JPH0410621A - 窒化シリコン膜のエッチング処理方法、及びその装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体装置の製造工程において、ＬＯＣＯ
３酸化のマスク等として使用される窒化シリコン膜を除
去するエツチング方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、窒化シリコン膜は、一般に多結晶シリコンをＬＯ
ＧＯ３酸化させる工程においてそのマスクとして用いら
れる。そして、この窒化シリコン膜は、このＬＯＧＯ３
酸化工程が終了したのち速やかに除去されるが、窒化シ
リコン膜を除去する方法としては、ドライエツチングで
ある反応性プラズマエツチング法が多用されている。

すなわち、この方法は、エツチングすべき半導体装置を
反応容器内に載置し、エツチングガスをこの反応容器内
に供給したうえで高周波電界を印加し、イオンや活性な
原子、あるいは分子のラジカル等を発生させ、窒化シリ
コン膜との化学反応によって、これを揮発性の物質に変
換してエツチングを行うものである。ことのとき、エツ
チングガスは、フレオン（ＣＦ、、）やフッ化窒素（Ｎ
Ｆ３）等を用い、シリコン酸化膜より窒化シリコン膜の
エツチング速度が速くなるよう、選択比を設定している
。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記した反応性プラズマエツチング法に
よれば、高周波電界を印加することによるシリコン酸化
膜のプラズマダメージが大きいという問題があるため、
歩留りが低下するなどの問題点もあった。

また、同方法によればシリコン酸化膜と窒化シリコン膜
との選択比が１桁程度と低いために、必要なシリコン酸
化膜までエツチングされてしまい、下地酸化膜を薄膜に
することができず半導体装置の微細化に対応できないと
いう問題点もあった。

一方、例えば特開昭５６−１３３８４６号公報に開示さ
れるように、熱リン酸を用いるウェットエツチング法を
用いれば選択比を良好なものとすることができるが、一
方で高温で薬液を用いるために危険且つ低スループット
であり、また薬液の送り込み不良などが起こりやすく、
やはり半導体装置の微細化に対応できないという問題点
がある。

そこで、この発明はこのような点を考慮してなされたも
のであり、本発明の目的は、ドライエツチングであって
もプラズマダメージがなく、且つシリコン酸化膜と窒化
シリコン膜との選択比が良好な窒化シリコン膜のエツチ
ング処理方法、及びその装置を提案することにある。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、Ｘをフッ素（Ｆ）以外のハロゲン元素とし
て、示性式ＦＸで表されるフッ化ハロゲンガスを用いて
窒化シリコン膜をエツチング処理する窒化シリコン膜の
エツチング処理方法を提案して、上記課題を解決してい
る。

また、この方法を具体化する装置として、反応容器内に
半導体基板を載置する部材を配置し、前記反応容器には
、Ｘをフッ素（Ｆ）以外のハロゲン元素として、示性式
ＦＸで表されるフッ化ハロゲンガスを供給する供給手段
と、排気手段とを連結する窒化シリコン膜のエツチング
処理装置を構成することができる。

〔作用〕

本発明の方法においては、示性式ＦＸ（但し、Ｘをフッ
素（Ｆ）以外のハロゲン元素とする）で表されるフッ化
ハロゲンガスが分解してフッ素をラジカルとして放出す
ることにより、これが窒化シリコンと反応して揮発性の
物質を生成して窒化シリコン膜を表面からエツチングし
ていく。

このとき、前記フッ化ハロゲンガスは、プラズマレスで
も容易に分解してエツチング種たるフッ素のラジカルを
放出し、窒化シリコン膜と化学反応するために、半導体
装置のプラズマダメージがなくなる。

また、このエツチング方法により発生する上記ラジカル
のエネルギーはプラズマ法により発生するラジガルに比
較して小さいために、反応性の低いシリコン酸化膜と反
応することはなく、殆どが反応性の高い窒化シリコン膜
と優先して反応するために選択性が飛躍的に良好となる
。

なお、フッ化ハロゲンガスには、ＣｌＦ３．ＢｒＦ５　
、ＩＦ３　、ＣＩ！、Ｆ、ＢｒＦ３．ＩＦｓ　、ＢｒＦ
等がある。そして、その窒化シリコン膜に対する反応性
は上記した順に高いが、特に、本発明にはＣＩ！、Ｆ、
＋　、Ｃｆｆ１Ｆ、ＢｒＦ５が有効である。

