JPH0582636A - 反応性イオン・エツチング用緩衝マスク - Google Patents
反応性イオン・エツチング用緩衝マスクInfo
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- JPH0582636A JPH0582636A JP3623691A JP3623691A JPH0582636A JP H0582636 A JPH0582636 A JP H0582636A JP 3623691 A JP3623691 A JP 3623691A JP 3623691 A JP3623691 A JP 3623691A JP H0582636 A JPH0582636 A JP H0582636A
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Classifications
-
- 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
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- 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
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- H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
- H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
-
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 基板１０中に深くて一様な幅の溝を形成する
際に、溝の側壁のおじぎ湾曲を防ぐことである。 【構成】 基板１０の上に、エッチング・マスクの第１
成分として第１の犠牲材料層１６を堆積させる。この犠
牲材料は、基板１０を反応性イオン・エッチングするの
と同じイオンによってエッチングされるか又はこれを吸
収する材料である。反応性イオン・エッチングに耐える
第２の材料層１８を、エッチング・マスクの第２成分と
して第１の材料層の上に堆積させる。これによって、基
板１０に実質上垂直に導かれるイオンだけが溝エッチン
グを行うようにする。
際に、溝の側壁のおじぎ湾曲を防ぐことである。 【構成】 基板１０の上に、エッチング・マスクの第１
成分として第１の犠牲材料層１６を堆積させる。この犠
牲材料は、基板１０を反応性イオン・エッチングするの
と同じイオンによってエッチングされるか又はこれを吸
収する材料である。反応性イオン・エッチングに耐える
第２の材料層１８を、エッチング・マスクの第２成分と
して第１の材料層の上に堆積させる。これによって、基
板１０に実質上垂直に導かれるイオンだけが溝エッチン
グを行うようにする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に半導体基板のエ
ッチング法に、更に詳細には、エッチングにより実質上
直線の一様な溝（トレンチ）側壁を生成することを可能
にする複合マスクを用いて、シリコン基板に深い溝を反
応性イオン・エッチング法によりエッチングする方法に
関係したものである。
ッチング法に、更に詳細には、エッチングにより実質上
直線の一様な溝（トレンチ）側壁を生成することを可能
にする複合マスクを用いて、シリコン基板に深い溝を反
応性イオン・エッチング法によりエッチングする方法に
関係したものである。
【０００２】
【従来の技術】在来の酸化物マスク又はその他の誘電体
マスクを用いた、シリコン又はその他の半導体の基板に
おける通常の高縦横比の、すなわち深くて狭い溝のエッ
チングにおいては、角度を持ったイオン・ボンバードの
ために、溝がおじぎしたりまた滑らかさのない溝壁とな
ってしまう。このおじぎ湾曲は、エッチング中のそれら
側壁の不活性化（パッシベーション）によって幾分軽減
することができるが、これは、側壁に付着して湾曲を防
止する二酸化ケイ素をエッチング中に形成することによ
って行っている。
マスクを用いた、シリコン又はその他の半導体の基板に
おける通常の高縦横比の、すなわち深くて狭い溝のエッ
チングにおいては、角度を持ったイオン・ボンバードの
ために、溝がおじぎしたりまた滑らかさのない溝壁とな
ってしまう。このおじぎ湾曲は、エッチング中のそれら
側壁の不活性化（パッシベーション）によって幾分軽減
することができるが、これは、側壁に付着して湾曲を防
止する二酸化ケイ素をエッチング中に形成することによ
って行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この不
活性化層は溝の上端部において首垂れの傾向がある。こ
の形式の不活性化及び首垂れの結果、シリコン基板中へ
更に進むにつれて、溝幅が先細りするか非一様なものと
なる。これらの形態は両方共、最終製品にとって通常有
害であり、大抵の場合に、それら側壁は、上部から下部
までできるだけ一直線で幅の一様なものとすることが望
ましい。
活性化層は溝の上端部において首垂れの傾向がある。こ
の形式の不活性化及び首垂れの結果、シリコン基板中へ
更に進むにつれて、溝幅が先細りするか非一様なものと
なる。これらの形態は両方共、最終製品にとって通常有
害であり、大抵の場合に、それら側壁は、上部から下部
までできるだけ一直線で幅の一様なものとすることが望
ましい。
【０００４】従来技術には、溝（トレンチ）エッチング
法及びその他の種類のエッチング法のための種々のステ
ップに関する教示が存在しているが、これの例として
は、次のものが列挙できる。即ち、酸化物、窒化物及び
ポリシリコンの多重層をマスクとして利用することによ
