JP2822945B2

JP2822945B2 - ドライエッチング装置及びドライエッチング方法

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Publication number: JP2822945B2
Application number: JP19370795A
Authority: JP
Inventors: 義治齋藤
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1995-07-28
Filing date: 1995-07-28
Publication date: 1998-11-11
Anticipated expiration: 2015-07-28
Also published as: JPH0945661A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はドライエッチング装
置及びドライエッチング方法に関し、特に反応性イオン
エッチング装置及び反応性イオンエッチング方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体装置には、単結晶のシリコ
ン基板内に形成したトレンチに酸化シリコン（以下Ｓｉ
Ｏ₂と記す）やホウリンケイ酸ガラス（以下ＢＰＳＧと
記す）あるいは多結晶シリコン（以下ポリＳｉと記す）
等の絶縁物を埋設した素子分離領域やトレンチキャパシ
タなどを形成したものがある。シリコン基板内にトレン
チを形成する手段としては、フォトレジスト膜やＳｉＯ
₂膜をマスク材料としたドライエッチングが使用されて
いる。図２（ａ）〜（ｃ）は従来の半導体装置のトレン
チ形成と絶縁物埋設の方法を説明するための断面図であ
る。

【０００３】まず図２（ａ）に示すように、シリコン基
板１上にトレンチを形成するためのエッチングマスクと
して、フォトレジストあるいはＳｉＯ₂などのマスク材
料を形成したのち、通常のリソグラフィー技術を使用し
てパターニングしマスク２を形成する。この後、マスク
２を用いてシリコン基板１を通常のドライエッチング方
法で異方性エッチングし、側壁が垂直形状を持つトレン
チ３を形成する。通常のトレンチは開孔部の幅が０．５
〜２．０μｍ，深さ３〜１０μｍ程度の縦長の溝であ
る。次に図２（ｂ），（ｃ）に示すように、マスク２を
除去し、次でトレンチ３内にＳｉＯ₂又はポリＳｉとい
った絶縁物５を埋設することによりトレンチ素子分離領
域あるいはトレンチキャパシタセル等の形成工程は終了
する。絶縁物５の形成方法は一般に化学気相成長法が使
用される。

【０００４】しかしながら、このような従来の半導体装
置の製造方法では、トレンチ３の開孔部に鋭角の角部４
が発生する。トレンチ３内を化学気相成長法を使用して
絶縁物５で埋設する場合、トレンチ３の開孔部が０．５
〜２．０μｍと極めて狭く、又深さが３〜１０μｍと非
常に深いため、反応気体分子の回り込みが悪くなり、ト
レンチ３の底部まで反応気体分子が届きにくくなる結
果、絶縁物５の成長度は鋭角の角部４の部分で最も大き
く、トレンチ３の底部に向って深さ方向に従い徐々に小
さくなる傾向を示す。そのためトレンチ３の底部で充分
に絶縁物５が形成される前に鋭角の角部４の回りに成長
した絶縁物５どうしが接合してしまい、トレンチ３内に
反応気体分子が侵入できなくなって、絶縁物５内にボイ
ド（空胴）６が発生する。トレンチ３内に発生したボイ
ド６は汚染物質のトラップとなり易く、また絶縁物５内
に発生するクラックの原因となって半導体装置の歩留り
や信頼性を低下させる恐れがある。

【０００５】上述の不具合はドライエッチング法で形成
したトレンチの側壁が垂直であることに起因している。
ドライエッチング法ではトレンチ側壁を所望の形状に制
御することが技術的課題になっている。

【０００６】最近の研究では、トレンチの形成方法を工
夫することでトレンチ側壁になめらかな順テーパーをつ
ける手法が検討されている。例えば特開昭６４−２８９
２３号公報に開示されているように、エッチングマスク
の開孔部にトレンチエッチングマスクを残したまま、ド
ライエッチングを実施する方法がある。この方法につい
て図３を用いて説明する。

