JP3527901B2 - プラズマエッチング方法 - Google Patents
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
-
- 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
- H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
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- H01J2237/3343—Problems associated with etching
- H01J2237/3347—Problems associated with etching bottom of holes or trenches
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマエッチン
グを用いて半導体基板にトレンチを加工する方法に係
り、特に半導体デバイスの製造に好適なシリコン半導体
基板のプラズマエッチング方法に関する。
グを用いて半導体基板にトレンチを加工する方法に係
り、特に半導体デバイスの製造に好適なシリコン半導体
基板のプラズマエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＩＣ(半導体集積回路)の高集積化は絶え
ざる命題で、常に微細加工化が追求されているが、この
とき、例えばＤＲＡＭなどのメモリ用ＩＣで必要とする
トレンチ(溝又は穴)の加工については、特にアスペクト
比(溝又は穴の縦横の比)と断面形状が問題になる。
ざる命題で、常に微細加工化が追求されているが、この
とき、例えばＤＲＡＭなどのメモリ用ＩＣで必要とする
トレンチ(溝又は穴)の加工については、特にアスペクト
比(溝又は穴の縦横の比)と断面形状が問題になる。
【０００３】この場合、アスペクト比は１０以上が望ま
しく、また断面形状については、図８(a)に示すよう
に、滑らかな平面からなる側壁部を備え、この側壁部の
傾斜角が略０度(垂直)で、且つ底部が半円形に窪んだ形
状(ボトムラウンド)を呈しているのが理想的である。こ
こで、ボトムラウンドが望まれる理由は、後の絶縁膜埋
込み工程での処理が容易になるためである。
しく、また断面形状については、図８(a)に示すよう
に、滑らかな平面からなる側壁部を備え、この側壁部の
傾斜角が略０度(垂直)で、且つ底部が半円形に窪んだ形
状(ボトムラウンド)を呈しているのが理想的である。こ
こで、ボトムラウンドが望まれる理由は、後の絶縁膜埋
込み工程での処理が容易になるためである。
【０００４】しかし、望ましくない断面形状になってし
まう場合も多く、この場合の例としては、図８(b)の
「エッチング残渣」、同図(c)の「サブトレンチ」、同
図(d)の「エッチストップ」、同図(e)の「ボウイン
グ」、それに同図(f)の「サイドエッチ」などと呼ばれ
る断面形状が知られている。
まう場合も多く、この場合の例としては、図８(b)の
「エッチング残渣」、同図(c)の「サブトレンチ」、同
図(d)の「エッチストップ」、同図(e)の「ボウイン
グ」、それに同図(f)の「サイドエッチ」などと呼ばれ
る断面形状が知られている。
【０００５】ところで、このようなＳi(シリコン)半導
体基板に対するトレンチ加工技法の一種にプラズマエッ
チングによる方法があり、その従来技術としては、例え
ば特開平１１−１３５４８９号公報の開示を挙げること
ができる。
体基板に対するトレンチ加工技法の一種にプラズマエッ
チングによる方法があり、その従来技術としては、例え
ば特開平１１−１３５４８９号公報の開示を挙げること
ができる。
【０００６】そして、この公報に開示されている従来技
術では、ＨＢr(臭化水素)ガスを主成分とし、これにＳ
Ｆ6(６フッ化硫黄)ガスやＳiＦ4(４フッ化シリコン)ガ
ス、それにＨe(ヘリウム)、Ｏ2(酸素)などのガスを添加
して混合ガスとし、この混合ガスをエッチングガスとし
て、シリコン基板にトレンチ加工している。
術では、ＨＢr(臭化水素)ガスを主成分とし、これにＳ
Ｆ6(６フッ化硫黄)ガスやＳiＦ4(４フッ化シリコン)ガ
ス、それにＨe(ヘリウム)、Ｏ2(酸素)などのガスを添加
して混合ガスとし、この混合ガスをエッチングガスとし
て、シリコン基板にトレンチ加工している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、ＨＢ
r を主ガスとしている点について配慮がされておらず、
エッチングレート(エッチング速度)と歩留まりの向上に
問題があった。すなわち従来技術では、エッチングガス
の主成分がＨＢr になっているので、ＳiＢr(臭化シリ
コン)が反応生成物として発生してしまう。ところが、
このＳiＢr は蒸気圧が低く、このためエッチング速度
が抑えられ、エッチングレートを上げることができない
のである。
r を主ガスとしている点について配慮がされておらず、
エッチングレート(エッチング速度)と歩留まりの向上に
問題があった。すなわち従来技術では、エッチングガス
の主成分がＨＢr になっているので、ＳiＢr(臭化シリ
コン)が反応生成物として発生してしまう。ところが、
このＳiＢr は蒸気圧が低く、このためエッチング速度
が抑えられ、エッチングレートを上げることができない
のである。
【０００８】また、従来技術では、同じ理由で、エッチ
ング処理室内にＳiＯxＢry(ｘ、ｙは整数)などの反応生
