JPH076996A - 窒化ホウ素をエッチングする方法 - Google Patents

窒化ホウ素をエッチングする方法

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JPH076996A
JPH076996A JP6038861A JP3886194A JPH076996A JP H076996 A JPH076996 A JP H076996A JP 6038861 A JP6038861 A JP 6038861A JP 3886194 A JP3886194 A JP 3886194A JP H076996 A JPH076996 A JP H076996A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、窒化ホウ素をエッチングす
る方法を提供することにある。 【構成】 窒化ホウ素を、シリコン、炭素、ゲルマニウ
ムなど、周期律表第IVＡ族元素でドーピングする。窒化
ホウ素の層をドーピングした後、熱リン酸、フッ化水素
酸、緩衝フッ化水素酸による湿式エッチングなどの技術
により、エッチングすることができる。これは、窒化ホ
ウ素をドーピングする前には不可能であった。 【効果】 本発明によれば、既存の半導体製造工程に適
合した窒化ホウ素のエッチング方法が与えられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、窒化ホウ素をエッチン
グする方法に関するものであり、詳細には、窒化ホウ素
のエッチング速度を増大させる方法に関するものであ
る。これは、たとえばシリコン、炭素、ゲルマニウムな
どの第IVＡ族元素で窒化ホウ素をドーピングすることに
よって達成される。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置製造分野では、絶縁層を使用
して導電層を分離するのが普通である。プラズマ強化化
学蒸着（ＰＥＣＶＤ）により付着させた窒化シリコン
が、このような層間絶縁皮膜として使用されている。こ
れらの窒化シリコン皮膜は、絶縁特性が良好で、かつ水
分およびアルカリ金属イオンに対して高い遮蔽効果を有
する。さらに、窒化シリコンの絶縁層は、コンフォーマ
ルな段差被覆を示し、対亀裂特性が高い。Ｍ．前田およ
びＴ．牧野、日本応用物理学会誌、２６：ｐ．６６０〜
６６５、１９８７年を参照されたい。
【０００３】しかし、窒化シリコンの絶縁層にはいくつ
かの欠点がある。これらの欠点には、リンケイ酸塩ガラ
ス（ＰＳＧ）および二酸化シリコンの絶縁層と比較し
て、誘電率が比較的高く、その結果、寄生キャパシタン
スが比較的大きく、装置間の伝播遅れ時間が比較的長く
なることがあげられる。上記の論文を参照されたい。
【０００４】誘電率が低く、コンフォーマルな段差被覆
特性を有し、絶縁特性が良好で、耐亀裂性の高い、他の
誘電性すなわち絶縁性被膜の材料が依然として必要とさ
れている。この必要に応じるために、大気中での化学蒸
着（ＣＶＤ）またはプラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶ
Ｄ）による窒化ホウ素被膜が考案された。これらの窒化
ホウ素被膜は、絶縁性が高く、化学的に不活性で、熱安
定性を有する。これらの被膜は、誘電率も低い。
【０００５】しかし、有用であるためには、窒化ホウ素
は既存の半導体装置製造工程に適合しなければならな
い。したがって、適当なエッチング技術が使用できなけ
ればならない。
【０００６】半導体装置製造工程では、湿式エッチング
工程が普通に用いられる。通常の湿式エッチャントに
は、たとえばフッ化水素酸（ＨＦ）、緩衝フッ化水素酸
（ＢＨＦ）、および熱リン酸がある。これらのエッチャ
ントは、窒化ホウ素をエッチングする能力が低く、した
がって既存の製造工程は窒化ホウ素の絶縁層の使用には
適合しない。
【０００７】したがって、半導体装置の製造に窒化ホウ
素が使用できるように、従来のエッチャントを使用して
窒化ホウ素をエッチングする方法が必要とされている。
