JP2003151960A - Trench etching method - Google Patents

Trench etching method

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JP2003151960A
JP2003151960A JP2001345949A JP2001345949A JP2003151960A JP 2003151960 A JP2003151960 A JP 2003151960A JP 2001345949 A JP2001345949 A JP 2001345949A JP 2001345949 A JP2001345949 A JP 2001345949A JP 2003151960 A JP2003151960 A JP 2003151960A
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JP
Japan
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trench
etching
concentration
trench etching
silicon substrate
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JP2001345949A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinya Furuta
真也 古田
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new technique for etching a trench with a flat trench wall face on a silicon substrate. SOLUTION: In the etching method, a silicon substrate, in which its surface is covered with a mask having a trench-shaped opening, is exposed to a reactive gas (for example, NF3 , O2 , and HBr) in the trench etching step, the concentration of the gas (for example, O2 ) included in the reactive gas for forming a sidewall protective layer is varied in time in the trench etching step. In the trench etching step, a planarizing state of the trench wall face can be obtained and a trench having a flat wall face can be obtained during etching.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】 本発明は、シリコン基板を
エッチングすることによって、トレンチを形成する壁の
表面(以下ではトレンチ壁面という)が平坦なトレンチ
を形成する技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for forming a trench in which a surface of a wall forming the trench (hereinafter referred to as a trench wall surface) is flat by etching a silicon substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】 シリコン基板をエッチングして深い溝
(トレンチ)を形成することによって半導体装置を製造
する技術が普及している。通常はトレンチ壁面を絶縁膜
で覆い、その絶縁膜の内側に電極を充填する。この形式
の半導体装置ではトレンチ壁面に形成される絶縁膜の耐
圧を上げるために、絶縁膜に応力集中部や電界集中部が
生じることを避ける必要がある。トレンチの底壁と側壁
の移行部分(コーナ部)には、応力集中や電界集中が生
じやすいことから、トレンチのコーナ部での曲率半径を
大きくして応力や電界の集中を緩和する技術が開発され
ている。特開2001−44216号公報には、最初に
異方性エッチングしてトレンチを形成し、ついでトレン
チ底壁を順テーパエッチングし、最後に等方性エッチン
グしてトレンチの底壁と側壁の移行部分での曲率半径を
大きくする技術が記載されている。
2. Description of the Related Art A technique for manufacturing a semiconductor device by etching a silicon substrate to form a deep trench has become widespread. Usually, the wall surface of the trench is covered with an insulating film, and the electrode is filled inside the insulating film. In this type of semiconductor device, in order to increase the breakdown voltage of the insulating film formed on the wall surface of the trench, it is necessary to avoid the formation of stress concentration parts and electric field concentration parts in the insulating film. Since stress concentration and electric field concentration are likely to occur at the transition part (corner part) of the trench bottom wall and side wall, a technology has been developed to relax the stress and electric field concentration by increasing the radius of curvature at the trench corner part. Has been done. In Japanese Patent Laid-Open No. 2001-44216, first, anisotropic etching is performed to form a trench, then the bottom wall of the trench is forward-taper etched, and finally isotropic etching is performed to make a transition portion between the bottom wall and the side wall of the trench. The technique for increasing the radius of curvature in (1) is described.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】 トレンチのコーナ部
での曲率半径を大きくするだけではトレンチ壁面に形成
される絶縁膜の耐圧を充分に上げることができない。ト
レンチ壁面の表面が粗いと、トレンチ壁面の凹凸に起因
して壁面に形成される絶縁膜に応力集中や電界集中が生
じやすいからである。本発明の基本的な課題は、トレン
チ壁面が平坦なトレンチをシリコン基板にエッチングす
ることができる新規な技術を提供することにある。本発
明の更なる課題は、平坦なトレンチ壁面を持つとともに
コーナ部での曲率半径が大きなトレンチをシリコン基板
にエッチングすることができる改良された技術を提供す
ることにある。本発明さらにもう1つの課題は、平坦な
トレンチ壁面を持つとともにコーナ部での曲率半径が大
きなトレンチを、一回のエッチング工程でエッチングで
きるように改良された技術を提供することにある。
However, the breakdown voltage of the insulating film formed on the wall surface of the trench cannot be sufficiently increased only by increasing the radius of curvature at the corner portion of the trench. This is because if the surface of the trench wall surface is rough, stress concentration and electric field concentration are likely to occur in the insulating film formed on the wall surface due to the unevenness of the trench wall surface. A fundamental object of the present invention is to provide a novel technique capable of etching a trench having a flat trench wall surface in a silicon substrate. A further object of the present invention is to provide an improved technique capable of etching a trench having a flat trench wall surface and having a large radius of curvature at a corner portion in a silicon substrate. Still another object of the present invention is to provide an improved technique capable of etching a trench having a flat trench wall surface and a large radius of curvature at a corner portion in one etching step.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】 本発明の基本的な課
題、即ち、トレンチ壁面が平坦なトレンチをエッチング
技術で形成するために、本発明ではエッチングに用いる
反応性ガスを工夫する。シリコン基板をエッチングして
トレンチを形成するために用いられる反応性ガスには、
主としてシリコンをシリコン基板から分離させてエッチ
ングを進行させるためのガスと、エッチングされて形成
されるトレンチの側壁に反応性ガスから側壁を保護する
層を堆積させて異方性エッチングを実現するためのガス
とが用いられる。本発明では、側壁保護層を形成するガ
スの濃度が、トレンチエッチングの進行とエッチングさ
れて形成されるトレンチの壁面の粗さに密接に関連する
事象を利用し、側壁保護層形成ガスの濃度を時間的に変
えながらトレンチエッチングを行う。本発明によると、
平坦な壁面を持つトレンチをエッチングすることがで
き、トレンチ壁面に形成される絶縁層の耐圧を高めるこ
とができる。
Means for Solving the Problems In order to form a basic problem of the present invention, that is, to form a trench having a flat trench wall surface by an etching technique, the present invention devises a reactive gas used for etching. The reactive gases used to etch the silicon substrate to form trenches include:
A gas mainly for separating silicon from the silicon substrate to promote etching, and a layer for protecting the sidewall from the reactive gas on the sidewall of the trench formed by etching are deposited to realize anisotropic etching. Gas and are used. In the present invention, the concentration of the gas for forming the sidewall protective layer is utilized by utilizing the phenomenon that the concentration of the gas for forming the sidewall protective layer is closely related to the progress of the trench etching and the roughness of the wall surface of the trench formed by etching. Trench etching is performed while changing the time. According to the invention,
The trench having a flat wall surface can be etched, and the withstand voltage of the insulating layer formed on the wall surface of the trench can be increased.