りシリコンに溝を形成することに関係した米国特許４５
４６５３８と、酸化物−ポリシリコン−酸化物マスクの
形成によるエピタキシャル・シリコンの成長に関係した
米国特許４７８６６１５と、そして酸化物−窒化物のマ
スクと酸化物のマスクを定めることによりシリコンに溝
を形成することに関係した米国特許４５３４８２６とで
ある。しかしながら、これらの参照文献のどれも、下側
ポリシリコン層と上側酸化物層とを含むパターン化二重
層マスクを提供するものではない。そのような二重層マ
スクによれば、反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）
中、そのマスクのポリシリコン成分層を犠牲緩衝層とし
て部分的にエッチングされるようにして、ＲＩＥ中基板
に垂直に導かれないイオンを吸収し、且つ基板に垂直に
導かれたイオンだけが基板上でエッチング作用を行うこ
とができるようになる。これは、基板中に、一様な幅
の、上部でおじぎ湾曲していない深い溝を与えることに
なる。
法及びその他の種類のエッチング法のための種々のステ
ップに関する教示が存在しているが、これの例として
は、次のものが列挙できる。即ち、酸化物、窒化物及び
ポリシリコンの多重層をマスクとして利用することによ
りシリコンに溝を形成することに関係した米国特許４５
４６５３８と、酸化物−ポリシリコン−酸化物マスクの
形成によるエピタキシャル・シリコンの成長に関係した
米国特許４７８６６１５と、そして酸化物−窒化物のマ
スクと酸化物のマスクを定めることによりシリコンに溝
を形成することに関係した米国特許４５３４８２６とで
ある。しかしながら、これらの参照文献のどれも、下側
ポリシリコン層と上側酸化物層とを含むパターン化二重
層マスクを提供するものではない。そのような二重層マ
スクによれば、反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）
中、そのマスクのポリシリコン成分層を犠牲緩衝層とし
て部分的にエッチングされるようにして、ＲＩＥ中基板
に垂直に導かれないイオンを吸収し、且つ基板に垂直に
導かれたイオンだけが基板上でエッチング作用を行うこ
とができるようになる。これは、基板中に、一様な幅
の、上部でおじぎ湾曲していない深い溝を与えることに
なる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明に従い、基板中に
実質上一様な幅の深い溝を形成する改良した方法を提供
する。即ち、基板上に、その基板と反応してこれをエッ
チングするのと同じイオンと反応し又はこれを吸収する
１つの材料の層を形成して、エッチング・マスクの第１
層を形成するようにする。そのエッチング・マスク材料
の第２の層は、その第１材料層の上に形成し、そしてこ
れを、基板中にエッチングするべき溝の位置及び幅を定
めるようなパターンとする。その後、マスクの第１層に
おける材料は、エッチング・マスクのそのパターン化し
た露出第２層を通して反応性イオン・エッチングし、そ
してこの反応性イオン・エッチングはそれの下の基板ま
で継続して行って溝を形成する。このプロセスにおい
て、第２マスク材料層の下にある露出した第１マスク材
料層は、非垂直に進行するイオンを主に吸収し、そして
実質上垂直に進行するイオンだけが基板をエッチングし
て実質上一様な幅の溝を基板中に形成できるようにす
る。その後、両エッチング・マスク用材料層は、除去す
るようにすることができる。
実質上一様な幅の深い溝を形成する改良した方法を提供
する。即ち、基板上に、その基板と反応してこれをエッ
チングするのと同じイオンと反応し又はこれを吸収する
１つの材料の層を形成して、エッチング・マスクの第１
層を形成するようにする。そのエッチング・マスク材料
の第２の層は、その第１材料層の上に形成し、そしてこ
れを、基板中にエッチングするべき溝の位置及び幅を定
めるようなパターンとする。その後、マスクの第１層に
おける材料は、エッチング・マスクのそのパターン化し
た露出第２層を通して反応性イオン・エッチングし、そ
してこの反応性イオン・エッチングはそれの下の基板ま
で継続して行って溝を形成する。このプロセスにおい
て、第２マスク材料層の下にある露出した第１マスク材
料層は、非垂直に進行するイオンを主に吸収し、そして
実質上垂直に進行するイオンだけが基板をエッチングし
て実質上一様な幅の溝を基板中に形成できるようにす
る。その後、両エッチング・マスク用材料層は、除去す
るようにすることができる。
【０００６】
【実施例】本発明に従って提供する改良した方法は、基
板、特に半導体デバイス製造のためのシリコン基板中に
深い溝を形成するものである。本方法は、基板の頂面に
おけるエッチング・マスクの第１成分としての犠牲材料
の層の形成と、及びこの犠牲材料の上にあってエッチン
グ・マスクの第２成分を形成するエッチング耐性材料の
形成とを含んでおり、それら第１及び第２成分の材料層
は、一緒になって基板の反応性イオン・エッチングのた
めの複合エッチング・マスクとして機能するようになっ
ている。その犠牲材料は、基板の反応性イオン・エッチ
ングを行うのと同じイオンを吸収するように選択してあ
り、従ってエッチング・マスクのエッチング耐性層から
反射されたどのイオンも、第１材料すなわち犠牲材料に
当たるような角度で導かれることになる。又、垂直に対
してわずかな角度をなしたイオンは、その第１すなわち
犠牲層に直接衝突し、そしてこれらイオンは、上記の反
射されたイオンと共に、犠牲材料によって吸収されるこ
とになり、これによって犠牲材料を実際上エッチングす
ることになる。これらのわずかに傾斜したイオンは、下
方の基板へ反射されないので、本質上垂直に又は基板の
面に対し直交方向に導かれるエッチング・イオンだけが
複合エッチング・マスクを通過し、従って基板中の溝の
