JPH04233731A - 集積回路用の可溶性酸化物 - Google Patents

集積回路用の可溶性酸化物

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JPH04233731A
JPH04233731A JP3190424A JP19042491A JPH04233731A JP H04233731 A JPH04233731 A JP H04233731A JP 3190424 A JP3190424 A JP 3190424A JP 19042491 A JP19042491 A JP 19042491A JP H04233731 A JPH04233731 A JP H04233731A
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material layer
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teos
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Chen-Hua D Yu
チェン−ファ　ダグラス　ユー
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  • Formation Of Insulating Films (AREA)
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  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)

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、一般的には集積回路に
関し、より詳しくは高溶解性酸化物層の形成方法および
集積回路製作に関わる特徴に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在の集積回路製作工程では、類似の材
料からなる２つの層または構造を形成し、続いてそれら
の層または構造の一つを除去する場合が多い。例えば、
様々な状況で、第一の二酸化ケイ素層を形成し、続いて
その第一の層の上に第二の二酸化ケイ素層を形成する場
合がある。その後、第一の層を著しく損傷することなく
、第二層をエッチングする必要のあることがある。
【０００３】別の状況下では、２つのスペーサーをそれ
ぞれ一般的に二酸化ケイ素で形成し、次いでそれらのス
ペーサーの一つをエッチングにより除去（溶液中で行な
うことが多い）する場合がある。エッチングにより除去
するスペーサーは「使い捨てスペーサー」と呼ばれるこ
とが多い。
【０００４】スペーサーは、前駆物質ガスを分解して望
ましい材料層を形成する化学的蒸着法により形成するこ
とが多い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記の状況のそれぞれ
において、一般的に二酸化ケイ素からなる２つの層であ
って、それらの層の一方は、湿式エッチング速度が高く
、良好なｓｔｅｐ　ｃｏｖｅｒａｇｅ（スペーサー用途
で）および製造環境に受け入れられる形成速度を有する
のが望ましい。もう一方の層は、湿式エッチング速度が
低いのが好ましい。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、２つの材料層
を形成し、第二の層は、第一の層よりも湿式エッチング
速度が高くなる様に十分な不純物を有する様にする製作
方法に関する。
【０００７】したがって、例えば、第二の層は、不完全
解離する前駆物質ガスにより形成される酸化ケイ素層で
よい。例えば、この第二層から形成されるスペーサーは
、より一般的な方法により形成されるスペーサーまたは
層よりも高いエッチング速度を示す。
【０００８】
【実施例】図１，２および３は、本発明の技術により形
成することができる幾つかの構造を示す。図１で、番号
１１は、例えば二酸化ケイ素である材料を示す。層１１
は、例えば、ＴＥＯＳ（テトラエチルオルトシラン）を
反応器中で分解することにより形成できる。層１１は一
般的にＬ字形を有する。層１１の底表面はシリコンまた
は他の材料の様な基材に接触していてよい。表面３３は
、立ち上がった構造的な特徴、例えばゲートスタック、
ランナー、等に接することができる。あるいは層１１は
必ずしも二酸化ケイ素である必要はなく、例えば窒化ケ
イ素または無定形ケイ素またはポリシリコンでもよい。
【０００９】スペーサー１３は、例えば層１１と同じ、
または類似の反応器中で、ＴＥＯＳの分解により形成す
ることができる。一般に、スペーサー１３は、全面を覆
