JPH0817170B2 - 半導体装置のエッチング方法 - Google Patents
半導体装置のエッチング方法Info
- Publication number
- JPH0817170B2 JPH0817170B2 JP18892788A JP18892788A JPH0817170B2 JP H0817170 B2 JPH0817170 B2 JP H0817170B2 JP 18892788 A JP18892788 A JP 18892788A JP 18892788 A JP18892788 A JP 18892788A JP H0817170 B2 JPH0817170 B2 JP H0817170B2
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- Japan
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- etching
- trench
- gas
- substrate
- wafer
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Description
【発明の詳細な説明】 ［概要］ 半導体装置の製造過程の一工程である素子間分離工程
で行なわれるトレンチエッチングに関し、 充分なエッチング速度を確保しながら試験管状の良好
な形状のSiトレンチを形成し得るエッチング方法を提供
することを目的とし、 ガス冷却で冷却したSiウェハをフッ素含有ガスと窒素
含有ガスとSiCl4とからなる混合ガスでリアクティブ・
イオンエッチングするように構成する。
で行なわれるトレンチエッチングに関し、 充分なエッチング速度を確保しながら試験管状の良好
な形状のSiトレンチを形成し得るエッチング方法を提供
することを目的とし、 ガス冷却で冷却したSiウェハをフッ素含有ガスと窒素
含有ガスとSiCl4とからなる混合ガスでリアクティブ・
イオンエッチングするように構成する。
［産業上の利用分野］ この発明は半導体装置の製造過程の一工程である素子
間分離工程で行なわれるトレンチエッチングに関するも
のである。
間分離工程で行なわれるトレンチエッチングに関するも
のである。
近年のコンピュータシステムの高速化及び大容量化の
要請にともない、そのコンピュータシステムを構成する
超LSIの集積度も益々向上され、その超LSIに形成される
Siトレンチもアスペクト比の高いものが要求されてい
る。このSiトレンチはバイポーラトランジスタの素子分
離やMOSトランジスタのトレンチキャパシタとして使用
されている。
要請にともない、そのコンピュータシステムを構成する
超LSIの集積度も益々向上され、その超LSIに形成される
Siトレンチもアスペクト比の高いものが要求されてい
る。このSiトレンチはバイポーラトランジスタの素子分
離やMOSトランジスタのトレンチキャパシタとして使用
されている。
［従来の技術］ 近年の微細なSiトレンチはドライエッチングの一種類
であるリアクティブ・イオンエッチング（以下RIEとす
る）で形成されている。このRIEでは真空中に反応性ガ
スを入れ、高電圧をかけて放電するとその反応性ガスが
一部分解してラジカルが形成され、そのラジカルがエッ
チングしようとするSi基板のレジストのない部分と強く
化学的に反応する。また、放電下では反応性ガスがイオ
ンに分解され、そのイオンが電界によって加速される。
そして、Si基板を陰極に配置すればイオンがSi基板にぶ
つかり、レジストのない部分を変質させると、この変質
層が前記ラジカルと反応し易いため、主にSi基板の深さ
方向に異方性エッチングが進行する。
であるリアクティブ・イオンエッチング（以下RIEとす
る）で形成されている。このRIEでは真空中に反応性ガ
スを入れ、高電圧をかけて放電するとその反応性ガスが
一部分解してラジカルが形成され、そのラジカルがエッ
チングしようとするSi基板のレジストのない部分と強く
化学的に反応する。また、放電下では反応性ガスがイオ
ンに分解され、そのイオンが電界によって加速される。
そして、Si基板を陰極に配置すればイオンがSi基板にぶ
つかり、レジストのない部分を変質させると、この変質
層が前記ラジカルと反応し易いため、主にSi基板の深さ
方向に異方性エッチングが進行する。
［発明が解決しようとする課題］ このようにトレンチエッチングでは１μ/min以上のエ
ッチング速度で試験管状の形状、すなわちトレンチ側壁
が垂直でトレンチ底部が半球状に湾曲した形状となるこ
とが望ましいが、エッチング速度及び形状をともに満足
させることは困難であった。すなわち、エッチング速度
の高い反応性ガス、例えば SF6＋SiCl4 を使用すると異方性が低下するためアンダーカットが生
じたトレンチ形状となり、エッチング速度の低い反応性
ガス、例えば SiCl4＋N2、あるいは CCl4＋O2 を使用するとトレンチ形状は良好となるが生産性が低下
する。また、トレンチ下縁にシリコンブラックあるいは