成物が生成されてしまい、この結果、処理回数の増加に
伴って処理室の壁面などに付着していた反応生成物が剥
がれてパーティクル(微粒子)となり、これによる汚染が
処理の妨げになってしまうので、歩留まりも上げられな
いのである。
ング処理室内にＳiＯxＢry(ｘ、ｙは整数)などの反応生
成物が生成されてしまい、この結果、処理回数の増加に
伴って処理室の壁面などに付着していた反応生成物が剥
がれてパーティクル(微粒子)となり、これによる汚染が
処理の妨げになってしまうので、歩留まりも上げられな
いのである。
【０００９】本発明の目的は、トレンチ加工におけるエ
ッチングレートと歩留まりの向上が充分に得られるよう
にした半導体基板のプラズマエッチング方法を提供する
ことにある。
ッチングレートと歩留まりの向上が充分に得られるよう
にした半導体基板のプラズマエッチング方法を提供する
ことにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的は、酸化シリコ
ン又は窒化シリコン或いはこれらの複合膜のマスクを用
い、シリコン半導体基板にトレンチ加工をするプラズマ
エッチング方法において、シリコン半導体基板の温度を
０℃以下に保持し、プラズマエッチングガスの主成分を
６フッ化硫黄にしてトレンチ加工することにより達成さ
れる。
ン又は窒化シリコン或いはこれらの複合膜のマスクを用
い、シリコン半導体基板にトレンチ加工をするプラズマ
エッチング方法において、シリコン半導体基板の温度を
０℃以下に保持し、プラズマエッチングガスの主成分を
６フッ化硫黄にしてトレンチ加工することにより達成さ
れる。
【００１１】このとき、前記６フッ化硫黄を主成分とす
るエッチングガスに酸素が添加されているようにしても
上記目的が達成され、同じく前記６フッ化硫黄と酸素の
混合ガスに、臭化水素が添加されているようにしても、
上記目的を達成することができる。
るエッチングガスに酸素が添加されているようにしても
上記目的が達成され、同じく前記６フッ化硫黄と酸素の
混合ガスに、臭化水素が添加されているようにしても、
上記目的を達成することができる。
【００１２】また、上記目的は、酸化シリコン又は窒化
シリコン或いはこれらの複合膜のマスクを用い、シリコ
ン半導体基板にトレンチ加工をするプラズマエッチング
方法において、シリコン半導体基板の温度を０℃以下に
保持し、プラズマエッチングガスの主成分を４フッ化炭
素にしてトレンチ加工した後、６フッ化硫黄にしてトレ
ンチ加工することによっても達成される。
シリコン或いはこれらの複合膜のマスクを用い、シリコ
ン半導体基板にトレンチ加工をするプラズマエッチング
方法において、シリコン半導体基板の温度を０℃以下に
保持し、プラズマエッチングガスの主成分を４フッ化炭
素にしてトレンチ加工した後、６フッ化硫黄にしてトレ
ンチ加工することによっても達成される。
【００１３】更に、上記目的は、酸化シリコン又は窒化
シリコン或いはこれらの複合膜のマスクを用い、ＳＯＩ
半導体基板にトレンチ加工をするプラズマエッチング方
法において、ＳＯＩ半導体基板の温度を０℃以下に保持
し、プラズマエッチングガスの主成分を６フッ化硫黄に
し、前記ＳＯＩ半導体基板のシリコン半導体層の厚さの
７０％から９０％の深さまでトレンチ加工した後、プラ
ズマエッチングガスをフッ素を含まないガスにし、残り
の３０％から１０％の深さのシリコン半導体層をトレン
チ加工することによっても達成される。
シリコン或いはこれらの複合膜のマスクを用い、ＳＯＩ
半導体基板にトレンチ加工をするプラズマエッチング方
法において、ＳＯＩ半導体基板の温度を０℃以下に保持
し、プラズマエッチングガスの主成分を６フッ化硫黄に
し、前記ＳＯＩ半導体基板のシリコン半導体層の厚さの
７０％から９０％の深さまでトレンチ加工した後、プラ
ズマエッチングガスをフッ素を含まないガスにし、残り
の３０％から１０％の深さのシリコン半導体層をトレン
チ加工することによっても達成される。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明によるプラズマエッ
チング方法について、図示の実施の形態により詳細に説
明する。まず、本発明の実施に使用するプラズマエッチ
ング装置の一例について説明すと、これは、図２に示す
ように、まずエッチング処理室となる真空容器１とマイ
クロ波電源２を備え、このマイクロ波電源２から導波管
３と石英板４を介して、真空容器１の中にマイクロ波が
導入されるようになっている。
チング方法について、図示の実施の形態により詳細に説
明する。まず、本発明の実施に使用するプラズマエッチ
ング装置の一例について説明すと、これは、図２に示す
ように、まずエッチング処理室となる真空容器１とマイ
クロ波電源２を備え、このマイクロ波電源２から導波管
３と石英板４を介して、真空容器１の中にマイクロ波が
導入されるようになっている。
【００１５】また、この真空容器１の周囲には電磁石５
が設けてあり、磁場とマイクロ波により真空容器１内の
ガスに電子サイクロトロン共鳴を起こさせ、この真空容
器１内にプラズマＰが生成できるように構成されてい
る。
が設けてあり、磁場とマイクロ波により真空容器１内の
ガスに電子サイクロトロン共鳴を起こさせ、この真空容
器１内にプラズマＰが生成できるように構成されてい
る。
【００１６】更に真空容器１の中には試料台６が備えら
れていて、真空容器１の中に搬入されたＳi 基板(ウエ
ハ)などの試料７は、この試料台６の上に載置されるよ
うになっているが、このとき、これらの間には誘電膜８