また、本発明の装置でも、上記の示性式ＦＸ（但し、Ｘ
をフッ素（Ｆ）以外のハロゲン元素とする）で表される
エツチングガスを反応容器内に提供することによって、
プラズマレスでも上記した反応が生じ同反応容器内の半
導体装置の窒化シリコン膜を優先的にエツチング処理し
て行く。

〔実施例〕

次に、本発明の第一実施例を、第１図に説明する。第１
図は窒化シリコン膜のエツチング処理装置の側断面図で
ある。

第一実施例のエツチング処理装置は横型炉タイプの装置
であって、多量のウェハＷを同時にエツチング処理する
ものである。第１図に示すように、同装置は反応容器で
ある石英チャンバ１を有し、この石英チャンバ１の一方
の側面には、バルブ２を介して不活性ガスであるアルゴ
ン（Ａ　ｒ　）で希釈したフッ化塩素（ＣｌＦ３）をエ
ツチングガスとして供給するエツチングガス供給手段３
を連結し、他方の側面に石英チャンバ３内を減圧する排
気手段たる真空ポンプ４を接続している。また、この石
英チャンバ１上部には、この石英チャンバ１内を加熱す
るヒータ５を設置しており、この石英チャンバ１内部に
は、半導体装置となるウェハＷを所定の間隔を空けて立
て掛ける石英ポート６と、石英チャンバ１内部の温度を
検出するセンサ７とを配置している。

次に、本実施例の作動を、第１図及び第２図に説明する
。

同装置においては、（ＩＦ、及びＡｒがエツチングガス
供給手段３から石英チェンバ１内部に供給されるととも
に、真空ポンプ４が石英チャンバ１内を減圧し、このエ
ツチングガスを石英チェンバ１内部を流通させてガスス
ルーの状態とする。

このとき、石英チェンバｌ内部は、バルブ２及び真空ポ
ンプ４を制御することによりＩ　Ｔｏｒｒ〜５００　Ｔ
ｏｒｒの所定の圧力値に維持され、またヒータ５を制御
することにより常温（２７℃程度）〜２５０°Ｃの所定
の温度に維持する。

第２図に窒化シリコン膜のエツチングプロセスを示す。

同図（ａ）は、前記石英チェンバ１内部に配置されたウ
ェハＷの断面図であって、シリコン基板２１の上面を、
窒化シリコン膜２２をマスクとしてＬＯＧＯ３酸化し、
素子分離用のシリコン酸化膜２３を形成した状態を示す
。この状態のウェハＷに、前記したエツチングガスが供
給されると、以下のような化学反応が生じる。

すなわち、まずＣＩ！、Ｆ３が分解されて、ＦがＦａ（
ラジカル）となる一方、Ｃｌが分子となる。

Ｃ／！Ｆ、　　−−→　　Ｃｆｆ１Ｆ　　　＋　　Ｆｚ
Ｆ、　　　　−−→　　２Ｆ＊ （ＩＦ　　　−一→　　Ｃ１，＊　　＋　　ｌ”＊Ｃ１
＊　　＋　　Ｃ１＊　　　−一→　　ＣＺ。

次に、この化学反応により生成されたＦａが窒化シリコ
ン（Ｓｉ３Ｎ４）と優先的に反応して、フッ化シリコン
（ＳｉＦ４）及び窒素（Ｎ２）を形成する。

５ｉＮａ＋　　１２Ｆ本 ３ＳｉＦａ（気体）＋２Ｎｇ（気体） この化学反応で生成されたＳｉＦ４及びＮ２は揮発性で
あるために、シリコン酸化膜２３の上面の窒化シリコン
膜２２がエツチングされて、第２図（ハ）に示す如く窒
化シリコン膜２２が除去される。

なお、これらＳ　ｉ　Ｆａ及びＮ２は真空ポンプ４によ
り石英チェンバ１外に排出される。

なお、上記化学反応によるエッチレートは、エツチング
ガスのＣｌＦ３及びＡｒの分圧、石英チャンバ１内部の
温度、及び圧力によって変化する。

以下の表に、これらエツチングガスの分圧比、温度、及
び圧力を多様に変化させてエッチレートを測定した実験
例を示す。この実験結果より、エッングガスはプラズマ
レスでも、下記の圧力及び温度条件で分解してＦのラジ
カルを放出し、窒化シリコン膜を充分にエツチングして
いることがわかる。

