JPH05226298A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH05226298A
JPH05226298A JP2511992A JP2511992A JPH05226298A JP H05226298 A JPH05226298 A JP H05226298A JP 2511992 A JP2511992 A JP 2511992A JP 2511992 A JP2511992 A JP 2511992A JP H05226298 A JPH05226298 A JP H05226298A
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JP
Japan
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trench
etching
round
plasma
present
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JP2511992A
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English (en)
Inventor
Tetsuya Seki
哲也 関
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 シリコン・トレンチのコーナーのラウンド処
理をフロンガス(Cn2n+2)と酸素の混合ガスのプラ
ズマエッチングにより行う。この系におけるエッチング
では反応生成物であるSiFxyの堆積速度が凹部では
速く凸部では遅いことを利用して、トレンチ凹凸部のコ
ーナーのラウンド処理を行なう。 【効果】 耐圧劣化防止のために必要なラウンド処理量
(CDロス)が従来のラウンド酸化法比べ少ないため、
寸法誤差の低下により素子性能の均一化、また素子の微
細化が可能になる、プロセスの低温化でデバイスへの熱
影響がなくなるなどの効果を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
関し、特に凹凸を有するシリコン基板の凹凸部のコーナ
ーを丸める技術に関する。
【0002】
【従来の技術】シリコン集積回路における集積化の一つ
の手段として、シリコン基板に溝(トレンチ)を形成
し、このトレンチに沿ってキャパシタを形成する方法
(トレンチ・キャパシタ)、あるいはトレンチ内部に絶
縁物を充満させて素子分離領域を形成する方法(トレン
チ・アイソレーション)がある。
【0003】トレンチ・キャパシタ、トレンチ・アイソ
レーションの問題点の一つとして、溝のコーナーが角張
っているとその部分に形成される酸化膜であるゲート膜
厚が薄くなるため、耐圧劣化の原因となることが挙げら
れる。
【0004】このため溝のコーナーに丸みをつけるラウ
ンド処理が必要となる。従来のラウンド処理技術は熱酸
化工程での粘性流動を利用し、熱酸化工程後、この酸化
膜を除去することでコーナーに丸みをつけるラウンド酸
化によるものであった。
【0005】この方法の一例を図4(a)〜(d)に示
す。
【0006】まず図4(a)に示すようにシリコン基板
1上にフォトリソグラフィによりフォトレジスト2のパ
ターンを形成する。つぎに異方性エッチングによりトレ
ンチの形成を行い、フォトレジスト2を除去する(図4
(b))。この状態で1100℃の温度で表面酸化を行
なう。この温度域の酸化ではSiO2が軟化して流動す
るため応力が緩和され形状がスムーズになる。(図4
(c))この後、酸化膜3を除去すれば凹凸部のコーナ
ーがラウンド化される。(図4(d))
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ラウンド酸化技術の問
題点は以下にある。ゲート耐圧劣化を起こさせないよう
な丸みをつけるには、ゲート膜厚の10倍以上の酸化が
必要である。4MDRAMなどの0.8μmプロセスで
はゲート膜厚は180Å程度である。従ってラウンド酸
化膜厚は1800Å以上必要となる。この酸化膜厚はC
Dロスとなるが、0.8μmプロセスではこのCDロス
は許容誤差内に収まる。しかし、16MDRAM以上の
ハーフミクロン以下のデバイスにとっては、このロスは
大きなものとなり許容できるものではなくなる。従っ
て、ハーフミクロン以下のデバイスのキャパシタ形成、
素子分離技術において、CDロスの小さいラウンド処理
技術が不可欠となる。
【0008】本発明は以上の問題点を解決するものでそ
の課題は、トレンチのコーナーのラウンド処理におい
て、ハーフミクロン以下のデバイスにも有効なCDロス
の小さな処理を採用することにより、高信頼で、歩留ま
りの向上を図り得る半導体装置の製造方法を提供すると
ころにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】以上のような問題点を解
決するため、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体
基板にトレンチを形成する工程と、該トレンチ形成後の
該半導体基板にCn2n+2(nは自然数)と酸素の混合
ガスのプラズマによるエッチングを加える工程を含むこ
とを特徴とし、Cn2n+2はCF4またはC26またはC
38またはC410またはC512であることを特徴とし
ている。
【0010】
【作用】基本的にはフロンガス(Cn2n+2)を用いる
ため、弗素ラジカルF*が発生し、F*とシリコン基板の
化学反応によりエッチングが進行する。Cn2n+2に酸
素が加わることにより、反応生成物SiF4が酸化され
SiFxyの形となり表面に堆積する。SiFxy膜は
凹部には厚く堆積し、凸部には薄くしか堆積しないた
め、凹部と凸部のエッチング速度に差が生じる。凹部の
エッチングが凸部に比べ抑制される方向にあるため凹凸
のコーナーが平滑化される。
【0011】このラウンド処理はプラズマエッチングに
よるもので、高温の熱酸化における粘性流動を利用した
ラウンド酸化法に比べ、凹凸部のコーナーでの所望の曲
率半径を得るためのラウンド処理量は少なくできる。
【0012】このためCDロスの少ないラウンド処理が
可能となり、ハーフミクロン以下のデバイスにおいても
トランジスタ特性などを劣化させることなく、再現良
く、高い歩留りでデバイスの作製が可能となる。
【0013】
【実施例】本発明の実施例を図面を用いて説明する。
【0014】図2は、本発明の実施例に用いたプラズマ
エッチング装置の概略図である。
【0015】反応部は石英製反応管3の中に配置された
基板ホルダー6と、石英反応管外部に巻かれた高周波コ
イル4、ガス導入管5から構成される。フロンガス(C
n2n+2)と酸素ガスの混合ガスはガス導入管5から導
入され、例えば13.56MHzの高周波を高周波コイ
ル4に印加し、混合ガスを励起する。基板7はプラズマ
からある程度距離を離した基板ホルダー6に置かれる。
従って、FイオンやOイオンなどのイオン種によるエッ
チングの影響はなく、F*とO*などのラジカル種による
化学的エッチングであり、これは等方的なエッチングで
基板への損傷はない。 図1(a)〜(c)は本発明の
方法によるトレンチの凹凸部のコーナーのラウンド処理
方法を示した断面図である。まず図1(a)に示すよう
にシリコン基板1上にフォトリソグラフィによりフォト
レジスト2のパターンを形成する。つぎに異方性エッチ
ングによりトレンチの形成を行い、フォトレジスト2を
除去する(図1(b))。この状態で図2に示した装置
により基板1全面をプラズマエッチングする。本実施例
ではまずCF4ガスと酸素ガスの混合ガスを用いた。C
4ガスと酸素ガスの混合の割合は酸素ガス25%(体
積比)、全ガス流量は毎分100cc、ガス圧力0.3
Torr、高周波パワー200Wでの条件でプラズマエ
ッチングを行った。この時のシリコンのエッチング速度
は約2000Å/minであり、約500Åのエッチン
グ量を目標に処理を行った。図1(c)は、プラズマエ
ッチング後の断面図であるが、トレンチの凹凸部のコー
ナーが丸められた形状となる。
【0016】このエッチングでは、弗素ラジカルF*
シリコン基板の化学反応で反応生成物SiF4が形成さ
れるが、酸素が加わることにより反応生成物SiF4
酸化されSiFxyの形となり表面に堆積する。このS
iFxy膜は凹部には厚く堆積し、凸部には薄くしか堆
積しないため、凹部と凸部のエッチング速度に差が生じ
る。凹部のエッチングが凸部に比べ抑制される方向にあ
るため凹凸部のコーナーが平滑化される。つまり、凹凸
部のコーナーが丸められることになる。
【0017】このラウンド処理はプラズマエッチングに
よるもので、高温の熱酸化における粘性流動を利用した
ラウンド酸化法に比べ、凹凸部のコーナーでの所望の曲
率半径を得るためのラウンド処理量は少なくできる。ま
た基板への損傷もない。
【0018】このためCDロスの少ないラウンド処理が
可能となり、ハーフミクロン以下のデバイスにおいても
トランジスタ特性などを劣化させることなく、再現良
く、高い歩留りでデバイスの作製が可能となる。
【0019】図3は本発明の方法が従来に比べ少ないラ
ウンド処理量で同等の結果が得られることを示したもの
で、従来のラウンド酸化法と本発明の方法とによるラウ
ンド処理量(本発明ではエッチング量、従来方法では酸
化膜厚)に対するゲート耐圧を比べたグラフである。縦
軸rはr=Vc/Vpで、Vpは平面にゲート膜を形成
したときのゲート耐圧、Vcは凹凸を有する基板にラウ
ンド処理を行い、ゲート膜を形成したときのゲート耐圧
である。横軸はラウンド処理に要した酸化量trであ
る。また図中AとBはラウンド処理の違いを示したもの
で、Aは本発明による方法で、Bは従来のラウンド酸化
によるものである。実用上問題ない範囲であるr>0.