【０００７】図３（ａ）では、シリコン基板１上にトレ
ンチを形成するためのＳｉＯ₂で形成される厚さ１μｍ
のマスク材料をパターニングしマスク２を形成する。次
に減圧気相成長法により厚さ０．２μｍのポリＳｉ膜７
を全面に形成する。このポリＳｉ膜７の厚さは、形成し
ようとしている深さのトレンチのエッチング終了時に、
マスク２の開孔部に形成したポリＳｉ膜７がエッチング
されてなくなるような厚さにしておく。次いで図３
（ｂ）に示すように、ポリＳｉ膜７上の自然酸化膜を除
去後、臭素を用いた反応性イオンエッチング（以下ＲＩ
Ｅと記す）によりドライエッチングを実施すると、シリ
コン基板１及びマスク２上のポリＳｉ膜７がエッチング
により除去され、マスク２の開孔部の側壁にポリＳｉ膜
７が残される。最後にこのポリＳｉ膜７をトレンチエッ
チングマスクとして、ＲＩＥによりシリコン基板１をエ
ッチングし、トレンチを形成する。このトレンチエッチ
ングはまず図３（ｂ）に示すポリＳｉ膜７の孔径でエッ
チングが始まり、反応気体に対するシリコン基板１との
選択比の小さなポリＳｉ膜７はシリコン基板１のエッチ
ングの進行に伴なってエッチングされ、上記の孔径は逐
次大きくなり、図３（ｃ）に示すようにエッチングされ
る。

【０００８】このようなエッチングによりシリコン基板
１に形成されるトレンチ３の形状は最終的には外広がり
の順テーパー形状となる。

【０００９】又別の研究ではシリコン基板のエッチング
中にトレンチ側壁保護膜を形成し、さらにドライエッチ
ングの放電電力を変化させることで、側壁にテーパーを
つける方法も検討されている。例えば、特開平２−２６
０４２４号公報に開示されているものもその一つであ
る。以下その方法について、図４を参照して説明する。

【００１０】図４（ａ）では、シリコン基板１上にＳｉ
Ｏ₂からなるマスク２を形成する。次に電子サイクロト
ロン共鳴放電エッチング（以下ＥＣＲエッチングと記
す）装置により、シリコン基板１を異方性エッチングす
る。その際、エッチング反応気体として６フッ化硫黄
（ＳＦ₆）と４塩化シリコン（ＳｉＣｌ₄）の気体を使
用し、さらに側壁保護膜形成気体として２フッ化メタン
（ＣＨ₂Ｆ₂）と酸素（Ｏ₂）を使用し、ＥＣＲドライ
エッチング装置の高周波出力を８０Ｗとする。この条件
により高いエネルギーを持つ陽イオンがシリコン基板１
に対して垂直に入射し、マスク２で覆われていないシリ
コン基板１はエッチングされながら、マスク２の側壁及
びエッチングされたシリコン基板１の側壁に保護膜８が
形成される。この側壁に形成された保護膜８は横方向の
エッチングを防ぎ、垂直な形状を持つトレンチ３が形成
される。

【００１１】続いてエッチングの放電を維持したまま、
ＥＣＲドライエッチング装置の高周波電力を８０Ｗから
４０Ｗにまで低下させてさらにエッチングを進めると、
入射する低いエネルギーを持つ陽イオンではトレンチ底
部のコーナー部の保護膜８を充分にエッチングすること
ができない。一方、底部の保護膜は完全にエッチングさ
れるため、トレンチ３底部のコーナー部がトレンチ底部
よりもシリコンのエッチングレートが遅くなり、図４
（ｂ）に示すようにテーパーを持つトレンチ３が形成さ
れる。最後に図４（ｃ）に示すように、マスク２と保護
膜８を除去してテーパー状のトレンチ３の形成が終了す
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術の中
で図２で説明したマスクの開孔部側面にトレンチエッチ
ングマスクとしてポリＳｉ膜７を残して基板をエッチン
グする法には以下の問題点が存在する。

【００１３】第１にトレンチ側壁のテーパー角はマスク
の開孔部側面に残すポリＳｉ膜の厚さに大きく依存す
る。ポリＳｉ膜の厚さの精密な制御はエッチングのばら
つき等によって困難となっているため、テーパー角の正
確なコントロールが行えない。第２にマスクの開孔部側
面に残すポリＳｉ膜の厚さはマスク材料の厚さ以上には
できない。テーパーを有するトレンチの形成は、エッチ
ング中、同時にエッチングされるポリＳｉ膜がまだ存在
している段階でしか行えない。従ってテーパーを有する
トレンチの深さの限界はポリＳｉ膜の厚さによって決定
されてしまう。第３にポリＳｉ膜成長やエッチングとい
った余分な工程が付加され、製造工程が冗長になる。

