JP2876649B2 - ドライエッチング方法 - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
- H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
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-
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ドライエッチング方法に関し、更に詳しく
は、単結晶シリコンの異方性エッチングに係るものであ
る。
は、単結晶シリコンの異方性エッチングに係るものであ
る。
［発明の概要］ 第１請求項記載の発明は、バイアス印加型のECRエッ
チングを行う単結晶シリコンのドライエッチングにおい
て、 エッチング反応による側壁保護膜を形成し得るガス系
に少なくても三フッ化塩素を１〜90％添加したことによ
り、 単結晶シリコンのトレンエッチング時のエッチング速
度を効果的に向上させ、且つローティング効果を抑制す
るようにしたものである。
チングを行う単結晶シリコンのドライエッチングにおい
て、 エッチング反応による側壁保護膜を形成し得るガス系
に少なくても三フッ化塩素を１〜90％添加したことによ
り、 単結晶シリコンのトレンエッチング時のエッチング速
度を効果的に向上させ、且つローティング効果を抑制す
るようにしたものである。
第２請求項記載の発明は、バイアス印加型のECRエッ
チングを行う単結晶シリコンのドライエッチングにおい
て、 エッチング反応による側壁保護膜を形成し得るガス系
に、少なくてもケイ素（Si）とフッ素（Ｆ）とを構成元
素とするガスを添加したことにより、 開口部がテーパ形状となったイオン散乱の影響を受け
易いマスク形状でのシリコントレンチエッチングが良好
な形状で実現でき、しかもエッチレートの低下もなく再
現生良く達成できるようにしたものである。
チングを行う単結晶シリコンのドライエッチングにおい
て、 エッチング反応による側壁保護膜を形成し得るガス系
に、少なくてもケイ素（Si）とフッ素（Ｆ）とを構成元
素とするガスを添加したことにより、 開口部がテーパ形状となったイオン散乱の影響を受け
易いマスク形状でのシリコントレンチエッチングが良好
な形状で実現でき、しかもエッチレートの低下もなく再
現生良く達成できるようにしたものである。
［従来の技術］ 近年、単結晶シリコンに深い溝や穴を形成する所謂シ
リコントレンチエッチング技術は、高メガビットDRAM
や、高速バイホーラプロセス等への各種応用が進み、超
々LSI（ULSI）製造上必要不可欠なものになろうとして
いる。かかるエッチングに用いられるガス系は、フッ素
（Ｆ）系，塩素（Cl）系や、これらの混合系等が各種開
発、実用化されているが、現在、主流となっているの
は、四塩化ケイ素（SiCl4）／窒素（N2）系である（特
開昭63−73526号公報及び1988年秋応物7a−Ｋ−７参
照）。
リコントレンチエッチング技術は、高メガビットDRAM
や、高速バイホーラプロセス等への各種応用が進み、超
々LSI（ULSI）製造上必要不可欠なものになろうとして
いる。かかるエッチングに用いられるガス系は、フッ素
（Ｆ）系，塩素（Cl）系や、これらの混合系等が各種開
発、実用化されているが、現在、主流となっているの
は、四塩化ケイ素（SiCl4）／窒素（N2）系である（特
開昭63−73526号公報及び1988年秋応物7a−Ｋ−７参
照）。
そこで、従来の単結晶シリコンのドライエッチング方
法としては、単結晶シリコン基板上に、垂直な内壁面を
有する開口部を設けたSiO2マスクを形成し、上記した四
塩化ケイ素（SiCl4／窒素（N2）系のガスをエッチング
ガスとして用いてエッチングを行うものである。これ
は、エッチング中に生ずる反応生成物のSixNyを側壁保
護膜として利用してトレンチを形成するというものであ
る。
法としては、単結晶シリコン基板上に、垂直な内壁面を
有する開口部を設けたSiO2マスクを形成し、上記した四
塩化ケイ素（SiCl4／窒素（N2）系のガスをエッチング
ガスとして用いてエッチングを行うものである。これ
は、エッチング中に生ずる反応生成物のSixNyを側壁保
護膜として利用してトレンチを形成するというものであ
る。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このような従来のドライエッチング方
法にあっては、以下に述べるような問題点を有してい
る。
法にあっては、以下に述べるような問題点を有してい
る。
先ず、上記した側壁保護膜となる堆積物がエッチング
を阻害する方向にも働くため、エッチング速度が充分と
は云えなかったり、バッチ式エッチャーや被エッチ面積