【0005】本出願の1つの発明では、トレンチ形状に
対応する形状の開口を持つマスクで表面が保護されたシ
リコン基板をNFとOを含む反応性ガスに曝してト
レンチエッチングするに際して、NFとOの比率を
経時的に変動させてトレンチエッチングする。本方法に
よると、トレンチエッチング中に、エッチングが効率的
に進行する状態とトレンチ壁面を平坦化する状態が得ら
れ、平坦な壁面を持つトレンチをエッチングすることが
できる。特許公報第2874233号公報には、高周波
バイアス印加型電子サイクロトロン共鳴プラズマエッチ
ング装置に対して、ハロゲンと窒素の混合ガスと、酸素
ガスを交互に用いてシリコン基板に深いトレンチを異方
性よくエッチングする技術が記載されている。本発明で
は混合ガスの種類は変えないで比率のみを変動させるの
に対し、特許公報第2874233号公報に記載の技術
ではガス種を交換する点で全く相違する。
In one invention of the present application, when a silicon substrate whose surface is protected by a mask having an opening having a shape corresponding to a trench shape is exposed to a reactive gas containing NF 3 and O 2 to perform trench etching, The trench etching is performed by changing the ratio of 3 and O 2 with time. According to this method, a state in which the etching progresses efficiently and a state in which the trench wall surface is flattened can be obtained during the trench etching, and the trench having a flat wall surface can be etched. In Japanese Patent Publication No. 2874233, a deep trench is anisotropically etched in a silicon substrate by alternately using a mixed gas of halogen and nitrogen and an oxygen gas for a high frequency bias application type electron cyclotron resonance plasma etching apparatus. The technology is described. In the present invention, only the ratio is changed without changing the type of mixed gas, whereas the technique described in Japanese Patent No. 2874233 is completely different in that the gas type is exchanged.