が介在され、電気的な絶縁がとられるようになってい
る。
れていて、真空容器１の中に搬入されたＳi 基板(ウエ
ハ)などの試料７は、この試料台６の上に載置されるよ
うになっているが、このとき、これらの間には誘電膜８
が介在され、電気的な絶縁がとられるようになってい
る。
【００１７】そして、この試料台６は、アースなど真空
容器１の導体部分を含む共通電位部分から絶縁された状
態で真空容器１内の所定の位置に保持され、その上で高
周波電源９と可変電圧直流電源１０が接続され、これよ
り所定の電圧に保たれるようになっている。そして、こ
の電圧のうち、主として直流の電圧により発生するクー
ロン力(静電気力)により試料７を吸着させ、試料台６の
上で位置決めすることができるようになっている。
容器１の導体部分を含む共通電位部分から絶縁された状
態で真空容器１内の所定の位置に保持され、その上で高
周波電源９と可変電圧直流電源１０が接続され、これよ
り所定の電圧に保たれるようになっている。そして、こ
の電圧のうち、主として直流の電圧により発生するクー
ロン力(静電気力)により試料７を吸着させ、試料台６の
上で位置決めすることができるようになっている。
【００１８】また、この試料台６には温度制御装置１１
が設けてあり、これにより試料台６の温度が所定値に調
整されるようになっているが、このとき、試料台６には
温度センサ１０７が設けてあり、これにより温度制御装
置１１は試料７の実温度を検出し、それが所定温度にな
るように調整する。
が設けてあり、これにより試料台６の温度が所定値に調
整されるようになっているが、このとき、試料台６には
温度センサ１０７が設けてあり、これにより温度制御装
置１１は試料７の実温度を検出し、それが所定温度にな
るように調整する。
【００１９】ここで、この温度制御装置１１はヒートポ
ンプなどによる冷却装置を備え、常温よりもかなり低い
温度の冷媒を試料台６に供給し、その温度を、例えば−
２０℃などの低温に保つことができるようになってい
る。そして、この冷媒の温度と流量を温度センサ１２で
検出した温度に応じて制御することにより、上記した温
度調整が得られるようになっている。
ンプなどによる冷却装置を備え、常温よりもかなり低い
温度の冷媒を試料台６に供給し、その温度を、例えば−
２０℃などの低温に保つことができるようになってい
る。そして、この冷媒の温度と流量を温度センサ１２で
検出した温度に応じて制御することにより、上記した温
度調整が得られるようになっている。
【００２０】次に、この図２のプラズマエッチング装置
を用いた場合の本発明の一実施形態によるＳi 基板のプ
ラズマエッチング処理手順について、図１のフローチャ
ートにより説明する。なお、この図１で、Ｓ１〜Ｓ１２
は各段階での処理ステップを表わす。
を用いた場合の本発明の一実施形態によるＳi 基板のプ
ラズマエッチング処理手順について、図１のフローチャ
ートにより説明する。なお、この図１で、Ｓ１〜Ｓ１２
は各段階での処理ステップを表わす。
【００２１】まず、温度制御装置１１を働かせ、試料台
６の温度が−２０℃以下になっているようにすると共
に、直流電源１０から電圧を印加しておく。一方、これ
と並行して、図３(a)に示すように、トレンチ加工用の
マスクＭを有するＳi 基板を用意し、これを試料７とす
る。
６の温度が−２０℃以下になっているようにすると共
に、直流電源１０から電圧を印加しておく。一方、これ
と並行して、図３(a)に示すように、トレンチ加工用の
マスクＭを有するＳi 基板を用意し、これを試料７とす
る。
【００２２】ここで、このマスクＭは、Ｓi 基板のトレ
ンチ加工面(図では上側の面)に酸化膜(ＳiＯ2)を形成し
た後、必要とするトレンチの平面形状に合わせて開口し
た所望のパターンに加工したもので、酸化シリコン、又
は窒化シリコン、或いはこれらの複合膜が使用される。
ンチ加工面(図では上側の面)に酸化膜(ＳiＯ2)を形成し
た後、必要とするトレンチの平面形状に合わせて開口し
た所望のパターンに加工したもので、酸化シリコン、又
は窒化シリコン、或いはこれらの複合膜が使用される。
【００２３】そして、このマスクＭが形成されている試
料７を真空容器１の中に搬入させ、試料台６の上に載置
する(Ｓ１)。次に、図示してない真空ポンプ装置により
排気を行ない、真空容器１内を真空にし(Ｓ２)、次いで
不活性ガスとしてＡr(アルゴン)又はＨe を導入させ、
所定の圧力、例えば１Ｐａの圧力に保持した上で、マイ
クロ波電源２と電磁石５を動作させ、不活性ガスのプラ
ズマＰを発生させる(Ｓ３)。
料７を真空容器１の中に搬入させ、試料台６の上に載置
する(Ｓ１)。次に、図示してない真空ポンプ装置により
排気を行ない、真空容器１内を真空にし(Ｓ２)、次いで
不活性ガスとしてＡr(アルゴン)又はＨe を導入させ、
所定の圧力、例えば１Ｐａの圧力に保持した上で、マイ
クロ波電源２と電磁石５を動作させ、不活性ガスのプラ
ズマＰを発生させる(Ｓ３)。
【００２４】これにより、試料７が帯電され、試料台６
に印加されている直流電圧の間に現れるクーロン力によ
り試料台６に吸着されることになる(Ｓ４)。
に印加されている直流電圧の間に現れるクーロン力によ
り試料台６に吸着されることになる(Ｓ４)。
【００２５】次に、温度センサ１２により試料７の温度
を検出し、それが所定の温度になるのを待つ(Ｓ５)。こ
うして、試料７の温度が所定値になったことが確認され
たら、ここでマイクロ波の照射と磁界の印加を止め、プ
ラズマＰが消滅(オフ)されるようにする(Ｓ６)。なお、
