。かくし
て得られる窒化珪素パターンを酸化マスクとして、又は
イオン注入マスクとして用いることができる。次いでエ
ツチング中に露出される酸化珪素層の損傷が回避される
。その理由は、例えば、従来のトンネル反応器における
ように、プラズマの実質的に殆んど電荷されていない成
分を利用するからである。

オランダ特許出願箱７，８１１．１８３号は、前文に記
載された種類の方法を開示している。この方法では、反
応器に供給される気体は四弗化珪素である。酸化珪素が
攻撃、すなわち腐食されないのに対して、この実質的に
酸素のない気体において形成されるプラズマの成分によ
って窒化珪素か急速にエツチング、すなわち腐食される
。

この既知の記載された方法の欠点は、実際に上述の高い
エツチングの選択性、窒化珪素と酸化珪素とがエツチン
グされる速度間の比が達成されないことと、その上この
選択性の程度がエツチング中に変化することとである。

本発明の目的は、とりわけ、酸化珪素層に関しての高い
選択性をもって窒化珪素層をエツチング１なりも腐食す
るのを可能にし、そのエツチングの選択性がエツチング
中に略々変化しない方法を提供することである。本発明
によれば、それ故、前文に記載される方法は、０．１〜
２５体積％の弗素とは異なるハロゲン又は弗素とは異な
るハロゲンを含む気体化合物を、反応器に供給する気体
又は混合気体に添加することを特徴とする。

本発明は、実際にプラズマは常に少量の酸素を含み、こ
の酸素によって酸化珪素に関しての窒化珪素のエツチン
グの選択性すなわち選択率が強く影響されるという事実
の認識にその基礎を置く。

又、前記のオランダ特許出願から明らかなように、この
選択性は、プラズマが形成されている気体にほんの少量
の２〜３体積％の酸素が添加されても、急速に低減する
。小さな漏れ口を通して、空気が１気圧より低い圧力に
おいて作動する反応器の中に侵入することができる。さ
らに、反応器部品は作動中に酸素を放出することができ
る。

、反応器にたまたま存在する酸素は、プラズマ中にて活
性化酸素に転化され、その結果窒化珪素が少なくとも一
部酸化珪素に転化される。この転化はエヂング中に進行
する。この活性化された酸素が酸化珪素をエツチングす
る高い速度を引き起こすことも又ありうる。これは、酸
化珪素に対する窒化珪素のエツチングの選択性が比較的
低く、エツチング中に低減することに帰着する。しかし
ながら、本発明方法においては活性化された酸素の原子
が、基板に到達する前に、プラズマに存在する弗素と異
なるハロゲンと反応し、次いで可成り活性の弱い酸素分
子に転化されるものと推定される。その結果、前記の不
利な効果が実際の場合で判ったように抑制される。

本発明による方法は好ましくは、臭素又は臭素化合物が
、反応器に供給される気体又は気体混合物に添加される
ことを特徴とする。

この添加により、酸化珪素に関しての窒化珪素の高いエ
ツチングの選択性が得られ、これらエツチング中に略々
変化しない。

反応器に供給される気体又は混合気体がＮＦ３を含む場
合に、窒素化珪素は、酸化珪素についてただ非常に選択
的にエツチングされる。

以下本発明をさらに十分に、図面と、２〜３の例とを参
考にして説明する。

第１図及び第２図は、基板２上に存在する窒化珪素層３
が腐食される方法による半導体装置の製造の別の工程を
示す。この窒化珪素層３は、この実施例においては、酸
化珪素層４によって基板２から分離されている。従来方
法では、例えば、窒化珪素層３上にフォトラッカーのマ
スク５が設けられて、その後窒化珪素層３のそのとき被
覆されていなかった部分が腐食で取り除かれる。かくし
て得られる窒素化珪素パターンを次いで酸化反応のマス
クとして、又はイオン注入マスクとして用いることがで
きる。

この窒化珪素層３は、第３図に示す反応器１０にて形成
されるプラズマの実質的に殆んど電荷しない成分（構成
物）に接触させることによって腐食される。この反応器
１０は石英ガラスの反応器の容器１１を具え、この反応
器の容器１１の内部にアルミニウムトンネル１２が配置
されている。この反応器１０において、電極装置１３及
び高周波送信ｌＲ１４によつで反応器の容器１１とトン
ネル１２どの間に位置する空間１５にプラズマが生成す
る。このトンネル１２には開口１Ｇを設け、この開口１
６を通して、プラズマの実質的に荷電されていない成分
のみがトンネル１２の中の空間１７中に侵入することが
できる。この空間１７には、多くの基板１をボーシダー
１８上に配列づる。