【0006】上記の方法では、NFが高濃度でO
低濃度な状態と、NFが低濃度でOが高濃度な状態
を切換えてトレンチエッチングすることが好ましい。本
方法によるとNFが高濃度なためにトレンチエッチン
グが効率的に進行する状態と、Oが高濃度なためにト
レンチ壁面を平坦化する状態が得られ、平坦な壁面を持
つトレンチをエッチングすることができる。しかもこの
方法では、NFが高濃度な状態で、コーナ部での曲率
半径が大きなトレンチがエッチングされる。この方法に
よると、平坦な壁面を持つのみならず、コーナ部での曲
率半径が大きなトレンチをエッチングすることができ
る。
[0006] In the above method, and O 2 is low concentration state NF 3 is a high concentration, it is preferable that the NF 3 is O 2 at low concentrations to trench etching by switching a high concentration state. According to this method, a state where the trench etching is efficiently performed due to the high concentration of NF 3 and a state where the trench wall surface is flattened due to the high concentration of O 2 are obtained, and the trench having the flat wall surface is etched. can do. Moreover, according to this method, the trench having a large radius of curvature at the corner portion is etched in a state where the NF 3 concentration is high. According to this method, it is possible to etch not only a flat wall surface but also a trench having a large radius of curvature at the corner portion.

【0007】上記した方法では、NFが低濃度でO
が高濃度な状態でトレンチエッチングを終了することが
好ましい。この場合に形成されるトレンチ壁面は極めて
平坦である。
According to the above-mentioned method, NF 3 is contained at a low concentration in O 2
It is preferable to finish the trench etching in a high concentration state. The wall surface of the trench formed in this case is extremely flat.

【0008】反応性ガスが、NFとOのほかにHB
rを含むことがさらに好ましい。この場合、NFとO
の合計流量を一定に維持してトレンチエッチングを持
続することが好ましい。この方法によると、曲率半径が
大きなコーナ部と平坦な壁面を持つトレンチが形成され
る。
The reactive gas is HB in addition to NF 3 and O 2.
It is more preferred to include r. In this case, NF 3 and O
It is preferable to keep the total flow rate of 2 constant to continue the trench etching. According to this method, a trench having a corner portion having a large radius of curvature and a flat wall surface is formed.

【0009】同一のエッチングチャンバでNFとO
の比率を経時的に変動させると、シリコン基板のロード
とアンロードに要するコストと時間を低減することがで
きる。
NF 3 and O 2 in the same etching chamber
If the ratio of is changed over time, the cost and time required for loading and unloading the silicon substrate can be reduced.

【0010】本発明方法を一般的にいうと、トレンチ形
状に対応する形状の開口を持つマスクで表面が保護され
たシリコン基板を反応性ガスイオンに曝してトレンチエ
ッチングする方法において、反応性ガスに含まれる側壁
保護層を形成する種類のガスの濃度を経時的に変動させ
てトレンチエッチングする方法ということができる。こ
の方法によると、トレンチエッチング中に、エッチング
が効率的に進行する状態とトレンチ壁面を平坦化する状
態が得られ、平坦な壁面を持つトレンチをエッチングす
ることができる。
Generally speaking, the method of the present invention is a method in which a silicon substrate whose surface is protected by a mask having an opening having a shape corresponding to a trench shape is exposed to reactive gas ions and trench etching is performed. It can be said that trench etching is performed by varying the concentration of the type of gas that forms the included sidewall protection layer with time. According to this method, during the trench etching, a state in which the etching progresses efficiently and a state in which the trench wall surface is flattened are obtained, and the trench having a flat wall surface can be etched.

【0011】本発明を別の視点から見ると、トレンチ形
状に対応する形状の開口を持つマスクで表面が保護され
たシリコン基板を酸素を含む反応性ガスに曝してトレン
チエッチングする方法において、酸素濃度を経時的に変
動させてトレンチエッチングする方法ということができ
る。この場合、酸素が側壁保護層を形成するガスとな
る。なお、側壁保護層形成ガスは酸素に限られず、窒素
等でもよい。請求項7の側壁保護層形成ガスは酸素に限
定されない。
From another viewpoint of the present invention, in a method of trench etching by exposing a silicon substrate whose surface is protected by a mask having an opening having a shape corresponding to a trench shape to a reactive gas containing oxygen, to perform trench etching. Can be said to be a method of performing trench etching by changing the value with time. In this case, oxygen becomes a gas that forms the sidewall protective layer. The sidewall protective layer forming gas is not limited to oxygen and may be nitrogen or the like. The sidewall protective layer forming gas of claim 7 is not limited to oxygen.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】 最初に以下で説明する実施例の
主要な特徴を整理する。 (形態1) シリコン基板をNFが高濃度でOが低
濃度な反応性ガスに曝した後にNFが低濃度でO
高濃度な反応性ガスに曝すサイクルを複数サイクル繰返
してトレンチをエッチングする方法。 (形態2) シリコン基板を側壁保護層形成ガス(例え
ば酸素)が低濃度な反応性ガスに曝した後に側壁保護層
形成ガスが高濃度な反応性ガスに曝すサイクルを複数サ
イクル繰返してトレンチをエッチングする方法。 (形態3) 反応性ガスを反応性イオンエッチング装置
で用いてトレンチを形成する各請求項または各形態に記
載のトレンチをエッチングする方法。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION First, the main features of the embodiments described below will be summarized. (Embodiment 1) A silicon substrate is NF 3 is O 2 at a high concentration repeated several cycles a cycle in NF 3 is low concentration O 2 is exposed to a high concentration reactive gas after exposure to a low concentration reactive gases trench How to etch. (Mode 2) A trench is etched by repeating a plurality of cycles of exposing a silicon substrate to a reactive gas having a low concentration of a sidewall protective layer forming gas (eg, oxygen) and then exposing the silicon substrate to a highly reactive gas having a sidewall protective layer forming gas. how to. (Feature 3) The method for etching a trench according to each of the claims or the features, wherein a trench is formed by using a reactive gas in a reactive ion etching apparatus.

