JPH0719775B2 - 半導体ボディに形成された凹面構造の側壁部分の選択的マスキング方法 - Google Patents

半導体ボディに形成された凹面構造の側壁部分の選択的マスキング方法

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JPH0719775B2
JPH0719775B2 JP4053580A JP5358092A JPH0719775B2 JP H0719775 B2 JPH0719775 B2 JP H0719775B2 JP 4053580 A JP4053580 A JP 4053580A JP 5358092 A JP5358092 A JP 5358092A JP H0719775 B2 JPH0719775 B2 JP H0719775B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体製造工程に係り、
詳細には、半導体基板の凹面領域にマスク構造を被着す
るための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体回路の高集積度化は表面上、常に
要求され続けてきている。サブミクロン画像は今では従
来より半導体構造に利用されており、これは最新式フォ
トリソグラフィ処理工程ならびにツーリングに依存す
る。Ｘ線、電子ビーム等のより一層特殊な露光システム
は、平坦且つより小型の機能サイズを得るために利用さ
れている。半導体構造の集積密度をより一層高めるため
に、基板の平坦な上面に加えて、その深所内部に集積デ
バイスを保持する従来技術がある。今日、ダイナミック
ＲＡＭでは一般に、メモリセル・キャパシタンスのため
の「トレンチ」が用いられている。さらに、スロット又
はトレンチを使用して、モノリシック回路内の個々のデ
バイスを絶縁することができる。
【０００３】モノリシック集積密度を向上させるため
に、能動半導体構造を基板のスロット／トレンチ内に埋
め込むことが提案されている。標準フォトリソグラフィ
技術は、かかる凹面領域の「パーソナル化（性格付けを
すること）」に直接的に応用することは不可能である。
他の方法を使用することによって、凹面基板領域にある
レベルのデバイスのマスキングを行なうことを実行して
きた。アメリカ特許第４、３０３、９３３号では、成長
した酸化物の膜厚が下側シリコンレイヤのドーピングレ
ベルに依存するという事実によって、トレンチ側壁開口
部の形成を可能にする。このアメリカ特許において、低
温酸化の結果、高濃度ドープＮ＋領域上に厚膜の酸化物
を形成し、低濃度ドープＮ＋領域上に薄膜の酸化物を形
成することになる。これらの酸化物が続いてエッチング
されると、薄膜領域が最初に除去されて、次の製造工程
のための側壁領域を開口する。同様の技術が、ＩＢＭテ
クニカル・ディスクロージャ・ブルティン（IBM Techni
cal Disclosure Bulletin ）、第２３巻、第４号、１９
８０年９月、１４８７、１４８８頁の、バーガー（Berg
er）他の著による「最適ベース接触を有するトランジス
タ製造方法（Method of Producing Transistors With O
ptimum Base Contact ）」と題した論文に示されてい
る。
【０００４】アメリカ特許第４、５３４、８２４号で
は、トレンチ埋め込み構造を形成するためにアングル式
インプランテーションと組み合わされたトレンチ埋め込
み式マスキング処理が示されている。アメリカ特許第
４、９８４、０４８号には、トレンチ埋め込み式マスク
が示されているが、但し、マスクがどのように達成され
るかという詳細については述べられていない。アメリカ
特許第４、７１１、０１７号は、Ｎ＋領域がトレンチの
底部に形成され、その後基板内に打ち込まれるトレンチ
内にデバイスを設ける方法を示している。また、トレン
チはさらにエッチングされて、更なる内部的機能を付加
することができる。
【０００５】英国のメイソン出版社（Mason Publicatio
ns Ltd. ）発行の１９８８年２月のリサーチディスクロ
ージャ、第２８６号の「ポリイミド−窒化物材料の相互
作用を利用した側壁画像転送方法（A Method of Sidewa
ll Image Transfer Utilizing the Polyimide-Nitride
Material Interaction）」と題した公報第２８６２２で
