JPH0525388B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は半導体基板のエツチング方法に関す
るもので、特に半導体基板にキヤパシタ形成用或
いは素子間分離部形成用の溝（以下、この溝をト
レンチと称することもある）を形成する方法に関
するものである。

（従来の技術） LSIの微細化、高集積化に伴ない例えばダイナ
ミツクランダムアクセスメモリのメモリセルの蓄
積キヤパシタ（容量）、素子間分離部等も高集積
化に対応することが出来る構造にする必要が生じ
ている。このような目的のため、半導体基板に所
望の深さのトレンチを設けこのトレンチ内部に誘
電体を充填してキヤパシタを形成したり、又は、
素子の周囲にこのようなトレンチを設けこのトレ
ンチ内部に絶縁体を充填して素子分離部とするこ
とが行われている。

このようなトレンチを得るため従来から種々の
半導体基板のエツチング方法が提案されていて、
その一例としては例えば文献（昭和59年秋季第45
回応用物理学会学術講演会講演予稿集14P−Ｕ−
10P.289）に開示されているものがある。

第２図Ａ〜Ｅはこの文献に開示されている従来
のトレンチ形成方法を概略的に説明するための製
造工程図であり、工程進度に応じたウエハを断面
図で示したものである。

熱酸化等の好適な方法によつて半導体基板１１
としての例えばSi基板上にマスク材１３としての
例えばSiO₂層を形成する。次に、このマスク材
１３上に例えばOFPR（東京応化工業（株）製ポ
ジ型レジスタの商品名）等のレジスタを塗布し、
さらにこのレジスタを乾燥してレジスト膜１５を
得る（第２図Ａ）。

次に、フオトマスクを通してこのレジスト膜１
５に対して露光を行いその後現象を行つてマスク
材１３の、所定の部分領域を露出するようなレジ
ストパターン１７を得る（第２図Ｂ）。

次に、例えば反応性スパツタエツチング法等を
用いマスク材１３の、レジスタ膜１５から露出し
た部分領域をエツチングして半導体基板１１の所
定領域を露出するための窓１９を形成する（第２
図Ｃ）。

次に、有機溶剤等によつてマスク材１３上のレ
ジスタ膜１５を除去することによつて半導体基板
１１上にマスク層２１が形成される（第２図Ｄ）。

次に、好適な方法によつて半導体基板１１の、
マスク層の窓１９により露出されている部分領域
をエツチング除去して所望とする深さのトレンチ
２３を形成していた（第２図Ｅ）。

このようなトレンチ２３を形成するためのエツ
チングをSiO₂に対する選択比が高く然も半導体
基板１１を異方性エツチングすることが出来るよ
うなエツチング方法、例えば方向性の強いイオン
の生ずるエツチング条件で行つていた。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、半導体基板１１にトレンチ２３
を形成するためのエツチングを行う際にはマスク
材１３も徐々に膜減りする。従つて、トレンチ２
３を形成するためのエツチングが進むと共にマス
ク層２１の形状が変形するため、トレンチ２３内
部の形状が所望とする形状でないものになる場合
が生ずる。第２図Ｄ及びＥを参照してこのような
マスク層２１の変形に起因する従来の半導体基板
のエツチング方法の問題点につき説明する。

従来のエツチング方法で用いられているマスク
層２１は、マスク層２１の窓１９の内壁面が基板
面１１ａ（第２図Ｄ参照）に対して垂直か、或い
は、基板面と平行な窓の面積がマスク層２１表面
から基板面に向かうに従い小さくなるいわゆるテ
ーパー状になつたものであつた。ところで、窓１
９の、基板面とは反対側の開口部のエツチ部分１
９ａ（第２図Ｄ参照）のような部分ではイオンに
よるスパツタリングの収率が増大するため、角が
とれ易い。従つて、上述したような形状のマスク
層２１の場合角がとれて傾斜がつき、さらに、こ
の傾斜部が半導体基板表面に達するとこのマスク
材の基板面と平行な方向への膜減りが急速に進ん
でしまうという問題点があつた（第２図Ｅ参照）。
従つて、第２図Ｅに点線で示した形状を有してい
たマスク層２１がトレンチ２３を形成するための
エツチングと共に第２図Ｅに実線で示すようなマ
スク層２１ａに変形する。