9となるラウンド処理量は従来方法が1800Å以上で
あったのに対し本発明の方法では400Å程度で十分で
ある。すなわち、小さいCDロスでのラウンド処理が可
能となり、このロス量はハーフミクロン以下のデバイス
にも十分許容できるものである。
【0020】本実施例の具体的な適用としてはトレンチ
・キャパシタ、トレンチ・アイソレーションなどへのラ
ウンド処理が考えられる。
【0021】また本発明者はフロンガスとして、C
26、C38、C410、C512についても検証を行っ
たが、同様の効果がみられた。
【0022】なお本発明においては、プラズマ生成の方
法として高周波放電によるものについて示したがこの限
りではなく、マイクロ波放電、マグネトロンなどについ
ても同様の効果がある。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、トレンチ
・キャパシタ、トレンチ・アイソレーションなどの凹凸
部のコーナーのラウンド処理において次の効果を有す
る。
【0024】1.従来の高温の熱酸化の粘性流動を利用
したラウンド酸化法に比べCDロスの小さなラウンド処
理が可能となる。そのため素子分離領域のコーナーにお
ける酸化膜の薄膜化による耐圧劣化防止のために必要な
ラウンド処理量(CDロス)が従来のラウンド酸化法比
べ少ないため、従って寸法誤差が小さくなり素子性能の
均一化が達成される。
【0025】2.さらに従来のラウンド酸化法では不可
能であったハーフミクロン以下のデバイスのトレンチの
コーナーのラウンド処理が本発明の方法により可能とな
る。 3.ラウンド酸化法に比べ、処理時間が少ないため(十
数秒/枚)のため、工程の効率化がはかれる。
【0026】4.化学的エッチングのためイオンなどに
よる照射損傷が生じない。このため、本発明のラウンド
処理は、トレンチ形成において異方性エッチングを行っ
たあとの損傷層の除去を兼ねることもできる。
【0027】5.低温プロセスであるため、デバイスへ
の熱影響を考慮する必要がなくなる。
【0028】このためプロセスの自由度が大きくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法によるトレンチのコーナーのラウ
ンド処理方法を示した工程断面図。
【図2】本発明の実施例に用いたプラズマエッチング装
置の概略図。
【図3】従来のラウンド酸化法(図中B)と本発明の方
法(図中A)とによるラウンド処理量に対するゲート耐
圧を比べた図。
【図4】従来のラウンド酸化法によるトレンチのコーナ
ーのラウンド処理方法を示した工程断面図。
【符号の説明】 1・・・シリコン基板 2・・・フォトレジスト 3・・・石英反応管 4・・・高周波コイル 5・・・ガス導入管 6・・・基板ホルダー 7・・・基板

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板にトレンチを形成する工程
    と、該トレンチ形成後の該半導体基板にCn2n+2(n
    は自然数)と酸素の混合ガスのプラズマによるエッチン
    グを加える工程を含むことを特徴とする半導体装置の製
    造方法。
  2. 【請求項2】 該Cn2n+2はCF4であることを特徴と
    する請求項1記載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 該Cn2n+2はC26であることを特徴
    とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 該Cn2n+2はC38であることを特徴
    とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 該Cn2n+2はC410であることを特徴
    とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 該Cn2n+2はC512であることを特徴
    とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
JP2511992A 1992-02-12 1992-02-12 半導体装置の製造方法 Pending JPH05226298A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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