窒化ホウ素をエッチングすることができれば、この材料
が使用可能となり、その好ましい絶縁層としての特性を
活かすことができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、窒化
ホウ素をエッチングする方法を提供することにある。こ
の方法は、既存の半導体装置製造工程に適合するもので
なければならない。
【０００９】
【課題を解決するための手段】要約すれば、本発明は、
窒化ホウ素をエッチングする方法に関するものである。
これは、窒化ホウ素の層を、周期律表の第IVＡ族から選
択した元素でドーピングすることにより達成される。第
IVＡ族には、シリコン、炭素、ゲルマニウム、スズ、お
よび鉛が含まれる。これらの元素はそれぞれ窒化ホウ素
と類似した構造を有し、得られるドーピングされた窒化
ホウ素は、同一の六方結合構造を保持しながら、わずか
に非晶質となる。窒化ホウ素層をドーピングした後に、
たとえば、熱リン酸などの通常の湿式エッチャントを使
用してそれをエッチングすることができる。
【００１０】ドーピングのレベルを使用して、窒化ホウ
素のエッチング速度を制御することができる。一般に、
約２０％までの少量のドーパントを使用するが、そうで
ない場合は窒化ホウ素皮膜の物理特性が損なわれる。約
２〜１０％の範囲が好ましい。
【００１１】このように、窒化ホウ素のドーピングによ
り、従来の湿式エッチャント技術を使用して窒化ホウ素
をエッチングする能力が改善される。これにより、窒化
ホウ素を半導体装置の絶縁層として使用することが可能
となり、窒化ホウ素の絶縁特性の利点を活かすことがで
きる。
【００１２】
【実施例】上述のように、本発明の広範な概念は、窒化
ホウ素のエッチング方法に関するものである。窒化ホウ
素の層を、シリコン、炭素、ゲルマニウムなど、周期律
表の第IVＡ族から選択した元素でドーピングする。次
に、ドーピングした窒化ホウ素の層を、湿式エッチャン
ト（約１６５℃の熱リン酸、フッ化水素酸、緩衝フッ化
水素酸などの窒化物エッチャント）など適当なエッチャ
ントを使用してエッチングする。一般に、ドーパントの
量は、原子組成で約２０％までの範囲とすることができ
るが、原子組成で約２〜１０％が好ましい。これらの低
濃度のドーパントは、絶縁層としての窒化ホウ素の特性
に悪影響を与えることはない。ドーパントの量を変更し
て、窒化ホウ素のエッチング速度を制御することができ
る。
【００１３】１実施例では、ＰＥＣＶＤ窒化ホウ素皮膜
を適当な反応器中で下記の条件で付着させドーピングし
た。 ＡＭＥ５０００反応器システム（シラン・ガス分散ブロ
ッカ） 圧力：４．４トル 温度：４００℃ 電極間隔：１．０ｃｍ 電力密度：２．０Ｗ／ｃｍ2 ガス流速：窒素 ２，０００〜２０，０００ｃｍ3 Ｂ2Ｈ6（Ｎ2中１％） １，０００ｃｍ3 ＮＨ3 ０〜７０ｃｍ3 ＳｉＨ4（ＳｉxＢＮ用）１〜５ｃｍ3 均一性（６σ） ＜５〜１０％ 付着速度（ｎｍ／分） １００（ＢＮ） １００〜１４０（ＳｉxＢＮ） 屈折率 １．７５〜１．８（ＢＮおよ
びＳｉxＢＮ）
【００１４】上記のように、少量のシラン（ＳｉＨ4）
を添加して、シリコンでドーピング（５原子％未満）し
た窒化ホウ素皮膜を形成する。この皮膜は、厚みの均一
性と、水蒸気に対する安定性に優れている。５ｃｍ3の
流量で付着させた皮膜のＸ線光電子スペクトル分析（Ｘ
ＰＳ）によれば、５原子％未満のシリコンが、厚み全体
にわたって均一に分布している。１〜４ｃｍ3のＳｉＨ4
と共に付着した皮膜は、皮膜中５原子％未満のシリコン
でドーピングされている。フーリエ変換赤外線スペクト
ル（ＦＴＩＲ）および透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）分析に
よれば、少量のシリコンと共に付着した皮膜は、依然と
して同じ六方結合構造を有するものの、非晶性が高くな
る。窒化ホウ素（ＢＮ）皮膜および少量のシリコンでド
ーピングしたＢＮ（ＳｉＢＮ）皮膜を、熱リン酸（１６
５℃）でエッチングし、低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）し
