JP3219149B2 - ボトル型ディープトレンチの製造方法 - Google Patents
ボトル型ディープトレンチの製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ボトル型ディープ
トレンチの製造方法に関するものである。
トレンチの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、コンデンサは、一対の電導面によ
って挟まれた誘電体層から成り、エレクトロニクスにお
ける最も基本的な構成部品である。そして、半導体製造
技術においては、緊密に充填（てん）された回路構成部
品の単位面積当たりの密度が大きくなる傾向にあるの
で、前記各回路構成部品が占める面積を小さくする技術
が必要とされている。そこで、ディープトレンチの技術
が開発され、構造の面で、基板の表面に対して直角の方
向に形成された大面積のディープトレンチコンデンサが
開発された。この場合、クラウン型の積層構造が、基板
の表面に対して平行に形成される。
って挟まれた誘電体層から成り、エレクトロニクスにお
ける最も基本的な構成部品である。そして、半導体製造
技術においては、緊密に充填（てん）された回路構成部
品の単位面積当たりの密度が大きくなる傾向にあるの
で、前記各回路構成部品が占める面積を小さくする技術
が必要とされている。そこで、ディープトレンチの技術
が開発され、構造の面で、基板の表面に対して直角の方
向に形成された大面積のディープトレンチコンデンサが
開発された。この場合、クラウン型の積層構造が、基板
の表面に対して平行に形成される。
【０００３】典型的なディープトレンチコンデンサは、
ディープトレンチの側壁に形成され、かつ、高度にドー
プされた埋込面（第一電導面を構成する）によって包囲
された誘電体層、及び前記ディープトレンチを満たし、
かつ、高度にドープされたポリフィル（第二電導面を構
成する）から成る。なお、ディープトレンチコンデンサ
の電気容量は、ディープトレンチの直径又は円周によっ
て決まるディープトレンチの全側壁面の面積により決定
される。
ディープトレンチの側壁に形成され、かつ、高度にドー
プされた埋込面（第一電導面を構成する）によって包囲
された誘電体層、及び前記ディープトレンチを満たし、
かつ、高度にドープされたポリフィル（第二電導面を構
成する）から成る。なお、ディープトレンチコンデンサ
の電気容量は、ディープトレンチの直径又は円周によっ
て決まるディープトレンチの全側壁面の面積により決定
される。
【０００４】図２は従来のディープトレンチの製造方法
を示す第１の図、図３は従来のディープトレンチの製造
方法を示す第２の図である。
を示す第１の図、図３は従来のディープトレンチの製造
方法を示す第２の図である。
【０００５】図２に示されるように、シリコンウエハか
ら成る半導体基板１０上にパッドスタック１５が形成さ
れる。該パッドスタック１５は、例えば、半導体基板１
０、該半導体基板１０上に形成された酸化層１１、該酸
化層１１上に蒸着された窒化ケイ素層１２、及び該窒化
ケイ素層１２上に蒸着された誘電体層１４（例えば、Ｂ
ＰＳＧ）を有する。なお、前記酸化層１１は、圧力を減
少させ、窒化ケイ素層１２が形成されるのを促進するた
めに、半導体基板１０と窒化ケイ素層１２との間に形成
される。前記酸化層１１、窒化ケイ素層１２及び誘電体
層１４は、ディープトレンチ２６を形成する際のハード
マスクになる。そして、マイクロ石版印刷の技術によっ
て、抵抗層１６が誘電体層１４の表面にパターンで形成
される。
ら成る半導体基板１０上にパッドスタック１５が形成さ
れる。該パッドスタック１５は、例えば、半導体基板１
０、該半導体基板１０上に形成された酸化層１１、該酸
化層１１上に蒸着された窒化ケイ素層１２、及び該窒化
ケイ素層１２上に蒸着された誘電体層１４（例えば、Ｂ
ＰＳＧ）を有する。なお、前記酸化層１１は、圧力を減
少させ、窒化ケイ素層１２が形成されるのを促進するた
めに、半導体基板１０と窒化ケイ素層１２との間に形成
される。前記酸化層１１、窒化ケイ素層１２及び誘電体
層１４は、ディープトレンチ２６を形成する際のハード
マスクになる。そして、マイクロ石版印刷の技術によっ
て、抵抗層１６が誘電体層１４の表面にパターンで形成
される。
【０００６】このようにしてレジストが形成されると、
反応イオンエッチング、プラズマエッチング等のエッチ
ング方法によって、レジストパターンがパッドスタック
１５に移入され、開口部２０が形成される。
反応イオンエッチング、プラズマエッチング等のエッチ
ング方法によって、レジストパターンがパッドスタック
１５に移入され、開口部２０が形成される。
【０００７】すなわち、ハードマスクが開かれ、半導体
装置に反応イオンエッチングが施されることによってト
レンチが形成される。前記反応イオンエッチングは複数
の工程から成り、各工程は異なるプロセスパラメータ
（変量）によって構成される。
装置に反応イオンエッチングが施されることによってト
レンチが形成される。前記反応イオンエッチングは複数
の工程から成り、各工程は異なるプロセスパラメータ
（変量）によって構成される。
【０００８】この場合、半導体基板１０の露出部分に
は、酸化物が大気に臨んで自然に形成されるので、初期
エッチング工程において、自然に形成されたすべての酸
化物を除去するために、初期エッチングの条件が適用さ
れ、例えば、次のようなプロセスパラメータが使用され
る。 （１）反応室の圧力が約２０〜５０〔ｍＴｏｒｒ〕であ
ること（特に、約２５〔ｍＴｏｒｒ〕が好ましい。） （２）無線周波数エネルギーが約５００〜９００〔Ｗ〕
であること（特に、約６００〔Ｗ〕が好ましい。） （３）磁束密度が約１０〜４０〔Ｇｓ〕であること（特
に、約１５〔Ｇｓ〕が好ましい。） （４）臭化水素（ＨＢｒ）及びフッ化窒素（ＮＦ3 ）の
流量がそれぞれ約２０〔ｓｃｃｍ〕及び約５〔ｓｃｃ
