JP2924770B2

JP2924770B2 - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2924770B2
Application number: JP8061389A
Authority: JP
Inventors: 泰信塚本
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1996-03-18
Filing date: 1996-03-18
Publication date: 1999-07-26
Anticipated expiration: 2016-03-18
Also published as: JPH09260361A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、特にポリシリコンのウエットエッチングに
係る半導体装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】「超高速バイポ−ラデバイス」(培風館
発行)のP278〜P280に記述されているように、高速バイ
ポ−ラトランジスタ構造の１つにス−パ−・セルフアラ
イン・トランジスタ(以下“ＳＳＴ”と略記する)構造が
知られている。

【０００３】従来のＳＳＴの形成方法について図７及び
図８を参照して説明する。なお、図７は、従来のＳＳＴ
の形成手順を示す図であって、工程Ａ〜Ｄからなる工程
順断面図であり、図８は、図７工程Ｄに続く工程Ｅ〜Ｈ
からなる工程順断面図である。

【０００４】従来のＳＳＴの形成方法は、まず図７工程
Ａに示すように、{111}基板１上に酸化膜２，ボロンド
−プポリシリコン３，第１窒化膜４(窒化膜／酸化膜／
窒化膜等の積層構造でも可)を形成した後、フォトリソ
グラフィ−法を使用してエミッタ穴開けのためのフォト
レジスト５によるレジストパタ−ンを形成する。次に、
図７工程Ｂに示すように、ＲＩＥ等によるドライエッチ
ング法を用いて第１窒化膜４及びボロンド−プポリシリ
コン３をエッチングした後、Ｏ₂アッシング，有機溶材
等によりフォトレジスト５を除去する。

【０００５】続いて、図７工程Ｃに示すように、ＬＰＣ
ＶＤ法によりウエハ全面に第２窒化膜６を成長する。そ
の後、図７工程Ｄに示すように、ＲＩＥ等による異方性
ドライエッチング方法により第２窒化膜６をエッチング
し、これによりエミッタの側壁に側壁窒化膜６ａとして
第２窒化膜６を残存させる。次に、図８工程Ｅに示すよ
うに、バッファ−ドフッ酸を使用して酸化膜２をエッチ
ングし、続いて図８工程Ｆに示すように、ＬＰＣＶＤ法
によりウエハ全面にノンド−プポリシリコン７を成長す
る。

【０００６】その後、図８工程Ｇに示すように、熱処理
を行い、この熱処理により先に形成されていた“ボロン
ド−プポリシリコン３”よりボロンを新たに形成された
“ノンド−プポリシリコン７”中に拡散させ、“ボロン
が押し込まれたポリシリコン７ａ”を形成させる。次
に、図８工程Ｈに示すように、ヒドラジン水溶液により
ノンド−プポリシリコン７のエッチングを行う。

【０００７】上記図８工程Ｈで使用するヒドラジン水溶
液は、{111}シリコン面(基板１面)及びボロンド−プさ
れたポリシリコン(ポリシリコン７ａ)に対して高い選択
比を有するため、図８工程Ｈに示すような所望の加工形
状が得られるので好適である。（なお、エッチング液と
しては、上記ヒドラジン水溶液以外にＫＯＨも使用する
ことができるが、ＫＯＨの場合は、カリウムによるライ
ン汚染の問題が生じるため半導体装置の製造工場で用い
られることが少ない。）

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来法
でエッチング液として使用する“ヒドラジン水溶液”
は、前記した利点を有するものの、最近になり労働省に
より発癌性が指摘され、人体に対して有害であることが
判明した。また、従来法において、ヒドラジン水溶液の
廃液は工場内で処理することができず、このため廃液を
容器に回収し、廃液処理業者にその処理を委託している
現状である。これは、ヒドラジン水溶液は半導体装置製
造工場で一般的に用いられていない薬液であるため、専
用に処理設備を設けるよりも委託処理を行った方が安価
である、という理由による。