は、ポリイミドを使用してスペーサの製造のための画定
した垂直側壁を形成することができる。ポリイミドの非
パターン化、又はその上に埋め込まれる窒化物レイヤに
ついて述べられる。
【０００６】コンフォーマル有機物層は、縦型半導体構
造の生成において促進作用をもたらすために利用されて
きた。かかる有機材料の一つとして、ポリ−ｐ−キシリ
レン又はユニオンカーバイド・コーポレーション（Unio
n Carbide Corporation ）製造のポリマー系の部材の一
般的名称である「パリレン（parylene）」が上げられ
る。パラレンのこのような使用法は、アメリカ特許第
４、８３８、９９１号で述べられている。コンフォーマ
ル高分子被膜及びパラキシリレンに関するより一般的な
従来技術方法は、アメリカ特許第３、９００、６００
号、同第３、２９７、４６５号、同第３、６０７、３６
５号、同第３、３９２、０５１号、同第３、３９９、１
２４号及び同第３、３４２、７５４号に見ることができ
る。
【０００７】要約すると、従来技術には、半導体基板の
凹面トレンチ形状構造を形成且つ被覆するために利用可
能な種々の材料が示されている。さらに従来技術は、パ
ターンがこのようなトレンチ領域に製造され得ることを
示し、下側半導体材料が適切に処理される（即ち、異な
る酸化物成長速度を可能にする）場合にかかるパターン
が製造され得ることを教示する。トレンチ構造を「パー
ソナル化」するために使用されるどのプロセスも、製造
処理工程に関する限り、下側半導体構造に依存しないこ
とが最も望ましい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、凹面半導体構造内にマスク構造を設けるための改良
方法を提供することである。
【０００９】本発明のもう一つの目的は、プロセスが実
質的に下側半導体成分に依存しない凹面半導体構造の改
良マスキングプロセスを提供することである。
【００１０】本発明のさらに別の目的は、トレンチ側壁
が選択的にマスク処理され、続いてその中にデバイス構
造を埋め込むために処理され得る半導体ウェハのトレン
チ状構造の改良マスキング技法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】半導体ボディ（基板）に
形成される凹面の側壁領域を選択的にマスキングするた
めの方法であるとともに、この方法は、凹面構造の側壁
にマスキング材料のコンフォーマルレイヤを形成する工
程と、凹面構造を部分的に充填する選択的除去可能な材
料を凹面構造に埋め込むとともに、その材料の上面がマ
スクされるべき凹面構造の領域のエッジを決定する材料
埋め込み工程と、選択的除去可能な材料の上面上のコン
フォーマルレイヤの一部を除去する工程と、残りのコン
フォーマル材料の領域をマスクとして残すためにその選
択的除去可能な材料を除去する工程と、を含む。
【００１２】
【実施例】本発明の方法を考える前に、その方法によっ
て用いられる材料を指定する。本発明では、同一溶媒に
は可溶性のない２つの高分子材料が使用される。第１の
材料は、十分に流動性を有し、且つ半導体のトレンチ構
造を充填するのに十分とされる低粘着性を示す有機物で
ある。フォトレジスト材料は本発明にとって好ましいも
のである。このように、有機的材料を選択することは、
必要条件の中でもとりわけ、（１）その粘着性、（２）
処理されるべきトレンチ又は他の凹面構造の寸法、及び
（３）溶媒中への材料の相対的可溶性、に依存する。こ
のプロセスが１乃至１５ミクロンの範囲にあるトレンチ
構造に適用されると仮定する場合、メタ・クレゾール・
ノボラック樹脂を含むような有機物が好ましいとされ
る。これらの樹脂は、米国０６４９２、コネティカット
州、ウォーリングフォード、バーンズインダストリアル
パークロード２番地のＫＴＩインクから入手可能なＫＴ
Ｉ８９５１、及び米国ニューヨーク州、アーモンク、オ
ールドオーチャードロードのインターナショナル・ビジ
ネス・マシーンズ・コーポレイションから入手可能なＩ
ＢＭ・ＴＮＳ４２０７、などのフォトレジストの構成成
分として使用される。これらのレジスト（絶縁塗料）は
２５℃で２０センチストローク未満の粘着性を有する。
【００１３】本発明で使用される第２の材料は、トレン
チ構造内にコンフォーマル的に被着され得る必要のある
ポリマーである。パリレン又はそのファミリーからの任
意の有機物は、適切なコンフォーマル被覆材料である。
パリレン被膜を被着させるために、基板はｐ−キシリレ