【0013】[0013]

【実施例】 図1はトレンチ形状に対応する形状の開口
6を持つマスク4で表面が保護されたシリコン基板2を
示す。マスク4はシリコン酸化膜(あるいはシリコン窒
化膜)で形成されている。マスク4で表面が保護された
シリコン基板2をウェーハ8という。図2はウェーハ8
を反応性イオンエッチングする装置を示している。エッ
チングチャンバ19内に一対の平行平板電極(上部電極
18と下部電極20)が設けられている。一対の平行平
板電極間には高周波電圧22が印加される。下部電極2
0上にウェーハ8がセットされる。エッチングチャンバ
19の外側にはコイル24が設けられており、エッチン
グチャンバ19内に磁場をかける。エッチングチャンバ
19は真空ポンプで真空排気(26)される。その一方
において、反応性ガスが導入される。反応性ガスは、H
Brと、NFと、Oの混合ガスであり、各ガスの流
量は電磁弁10,12,14で独立に制御することがで
きる。電磁弁10,12,14はコントローラ16で制
御され、エッチングの開始時刻からの経過時間に対して
各電磁弁10,12,14の開度をプログラムしておく
ことができる。エッチングチャンバ内に導入された反応
性ガスに高周波電圧が加えられることで反応性ガスはプ
ラズマ化し、ウェーハ8は反応性ガスイオンと中性活性
種に曝される。
EXAMPLE FIG. 1 shows a silicon substrate 2 whose surface is protected by a mask 4 having an opening 6 having a shape corresponding to a trench shape. The mask 4 is formed of a silicon oxide film (or a silicon nitride film). The silicon substrate 2 whose surface is protected by the mask 4 is called a wafer 8. Figure 2 shows wafer 8
1 shows a device for reactive ion etching. A pair of parallel plate electrodes (upper electrode 18 and lower electrode 20) are provided in the etching chamber 19. A high frequency voltage 22 is applied between the pair of parallel plate electrodes. Lower electrode 2
The wafer 8 is set on the wafer 0. A coil 24 is provided outside the etching chamber 19 and applies a magnetic field inside the etching chamber 19. The etching chamber 19 is evacuated (26) by a vacuum pump. On the other hand, the reactive gas is introduced. Reactive gas is H
It is a mixed gas of Br, NF 3 , and O 2 , and the flow rate of each gas can be independently controlled by the solenoid valves 10, 12, and 14. The solenoid valves 10, 12, 14 are controlled by the controller 16, and the opening degree of each solenoid valve 10, 12, 14 can be programmed with respect to the elapsed time from the etching start time. By applying a high frequency voltage to the reactive gas introduced into the etching chamber, the reactive gas is turned into plasma and the wafer 8 is exposed to the reactive gas ions and the neutral active species.

【0014】ウェーハ8の表面では下記の反応が進行す
る。 反応1:Si +Br → SiBr この反応によってSi基板2からSiがエッチングされる。 反応2:Si +F → SiF この反応によってSi基板2からSiがエッチングされる。 反応3:SiBr +O → SiBr この反応で生じた生成物SiBrはトレンチ壁面に堆
積する。 反応4:SiF +O → SiF この反応で生じた生成物SiFはトレンチ壁面に堆
積する。 反応5:SiBr+F → SiBr+ SiF この反応で堆積物がエッチングされる。
The following reactions proceed on the surface of the wafer 8.
It Reaction 1: Si + Br → SiBrFour By this reaction, Si is etched from the Si substrate 2. Reaction 2: Si + F → SiFFour By this reaction, Si is etched from the Si substrate 2. Reaction 3: SiBrX  + O → SiBrYOW The product of this reaction, SiBrYOWOn the trench wall
Pile up. Reaction 4: SiFX  + O → SiFYOW The product of this reaction, SiFYOWOn the trench wall
Pile up. Reaction 5: SiBrYOW+ F → SiBrFour+ SiFFour The deposit is etched by this reaction.