ｍ〕であること （５）エッチング時間が約２０〜４０〔秒〕であること
（特に、約２５〔秒〕が好ましい。） そして、前記酸化物が除去されると、第１エッチング工
程において、所定の圧力下で、フッ化窒素、臭化水素及
びヘリウム酸素（Ｈｅ−Ｏ2 ）を含有するプラズマガス
を所定の流量で流す。前記反応イオンエッチングにおい
ては、図２に示されるように、テーパ頂部２２を備えた
トレンチを形成することができるようにプロセスパラメ
ータが調整される。
は、酸化物が大気に臨んで自然に形成されるので、初期
エッチング工程において、自然に形成されたすべての酸
化物を除去するために、初期エッチングの条件が適用さ
れ、例えば、次のようなプロセスパラメータが使用され
る。 （１）反応室の圧力が約２０〜５０〔ｍＴｏｒｒ〕であ
ること（特に、約２５〔ｍＴｏｒｒ〕が好ましい。） （２）無線周波数エネルギーが約５００〜９００〔Ｗ〕
であること（特に、約６００〔Ｗ〕が好ましい。） （３）磁束密度が約１０〜４０〔Ｇｓ〕であること（特
に、約１５〔Ｇｓ〕が好ましい。） （４）臭化水素（ＨＢｒ）及びフッ化窒素（ＮＦ3 ）の
流量がそれぞれ約２０〔ｓｃｃｍ〕及び約５〔ｓｃｃ
ｍ〕であること （５）エッチング時間が約２０〜４０〔秒〕であること
（特に、約２５〔秒〕が好ましい。） そして、前記酸化物が除去されると、第１エッチング工
程において、所定の圧力下で、フッ化窒素、臭化水素及
びヘリウム酸素（Ｈｅ−Ｏ2 ）を含有するプラズマガス
を所定の流量で流す。前記反応イオンエッチングにおい
ては、図２に示されるように、テーパ頂部２２を備えた
トレンチを形成することができるようにプロセスパラメ
ータが調整される。
【０００９】前記第１エッチング工程において、プロセ
スパラメータは次のように設定される。 （１）反応室の圧力が約８０〜１１０〔ｍＴｏｒｒ〕で
あること（特に、約１００〔ｍＴｏｒｒ〕が好まし
い。） （２）無線周波数エネルギーが約７００〜９００〔Ｗ〕
であること（特に、約８００〔Ｗ〕が好ましい。） （３）磁束密度が約８０〜１１０〔Ｇｓ〕であること
（特に、約１００〔Ｇｓ〕が好ましい。） （４）フッ化窒素、臭化水素及びヘリウム酸素の流量比
が約８７：１３：３５であること （５）ヘリウム酸素の混合比（Ｈｅ：Ｏ2 ）が７０：３
０であること （６）エッチング時間が約９０〜１１０〔秒〕であるこ
と（特に、約９５〔秒〕が好ましい。） なお、第１エッチング工程において形成されるトレンチ
の深さは約１．２〔μｍ〕である。
スパラメータは次のように設定される。 （１）反応室の圧力が約８０〜１１０〔ｍＴｏｒｒ〕で
あること（特に、約１００〔ｍＴｏｒｒ〕が好まし
い。） （２）無線周波数エネルギーが約７００〜９００〔Ｗ〕
であること（特に、約８００〔Ｗ〕が好ましい。） （３）磁束密度が約８０〜１１０〔Ｇｓ〕であること
（特に、約１００〔Ｇｓ〕が好ましい。） （４）フッ化窒素、臭化水素及びヘリウム酸素の流量比
が約８７：１３：３５であること （５）ヘリウム酸素の混合比（Ｈｅ：Ｏ2 ）が７０：３
０であること （６）エッチング時間が約９０〜１１０〔秒〕であるこ
と（特に、約９５〔秒〕が好ましい。） なお、第１エッチング工程において形成されるトレンチ
の深さは約１．２〔μｍ〕である。
【００１０】このようにしてテーパ頂部２２を備えたト
レンチが形成されると、第２エッチング工程において、
反応イオンエッチングの条件を、図３に示されるような
垂直トレンチプロフィルを得るために変更する。
レンチが形成されると、第２エッチング工程において、
反応イオンエッチングの条件を、図３に示されるような
垂直トレンチプロフィルを得るために変更する。
【００１１】前記第２エッチング工程において、プロセ
スパラメータは次のように設定される。 （１）反応室の圧力が約１１０〜１３０〔ｍＴｏｒｒ〕
であること（特に、約１２５〔ｍＴｏｒｒ〕が好まし
い。） （２）無線周波数エネルギーが約６００〜１０００
〔Ｗ〕であること（特に、約１０００〔Ｗ〕が好まし
い。） （３）磁束密度が約４０〜６０〔Ｇｓ〕であること（特
に、約５０〔Ｇｓ〕が好ましい。） （４）フッ化窒素、臭化水素及びヘリウム酸素の流量比
が約８７：１３：３５〔ｓｃｃｍ〕であること（第１エ
ッチング工程におけるガス流量を維持） （５）エッチング時間が約４５０〜５００〔秒〕である
こと（特に、約４８５〔秒〕が好ましい。） なお、第２エッチング工程において形成されるディープ
トレンチ２６の深さは約６．３〔μｍ〕である。
スパラメータは次のように設定される。 （１）反応室の圧力が約１１０〜１３０〔ｍＴｏｒｒ〕
であること（特に、約１２５〔ｍＴｏｒｒ〕が好まし
い。） （２）無線周波数エネルギーが約６００〜１０００
〔Ｗ〕であること（特に、約１０００〔Ｗ〕が好まし
い。） （３）磁束密度が約４０〜６０〔Ｇｓ〕であること（特
に、約５０〔Ｇｓ〕が好ましい。） （４）フッ化窒素、臭化水素及びヘリウム酸素の流量比
が約８７：１３：３５〔ｓｃｃｍ〕であること（第１エ
ッチング工程におけるガス流量を維持） （５）エッチング時間が約４５０〜５００〔秒〕である
こと（特に、約４８５〔秒〕が好ましい。） なお、第２エッチング工程において形成されるディープ
トレンチ２６の深さは約６．３〔μｍ〕である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のディープトレンチ２６の製造方法においては、ディ
ープトレンチ２６がテーパ状の断面積を有するので、全
側壁面の面積がその分小さくなり、ディープトレンチコ
ンデンサの電気容量がその分小さくなってしまう。
来のディープトレンチ２６の製造方法においては、ディ
ープトレンチ２６がテーパ状の断面積を有するので、全
側壁面の面積がその分小さくなり、ディープトレンチコ
ンデンサの電気容量がその分小さくなってしまう。
【００１３】すなわち、半導体製造技術は、ディープサ