ン又はその誘導体を含むモノマー（単量体）に露出され
る。蒸気は無害なへき開（分裂）によって発生されて、
均一コンフォーマル被膜を形成するために半導体基板の
露出領域において濃縮且つ重合する２価ｐ−キシリレン
基を生成する。この被膜の熱分解は概して、所望の膜厚
をもつ被膜を形成するのに十分な時間にわたって３００
℃を越える温度において実行される。好ましいとされる
被膜は約５０−４０００オングストロームの範囲内の膜
厚を有し、約０．５乃至４５分間にわたって、約３０乃
至１０００ミリトルの圧力下で、約６００乃至約８５０
℃の温度を利用して調製される。より好ましいとされる
被膜は、約７乃至３０分の範囲内の時間で約１０００−
３０００オングストロームの範囲の膜厚を有する。
【００１４】ポリ−ｐ−キシリレンポリマは、例えば、
気化／熱分解加熱炉と連通する被（蒸）着チャンバ等の
従来装置において製造することができる。かかる装置
は、一例として、応用ポリマーサイエンス・ジャーナル
（Journal of Applied PolymerScience）の第４０巻、
１７９５−１８００頁（１９９０年）の、「蒸気蒸着に
よって調製されるポリフルオロ−ｐ−キシリレンフィル
ムのある機械的及び電気的特性（Some Mechanical And
Electrical Properties of Polyfluoro-p-xylylene Fil
ms Prepared by Vapor Deposition ）」に示されてい
る。
【００１５】コンフォーマル被膜及びフォトレジストは
ともに、反応性イオンエッチングプロセスによってエッ
チング可能であることが必要である。かかるエッチング
に使用される化学的特徴は、シリコン、ＳｉＯ2 、Ｓｉ
3 Ｎ4 等の一般的半導体材料をエッチングしてはならな
いことである。周知のように、有機的フォトレジストの
多くがこの条件を満たしているのは、これらが酸素プラ
ズマ中でエッチングされ得るからである。さらに、かか
るフォトレジスト材料の多くは、パリレン又はパリレン
型ポリマーに影響を及ぼすことのない特定の溶媒におい
て可溶性がある。これらの特徴は本発明を達成する際に
重要である。
【００１６】図１を参照すると、半導体基板１０の一部
が、そこに高アスペクト比（縦横比）のトレンチ１２を
形成保持した状態で示されている。トレンチ１２は、エ
ッチング等の任意の適切な半導体製造工程技術を使用し
て形成され得る。フィルム１４は、基板１０の表面なら
びにトレンチ１２の内部に被着（又は成長）されてい
る。フィルム１４は以下において理解されるように、マ
スクパターンに従ってパターン化されることになる。フ
ィルム１４は窒化物、シリコン酸化物、ポリシリコン等
であってもよい。
【００１７】図２では、フォトレジスト１６が基板１０
の上面に被着されており、トレンチ１２を充填してい
る。図３では、フォトレジスト１６が反応性イオンエッ
チング工程を受けて、所定深さｄ１まで除去されてい
る。深さｄ１によって、側壁マスクの底部エッジの配置
場所が決定される。反応性イオンエッチングは、フォト
レジスト１６を除去するのに好ましい方法である。
【００１８】図４において、有機的材料によるコンフォ
ーマルレイヤ１８は、基板１０の表面ならびにトレンチ
１２の内部に被着される。コンフォーマル被膜１８は好
ましくはパリレンであって、上述したように被着されて
いる。この被膜の膜厚は好ましくは、約１０００オング
ストロームであって、基板１０の露出された表面領域に
適合する。パーソナル化された後のレイヤ１８は、トレ
ンチ１２の側壁において必要ないかなる輪郭形状にも適
するマスキング材料である。
【００１９】図５には、図４に示された構造が、コンフ
ォーマル被膜１８の水平面を除去するために反応性イオ
ンエッチングを受けて、トレンチ１２の側壁に固着した
部分１８’及び１８”を残している。注意すべきこと
は、かかるプロセスによって、トレンチ１２の底部のフ
ォトレジスト１６の頂面２０を露出させることである。
【００２０】図６には、フォトレジストの別のレイヤ２
２が基板１０の表面に被着され、再びトレンチ１２を充
填する。好ましくは、フォトレジスト２２ならびにフォ
トレジスト１６とは同一材料である。図７では、マスク
の上部エッジが画定されている。フォトレジスト２２及
びコンフォーマル被膜１８’ならびに１８”はともに、
反応性イオンエッチング工程によってエッチングされ
る。このエッチングは前記した２つのエッチングと同様
であり、その結果は図３及び図５に示されている。コン