う層の形にＴＥＯＳを堆積させ（以下に詳細に説明する
方法で）、その全面層を異方的にエッチングし、特徴的
な湾曲した外側表面輪郭３５を有するスペーサー１３を
形成する。
【００１０】図１に示すのと類似（ただし、恐らく異な
った材料による）の二重スペーサー配置の例は、ここに
共に譲渡された、１９８９年１０月１７日提出の米国特
許出願第４２２，８３４号、「三重層ゲートスペーサー
を備えたＣＭＯＳ」に開示されている。
【００１１】二重スペーサー配置のもう一つの例を図２
に示すが、そこでは、基材１５は一般的に半導体製作で
使用される材料でよい。湾曲したスペーサー１７は、例
えば、ＴＥＯＳから形成できる。上記の様に、スペーサ
ー１７の湾曲した輪郭は最初に全面堆積させ、次に異方
的にエッチングして形成する。スペーサー１７の湾曲し
た外側表面２３はスペーサー２１により覆われている。 スペーサー２１も湾曲した外側表面２７を有する。スペ
ーサー２１は、スペーサー１７および１３の形成に使用
した方法と類似の方法により形成する。
【００１２】図１および２の両方で、最も外側のスペー
サー（例えば２１，１３）は、８：１エチレングリコー
ル緩衝ＨＦまたは１００：１ＨＦの様なＨＦ溶液に高い
溶解性を示すのが望ましい場合が多い。したがって、図
１の構造を湿式エッチング剤溶液に浸漬してスペーサー
１３を除去するが、スペーサー１１は無傷であるのが望
ましい。同様に、図２で構造全体を湿式エッチング剤溶
液に浸漬してスペーサー２１を除去するが、スペーサー
１７およびその下にある構造１５は無傷であるのが望ま
しい。一般的に、スペーサー２１および１３のエッチン
グ速度は、その下にあるスペーサー１７および１１のエ
ッチング速度より１０倍高いのが望ましい。
【００１３】さらに、図３は本発明の別の応用例を示す
。層２３は例えばＴＥＯＳから形成し、層２５もＴＥＯ
Ｓから形成する。しかし、層２５は層２３よりも湿式エ
ッチング速度が著しく高いのが好ましい。
【００１４】本発明は、通常の方法により形成した層（
例えば１１、１５または２３）と比較して湿式エッチン
グ速度が高いＴＥＯＳまたは他の有機金属前駆物質から
スペーサー（例えば２１、２３）または層（例えば２５
）（または他の構造）を形成するための、プラズマによ
り高くした方法を提供する。一般に、図３の層２５の様
な層、および図２のスペーサー２１または図１のスペー
サー１３の様なスペーサーは、ＨＦ溶液における湿式エ
ッチング速度が高いのが望ましい。前に述べた様に、そ
の湿式エッチング速度は、従来の方法により形成した二
酸化ケイ素の湿式エッチング速度より少なくとも１０倍
速いのが好ましい。さらに、一般に、層２５またはスペ
ーサー２１または１３の様な層は極端に厚くないので、
それらの元になる層は、比較的低いが、安定した、再現
性のある堆積速度を有するのが望ましい。他の望ましい
特徴としては、ウエハーを横切る層厚の均一性、良好な
層の整合性および低い層応力がある。
【００１５】例えば、使い捨てスペーサー層を形成でき
る装置には、アプライドマテリアルコーポレーション、
サンタクララ、カリフォルニア、製のＡＭＥ５０００　
型の様な反応器がある。その様な装置は、ここに参考と
して含める、ワンら所有の米国特許第４，８９２，７５
３および４，８７２，９４７に一般的に説明されている
。一般に、その様な反応器は本質的に平行な電極を有し
、それらの電極間に無線周波数プラズマを発生させる。 シャワーヘッドと呼ばれることが多い上側電極は、無線
周波数源から、通常１３．５６ＭＨｚの無線周波数エネ
ルギーで励振する。このシャワーヘッドは複数の孔を有
し、前駆物質ガスおよびキャリヤーガスをプラズマ中に
導き、そこから反応生成物がウエハーの上に堆積する。 下側電極は接地されており、二酸化ケイ素を析出させる
べきシリコンウエハーを支える。一般に、プラズマから
析出させるための二酸化ケイ素は、加熱された液体供給
源からキャリヤーガス中に搬送される気体状のテトラエ
トキシシラン（ＴＥＯＳ）から得られる。下側電極（感
受体と呼ばれる）は複数のランプにより加熱され、析出
させるべき基材の温度を制御している。装置全体は一つ
の室の中に収容され、その中で広範囲な圧力環境を造り
だすことができる。ウエハーとシャワーヘッドとの間隔
は調節できる。
【００１６】出願者は、ＲＦ入力電力、ウエハー温度、
室内圧力、間隔、およびＴＥＯＳ／酸素流量を、ＴＥＯ
Ｓ層の製造に一般的に受け入れられている条件から変え
ることにより、エッチング速度がより高いＴＥＯＳ層が
得られることを発見した。
【００１７】特に、出願者は、３±２トルの圧力（一般
的に使用されている１０トルの代わりに）、最高約２．
２ワット／ｃｍ２　の従来規定されている電力密度（標
準的に使用されている２．８　ワット／ｃｍ２　の電力