トレンチング等の凹凸が生じると素子特性を低下させて
不良の原因となるという問題点があった。
ッチング速度で試験管状の形状、すなわちトレンチ側壁
が垂直でトレンチ底部が半球状に湾曲した形状となるこ
とが望ましいが、エッチング速度及び形状をともに満足
させることは困難であった。すなわち、エッチング速度
の高い反応性ガス、例えば SF6＋SiCl4 を使用すると異方性が低下するためアンダーカットが生
じたトレンチ形状となり、エッチング速度の低い反応性
ガス、例えば SiCl4＋N2、あるいは CCl4＋O2 を使用するとトレンチ形状は良好となるが生産性が低下
する。また、トレンチ下縁にシリコンブラックあるいは
トレンチング等の凹凸が生じると素子特性を低下させて
不良の原因となるという問題点があった。
この発明の目的は充分なエッチング速度を確保しなが
ら試験管状の良好な形状のSiトレンチを形成し得るエッ
チング方法を提供するにある。
ら試験管状の良好な形状のSiトレンチを形成し得るエッ
チング方法を提供するにある。
［課題を解決するための手段］ 上記目的は、トレンチエッチングを施すSiウェハをガ
ス冷却で冷却しながらフッ素含有ガスと窒素含有ガスと
SiCl4とからなる混合ガスでリアクティブイオンエッチ
ングすることにより達成される。
ス冷却で冷却しながらフッ素含有ガスと窒素含有ガスと
SiCl4とからなる混合ガスでリアクティブイオンエッチ
ングすることにより達成される。
［作用］ フッ素含有ガスから遊離するＦラジカルは電界中でSi
ウエハに衝突するイオンとの協働により、Siウエハを垂
直方向に高速でエッチングしてトレンチを形成し、トレ
ンチの側壁は窒素含有ガスとSiCl4とから生成されるSix
Nyの被膜及びSiウェハのガス冷却により保護されてエッ
チングが抑制される。
ウエハに衝突するイオンとの協働により、Siウエハを垂
直方向に高速でエッチングしてトレンチを形成し、トレ
ンチの側壁は窒素含有ガスとSiCl4とから生成されるSix
Nyの被膜及びSiウェハのガス冷却により保護されてエッ
チングが抑制される。
［実施例］ 以下、この発明を具体化した一実施例を図面に従って
説明する。
説明する。
第２図（ｃ）に示すように、Siトレンチを施すSiウェ
ハ１はSi基板２上にトレンチエッチングの際のマスク材
として作用する酸化膜（本実施例ではSiO2）３が形成さ
れ、その酸化膜３には所望のパターン４がエッチングに
より形成されている。その製造手順は、第２図（ａ）に
示すようにまずSi基板２上に酸化膜３を形成する。この
酸化膜３はSi基板２を高温の炉に入れて形成される。そ
して、酸化膜３表面にフォトレジスト５を塗布し、写真
蝕刻法により所望のパターンのフォトレジスト５を形成
して酸化膜３を露出させ、その露出された酸化膜３をド
ライエッチングにより除去すると、第２図（ｂ）に示す
ように所望のパターン４でSi基板２が露出される。この
ドライエッチングは CF4・50sccm＋CHF3・50sccm から成る0.3torrの混合ガスで400Wの電界中で行なわれ
る。この後フォトレジスト５をO2ガスを用いたプラズマ
・アッシャーで除去すると、第２図（ｃ）に示すSiウェ
ハ１が形成される。
ハ１はSi基板２上にトレンチエッチングの際のマスク材
として作用する酸化膜（本実施例ではSiO2）３が形成さ
れ、その酸化膜３には所望のパターン４がエッチングに
より形成されている。その製造手順は、第２図（ａ）に
示すようにまずSi基板２上に酸化膜３を形成する。この
酸化膜３はSi基板２を高温の炉に入れて形成される。そ
して、酸化膜３表面にフォトレジスト５を塗布し、写真
蝕刻法により所望のパターンのフォトレジスト５を形成
して酸化膜３を露出させ、その露出された酸化膜３をド
ライエッチングにより除去すると、第２図（ｂ）に示す
ように所望のパターン４でSi基板２が露出される。この
ドライエッチングは CF4・50sccm＋CHF3・50sccm から成る0.3torrの混合ガスで400Wの電界中で行なわれ
る。この後フォトレジスト５をO2ガスを用いたプラズマ
・アッシャーで除去すると、第２図（ｃ）に示すSiウェ
ハ１が形成される。
上記のように形成されたSiウェハ１にRIE装置でトレ
ンチエッチングを施す。そのエッチングに際しては第３
図〔Ａ〕，〔Ｂ〕に示すようにSiウェハ１を冷却水等で
冷却されたサセプタ６の上に載置し、同サセプタ６に設
けられる通気孔7aからSiウェハ１とサセプタ６との間に
常温のHeガス８を噴出してSiウェハ１を同Heガス８を介
して冷却する。そのHeガス８は例えば3sccm及び5torrで
送気する。送気されたHeガス８は通気孔7bから排気され
る。また、Siウェハ１はサセプタ６内の電極10a、10bの
電圧を印加し発生した静電気により吸着する。
ンチエッチングを施す。そのエッチングに際しては第３
図〔Ａ〕，〔Ｂ〕に示すようにSiウェハ１を冷却水等で
冷却されたサセプタ６の上に載置し、同サセプタ６に設
けられる通気孔7aからSiウェハ１とサセプタ６との間に