【００１４】又、図４で説明したトレンチ側壁に保護膜
を形成し、さらにドライエッチングの放電電力を途中で
変化させる方法では、高周波電力を異なる２段階以上の
多段階にしてエッチングを実施しなければならないた
め、なめらかなテーパー角が得られず、そのため所望の
テーパー角を得るような制御が困難である。

【００１５】この様に従来技術の共通の問題点は、トレ
ンチ側壁に形成されるテーパー角の任意の制御が困難に
なっているという点である。特に高集積の半導体装置に
おいてはアスペクト比が５〜１０程度と大きいトレンチ
が用いられるが、この場合トレンチの側壁テーパー角を
８５〜９０°の間で任意に制御できる形成方法が要求さ
れている。

【００１６】本発明の目的は半導体基板に形成するトレ
ンチに任意のテーパー角を形成できるドライエッチング
装置及びドライエッチング方法を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】第１の発明のドライエッ
チング装置は、エッチング室と、このエッチング室内の
下部に設けられ半導体ウェハーを保持し陰極となる下部
電極と、この下部電極に対向し前記エッチング室の上部
に設けられ内部が空胴の陽極となる上部電極と、この上
部電極の下面を構成する格子状グリッドと、前記上部電
極に設けられ不活性ガスボンベに接続するガス導入口
と、前記上部電極の内部に設けられ水平方向に支持され
たリング状陰極と、このリング状陰極と前記上部電極間
に接続された直流電源とを含むことを特徴とするもので
ある。

【００１８】第２の発明のドライエッチング方法は、第
１の発明のドライエッチング装置を用い、下部電極上に
保持したシリコン基板をエッチングする際に、上部電極
とリング状陰極間に印加する直流電圧を時間と共に減衰
させてエッチングすることを特徴とするものである。

【００１９】平行平板型の反応性ドライエッチング装置
を用い、臭化水素（ＨＢｒ）と塩素（Ｃｌ₂）の混合気
体をプラズマ化し、発生した陽イオンをセルフバイアス
によって垂直方向に加速し、シリコン基板を異方性エッ
チングしてトレンチを形成する際、プラズマ中に存在す
るＣｌ^*，Ｂｒ^*といったラジカルはファンデルワール
ス（ＶａｎｄｅｒＷａａｌｅｓ）力によってトレン
チ側壁に物理吸着している。本発明では、上部電極（陽
極）内にリング状陰極を設けており、ネオン（Ｎｅ）を
導入しながら、リング状陰極と陽極の間に正の直流電圧
を印加すると、陽極内では発生した電子がリング状陰極
近傍に形成されるサドルフィールド（ＳａｄｄｌｅＦ
ｉｅｌｄ）で加速され、８の字の周期運動を行いプラズ
マを発生させる。一方、上部電極内部の下部では２次電
子等で構成される低エネルギー電子雲が高密度に存在
し、セルフバイアスで加速されたＮｅイオンを中性化す
る。その結果、上部電極からは１０°程度の発散角を持
った高速中性原子（Ｎｅ）ビームが射出される。

【００２０】ＲＩＥでの異方性エッチングの際導入され
た中性原子ビームは、トレンチの側壁に物理吸着してい
るラジカルを攻撃し、その運動エネルギーをラジカルに
付与することにより側壁のアシストエッチングを生じさ
せる。側壁のアシストエッチングはサイドエッチング成
分となり、そのサイドエッチング速度はリング状陰極に
印加する直流電圧に比例する。従って、直流電圧をエッ
チング時間の関数として制御すれば、トレンチホールの
側壁テーパー角を任意に制御可能となる。

【００２１】

【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態の断面
図であり、本発明を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）
装置に適用した場合を示す。

【００２２】図１を参照するとドライエッチング装置
は、エッチング室１０と、このエッチング室１０内の下
部に設けられシリコンのウェハー１９を保持し陰極とな
る下部電極１３と、この下部電極１３に対向しエッチン
グ室１０の上部に設けられ内部が空胴の陽極となる上部
電極１２と、この上部電極１２の下面を構成する格子状
グリッド２２と、上部電極１２の上部に設けられＮｅボ
ンベ２０に接続するガス導入口２６と、上部電極１２の
内部に設けられ水平方向に支持されたリング状陰極１１
と、このリング状陰極１１と上部電極１２間に接続され
た直流電源２１と、エッチング室１０に接続されたＨＢ
ｒボンベ１４とＣｌ₂ボンベ１５とから主に構成され
る。尚図１において１６はマスフローコントローラ，１
７はブロッキングコンデンサ，１８は高周波電源，２５
は排気用ポンプである。

【００２３】次にこのように構成されたドライエッチン
グ装置の動作と共に、第２の実施の形態としてのシリコ
ン基板のエッチング方法について説明する。

【００２４】エッチング室１０内は真空排気用ポンプ２
５より真空排気され１０^-2Ｐａの圧力に保たれている。
又エッチング室１０内にはエッチングガスとしてＨＢｒ
ボンベ１４よりＨＢｒ気体３０ＳＣＣＭとＣｌ₂ボンベ
１５よりＣｌ₂気体１０ＳＣＣＭを同時にマスフローコ
ントローラ１６を介して導入する。上部電極１２は接地
し、表面に被エッチング用のシリコンウェハー１９を設
置した下部電極９にブロッキングコンデンサ１７を経由
して接続した高周波電源１８より１３．５６ＭＨｚ，１
００Ｗの高周波電力を印加すると、エッチング室１０内
に導入したＨＢｒとＣｌ₂の混合気体はグロー放電によ
りプラズマ化される。発生したプラズマ中の電子の移動
度はイオンのそれに比べて非常に大きいので、電子は接
地された陽極である上部電極１２に向って流れ、その結
果として上部電極１２と下部電極９の間に電流が流れて
ブロッキングコンデサ１７に電荷が蓄積される。両電極
間に高周波電力が印加されたままブロッキングコンデン
サ１８に電荷が蓄積されると、陰極の電位降下が生じて
下部電極９の表面近傍にイオンシース層が形成される。
イオンシース層内では活性な陽イオン粒子（この場合は
Ｂｒ⁺，Ｃｌ⁺の両イオンである）が垂直下向きの電界
によって加速され、大きな運動エネルギーを得る。垂直
下向き方向に加速されたＢｒ⁺イオン，Ｃｌ⁺イオンは
ウェハー１９のシリコン露出面を攻撃し、以下の化学反
応を生じながら、シリコンを反応性エッチングする。

【００２５】Ｓｉ＋４Ｂｒ⁺→ＳｉＢｒ₄↑ Ｓｉ＋４Ｃｌ⁺→ＳｉＣｌ₄↑ 各陽イオン粒子は電界によって垂直下向きに加速されて
いるので、シリコンのエッチングは異方的となり、エッ
チングの結果ウェハー１９内に形成されるトレンチの側
壁は垂直となる。

【００２６】ところで、この垂直異方性エッチングの最
中では、プラズマ中に存在するＢｒ^*，Ｃｌ^*といった
電荷を帯びていないラジカルは、イオンシース層内の電
界の加速を受けないため、シリコンのエッチングには寄
与せず、その一部はエッチング中のトレンチホール側壁
にファンデルワールス力によって物理吸着している。ト
レンチ底部は絶えずＢｒ⁺，Ｃｌ⁺イオンによって異方
性エッチングされているため、ラジカルの物理吸着は生
じない。一方上部電極１２上部よりＮｅ気体ボンベ２０
よりＮｅ気体を５ＳＣＣＭの流量となるようにマスフロ
ーコントローラ１６で制御して導入し、さらにリング状
陰極１１に直流電源２１より正の直流電圧＋５ｋＶを印
加する。上部電極１２の下部には格子状グリッド２２が
あり、エッチング室１２と接続されているため、円筒状
の上部電極１２内も１０^-2Ｐａの圧力に保たれる。この
状態では、上部電極１２内に導入されたＮｅ気体は、グ
ロー放電によりプラズマ化される。プラズマ中に存在す
る電子は、リング状陰極１１近傍に形成されるサドルフ
ィールドにより加速され、８の字の周期運動２３を行
う。同時にプラズマ中に発生した陽イオンＮｅ⁺もサド
ルフィールドにより加速され、グリッド２２方向の運動
エネルギーを持つ。