【０００９】そこで、本発明者等は、上記ヒドラジン水
溶液に代わるエッチング液について鋭意研究を重ねた結
果、本発明を完成したものであって、・本発明の第１の
目的は、発癌性物質であるヒドラジンを半導体装置の製
造工程よりなくする半導体装置の製造方法を提供するこ
とにあり、・本発明の第２の目的は、エッチング液の廃
液処理について、工場内の中和設備で該処理が可能とな
り、廃液回収の工数が削減できる半導体装置の製造方法
を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】そして、本発明は、ポリ
シリコンのエッチング液として、従来のヒドラジン水溶
液に代えて「特定濃度(5〜20ｗｔ％)の水酸化テトラメ
チルアンモニウムの水溶液」を使用し、かつ特定の液温
(20〜40℃)で不純物が添加されていない第１のポリシリ
コン又はＶ族の不純物が添加されている第２のポリシリ
コンを、単結晶シリコン及びIII族の不純物が添加され
ている第３のポリシリコンに対して選択的にエッチング
することを特徴とし、これにより前記目的とする半導体
装置の製造方法を提供するものである。

【００１１】即ち、本発明に係る半導体装置の製造方法
は、「不純物が添加されていない第１のポリシリコン又
はＶ族の不純物が添加されている第２のポリシリコン
を、単結晶シリコン及びIII族の不純物が添加されてい
る第３のポリシリコンに対して選択的にエッチングする
工程を有する半導体装置の製造方法において、水酸化テ
トラメチルアンモニウムの水溶液を用いて、前記第１の
ポリシリコン又は前記第２のポリシリコンを、単結晶シ
リコン及び前記第３のポリシリコンに対して選択的にエ
ッチングすること」（請求項１）を要旨とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
すると、本発明は、ポリシリコンのエッチング液とし
て、半導体装置の製造工程において“フォトレジストの
現像液”として一般に使用されている「水酸化テトラメ
チルアンモニウム(以下“ＴＭＡＨ”と略記する)」を用
いるものである。

【００１３】なお、ＴＭＡＨを用いたポリシリコンのエ
ッチングについては、従来から知られており、例えば特
開平2−232925号公報には、ＴＭＡＨの１ｗｔ％水溶液
を50℃の条件で使用することにより、ゲ−ト絶縁膜及び
ガラス基板に対して高い選択比を持ったポリシリコンの
エッチングを行うことができる旨記載されている。ま
た、「Anisotropic Etching of Sillicon in (CH₃)₄NOH
Solutions」（IEEECatalog Number 91 CH2817-5）に
は、ＴＭＡＨの濃度及び液温を変化させた場合の{111}
面方位と{100}面方位のシリコンのエッチングレ−トに
関する記述がなされている。

【００１４】しかしながら、本発明は、前記したとお
り、特定濃度(5〜20ｗｔ％)のＴＭＡＨの水溶液を使用
し、かつ特定の液温(20〜40℃)でポリシリコンを選択的
にエッチングすることを特徴とし、これにより該エッチ
ング速度が・{111}面方位シリコン基板≪ノンド−プポリシリコン・ボロン(III族元素)ド−プポリシリコン≪ノンド−プ
ポリシリコン，リン(Ｖ族元素)ド−プポリシリコン，ヒ
素(Ｖ族元素)ド−プポリシリコン・絶縁膜(窒化膜，酸化膜)≪ノンド−プポリシリコンとなる作用を生じるものである。

【００１５】即ち、ＴＭＡＨ5〜20ｗｔ％水溶液を20〜4
0℃の液温で行いることにより、・ノンド−プポリシリコン／シリコン基板{111}→選択
比：20〜50 ・ノンド−プポリシリコン／ボロンド−プポリシリコン
→選択比：5〜20 ・ノンド−プポリシリコン／窒化膜→選択比：∞ というエッチング特性が得られるため、{111}面方位の
シリコン基板上に直接形成されたポリシリコンを、基板
のシリコンを殆どエッチングすることなく除去すること
ができる作用が生じる。

【００１６】また、ＴＭＡＨ5〜20ｗｔ％水溶液は、・ノンド−プポリシリのエッチング速度≒Ｖ族元素添加
ポリシリコンのエッチング速度≫III族元素添加ポリシ
リコンのエッチング速度という特徴も有するものである。

【００１７】

【実施例】次に、本発明に係る半導体装置の製造方法の
実施例を挙げ、本発明を詳細に説明するが、本発明は、
以下の実施例によって限定されるものではない。

【００１８】（実施例１）図１は、本発明に係る方法を
用いて形成したＳＳＴ構造のバイポ−ラトランジスタに
おけるエミッタ部の断面図である。図１において、１は
{111}基板，２は酸化膜，３はボロンド−プポリシリコ
ン，４は第１窒化膜，６ａは側壁窒化膜，７ａはボロン
が押し込まれたポリシリコンである。

【００１９】ところで、ＳＳＴ構造のバイポ−ラトラン
ジスタは、トランジスタ特性がエミッタ部のポリシリコ
ンのエッチングによって決定されるため、特に次の(1)
〜(3)の点に留意する必要がある。 (1) 基板のシリコンが殆どエッチングされないこと。 (2) ポリシリコンのサイドエッチング量が安定している
こと。 (3) 窒化膜が殆どエッチングされないこと。

【００２０】ここで、本発明者等が行った実験によって
得られたデ−タを図５及び図６に示す。図５は、ＴＭＡ
Ｈの濃度変化に関するデ−タであって、(Ａ)は「ＴＭＡ
Ｈの濃度とノンド−プポリシリコンのエッチング速度と
の関係」を、(Ｂ)は「ＴＭＡＨの濃度と選択比との関
係」をそれぞれ示す図である。また、図６は、ＴＭＡＨ
の液温変化に関するデ−タであって、(Ａ)は「ＴＭＡＨ
(10ｗｔ％水溶液)の液温とノンド−プポリシリコンのエ
ッチング速度との関係」を、(Ｂ)は「ＴＭＡＨ(10ｗｔ
％水溶液)の液温と選択比との関係」をそれぞれ示す図
である。

【００２１】これらの実験デ−タを示す図５及び図６か
ら明らかなように、ＴＭＡＨの濃度及び液温を・ＴＭＡＨの濃度：5〜20ｗｔ％・ＴＭＡＨの温度：20〜40℃ の範囲で使用することにより、{111}面方位のシリコン
基板及びボロンド−プポリシリコンに対して高い選択比
が得られることが認められ、このため所望のエッチング
形状が得られることが理解できる。

【００２２】また、本発明で使用するＴＭＡＨ水溶液
は、Ｖ族元素を添加したポリシリコンについてはノンド
−プのポリシリコンと同程度のエッチング速度が得ら
れ、III族元素を添加したポリシリコンとの間で高い選
択比が得られる。これは、ＴＭＡＨのエッチャントであ
るＯＨ^-がＶ族元素を添加したポリシリコン中では正孔
が過剰であるため、ＯＨ^-の電子と正孔が結合し、Ｓｉ
との結合が妨げられるためと考えられる。

【００２３】次に、本発明の第１の実施例(実施例１)の
プロセスフロ−について図２を参照して説明する。な
お、図２は、本発明の第１の一実施例(実施例１)である
ＳＳＴの形成手順を説明する図であって、工程Ａ〜Ｃか
らなる工程順断面図である。

【００２４】本実施例１では、まず図２工程Ａの「ＳＳ
Ｔのエミッタ部分のポリシリ成長前の状態」に示すよう
に、面方位が{111}のサブ［{111}基板１］上に酸化ある
いはＣＶＤ法により酸化膜２を成長し、続いて、ＣＶＤ
法により第１のポリシリコンを形成した後、I／I注入法
により該ポリシリコン中にボロンを注入して“ボロンド
−プポリシリコン３”を形成する。