常温のHeガス８を噴出してSiウェハ１を同Heガス８を介
して冷却する。そのHeガス８は例えば3sccm及び5torrで
送気する。送気されたHeガス８は通気孔7bから排気され
る。また、Siウェハ１はサセプタ６内の電極10a、10bの
電圧を印加し発生した静電気により吸着する。
トレンチエッチングに使用する反応ガスは、 SF6＋SiCl4＋N2 から成る混合ガスを用いる。そして、例えば SF6・10sccm＋SiCl4・28sccm ＋N2・20sccm からなる0.05torrの混合ガスで0.6kwの電界中でエッチ
ングを行なうと第１図に示すような試験管状のSiトレン
チ９が1.2μ/minの速度で形成される。
ングを行なうと第１図に示すような試験管状のSiトレン
チ９が1.2μ/minの速度で形成される。
このSiトレンチ９の生成過程を説明すると、SF6はRIE
装置内でプラズマ状態となるとエッチング速度に優れた
Ｆラジカル（Ｆ＊）が生成される。また、プラズマ中に
は多種のイオンが同時に生成されていて同RIE装置で形
成される電界に基いてパターン４内のSi基板２に対し垂
直方向に衝突して同Si基板２が変質され、Ｆラジカルと
反応し易い状態となる。Ｆラジカルは等方性であって電
界に影響されることなく四方八方に熱運動するが、上記
イオンの動作によりSi基板２を垂直方向にエッチングす
る。
装置内でプラズマ状態となるとエッチング速度に優れた
Ｆラジカル（Ｆ＊）が生成される。また、プラズマ中に
は多種のイオンが同時に生成されていて同RIE装置で形
成される電界に基いてパターン４内のSi基板２に対し垂
直方向に衝突して同Si基板２が変質され、Ｆラジカルと
反応し易い状態となる。Ｆラジカルは等方性であって電
界に影響されることなく四方八方に熱運動するが、上記
イオンの動作によりSi基板２を垂直方向にエッチングす
る。
プラズマ中ではSiCl4とN2とでSixNyが生成され、この
SixNyがSiトレンチ９内に被膜を形成してＦラジカルに
よるエッチングを阻止する役目を成すが、Siトレンチ９
の底部は前記イオンの作用によりこの被膜が破壊され
る。従って、SixNyの被膜はSiトレンチ９の側壁でのみ
Ｆラジカルによるエッチングを阻止する役目を成す。ま
た、遊離したClラジカル（Cl＊）はエッチングに寄与す
る。そして、前記ガス冷却はSiトレンチ９側壁でのエッ
チング反応を抑制する。
SixNyがSiトレンチ９内に被膜を形成してＦラジカルに
よるエッチングを阻止する役目を成すが、Siトレンチ９
の底部は前記イオンの作用によりこの被膜が破壊され
る。従って、SixNyの被膜はSiトレンチ９の側壁でのみ
Ｆラジカルによるエッチングを阻止する役目を成す。ま
た、遊離したClラジカル（Cl＊）はエッチングに寄与す
る。そして、前記ガス冷却はSiトレンチ９側壁でのエッ
チング反応を抑制する。
従って、上記反応ではSF6から遊離するＦラジカルでS
i基板２に対する垂直方向の充分なエッチング速度を確
保し、Siトレンチ９の側壁方向のエッチングはSixNy被
膜とガス冷却により抑制された試験管状のSiトレンチ９
が形成されることになる。
i基板２に対する垂直方向の充分なエッチング速度を確
保し、Siトレンチ９の側壁方向のエッチングはSixNy被
膜とガス冷却により抑制された試験管状のSiトレンチ９
が形成されることになる。
上記混合ガスではN2の流量を20sccmとしたが、その流
量を変化させることによりエッチング速度は変化する。
第４図ではSF6とSiCl4の流量を上記条件としてN2の流量
を変化させた場合のSi基板２の垂直方向のエッチング速
度Ａと酸化膜３のエッチング速度Ｂと両者の比を表す選
択比Ｃが示されている。
量を変化させることによりエッチング速度は変化する。
第４図ではSF6とSiCl4の流量を上記条件としてN2の流量
を変化させた場合のSi基板２の垂直方向のエッチング速
度Ａと酸化膜３のエッチング速度Ｂと両者の比を表す選
択比Ｃが示されている。
すなわち、N2の流量を増加させるとSixNy被膜の生成
が促進されてSiトレンチ９側壁の保護効果は向上する
が、そのSixNy被膜がSi基板２の垂直方向のエッチング
の障害となってエッチング速度が低下する。また、N2の
流量を減少させるとSixNy被膜の生成が減退するので、
エッチング速度は向上するがSiトレンチ９の側壁保護効
果が低下して形状制御が困難となる。第４図に示す実験
結果ではN2流量が10〜20sccmの範囲で良好なトレンチ形
状と充分なエッチング速度が得られた。
が促進されてSiトレンチ９側壁の保護効果は向上する
が、そのSixNy被膜がSi基板２の垂直方向のエッチング
の障害となってエッチング速度が低下する。また、N2の
流量を減少させるとSixNy被膜の生成が減退するので、
エッチング速度は向上するがSiトレンチ９の側壁保護効
果が低下して形状制御が困難となる。第４図に示す実験
結果ではN2流量が10〜20sccmの範囲で良好なトレンチ形
状と充分なエッチング速度が得られた。