の広いマスクを用いた場合に、ローディング効果により
エッチングレートが低下する問題点がある。このような
エッチングレートを向上させる目的で、六フッ化イオン
（SF6）を添加したSF6／SiCl4／N2系（1988年秋応物7a
−Ｋ−７）ガスをエッチングガスとして用いる技術が知
られているが、イオウ（Ｓ）によるコンタミネーション
の発生が懸念されている。
を阻害する方向にも働くため、エッチング速度が充分と
は云えなかったり、バッチ式エッチャーや被エッチ面積
の広いマスクを用いた場合に、ローディング効果により
エッチングレートが低下する問題点がある。このような
エッチングレートを向上させる目的で、六フッ化イオン
（SF6）を添加したSF6／SiCl4／N2系（1988年秋応物7a
−Ｋ−７）ガスをエッチングガスとして用いる技術が知
られているが、イオウ（Ｓ）によるコンタミネーション
の発生が懸念されている。
また、リソグラフィーでパターニング不可能なルール
をセルフアラインでパターニングするため、第３図に示
すように、シリコン基板１上のSiO2膜２の開口部側壁に
テトラエトキシシラン（TEOS）を用いたSiO2でなるサイ
ドウォール３を形成し、これをマスクとして用いると、
サイドウォール３のテーパ角の影響を受けて、第３図に
示すように、入射イオンが散乱を起こし、マスク直下に
抉れやアンダーカット等を生じ、所望の形状のトレンチ
が得られず、側壁保護効果が充分でないとい問題点があ
った。
をセルフアラインでパターニングするため、第３図に示
すように、シリコン基板１上のSiO2膜２の開口部側壁に
テトラエトキシシラン（TEOS）を用いたSiO2でなるサイ
ドウォール３を形成し、これをマスクとして用いると、
サイドウォール３のテーパ角の影響を受けて、第３図に
示すように、入射イオンが散乱を起こし、マスク直下に
抉れやアンダーカット等を生じ、所望の形状のトレンチ
が得られず、側壁保護効果が充分でないとい問題点があ
った。
本発明は、このような従来の問題点に着目して創案さ
れたものであって、イオン散乱を起こし易いマスク形状
でのシリコントレンチエッチングが良好な形状で行え、
またエッチレートの低下を防止し、且つローティング効
果を抑制し得るドライエッチング方法を得んとするもの
である。
れたものであって、イオン散乱を起こし易いマスク形状
でのシリコントレンチエッチングが良好な形状で行え、
またエッチレートの低下を防止し、且つローティング効
果を抑制し得るドライエッチング方法を得んとするもの
である。
［課題を解決するための手段］ そこで、第１請求項記載に係る発明は、バイアス印加
型のECRエッチングを行う単結晶シリコンのドライエッ
チングにおいて、エッチング反応による側壁保護膜を形
成し得るガス系に少なくとも三フッ化塩素を１〜90％添
加したことを、その解決手段としている。
型のECRエッチングを行う単結晶シリコンのドライエッ
チングにおいて、エッチング反応による側壁保護膜を形
成し得るガス系に少なくとも三フッ化塩素を１〜90％添
加したことを、その解決手段としている。
また、第２請求項記載に係る発明は、バイアス印加型
のECRエッチングを行う単結晶シリコンのドライエッチ
ングにおいて、エッチング反応による側壁保護膜を形成
し得るガス系に、少なくともケイ素（Si）とフッ素
（Ｆ）とを構成元素とするガスを添加したことを、その
解決手段としている。
のECRエッチングを行う単結晶シリコンのドライエッチ
ングにおいて、エッチング反応による側壁保護膜を形成
し得るガス系に、少なくともケイ素（Si）とフッ素
（Ｆ）とを構成元素とするガスを添加したことを、その
解決手段としている。
［作用］ 第１請求項記載に係る発明は、エッチングガスに三フ
ッ化塩素（ClF3）を添加することにより、このフッ化塩
素の解離によって生ずるフッ素ラジカル（F*），塩素ラ
ジカル（Cl*）等がエッチレートの向上に寄与し、ま
た、例えば、プラズマエッチング装置などにおいてウエ
ハ上部のエッチング種が不足するローティング効果を抑
制する。なお、この三フッ化塩素のボンディングエネル
ギーは、Cl−Ｆ＝61.4Kcal/molであり、SF6（Ｓ−Ｆ＝9
0Kca＝mol），NF3（Ｎ−63Kcal/mol），CF4（Ｃ−Ｆ＝1
07Kcal/mol）と比較して小さいため、プラズマ中で他の
Ｆ系ガスよりも効果的に解離して活性種を生ずる。この
ように、エッチレートが向上するため、ローティング効
果の防止が可能となる。
ッ化塩素（ClF3）を添加することにより、このフッ化塩
素の解離によって生ずるフッ素ラジカル（F*），塩素ラ
ジカル（Cl*）等がエッチレートの向上に寄与し、ま
た、例えば、プラズマエッチング装置などにおいてウエ
ハ上部のエッチング種が不足するローティング効果を抑
制する。なお、この三フッ化塩素のボンディングエネル