ブミクロンに移行しているので、ディープトレンチコン
デンサを製造するためには、現在の技術では不十分であ
るとの認識が高い。そして、前記ディープトレンチ２６
はディープサブミクロンの半導体装置に適用されるの
で、ディープトレンチ２６の長さ及び直径のアスペクト
比は３５：１、又はそれ以上になる。
ブミクロンに移行しているので、ディープトレンチコン
デンサを製造するためには、現在の技術では不十分であ
るとの認識が高い。そして、前記ディープトレンチ２６
はディープサブミクロンの半導体装置に適用されるの
で、ディープトレンチ２６の長さ及び直径のアスペクト
比は３５：１、又はそれ以上になる。
【００１４】ところが、現在の技術では、ディープトレ
ンチの直径、幅又は円周は、ディープトレンチが深くな
るに従って小さくなる。その結果、前述されたように、
ディープトレンチ２６はテーパ状の断面積を有すること
になるので、全側壁面の面積がその分小さくなり、ディ
ープトレンチコンデンサの電気容量がその分小さくなっ
てしまう。
ンチの直径、幅又は円周は、ディープトレンチが深くな
るに従って小さくなる。その結果、前述されたように、
ディープトレンチ２６はテーパ状の断面積を有すること
になるので、全側壁面の面積がその分小さくなり、ディ
ープトレンチコンデンサの電気容量がその分小さくなっ
てしまう。
【００１５】半導体製造技術は、約０．１５〔μｍ〕、
又は約０．１５〔μｍ〕より小さいディープサブミクロ
ンの限界寸法を備えた次世代のＵＬＳＩ製造に移行して
いるので、ディープトレンチの問題は一層発生すると予
想される。
又は約０．１５〔μｍ〕より小さいディープサブミクロ
ンの限界寸法を備えた次世代のＵＬＳＩ製造に移行して
いるので、ディープトレンチの問題は一層発生すると予
想される。
【００１６】そこで、ディープトレンチの直径を大きく
する技術が提供されている。
する技術が提供されている。
【００１７】「０．２２８〔μｍ〕Ｔｒｅｎｃｈ Ｃｅ
ｌｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｗｉｔｈ Ｂｏｔｔｌ
ｅ Ｓｈａｐｅｄ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ ｆｏｒ １Ｇ
ｂｉｔ ＤＲＡＭｓ，ｂｙ Ｔ．Ｏｚａｋｉ，ｅｔ ａ
ｌ，ＩＥＤＭ，９５，ｐｐ６６１−６６４，１９９５」
には、ディープトレンチの直径を大きくする方法が開示
されている。該方法は、（１）従来のＤＴシリコン反応
イオンエッチングによってトレンチを形成する工程、
（２）選択的酸化によってトレンチの上部にカラー酸化
物を形成する工程、（３）リンドープされたポリシリコ
ンをトレンチに蒸着する工程、（４）リンをなましてト
レンチの底部の側壁面にドープする工程、及び（５）化
学ドライエッチングによってポリシリコンを除去し、ト
レンチの底部の直径を大きくする工程によって構成され
る。
ｌｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｗｉｔｈ Ｂｏｔｔｌ
ｅ Ｓｈａｐｅｄ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ ｆｏｒ １Ｇ
ｂｉｔ ＤＲＡＭｓ，ｂｙ Ｔ．Ｏｚａｋｉ，ｅｔ ａ
ｌ，ＩＥＤＭ，９５，ｐｐ６６１−６６４，１９９５」
には、ディープトレンチの直径を大きくする方法が開示
されている。該方法は、（１）従来のＤＴシリコン反応
イオンエッチングによってトレンチを形成する工程、
（２）選択的酸化によってトレンチの上部にカラー酸化
物を形成する工程、（３）リンドープされたポリシリコ
ンをトレンチに蒸着する工程、（４）リンをなましてト
レンチの底部の側壁面にドープする工程、及び（５）化
学ドライエッチングによってポリシリコンを除去し、ト
レンチの底部の直径を大きくする工程によって構成され
る。
【００１８】このようにして、ディープトレンチの直径
を約３０〔％〕大きくすることができる。
を約３０〔％〕大きくすることができる。
【００１９】ところが、前記技術においては、ディープ
トレンチの直径の大きさが、リンドープされたポリシリ
コン及びシリコンのディファレンシャルエッチング比に
よって決まる。そして、リンドープされたポリシリコン
は、ドープされていないシリコンに対して二つの要因に
よってエッチング比だけが改善される。
トレンチの直径の大きさが、リンドープされたポリシリ
コン及びシリコンのディファレンシャルエッチング比に
よって決まる。そして、リンドープされたポリシリコン
は、ドープされていないシリコンに対して二つの要因に
よってエッチング比だけが改善される。
【００２０】さらに、リンをなます工程において、リン
イオンがシリコンに対して横方向に拡散するので、エッ
チングの選択性が低下し、鋭い境界線を形成するのが困
難になってしまう。その結果、前記「Ｏｚａｋｉ ｅｔ
ａｌ」による工程において、エッチングの加工精度を
高くすることができない。
イオンがシリコンに対して横方向に拡散するので、エッ
チングの選択性が低下し、鋭い境界線を形成するのが困
難になってしまう。その結果、前記「Ｏｚａｋｉ ｅｔ
ａｌ」による工程において、エッチングの加工精度を
高くすることができない。
【００２１】本発明は、前記従来のディープトレンチの
製造方法の問題点を解決して、ディープトレンチの全側
壁面の面積を大きくすることができるボトル型ディープ
トレンチの製造方法を提供することを目的とする。
製造方法の問題点を解決して、ディープトレンチの全側
壁面の面積を大きくすることができるボトル型ディープ
トレンチの製造方法を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】そのために、本発明のボ
トル型ディープトレンチの製造方法においては、所定の
圧力下で、フッ化窒素、臭化水素及びヘリウム酸素を含
有するプラズマガスを所定の流量で流し、基板にトレン