このエッチングの結果として、通常の従来技術のエッチ
ング・プロセスにおいて普通遭遇する上部におけるおじ
ぎ湾曲を何等伴わずに、実質上一様な側壁を持った溝が
生じることになる。これにより、最小限の側壁不活性化
しかエッチング・プラズマ中にて形成されないような諸
条件の使用が可能となり、垂直な溝側壁をもたらすこと
ができる。
板、特に半導体デバイス製造のためのシリコン基板中に
深い溝を形成するものである。本方法は、基板の頂面に
おけるエッチング・マスクの第１成分としての犠牲材料
の層の形成と、及びこの犠牲材料の上にあってエッチン
グ・マスクの第２成分を形成するエッチング耐性材料の
形成とを含んでおり、それら第１及び第２成分の材料層
は、一緒になって基板の反応性イオン・エッチングのた
めの複合エッチング・マスクとして機能するようになっ
ている。その犠牲材料は、基板の反応性イオン・エッチ
ングを行うのと同じイオンを吸収するように選択してあ
り、従ってエッチング・マスクのエッチング耐性層から
反射されたどのイオンも、第１材料すなわち犠牲材料に
当たるような角度で導かれることになる。又、垂直に対
してわずかな角度をなしたイオンは、その第１すなわち
犠牲層に直接衝突し、そしてこれらイオンは、上記の反
射されたイオンと共に、犠牲材料によって吸収されるこ
とになり、これによって犠牲材料を実際上エッチングす
ることになる。これらのわずかに傾斜したイオンは、下
方の基板へ反射されないので、本質上垂直に又は基板の
面に対し直交方向に導かれるエッチング・イオンだけが
複合エッチング・マスクを通過し、従って基板中の溝の
このエッチングの結果として、通常の従来技術のエッチ
ング・プロセスにおいて普通遭遇する上部におけるおじ
ぎ湾曲を何等伴わずに、実質上一様な側壁を持った溝が
生じることになる。これにより、最小限の側壁不活性化
しかエッチング・プラズマ中にて形成されないような諸
条件の使用が可能となり、垂直な溝側壁をもたらすこと
ができる。
【０００７】今度は図面について言及すると、図１に示
した通常のシリコン基板１０は、その表面に成長させた
熱酸化物の薄い層１２と、これの上に堆積させた窒化ケ
イ素の層１４をもっている。この窒化ケイ素層１４の上
面には、ポリシリコンの層１６を堆積させてあり、これ
は、まもなく説明するように、犠牲材料として作用する
ものである。ポリシリコン層１６の上面には、ＣＶＤ
（化学気相堆積）酸化物マスクの層１８を堆積させ、そ
して最後に、ホトレジストの層２０を酸化物１８の上面
に堆積させてある。ポリシリコン成分層１６及び酸化物
成分層１８は一緒になって、複合エッチング・マスクと
して機能する。
した通常のシリコン基板１０は、その表面に成長させた
熱酸化物の薄い層１２と、これの上に堆積させた窒化ケ
イ素の層１４をもっている。この窒化ケイ素層１４の上
面には、ポリシリコンの層１６を堆積させてあり、これ
は、まもなく説明するように、犠牲材料として作用する
ものである。ポリシリコン層１６の上面には、ＣＶＤ
（化学気相堆積）酸化物マスクの層１８を堆積させ、そ
して最後に、ホトレジストの層２０を酸化物１８の上面
に堆積させてある。ポリシリコン成分層１６及び酸化物
成分層１８は一緒になって、複合エッチング・マスクと
して機能する。
【０００８】熱酸化物１２を成長させ、窒化物層１４を
堆積させ、ポリシリコン層１６及び酸化物層１８を堆積
させ、そして又ホトレジスト２０を施すための種々のプ
ロセスは、在来のものである。例えば、その熱酸化物
は、炉内において、バッチ・ウェット・プロセスにより
約８００℃で成長させることができる。典型的には、こ
の熱酸化物の層１２は、約１５０オングストロームの厚
さに成長させるようにする。窒化ケイ素層１４は、通常
のＣＶＤプロセスによる堆積によって約１６００オング
ストロームの厚さとすることができる。そのプロセス
は、約１対１０の比のシランとアンモニアを用いたバッ
チＣＶＤプロセスとして、市販で入手可能な機械装置に
おいて行うことができ、典型的には、７７０℃、約０．
６トルで行うことができる。
堆積させ、ポリシリコン層１６及び酸化物層１８を堆積
させ、そして又ホトレジスト２０を施すための種々のプ
ロセスは、在来のものである。例えば、その熱酸化物
は、炉内において、バッチ・ウェット・プロセスにより
約８００℃で成長させることができる。典型的には、こ
の熱酸化物の層１２は、約１５０オングストロームの厚
さに成長させるようにする。窒化ケイ素層１４は、通常
のＣＶＤプロセスによる堆積によって約１６００オング
ストロームの厚さとすることができる。そのプロセス
は、約１対１０の比のシランとアンモニアを用いたバッ
チＣＶＤプロセスとして、市販で入手可能な機械装置に
おいて行うことができ、典型的には、７７０℃、約０．
６トルで行うことができる。
【０００９】ポリシリコンの層１６も又、バッチＣＶＤ
プロセスで堆積させるようにすることができる。このプ
ロセスは、シラン雰囲気中で約６２０℃、約０．６トル
で行うことができる。このポリシリコン層１６の厚さは
変化させることができるが、約０．５μｍの幅の約１０
μｍの溝を基板中にエッチングすべきときには好適なそ
の厚さは約３μｍであることが判明しており、これは、
エッチング中の非垂直な又は反射されたどのようなイオ
ンの捕獲も保証するのに十分な厚さであり、しかも、や
がて説明するように容易に除去できるほど十分薄いもの
である。又、この厚さは、やはりまもなく説明するよう
に、エッチングに必要な時間に依存して変わるものであ
る。
プロセスで堆積させるようにすることができる。このプ
ロセスは、シラン雰囲気中で約６２０℃、約０．６トル
で行うことができる。このポリシリコン層１６の厚さは
変化させることができるが、約０．５μｍの幅の約１０
μｍの溝を基板中にエッチングすべきときには好適なそ