弗素又は弗素化合物を含む実質的に′Ｍ素のない気体又
は混合気体を、容器１９から反応器１０に供給する。本
発明によれば、０．１〜２５体積％の弗素とは異なるハ
ロゲン、又は弗素とは異なるハロゲンを会む気体化合物
を容器２０から反応器１０に添加する。ポンプ２１によ
って、反応器１０内の空間を低圧に保つ。

本発明による方法によって、次の例から明らかなように
、窒化珪素を、酸化珪素に関して高い選択性をもって腐
食することができ、エツチング中にこのエツチングの選
択性は実質的に変化しない。

漏れ口を通して侵入して来た酸素や反応器部品によって
放出される酸素からプラズマにおいて形成される活性化
した酸素が、基板１に到達する前に、添加されたハロゲ
ンと反応して活性のない酸素分子に転化する。前記のエ
ツチングの選択性（又は選択率）は活性化酸素によって
悪影響を受ける。

好ましくは、臭素又は臭素化合物を、反応器に供給する
気体又は混合気体に添加する。次の例から明らかなよう
に、酸化珪素に関しての窒化珪素の高いエツチングの選
択性を得ることができ、それはエツチング中に殆んど変
化しない。特に好適の臭素化合物はＣＦ３Ｂｒである。

干支に記載される例では、約２０１１ｍの厚さの酸化珪
素層４によって被覆され、約７５ｍｍの直径及び約１２
５ｎｍの厚さを有するシリコンウェハー２を、１文に記
載した型の反応器において形成されるプラズマにてエツ
チングした。このプラズマは、１３．５６　ＭＨｚの周
波数において高周波フィールドの助けによって形成され
る。

例　　１　： 第４図は、窒化珪素及び酸化珪素がエツチングすなわち
腐食される速度Ｒを表わす。第５図は、弗素とは異なる
ハロゲンを含みかつ反応器に供給する気体に添加する気
体化合物の量の画数としてのこれらの速度の比（エツチ
ングの選択性又は選択率Ｓ）を示ず。この例では、前記
の気体化合物はＣＦ：＋Ｂｒ又はＣＦ２Ｃβ２である。

この化合物を、約５体積％の量の弗素を含むヘリウムと
弗素との混合物に添加する。この気体の流れが変わるこ
となく常に約２００５ＣＣ／分に達し、供給した高周波
電力は約１５０Ｗであった。基板の温度は約１００℃で
あり、反応器の容器における圧力は約２００ｐａであっ
た。

ＣＦ３　Ｂｒ又はＣＦ２Ｃβ２２の添加によって、エツ
チングの選択性を増加させることができる。

この選択性がエツチング中に変化しないことがさらに次
の表から明らかになる。これを添加ハロゲンがない場合
と対比する。

反応器へ供給する混合気体がヘリウムと２〜１０体積％
の弗素とから成り、この混合気体に０．５〜２体積％の
ＣＦ３Ｂｒを添加する場合に、エツチング中変化しない
特に好都合のエツチングの選択性が得られるのは明らか
である。

ヘリウムの代わりに、他の希ガス又は窒素が用いられる
場合には、僅かに均一でないプラズマが形成されるけれ
ども、これらの気体を用いることができる。

例　　２　： この例では、反応器に供給する気体又は混合気体はＮＦ
Ｓを含む。この場合の気流は５ｓｃｃＺ分にｊヱし、圧
力は約２５ｐａであり、供給される電力は１００Ｗであ
り、さらに基板温度は約１００℃であった。附加するハ
ロゲンの添加がなければ、酸化珪素に関しての窒化珪素
のエツチングの選択性は約８であった。５体積％のＣＦ
２　ＣＡ２を、反応器に供給する気体に添加した場合、
この選択性は約１０となッＩＣ一方、１０体積％のＣＦ
３Ｂｒの添加により約１２になった。ＮＦ３の使用は、
窒化珪素を急速にエツチングすることができ、与えられ
た一定のエツチング条件のもとで、このエツチング速度
が約８Ｏｎｌｌｌ／分になるという特別の利点を有する
。他の気体−希ガス、窒素、ＣＦ４のようなゆっくりエ
ツチングする気体−の添加によって、実際の使用を望む
ならば、高いエツチングの選択性を維持しながらこの速
度を減少させることができる。

例　　３　： この例では、反応器に供給される気体又は混合気体がＣ
Ｆ４から成り、この気体に５体積％の３ｒ２を弗素とは
異なるハロゲンとして添加した。

この気体の流れはこの例では２００ｓｅｃ／分、この圧
力は６７Ｐａであり、さらに供給される電力は５００Ｗ
であった。これらの条件のもとで、窒化珪素を約２０ｎ
ｍ／分の速度でエツチングした。酸化珪素に関してこの
エツチングの選択性は１００よりも高かったが、反対に
添加するハロゲンの添加がなければこの選択性は約５で
あった。