酸化膜３に対するエッチング速度ＢはSi基板２に対す
るエッチング速度Ａより充分低く、かつN2流量が変化し
てもほとんど変化しない。従って選択比Ｃも少なくとも
10以上となって良好な値が得られている。
るエッチング速度Ａより充分低く、かつN2流量が変化し
てもほとんど変化しない。従って選択比Ｃも少なくとも
10以上となって良好な値が得られている。
なお、上記トレンチエッチングではRIE装置の他にECR
装置等、類似の装置を使用することもできる。また、本
実施例ではフッ素含有ガスとしてSF6を、窒素含有ガス
としてN2を使用したが、フッ素含有ガスとしてCF4、NF3
を使用することができるとともに、窒素含有ガスとして
N2O、NO2を使用することができる。
装置等、類似の装置を使用することもできる。また、本
実施例ではフッ素含有ガスとしてSF6を、窒素含有ガス
としてN2を使用したが、フッ素含有ガスとしてCF4、NF3
を使用することができるとともに、窒素含有ガスとして
N2O、NO2を使用することができる。
発明の効果 以上詳述したように、この発明は充分なエッチング速
度を確保しながら試験管状の良好な形状のSiトレンチを
形成し得るエッチング方法を提供することができる優れ
た効果を有する。
度を確保しながら試験管状の良好な形状のSiトレンチを
形成し得るエッチング方法を提供することができる優れ
た効果を有する。
第１図は本発明により形成されるSiトレンチの断面図、
第２図（ａ），（ｂ），（ｃ）はSiトレンチを施すSiウ
エハの製造過程を示す説明図、第３図はガス冷却装置の
概念図、第４図はN2流量を変化させた場合のSi基板及び
酸化膜のエッチング速度と選択比とを示すグラフ図であ
る。 図中、１はSiウェハ、２はSi基板、３は酸化膜、９はSi
トレンチである。
第２図（ａ），（ｂ），（ｃ）はSiトレンチを施すSiウ
エハの製造過程を示す説明図、第３図はガス冷却装置の
概念図、第４図はN2流量を変化させた場合のSi基板及び
酸化膜のエッチング速度と選択比とを示すグラフ図であ
る。 図中、１はSiウェハ、２はSi基板、３は酸化膜、９はSi
トレンチである。
Claims (1)
- 【請求項１】ガス冷却で冷却したSiウェハをフッ素含有
ガスと窒素含有ガスとSiCl4とからなる混合ガスでリア
クティブ・イオンエッチングすることを特徴とする半導
体装置のエッチング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18892788A JPH0817170B2 (ja) | 1988-07-28 | 1988-07-28 | 半導体装置のエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18892788A JPH0817170B2 (ja) | 1988-07-28 | 1988-07-28 | 半導体装置のエッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0239428A JPH0239428A (ja) | 1990-02-08 |
| JPH0817170B2 true JPH0817170B2 (ja) | 1996-02-21 |
Family
ID=16232324
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18892788A Expired - Lifetime JPH0817170B2 (ja) | 1988-07-28 | 1988-07-28 | 半導体装置のエッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0817170B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5100505A (en) * | 1990-10-18 | 1992-03-31 | Micron Technology, Inc. | Process for etching semiconductor devices |
| JP3198586B2 (ja) * | 1992-02-14 | 2001-08-13 | ソニー株式会社 | ドライエッチング方法 |
| JP3111661B2 (ja) * | 1992-07-24 | 2000-11-27 | ソニー株式会社 | ドライエッチング方法 |
| WO2012008179A1 (ja) * | 2010-07-12 | 2012-01-19 | 住友精密工業株式会社 | エッチング方法 |
-
1988
- 1988-07-28 JP JP18892788A patent/JPH0817170B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0239428A (ja) | 1990-02-08 |
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