た窒化シリコンを対照として使用した。
【００１５】表１に、熱リン酸でエッチングした、窒化
ホウ素皮膜、少量のシリコンでドーピングした窒化ホウ
素皮膜、およびＬＰＣＶＤ窒化シリコン皮膜の、エッチ
ング速度とエッチング選択性を示す。低レベルのシラン
・ドーピング（ＳｉＨ4 ２〜５ｃｍ3、すなわちＳｉ濃
度５原子％未満）により、エッチング速度が３桁以上増
大することが分かる。エッチング速度は、ＬＰＣＶＤ窒
化シリコンよりも著しく高く、窒化ホウ素の絶縁層とし
ての実用性が高くなる。
【００１６】少量のシリコンでドーピングした窒化ホウ
素のエッチング速度が増大するのは、おそらく少量ドー
ピングしたＳｉxＢＮの非晶性がＢＮに比較して高いた
めと考えられる。ドーピングが少ない場合（５原子％未
満）、乾式エッチング挙動に著しい変化は見られず、六
方結合が依然として存在するため、ＢＮの特性にわずか
な変化しか見られない。
【００１７】反応ガスとしてＣＨ4またはＧｅＨ4を使用
して炭素またはゲルマニウムによる低レベルのドーピン
グを行った場合も、ドーピングしたＢＮが同様に六方結
合構造を保持しつつ、わずかに非晶質となるため、窒化
ホウ素のエッチング速度が同様に増大する。他の第IVＡ
族元素を使用しても、同様な結果が得られる。
【表１】 エッチング速度および選択性と高温Ｈ3ＰＯ4（１６５℃）中のシラン流量との関 係 皮膜 ＳｉＨ4流 エッチング速度 窒化ホウ素に対する選択性 （ＣＭ3） （ｎｍ／時） ＢＮ ０ ５ − ＳｉxＢＮ １ １６２ ３２ ＳｉxＢＮ ２ ５２１４ １０４３ ＳｉxＢＮ ３ ６７９８ １３６０ ＳｉxＢＮ ４ ７８００ １５６０ ＳｉxＢＮ ５ １０７８２ ２１５６ ＬＰＣＶＤ − ２２８ ４５ 窒化物
【００１８】本発明の他の実施例では、表２に示すよう
に、シリコンによるドーピングの増大とともに、フッ化
水素酸溶液中での窒化ホウ素のエッチング速度も増加す
る。
【表２】 エッチング速度および選択性とＨＦ中のＳｉの原子％との関係 皮膜 Ｓｉの原子％ エッチング速度 ＢＮに対する選択性 （ｎｍ／分） ＢＮ ０ ＜０．１ − ＳｉxＢＮ ３．６ ＜０．１ １ ＳｉxＢＮ ６．６ ＜０．１ １ ＳｉxＢＮ １２．０ ０．６ ６ ＳｉxＢＮ １６．０ １．１ １１ ＳｉxＢＮ ２０．０ ７．８ ７８ ＬＰＣＶＤ − ０．１−０．３ ３ 窒化物
【００１９】上記のＳｉxＢＮ皮膜の化学組成（原子
％）は下記のとおりである。 皮膜 シラン量 シリコン ホウ素 窒素 （ｃｍ3） （原子％） （原子％） （原子％） ＳｉxＢＮ １ ３．６ ４４．８ ５０．８ ＳｉxＢＮ ２ ６．７ ４３．６ ４９．４ ＳｉxＢＮ ３ １０．１ ３９．１ ４９．７ ＳｉxＢＮ ４ １２．５ ３３．２ ５３．８ ＳｉxＢＮ ５ １６．０ ３７．２ ４６．３ ＢＮ ０ ０ ５３．３ ４６．５
【００２０】本発明の原理は、第IIIＡ族と第ＶＡ族の
元素からなる他の化合物にも拡張できる。たとえば、リ
ン化ホウ素をシリコンなどのIVＡ族元素でドーピングす
ると、同様な絶縁特性およびエッチング特性を示す。
【００２１】本発明を、好ましい実施例を参照して具体
的に説明したが、当業者には、本発明の趣旨および範囲
から逸脱することなく、形態および細部に様々な変更を
行うことができることが理解されよう。
【００２２】以下に、実施例を整理して記載する。 （１）窒化ホウ素層を形成する工程と、上記窒化ホウ素
の層を第IVＡ族から選択した元素でドーピングする工程
と、上記ドーピングした窒化ホウ素をエッチングする工
程とを含む、窒化ホウ素をエッチングする方法である。 （２）上記元素が、シリコン、炭素、およびゲルマニウ
ムからなるグループから選択されることを特徴とする、
（１）の方法である。 （３）上記エッチングが、湿式エッチャントを使用する
ことを特徴とする、（１）の方法である。 （４）上記湿式エッチャントが、窒化物エッチャントを
含むことを特徴とする、（３）の方法である。 （５）上記湿式エッチャントが、リン酸、フッ化水素
酸、および緩衝フッ化水素酸からなるグループから選択