例　　４　： この例では、反応器に供給する気体又は混合気体をＳＦ
６から構成した。これに対し添加するハロゲン化合物と
して、５体積％のＣＦｓＢｒを添加した。この気体の流
れが１００ｓｅｃ／分であり、圧力が６７Ｐａであり、
供給した電力が２００Ｗであり、さらに基板温度が１２
５℃であった。これらの条件のもとで５　ｎｍ／分の速
度で窒化珪素をエツチングした。酸化珪素に関してのこ
のエツチングの選択性は１０より高く、これに反して添
加するハロゲンの、添加なしではこの選択性が約４であ
った。

本発明が与えられた例に限定されずして、本発明の範囲
から離れずに変形が可能であることを知るべさである。

例えば、臭素を含有する重合体のような、低圧でゆっく
り蒸発する物質を反応器中に導入づることによって反応
器に供給される気体に、弗素とは異なるハロゲン又は弗
素とは異なるハロゲンを含有するハロゲン化合物を添加
することもできる。

以上要するに本発明はプラズマエツチングによって半導
体装置を製造する方法に関するものである。ブなわら、
実質的に酸素がない気体又は混合気体を供給する反応器
にて形成されるプラズマの略々殆んど電荷されない成分
と、基板２上に存在する酸化珪素層４の上に横たわる窒
化珪素層３を接触させることによって、前記窒化珪素層
３をエツチングする半導体装置の製造方法に関するもの
である。本発明によれば、０．１〜２５体積％の弗素と
は異なるハロゲン、又は弗素とは異なるハロゲンを含む
化合物を、弗素又は弗素化合物を含む、前記の気体又は
混合気体に、添加する。かくして、酸化珪素に関しての
窒化珪素の高いエツチングの選択性が得られ、その上こ
の選択性は、エツチング中に変化しない。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明方法による半導体装置の違
った製造工程を示し、 第３図は本発明方法を実施するための装置の模式図であ
り、さらに、 第４図及びＭ５図はそれぞれ、窒化珪素及び酸化珪素の
層が腐食される速度と、弗素とは違うハロゲンを含有し
かつ反応器に供給される弗素を含有する気体に添加され
る気体化合物の量のｉ数として、それぞれ、相互に関し
てこれらの窒化珪素及び酸化珪素の層が腐食される選択
性と、を表わす。 １・・・基板　　　　　　２・・・基板３・・・窒化珪
素層　　　４・・・酸化珪素層５・・・フォトラッカー
のマスク １０・・・反応器　　　　　１１・・・反応器の容器１
２・・・アルミニウム！・ンネル １３・・・電極装置　　　　１４・・・高周波送信機１
５・・・空間　　　　　　１６・・・開口１７・・・空
間　　　　　　１８・・・ホールダー１９・・・容器　
　　　　　２０・・・容器２１・・・ポンプ Ｒ・・・窒化珪素及び酸化珪素がエツチングされる速度 Ｓ・・・エツチングの選択性すなわち選択率（弗素とは
異なるハロゲンを含みかつ反応器に供給する気体に添加
づる気体化合物の量の画数としてのこれらの速度Ｒの比
）。 ＦＩＧ、Ｉ ＦＩＧ、２ ＦＩＧ−３ ↑１０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、弗素又は弗素化合物を含む略々酸素のない気体又は
   混合物気体が供給される反応器において形成されるプラ
   ズマの実質的に殆んど電荷しない成分と、基板上に存在
   する窒化珪素層とを接触させることによってこの窒化珪
   素装置を腐食する半導体装置を製造する方法において、 ０．１〜２５体積％の弗素とは異なるハロゲン又は弗素
   とは異なるハロゲンを含む気体化合物を、反応器に供給
   する気体又は混合気体に添加することを特徴とする半導
   体装置を製造する方法。 ２、臭素又は臭素化合物を反応器に供給する気体又は混
   合気体に添加することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の方法。 ３、臭素化合物がＣＦ３Ｂｒであることを特徴とする特
   許請求の範囲第２項記載の方法。 ４、反応器に供給する混合気体が、ヘリウムと、１０体
   積％の弗素とから成り、該混合気体に２体積％のＣＦ３
   ３ｒを添加することを特徴とする特許請求の範囲第３項
   記載の方法。 ５、反応器に供給する気体又は混合気体が、ＮＦ３を含
   むことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項
   いずれかの記載の方法。