JPH03293727A - 湿式エッチング工程を用いたデバイス製造方法 - 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】

［０００１］

【産業上の利用分野】

本発明は、デバイス製造方法に係わり、詳しくは、エツ
チング工程を含むデバイス製造方法に関する。 ［０００２］

【従来の技術】

シリコン集積回路のようなデバイスの製造中、特に設計
ルールが１μｍより微細な場合、相対的に非平面状の表
面を平滑化、すなわち局部的に平坦化することが望まし
い。例えば、ＣＭＯＳデバイス構成のｎ形及びｐ形タブ
内の活性デバイスの形成においては、相対的に非平面状
の表面が生成される。この表面上を覆う金属製相互接続
パターンからこの表面を電気的に絶縁するために、テト
ラ・エトキシ・シラン（ＴＥ０１）系先駆物質から形成
される化学蒸着（ＣＶＤ）酸化物のような酸化物をこの
表面上に付着させる。結果として得られる付着層も、下
方層の表面に対応した非平面状の表面を有している。（
下方層とは元の基板により近く位置する材料のことを意
味する。）［０００３］ その後に必要なアルミニウム層の付着とパターン付けを
この比較的不規則な表面上に施すことは、設計ルールが
１μｍ台の場合困難であり、設計ルールが０゜８μｍよ
り細かい場合にはほとんど許容不可能となる。したがっ
てこの表面上を覆う適当な形状のアルミニウムパターン
を生成するには、この表面を平滑化することが望ましく
不可欠である。 ［０００４］ 平滑化に用いられる代表的な工程には、プラズマを用い
るプラズマエツチングがある。この工程では、平滑化さ
れる層に対して類似のプラズマエツチング特性を有する
材料を、その材料が平滑な上表面を得るのに十分な厚さ
の層になるように付着させる。（本明細書の説明におい
て、平滑な上表面とは、平滑化される区域の少なくとも
９０％にわたって、デバイス処理前の基板の表面に平行
な想像面から１０度以上偏差がないような表面のことを
意味する。）［０００５］ その後この複合構造体にプラズマエツチングを施す。エ
ツチングは、全ての平滑化層が除去されるまで継続する
。平滑化材料とその下方層の材料とはほぼ同率でエツチ
ングされるので、平滑化層がほぼ全て除去された後の下
方層材料の表面は、エツチング前の平滑化層の露出表面
に類似の表面形状となる。すなわち平滑化層の平滑な表
面が、プラズマエツチングによって下方層領域に移され
たことになる。 ［０００６］ プラズマエツチング法は以下の理由により用いられる。 エツチングによる平滑化に一般に用いられる材料は、ノ
ボラック・フォトレジストのようなポリマーである。こ
のポリマーが、リン及び（又は）ホウ素を添加不純物と
して含むＣＶＤ酸化物のような一般的な下方層材料に対
して、例えばフッ素と酸素とを含むようなプラズマにお
いて、類似のエツチング率（速度）を有するからである
。 ［０００７］

【発明が解決しようとする課題】

この方法は、プラズマエツチングによる平滑化で得られ
る結果が受は入れ可能なものであるが、プラズマエツチ
ング装置に関連して比較的多額の資本投資と維持費を必
要とする。更に、ポリマー製の平滑化材料は、しばしば
低レベルのイオン不純物を含み、この不純物はプラズマ
による平滑化層の除去作業後も残留し易く、これを清掃
するその後の過程が必要になり、コストも伴う。その上
、有機材料のプラズマエツチングに伴う局部的影響によ
り、一般に、一つのウェーハ内で又他のウェーハとの間
で普通には５％以上のエツチング率不均一状態が発生す
る。このように、現在性われているエツチング工程には
問題点がある。 ［０００８］