ギーは、Cl−Ｆ＝61.4Kcal/molであり、SF6（Ｓ−Ｆ＝9
0Kca＝mol），NF3（Ｎ−63Kcal/mol），CF4（Ｃ−Ｆ＝1
07Kcal/mol）と比較して小さいため、プラズマ中で他の
Ｆ系ガスよりも効果的に解離して活性種を生ずる。この
ように、エッチレートが向上するため、ローティング効
果の防止が可能となる。
また、第２請求項記載に係る発明は、エッチングガス
に、少なくともケイ素（Si）とフッ素（Ｆ）とを構成元
素とするガスを添加することにより、少なくともSiとＦ
の化合物よりなるガス中のSiが、弱い側壁保護膜をより
強固にするための堆積の促進に寄与し、Ｆはかかる堆積
の促進に伴うエッチレートの低下を補う作用を有する。
に、少なくともケイ素（Si）とフッ素（Ｆ）とを構成元
素とするガスを添加することにより、少なくともSiとＦ
の化合物よりなるガス中のSiが、弱い側壁保護膜をより
強固にするための堆積の促進に寄与し、Ｆはかかる堆積
の促進に伴うエッチレートの低下を補う作用を有する。
［実施例］ 以下、本発明に係るドライエッチング方法の詳細を図
面に示す実施例に基づいて説明する。
面に示す実施例に基づいて説明する。
先ず、第１請求項記載の発明の実施例は、第１図Ａに
示すように、単結晶シリコンでなるシリコン基板10の上
に形成されたSiO2膜11表面にレジスト12を塗布し、トレ
ンチを形成する所望の位置にレジストが開口するように
パターニングを行う。
示すように、単結晶シリコンでなるシリコン基板10の上
に形成されたSiO2膜11表面にレジスト12を塗布し、トレ
ンチを形成する所望の位置にレジストが開口するように
パターニングを行う。
次に、第１図Ｂに示すように、レジスト12をマスクと
して反応性イオンエッチング（RIE）を行い、SiO2膜11
に開口部11aを開設する。
して反応性イオンエッチング（RIE）を行い、SiO2膜11
に開口部11aを開設する。
次に、レジスト12を除去した後、第１図Ｃに示すよう
に、SiO2膜11をマスクとして、バイアス印加型のECRエ
ッチング装置を用いてエッチングを行い所定深さのトレ
ンチを形成する。この場合のエッチング条件は、圧力を
10mTorr、RFバイアスを300Wとして、また、反応生成物
による側壁保護膜15を形成するガス系として四塩化ケイ
素（SiCl4）／（窒素（N2）系を採用し、これにエッチ
レートを向上させるため三フッ化塩素を10％の割合で添
加した。
に、SiO2膜11をマスクとして、バイアス印加型のECRエ
ッチング装置を用いてエッチングを行い所定深さのトレ
ンチを形成する。この場合のエッチング条件は、圧力を
10mTorr、RFバイアスを300Wとして、また、反応生成物
による側壁保護膜15を形成するガス系として四塩化ケイ
素（SiCl4）／（窒素（N2）系を採用し、これにエッチ
レートを向上させるため三フッ化塩素を10％の割合で添
加した。
本実施例においては、添加された三フッ化塩素（Sl
F3）の解離により生じたフッ素ラジカル（F*），塩素ラ
ジカル（Cl*）がシリコン基板10のエッチレートを高め
る作用がある。このようにエッチレートが向上したた
め、エッチング面積が広くなってもローディング効果に
よるエッチレートの低下もなくエッチングされた。
F3）の解離により生じたフッ素ラジカル（F*），塩素ラ
ジカル（Cl*）がシリコン基板10のエッチレートを高め
る作用がある。このようにエッチレートが向上したた
め、エッチング面積が広くなってもローディング効果に
よるエッチレートの低下もなくエッチングされた。
また、本実施例においては、三フッ化塩素（SlF3）が
添加されたエッチングガスとしてSiCl4／N2系ガスを用
いたが、例えば、Cl2／N2系ガス、Cl2／O2系ガス，Br2
／N2系ガス,HBr/N2系ガス，SiCl4／O2系ガス等を目的に
合わせて適宜選択可能である。
添加されたエッチングガスとしてSiCl4／N2系ガスを用
いたが、例えば、Cl2／N2系ガス、Cl2／O2系ガス，Br2
／N2系ガス,HBr/N2系ガス，SiCl4／O2系ガス等を目的に
合わせて適宜選択可能である。
さらに、エッチングガスとして、反応生成物による側
壁保護膜を形成しながらエッチングが進行するガス系
に、ClF3を１〜90％添加すればローディング効果を抑制
でき、エッチングレートを向上することが可能である。
壁保護膜を形成しながらエッチングが進行するガス系
に、ClF3を１〜90％添加すればローディング効果を抑制
でき、エッチングレートを向上することが可能である。
また、エッチングガスとして塩素，臭素又はその化合
物に酸素（O2），窒素（N2）を添加してなるガス系にCl
F3を１〜90％の割合で添加しても上記実施例と同様の効
果を得ることが可能である。
物に酸素（O2），窒素（N2）を添加してなるガス系にCl