【００２５】さらにＣＶＤ法により第１の窒化膜［第１
窒化膜４］を成長した後、リソグラフィ−法によりパタ
−ニングを行い、エミッタ部を開口する。そして、ドラ
イエッチング法により第１窒化膜４及びボロンド−プポ
リシリコン３をエッチングした後、パタ−ニングされた
フォトレジストを除去し、再度ＣＶＤ法により第２の窒
化膜(図示せず)を形成し、ドライエッチング法によりエ
ッチバックを行って側壁窒化膜６ａを形成し、さらにウ
エットエッチング法により酸化膜２をエッチングする
(→図２工程Ａ参照)。

【００２６】次に、図２工程Ｂの「ポリシリコンエッチ
ング前の状態」に示すように、ＣＶＤ法により第２のポ
リシリコン［ノンド−プポリシリコン７］を成長した
後、熱拡散法によりノンド−プポリシリコン７中にボロ
ンド−プポリシリコン３よりボロンの押し込みを行い、
“ボロンが押し込まれたポリシリコン７ａ”を形成す
る。

【００２７】続いて、図２工程Ｃの「ポリシリコンエッ
チング終了時のエミッタの形状」に示すように、本発明
で規定するＴＭＡＨ水溶液を用い、同じく本発明で規定
する液温でノンド−プポリシリコン７をエッチングす
る。

【００２８】本実施例１では、上記したように、本発明
で規定するＴＭＡＨ水溶液を用い、同じく本発明で規定
する液温でノンド−プポリシリコン７をエッチングした
ものであるから、{111}基板１及びボロンが押し込まれ
たポリシリコン７ａへの高い選択比により、図２工程Ｃ
(又は図１)に示すように、所望のエッチング形状が得ら
れるものである。

【００２９】（実施例２）次に、本発明の第２の実施例
(実施例２)について図３を参照して説明する。なお、図
３中の(Ａ)は、実施例２を説明する図であり、(Ｂ)は、
実施例２に対応する従来法を説明する図である。

【００３０】図３(Ｂ)に示すように、ウエハにポリシリ
コンを成長した後裏面のポリシリコンを除去する場合に
は、従来ではフッ酸と硝酸の混合液が用いられている
が、フッ酸と硝酸の混合液では、ポリシリコンとシリコ
ン基板の選択比が小さいため裏面にポリシリコン７を成
長する前に酸化膜２を形成しておく必要があった。

【００３１】これに対して、本実施例２では、図３(Ａ)
に示すように、ＴＭＡＨ水溶液ではポリシリコン７と{1
11}面方位の基板１との選択比が30程度得られるため、
シリコン基板が{111}である場合には、裏面に酸化膜を
形成する必要がない。

【００３２】（実施例３）上記実施例２の変更例が実施
例３であり、本実施例３を図４に基づいて説明する。な
お、図４中の(Ａ)は、実施例３を説明する図であり、
(Ｂ)は、実施例３に対応する従来法を説明する図であ
る。

【００３３】ウエハにポリシリコンを成長した後に裏面
のポリシリコンを除去する場合、通常は、図４(Ｂ)に示
すように、裏面エッチング時に表面のポリシリコンを保
護する目的でフォトレジスト５や酸化膜２等の保護膜を
形成する必要があるが、表面のポリシリコンにボロンが
注入されている場合には、図４(Ａ)に示すように、ＴＭ
ＡＨ水溶液を使用する場合はボロンド−プポリシリコン
とノンド−プポリシリコンとの選択比が15程度得られる
ため、上記のような保護膜無しで裏面のポリシリコンを
除去することが可能である。

【００３４】また、ＴＭＡＨ水溶液は、マスクとして酸
化膜や窒化膜を使用すればノンド−プあるいはＶ族元素
をド−プしたポリシリコンのエッチング液として、従来
のフッ酸と削酸の混合液と同様に使用することが可能で
ある。

【００３５】

【発明の効果】本発明は、以上詳記したとおり、ポリシ
リコンのエッチング液として特定濃度(5〜20ｗｔ％)の
ＴＭＡＨの水溶液を使用し、かつ特定の液温(20〜40℃)
でポリシリコンを選択的にエッチングすることを特徴と
し、従来法で使用されているヒドラジン水溶液と同等性
能のエッチング特性を有するものであるので、所望のエ
ッチング形状が得られる効果が生じる。