密度に対して）、５００ミルのシャワーヘッド感受体間
隔（標準間隔１８０ミルに対して）、および０．５６の
ＴＥＯＳ／酸素流量（標準流量０．８９に対して）を使
用することにより、望ましい高い湿式エッチング速度を
有するＴＥＯＳフィルムが得られることを発見した。出
願者の研究を以下に示す。
【００１８】一般に、出願者は、ＲＦ入力電力を０．４
〜３．６ワット／ｃｍ２　にし、他の処理パラメータを
標準条件に維持して試験した。一般的に、電力密度を３
．６からワット／ｃｍ２　に減少させた時に、得られた
ＴＥＯＳ系層のＨＦ溶液中のエッチング速度は一様に毎
分５５から３０５Åに増加した。しかし、ＲＦ入力電力
を低下させただけで、毎秒１２０〜１５０Åの堆積速度
が得られた。約３０００Å厚（スペーサー形成の代表的
な厚さ）に対するより望ましい堆積速度は毎秒６０〜８
０Åである。したがって、入力電力密度を低下させるこ
とにより、層の湿式エッチング速度は高くなる様に思わ
れるが、入力電力の変化だけでは望ましい特性を備えた
層を製作するには不十分であろう。
【００１９】出願者の解析は、上記の様な低い入力電力
密度では、プラズマ中のかなり複雑なＴＥＯＳ分子の解
離は不完全になることを示唆している。その結果、堆積
した状態の二酸化ケイ素層は比較的多数のＳｉ−ＯＨ　
結合の様な不純物を含む。これらの不純物は、各種のＨ
Ｆ溶液中で層をより可溶性にする傾向がある。
【００２０】出願者は、圧力を下げ、感受体−シャワー
ヘッド間隔を増し、（望ましい、または必要であれば）
基材温度を下げることにより、上記の不完全解離をさら
に高められることを発見した。圧力を下げ、感受体−シ
ャワーヘッド間隔を増すことにより、プラズマの体積が
増加する傾向がある。その結果、任意のＲＦ入力電力に
対して、圧力が減少する、または間隔が増加する場合に
、「有効」ＲＦ入力電力密度（すなわち体積電力密度）
が低下する。出願者の研究により、得られたＴＥＯＳ系
層の８／１エチレングリコール緩衝ＨＦ溶液における湿
式エッチング速度は、圧力が低下した場合、感受体−シ
ャワーヘッド間隔がより広い（３００ミル（ｍｉｌ）　
以上）場合に増加することが分かった。さらに、室内圧
力が約１０から３トルに低下すると、堆積速度は１２０
から７５Å／秒に減少する。さらに、約３トルの低圧で
は、電極間隔が変化しても、堆積速度は比較的一定であ
ると思われる。
【００２１】有機金属前駆物質（ＴＥＯＳ）分子の望ま
しい不完全解離に貢献すると出願者が考えるもう一つの
要因は、ウエハー温度である。一般に、温度が標準値の
３９０℃から約２００℃に低下するにつれて、不完全解
離現象が高まる。しかし、出願者は、堆積速度が著しく
増加する傾向にあることも発見した。現実的な問題とし
て、ウエハー温度を、他のＴＥＯＳ堆積法で使用するの
と同じ値（すなわち３９０℃）に維持するのが望ましい
。ウエハー温度を、他の方法で使用するのと同じ値に維
持することにより、複数の工程に同じ機械を使用できる
ので、生産性が高くなる。
【００２２】最後に、出願者は、感受体−シャワーヘッ
ド間隔を５００ミルに増加し、入力電力、室内圧力、お
よび温度をそれぞれ約２．８ワット／ｃｍ２　、３トル
、３９０℃に維持した時の、ＴＥＯＳ／酸素流量比の影
響も調査した。ＴＥＯＳ／酸素流量比を約０．８９から
約０．５６に下げることにより、堆積速度が約６０Å／
秒に向上する（すなわち減少する）。
【００２３】上記の説明は、反応器中で、例えばアプラ
イドマテリアルズコーポレーションから供給されるＴＥ
ＯＳを使用することをやや強調しているが、本発明はそ
れに限定するものではない。この原理は、ノベラス製の
機械の様な、シャワーヘッドから離れた一つ以上のウエ
ハーを使用し、プラズマを使用する他の機械にも適用で
きる。上記の本発明に係わる原理は、エアープロダクツ
アンドケミカルズ社の一部門であるＪ．Ｃ．シューマッ
ハー（Ｊ．Ｃ．Ｓｃｈｕｍａｃｈｅｒ）により「トムキ
ャッツ　（ＴＯＭＣＡＴＳ）」の商標で販売されている
、ＴＭＯＳ（テトラメチルオキシシラン、Ｓｉ（ＯＣＨ
）４）　、ＤＡＤＢＳ（ジアセトキシジ−ｔｅｒｔ−ブ
トキシシラン、Ｃ１０Ｈ２６Ｏ４Ｓｉ）　、ＴＭＣＴＳ
（テトラメチルシクロテトラシラン）を含む他の有機金
属前駆物質にも適用できる。
【００２４】特定の用途で、上記のパラメータのすべて
を必ずしも標準値から変える必要はなく、圧力、電力密
度、温度、シャワーヘッド−感受体間隔の一連のパラメ
ータ、およびＴＥＯＳ／酸素流量を上記の様に選択およ
び変更し、望ましい層を製作することができる。
【００２５】上記の方法に加えて、エッチング速度の高
い層を製作するために他の変形を行なうこともできる。 リン（ホスフィン、トリメチルホスフィン、トリエチル
ホスフィンから）、フッ素（三フッ化窒素から）または