チのテーパ頂部を形成する第１エッチング工程と、前記
臭化水素及びフッ化窒素の各流量を増加させ、臭化水素
及びヘリウム酸素の流量比を４：１以上に調整すること
によって、前記トレンチにボトル型の底部を形成する第
２エッチング工程と、前記臭化水素の流量を増加させ、
前記圧力を低下させることによって、前記基板に対して
垂直の方向に垂直エッチングを行い、前記トレンチのボ
トル型のプロフィルを維持する第３エッチング工程とを
有する。
トル型ディープトレンチの製造方法においては、所定の
圧力下で、フッ化窒素、臭化水素及びヘリウム酸素を含
有するプラズマガスを所定の流量で流し、基板にトレン
チのテーパ頂部を形成する第１エッチング工程と、前記
臭化水素及びフッ化窒素の各流量を増加させ、臭化水素
及びヘリウム酸素の流量比を４：１以上に調整すること
によって、前記トレンチにボトル型の底部を形成する第
２エッチング工程と、前記臭化水素の流量を増加させ、
前記圧力を低下させることによって、前記基板に対して
垂直の方向に垂直エッチングを行い、前記トレンチのボ
トル型のプロフィルを維持する第３エッチング工程とを
有する。
【００２３】本発明の他のボトル型ディープトレンチの
製造方法においては、さらに、前記第１エッチング工程
において、前記圧力は約８０〜１１０〔ｍＴｏｒｒ〕で
ある。
製造方法においては、さらに、前記第１エッチング工程
において、前記圧力は約８０〜１１０〔ｍＴｏｒｒ〕で
ある。
【００２４】本発明の更に他のボトル型ディープトレン
チの製造方法においては、さらに、前記第１エッチング
工程において、前記臭化水素、フッ化窒素及びヘリウム
酸素の流量比は約８７：１３：３５である。
チの製造方法においては、さらに、前記第１エッチング
工程において、前記臭化水素、フッ化窒素及びヘリウム
酸素の流量比は約８７：１３：３５である。
【００２５】本発明の更に他のボトル型ディープトレン
チの製造方法においては、さらに、前記第２エッチング
工程において、前記臭化水素、フッ化窒素及びヘリウム
酸素の流量比は約２００：２０：２０である。
チの製造方法においては、さらに、前記第２エッチング
工程において、前記臭化水素、フッ化窒素及びヘリウム
酸素の流量比は約２００：２０：２０である。
【００２６】本発明の更に他のボトル型ディープトレン
チの製造方法においては、さらに、前記第３エッチング
工程において、前記圧力は約２０〜５０〔ｍＴｏｒｒ〕
にされる。
チの製造方法においては、さらに、前記第３エッチング
工程において、前記圧力は約２０〜５０〔ｍＴｏｒｒ〕
にされる。
【００２７】本発明の更に他のボトル型ディープトレン
チの製造方法においては、さらに、前記第３エッチング
工程において、前記臭化水素、フッ化窒素及びヘリウム
酸素の流量比は約１５０：１３：２０である。
チの製造方法においては、さらに、前記第３エッチング
工程において、前記臭化水素、フッ化窒素及びヘリウム
酸素の流量比は約１５０：１３：２０である。
【００２８】本発明の更に他のボトル型ディープトレン
チの製造方法においては、約８０〜１１０〔ｍＴｏｒ
ｒ〕の圧力下で、フッ化窒素、臭化水素及びヘリウム酸
素を含有するプラズマガスを所定の流量で流し、基板に
トレンチのテーパ頂部を形成する第１エッチング工程
と、前記臭化水素及びフッ化窒素の各流量を増加させ、
臭化水素及びヘリウム酸素の流量比を４：１以上に調整
することによって、前記トレンチにボトル型の底部を形
成する第２エッチング工程と、前記臭化水素の流量を増
加させ、前記圧力を約２０〜５０〔ｍＴｏｒｒ〕に低下
させることによって、前記基板に対して垂直の方向に垂
直エッチングを行い、前記トレンチのボトル型のプロフ
ィルを維持する第３エッチング工程とを有する。
チの製造方法においては、約８０〜１１０〔ｍＴｏｒ
ｒ〕の圧力下で、フッ化窒素、臭化水素及びヘリウム酸
素を含有するプラズマガスを所定の流量で流し、基板に
トレンチのテーパ頂部を形成する第１エッチング工程
と、前記臭化水素及びフッ化窒素の各流量を増加させ、
臭化水素及びヘリウム酸素の流量比を４：１以上に調整
することによって、前記トレンチにボトル型の底部を形
成する第２エッチング工程と、前記臭化水素の流量を増
加させ、前記圧力を約２０〜５０〔ｍＴｏｒｒ〕に低下
させることによって、前記基板に対して垂直の方向に垂
直エッチングを行い、前記トレンチのボトル型のプロフ
ィルを維持する第３エッチング工程とを有する。
【００２９】本発明の更に他のボトル型ディープトレン
チの製造方法においては、さらに、前記第１エッチング
工程において、前記圧力は約１００〔ｍＴｏｒｒ〕であ
る。
チの製造方法においては、さらに、前記第１エッチング
工程において、前記圧力は約１００〔ｍＴｏｒｒ〕であ
る。
【００３０】本発明の更に他のボトル型ディープトレン
チの製造方法においては、さらに、前記第１エッチング
工程において、前記臭化水素、フッ化窒素及びヘリウム
酸素の流量比は約８７：１３：３５である。
チの製造方法においては、さらに、前記第１エッチング
工程において、前記臭化水素、フッ化窒素及びヘリウム
酸素の流量比は約８７：１３：３５である。
【００３１】本発明の更に他のボトル型ディープトレン
チの製造方法においては、さらに、前記第２エッチング
工程において、前記臭化水素、フッ化窒素及びヘリウム
酸素の流量比は約２００：２０：２０である。
チの製造方法においては、さらに、前記第２エッチング
工程において、前記臭化水素、フッ化窒素及びヘリウム
酸素の流量比は約２００：２０：２０である。
【００３２】本発明の更に他のボトル型ディープトレン
チの製造方法においては、さらに、前記第３エッチング
工程において、前記圧力は約３０〔ｍＴｏｒｒ〕にされ
る。
チの製造方法においては、さらに、前記第３エッチング
工程において、前記圧力は約３０〔ｍＴｏｒｒ〕にされ
る。
【００３３】本発明の更に他のボトル型ディープトレン