このようにマスク層が変形すると膜減りした部
分下の半導体基板がエツチングされるため、第２
図Ｅに示すような段差２５が生じる。又、エツチ
ング用のイオン２７の一部は変形したマスク層２
１ａの傾斜部で反射された後トレンチ内部の側壁
面をエツチングするため、側壁面にくぼみ（ボウ
リング）２９が生じる。キヤパシタや素子分離部
の形成に当りそれぞれの目的に応じトレンチ２３
内に誘電体或いは絶縁体を堆積させるが、このよ
うな段差２７やボウリング２９を埋込むことは非
常に難しく、これがため、所望の容量値や絶縁抵
抗値が得られない等の弊害が生ずる。

この発明の目的は、上述した問題点を解決し、
トレンチ形成のためのエツチングが進むと共にマ
スク材の膜減りが生じても、トレンチ内部に段差
やボウリングが生ずることのないような半導体基
板のエツチング方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） この目的の達成を図るため、この発明によれ
ば、方向性の強いイオンを用いたドライエツチン
グにより半導体基板をエツチングするに当たり、 半導体基板の基板面と平行な窓面積がマスク表
面から前述の基板面に向かうに従つて順次に外側
に広がる形状の当該窓を有するマスク層であつ
て、酸化膜、窒化膜及び低融点ガラスの群から選
ばれた一種以上の材料から成るマスク層を用い
て、前述の半導体基板をエツチングすることを特
徴とする。

この発明の実施に当り、前述のマスク層の形成
工程は、基板面上に、オーバ−ハング形状の窓を
有するレジスト膜をマスクとして用いて、金属膜
を被着する工程と、このレジスト膜を除去した後
マスク材料を前述の金属膜を含む基板面上に被着
する工程と、このマスク材料表面から金属膜表面
に至るまでエツチングを行なつて平坦なエツチン
グ面を形成する工程と、前述の金属膜を除去する
工程とを含むのが好適である。

（作用） この発明の半導体基板のエツチング方法によれ
ば、マスク層を酸化膜、窒化膜及び低融点ガラス
の群から選ばれた一種以上の材料で構成し、か
つ、このマスク層の窓の内壁面が基板面からマス
ク層表面に向うに従い競り出すような逆テーパー
構造の窓を有するマスク層を用いてトレンチのエ
ツチングを行つている。このマスク層は耐ドライ
エツチング性が高いと云えどもトレンチ形成のた
めのエツチングの際には従来と同様に膜減りが生
ずる。しかしながら、窓のエツジ部分が他の部分
よりエツチングされ易いことによつて傾斜部が生
じても、このマスク層の窓は逆テーパ構造の窓で
ありその内壁面が庇状に半導体基板を覆う。従つ
て、エツチングされたエツジ部の側面と、窓の内
壁面とが交わつて構成する輪郭が窓の外周となり
半導体基板の、この外周を有した窓によつて露出
された部分領域がエツチングされることになる。
これがため、エツチングイオンをトレンチ内壁面
に反射させるような傾斜部が形成されることはな
く、当然、基板面と平行な方向へのマスク層の急
激な膜減りも起こらない。

（実施例） 以下、図面を参照してこの発明の半導体基板の
エツチング方法の実施例につき説明する。尚、以
下の実施例の説明に用いる各図はこの発明が理解
できる程度に概略的に示してあるにすぎず、各構
成成分の寸法、形状及び配置関係は図示例に限定
されるものではない。又、これらの図において同
一の構成成分については同一の符号を示してあ
る。