ここまでの所要時間は３０秒程度である。
を検出し、それが所定の温度になるのを待つ(Ｓ５)。こ
うして、試料７の温度が所定値になったことが確認され
たら、ここでマイクロ波の照射と磁界の印加を止め、プ
ラズマＰが消滅(オフ)されるようにする(Ｓ６)。なお、
ここまでの所要時間は３０秒程度である。
【００２６】この後、真空ポンプで真空容器１内から不
活性ガスを排除し(Ｓ７)、代りにＳＦ6 を主成分とする
エッチングガスを導入し(Ｓ８)、ここでマイクロ波の照
射と磁界の印加により再びプラズマＰを発生させ(Ｓ
９)、更に高周波電源９から試料台６に高周波電圧を印
加する(Ｓ１０)。
活性ガスを排除し(Ｓ７)、代りにＳＦ6 を主成分とする
エッチングガスを導入し(Ｓ８)、ここでマイクロ波の照
射と磁界の印加により再びプラズマＰを発生させ(Ｓ
９)、更に高周波電源９から試料台６に高周波電圧を印
加する(Ｓ１０)。
【００２７】これにより、エッチングガスのプラズマＰ
をイオン源とするイオンが高周波電界により加速され、
試料７にイオンが高速で入射されるようになり、この結
果、試料７のプラズマエッチングが開始され、エッチン
グ処理が進むにつれ、試料７にトレンチが形成されてゆ
く。
をイオン源とするイオンが高周波電界により加速され、
試料７にイオンが高速で入射されるようになり、この結
果、試料７のプラズマエッチングが開始され、エッチン
グ処理が進むにつれ、試料７にトレンチが形成されてゆ
く。
【００２８】そこで、所定の時間ｔ1 の経過を待ち、こ
の時間ｔが経過後(Ｓ１１)、高周波電圧の印加とマイク
ロ波の導入及び磁界の印加を止め、エッチング処理を終
了させる(Ｓ１２)。ここで、このときの所定の時間ｔ1
は、このときのエッチング条件のもとで、所望の深さＤ
までエッチングが進むのに必要な時間のことで、予め計
算や試しエッチングなどにより割り出した上で設定して
おけばよい。
の時間ｔが経過後(Ｓ１１)、高周波電圧の印加とマイク
ロ波の導入及び磁界の印加を止め、エッチング処理を終
了させる(Ｓ１２)。ここで、このときの所定の時間ｔ1
は、このときのエッチング条件のもとで、所望の深さＤ
までエッチングが進むのに必要な時間のことで、予め計
算や試しエッチングなどにより割り出した上で設定して
おけばよい。
【００２９】従って、この後、真空容器１内からエッチ
ングガスを排除し、試料７を取出してやれば、図３(b)
に示すように、平滑な側壁面と半円形の底面からなるほ
ぼ理想的な形状で、所望の深さＤのトレンチＴが形成さ
れた試料７を得ることができる。
ングガスを排除し、試料７を取出してやれば、図３(b)
に示すように、平滑な側壁面と半円形の底面からなるほ
ぼ理想的な形状で、所望の深さＤのトレンチＴが形成さ
れた試料７を得ることができる。
【００３０】このときのエッチング条件を決めるパラメ
ータ(エッチングパラメータ)は次の通りである。 エッチングガス：ＳＦ6(６フッ化硫黄)＋Ｏ2(酸素) ガス流量：ＳＦ6 →３０ｍＬ／ｍｉｎ Ｏ2 →２０ｍＬ／ｍｉｎ ∴ ガス比→３：２ ガス圧：３Ｐａ マイクロ波電力：８００Ｗ 高周波電力：０.１５Ｗ／ｃｍ2 試料温度：−２０℃ エッチング時間(ｔ1)：３.３ｍｉｎ
ータ(エッチングパラメータ)は次の通りである。 エッチングガス：ＳＦ6(６フッ化硫黄)＋Ｏ2(酸素) ガス流量：ＳＦ6 →３０ｍＬ／ｍｉｎ Ｏ2 →２０ｍＬ／ｍｉｎ ∴ ガス比→３：２ ガス圧：３Ｐａ マイクロ波電力：８００Ｗ 高周波電力：０.１５Ｗ／ｃｍ2 試料温度：−２０℃ エッチング時間(ｔ1)：３.３ｍｉｎ
【００３１】また、このときのエッチング特性は次の通
りになった。 エッチングレート：３μｍ／ｍｉｎ(最低値) 選択比：３０(最低値) ここで、選択比とは対酸化膜選択比のことで、これは、
基板材であるＳi とマスク材であるＳiＯ2 のエッチン
グレートの比のことである。
りになった。 エッチングレート：３μｍ／ｍｉｎ(最低値) 選択比：３０(最低値) ここで、選択比とは対酸化膜選択比のことで、これは、
基板材であるＳi とマスク材であるＳiＯ2 のエッチン
グレートの比のことである。
【００３２】そして、この結果、上記実施形態によれ
ば、試料７に以下の通りのトレンチＴが形成できた。 トレンチの形状：平滑な側壁面とボトムラウンド トレンチの幅Ｗ：０.５μｍ トレンチの深さＤ：１０.０μｍ ∴ アスペクト比 ２０ 傾斜角Ａ：＝０°〜１° なお、トレンチＴの幅Ｗと深さＤ、それに傾斜角Ａにつ
いての定義は、それぞれ図３(b)に示す通りである。
ば、試料７に以下の通りのトレンチＴが形成できた。 トレンチの形状：平滑な側壁面とボトムラウンド トレンチの幅Ｗ：０.５μｍ トレンチの深さＤ：１０.０μｍ ∴ アスペクト比 ２０ 傾斜角Ａ：＝０°〜１° なお、トレンチＴの幅Ｗと深さＤ、それに傾斜角Ａにつ
いての定義は、それぞれ図３(b)に示す通りである。
【００３３】ここで、この実施形態の場合、エッチング
ガスの主成分がＳＦ6 ガスになっているので、エッチン
グ処理中にＳiＢr などの蒸気圧が低い成分が生成され
る虞れがなく、このため、高いエッチングレートが容易
に得られ、且つ、このとき、試料７の温度が０℃以下の
低温にされているので、上記したボウイングやサイドエ
ッチの発生は抑制され、異方性のエッチングが可能にな
るので、高い選択比が容易に得られることになる。
ガスの主成分がＳＦ6 ガスになっているので、エッチン
グ処理中にＳiＢr などの蒸気圧が低い成分が生成され
る虞れがなく、このため、高いエッチングレートが容易
に得られ、且つ、このとき、試料７の温度が０℃以下の