F3を１〜90％の割合で添加しても上記実施例と同様の効
果を得ることが可能である。
さらにまた、上記実施例におけるエッチングガスに希
ガスを添加しても勿論よい。
ガスを添加しても勿論よい。
次に、第２請求項記載の発明の実施例を説明する。
本実施例は、第２図Ａに示すように、単結晶シリコン
でなるシリコン基板10の上に形成された厚さ1.0μｍのS
iO2膜11にトレンチを形成する所望の位置にトレンチ幅
よりも大きめに例えば開口径1.0μｍの開口部11aを開設
する。
でなるシリコン基板10の上に形成された厚さ1.0μｍのS
iO2膜11にトレンチを形成する所望の位置にトレンチ幅
よりも大きめに例えば開口径1.0μｍの開口部11aを開設
する。
次に、SiO2膜11上及び開口部11a内に所定膜厚のテト
ラエトキシシラン（TEOS）をソースガスとするSiO2膜13
をCVD法により4000Åの厚さに形成し、その後エッチバ
ックを行って、前記開口部11a側壁にサイドウォール13a
を形成する。このときサイドウォール13aの開口径は、
0.3μｍとなり、このサイドウォール13aの内側面はエッ
チバックの影響で60〜70°のテーパがついている。
ラエトキシシラン（TEOS）をソースガスとするSiO2膜13
をCVD法により4000Åの厚さに形成し、その後エッチバ
ックを行って、前記開口部11a側壁にサイドウォール13a
を形成する。このときサイドウォール13aの開口径は、
0.3μｍとなり、このサイドウォール13aの内側面はエッ
チバックの影響で60〜70°のテーパがついている。
その後、TEOS膜及びSiO2膜11をマスクとして、バイア
ス印加型のECRエッチング装置を用いてエッチングを行
い所定深さのトレンチ14を形成する（第２図Ｂ）。図中
15は、エッチングに際して、エッチング側壁に形成され
る側壁保護膜15である。
ス印加型のECRエッチング装置を用いてエッチングを行
い所定深さのトレンチ14を形成する（第２図Ｂ）。図中
15は、エッチングに際して、エッチング側壁に形成され
る側壁保護膜15である。
この場合のエッチング条件は、エッチングガスとし
て、四塩化ケイ素（SiCl4）と窒素（N2）と四フッ化ケ
イ素（SiF4）との混同ガスとし、その流量比をSiCl4／N
2／SiF4＝10SCCM/10SCCM/10SCCMに設定する。さらに、
圧力を10mTorr、マイクロ波電力を850W、Vdcを−250Vに
設定する。斯る条件によるエッチングにSiF4中のF*によ
り、エッチレートの低下が無く、また、SiF4中のSiによ
り側壁では保護効果が促進されマスク直下の抉れ，アン
ダーカット等の生じない良好なトレンチ形状を得ること
が出来る。
て、四塩化ケイ素（SiCl4）と窒素（N2）と四フッ化ケ
イ素（SiF4）との混同ガスとし、その流量比をSiCl4／N
2／SiF4＝10SCCM/10SCCM/10SCCMに設定する。さらに、
圧力を10mTorr、マイクロ波電力を850W、Vdcを−250Vに
設定する。斯る条件によるエッチングにSiF4中のF*によ
り、エッチレートの低下が無く、また、SiF4中のSiによ
り側壁では保護効果が促進されマスク直下の抉れ，アン
ダーカット等の生じない良好なトレンチ形状を得ること
が出来る。
また、少なくともケイ素とフッ素を構成元素とするガ
スとして、上記例と同様に四フッ化ケイ素を用い、これ
を添加するガス系としてBr2／N2を用い、例えば、その
流量比をBr2／N2／SiF4＝10/10/10SCCMとし、圧力を10m
Torr、マイクロ波電力を850W、Vdcを−250Vと設定して
同様のエッチングを行った結果、上記例と同様の作用、
効果が得られることが確認された。
スとして、上記例と同様に四フッ化ケイ素を用い、これ
を添加するガス系としてBr2／N2を用い、例えば、その
流量比をBr2／N2／SiF4＝10/10/10SCCMとし、圧力を10m
Torr、マイクロ波電力を850W、Vdcを−250Vと設定して
同様のエッチングを行った結果、上記例と同様の作用、
効果が得られることが確認された。
なお、ケイ素とフッ素とを構成元素とするガスが添加
されるガス系としては、上記実施例と同様に適宜選択可
能である。
されるガス系としては、上記実施例と同様に適宜選択可
能である。
以上、実施例について説明したが、これに限らず各種
の設計が可能である。
の設計が可能である。
［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明に係るドライ
エッチング方法によれば、エッチング速度を効果的に向
上させ、且つ、ローティング効果を抑制出来る効果があ
る。
エッチング方法によれば、エッチング速度を効果的に向
上させ、且つ、ローティング効果を抑制出来る効果があ
る。