【００２７】ところがグリッド２２の直前には２次電子
などで構成された低エネルギー電子雲２４が待ち構えて
おり、加速された陽イオンＮｅ⁺はこの低エネルギー電
子雲２４を通過する際全て電子捕獲により中性化され
る。従ってグリッド２２からは中性化された高速原子ビ
ームＮｅ⁰が得られる。Ｎｅ⁰電子ビームのフラックス
密度は約５０μＡ／ｃｍ²相当であり、約１０°の発散
角を持つ。上述のＲＩＥ装置のエッチングによるトレン
チ形成中に、この高速中性原子ビームをグリッド２２よ
りエッチング室１０に導入すると、中性原子はイオンシ
ース層内の電界の影響を受けず、又発散角を持つため、
トレンチ側壁に物理吸着しているＢｒ^*，Ｃｌ^*といっ
たラジカルに衝突する。高速中性原子ビームの衝突によ
り運動エネルギーを得た吸着ラジカルはここで初めてシ
リコンとの反応を起こし、側壁のアシストエッチングを
生じる。側壁のアシストエッチングはトレンチのサイド
エッチング成分となる。

【００２８】高速中性原子ビームの衝突により高いエネ
ルギーを得た吸着ラジカルは、次の反応式でシリコンと
の反応を生じ、トレンチの側壁をサイドエッチングす
る。

【００２９】Ｓｉ＋４Ｃｌ^*→ＳｉＣｌ₄↑ Ｓｉ＋４Ｂｒ^*→ＳｉＢｒ₄↑ なお、イオンシース層内の垂直下向きの電界によって加
速され、垂直異方性エッチングを生じている陽イオンＢ
ｒ⁺，Ｃｌ⁺は高速中性原子ビームの１００倍程度の加
速度を持つため、中性原子の衝突の影響は受けない。こ
の陽イオンＢｒ⁺，Ｃｌ⁺はシリコン基板を反応性イオ
ンエッチングして、垂直異方性のエッチング形状を残す
だけで、高速中性原子ビームによるサイドエッチングと
は全く独立した成分と考えて差し支えない。

【００３０】高速中性原子ビームによるサイドエッチン
グのエッチング速度は、トレンチ側壁に物理吸着してい
るラジカルへ衝突する高速中性原子の衝突効率によって
決定される。衝突効率はグリッド２２より得られる高速
中性原子ビームのフラックス密度に依存し、フラックス
密度はリング状カソード１１に印加する直流電圧に影響
を受けると考えられるので、結局側壁のサイドエッチン
グ速度はリング状陰極１１への印加電圧で決定される。
実際には、本発明のドライエッチング装置で直流電源２
１の印加電圧とトレンチのサイドエッチング速度の関係
は図５に示した通りとなる。図５では、印加電圧が１０
ｋＶ以下の領域ではサイドエッチング速度が電圧に比例
して直線的に増加する直線領域である。印加電圧が１０
ｋＶを越えると、高速中性原子が衝突してサイドエッチ
ング反応を生じる吸着ラジカルの数が飽和して、サイド
エッチング速度も直線的な増加を示さなくなる。なお、
直線領域の傾きγは下部電極９とグリッド２２の間隔に
依存する。本発明の場合、両者の間隔は２００ｍｍにし
ている。直線領域での側壁サイドエッチング速度ｆ（ｎ
ｍ・ｍｉｎ^-1）とリング状陰極１１への印加電圧Ｖ（ｋ
Ｖ）の間には次の（１）式ｆ＝γＶ（Ｖ≦１０ｋＶ）・・・（１）という関係がある。γは定数で、本発明の場合はγ＝３
ｎｍ・ｍｉｎ^-1・ｋＶ^-1となった。