【課題を解決するための手段】

上記の課題を解決するために本発明は、基板上にデバイ
ス構造物の製造過程で生成した非平面状の基板表面につ
いて、この基板表面上に平滑化材料層を形成しこの平滑
化材料を湿式エツチング法によってほぼ全て除去し、こ
れにより、前記非平面状の基板表面が平滑化されるよう
にしたデバイス製造方法を提供する。 この湿式エツチングにおけるエツチング剤としては、例
えば緩衝剤で処理した、又は処理してない、水性フッ化
水素を用い、平滑化材料層の組成の一例としては酸化ケ
イ素のコロイド溶液のような多ケイ酸塩を使用する°。 ［０００９］

【作用】

本発明に基づく上記の湿式エツチングにより、集積回路
ウェーハの表面のような非平面状の基板の上に多ケイ酸
塩組成物等の平滑化層を形成し、水性フッ化水素等のエ
ツチング剤を用いてこの平滑化層を除去することによっ
て、基板表面もエツチング作用を受けて平滑化され、エ
ツチング前の平滑化表面に類似の優れた平滑面が得られ
る。 ［００１０］

【実施例】

本発明においては、平滑化材料として例えば多ケイ酸塩
を用いて湿式エツチングを行うことにより、優れた平滑
化が達成できる。これには、多ケイ酸塩のような平滑化
材料のエツチング率を、酸化物のような平滑化すべき下
方層材料のエツチング率に合わせること（マツチング）
が望ましい。この平滑化層と下方層との間の望まれるマ
ツチングの程度は個々のデバイスの形状によって決まる
。下方層の平滑化が不十分になるのを避けるには、一般
には、平滑化層のエツチング率は下方層のエツチング率
と２０％以上の差がないようにするのがよい。例えば、
まわりから離れた狭い部分の平滑化が極めて重要という
ような場合には、平滑化材料が下方層の材料よりも速い
エツチング率を持つことが望ましい。一方、例えば、平
滑化すべき材料中に刻み目に似た形の不要部分が存在す
るようなときは、平滑化材料のエツチング率は下方層よ
りも低い値が望ましい。 ［００１１３ ＣＶＤ蒸着した酸化物のような下方層に適するエツチン
グ率を有する多ケイ酸塩のような平滑化材料の例として
は、酸化ケイ素を低分子量イオン溶剤に溶かしたゾルが
ある。（ゾルとはケイ素と酸素とを含む物質のコロイド
状懸濁溶液を意味する。）平滑化したい下方層に対して
適当な平滑化材料を決めるために、実験結果照合用サン
プルを用いる。しかし、ポリシロキサンは、その湿式エ
ツチング率が一般的な下方層材料よりもはるかに速く、
平滑化層として不適当である。この欠点は、ケイ素に結
合した有機部分の存在により特徴とされる、広がりの少
ないケイ素酸素重合結合組織が原因である。 ［００１２］ 例として、容積で３０部の（３０ｐａｒｔｓ　ｂｙ　ｖ
ｏｌｕｍｅ）ＮＨ４Ｆ　（水中での重量％値４０　（４
０ｗｅｉｇｈｔ　７．　ｉｎ　ｗａｔｅｒ）　）と　１
の割合のＨＦ　（フッ化水素）（水中での重量％値４９
）とを含む水溶液を用いて、ＴＥＯ３先駆物質から形成
したリンネ鈍物添加ＣＶＤ酸化物のような下方層材料を
エツチングする場合、２０から２５℃において３５０か
ら６５０オングストロ一ム／分（以下Ａ／分）の範囲の
エツチング率を有するケイ酸塩を平滑化層材料として用
いる。 ［００１３］ 下方層材料の組成は、下方層材料のエツチング率に、す
なわち平滑化工程に、強い影響を与える。例えば、リン
添加不純物を増すとＣＶＤ酸化物材料のエツチング率が