されることを特徴とする、（３）の方法である。 （６）上記リン酸の温度が約１６５℃であることを特徴
とする、（５）の方法である。 （７）上記窒化ホウ素が、原子組成で約２０％までの上
記元素でドーピングされることを特徴とする、（１）の
方法である。 （８）上記窒化ホウ素が、原子組成で約２〜１０％の上
記元素でドーピングされることを特徴とする、（１）の
方法である。 （９）上記ドーピングのレベルが上記エッチングの速度
を決定し、それにより、上記ドーピングのレベルを制御
することによって、上記エッチングの上記速度を制御す
ることを特徴とする、（１）の方法である。 （１０）窒化ホウ素層を形成する工程と、上記窒化ホウ
素の層の一部分を、第IVＡ族から選択した元素でドーピ
ングし、上記窒化ホウ素の層の他の部分はドーピングし
ない工程と、得られた窒化ホウ素の層をエッチャントで
エッチングして、上記窒化ホウ素の層の上記ドーピング
した部分を選択的に除去する工程とを含む、窒化ホウ素
を選択的にエッチングする方法である。 （１１）上記元素が、シリコン、炭素、およびゲルマニ
ウムからなるグループから選択されることを特徴とす
る、（１０）の方法である。 （１２）上記エッチャントが、湿式エッチャントを含む
ことを特徴とする、（１０）の方法である。 （１３）上記湿式エッチャントが、リン酸、フッ化水素
酸、および緩衝フッ化水素酸からなるグループから選択
されることを特徴とする、（１２）の方法である。 （１４）上記リン酸の温度が約１６５℃であることを特
徴とする、（１３）の方法である。 （１５）上記窒化ホウ素が、原子組成で約２０％までの
上記元素でドーピングされることを特徴とする、（１
０）の方法である。 （１６）上記窒化ホウ素が、原子組成で約２〜１０％の
上記元素でドーピングされることを特徴とする、（１
０）の方法である。 （１７）半導体装置の一部分として窒化ホウ素層を形成
する工程と、上記窒化ホウ素の層を、第IVＡ族から選択
した元素でドーピングする工程と、上記ドーピングした
窒化ホウ素をエッチングして、上記半導体装置の上記一
部分を製造する工程とを含む、半導体装置の一部分を製
造する方法である。 （１８）上記窒化ホウ素の層が、上記半導体装置内の絶
縁層を含むことを特徴とする、（１７）の方法である。 （１９）上記元素が、シリコン、炭素、およびゲルマニ
ウムからなるグループから選択されることを特徴とす
る、（１７）の方法である。 （２０）上記湿式エッチャントが、リン酸、フッ化水素
酸、および緩衝フッ化水素酸からなるグループから選択
されることを特徴とする、（１７）の方法である。
【００２３】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、既
存の半導体装置製造工程に適合する、窒化ホウ素のエッ
チング方法が提供される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/308 Ｅ 9272−4Ｍ (72)発明者 デーヴィド・マーク・ドブズィンスキ アメリカ合衆国12533 バーモント州ホー プウェル・ジャンクション シェナンド ー・ロード29

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】窒化ホウ素層を形成する工程と、 上記窒化ホウ素の層を第IVＡ族から選択した元素でドー
    ピングする工程と、 上記ドーピングした窒化ホウ素をエッチングする工程と
    を含む、窒化ホウ素をエッチングする方法。
  2. 【請求項２】上記元素が、シリコン、炭素、およびゲル
    マニウム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１の方法。
  3. 【請求項３】上記エッチングが、湿式エッチャントを使
    用することを特徴とする、請求項１の方法。
  4. 【請求項４】上記湿式エッチャントが、窒化物エッチャ
    ントを含むことを特徴とする、請求項３の方法。
  5. 【請求項５】上記湿式エッチャントが、リン酸、フッ化