【００３１】本発明のドライエッチング装置を使用し
て、シリコン基板上にトレンチを形成した場合の、トレ
ンチ側壁の形状について考察する。図６はトレンチホー
ル側壁の形状を導出するための断面図である。シリコン
基板１上にトレンチを形成するためのマスク２がパター
ニングされている。シリコン基板１上にトレンチ３を開
孔した場合のトレンチ側壁の形状をマスク２の下部より
垂直下向きに測定した距離ｘの関数Ｆ（ｘ）とする。ト
レンチ３の最終深さをＴとすれば、Ｆ（ｘ）は０≦ｘ≦
Ｔの範囲で定義されるｘの関数である。０≦ｘ≦Ｔの範
囲内のある垂直深さｘでのサイドエッチング量Ｆ（ｘ）
は、深さｘを垂直にエッチングするのに要しな時間をｔ
_xとすると、次の（２）式となる。

【００３２】

【００３３】ｆはサイドエッチング速度、ｔ_totalはエ
ッチング開始してから終了するまでの全エッチング時間
である。今、ｆは（１）式に示すように時間によらず一
定、すなわちリング状陰極１１への印加電圧Ｖを一定に
してエッチングを実施するとすると、Ｆ（ｘ）は（３）
式となる。

【００３４】Ｆ（ｘ）＝ｆ（ｔ_total−ｔ_x）・・・（３）Ｂｒ⁺，Ｃｌ⁺イオンによる垂直異方性エッチングのエ
ッチング速度をβとすると、ｔ_totalとｔｘは（４），
（５）式となり、ｔ_total＝Ｔ／β・・・（４）ｔ_x＝ｘ／β ・・・（５）（１），（４），（５）式を（３）式に代入してＦ
（ｘ）を求めると（６）式となる。

【００３５】Ｆ（ｘ）＝（γＶ／β）（Ｔ−ｘ）・・・（６）（６）式より、トレンチ側壁は直線的なテーパー形状と
なっていることがわかる。側壁のテーパー角をθとする
と、θは（７）式で与えられる。

【００３６】θ＝ｔａｎ^-1（β／γＶ）・・・（７）垂直異方性エッチングのエッチング速度βは本発明の場
合５００ｎｍ・ｍｉｎ^-1であり、γ＝３ｎｍ・ｍｉｎ^-1
・ｋＶ^-1であるので、トレンチ側壁のテーパー角θは印
加電圧Ｖのみに依存する量であることがわかる。

【００３７】すなわち本発明では、トレンチの側壁テー
パー角をリング状陰極１１への印加電圧Ｖによって自在
に制御可能となっている。図７は本発明における印加電
圧Ｖと側壁テーパー角θの関係を表わしている。図７か
ら明らかなように、本発明では印加電圧Ｖによって側壁
テーパー角を８６．５°〜９０°の間で任意に制御可能
となっている。この結果、外広がりなテーパー形状の側
壁を持ち、開口部の角部が鋭角である従来の方法では得
られなかった形状のトレンチを形成することが可能とな
る。

【００３８】次にトレンチの形状について更に説明す
る。図１のリング状陰極１１に印加し、直流電源２１で
制御する印加電圧Ｖをエッチング時間の関数として制御
する。今、印加電圧Ｖを（８）式のようにエッチング時
間ｔの指数関数として制御することを考える。

【００３９】Ｖ（ｔ）＝Ｖ_oｅｘｐ（−αｔ）（α＞０，Ｖ_o≦１０ｋＶ）・・・（８）Ｖ（ｔ）はエッチング時間ｔとともに緩やかに減衰する
量であり、ｔ＝０での初期電圧Ｖ_oを１０ｋＶ以下と定
義すれば、Ｖ（ｔ）は常に図５の直線領域内の値をと
る。そのためサイドエッチング速度ｆと印加電圧Ｖ
（ｔ）の間には（１）式の関係が成立し、サイドエッチ
ング速度ｆも次の（９）式で関係づけられるエッチング
時間ｔの関数となる。

【００４０】ｆ（ｔ）＝γＶ_oｅｘｐ（−αｔ）・・・（９）（２）式に（４），（５），（９）式を代入して積分を
解けば、トレンチ側壁の形状Ｆ（ｘ）は次の（１０）式
のような深さｘの関数となる。