低温にされているので、上記したボウイングやサイドエ
ッチの発生は抑制され、異方性のエッチングが可能にな
るので、高い選択比が容易に得られることになる。
【００３４】従って、この実施形態によれば、上記した
ように、最低でも３μｍ／ｍｉｎという高いエッチング
レートが得られ、選択比についても、最低値として３０
という高い値が得られることが判る。
ように、最低でも３μｍ／ｍｉｎという高いエッチング
レートが得られ、選択比についても、最低値として３０
という高い値が得られることが判る。
【００３５】ここで、この実施形態の場合、エッチング
ガスの主成分がＳＦ6 ガスになっているので、エッチン
グ処理中にＳiＢr などの蒸気圧が低い成分が生成され
る虞れがなく、このため、上記したように、最低でも３
μｍ／ｍｉｎという高いエッチングレートが確実に得ら
れ、且つ、このとき、試料７の温度が０℃以下の低温に
されているので、選択比についても、最低値として３０
という高い値が得られるのである。
ガスの主成分がＳＦ6 ガスになっているので、エッチン
グ処理中にＳiＢr などの蒸気圧が低い成分が生成され
る虞れがなく、このため、上記したように、最低でも３
μｍ／ｍｉｎという高いエッチングレートが確実に得ら
れ、且つ、このとき、試料７の温度が０℃以下の低温に
されているので、選択比についても、最低値として３０
という高い値が得られるのである。
【００３６】従って、この実施形態によれば、Ｓi に対
する高いエッチングレートと高い選択比が得られるの
で、優良な形状のトレンチが短時間で容易に形成でき
る。また、このとき、この実施形態によれば、同じ理由
でＳiＯxＢryなどの反応生成物も発生しないので、試料
７が微粒子で汚染される虞れがなく、従って、歩留まり
を大きく向上させることができる。
する高いエッチングレートと高い選択比が得られるの
で、優良な形状のトレンチが短時間で容易に形成でき
る。また、このとき、この実施形態によれば、同じ理由
でＳiＯxＢryなどの反応生成物も発生しないので、試料
７が微粒子で汚染される虞れがなく、従って、歩留まり
を大きく向上させることができる。
【００３７】すなわち、この実施形態の場合、エッチン
グガスの主成分がＳＦ6 ガスになっていて、これにＯ2
が添加された上で、試料(Ｓi 基板)の温度が０℃以下の
低温に冷却されており、この結果、Ｓi に対するエッチ
ングレートが高く、しかも選択比も高いエッチングが得
られるのである。
グガスの主成分がＳＦ6 ガスになっていて、これにＯ2
が添加された上で、試料(Ｓi 基板)の温度が０℃以下の
低温に冷却されており、この結果、Ｓi に対するエッチ
ングレートが高く、しかも選択比も高いエッチングが得
られるのである。
【００３８】また、この実施形態の場合、ＨＢr がプラ
ズマエッチングガスの主成分になっていないので、エッ
チング処理中にＳiＢr などの蒸気圧が低い成分が生成
される虞れがなく、このため、そして、この実施形態の
場合、ＳiＯxＢryなどの反応生成物が発生しないので、
試料７が微粒子で汚染される虞れもなく、従って、歩留
まりの向上が容易に図れることになる。
ズマエッチングガスの主成分になっていないので、エッ
チング処理中にＳiＢr などの蒸気圧が低い成分が生成
される虞れがなく、このため、そして、この実施形態の
場合、ＳiＯxＢryなどの反応生成物が発生しないので、
試料７が微粒子で汚染される虞れもなく、従って、歩留
まりの向上が容易に図れることになる。
【００３９】上記したように、最低でも３μｍ／ｍｉｎ
という高いエッチングレートが確実に得られ、このとき
試料７の温度が０℃以下の低温になっているので、選択
比についても最低値として３０という高い値が得られる
のである。
という高いエッチングレートが確実に得られ、このとき
試料７の温度が０℃以下の低温になっているので、選択
比についても最低値として３０という高い値が得られる
のである。
【００４０】このとき、この実施形態においては、ＳＦ
6 ガスは、エッチングガスの主成分として働き、次の反
応、すなわち、 Ｓi＋Ｆ→ＳiＦX (蒸発) という反応によりＳi をエッチングする。一方、添加さ
れるＯ2 は、マスク材であるＳiＯ2(シリコン酸化膜)の
エッチングレートを抑制する働きと、反応生成物である
ＳiとＳiＦを酸化して、マスクの表面に保護膜を形成さ
せる働き、それにエッチングされたトレンチ内壁面のＳ
iを酸化し、ＳiＯx による保護膜を形成する働きをす
る。
6 ガスは、エッチングガスの主成分として働き、次の反
応、すなわち、 Ｓi＋Ｆ→ＳiＦX (蒸発) という反応によりＳi をエッチングする。一方、添加さ
れるＯ2 は、マスク材であるＳiＯ2(シリコン酸化膜)の
エッチングレートを抑制する働きと、反応生成物である
ＳiとＳiＦを酸化して、マスクの表面に保護膜を形成さ
せる働き、それにエッチングされたトレンチ内壁面のＳ
iを酸化し、ＳiＯx による保護膜を形成する働きをす
る。
【００４１】ここで、図４は、この実施形態におけるパ
ラメータ(Parameter)の範囲と、それらの各々による特
性(Effect)の変化を表わした特性図の一例で、本発明の
実施形態の場合、エッチングガスの主成分がＳＦ6 ガス
で、且つ、試料の温度が０℃以下であることが要件にな
っているが、このとき、この図４の特性図によれば、各
パラメータを変えたときの特性に夫々図示の通りの固有
の傾向があることが判る。なお、ここで、傾斜角Ａにつ
いては、トレンチ幅Ｗがトレンチの底部に向かって狭く
なる方向の傾きを正(＋)、広がる方向を負(−)としてい