増す。　多ケイ酸塩は一般にエツチング率が、不純物添
加のない下方層酸化物よりもやや高いので、多ケイ酸塩
を平滑化材料として用いる場合、下方層のエツチング率
を上げるのに適した量の添加不純物例えばリンを下方層
に加えて下方層のエツチング率を少し上げるとよい。 ［００１４］ 一般に、ＴＥ０１から形成したＣＶＤ酸化物のエツチン
グ率を望ましい値に上げるために、添加不純物の濃度は
３から６重量％の範囲とされる。添加不純物の濃度が３
％よりも少ないと、エツチング率増加が不十分となり、
又、６％より大きいと、次の工程で付着させる金属層が
腐食することになり易く、望ましくない。 （ＴＥＯ５先駆物質から形成したＣＶＤ蒸着酸化物のよ
うな一般的下方層材料への不純物添加については、ニー
・シー・アダムス（Ａ、　Ｃ，Ａｄａｍｓ）　　著「Ｖ
　Ｌ　Ｓ　Ｉ　技術」第２版、ニス・エム・セー（Ｓ、
Ｍ、５ｚｅ）　　綱、マグロ−ヒル（ＭｃＧｒａｗ　Ｈ
ｉｌｌ）社、ニューヨーク、１９８８年、第６章、に記
載されている。）［００１５］ 平滑化層材料の露出表面が比較的平滑になるように、す
なわちデバイス工程前の基板表面に平行な仮想平面に対
して、この露出表面の９０％が１０度未満の角度になる
ように、それに十分な厚さの平滑化層を形成する。一般
的には、多ケイ酸塩のような材料で平滑な表面を得るに
は、その公称厚が１５００から６００ＯＡの範囲になる
ように層を形成する。（公称厚とは、同等の形成工程に
よって平らな表面上に平滑化層を形成した場合の厚さを
意味する。）［００１６］ 形成する平滑化層の厚さは、必要とする平滑度と下方層
の非平面度により決定される。これらの与えられたデバ
イス形状条件に適した厚さを決めるには、実験結果照合
用サンプルを用いるのが簡単である。多ケイ酸塩からな
るような平滑化層の形成は一般には、酸化ケイ素を低分
子量イオン溶剤に溶かしたゾルを基板上にスピン付着さ
せて行う。（スピン工程の詳細については、エル・エフ
・トンプソン（Ｌ、　Ｆ、　Ｔｈｏｍｐｓｏｎ）及びエ
ム・ジェー・ボウデン（Ｌ、　Ｆ、　Ｅｔｏｗｄｅｎ）
著［マイクロリソグラフィ紹介Ｊ　　（Ｉｎｔｒｏｄｕ
ｃｔｉｏｎ　ｔｏ　Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ
）　、ｘル・エフ・トンプソン（Ｌ、　Ｆ、　Ｔｈｏｍ
ｐｓｏｎ）ほか編、ＡＣＳシンポジウムシリーズ２１９
、アメリカ化学会、ワシントンＤ、Ｃ，１９８３年、第
４章、に述べられている。）［００１７］ 多ケイ酸塩からなる平滑化層を形成後、湿式エツチング
によってこの層を完全に除去する。一般的な湿式エツチ
ング剤としては、水性フッ化水素な用いる。このエツチ
ング剤により、多ケイ酸塩などの平滑化材料と一般的な
デバイス下方層材料との間にエツチング率のマツチング
が得られる。エツチング所要時間は、多ケイ酸塩層と下
方層の一部とを全て除去して平滑な下方層表面を得るた
めに、−般的に２０から２５℃の温度において４から２
５分の範囲である。エツチングは一般には基板をエツチ
ング剤に浸すという簡単な工程による。しかし、他のス
プレー又は蒸気相等を用いるエツチング法でもよい。 ［００１８］ 下方層表面を平滑にした後、更にデバイス製造工程を継
続実施する。すなわち酸化物中のコンタクト・ホールの
エツチングを行い、続いてその後にパターン付けを行な