また、開口部がテーパ形状となったイオン散乱の影響
を受け易いマスク形状でのシリコントレンチエッチング
が、良好な形状でエッチレートの低下もなく、再現性良
く達成出来る効果がある。
を受け易いマスク形状でのシリコントレンチエッチング
が、良好な形状でエッチレートの低下もなく、再現性良
く達成出来る効果がある。
第１図Ａ〜第１図Ｃは第１請求項記載に係るドライエッ
チング方法の実施例の各工程を示す断面図、第２図Ａ及
び第２図Ｂは第２請求項記載に係るドライエッチング方
法の実施例の工程を示す断面図、第３図は従来例を示す
断面図である。 10…シリコン基板、11…SiO2膜、12…レジスト、13…TE
OS膜、14…トレンチ、15…側壁保護膜。
チング方法の実施例の各工程を示す断面図、第２図Ａ及
び第２図Ｂは第２請求項記載に係るドライエッチング方
法の実施例の工程を示す断面図、第３図は従来例を示す
断面図である。 10…シリコン基板、11…SiO2膜、12…レジスト、13…TE
OS膜、14…トレンチ、15…側壁保護膜。
Claims (2)
- 【請求項１】バイアス印加型のECRエッチングを行う単
結晶シリコンのドライエッチングにおいて、 エッチング反応による側壁保護膜を形成し得るガス系に
少なくとも三フッ化塩素を１〜90％添加したことを特徴
とするドライエッチング方法。 - 【請求項２】バイアス印加型のECRエッチングを行う単
結晶シリコンのドライエッチングにおいて、 エッチング反応による側壁保護膜を形成し得るガス系
に、少なくともケイ素（Si）とフッ素（Ｆ）とを構成元
素とするガスを添加したことを特徴とするドライエッチ
ング方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP19900307877 EP0414372A3 (en) | 1989-07-21 | 1990-07-19 | Dry etching methods |
| US07/555,032 US5078833A (en) | 1989-07-21 | 1990-07-20 | Dry etching method |
| KR1019900011021A KR0177927B1 (ko) | 1989-07-21 | 1990-07-20 | 드라이에칭방법 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1-189172 | 1989-07-21 | ||
| JP18917289 | 1989-07-21 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03129730A JPH03129730A (ja) | 1991-06-03 |
| JP2876649B2 true JP2876649B2 (ja) | 1999-03-31 |
Family
ID=16236686
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1253441A Expired - Fee Related JP2876649B2 (ja) | 1989-07-21 | 1989-09-28 | ドライエッチング方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2876649B2 (ja) |
| KR (1) | KR0177927B1 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2516099B2 (ja) * | 1990-11-16 | 1996-07-10 | 国際電気株式会社 | ドライエッチング方法 |
| DE19706682C2 (de) * | 1997-02-20 | 1999-01-14 | Bosch Gmbh Robert | Anisotropes fluorbasiertes Plasmaätzverfahren für Silizium |
-
1989
- 1989-09-28 JP JP1253441A patent/JP2876649B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1990
- 1990-07-20 KR KR1019900011021A patent/KR0177927B1/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR0177927B1 (ko) | 1999-04-15 |
| KR910003769A (ko) | 1991-02-28 |
| JPH03129730A (ja) | 1991-06-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |