JPH0574745A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体の選択的なエッチング方法に関し。欠
陥を生ずることなくかつ精密にマスクパターンを転写す
ることを目的とする。 【構成】 半導体１上のマスク２を用いて半導体１を選
択的にエッチングする工程と，選択的エッチングにより
表出された半導体１の表出面４を酸化して酸化膜６を形
成する酸化工程と，マスク２を用いて酸化膜６を選択的
にエッチングして，エッチング領域の側壁部に形成され
た酸化膜６をマスク用酸化膜７として残し，マスク２の
開口３直下に位置する該酸化膜６を除去する酸化膜エッ
チング工程と，マスク２及びマスク用酸化膜７をマスク
として半導体１を選択的にエッチングする選択エッチン
グ工程とを有して構成し，及び，上記酸化工程，上記酸
化膜エッチング工程及び上記選択エッチング工程を複数
回繰り返し，所期の深さまでエッチングするように構成
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，特に半導体の選択的なエッチング方法に関する。

【０００２】近年の半導体装置の微細化に伴い，マスク
パターンを半導体に精密に転写するエッチング方法が要
求されている。他方，微細な素子は小さな欠陥があって
も重大な影響を受けるから，エッチングによる欠陥の発
生を極力避けねばならない。

【０００３】このため，欠陥を生ずることなくかつ精密
にマスクパターンを転写するエッチング方法が必要とさ
れている。

【０００４】

【従来の技術】従来，半導体上に設けられたマスクを用
いた半導体の選択的エッチングでは，一度のエッチング
により所望の深さまで除去していた。

【０００５】かかる方法では，エッチングを等方性エッ
チングでしたのでは，大きなサイドエッチングを生じ又
は特定の結晶面が表出するため，マスクパターンを精密
に半導体に転写することが難しい。

【０００６】図２は従来の実施例説明図であり，エッチ
ングされる半導体の断面を表している。即ち，図２
（ａ）を参照して，半導体１上にマスク２を設け，マス
ク２の開口３直下の半導体１を除去するために等方性エ
ッチングをすると，図２（ｂ）を参照して，マスクの下
にサイドエッチング５を生ずる。或いは，半導体１が単
結晶のとき，特に化合物半導体では，サイドエッチング
５部分に結晶面が表出することがある。

【０００７】これらサイドエッチング又は結晶面の表出
が起こると，マスク２の開口３よりも大きな領域がエッ
チングされるため，マスクパターンの正確な転写ができ
ないのである。

【０００８】このため，半導体素子の製造において素子
特性を精密に制御することができない。等方性エッチン
グのこの欠点を避けるため，異方性のイオンエッチン
グ，例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）や電子サ
イクロトロン共鳴を利用したイオンエッチング（ＥＣ
Ｒ）を用いることが提案された。

【０００９】しかし，化合物半導体はエッチングガスと
の反応が速く化学的エッチングが優先し易いため，イオ
ンの衝突による異方性エッチングは起こりにくい。この
ため，化合物半導体の異方性エッチングは，低圧かつ高
出力電力の下で発生させたプラズマを利用して実現され
ている。

【００１０】しかし，この様な低圧かつ高出力電力の条
件下では，マスク材料，例えばレジスト，二酸化シリコ
ン等のエッチング速度に対する半導体のエッチング速度
が小さく，マスクとしての十分な選択比が得られない。

【００１１】その結果，図２（ｃ）を参照して，開口３
を有するマスク２を用いて異方性エッチングをすると，
図２（ｄ）に示すようにマスク２がエッチングされ，正
確な転写ができない。

【００１２】さらに，低圧かつ高出力電力の条件下で
は，エッチング面の面荒れを生じ，また高速のイオンの
衝突による欠陥を生ずるのである。このため，半導体素
子特性の制御を困難なものとし，また特性の変動，劣化
を招くことになる。

【００１３】同様のことは，シリコンについても化学反
応の起こり易いエッチングガスをもちいるときにも起こ
る。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように，従来
の選択エッチング方法は，等方性のエッチングによって
はサイドエッチング又は結晶面の表出によりマスクパタ
ーンの精密な転写ができないという問題がある。