る。
ラメータ(Parameter)の範囲と、それらの各々による特
性(Effect)の変化を表わした特性図の一例で、本発明の
実施形態の場合、エッチングガスの主成分がＳＦ6 ガス
で、且つ、試料の温度が０℃以下であることが要件にな
っているが、このとき、この図４の特性図によれば、各
パラメータを変えたときの特性に夫々図示の通りの固有
の傾向があることが判る。なお、ここで、傾斜角Ａにつ
いては、トレンチ幅Ｗがトレンチの底部に向かって狭く
なる方向の傾きを正(＋)、広がる方向を負(−)としてい
る。
【００４２】従って、本発明の実施形態によれば、希望
するトレンチ形状を得るのに必要なパラメータが容易に
選定でき、必要なプラズマエッチング条件のもとで、所
望のトレンチ形状を持った試料を、微粒子による汚染の
虞れなく、高いエッチングレートで確実に得ることがで
きる。
するトレンチ形状を得るのに必要なパラメータが容易に
選定でき、必要なプラズマエッチング条件のもとで、所
望のトレンチ形状を持った試料を、微粒子による汚染の
虞れなく、高いエッチングレートで確実に得ることがで
きる。
【００４３】また、この図４から明らかなように、本発
明の実施形態によれば、試料７の温度を０℃以下−５０
℃の範囲で変化させることにより、エッチングレートと
対酸化膜選択比には有意な影響を与えることなく、傾斜
角Ａだけ変更できることが判る。
明の実施形態によれば、試料７の温度を０℃以下−５０
℃の範囲で変化させることにより、エッチングレートと
対酸化膜選択比には有意な影響を与えることなく、傾斜
角Ａだけ変更できることが判る。
【００４４】従って、この実施形態によれば、任意の傾
斜角Ａを選択した上で、理想的なトレンチ形状を保持し
たまま、エッチングガスの主成分をＳＦ6 ガスとしたこ
とによるエッチングレートと歩留まりの向上を充分に得
ることができるのである。
斜角Ａを選択した上で、理想的なトレンチ形状を保持し
たまま、エッチングガスの主成分をＳＦ6 ガスとしたこ
とによるエッチングレートと歩留まりの向上を充分に得
ることができるのである。
【００４５】なお、本発明の実施形態におけるエッチン
グガスは、上記したＳＦ6＋Ｏ2 に限らず、エッチング
ガスの主成分がＳＦ6 ガスであることを前提とする限り
は、Ｃｌ2(塩素)を添加したＳＦ6＋Ｏ2＋Ｃｌ2 ガスで
実施しても、或いはＨＢr を添加したＳＦ6＋Ｏ2＋ＨＢ
r ガスで実施してもよい。
グガスは、上記したＳＦ6＋Ｏ2 に限らず、エッチング
ガスの主成分がＳＦ6 ガスであることを前提とする限り
は、Ｃｌ2(塩素)を添加したＳＦ6＋Ｏ2＋Ｃｌ2 ガスで
実施しても、或いはＨＢr を添加したＳＦ6＋Ｏ2＋ＨＢ
r ガスで実施してもよい。
【００４６】次に、本発明の他の実施形態として、ＳＯ
Ｉ(Silicon on Insulator)基板のトレンチ加工に本発明
を適用した場合について説明する。
Ｉ(Silicon on Insulator)基板のトレンチ加工に本発明
を適用した場合について説明する。
【００４７】ここで、このＳＯＩ基板とは、図５(a)に
示すように、Ｓi 基板Ｂの一表面にＳiＯ2 の絶縁膜Ｉ
を形成し、この上にＳi 層を成長させて半導体層とした
ものであるが、このとき、トレンチ加工用のマスクＭを
備えている点は、図３(a)で説明した試料７と同じであ
る。
示すように、Ｓi 基板Ｂの一表面にＳiＯ2 の絶縁膜Ｉ
を形成し、この上にＳi 層を成長させて半導体層とした
ものであるが、このとき、トレンチ加工用のマスクＭを
備えている点は、図３(a)で説明した試料７と同じであ
る。
【００４８】そして、このＳＯＩ基板の場合でも、理想
的なトレンチ形状は、図８(a)に示した通り滑らかな平
面からなる側壁部を備え、この側壁部の傾斜角が略０度
になっていることである点は同じであるが、このＳＯＩ
基板の場合は、そのトレンチＴの底部が、図５(b)に示
すように、絶縁膜Ｉに達しているのが条件になる。
的なトレンチ形状は、図８(a)に示した通り滑らかな平
面からなる側壁部を備え、この側壁部の傾斜角が略０度
になっていることである点は同じであるが、このＳＯＩ
基板の場合は、そのトレンチＴの底部が、図５(b)に示
すように、絶縁膜Ｉに達しているのが条件になる。
【００４９】そこで、このＳＯＩ基板を対象とした場合
の実施形態について、図６のフローチャートにより説明
する。ここで、この図６のフローチャートの場合でも、
試料７が図５(a)に示すＳＯＩ基板になっている点を除
けは、処理Ｓ１から処理Ｓ１０までは図１のフローチャ
ートと同じ処理になっているので、ここでは簡略化して
示してある。
の実施形態について、図６のフローチャートにより説明
する。ここで、この図６のフローチャートの場合でも、
試料７が図５(a)に示すＳＯＩ基板になっている点を除
けは、処理Ｓ１から処理Ｓ１０までは図１のフローチャ
ートと同じ処理になっているので、ここでは簡略化して
示してある。
【００５０】ＳＯＩ基板からなる試料７を真空容器１内
の試料台６上に載置し、Ｓ１からＳ１０までの処理を終
わった後、今度は、前記の所定時間ｔ1 とは異なる所定
の時間ｔ2 が経過するのを待つ(Ｓ１３)。このときの所
定の時間ｔ2 は、このときのエッチング条件のもとで、
図５(b)におけるＳi 半導体層の厚さＳの７０％から９
０％の深さまでエッチングが進むのに必要な時間のこと
で、これも上記した時間ｔ1 のときと同じく、予め計算
や試しエッチングなどにより割り出した上で設定してお
けばよい。
の試料台６上に載置し、Ｓ１からＳ１０までの処理を終