フォーマル被膜１８’、１８”及びフォトレジスト２２
が除去されるまでの深さｄ２によって、側壁部マスクの
上部エッジが決定される。
【００２１】図８には、図７の構造に溶媒が適用された
ことによって、フォトレジスト材料１６ならびに２２が
除去され、フィルム１４上に被覆領域１８’ならびに１
８”が残されている。また、続けて被覆材料１４に対し
て選択的なエッチング手順を適用することによって、但
し、ポリマー１８’と１８”をマスク処理せずに、フィ
ルム１４の非マスク領域が除去され得る。次に別の選択
性エッチングによって、マスキングポリマー１８’なら
びに１８”を除去して、トレンチ１２内にバンド形状の
被膜部分１４’ならびに１４”を残している。
【００２２】この点において、手順を繰り返すことによ
って、画定されたばかりのレイヤより高い別の側壁画像
をトレンチ１２内に製造することができる。即ち、一連
の工程を複数回繰り返すことによって、複数のバンド形
状の有機的マスキング材料１８’と１８”をトレンチ内
の異なる高さに製造することができる。単なる一例とし
てではあるが、図９のレイヤ１４’ならびに１４”は、
トレンチ１２の側壁内部に埋め込まれたＦＥＴのゲート
構造部分として利用することもできる。
【００２３】
【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、半導体基板に形成される凹面の側壁領域を選択的に
マスキングすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】酸化物又はそれに一致する他の絶縁被膜を有す
るトレンチを備えた半導体基板の一部分を示す図であ
る。
【図２】フォトレジストが埋め込まれた後の図１のトレ
ンチを示す図である。
【図３】フォトレジストの一部が除去された後の図２の
トレンチを示す図である。
【図４】コンフォーマル高分子レイヤが埋め込まれた後
の図３のトレンチを示す図である。
【図５】コンフォーマル高分子レイヤが選択的にエッチ
ングされた後の図４のトレンチを示す図である。
【図６】フォトレジストが埋め込まれた後の図５のトレ
ンチを示す図である。
【図７】フォトレジストの一部とそれに適合する高分子
レイヤが選択的にエッチングされた後の図６のトレンチ
を示す図である。
【図８】フォトレジストが溶解された後に、適合する高
分子レイヤの領域をマスクとして残す図７のトレンチを
示す図である。
【図９】下側絶縁レイヤのエッチングが生じて、マスキ
ング高分子レイヤが除去された後の図７のトレンチを示
す図である。
【符号の説明】
１０ 半導体基板 １２ トレンチ １４ フィルム １６ フォトレジスト １８ コンフォーマルレイヤ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/8242 27/108 29/78 (72)発明者 クロード ルイ バーティン アメリカ合衆国05403、バーモント州サウ ス バーリントン、フェザント ウェイ 33 (72)発明者 フランシス ロジャー ホワイト アメリカ合衆国、バーモント州エセック ス、グリーンフィールド ロード 66

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体ボディに形成された凹面構造の側
    壁部分を選択的にマスキングする方法であって、 （ａ）凹面構造の側壁にマスキング材料のコンフォーマ
    ルレイヤを形成する工程と、 （ｂ）凹面構造を部分的に充填する選択的除去可能な材
    料を凹面構造に埋め込む工程であって、除去可能な材料
    の上面は、凹面構造にマスク処理されるべき領域のエッ
    ジを画定する除去可能な材料の埋め込み工程と、 （ｃ）前記選択的除去可能な材料の上面上にある前記コ
    ンフォーマルレイヤの一部分を除去する工程と、 （ｄ）前記凹面構造の側壁に残りのコンフォーマルマス
    キング材料の領域を残すために、選択的除去可能な材料
    を除去する工程と、 を含む半導体ボディに形成された凹面構造の側壁部分の
    選択的マスキング方法。
  2. 【請求項２】 前記凹面構造は、深度と幅の実質的なア
    スペクト比を示すトレンチを含む請求項１記載の半導体
    ボディに形成された凹面構造の側壁部分の選択的マスキ
    ング方法。
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