【００１５】さらに異方性エッチングによってはマスク
と半導体との選択比が小さくなりマスクパターンの精密
な転写ができない，またエッチング面に面荒れ，欠陥を
生ずるという問題がある。

【００１６】本発明は，等方性エッチングにおけるサイ
ドエッチングを小さくすることにより，面荒れ，欠陥を
生ぜず，かつ精密にマスクパターンを転写する半導体装
置の製造方法を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の実施例工
程図であり，半導体のエッチング工程を断面により表し
ている。

【００１８】上記課題を解決するために，図１を参照し
て，本発明の第一の構成は，マスクを用いて半導体を選
択的に異方性エッチングする工程を有する半導体装置の
製造方法において，該半導体１上に設けられた該マスク
２を用いて該半導体１を選択的にエッチングする第一の
選択エッチング工程と，該半導体１の選択的エッチング
により表出された該半導体１の表出面４を酸化して酸化
膜６を形成する酸化工程と，次いで，該マスク２を用い
て該酸化膜６を選択的にエッチングして，該エッチング
領域の側壁部に形成された該酸化膜６をマスク用酸化膜
７として残し，該マスク２の開口３直下に位置する該酸
化膜６を除去する酸化膜エッチング工程と，次いで，該
マスク２及びマスク用酸化膜７をマスクとして該半導体
１を選択的にエッチングする第二の選択エッチング工程
とを有することを特徴として構成し，及び，第二の構成
は，第一の構成の半導体装置の製造方法であって，上記
酸化工程，上記酸化膜エッチング工程及び上記第二の選
択エッチング工程を順次行う一連の工程を複数回繰り返
し，所期の深さまでエッチングする工程を有することを
特徴として構成する。

【００１９】

【作用】本発明の構成には，図１を参照して，半導体１
の選択エッチング工程と，選択エッチングにより表出さ
れた表出面４に酸化膜６を形成する酸化工程と，酸化膜
６をエッチングして半導体の選択エッチング用マスクの
一部となるマスク用酸化膜７を形成する酸化膜エッチン
グ工程とが含まれる。

【００２０】選択エッチング工程では，マスク２又はマ
スク２及びマスク用酸化膜７をマスクとして浅い等方性
エッチングを行う。このエッチングの深さは，サイドエ
ッチング５量が許容される範囲にあるように最深の深さ
が制限される。

【００２１】従って，サイドエッチング５は常に許容さ
れる範囲に止まり，それを越えて大きくなることはな
い。また，エッチングは等方性エッチングによるから，
エッチング面の面荒れ，欠陥の発生は回避される。

【００２２】なお，一回のエッチングによるエッチング
深さは制限されるが，後述するように複数回エッチング
をすることにより任意の深さまでエッチングすることが
できるので問題はない。

【００２３】酸化工程では，図１（ｂ），（ｅ）を参照
して，選択エッチング工程で表出された半導体１の表出
面４全面に，酸化膜を形成する。酸化膜の形成は，例え
ば低圧の酸素中での酸化，低圧の酸素プラズマを用いる
酸化，又は雰囲気中への酸素の導入による酸化によりな
される。

【００２４】かかる酸化膜は，酸素より電気陰性度の小
さな元素例えば塩素，臭素によっては侵されず，これら
の元素を含むガスを用いる等方性エッチングにおいてマ
スク材料とすることができる。

【００２５】他方，酸化膜は薄いので，次の酸化膜エッ
チング工程で述べる様に異方性イオンエッチング，例え
ばＲＩＥ法又はＥＣＲ法により容易にエッチングされパ
ターンニングすることができる。

【００２６】酸化膜エッチング工程では，図１（ｂ），
（ｅ）に示すエッチングによる表出面３の全面に形成さ
れた酸化膜６を，図１（ｃ）を参照して，半導体１上に
当初から形成されているマスク２を用いて，異方性イオ
ンエッチングによりマスク２の開口３直下の酸化膜を除
去する。

【００２７】この酸化膜除去のための異方性エッチング
は，酸化膜６が薄いため短時間で完了するから，マスク
２のエッチングによる消耗は通常は無視し得る程度にす
ぎない。従って，異方性エッチングの下では選択比の小
さなマスクであっても，その消耗による転写精度の劣化
は問題にされない程少ない。