チの製造方法においては、さらに、前記第３エッチング
工程において、前記臭化水素、フッ化窒素及びヘリウム
酸素の流量比は約１５０：１３：２０である。
チの製造方法においては、さらに、前記第３エッチング
工程において、前記臭化水素、フッ化窒素及びヘリウム
酸素の流量比は約１５０：１３：２０である。
【００３４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら詳細に説明する。
て図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３５】図１は本発明の実施の形態におけるボトル
型ディープトレンチの製造方法を示す第１の図、図４は
本発明の実施の形態におけるボトル型ディープトレンチ
の製造方法を示す第２の図、図５は本発明の実施の形態
におけるボトル型ディープトレンチの製造方法を示す第
３の図、図６は本発明の実施の形態におけるボトル型デ
ィープトレンチの製造方法を示す第４の図、図７は本発
明の実施の形態におけるボトル型ディープトレンチの製
造方法を示す第５の図である。
型ディープトレンチの製造方法を示す第１の図、図４は
本発明の実施の形態におけるボトル型ディープトレンチ
の製造方法を示す第２の図、図５は本発明の実施の形態
におけるボトル型ディープトレンチの製造方法を示す第
３の図、図６は本発明の実施の形態におけるボトル型デ
ィープトレンチの製造方法を示す第４の図、図７は本発
明の実施の形態におけるボトル型ディープトレンチの製
造方法を示す第５の図である。
【００３６】まず、図４に示されるように、基板、例え
ば、シリコンウエハから成る半導体基板１００上にパッ
ドスタック１５０が形成される。該パッドスタック１５
０は、例えば、酸化層１１０、該酸化層１１０上に蒸着
された窒化ケイ素層１２０、及び該窒化ケイ素層１２０
上に蒸着された誘電体層１４０（例えば、ＢＰＳＧ）を
有する。なお、前記酸化層１１０は、圧力を減少させ、
窒化ケイ素層１２０が形成されるのを促進するために、
半導体基板１００と窒化ケイ素層１２０との間に形成さ
れる。前記酸化層１１０、窒化ケイ素層１２０及び誘電
体層１４０は、ディープトレンチを形成する際のハード
マスクになる。そして、マイクロ石版印刷の技術によっ
て、抵抗層１６０が誘電体層１４０の表面にパターンで
形成される。なお、パターンを形成する場合、通常、少
なくとも半導体装置の部分をレジスト材料でコーティン
グし、続いて、所定のパターンを露出させる。
ば、シリコンウエハから成る半導体基板１００上にパッ
ドスタック１５０が形成される。該パッドスタック１５
０は、例えば、酸化層１１０、該酸化層１１０上に蒸着
された窒化ケイ素層１２０、及び該窒化ケイ素層１２０
上に蒸着された誘電体層１４０（例えば、ＢＰＳＧ）を
有する。なお、前記酸化層１１０は、圧力を減少させ、
窒化ケイ素層１２０が形成されるのを促進するために、
半導体基板１００と窒化ケイ素層１２０との間に形成さ
れる。前記酸化層１１０、窒化ケイ素層１２０及び誘電
体層１４０は、ディープトレンチを形成する際のハード
マスクになる。そして、マイクロ石版印刷の技術によっ
て、抵抗層１６０が誘電体層１４０の表面にパターンで
形成される。なお、パターンを形成する場合、通常、少
なくとも半導体装置の部分をレジスト材料でコーティン
グし、続いて、所定のパターンを露出させる。
【００３７】このようにしてレジストが形成されると、
反応イオンエッチング、プラズマエッチング等のエッチ
ング方法によって、レジストパターンがパッドスタック
１５０に移入され、図５に示されるように開口部２００
が形成される。
反応イオンエッチング、プラズマエッチング等のエッチ
ング方法によって、レジストパターンがパッドスタック
１５０に移入され、図５に示されるように開口部２００
が形成される。
【００３８】すなわち、ハードマスクが開かれ、半導体
基板１００が露出させられ、半導体装置に反応イオンエ
ッチングが施されることによってトレンチが形成され
る。なお、反応イオンエッチングは、半導体装置にボト
ル型ディープトレンチを形成する場合に使用されるが、
そのほかに、異方性エッチングの技術を使用することも
できる。前記反応イオンエッチングは複数の工程から成
り、各工程は異なるプロセスパラメータ（変量）によっ
て構成される。
基板１００が露出させられ、半導体装置に反応イオンエ
ッチングが施されることによってトレンチが形成され
る。なお、反応イオンエッチングは、半導体装置にボト
ル型ディープトレンチを形成する場合に使用されるが、
そのほかに、異方性エッチングの技術を使用することも
できる。前記反応イオンエッチングは複数の工程から成
り、各工程は異なるプロセスパラメータ（変量）によっ
て構成される。
【００３９】この場合、ハードマスクが開かれた後の、
半導体基板１００の露出部分には、酸化物が大気に臨ん
で自然に形成されるので、初期エッチング工程におい
て、自然に形成されたすべての酸化物を除去するため
に、初期エッチングの条件が適用され、例えば、次のよ
うなプロセスパラメータが使用される。 （１）反応室の圧力が約２０〜５０〔ｍＴｏｒｒ〕であ
ること（特に、約２５〔ｍＴｏｒｒ〕が好ましい。） （２）無線周波数エネルギーが約５００〜９００〔Ｗ〕
であること（特に、約６００〔Ｗ〕が好ましい。） （３）磁束密度が約１０〜４０〔Ｇｓ〕であること（特
に、約１５〔Ｇｓ〕が好ましい。） （４）臭化水素及びフッ化窒素の流量がそれぞれ約２０
〔ｓｃｃｍ〕及び約５〔ｓｃｃｍ〕であること （５）エッチング時間が約２０〜４０〔秒〕であること
（特に、約２５〔秒〕が好ましい。） そして、前記酸化物が除去されると、第１エッチング工
程において、所定の圧力下で、フッ化窒素、臭化水素及
びヘリウム酸素を含有するプラズマガスを所定の流量で
流す。前記反応イオンエッチングにおいては、図６に示
されるように、テーパ頂部２２０を備えたトレンチ、例