の厚さは約３μｍであることが判明しており、これは、
エッチング中の非垂直な又は反射されたどのようなイオ
ンの捕獲も保証するのに十分な厚さであり、しかも、や
がて説明するように容易に除去できるほど十分薄いもの
である。又、この厚さは、やはりまもなく説明するよう
に、エッチングに必要な時間に依存して変わるものであ
る。
【００１０】ＣＶＤ酸化物の層１８は、約１．２μｍの
厚さまで堆積させるが、これも又、ＣＶＤバッチ・プロ
セスによりテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）及びＯ2
を用いて約６２０℃、０．６トルで行うようにすること
ができる。熱式ウェット・バッチ・プロセスのような他
の堆積プロセスも又使用することができる。
厚さまで堆積させるが、これも又、ＣＶＤバッチ・プロ
セスによりテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）及びＯ2
を用いて約６２０℃、０．６トルで行うようにすること
ができる。熱式ウェット・バッチ・プロセスのような他
の堆積プロセスも又使用することができる。
【００１１】この時点において、在来の洗浄操作を行う
ことができ、そしてこれに続いてポジ・ホトレジストの
層２０を、酸化物層１８上へ塗布する。ホトレジスト
は、任意の在来のタイプのものを使用するようにするこ
とができる。また、オプションとして、付着促進が必要
ならば、レジスト付着促進用膜の層（図示していない）
を酸化物１８の上に直接施し、そしてこれの上にレジス
ト２０を施すようにしてもよい。レジスト２０は、典型
的には約１〜１．５μｍの厚さのものである。ホトレジ
ストの塗布、パターン化、及び現像は周知であり、ここ
で詳細に説明する必要のないものである。
ことができ、そしてこれに続いてポジ・ホトレジストの
層２０を、酸化物層１８上へ塗布する。ホトレジスト
は、任意の在来のタイプのものを使用するようにするこ
とができる。また、オプションとして、付着促進が必要
ならば、レジスト付着促進用膜の層（図示していない）
を酸化物１８の上に直接施し、そしてこれの上にレジス
ト２０を施すようにしてもよい。レジスト２０は、典型
的には約１〜１．５μｍの厚さのものである。ホトレジ
ストの塗布、パターン化、及び現像は周知であり、ここ
で詳細に説明する必要のないものである。
【００１２】次に、ホトレジストの層２０は、溝を形成
すべき区域を露光し且つその他の区域を覆うために、マ
スクを通して所望のパターンに露光する。次に、このレ
ジストを、現像しベークし、これにより図２に示したよ
うにそのパターンを下にある酸化物層１８へ転写できる
ようにする。この時点での構造体は、複合エッチング・
マスクの一つの層として作用するべき酸化物層１８へ、
パターンを形成するための準備ができた状態にある。次
に、そのパターン形成は、その物を、在来の酸化物反応
性イオン・エッチング雰囲気中にさらすことによって、
例えば、約４０mTorr の圧力及び約１２００ワットの電
力のＡＭＥ８１００装置内のＣＨＦ3 ／ＣＯ2 雰囲気
（ＣＨＦ3 対ＣＯ2 の比が約７５ＳＣＣＭ対約８ＳＣＣ
Ｍである）中にさらすことによって行う。これは、酸化
物１８を貫くエッチングを行い、その酸化物にパターン
を形成する。これに続いて、レジスト層２０を、３００
ワット及び１．０トルのＯ2 雰囲気に６０分間のような
在来の方法ではがして、図３に示す構造とする。
すべき区域を露光し且つその他の区域を覆うために、マ
スクを通して所望のパターンに露光する。次に、このレ
ジストを、現像しベークし、これにより図２に示したよ
うにそのパターンを下にある酸化物層１８へ転写できる
ようにする。この時点での構造体は、複合エッチング・
マスクの一つの層として作用するべき酸化物層１８へ、
パターンを形成するための準備ができた状態にある。次
に、そのパターン形成は、その物を、在来の酸化物反応
性イオン・エッチング雰囲気中にさらすことによって、
例えば、約４０mTorr の圧力及び約１２００ワットの電
力のＡＭＥ８１００装置内のＣＨＦ3 ／ＣＯ2 雰囲気
（ＣＨＦ3 対ＣＯ2 の比が約７５ＳＣＣＭ対約８ＳＣＣ
Ｍである）中にさらすことによって行う。これは、酸化
物１８を貫くエッチングを行い、その酸化物にパターン
を形成する。これに続いて、レジスト層２０を、３００
ワット及び１．０トルのＯ2 雰囲気に６０分間のような
在来の方法ではがして、図３に示す構造とする。
【００１３】この時点で、本材料は、ポリシリコン層１
６の反応性イオン・エッチングのための準備ができたこ
とになる。この反応性イオン・エッチングは、在来の方
法で行うことができ、従ってＡＭＥ８１００装置内にお
いて行うようにすることができる。このプロセス・ステ
ップは、約９０ＳＣＣＭのＨＣl に対し約３０ＳＣＣＭ
のＣl 2 の比のＨＣl 及びＣl 2気体を、約１５mTorr
及び約６５０ワットにおいて使用する。これにより、ポ
リシリコン１６のエッチングが生ずる。このエッチング
・プロセスは、同じエッチング装置において、約１００
ＳＣＣＭで、約２０mTorr 及び約８５０ワットのＣＦ4
雰囲気中で継続して、窒化物層１４及び酸化物層１２を
貫くエッチングを行い、このようにして下にあるシリコ
ン基板１０の面を溝エッチングのために露出させる。プ
ロセスのこの時点は、図４に示してある。
６の反応性イオン・エッチングのための準備ができたこ
とになる。この反応性イオン・エッチングは、在来の方
法で行うことができ、従ってＡＭＥ８１００装置内にお
いて行うようにすることができる。このプロセス・ステ
ップは、約９０ＳＣＣＭのＨＣl に対し約３０ＳＣＣＭ
のＣl 2 の比のＨＣl 及びＣl 2気体を、約１５mTorr
及び約６５０ワットにおいて使用する。これにより、ポ
リシリコン１６のエッチングが生ずる。このエッチング
・プロセスは、同じエッチング装置において、約１００
ＳＣＣＭで、約２０mTorr 及び約８５０ワットのＣＦ4
雰囲気中で継続して、窒化物層１４及び酸化物層１２を
貫くエッチングを行い、このようにして下にあるシリコ
ン基板１０の面を溝エッチングのために露出させる。プ
ロセスのこの時点は、図４に示してある。
【００１４】次に、基板１０のその露出部分をエチング
して深い溝を形成するが、その際酸化物層１８及びポリ
シリコン層１６は複合エッチング・マスクとして機能す
る（もちろん、酸化物１２及び窒化物１４の薄い層は、
エッチング・マスキングのための最小限の効果は有して
いる。）。基板１０のこのエッチングは、ＡＭＥ５００
０装置内において、約３２ＳＣＣＭのＨＢｒ、約５ＳＣ
ＣＭのＮＦ3 、約５ＳＣＣＭのＳｉＦ4 、並びに約９０
％のヘリウムに対して約１０％の酸素の混合比における
ヘリウム及び酸素の混合物の雰囲気中で行うことが望ま
しい。ヘリウム及び酸素のこの混合物は、任意選択的に
０から９ＳＣＣＭまで存するようにできるが、この存す
る量は、やがて説明するように側壁に及ぼす効果を変え
るために使用する。その電力は約４５０ワットに、圧力
は約５０から１００mTorr までに、そして磁界は任意選
択的に０から８０ガウスまでに設定するようにすること
ができる。溝２４は、実質上直線的で平行な側壁を得る
ために、この装置内においてその気体混合物を用いて反
応性イオン・エッチング法により形成する。尚、ヘリウ
ム／酸素の量は入れるとしても最小限、磁界はかけると
しても最小限、また圧力は５０mTorr 付近の低い方の端
に設定することが望ましい。これらの最小限の値におい
ては、酸化物形成による溝の側壁不活性化はほとんど又
は全くなく、そしてポリシリコン層１６は垂直外れのイ
オンによって犠牲的にエッチングされることになる。し
かし、それにもかかわらず、小さいがある程度の不活性
化が望まれるかもしれない。例えば、エッチング中に形
成された遊離フッ素は、側壁を等方的にエッチングして
若干のおじぎ湾曲を生じさせようとするであろう。しか
し、不活性化用二酸化ケイ素の非常に薄い層（１０〜２
０オングストローム）を設けることによって、フッ素に
よるそのエッチングを防止することができる。従って、
当業者には容認されることであろうが、それらの値は、
溝を形成する際に希望の正確な最終結果を選択するため
に変更することができ、そしてそれらの値が高くなるほ
ど、特に酸素レベルが高くなるほど、より多くの側壁不
活性化が生じることになる。以上に述べたように、側壁
不活性化が生じるときには、これは、エッチングされた
シリコン（ケイ素）が酸素と反応しそして二酸化ケイ素
として溝壁に付着することにより引き起こされる。この
エッチングが進行するにつれて、その二酸化ケイ素は、
溝の上部の近くを徐々に狭くするが、これは通り抜ける
イオン流の幅を制限することになり、そしてこれは溝が
その下方端に向かって次第に先細りになる又は狭くなる
という結果をもたらす。従って、側壁不活性化の量は通
常、この側壁先細りを最小限にする又は除くために、最
小限とすべきである。
して深い溝を形成するが、その際酸化物層１８及びポリ
シリコン層１６は複合エッチング・マスクとして機能す
る（もちろん、酸化物１２及び窒化物１４の薄い層は、
エッチング・マスキングのための最小限の効果は有して
いる。）。基板１０のこのエッチングは、ＡＭＥ５００
０装置内において、約３２ＳＣＣＭのＨＢｒ、約５ＳＣ
ＣＭのＮＦ3 、約５ＳＣＣＭのＳｉＦ4 、並びに約９０
％のヘリウムに対して約１０％の酸素の混合比における
ヘリウム及び酸素の混合物の雰囲気中で行うことが望ま
しい。ヘリウム及び酸素のこの混合物は、任意選択的に
０から９ＳＣＣＭまで存するようにできるが、この存す
る量は、やがて説明するように側壁に及ぼす効果を変え
るために使用する。その電力は約４５０ワットに、圧力
は約５０から１００mTorr までに、そして磁界は任意選
択的に０から８０ガウスまでに設定するようにすること
ができる。溝２４は、実質上直線的で平行な側壁を得る
ために、この装置内においてその気体混合物を用いて反
応性イオン・エッチング法により形成する。尚、ヘリウ
ム／酸素の量は入れるとしても最小限、磁界はかけると
しても最小限、また圧力は５０mTorr 付近の低い方の端
に設定することが望ましい。これらの最小限の値におい
ては、酸化物形成による溝の側壁不活性化はほとんど又
は全くなく、そしてポリシリコン層１６は垂直外れのイ
オンによって犠牲的にエッチングされることになる。し
かし、それにもかかわらず、小さいがある程度の不活性
化が望まれるかもしれない。例えば、エッチング中に形
成された遊離フッ素は、側壁を等方的にエッチングして
若干のおじぎ湾曲を生じさせようとするであろう。しか
し、不活性化用二酸化ケイ素の非常に薄い層（１０〜２
０オングストローム）を設けることによって、フッ素に
よるそのエッチングを防止することができる。従って、
当業者には容認されることであろうが、それらの値は、
溝を形成する際に希望の正確な最終結果を選択するため
に変更することができ、そしてそれらの値が高くなるほ
ど、特に酸素レベルが高くなるほど、より多くの側壁不
活性化が生じることになる。以上に述べたように、側壁
不活性化が生じるときには、これは、エッチングされた
シリコン（ケイ素）が酸素と反応しそして二酸化ケイ素
として溝壁に付着することにより引き起こされる。この
エッチングが進行するにつれて、その二酸化ケイ素は、
溝の上部の近くを徐々に狭くするが、これは通り抜ける
イオン流の幅を制限することになり、そしてこれは溝が
その下方端に向かって次第に先細りになる又は狭くなる
という結果をもたらす。従って、側壁不活性化の量は通
常、この側壁先細りを最小限にする又は除くために、最
小限とすべきである。