【００２８】また，異方性エッチングでは，イオンの平
均自由工程はエッチング深さよりも十分長いから，マス
ク２と酸化膜６とが離れていてもマスクパターンは精密
に酸化膜６に転写される。

【００２９】さらに，マスク２と酸化膜６とが離れてい
てもサイドエッチングは起こらず，従って前にされた半
導体１のエッチングにより生じたサイドエッチング５部
分の表面，即ちエッチング領域の側壁部に形成された酸
化膜６はこの異方性エッチングによってはエッチングさ
れずに残される。

【００３０】即ち，酸化膜６は，当初のマスク２の開口
３直下に当初マスク２と同じパターンの開口を有し，か
つサイドエッチングされた部分の表面を覆うマスク用酸
化膜７として形成される。

【００３１】本発明は，マスク用酸化膜７が，当初マス
ク２の精密な複製となること，かつサイドエッチング部
分の表面を覆うこと，及び酸素より電気陰性度の小さな
ガスでは等方性エッチングされないという事実を利用し
たものである。

【００３２】本発明の構成では，選択エッチング工程
で，マスク２とマスク用酸化膜７をマスクとする等方性
エッチングにより半導体１を除去する。このエッチング
では，前のエッチングで生じたサイドエッチング５部分
はマスク用酸化膜７で覆われているからそれ以上のサイ
ドエッチングは進行しない。

【００３３】また，前述したように，エッチング量は少
ないからオーバエッチは小さい。さらに，マスク用酸化
膜７は当初マスクの精密な複製であるから，サイドエッ
チングが少ないこととともに半導体１の精密なエッチン
グがされるのである。

【００３４】かかる，選択エッチングを複数回繰り返し
て，深いエッチングをすることもできる。即ち，選択エ
ッチングの後，再び表出面４にマスク用酸化膜７を形成
し，これをマスクとして選択エッチングを行うという工
程を繰り返すことができる。

【００３５】このとき，マスク用酸化膜７は常に当初マ
スク２が転写されるが，等方性エッチングによる選択エ
ッチングを繰り返しても，等方性エッチングにおける当
初マスクの選択比は大きいから，マスク２の消耗による
パターンの変形は僅少である。

【００３６】また，サイドエッチング部分は常にマスク
用酸化膜７に覆われ，等方性エッチングによってはエッ
チングされないから，エッチング部分の側壁のサイドエ
ッチングが進行しないことも前述の通りである。

【００３７】従って，選択エッチングを繰り返すことに
より，深いエッチングを許容できる範囲のサイドエッチ
ング量内で，しかも当初マスクのパターンを精密に転写
することができるのである。

【００３８】なお，選択エッチングに，マスクの消耗が
許される程度の異方性をもたせたイオンエッチングを用
いることもできる。これにより，エッチング深さに対し
てサイドエッチングを小さくできるから，一回のエッチ
ング量を深くでき，所望の深さまでエッチングするため
の工程を短縮できる。

【００３９】さらになお，途中の選択エッチングに異方
性を持たせ，最後の選択エッチングを等方性エッチング
とすることにより，工程を短縮し，最終的に形成される
エッチング面の面荒れ又は欠陥の発生を防止することが
できる。

【００４０】

【実施例】本発明を実施例を参照して説明する。図１に
示す実施例は，ＧａＡｓの（１００）基板上に形成され
るＦＥＴの製造であって，チャネル上にリセスを形成す
る工程へ適用したものである。

【００４１】先ず，図１（ａ）を参照して，チャネル上
のキャップ層表面に例えばレジストパターンからなるマ
スク２をフォトリソグラフィにより設ける。なお，マス
ク材料はＣｒ，ＡｕまたはＳｉＯ₂ とすることもでき
る。

【００４２】次いで，通常用いられるウエット又はドラ
イエッチングを用いた等方性エッチングにより，マスク
２の開口３領域の半導体１を例えば５０ｎｍ除去する。
このとき，サイドエッチングは略５０ｎｍであり，その
部分は（１１１）面が表出する。

【００４３】次いで，図１（ｂ）を参照して，減圧酸素
プラズマのガス流の下流で，表出面４の全面に例えば厚
さ３ｎｍの酸化膜６を形成する。次いで，図１（ｃ）を
参照して，マスク２をエッチングマスクとする異方性イ
オンエッチングにより開口３直下の酸化膜を除去し，マ
スク用酸化膜７を形成する。