この発明は半導体基板の基板面と平行な窓面積
がマスク表面からこの基板面に向うに従つて順次
に外側に広がる形状の窓つまりこの窓の内壁面が
逆テーパ状の窓を有し、かつ、酸化膜、窒化膜及
び低融点ガラスの群から選ばれた一種以上の材料
から成るマスク層を用い半導体基板の、この窓か
ら露出した領域に対して方向性の強いイオンを用
いエツチングを行つて、例えばメモリセルの蓄積
容量等に用いて好適なキヤパシタ用トレンチ等を
形成するものである。

第１図Ａ〜Ｉはこの発明の半導体基板のエツチ
ング方法の一実施例を示す製造工程図である。こ
れら図は工程進度に応じ主要工程でのウエハを断
面図で示したものである。

先ず、半導体基板３１としての例えばSi基板上
にレジストを塗布し、さらにこのレジストを乾燥
してレジスト膜３３を得る（第１図Ａ）。次にこ
のレジスト膜３３に対して露光を行いその後現像
を行つて半導体基板３１の基板面の、所定の部分
領域を露出するような窓３３ａを有するレジスト
膜３３を得る（第１図Ｂ）。尚、この窓３３ａを
その内壁面が基板面からレジスト表面に向うに従
い競りだすようなオーバーハング状のものとする
（第１図Ｂ）。

次に、例えば電子ビーム蒸着法あるいはスパツ
タ法等の好適な方法を用いこのレジスト膜３３を
含む半導体基板３１上に例えばTi（チタン）等の
金属膜３５を被着する（第１図Ｃ）。次に、有機
溶剤その他好適な薬品を用いこのレジスト膜３３
を除去することによつてこのレジスト膜上の金属
膜を除去し、基板面の、窓３３ａに対応する領域
上のみに金属３５ａを残存させる。このようにし
て残存させた金属膜３５ａは金属膜３５が堆積す
るに従い内壁面がレジスト表面から窓の内側にせ
り出すような形状となるために開口窓がせまくな
り台形形状となる（第１図Ｄ）。

次に、CDV法あるいはスパツタ法等の好適な
方法を用いこの台形形状の金属膜３５ａを含む半
導体基板３１上に耐ドライエツチング性の高いマ
スク材３７として例えばSi酸化膜を形成する（第
１図Ｅ）。次にエツチバツク等の好適な方法を用
いてこのマスク材３７表面を平坦化すると共に、
金属膜３５ａの表面を露出させる（第１図Ｆ）。
尚、このマスク材を低融点ガラス例えばPSG（リ
ンシリケートガラス）、BPSG（ボロン・リンシリ
ケートガラスを以つて構成した場合であれば、こ
のガラスの平坦化をフローテイングによつて容易
に行うことが出来る。

次に、金属膜３５を除去する。この金属膜３５
の除去をこの場合半導体基板３１及びマスク材３
７を溶かすことのない酸例えば硫酸を用いて行
う。この金属膜３５を除去した跡が窓３９とな
り、従つて、マスク材の所定の位置に窓３９の形
成されたマスク層４１を得ることが出来る（第１
図Ｇ）。尚、この窓は、半導体基板の基板面と平
行な窓面積がマスク表面からこの基板面に向うに
従つて順次に外側に広がる形状の窓つまりこの窓
の内壁面が逆テーパ状のものとなる。

このような窓３９を有するマスクパターン４１
上から半導体基板に対して方向性の強いエツチン
グ条件でドライエツチングを行う。このエツチン
グについて第１図Ｈを参照して詳細に説明する。
トレンチ形成のためのエツチングに際しマスク層
４１もエツチングされ第１図Ｈに点線で示す形状
から実線で示す形状にマスク層４１が変形した場
合でも窓３９の、マスク層４１表面側のエツチ部
分３９ａ（第１図Ｇ参照）が庇状に半導体基板の
露出面を常に覆うから、マスク層４１の窓３９の
内壁面は逆テーパー形状のままとなる。従つて、
エツチングイオン４３をトレンチ内壁面に反射さ
せるような傾斜部が形成されることはない。さら
に、窓３９の内壁面にエツチングイオンが直接接
触することが少なくなるから、基板面と平行な方
向へのマスク層４１の急激な膜減りが生ずること
がなく、よつて、従来のようにマスク層が無くな
つた部分に段差が生ずるというようなことはな
い。