うアルミニウム層の付着を行ないデバイス相互接続用の
導電性構成部を形成する。（アルミニウムの付着及びパ
ターン付けについての一般技術は、上記のセー（Ｓｚｅ
）　　’ＪＨの文献の第４及び５章に説明されている。 ）［００１９］ 以下に本発明の製造方法の実施例とその際に用いた処理
条件に関して説明する。　　　　［００２０］ （第１実施例） アライドケミカル社（Ａｌｌｉｅｄ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ
ｓ）　　（米国、カリフォルニア州、ミルペタス）（米
国アライドシグナル社（Ａｌｌｉｅｄ　Ｓｉｇｎａｌ　
Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）の子会社）から入手した材
料を使用した。この材料は、アセトンと２−プロパツー
ルとの１：１混合液中で硝酸を触媒としてＴＥ０１を加
水分解して形成したものである。この組合せで、約２０
００の分子量を持つ密度の高いケイ酸塩ポリマーが得ら
れる。最終的に得られた溶液の内容は、重量％で３０％
のアセトン、２５．２％のエタノール、３０％の２−プ
ロパツール、６．７％の水、及び８．１％の二酸化ケイ
素であった。加えて、類似のサンプルで、多ケイ酸塩の
ゾル形成時にケイ素に対比して０．５モル％のリンを五
酸化第ニリンの形で添加したものも作った。 ［００２１］ 直径が１２７ｍｍ（５インチ）で、その主表面を面指数
（１００）の結晶格子面に有するケイ素ウェーハを使用
した。添加不純物のある多ケイ酸塩又は、添加不純物の
ない多ケイ酸塩の０．５から１ミリリツトル（ｍ　ｌ　
）　　までの間の量をこのウェーハのほぼ中心に載せ、
ウェーハを約３００Ｏｒｐｍの回転数まで急速に加速し
、約１０秒間この回転数を維持した。次いで減速１秒以
内に、このコーティングされたウェーハを、１００℃に
予熱しておいた加熱板上に置き、６０秒経過後に、この
ウェーハを、２００℃に予熱しておいた別の加熱板上に
移し、更に６０秒経過してから、別の３００℃に予熱し
ておいた加熱板上に移し替え、再び６０秒経過させた。 ［００２２］ ８００℃に加熱した石英炉を通して約１５ｓｅｃｍの酸
素を流して酸素雰囲気を作り、上記のウェーハをこの石
英炉中に移して約１５分おいた。（１５分未満の処理で
は、一般に、次の工程後にケイ酸塩層に亀裂が生じた。 しかし、１５分より長い場合は満足の行く結果が得られ
た。）この１５分の熱処理後、同じスピニング及び加熱
板処理からなるコーティング工程を行ない、次いで石英
炉内に移して更に４５分おいた。 ［００２３］ 以上の結果として得られた平滑化層の厚さの均一性を、
プロメトリックス・スペクトラマツプ型計測装置（ＰＲ
ＯＭＥＴＲＩＸ　ＳｐｅｃｔｒａＭａｐ）を用い、４９
箇所を計測する計測プローブを利用して計測した。コー
ティング層の平均厚さは４２４４Ａ、最小厚さ４１７２
Ａ、最大厚さ４２８３Ａで、標準偏差は５４％であった
。それから、このウェーハを前に述べた容積割合３０：
１の湿式エツチング剤に２４℃で約３分浸した。その後
、残留層の厚さを再び４９箇所計測プローブで計測した
ところ、平均厚さ２４９９Ａ、最小厚さ２３７７Ａ、最
大厚さ２５４０Ａで、標準偏差は１．７３％であった。 ［００２４］ 数字から、除去された酸化物の量が示される。