わった後、今度は、前記の所定時間ｔ1 とは異なる所定
の時間ｔ2 が経過するのを待つ(Ｓ１３)。このときの所
定の時間ｔ2 は、このときのエッチング条件のもとで、
図５(b)におけるＳi 半導体層の厚さＳの７０％から９
０％の深さまでエッチングが進むのに必要な時間のこと
で、これも上記した時間ｔ1 のときと同じく、予め計算
や試しエッチングなどにより割り出した上で設定してお
けばよい。
【００５１】こうして時間ｔ2 が経過したらマイクロ波
の供給と磁界の印加を止め、ＳＦ6＋Ｏ2 のエッチング
ガスによるプラズマＰをオフさせ(Ｓ１４)、続いてＳＦ
6＋Ｏ2 のエッチングガスを排除した後(Ｓ１５)、今度
はＣl2(塩素)とＯ2 を真空容器１内に供給し(Ｓ１６)
し、これらのガスをエッチングガスとしてプラズマエッ
チングを開始させる(Ｓ１７、Ｓ１８)。
の供給と磁界の印加を止め、ＳＦ6＋Ｏ2 のエッチング
ガスによるプラズマＰをオフさせ(Ｓ１４)、続いてＳＦ
6＋Ｏ2 のエッチングガスを排除した後(Ｓ１５)、今度
はＣl2(塩素)とＯ2 を真空容器１内に供給し(Ｓ１６)
し、これらのガスをエッチングガスとしてプラズマエッ
チングを開始させる(Ｓ１７、Ｓ１８)。
【００５２】この結果、Ｓ１３の処理が終わった時点
で、Ｓi 半導体層の厚さＳの７０％から９０％の深さま
で進んでいたトレンチＴのエッチングが再び開始され、
残りの１０％から３０％についてのエッチング処理が進
んでゆく。そして、この状態で所定の時間ｔ3 が経過す
るのを待ってエッチング処理を終了させる(Ｓ１９、Ｓ
２０)。
で、Ｓi 半導体層の厚さＳの７０％から９０％の深さま
で進んでいたトレンチＴのエッチングが再び開始され、
残りの１０％から３０％についてのエッチング処理が進
んでゆく。そして、この状態で所定の時間ｔ3 が経過す
るのを待ってエッチング処理を終了させる(Ｓ１９、Ｓ
２０)。
【００５３】このときの所定の時間ｔ3 も、このときの
エッチング条件のもとで、残こされていたＳi 半導体層
の厚さＳの１０％から３０％についてのエッチングが進
むのに必要な時間のことで、これも上記した時間ｔ1 の
ときと同じく、予め計算や試しエッチングなどにより割
り出した上で設定しておけばよい。
エッチング条件のもとで、残こされていたＳi 半導体層
の厚さＳの１０％から３０％についてのエッチングが進
むのに必要な時間のことで、これも上記した時間ｔ1 の
ときと同じく、予め計算や試しエッチングなどにより割
り出した上で設定しておけばよい。
【００５４】従って、Ｓ１９の処理を終わったときは、
トレンチＴの底部が絶縁膜Ｉに達したときであり、この
結果、Ｓ２０でエッチング処理を終了したことにより、
図５(b)に示すように、Ｓi 半導体層の表面から絶縁膜
Ｉまて底部が達しているトレンチＴが形成されたＳＯＩ
基板による試料７を得ることができる。
トレンチＴの底部が絶縁膜Ｉに達したときであり、この
結果、Ｓ２０でエッチング処理を終了したことにより、
図５(b)に示すように、Ｓi 半導体層の表面から絶縁膜
Ｉまて底部が達しているトレンチＴが形成されたＳＯＩ
基板による試料７を得ることができる。
【００５５】ここで、近年は、ＳＯＩ基板を用いたＩＣ
が多用されることが多いので、この実施形態による利点
は計り知れないということができる。
が多用されることが多いので、この実施形態による利点
は計り知れないということができる。
【００５６】ところで、上記した時間ｔ3 については、
この実施形態の場合、対酸化膜選択比が３０以上も得ら
れる点を考慮すれば、多少多めの時間になっても特に支
障はない。しかし、スループットの点では不利になるの
で、最小限にとどめるのが望ましい。
この実施形態の場合、対酸化膜選択比が３０以上も得ら
れる点を考慮すれば、多少多めの時間になっても特に支
障はない。しかし、スループットの点では不利になるの
で、最小限にとどめるのが望ましい。
【００５７】なお、このときの処理Ｓ１６で真空容器１
内に供給されるエッチングガスとしては、上記したＣl2
＋Ｏ2 ガスに限らない。従って、例えばＨＢr＋Ｏ2 の
混合ガスにしても、或いはＣl2＋ＨＢr＋Ｏ2 の混合ガ
スでもよい。
内に供給されるエッチングガスとしては、上記したＣl2
＋Ｏ2 ガスに限らない。従って、例えばＨＢr＋Ｏ2 の
混合ガスにしても、或いはＣl2＋ＨＢr＋Ｏ2 の混合ガ
スでもよい。
【００５８】次に、本発明の更に別の実施形態につい
て、図７のフローチャートにより説明する。この図７に
示す実施形態は、図１に示した実施形態におけるＳ７と
Ｓ８の処理の間にＳ２１〜Ｓ２４の処理を追加し、これ
により、ＳＦ6 を主成分とするエッチングガスによるプ
ラズマエッチング加工に先立って、ＣＦ4(４フッ化炭
素)を主成分とするエッチングガスによるプラズマエッ
チング加工が追加されるようにしたものである。
て、図７のフローチャートにより説明する。この図７に
示す実施形態は、図１に示した実施形態におけるＳ７と
Ｓ８の処理の間にＳ２１〜Ｓ２４の処理を追加し、これ
により、ＳＦ6 を主成分とするエッチングガスによるプ
ラズマエッチング加工に先立って、ＣＦ4(４フッ化炭
素)を主成分とするエッチングガスによるプラズマエッ
チング加工が追加されるようにしたものである。
【００５９】すなわち、Ｓ７の処理を終わったら、次に
エッチングガスとしてＣＦ4 ガスを導入し(Ｓ２１)、プ
ラズマを発生させ、例えば３０秒間などの所定の時間、
エッチングする(Ｓ２２)。そして、この後、プラズマを
オフ(Ｓ２３)し、ＣＦ4 ガスを排除して(Ｓ２４)からＳ