ホウ素（ホウ酸トリメチルから）の様なドーピング剤を
、ＴＥＯＳ分解中に反応器に加え、さらにエッチング速
度の高い層を製作することもできる。隣接する層をドー
ピング剤で汚染する危険が無い場合は、リンまたはフッ
素を加えることもできる。最初に開示した方法の長所は
、リンまたはフッ素の様なドーピング剤を使用せず、し
たがって隣接層を汚染する危険が無いことである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により形成できる構造を示す断面図であ
る。
【図２】本発明により形成できる構造を示す断面図であ
る。
【図３】本発明により形成できる構造を示す断面図であ
る。

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　第一材料層（例えば１１）を形成し、
    前記第一材料層の上に第二材料層（例えば１３）を形成
    することからなる半導体集積回路の製作方法であって、
    前記第二材料層が蒸着法により形成されるが、その際、
    前駆物質ガスが不完全解離し、それによって不純物が形
    成され、その不純物が前記第二材料層中に十分な量で取
    り込まれるために、前記第二材料層が前記第一材料層よ
    りも著しく高いエッチング速度を示すことを特徴とする
    方法。
  2. 【請求項２】　　リン、ホウ素およびフッ素からなるグ
    ループから選択したドーピング剤を前記第二材料層に加
    えることを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】　　前記第一材料層（例えば１１）がケイ
    素の酸化物であることを特徴とする請求項１記載の方法
    。
  4. 【請求項４】　　前記第二材料層（例えば１３）が反応
    器中でウエハー上に形成され、前記反応器が、前記ウエ
    ハーを支持する感受体を有し、前記感受体から予め決め
    た距離を置いて配置されたシャワーヘッドを有し、前記
    ウエハーを予め決めた温度に加熱するための手段を有し
    、望ましい圧力を維持するための密閉手段を有し、前記
    感受体と前記シャワーヘッドとの間にプラズマを発生す
    る手段を有し、前記プラズマが電力密度を有し、前記電
    力密度が、前記プラズマ中で前記前駆物質ガスの著しい
    不完全解離が起こる様に維持され、それによって不純物
    が生じ、前記第二材料層（例えば１３）が十分な不純物
    を含み、前記不純物を含まない層よりも少なくとも１０
    倍高い湿式エッチング速度を有することを特徴とする請
    求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】　　前記圧力が３±２トルに維持されるこ
    とを特徴とする請求項４記載の方法。
  6. 【請求項６】　　前記ウエハーが２００〜３９０℃の温
    度に加熱されることを特徴とする請求項４記載の方法。
  7. 【請求項７】　　前記最大プラズマ電力密度が２．２ワ
    ット／ｃｍ２　であることを特徴とする請求項４記載の
    方法。
  8. 【請求項８】　　前記感受体と前記シャワーヘッドとの
    間の前記距離が３００〜５００ミルであることを特徴と
    する請求項４記載の方法。
  9. 【請求項９】　　前記前駆物質ガスがＴＥＯＳ、ＴＭＯ
    Ｓ、ＤＡＤＢＳ、ＴＭＣＴＳ　からなるグループから選
    択されることを特徴とする請求項４記載の方法。
  10. 【請求項１０】　　前記前駆物質がＴＥＯＳであり、Ｔ
    ＥＯＳ対酸素の流量比が０．５６±０．２になる様にさ
    らに酸素を導入することを特徴とする請求項４記載の方
    法。
  11. 【請求項１１】　　さらに、湾曲した側面を有するスペ
    ーサーを形成するために、前記層を異方的にエッチング
    する工程を含むことを特徴とする請求項４記載の方法。
  12. 【請求項１２】　　湾曲した側面を有するスペーサーを
    形成するために、前記第二材料層を異方的にエッチング
    することを特徴とする請求項４記載の方法。
  13. 【請求項１３】　　前記スペーサーを続いてＨＦ含有溶
    液中でエッチングすることを特徴とする請求項１２記載
    の方法。
  14. 【請求項１４】　　さらに、前記第二層（例えば１３）
    の堆積前に、湾曲した側面を有する第二スペーサーを形
    成するために、前記前記第一層（例えば１１）を異方的
    にエッチングする工程を含むことを特徴とする請求項１
    ３記載の方法。
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