（以下余白） （但し、ＳＬＭは、スタンダードＩ！　／ｍｉｎを示す
）以上のように、本実施例の窒化シリコン膜工・ンチン
グ装置によっては、プラズマレスでもエツチングガスを
供給するだけで容易に窒化シリコン膜をエツチングする
ことができ、もってプラズマダメージによる半導体装置
の損傷を防止することができる。また、この装置によっ
ては、優先的に窒化シリコン膜と化学反応を生じ、選択
比を非常に良好なものとすることができる。

特に、選択比に関しては、２５°Ｃ以下の温度雰囲気で
エツチングを行う場合、シリコン酸化膜のエツチング量
は零に近く、エツチング時間と測定装置限界を制御すれ
ば、選択比を４桁以上とすることもできる。この選択比
は、２桁（４０程度）の選択比を得られる熱リン酸を用
いたウェットエツチング法に比べても、より優れている
ことがわかる。

なお、本実施例においては、常に常温下でエツチングを
行う場合は、ヒータ５を設置しない構成とすることがで
きる。

次に、本発明の第二実施例のエツチング処理装置を、第
３図に説明する。このエツチング処理装置は、縦型炉タ
イプの反応容器であり、第一実施例のボートの代わりに
ウェハＷを載置する温度調整の可能なステージ８を設置
しており、またさらに石英チェンバ１内部の天井には攪
拌用のファン９を設置している。

従って、本実施例によっては、ステージ８がウェハＷを
加熱、冷却できるために、窒化シリコン膜のエツチング
レートを制御することができ、選択比の向上を図ること
ができる。また、攪拌用のファン９を設けたことにより
、エツチングガスをウェハＷに均一に導入することがで
き、載置位置の違いによるエツチング速度のばらつきを
解消することができる。

なお、他の構造及び効果は第一実施例と同一であるため
に説明を省略する。

これらの実施例は、ガススル一方式の反応容器であるが
、−旦エッチングガスを反応容器内にガススルーさせ、
バルブ２及び真空ポンプ４を閉鎖することにより、エツ
チングガスを容器内に封入してエツチング処理を行って
もよい。この方法によれば、エツチングガスを節約する
ことができるために、コスト性を良好なものとすること
ができる。同方式では、第二実施例の如くファン９を使
用することが有効である。

また、これらの実施例は、エツチングガスとして（ＩＦ
、を使用したが、この他にフッ化キセノン（ＸｅＦｚ）
、フッ化臭素（ＢｒＦ３．ＢｒＦ、）、フッ化ヨード（
ＩＦ５）等、各種のフッ化ハロゲンガスを用いることも
できる。なお、ＣｌＦ３は、上記のごと（、プラズマレ
スでも常温からの広い温度範囲で分解したが、その他の
フッ化ハロゲンが導入される温度雰囲気はガスが分解可
能な範囲に適宜設定される。

さらに、本発明のエツチングガスは、示性式ＦＸで表さ
れるフッ化ハロゲンであれば上記ガスに限られるもので
はなく、Ｘとして複数のハロゲン元素が結合してもよい
。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のエツチング処理方法、及
びその装置によっては、プラズマダメージを無くすこと
ができるのみならず、シリコン酸化膜と窒化シリコン膜
との選択比を飛躍的に良好なものとすることができる。

従って、本発明によっては半導体装置の微細化を達成で
きるとともに、歩留りを良好なものとすることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は第一実施例のエツチング処理装置の側断面図、
第２図は窒化シリコン膜のエツチングプロセスの説明図
、第３図は第二実施例のエツチング処理装置の側断面図
である。 図中、１は石英チェンバ（反応容器）、３はエツチング
ガス供給手段、４は真空ポンプ（排気手段）、２１はシ
リコン基板、２２は窒化シリコン膜、２３はシリコン酸
化膜、である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体装置の製造工程で、窒化シリコン膜を除去
   するエッチング処理方法において、前記窒化シリコン膜
   は、Ｘをフッ素（Ｆ）以外のハロゲン元素として、示性
   式ＦＸで表されるフッ化ハロゲンガスを用いてエッチン
   グ処理されることを特徴とする窒化シリコン膜のエッチ
   ング処理方法。
2. （２）反応容器内に半導体基板を載置する部材を配置し
   、前記反応容器には、Ｘをフッ素（Ｆ）以外のハロゲン
   元素として、示性式ＦＸで表されるフッ化ハロゲンガス
   を供給する供給手段と、排気手段とを連結したことを特
   徴とする窒化シリコン膜のエッチング処理装置。