【００１５】この反応性イオン・エッチング中、図５に
線図で示したように、基板１０の面に実質上垂直又は直
交するように導かれたイオンは基板の表面に直接衝突
し、従って基板中に実質上直線的な側壁をエッチングす
るが、これらの側壁は一様な距離だけ離れていて、実質
上直線的な側壁を持った一様な幅の溝を形成する。角度
をなして導かれた又は基板に対して垂直でないイオン
は、これを吸収するポリシリコン層に当たって実際上溝
中において生じるのと同じようなエッチング効果を生じ
させるか、あるいは、酸化物マスク１８の面に当たって
これからポリシリコン層１６へ反射され、そしてこの層
１６を犠牲的にエッチングすることになる。ポリシリコ
ン層１６は、シリコン基板の表面に実質上垂直に又は直
交するように導かれないイオンを吸収する吸収体又は犠
牲層として機能し、従って上部から下部まで幅が実質上
一様であり且つおじぎ湾曲していない実質上直線的な壁
面を持ったエッチング溝を基板中に生じることになり、
そしてどのようなおじぎ湾曲又は幅広効果も、図５に示
したようにポリシリコン層１６に限定されることにな
る。
線図で示したように、基板１０の面に実質上垂直又は直
交するように導かれたイオンは基板の表面に直接衝突
し、従って基板中に実質上直線的な側壁をエッチングす
るが、これらの側壁は一様な距離だけ離れていて、実質
上直線的な側壁を持った一様な幅の溝を形成する。角度
をなして導かれた又は基板に対して垂直でないイオン
は、これを吸収するポリシリコン層に当たって実際上溝
中において生じるのと同じようなエッチング効果を生じ
させるか、あるいは、酸化物マスク１８の面に当たって
これからポリシリコン層１６へ反射され、そしてこの層
１６を犠牲的にエッチングすることになる。ポリシリコ
ン層１６は、シリコン基板の表面に実質上垂直に又は直
交するように導かれないイオンを吸収する吸収体又は犠
牲層として機能し、従って上部から下部まで幅が実質上
一様であり且つおじぎ湾曲していない実質上直線的な壁
面を持ったエッチング溝を基板中に生じることになり、
そしてどのようなおじぎ湾曲又は幅広効果も、図５に示
したようにポリシリコン層１６に限定されることにな
る。
【００１６】ポリシリコン層１６の厚さは、最適の結果
をもたらすように制御すべきものである。このポリシリ
コンの層が薄すぎる場合には、ポリシリコン層１６のあ
まりにも多くの部分が、溝エッチングの完了前にエッチ
ングし去られ又は犠牲にされてしまい、従ってその機能
の実施に利用可能ではなくなってしまっていることにな
る。そのような場合には、不安定な結果、例えば窒化物
のエッチング又は溝の上部の過剰エッチングが生じるこ
とがある。これは、主としてエッチングが行われる時間
（これは、溝の幅と合わさって、溝がエッチングされる
深さを決定する）の関数である。
をもたらすように制御すべきものである。このポリシリ
コンの層が薄すぎる場合には、ポリシリコン層１６のあ
まりにも多くの部分が、溝エッチングの完了前にエッチ
ングし去られ又は犠牲にされてしまい、従ってその機能
の実施に利用可能ではなくなってしまっていることにな
る。そのような場合には、不安定な結果、例えば窒化物
のエッチング又は溝の上部の過剰エッチングが生じるこ
とがある。これは、主としてエッチングが行われる時間
（これは、溝の幅と合わさって、溝がエッチングされる
深さを決定する）の関数である。
【００１７】得る深さが約１０μｍで得る幅が約０．５
μｍの溝の場合には、約３μｍのポリシリコンの厚さを
採択している。より一般的な表現では、縦横比（深さ／
幅）が２０：１であるならば、ポリシリコン層１６は溝
の深さの約３０％にするべきである。より深い又はより
狭い溝（すなわち、より高い縦横比のもの）は、より長
いエッチング時間とより厚い層のポリシリコン１６を必
要とする。逆に、より広い又は浅い溝（すなわち、より
低い縦横比のもの）は、わずかにより薄いポリシリコン
層１６を使用することができるが、しかしこの層は、垂
直でないイオンによりエッチングされる溝の上部におい
て最初に厚くなったり広くなったりすることが生じない
ように、垂直でないイオンを捕獲するのに十分な厚さで
なければならない。種々の大きさ及び縦横比の溝に対す
るこのポリシリコン層１６の最適の厚さについては、比
較的簡単な実験によって明らかになる。
μｍの溝の場合には、約３μｍのポリシリコンの厚さを
採択している。より一般的な表現では、縦横比（深さ／
幅）が２０：１であるならば、ポリシリコン層１６は溝
の深さの約３０％にするべきである。より深い又はより
狭い溝（すなわち、より高い縦横比のもの）は、より長
いエッチング時間とより厚い層のポリシリコン１６を必
要とする。逆に、より広い又は浅い溝（すなわち、より
低い縦横比のもの）は、わずかにより薄いポリシリコン
層１６を使用することができるが、しかしこの層は、垂
直でないイオンによりエッチングされる溝の上部におい
て最初に厚くなったり広くなったりすることが生じない
ように、垂直でないイオンを捕獲するのに十分な厚さで
なければならない。種々の大きさ及び縦横比の溝に対す
るこのポリシリコン層１６の最適の厚さについては、比
較的簡単な実験によって明らかになる。
【００１８】希望した深さまでの溝の反応性イオン・エ
ッチングに続いて、酸化物マスク層を、例えば前に述べ
たように、ＡＭＥ８１００装置内においてＣＨＦ3 ／Ｃ
Ｏ2 雰囲気を用いてはがすようにすることができる。希
望するならば、これに続いて、溝を緩衝化フッ化水素酸
に浸して任意の残留物を一掃するようにしてもよく、そ
してその後で、ポリシリコンの犠牲層１６を除去する。
この除去は、任意の在来の方法で行えるが、採択した方
法は、化学的機械的研摩によって行うことである。この
形式の研摩は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許４