    水素酸、および緩衝フッ化水素酸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３の方法。
  6. 【請求項６】上記リン酸の温度が約１６５℃であること
    を特徴とする、請求項５の方法。
  7. 【請求項７】上記窒化ホウ素が、原子組成で約２０％ま
    での上記元素でドーピングされることを特徴とする、請
    求項１の方法。
  8. 【請求項８】上記窒化ホウ素が、原子組成で約２〜１０
    ％の上記元素でドーピングされることを特徴とする、請
    求項１の方法。
  9. 【請求項９】上記ドーピングのレベルが上記エッチング
    の速度を決定し、それにより、上記ドーピングのレベル
    を制御することによって、上記エッチングの上記速度を
    制御することを特徴とする、請求項１の方法。
  10. 【請求項１０】窒化ホウ素層を形成する工程と、 上記窒化ホウ素の層の一部分を、第IVＡ族から選択した
    元素でドーピングし、上記窒化ホウ素の層の他の部分は
    ドーピングしない工程と、 得られた窒化ホウ素の層をエッチャントでエッチングし
    て、上記窒化ホウ素の層の上記ドーピングした部分を選
    択的に除去する工程とを含む、窒化ホウ素を選択的にエ
    ッチングする方法。
  11. 【請求項１１】上記元素が、シリコン、炭素、およびゲ
    ルマニウム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１０の方法。
  12. 【請求項１２】上記エッチャントが、湿式エッチャント
    を含むことを特徴とする、請求項１０の方法。
  13. 【請求項１３】上記湿式エッチャントが、リン酸、フッ
    化水素酸、および緩衝フッ化水素酸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１２の方法。
  14. 【請求項１４】上記リン酸の温度が約１６５℃であるこ
    とを特徴とする、請求項１３の方法。
  15. 【請求項１５】上記窒化ホウ素が、原子組成で約２０％
    までの上記元素でドーピングされることを特徴とする、
    請求項１０の方法。
  16. 【請求項１６】上記窒化ホウ素が、原子組成で約２〜１
    ０％の上記元素でドーピングされることを特徴とする、
    請求項１０の方法。
  17. 【請求項１７】半導体装置の一部分として窒化ホウ素層
    を形成する工程と、 上記窒化ホウ素の層を、第IVＡ族から選択した元素でド
    ーピングする工程と、 上記ドーピングした窒化ホウ素をエッチングして、上記
    半導体装置の上記一部分を製造する工程とを含む、半導
    体装置の一部分を製造する方法。
  18. 【請求項１８】上記窒化ホウ素の層が、上記半導体装置
    内の絶縁層を含むことを特徴とする、請求項１７の方
    法。
  19. 【請求項１９】上記元素が、シリコン、炭素、およびゲ
    ルマニウム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１７の方法。
  20. 【請求項２０】上記湿式エッチャントが、リン酸、フッ
    化水素酸、および緩衝フッ化水素酸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１７の方法。
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JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS=1987 *

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JP2006041519A (ja) * 2004-07-29 2006-02-09 Samsung Electronics Co Ltd デュアルダマシン配線の製造方法

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