【0015】この実施例では、図3の条件でトレンチエ
ッチングする。トレンチエッチングの開始直後には、N
とOの合計流量に占めるO流量の割合を33%と
する。この条件をA条件といい、NFが高濃度であ
る。その後に、NF流量を減らすとともにO流量を
増やし、NFとOの合計流量に占めるO流量の割
合を52%に増加させる。この条件をB条件という。B条件
ではOが高濃度である。ステップ1ではA条件でエッ
チングし、ステップ2ではB条件でエッチングする間、
NFとOの合計流量を一定に維持する。また、NF
とOガスの他に、HBrガスを一定流量で流しつづけ
る。
In this embodiment, trench etching is performed under the conditions shown in FIG. Immediately after the start of trench etching, N
The ratio of the O 2 flow rate to the total flow rate of F 3 and O 2 is 33%. This condition is called condition A, and NF 3 has a high concentration. After that, the NF 3 flow rate is reduced and the O 2 flow rate is increased, and the ratio of the O 2 flow rate to the total flow rate of NF 3 and O 2 is increased to 52%. This condition is called condition B. Under the condition B, O 2 has a high concentration. While etching under condition A in step 1 and condition B in step 2,
The total flow rate of NF 3 and O 2 is kept constant. Also, NF
In addition to 3 and O 2 gas, HBr gas is kept flowing at a constant flow rate.

【0016】図4は、酸素が低濃度なA条件で、ほぼ垂
直な順テーパ形状が得られるトレンチエッチングしたと
きに得られるトレンチ30の断面形状を示し、トレンチ
底面と側面の移行部での曲率半径が大きい。反面、トレ
ンチを形成するほぼ垂直な順テーパの壁面32の表面が
粗い。図5は、酸素が高濃度なB条件で、ほぼ垂直な順
テーパ形状が得られるトレンチエッチングしたときに得
られるトレンチ34の断面形状を示し、トレンチを形成
するほぼ垂直な順テーパの壁の表面は平坦である。反
面、トレンチの底面と側面の移行部36での曲率半径が
小さい。A条件とB条件はいずれも単独で用いる限り、ト
レンチの底面と側面の移行部での曲率半径が大きく、し
かも、トレンチ壁面が平坦なトレンチをエッチングする
ことができない。
FIG. 4 shows the cross-sectional shape of the trench 30 obtained by trench etching in which a nearly vertical forward taper shape is obtained under the condition of low oxygen concentration A, and the curvature at the transition between the bottom and side surfaces of the trench. The radius is large. On the other hand, the surface of the wall 32 having a substantially vertical forward taper forming the trench is rough. FIG. 5 shows a cross-sectional shape of the trench 34 obtained when the trench etching is performed under the condition that the oxygen concentration is high to obtain a substantially vertical forward taper shape. The surface of the wall of the almost vertical forward taper forming the trench is shown. Is flat. On the other hand, the radius of curvature at the transition portion 36 between the bottom surface and the side surface of the trench is small. As long as condition A and condition B are used independently, it is impossible to etch a trench having a large radius of curvature at the transition between the bottom surface and the side surface of the trench and having a flat trench wall surface.

【0017】図6は、図3に従って、最初にA条件でエ
ッチングし、次いでB条件でエッチングしたときに得ら
れるトレンチ40の断面形状を示す。A条件でのエッチ
ング時間とB条件でのエッチング時間は等しい。この場
合には、トレンチ底面と側面の移行部44での曲率半径
が大きく、しかもトレンチ壁面42が平坦なトレンチ4
0がエッチングされる。酸素が低濃度なA条件でエッチ
ングしている間にトレンチ底面と側面の移行部44での
曲率半径が大きくエッチングされ、酸素が高濃度なB条
件でエッチングしている間にトレンチの壁面が平坦にエ
ッチングされるものと推測される。
FIG. 6 shows a cross-sectional shape of the trench 40 obtained by first etching under the condition A and then etching under the condition B according to FIG. The etching time under condition A and the etching time under condition B are equal. In this case, the trench 4 has a large radius of curvature at the transition portion 44 between the bottom surface and the side surface of the trench and has a flat trench wall surface 42.
0 is etched. The radius of curvature at the transition portion 44 between the bottom and the side of the trench is greatly etched during the etching under the low oxygen concentration A condition, and the wall surface of the trench is flat during the high oxygen concentration B condition etching. It is speculated that it will be etched.