【００４１】

【００４２】（１０）式よりトレンチ側壁は指数関数の
曲率を持つ外広がりでなだらかな形状となっていること
がわかる。本実施の形態の場合、側壁の曲率は初期電圧
Ｖ_o（≦１０ｋＶ）と減衰率α（＞０）を選択すること
で任意に制御できる。すなわち、側壁の形状，曲率は垂
直深さ方向の距離ｘの関数として任意にデザイン可能で
ある。

【００４３】尚、上記実施の形態ではエッチングガスと
してＨＢｒ＋Ｃｌ₂を用いたが、ＨＦやＨＦ＋Ｃｌ₂又
はＨＣｌ＋Ｃｌ₂を用いてもよい。又不活性ガスとして
Ｎｅを用いたがＡｒであっても同様の効果が得られる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、平行平板
型の反応性イオンエッチング装置において、接地した空
胴の上部電極内にリング状陰極を設け、リング状陰極と
上部電極の間に正の直流電圧を印加し、トレンチ側壁に
物理吸着したラジカルに高速中性原子ビームを衝突させ
サイドエッチング成分を誘起させることにより、エッチ
ィングしたトレンチの側壁を所望の角度を有するテーパ
ー形状にできるという効果がある。またリング状陰極の
印加電圧をエッチング時間の関数として制御することに
より、外広がりでなだらかな曲率を持つトレンチの側壁
を形成することも可能である。さらにトレンチ側壁のテ
ーパー角や曲率等による形状は垂直深さ方向の関数とし
て任意にデザインできるという利点もある。

【００４５】本発明で得られる特異的な効果のため、ト
レンチ開口部の角部は鈍角となり、また側壁が外広がり
でなだらかなテーパー形状となっているために、後工程
の絶縁膜形成で反応気体分子がトレンチの奥深くまで回
り込んで成長可能となり、絶縁膜の段差被覆性が良好と
なる。そのためボイドの発生がなくなり、絶縁物内のク
ラック等の不具合発生もなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す断面図。

【図２】従来の半導体装置のトレンチ形成と絶縁物埋設
方法を説明する為の断面図。

【図３】従来の半導体装置のトレンチ形成方法を説明す
る為の断面図。

【図４】従来の他の半導体装置のトレンチ形成方法を説
明する為の断面図。

【図５】リング状陰極への印加電圧とサイドエッチング
速度の関係を示す図。

【図６】トレンチ側壁形状を示す断面図。

【図７】リング状陰極への印加電圧と側壁テーパー角の
関係を示す図。

【符号の説明】

１シリコン基板２マスク３トレンチ４鋭角の角部５絶縁物６ボイド（空胴）７ポリＳｉ膜８保護膜１０エッチング室１１リング状陰極１２上部電極１３下部電極１４ＨＢｒボンベ１５Ｃｌ₂ボンベ１６マスフローコントローラ１７ブロッキングコンデンサ１８高周波電源１９被エッチングウェハー２０Ｎｅボンベ２１直流電源２２格子状グリッド２３８の字周期運動２４低エネルギー電子雲２５ポンプ２６ガス導入口

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】エッチング室と、このエッチング室内の
下部に設けられ半導体ウェハーを保持し陰極となる下部
電極と、この下部電極に対向し前記エッチング室の上部
に設けられ内部が空胴の陽極となる上部電極と、この上
部電極の下面を構成する格子状グリッドと、前記上部電
極に設けられ不活性ガスボンベに接続するガス導入口
と、前記上部電極の内部に設けられ水平方向に支持され
たリング状陰極と、このリング状陰極と前記上部電極間
に接続された直流電源とを含むことを特徴とするドライ
エッチング装置。
【請求項２】上部電極は上部がシールされた円筒状で
ある請求項１記載のドライエッチング装置。
【請求項３】不活性ガスはＮｅ又はＡｒである請求項
１記載のドライエッチング装置。
【請求項４】請求項１記載のドライエッチング装置を
用い、下部電極上に保持したシリコン基板をエッチング
する際に、上部電極とリング状陰極間に印加する直流電
圧を時間と共に減衰させてエッチングすることを特徴と
するドライエッチング方法。