【００４４】異方性エッチングは，ガス種が例えばＣｌ
_2,ＳｉＣｌ_4,ＢＣｌ_3,Ｂｒ_2,クロロホルム，又はメタン
と水素との混合ガスを圧力０．５〜３．０Ｐａで，基板
温度が例えば１００〜１５０℃で行うことができる。

【００４５】かかる，異方性エッチングではマスクと半
導体との選択比を１０以上とすることは容易であり，マ
スクの消耗による精度の劣化は少ない。次いで，図１
（ｄ）を参照して，マスク２及びマスク用酸化膜７をマ
スクとして例えば深さ略５０ｎｍの等方性エッチングを
行う。

【００４６】このとき，マスク用酸化膜７により再度の
エッチングによるサイドエッチングの拡大は防止され
る。従って，サイドエッチング量は５０ｎｍ以下に止ま
る。

【００４７】かかる等方性エッチングは，例えば，圧力
５Ｐａ〜一気圧のＣｌ_2,ＳｉＣｌ_4,ＢＣｌ_3,Ｂｒ_2,クロ
ロホルム，又はメタンと水素との混合ガスを用いたイオ
ンエッチングによりなすことができる。また，ウエット
エッチングに依ってもすることができる。

【００４８】次いで，図１（ｅ）を参照して，再び表出
面４を酸化して酸化膜６を形成する。次いで，図１
（ｆ）を参照して，異方性エッチングによりマスク用酸
化膜７を形成したのち，等方性エッチングを行う。

【００４９】かかる工程により，略１５０ｎｍのリセス
が形成された。このリセスのマスク２の開口３に対する
精度は５０ｎｍ以下にされた。これは，通常の等方性エ
ッチングによるものの３倍の精度を有する。

【００５０】また，エッチング面の面荒れ，欠陥は生ず
ることがないのは，等方性エッチングによるから当然で
ある。本実施例はＧａＡｓについてであるが，本発明は
エッチングガスとの反応生成物が低温で蒸発する半導
体，例えばＧａ，Ａｓ，Ａｌ，Ｉｎ，Ｐ，Ｓｂを含む３
族─５族化合物半導体またはＳｉにも適用できることは
いうまでもない。

【００５１】

【発明の効果】上述したように本発明によれば，酸化膜
からなるマスクがエッチング部分の側壁に形成されるた
め，等方性エッチングにおけるサイドエッチングが小さ
くなるから，面荒れ，欠陥を生ぜず，かつ精密にマスク
パターンを転写することができる半導体装置の製造方法
を提供することができ，半導体装置の性能向上に寄与す
るところが大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例工程図

【図２】 従来の実施例説明図

【符号の説明】

１ 半導体 ２ マスク ３ 開口 ４ 表出面 ５ サイドエッチング ６ 酸化膜 ７ マスク用酸化膜

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マスクを用いて半導体を選択的に異方性
   エッチングする工程を有する半導体装置の製造方法にお
   いて， 該半導体（１）上に設けられた該マスク（２）を用いて
   該半導体（１）を選択的にエッチングする第一の選択エ
   ッチング工程と， 該半導体（１）の選択的エッチングにより表出された該
   半導体（１）の表出面（４）を酸化して酸化膜（６）を
   形成する酸化工程と， 次いで，該マスク（２）を用いて該酸化膜（６）を選択
   的にエッチングして，該エッチング領域の側壁部に形成
   された該酸化膜（６）をマスク用酸化膜（７）として残
   し，該マスク（２）の開口（３）直下に位置する該酸化
   膜（６）を除去する酸化膜エッチング工程と， 次いで，該マスク（２）及びマスク用酸化膜（７）をマ
   スクとして該半導体（１）を選択的にエッチングする第
   二の選択エッチング工程とを有することを特徴とする半
   導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体装置の製造方法で
   あって， 上記酸化工程，上記酸化膜エッチング工程及び上記第二
   の選択エッチング工程を順次行う一連の工程を複数回繰
   り返し，所期の深さまでエッチングする工程を有するこ
   とを特徴とする半導体装置の製造方法。