えば、ボトル型ディープトレンチの頸（けい）部を形成
することができるようにプロセスパラメータが調整され
る。
半導体基板１００の露出部分には、酸化物が大気に臨ん
で自然に形成されるので、初期エッチング工程におい
て、自然に形成されたすべての酸化物を除去するため
に、初期エッチングの条件が適用され、例えば、次のよ
うなプロセスパラメータが使用される。 （１）反応室の圧力が約２０〜５０〔ｍＴｏｒｒ〕であ
ること（特に、約２５〔ｍＴｏｒｒ〕が好ましい。） （２）無線周波数エネルギーが約５００〜９００〔Ｗ〕
であること（特に、約６００〔Ｗ〕が好ましい。） （３）磁束密度が約１０〜４０〔Ｇｓ〕であること（特
に、約１５〔Ｇｓ〕が好ましい。） （４）臭化水素及びフッ化窒素の流量がそれぞれ約２０
〔ｓｃｃｍ〕及び約５〔ｓｃｃｍ〕であること （５）エッチング時間が約２０〜４０〔秒〕であること
（特に、約２５〔秒〕が好ましい。） そして、前記酸化物が除去されると、第１エッチング工
程において、所定の圧力下で、フッ化窒素、臭化水素及
びヘリウム酸素を含有するプラズマガスを所定の流量で
流す。前記反応イオンエッチングにおいては、図６に示
されるように、テーパ頂部２２０を備えたトレンチ、例
えば、ボトル型ディープトレンチの頸（けい）部を形成
することができるようにプロセスパラメータが調整され
る。
【００４０】前記第１エッチング工程において、プロセ
スパラメータは次のように設定される。 （１）反応室の圧力が約８０〜１１０〔ｍＴｏｒｒ〕で
あること（特に、約１００〔ｍＴｏｒｒ〕が好まし
い。） （２）無線周波数エネルギーが約７００〜９００〔Ｗ〕
であること（特に、約８００〔Ｗ〕が好ましい。） （３）磁束密度が約８０〜１１０〔Ｇｓ〕であること
（特に、約１００〔Ｇｓ〕が好ましい。） （４）フッ化窒素、臭化水素及びヘリウム酸素の流量比
が約８７：１３：３５であること （５）ヘリウム酸素の混合比（Ｈｅ：Ｏ2 ）が７０：３
０であること （６）エッチング時間が約９０〜１１０〔秒〕であるこ
と（特に、約９５〔秒〕が好ましい。） なお、第１エッチング工程において形成されるトレンチ
の深さは約１．２〔μｍ〕である。
スパラメータは次のように設定される。 （１）反応室の圧力が約８０〜１１０〔ｍＴｏｒｒ〕で
あること（特に、約１００〔ｍＴｏｒｒ〕が好まし
い。） （２）無線周波数エネルギーが約７００〜９００〔Ｗ〕
であること（特に、約８００〔Ｗ〕が好ましい。） （３）磁束密度が約８０〜１１０〔Ｇｓ〕であること
（特に、約１００〔Ｇｓ〕が好ましい。） （４）フッ化窒素、臭化水素及びヘリウム酸素の流量比
が約８７：１３：３５であること （５）ヘリウム酸素の混合比（Ｈｅ：Ｏ2 ）が７０：３
０であること （６）エッチング時間が約９０〜１１０〔秒〕であるこ
と（特に、約９５〔秒〕が好ましい。） なお、第１エッチング工程において形成されるトレンチ
の深さは約１．２〔μｍ〕である。
【００４１】このようにしてテーパ頂部２２０を備えた
トレンチが形成されると、第２エッチング工程におい
て、図７に示されるようなくぼみ型又はボトル型のプロ
フィル２４０を得るために、反応イオンエッチングの条
件を変更する。
トレンチが形成されると、第２エッチング工程におい
て、図７に示されるようなくぼみ型又はボトル型のプロ
フィル２４０を得るために、反応イオンエッチングの条
件を変更する。
【００４２】この場合、反応イオンエッチングの条件は
次のように変更される。 （１）トレンチの側壁にパッシベーション・フィルムが
形成されるのを抑制するためにフッ化窒素の流量を増加
させること （２）臭化水素の流量を増加させること （３）臭化水素及びヘリウム酸素の流量比を約４：１以
上（特に、約５：１以上が好ましい。）に調節すること 前記第２エッチング工程において、プロセスパラメータ
は次のように設定される。 （１）反応室の圧力が約１１０〜１３０〔ｍＴｏｒｒ〕
であること（特に、約１２５〔ｍＴｏｒｒ〕が好まし
い。） （２）無線周波数エネルギーが約６００〜１０００
〔Ｗ〕であること（特に、約１０００〔Ｗ〕が好まし
い。） （３）磁束密度が約５５〜７５〔Ｇｓ〕であること（特
に、約６５〔Ｇｓ〕が好ましい。） （４）フッ化窒素、臭化水素及びヘリウム酸素の流量比
が約２００：２０：２０〔ｓｃｃｍ〕であること （５）エッチング時間が約１８０〜２２０〔秒〕である
こと（特に、約２００〔秒〕が好ましい。） このようにして、トレンチ２４１の底部にくぼみ型又は
ボトル型のプロフィル２４０が得られると、第３エッチ
ング工程において、反応イオンエッチングの条件は、図
１に示されるように、トレンチ２６１の底部にボトル型
のプロフィル２６０を得るために更に変更される。この
場合、側面エッチングだけでなく、半導体基板１００に
対して垂直な方向の垂直エッチングが行われる。
次のように変更される。 （１）トレンチの側壁にパッシベーション・フィルムが
形成されるのを抑制するためにフッ化窒素の流量を増加
させること （２）臭化水素の流量を増加させること （３）臭化水素及びヘリウム酸素の流量比を約４：１以
上（特に、約５：１以上が好ましい。）に調節すること 前記第２エッチング工程において、プロセスパラメータ
は次のように設定される。 （１）反応室の圧力が約１１０〜１３０〔ｍＴｏｒｒ〕
であること（特に、約１２５〔ｍＴｏｒｒ〕が好まし
い。） （２）無線周波数エネルギーが約６００〜１０００
〔Ｗ〕であること（特に、約１０００〔Ｗ〕が好まし
い。） （３）磁束密度が約５５〜７５〔Ｇｓ〕であること（特
に、約６５〔Ｇｓ〕が好ましい。） （４）フッ化窒素、臭化水素及びヘリウム酸素の流量比
が約２００：２０：２０〔ｓｃｃｍ〕であること （５）エッチング時間が約１８０〜２２０〔秒〕である
こと（特に、約２００〔秒〕が好ましい。） このようにして、トレンチ２４１の底部にくぼみ型又は
ボトル型のプロフィル２４０が得られると、第３エッチ