【0018】酸素が低濃度なA条件では、Fが高濃度であ
り、堆積物をエッチングする反応、即ち:SiBr
F → SiBr+ SiFの反応が活発におこり、トレン
チ表面への堆積が鈍くなる。通常は順テーパ形状のトレ
ンチがエッチングされるようには加工せず、トレンチ底
面がシリコン基板表面と平行を維持するようにエッチン
グすることから、トレンチ底面の巾は狭くならず、底面
と側面の移行部での曲率半径は大きくなる。トレンチ壁
面に沿って絶縁膜を形成したときに、トレンチの底面と
側面の移行部(即ちコーナ部)の絶縁膜に応力が集中し
たり電界が集中したりすることを防止できる。実験によ
って、コーナ部の曲率半径が大きいほど、絶縁膜の絶縁
耐圧を高く維持できることが確認されている。
Under the condition of low oxygen concentration, the concentration of F is high and the reaction for etching the deposit, namely: SiBr Y O W +
The reaction of F → SiBr 4 + SiF 4 occurs actively, and the deposition on the trench surface becomes slow. Normally, the forward tapered trench is not processed so that it is etched, but the bottom of the trench is etched so that it remains parallel to the surface of the silicon substrate. The radius of curvature at the part becomes large. When the insulating film is formed along the wall surface of the trench, it is possible to prevent the stress and the electric field from being concentrated on the insulating film at the transition portion (that is, the corner portion) between the bottom surface and the side surface of the trench. Experiments have confirmed that the larger the radius of curvature of the corner portion, the higher the withstand voltage of the insulating film can be maintained.

【0019】酸素が高濃度なB条件では、SiBr +O
→ SiBrの反応が活発におこり、生成物SiBr
がトレンチの壁面に堆積し、トレンチ壁面をエッチ
ングから保護する。トレンチの壁面を形成する凹凸のあ
るSi表面に生成物SiBrが堆積する場合、平衡蒸気
圧が低い凹部に優先的に堆積して凹部を埋める。凹部を
埋めたSiBrはエッチングされにくい。凸部にはSi
Brが堆積しないためにSiが露出し、露出したSiに
対するエッチングが進行して凸部が除去される。凸部が
除去されて凹部が充填されるために、トレンチ壁面は平
坦化する。トレンチ壁面に沿って絶縁膜を形成したとき
に、トレンチ壁面が粗いと絶縁膜の特定箇所に応力が集
中したり電界が集中したりすることがあり、電流がリー
クしやすい。本実施例によると、トレンチ壁面が平坦化
されているために、トレンチ壁面に沿って形成した絶縁
膜に応力集中や電界集中が現われにくく、絶縁膜の絶縁
耐圧を高く維持できることが確認されている。
Under the condition of high oxygen concentration B, SiBr X + O
→ SiBr Y O reaction of W takes place in lively, product SiBr Y
O W are deposited on the wall of the trench, to protect the trench wall from etching. When the product SiBr Y O W is deposited on the uneven Si surface forming the wall surface of the trench, it is preferentially deposited on the recess having a low equilibrium vapor pressure to fill the recess. The SiBr Y O W filling the recess is difficult to etch. Si on the protrusion
Since Br Y OW is not deposited, Si is exposed, and the exposed Si is etched to remove the convex portion. Since the convex portions are removed and the concave portions are filled, the trench wall surface is flattened. When the insulating film is formed along the wall surface of the trench, if the wall surface of the trench is rough, stress or electric field may be concentrated at a specific portion of the insulating film, and current is likely to leak. According to this example, since the trench wall surface is flattened, stress concentration and electric field concentration are less likely to appear in the insulating film formed along the trench wall surface, and it has been confirmed that the dielectric strength of the insulating film can be maintained high. .