このようなマスク層をマスクとして用いトレン
チエツチングを行うと、トレンチのエツチングが
進むに従つて窓３９の、基板面と平行な開口面積
が広がつてゆきこれに伴ないエツチングされる半
導体基板領域も徐々に広がる。従つて、トレンチ
内壁面にボウリング等の荒れが生ずることなくな
だらかに傾斜する内壁面を有する第１図Ｉに示す
ようなテーパ形状のトレンチ４５を得ることが出
来る。

尚、この発明は上述した実施例に限定されるも
のではない。

例えば、上述した実施例のマスク層の窓の内壁
面がなだらかな曲率を有した逆テーパ形状であつ
ても、実施例と同様な効果を期待することが出来
る。

又、マスク材として用いる材料を窒化膜、低融
点ガラス等の酸化膜以外の好適な材料を以つて構
成することも出来る。

さらに、トレンチの、半導体基板面上から見た
平面形状に関してはトレンチの目的に応じた形状
とすることが出来る。

（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように、この発明
の半導体基板のエツチング方法によれば、半導体
基板の基板面と平行な窓面積がマスク表面から基
板面に向かうに従い外側に広くなるような形状
（逆テーパー形状）の窓を有するマスク層であつ
て、酸化膜、窒化膜及び低融点ガラスの群から選
ばれた一種以上の材料から成るマスク層を用いて
半導体基板をエツチングする。このため、半導体
基板のエツチングが進むに従つてマスク層も徐々
に膜減りするのでマスク層の窓の、基板面と平行
な開口面積が徐々に広がつてゆきこれに伴いエツ
チングされる半導体基板領域も徐々に広がる。従
つて、トレンチ内壁面にボウリング等の荒れが生
じることなくなだらかに傾斜する内壁面を有する
テーパー形状のトレンチを得ることが可能にな
る。さらに、基板面と平行な方向へのマスク層４
１の急激な膜減りが生ずることがないから、従来
のようにマスク層が無くなつた部分に段差が生ず
るというようなことが起こらない。

又、この発明の半導体基板のエツチング方法に
よつてトレンチを形成した場合、トレンチ内壁面
は荒れの少ないなだらかなテーパー形状となるた
め、このトレンチ内部にキヤパシタ形成用の誘電
体或いは素子分離部形成用の絶縁体を堆積するこ
とを容易に行うことが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ〜Ｉはこの発明の半導体基板のエツチ
ング方法の説明に供する製造工程図、第２図Ａ〜
Ｅは従来の半導体基板のエツチング方法の説明に
供する製造工程図である。 ３１……半導体基板、３３……レジスト膜、３
３ａ……レジスト膜の窓、３５……金属膜、３５
ａ……台形形状の金属膜、３７……マスク材、３
９……窓、３９ａ……窓のエツジ部分、４１……
マスク層、４３……エツチングイオン、４５……
トレンチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 方向性の強いイオンを用いたドライエツチン
   グにより半導体基板をエツチングするに当たり、 半導体基板の基板面と平行な窓面積がマスク表
   面から前記基板面に向かうに従つて順次に外側に
   広がる形状の当該窓を有するマスク層であつて、
   酸化膜、窒化膜及び低融点ガラスの群から選ばれ
   た一種以上の材料から成るマスク層を用いて、前
   記半導体基板をエツチングすることを特徴とする
   半導体基板のエツチング方法。 ２ 前記マスク層の形成は、 基板面上に、オーバ−ハング形状の窓を有する
   レジスト膜をマスクとして用いて、金属膜を被着
   する工程と、 レジスト膜を除去した後マスク材料を前記金属
   膜を含む基板面上に被着する工程と、 マスク材料表面から金属膜表面に至るまでエツ
   チングを行なつて平坦なエツチング面を形成する
   工程と、 前記金属膜を除去する工程と を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の半導体基板のエツチング方法。