ング工程において、反応イオンエッチングの条件は、図
１に示されるように、トレンチ２６１の底部にボトル型
のプロフィル２６０を得るために更に変更される。この
場合、側面エッチングだけでなく、半導体基板１００に
対して垂直な方向の垂直エッチングが行われる。
【００４３】前記第３エッチング工程において、垂直エ
ッチングは反応室の圧力を低くすることによって促進さ
れ、側面エッチングは臭化水素の流量だけを増加させる
ことによって促進される。
ッチングは反応室の圧力を低くすることによって促進さ
れ、側面エッチングは臭化水素の流量だけを増加させる
ことによって促進される。
【００４４】前記第３エッチング工程において、プロセ
スパラメータは次のように設定される。 （１）反応室の圧力が約２０〜５０〔ｍＴｏｒｒ〕であ
ること（特に、約３０〔ｍＴｏｒｒ〕が好ましい。） （２）無線周波数エネルギーが約６００〜１０００
〔Ｗ〕であること（特に、約１０００〔Ｗ〕が好まし
い。） （３）磁束密度が約５５〜７５〔Ｇｓ〕であること（特
に、約６５〔Ｇｓ〕が好ましい。） （４）フッ化窒素、臭化水素及びヘリウム酸素の流量比
が約１５０：１３：２０〔ｓｃｃｍ〕であること （５）エッチング時間が約２７０〜３２０〔秒〕である
こと（特に、約３００〔秒〕が好ましい。） このように、第２エッチング工程において、トレンチ２
４１の底部にくぼみ型又はボトル型のプロフィル２４０
が得られた後、第３エッチング工程において、トレンチ
２６１の底部にボトル型のプロフィル２６０が得られ、
前記トレンチ２６１がディープトレンチとなるので、デ
ィープトレンチの幅及び深さが大きくなり、全側壁面の
面積を約５０〔％〕以上大きくすることができる。その
結果、ディープトレンチコンデンサの電気容量を、約
０．１５〔μｍ〕のディープサブミクロンの技術によっ
て形成したものより大きくすることができる。
スパラメータは次のように設定される。 （１）反応室の圧力が約２０〜５０〔ｍＴｏｒｒ〕であ
ること（特に、約３０〔ｍＴｏｒｒ〕が好ましい。） （２）無線周波数エネルギーが約６００〜１０００
〔Ｗ〕であること（特に、約１０００〔Ｗ〕が好まし
い。） （３）磁束密度が約５５〜７５〔Ｇｓ〕であること（特
に、約６５〔Ｇｓ〕が好ましい。） （４）フッ化窒素、臭化水素及びヘリウム酸素の流量比
が約１５０：１３：２０〔ｓｃｃｍ〕であること （５）エッチング時間が約２７０〜３２０〔秒〕である
こと（特に、約３００〔秒〕が好ましい。） このように、第２エッチング工程において、トレンチ２
４１の底部にくぼみ型又はボトル型のプロフィル２４０
が得られた後、第３エッチング工程において、トレンチ
２６１の底部にボトル型のプロフィル２６０が得られ、
前記トレンチ２６１がディープトレンチとなるので、デ
ィープトレンチの幅及び深さが大きくなり、全側壁面の
面積を約５０〔％〕以上大きくすることができる。その
結果、ディープトレンチコンデンサの電気容量を、約
０．１５〔μｍ〕のディープサブミクロンの技術によっ
て形成したものより大きくすることができる。
【００４５】なお、本発明は前記実施の形態に限定され
るものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させ
ることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除す
るものではない。
るものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させ
ることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除す
るものではない。
【００４６】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、ボトル型ディープトレンチの製造方法において
は、所定の圧力下で、フッ化窒素、臭化水素及びヘリウ
ム酸素を含有するプラズマガスを所定の流量で流し、基
板にトレンチのテーパ頂部を形成する第１エッチング工
程と、前記臭化水素及びフッ化窒素の各流量を増加さ
せ、臭化水素及びヘリウム酸素の流量比を４：１以上に
調整することによって、前記トレンチにボトル型の底部
を形成する第２エッチング工程と、前記臭化水素の流量
を増加させ、前記圧力を低下させることによって、前記
基板に対して垂直の方向に垂直エッチングを行い、前記
トレンチのボトル型のプロフィルを維持する第３エッチ
ング工程とを有する。
れば、ボトル型ディープトレンチの製造方法において
は、所定の圧力下で、フッ化窒素、臭化水素及びヘリウ
ム酸素を含有するプラズマガスを所定の流量で流し、基
板にトレンチのテーパ頂部を形成する第１エッチング工
程と、前記臭化水素及びフッ化窒素の各流量を増加さ
せ、臭化水素及びヘリウム酸素の流量比を４：１以上に
調整することによって、前記トレンチにボトル型の底部
を形成する第２エッチング工程と、前記臭化水素の流量
を増加させ、前記圧力を低下させることによって、前記
基板に対して垂直の方向に垂直エッチングを行い、前記
トレンチのボトル型のプロフィルを維持する第３エッチ
ング工程とを有する。
【００４７】この場合、第２エッチング工程において、
トレンチの底部にくぼみ型又はボトル型のプロフィルが
得られた後、第３エッチング工程において、トレンチの
底部にボトル型のプロフィルが得られるので、ディープ
トレンチの幅及び深さが大きくなり、全側壁面の面積を
大きくすることができる。
トレンチの底部にくぼみ型又はボトル型のプロフィルが
得られた後、第３エッチング工程において、トレンチの
底部にボトル型のプロフィルが得られるので、ディープ
トレンチの幅及び深さが大きくなり、全側壁面の面積を
大きくすることができる。
【００４８】したがって、ディープトレンチコンデンサ
の電気容量を大きくすることができる。
の電気容量を大きくすることができる。