【0020】図7は、トレンチ壁面に形成した酸化絶縁
膜の絶縁耐圧を示し、酸素が低濃度なA条件のみでトレ
ンチエッチングした場合と、酸素が高濃度なB条件のみ
でトレンチエッチングした場合に比して、エッチング条
件を経時的にA条件からB条件に切換えてエッチングした
トレンチの壁面に形成された酸化絶縁膜の耐圧が高いこ
とが確認されている。なお、最初にA条件でエッチング
して次いでB条件でエッチングしても、最初にB条件でエ
ッチングして次いでA条件でエッチングしても同等の性
能が得られた。
FIG. 7 shows the withstand voltage of the oxide insulating film formed on the wall surface of the trench, and shows the case where the trench etching is performed only under the condition A where the oxygen concentration is low and the case where the trench etching is performed only under the condition B where the oxygen concentration is high. In contrast, it has been confirmed that the breakdown voltage of the oxide insulating film formed on the wall surface of the trench etched by switching the etching condition from the A condition to the B condition with time is high. Even if the etching was first performed under the condition A and then under the condition B, or if the etching was first performed under the condition B and then under the condition A, the same performance was obtained.

【0021】図8は、A条件のB条件の切換えを2サイク
ル繰返してエッチングする場合を示し、複数サイクル
(図8の場合には2サイクル)を繰返してエッチングす
ると、深くて狭いトレンチ壁面を滑らかにでき、コーナ
部での曲率半径を大きく確保することができる。
FIG. 8 shows a case where the condition B of the condition A is repeatedly switched for two cycles for etching. When a plurality of cycles (two cycles in the case of FIG. 8) are repeatedly etched, a deep and narrow trench wall surface is smoothed. Therefore, a large radius of curvature at the corner can be secured.

【0022】図9は別のエッチング条件を示し、酸素が
低濃度なA条件ではNFとOの合計流量に占めるO
流量の割合を20%とする。一方、酸素が高濃度なB条
件ではNFとOの合計流量に占めるO流量の割合
を70%とする。実験によって、NFとOの合計流量
に占めるO流量を20〜35%とすると、トレンチのコー
ナ部での曲率半径を大きくできることが確認された。ま
た、NFとOの合計流量に占めるO流量の割合を
50〜70%とすると、トレンチ壁面の平坦度が顕著に改善
されることを確認した。本発明では、トレンチ壁面に堆
積してトレンチ壁面を保護する層を形成するガスに酸素
を用いたが、酸素以外でもトレンチ壁面に堆積して壁面
を保護する生成物を形成することができ、このトレンチ
壁面保護層を作るガスの濃度を高濃度な状態と低濃度な
状態で変動させながらエッチングを続けることで、コー
ナでの曲率半径が大きくて壁面が滑らかなトレンチを形
成することができる。
FIG. 9 shows another etching condition. Under the A condition where the oxygen concentration is low, O occupies the total flow rate of NF 3 and O 2.
The ratio of 2 flow rates is 20%. On the other hand, the ratio of the O 2 flow rate to the total flow rate of NF 3 and O 2 is set to 70% under the B condition where the oxygen concentration is high. Through experiments, it was confirmed that when the O 2 flow rate in the total flow rate of NF 3 and O 2 was 20 to 35%, the radius of curvature at the corner portion of the trench could be increased. In addition, the ratio of the O 2 flow rate to the total flow rate of NF 3 and O 2 is
It was confirmed that the flatness of the trench wall surface was remarkably improved at 50 to 70%. In the present invention, oxygen is used as the gas that is deposited on the trench wall surface to form the layer that protects the trench wall surface, but a product other than oxygen can be deposited on the trench wall surface to protect the wall surface. By continuing the etching while varying the concentration of the gas forming the trench wall surface protective layer between the high concentration state and the low concentration state, it is possible to form a trench having a large radius of curvature at the corner and a smooth wall surface.

【0023】[0023]

【発明の効果】 本発明によると、反応性ガス、例えば
NFとOを含む反応性ガスに含まれている側壁保護
層を形成するガス、例えばOガスの濃度を経時的に変
動させてトレンチをエッチングするために、壁面が平坦
がトレンチを形成することができ、トレンチ壁面に形成
される絶縁層の耐圧を高めることができる。
According to the present invention, the concentration of the gas forming the sidewall protective layer, eg, O 2 gas, contained in the reactive gas, eg, the reactive gas containing NF 3 and O 2 , is varied with time. Since the trenches are etched by forming the trenches with flat walls, the trenches can be formed, and the breakdown voltage of the insulating layer formed on the trench wall faces can be increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 マスクで表面が保護されたシリコン基板の断
面を示す。
FIG. 1 shows a cross section of a silicon substrate whose surface is protected by a mask.

【図2】 シリコン基板をエッチングする装置を示す。FIG. 2 shows an apparatus for etching a silicon substrate.

【図3】 シリコン基板のエッチング条件を示す。FIG. 3 shows etching conditions for a silicon substrate.