８の処理に戻るのである。
エッチングガスとしてＣＦ4 ガスを導入し(Ｓ２１)、プ
ラズマを発生させ、例えば３０秒間などの所定の時間、
エッチングする(Ｓ２２)。そして、この後、プラズマを
オフ(Ｓ２３)し、ＣＦ4 ガスを排除して(Ｓ２４)からＳ
８の処理に戻るのである。
【００６０】以上、本発明について、幾つかの実施形態
により説明したが、ここで、本発明は、プラズマの生成
方法の如何に関わらず適用可能であり、従って、例えば
平行平板型ＲＩＲ装置、ヘリコン波エッチング装置、誘
導結合型エッチング装置などにより実施しても同等の効
果を得ることができる。
により説明したが、ここで、本発明は、プラズマの生成
方法の如何に関わらず適用可能であり、従って、例えば
平行平板型ＲＩＲ装置、ヘリコン波エッチング装置、誘
導結合型エッチング装置などにより実施しても同等の効
果を得ることができる。
【００６１】
【発明の効果】本発明によれば、希望するトレンチ形状
を得るのに必要なパラメータが容易に選定でき、必要な
プラズマエッチング条件のもとで、所望のトレンチ形状
を持った試料を、微粒子による汚染の虞れなく、高いエ
ッチングレートで確実に得ることができ、この結果、ス
ループットと歩留まりを大きく向上でき、メモリＩＣな
どのコスト低減に大きく寄与することができる。
を得るのに必要なパラメータが容易に選定でき、必要な
プラズマエッチング条件のもとで、所望のトレンチ形状
を持った試料を、微粒子による汚染の虞れなく、高いエ
ッチングレートで確実に得ることができ、この結果、ス
ループットと歩留まりを大きく向上でき、メモリＩＣな
どのコスト低減に大きく寄与することができる。
【図１】本発明によるプラズマエッチング方法の一実施
形態によるエッチング処理を説明するためのフローチャ
ートである。
形態によるエッチング処理を説明するためのフローチャ
ートである。
【図２】本発明によるプラズマエッチング方法の実施に
使用されるエッチング装置の一例を示す構成図である。
使用されるエッチング装置の一例を示す構成図である。
【図３】本発明の一実施形態における試料の一例を示す
断面図である。
断面図である。
【図４】本発明の一実施形態におけるエッチングパラメ
ータの説明図である。
ータの説明図である。
【図５】本発明の他の一実施形態における試料の一例を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図６】本発明によるプラズマエッチング方法の他の一
実施形態によるエッチング処理を説明するためのフロー
チャートである。
実施形態によるエッチング処理を説明するためのフロー
チャートである。
【図７】本発明によるプラズマエッチング方法の更に別
の一実施形態によるエッチング処理を説明するためのフ
ローチャートである。
の一実施形態によるエッチング処理を説明するためのフ
ローチャートである。
【図８】半導体基板におけるトレンチ形状の種別を説明
するための断面図である。
するための断面図である。
１ 真空容器(エッチング処理室)
２ マイクロ波電源
３ 導波管
４ 石英板
５ 電磁石
６ 試料台
７ 試料(シリコン基板)
８ 誘電膜(絶縁用)
９ 高周波電源
１０ 可変電圧直流電源
１１ 温度制御装置
１２ 温度センサ
Ｐ プラズマ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 斉藤 剛
山口県下松市大字東豊井794番地 株式
会社 日立製作所 笠戸事業所内
(72)発明者 坂口 正道
山口県下松市大字東豊井794番地 日立
笠戸エンジニアリング株式会社内
(72)発明者 古林 均
山口県下松市大字東豊井794番地 日立
テクノエンジニアリング株式会社 笠戸
事業所内
(72)発明者 吉開 元彦
山口県下松市大字東豊井794番地 日立
テクノエンジニアリング株式会社 笠戸
事業所内
(72)発明者 谷 聡
山口県下松市大字東豊井794番地 日立
笠戸エンジニアリング株式会社内
(56)参考文献 特開 平２−14548（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−135489（ＪＰ，Ａ)
特開2000−124194（ＪＰ，Ａ)
国際公開99／030359（ＷＯ，Ａ１)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/3065
Claims (2)
- 【請求項１】 酸化シリコン又は窒化シリコン或いはこ
れらの複合膜のマスクを用い、シリコン半導体基板にト
レンチ加工をするプラズマエッチング方法において、 シリコン半導体基板の温度を０℃以下に保持し、プラズ
マエッチングガスの主成分を４フッ化炭素にしてトレン
チ加工した後、６フッ化硫黄にしてトレンチ加工するこ
とを特徴とするプラズマエッチング方法。 - 【請求項２】 酸化シリコン又は窒化シリコン或いはこ
れらの複合膜のマスクを用い、ＳＯＩ半導体基板にトレ
ンチ加工をするプラズマエッチング方法において、ＳＯＩ半導体基板の温度を０℃以下に保持し、プラズマ
エッチングガスの主成分を６フッ化硫黄にし、前記ＳＯ
Ｉ半導体基板のシリコン半導体層の厚さの７０％から９
０％の深さまでトレンチ加工した後、プラズマエッチン
グガスをフッ素を含まないガスにし、残りの３０％から
１０％の深さのシリコン半導体層をトレンチ加工す るこ
とを特徴とするプラズマエッチング方法。
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