６７１８５１に記載されている。熱酸化物１２及び窒化
物１４の残っている不活性化層は、その同じ場所に残し
ておいてもよく、従って、結果として生じる構造物は図
６に示したものとなる。また、ある種の場合には、ポリ
シリコン層１６を除去する前に溝を誘電材料又はデバイ
ス形成用材料で満たすことが有利となることがあるが、
これは、堆積させる材料に依存して種々の技法により行
うことができる。
ッチングに続いて、酸化物マスク層を、例えば前に述べ
たように、ＡＭＥ８１００装置内においてＣＨＦ3 ／Ｃ
Ｏ2 雰囲気を用いてはがすようにすることができる。希
望するならば、これに続いて、溝を緩衝化フッ化水素酸
に浸して任意の残留物を一掃するようにしてもよく、そ
してその後で、ポリシリコンの犠牲層１６を除去する。
この除去は、任意の在来の方法で行えるが、採択した方
法は、化学的機械的研摩によって行うことである。この
形式の研摩は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許４
６７１８５１に記載されている。熱酸化物１２及び窒化
物１４の残っている不活性化層は、その同じ場所に残し
ておいてもよく、従って、結果として生じる構造物は図
６に示したものとなる。また、ある種の場合には、ポリ
シリコン層１６を除去する前に溝を誘電材料又はデバイ
ス形成用材料で満たすことが有利となることがあるが、
これは、堆積させる材料に依存して種々の技法により行
うことができる。
【００１９】このように、基板と同じ材料の犠牲層を設
けることによって、たとえエッチング装置からのイオン
がすべてその表面に垂直に導かれなくても、深い実質上
一様な幅の直線状側壁を反応性イオン・エッチングする
ことができ、そしてその表面に垂直でないイオンは、そ
の目的のために設けた犠牲材料の層によって吸収するこ
とになる。
けることによって、たとえエッチング装置からのイオン
がすべてその表面に垂直に導かれなくても、深い実質上
一様な幅の直線状側壁を反応性イオン・エッチングする
ことができ、そしてその表面に垂直でないイオンは、そ
の目的のために設けた犠牲材料の層によって吸収するこ
とになる。
【００２０】注目すべきであるが、以上においては、本
発明は、シリコン基板の反応性イオン・エッチングに関
連して説明した。しかしながら、本発明は、その他の基
板の反応性イオン・エッチングについても使用すること
ができ、その場合には、基板をエッチングするのと同じ
イオンを吸収し従ってその基板の特定の材料に対して犠
牲材料として作用するような材料を犠牲材料として利用
することが必要なだけである。更に、この材料は基板と
同じ組成である必要はなく、唯一の要件は、その材料が
基板を反応性イオン・エッチングするのに使用されるの
と同じイオンを吸収すること、及びその材料がその目的
を果たした後除去できること、である。また、実際、こ
の材料は、イオンをエッチングされることなく吸収でき
るならば、エッチングする必要さえもない。
発明は、シリコン基板の反応性イオン・エッチングに関
連して説明した。しかしながら、本発明は、その他の基
板の反応性イオン・エッチングについても使用すること
ができ、その場合には、基板をエッチングするのと同じ
イオンを吸収し従ってその基板の特定の材料に対して犠
牲材料として作用するような材料を犠牲材料として利用
することが必要なだけである。更に、この材料は基板と
同じ組成である必要はなく、唯一の要件は、その材料が
基板を反応性イオン・エッチングするのに使用されるの
と同じイオンを吸収すること、及びその材料がその目的
を果たした後除去できること、である。また、実際、こ
の材料は、イオンをエッチングされることなく吸収でき
るならば、エッチングする必要さえもない。
【００２１】以上に、本発明の一実施例について図示し
説明したが、各請求項に定めた本発明の範囲から外れる
ことなく、種々の適合化及び変更を行うことができる。
説明したが、各請求項に定めた本発明の範囲から外れる
ことなく、種々の適合化及び変更を行うことができる。
【図１】本発明に従いパターン化及び反応性イオン・エ
ッチングするのに準備のできた、種々の層が上に形成さ
れている半導体基板の幾分線図的な断面図である。
ッチングするのに準備のできた、種々の層が上に形成さ
れている半導体基板の幾分線図的な断面図である。
【図２】露光されてマスキング層に転写されるパターン
を示した図１に類似の図である。
を示した図１に類似の図である。
【図３】マスクのＳｉＯ2 層のエッチングが完了した状
態での図２に類似の図である。
態での図２に類似の図である。
【図４】マスク全体を貫通して基板の頂面までエッチン
グが完了した状態での図３に類似の図である。
グが完了した状態での図３に類似の図である。
【図５】深い溝を反応性イオン・エッチングした後に結
果として生じる構造物を示した図４に類似の図である。
果として生じる構造物を示した図４に類似の図である。
【図６】犠牲層を含むエッチング・マスク材料を除去し
た状態の最終製品を示した図５に類似の図である。
た状態の最終製品を示した図５に類似の図である。
１０：シリコン基板、１２：熱酸化物層、１４：窒化ケ
イ素層、１６：ポリシリコン層（犠牲層）、１８：酸化
物マスク層、２０：ホトレジスト層、２４：溝。
イ素層、１６：ポリシリコン層（犠牲層）、１８：酸化
物マスク層、２０：ホトレジスト層、２４：溝。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マイケル・リン・カーボウ アメリカ合衆国05401、バーモント州 バ ーリントン、セント・ポール・ストリート 418番地 (72)発明者 ナンシー・トベイ・パスコウ アメリカ合衆国05403、バーモント州 サ ウス・バーリントン、イースト・テラス 62番地 (72)発明者 ジヨン・フランシス・レムベツトスキ アメリカ合衆国05401、バーモント州 バ ーリントン、フオスター・ストリート 55 番地