【図１】本発明の実施の形態におけるボトル型ディープ
トレンチの製造方法を示す第１の図である。
トレンチの製造方法を示す第１の図である。
【図２】従来のディープトレンチの製造方法を示す第１
の図である。
の図である。
【図３】従来のディープトレンチの製造方法を示す第２
の図である。
の図である。
【図４】本発明の実施の形態におけるボトル型ディープ
トレンチの製造方法を示す第２の図である。
トレンチの製造方法を示す第２の図である。
【図５】本発明の実施の形態におけるボトル型ディープ
トレンチの製造方法を示す第３の図である。
トレンチの製造方法を示す第３の図である。
【図６】本発明の実施の形態におけるボトル型ディープ
トレンチの製造方法を示す第４の図である。
トレンチの製造方法を示す第４の図である。
【図７】本発明の実施の形態におけるボトル型ディープ
トレンチの製造方法を示す第５の図である。
トレンチの製造方法を示す第５の図である。
１００ 半導体基板 ２２０ テーパ頂部 ２４０、２６０ プロフィル ２４１、２６１ トレンチ
フロントページの続き (73)特許権者 599002401 ジーメンス・アー・ゲー ドイツ連邦共和国、Ｄ−80333、ミュン ヘン、ヴィッテルスバッハープラッツ ２ (72)発明者 林 明弘 台湾高雄縣湖内郷民権路164号 (72)発明者 蔡 念諭 台湾台北市仁愛路４段266巷10号３樓 (72)発明者 張 寶珠 台湾台中縣烏日郷中山路３段303巷６弄 30号 (72)発明者 李 錦瑞 台湾台北市中山北路６段728巷１号 (56)参考文献 特開 平11−162949（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−61190（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−171930（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−240028（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−43321（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 27/108 H01L 21/3065 H01L 21/8242
Claims (12)
- 【請求項１】 （ａ）所定の圧力下で、フッ化窒素、臭
化水素及びヘリウム酸素を含有するプラズマガスを所定
の流量で流し、基板にトレンチのテーパ頂部を形成する
第１エッチング工程と、（ｂ）前記臭化水素及びフッ化
窒素の各流量を増加させ、臭化水素及びヘリウム酸素の
流量比を４：１以上に調整することによって、前記トレ
ンチにボトル型の底部を形成する第２エッチング工程
と、（ｃ）前記臭化水素の流量を増加させ、前記圧力を
低下させることによって、前記基板に対して垂直の方向
に垂直エッチングを行い、前記トレンチのボトル型のプ
ロフィルを維持する第３エッチング工程とを有すること
を特徴とするボトル型ディープトレンチの製造方法。 - 【請求項２】 前記第１エッチング工程において、前記
圧力は約８０〜１１０〔ｍＴｏｒｒ〕である請求項１に
記載のボトル型ディープトレンチの製造方法。 - 【請求項３】 前記第１エッチング工程において、前記
臭化水素、フッ化窒素及びヘリウム酸素の流量比は約８
７：１３：３５である請求項１に記載のボトル型ディー
プトレンチの製造方法。 - 【請求項４】 前記第２エッチング工程において、前記
臭化水素、フッ化窒素及びヘリウム酸素の流量比は約２
００：２０：２０である請求項１に記載のボトル型ディ
ープトレンチの製造方法。 - 【請求項５】 前記第３エッチング工程において、前記
圧力は約２０〜５０〔ｍＴｏｒｒ〕にされる請求項１に
記載のボトル型ディープトレンチの製造方法。 - 【請求項６】 前記第３エッチング工程において、前記
臭化水素、フッ化窒素及びヘリウム酸素の流量比は約１
５０：１３：２０である請求項１に記載のボトル型ディ
ープトレンチの製造方法。 - 【請求項７】 （ａ）約８０〜１１０〔ｍＴｏｒｒ〕の
圧力下で、フッ化窒素、臭化水素及びヘリウム酸素を含
有するプラズマガスを所定の流量で流し、基板にトレン
チのテーパ頂部を形成する第１エッチング工程と、
（ｂ）前記臭化水素及びフッ化窒素の各流量を増加さ
せ、臭化水素及びヘリウム酸素の流量比を４：１以上に
調整することによって、前記トレンチにボトル型の底部
を形成する第２エッチング工程と、（ｃ）前記臭化水素
の流量を増加させ、前記圧力を約２０〜５０〔ｍＴｏｒ
ｒ〕に低下させることによって、前記基板に対して垂直
の方向に垂直エッチングを行い、前記トレンチのボトル
型のプロフィルを維持する第３エッチング工程とを有す
ることを特徴とするボトル型ディープトレンチの製造方
法。 - 【請求項８】 前記第１エッチング工程において、前記
圧力は約１００〔ｍＴｏｒｒ〕である請求項７に記載の
ボトル型ディープトレンチの製造方法。 - 【請求項９】 前記第１エッチング工程において、前記
臭化水素、フッ化窒素及びヘリウム酸素の流量比は約８
７：１３：３５である請求項８に記載のボトル型ディー
プトレンチの製造方法。 - 【請求項１０】 前記第２エッチング工程において、前
記臭化水素、フッ化窒素及びヘリウム酸素の流量比は約
２００：２０：２０である請求項９に記載のボトル型デ
ィープトレンチの製造方法。 - 【請求項１１】 前記第３エッチング工程において、前
記圧力は約３０〔ｍＴｏｒｒ〕にされる請求項１０に記
載のボトル型ディープトレンチの製造方法。 - 【請求項１２】 前記第３エッチング工程において、前
記臭化水素、フッ化窒素及びヘリウム酸素の流量比は約
１５０：１３：２０である請求項１１に記載のボトル型
ディープトレンチの製造方法。
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