【００３６】そして、本発明によれば、発癌性物質であ
るヒドラジンの使用を必要としないものであり、したが
って、半導体装置の製造工程よりヒドラジンの使用をな
くすることができる。その理由は、ＴＭＡＨ水溶液をＳ
ＳＴのポリシリコンエッチング工程に使用することによ
り、ヒドラジン水溶液と同等性能が得られるからであ
る。

【００３７】その結果、本発明によれば、ヒドラジン使
用の従来法におけるようなエッチング廃液の回収及び業
者委託処理が不要となる。その理由は、半導体装置の製
造工程で現像液として広く使用されているＴＭＡＨをポ
リシリコンのエッチング液として使用するため、既存の
排液処理ラインに流すことが可能となるからである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る方法を用いて形成したＳＳＴ構造
のバイポ−ラトランジスタにおけるエミッタ部の断面
図。

【図２】本発明の第１の実施例(実施例１)であるＳＳＴ
の形成手順を説明する図であって、工程Ａ〜Ｃからなる
工程順断面図。

【図３】本発明の第２の実施例(実施例２)について説明
する図であって、図３中の(Ａ)は、実施例２を説明する
図であり、(Ｂ)は、実施例２に対応する従来法を説明す
る図。

【図４】本発明の第３の実施例(実施例３)について説明
する図であって、図４中の(Ａ)は、実施例３を説明する
図であり、(Ｂ)は、実施例３に対応する従来法を説明す
る図。

【図５】ＴＭＡＨの濃度変化に関するデ−タであって、
(Ａ)は「ＴＭＡＨの濃度とノンド−プポリシリコンのエ
ッチング速度との関係」を、(Ｂ)は「ＴＭＡＨの濃度と
選択比との関係」を示す図。

【図６】ＴＭＡＨの液温変化に関するデ−タであって、
(Ａ)は「ＴＭＡＨ(10ｗｔ％水溶液)の液温とノンド−プ
ポリシリコンのエッチング速度との関係」を、(Ｂ)は
「ＴＭＡＨ(10ｗｔ％水溶液)の液温と選択比との関係」
を示す図。

【図７】従来のＳＳＴの形成手順を説明する図であっ
て、工程Ａ〜Ｄからなる工程順断面図。

【図８】図７工程Ｄに続く工程Ｅ〜Ｈからなる工程順断
面図。

【符号の説明】

１ {111}基板１ａＳｉ基板２酸化膜３ボロンド−プポリシリコン４第１窒化膜５フォトレジスト６第２窒化膜６ａ側壁窒化膜７ノンド−プポリシリコン７ａボロンが押し込まれたポリシリコン８拡散層

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】不純物が添加されていない第１のポリシ
リコン又はＶ族の不純物が添加されている第２のポリシ
リコンを、単結晶シリコン及びIII族の不純物が添加さ
れている第３のポリシリコンに対して選択的にエッチン
グする工程を有する半導体装置の製造方法において、水酸化テトラメチルアンモニウムの水溶液を用いて、前
記第１のポリシリコン又は前記第２のポリシリコンを、
単結晶シリコン及び前記第３のポリシリコンに対して選
択的にエッチングすることを特徴とする半導体装置の製
造方法。
【請求項２】前記水酸化テトラメチルアンモニウムの
水溶液の濃度が５〜２０重量％であり、液温が２０〜４
０℃であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装
置の製造方法。
【請求項３】単結晶シリコンから構成されるシリコン
基板に被着した、前記第１のポリシリコン及び前記第３
のポリシリコンを、表面を保護するマスク層のない前記
シリコン基板に対して選択的にエッチングすることを特
徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方
法。
【請求項４】前記第３のポリシリコンが、バイポーラト
ランジスタのベース引き出し電極を構成するポリシリコ
ンであることを特徴とする請求項１,２又は３に記載の
半導体装置の製造方法。
【請求項５】前記単結晶シリコンが｛１１１｝面方位で
あることを特徴とする請求項１,２,３又は４に記載の
半導体装置の製造方法。