Claims (15)
- 【請求項１】 基板を反応性イオン・エッチングするの
と同じイオンと反応するか又はこれを吸収する前記基板
の上にある第１の材料層を含むエッチング・マスクを前
記基板上に形成し、反応性イオン・エッチングのために
使用する前記イオンをマスクする第２の材料層を前記第
１材料層の上に形成し、そして前記第２材料層をパター
ン化して前記第１材料層の一部分を露出させて前記基板
中に形成する溝の位置及び幅を定める段階、 パターン化し露出させた前記第１材料層を完全に貫通す
るよう反応性イオン・エッチングを行い、そしてそれの
下の前記基板を反応性イオン・エッチングして前記基板
中に前記溝を形成する段階、 を含んでいて、 これにより、前記第２層のマスク材料の下にある露出さ
せた前記第１材料層が非垂直に進行するイオンを吸収し
又はこれによってエッチングされて、実質上垂直に進行
するイオンだけが前記基板を実質上一様な幅でエッチン
グすることを可能にした、 反応性イオン・エッチングにより基板に実質上一様な幅
の深い溝を形成する方法。 - 【請求項２】 前記基板がシリコンである、請求項１に
記載の方法。 - 【請求項３】 前記第１層のマスク材料がポリシリコン
である、請求項２に記載の方法。 - 【請求項４】 前記第２層のマスク材料が二酸化ケイ素
である、請求項３に記載の方法。 - 【請求項５】 前記基板が、前記第１マスク材料層の下
において前記基板の表面上に少なくとも一つの層の誘電
材料を備えていること、を特徴とする請求項１に記載の
方法。 - 【請求項６】 前記基板中に前記溝をエッチングするた
めのエッチング条件を、前記基板中の溝側壁の不活性化
がエッチング中に実質上生じないように選択した、請求
項２に記載の方法。 - 【請求項７】 前記溝の縦横比が約２０：１であり、ま
た前記第１材料層の厚さが前記溝の深さの約３０％であ
る、請求項２に記載の方法。 - 【請求項８】 基板上に配置した第１の材料層であっ
て、前記基板をエッチングするのと同じイオンを吸収す
るか又はこれによりエッチングされるように選択した、
前記の第１材料層と、 該第１材料層上に配置し且つエッチングするべき溝の形
状にパターン化した第２の材料層であって、前記基板の
材料をエッチングする前記イオンに耐えるように選択し
た、前記の第２材料層と、 からなる、基板中に溝をエッチングするための二重層マ
スク。 - 【請求項９】 前記基板の材料がシリコンであり、前記
第１層の材料がポリシリコンである、請求項８に記載の
マスク。 - 【請求項１０】 前記第２層の材料が二酸化ケイ素であ
る、請求項９に記載のマスク。 - 【請求項１１】 半導体基板と、該基板上に形成した複
合マスクとからなる構造体であって、 前記複合マスクが、前記基板上に配置した比較的厚い第
１の材料層を備えており、 該第１材料層が、前記基板の材料をエッチングするのと
同じ反応性イオンを吸収し又はこれによってエッチング
される材料であり、前記の第１材料層の上に第２の材料
層が配置されていて、これが前記基板の材料をエッチン
グする反応性イオンによるエッチングに耐える材料であ
り、 両層のマスク材料を貫通して前記基板中へ開口部が溝と
して延びており、 前記基板中の前記溝が実質上直線的な壁を備えており且
つ実質上一様な幅のものである、 前記の構造体。 - 【請求項１２】 前記第１材料層中の前記の開口部がお
じぎ湾曲した側壁を持っている、請求項１１に記載の構
造体。 - 【請求項１３】 前記第１材料層がポリシリコンであ
り、前記基板がシリコンである、請求項１２に記載の構
造体。 - 【請求項１４】 前記第２材料層が二酸化ケイ素であ
る、請求項１３に記載の構造体。 - 【請求項１５】 前記溝の深さ対前記溝の幅の縦横比が
約２０：１であり、前記第１層の厚さが前記溝の深さの
約３０％である、請求項１４に記載の構造体。
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|---|---|---|---|
| US50419790A | 1990-04-03 | 1990-04-03 | |
| US504197 | 1990-04-03 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0582636A true JPH0582636A (ja) | 1993-04-02 |
Family
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|---|---|---|---|
| JP3623691A Pending JPH0582636A (ja) | 1990-04-03 | 1991-03-01 | 反応性イオン・エツチング用緩衝マスク |
Country Status (2)
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| JP (1) | JPH0582636A (ja) |
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- 1991-02-23 EP EP91102671A patent/EP0450302A1/en not_active Withdrawn
- 1991-03-01 JP JP3623691A patent/JPH0582636A/ja active Pending
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Also Published As
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