【表１】 ［００２５］ （第２実施例） 基板上には、ＴＥＯ５先駆物質から形成したＣＶＤ酸化
物を上部層として持つ多数レベルの金属層形状に付随し
た特性を試験するためのテストパターンを持たせるよう
にした。これ以外は第１実施例の工程と同じである。こ
の酸化物には、約５．９重量％のリンを添加不純物とし
て加えた。このＴＥＯ３層の厚さは約１゜３μｍであっ
た。 ［００２６］ 第１実施例で説明したエツチング工程を行なう。ただし
、エツチング率は約５００Ａ／分で、エツチング時間は
約１８分であった。このエツチングを、同じ工程により
製作された６個の異なるウェーハについて同一エツチン
グ条件で行った。酸化物の厚さは、基板の周辺部４箇所
と中心部とにおいて、エツチング前と後との両方の時点
で計測した。表２に各ウェーハの平均値及び標準偏差を
示す。

【表２】 ［００２７］ （第３実施例） 第２実施例に述べたようにして作成したウェーハが１枚
破損した。破損部の断面を走査電子顕微鏡で見た結果は
、この表面が表面の少なくとも９０％にわたって１０度
以下に平滑化されていることを示していた。 ［００２８］ （第４実施例） 第１実施例のエツチング工程を添加不純物ありの場合と
なしの場合との両方の多ケイ酸塩平滑化材料の例につい
て実施した。但し、ウェーハは、ＴＥ０１から形成し６
重量％の濃度のリン添加不純物を加えた厚さ１．３μｍ
のＣＶＤ酸化物下方層を有する。 ［００２９］ ３０：１エツチング剤を用いたときの、ＴＥ０１から形
成したＣＶＤ酸化物のエツチング率を、リン添加不純物
の重量％濃度の関数として図１に示す。又、リン添加不
純物を加えた多ケイ酸塩と、ＴＥ０１から形成し６重量
％の濃度のリン添加不純物を有するＣＶＤ酸化物とのエ
ツチング率を、温度の関数として、７：１エツチング剤
の場合を図２に、又、３０：１エツチング剤の場合を図
３にそれぞれ示す。加えて、３０：１エツチング剤を用
いた場合の、添加不純物のない多ケイ酸塩のエツチング
率を温度の関数として図３に示す。更に、７：１エツチ
ング剤を用いたときの、添加不純物ありの場合となしの
場合との多ケイ酸塩材料のエツチング率を硬化温度の関
数として表３に示す。

【表３】 ［００３０］ 以上の説明は、本発明のいくつかの実施例に関するもの
で、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変
形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範
囲に包含される。 ［００３１］

【発明の効果】

以上述べたごとく、本発明によれば、エツチングを用い
る基板表面平滑化工程に湿式エツチング法を適用するの
で、プラズマエツチングの場合にその装置における資本
投資費用が掛からずにすみ、残留不純物の原因となるポ
リマー系の円滑化材料も使わなくてよいなど、プラズマ
エツチングの不具合点が解消される。しかも、平滑化に
ついて優れた結果が得られる。例えば、湿式エツチング
法で平滑化材料に多ケイ酸塩を使用し、平滑化対象の下
方層が、ＴＥＯ３先駆物質を用いて形成しリン添加不純
物を含むＣＶＤ酸化物のような酸化物の場合、高密度ま
たは低密度のいずれの形状においても、高さ７０００−
９０００Ａ台の基板構成部分にある非平面状の表面が平
滑化される。

【図面の簡単な説明】

【回目 本発明に係る湿式エツチングの諸性質を示す説明図であ
る。 【図２】 本発明に係る湿式エツチングの諸性質を示す説明図であ
る。

【図３】 本発明に係る湿式エツチングの諸性質を示す説明図であ
る。

【書類名】

【図１】 図面

【図２】 温 度 （℃） ７：ｌエツチング剤

【図３】 温 度 （℃） ３０：ｌエツチング剤

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上にデバイス構造物を製造加工して非
   平面状の基板表面を生成する工程と、この基板表面上に
   平滑化材料の領域を形成する工程と、この平滑化材料を
   ほぼ全て除去する工程と、前記デバイスの製造を続ける
   工程とを有し、前記除去する工程が、湿式エッチングに
   よって達成されこれにより前記非平面状の基板表面が平
   滑化されることを特徴とするデバイス製造方法。
2. 【請求項２】前記平滑化材料が多ケイ酸塩（Ｐｏｌｙｓ
   ｉｌｉｃａｔｅ）を有することを特徴とする請求項１の
   方法。
3. 【請求項３】前記湿式エッチングが水性フッ化水素を用
   いて行われることを特徴とする請求項２の方法。
4. 【請求項４】前記基板の表面が酸化ケイ素を有すること
   を特徴とする請求項２の方法。
5. 【請求項５】前記酸化ケイ素がリンの添加不純物を含む
   ことを特徴とする請求項４の方法。