【図4】 酸素が低濃度な条件でエッチングしたトレン
チを示す。
FIG. 4 shows a trench etched under a low oxygen concentration condition.

【図5】 酸素が高濃度な条件でエッチングしたトレン
チを示す。
FIG. 5 shows a trench etched under a high oxygen concentration condition.

【図6】 酸素が低濃度な条件と高濃度の条件を切換え
てエッチングしたトレンチを示す。
FIG. 6 shows a trench etched by switching between a low oxygen concentration condition and a high oxygen concentration condition.

【図7】 トレンチ壁面に形成する絶縁膜の耐圧を示
す。Aは酸素が低濃度な条件でエッチングした場合、Bは
酸素が高濃度な条件でエッチングした場合、A+Bは酸素
が低濃度な条件と高濃度の条件を切換えてエッチングし
た場合を示す。
FIG. 7 shows a withstand voltage of an insulating film formed on a wall surface of a trench. A indicates etching when the oxygen concentration is low, B indicates etching when the oxygen concentration is high, and A + B indicates etching when the oxygen concentration is changed to the high concentration condition.

【図8】 シリコン基板のエッチング条件の他の例を示
す。
FIG. 8 shows another example of etching conditions for a silicon substrate.

【図9】 シリコン基板のエッチング条件のさらに他の
例を示す。
FIG. 9 shows still another example of etching conditions for a silicon substrate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2:シリコン基板 4:マスク 6:開口 8:ウェーハ 2: Silicon substrate 4: Mask 6: Open 8: Wafer

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 トレンチ形状に対応する形状の開口を持
つマスクで表面が保護されたシリコン基板をNFとO
を含む反応性ガスに曝してトレンチエッチングする方
法において、NFとOの比率を経時的に変動させて
トレンチエッチングする方法。
1. A silicon substrate whose surface is protected by a mask having an opening having a shape corresponding to a trench shape is formed of NF 3 and O.
A method for trench etching by exposure to a reactive gas containing 2, a method for trench etching over time varying the ratio of NF 3 and O 2.
【請求項2】 NFが高濃度でOが低濃度な状態
と、NFが低濃度でOが高濃度な状態を切換えてト
レンチエッチングする請求項1のトレンチエッチング方
法。
2. The trench etching method according to claim 1, wherein the trench etching is performed by switching between a state where NF 3 is high concentration and O 2 is low concentration and a state where NF 3 is low concentration and O 2 is high concentration.
【請求項3】 NFが低濃度でOが高濃度な状態で
トレンチエッチングを終了する請求項1または2のトレ
ンチエッチング方法。
3. The trench etching method according to claim 1, wherein the trench etching is finished in a state where the concentration of NF 3 is low and the concentration of O 2 is high.
【請求項4】 反応性ガスがさらにHBrを含むことを
特徴とする請求項1から3のいずれかのトレンチエッチ
ング方法。
4. The trench etching method according to claim 1, wherein the reactive gas further contains HBr.
【請求項5】 NFとOの合計流量を一定に維持し
てトレンチエッチングする請求項1から4のいずれかの
トレンチエッチング方法。
5. The trench etching method according to claim 1, wherein the trench etching is performed while maintaining the total flow rate of NF 3 and O 2 constant.
【請求項6】 同一のエッチングチャンバでNFとO
の比率を経時的に変動させる請求項1から5のいずれ
かのトレンチエッチング方法。
6. NF 3 and O in the same etching chamber
The trench etching method according to claim 1, wherein the ratio of 2 is changed with time.
【請求項7】 トレンチ形状に対応する形状の開口を持
つマスクで表面が保護されたシリコン基板を反応性ガス
イオンに曝してトレンチエッチングする方法において、
反応性ガスに含まれる側壁保護層を形成する種類のガス
の濃度を経時的に変動させてトレンチエッチングする方
法。
7. A method of trench etching by exposing a silicon substrate, the surface of which is protected by a mask having an opening having a shape corresponding to a trench shape, to reactive gas ions,
A method of performing trench etching by varying the concentration of a type of gas that forms a sidewall protective layer contained in a reactive gas with time.
【請求項8】 トレンチ形状に対応する形状の開口を持
つマスクで表面が保護されたシリコン基板を酸素を含む
反応性ガスに曝してトレンチエッチングする方法におい
て、酸素濃度を経時的に変動させてトレンチエッチング
する方法。
8. A method of performing trench etching by exposing a silicon substrate, the surface of which is protected by a mask having an opening having a shape corresponding to a trench shape, to a reactive gas containing oxygen, wherein the oxygen concentration is varied with time to form a trench. How to etch.
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