JPH09148312A - パターンエッチング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 上層膜とこれを通じてその下の下層膜もしく
は基板に対するパターンエッチングにおいて、両者間に
段差の発生や、エッチング面の湾曲の発生を効果的に回
避し、パターンエッチングの精度の向上を図ることがで
きるようにする。 【解決手段】 上層膜をパターンエッチングして、所定
のパターンの開口を形成する第１エッチングと、この第
１のエッチングで上層膜の開口の側壁に堆積形成された
堆積膜を除去する第２のエッチングと、上層膜の開口を
通じてこの上層膜下の被エッチング体に対するエッチン
グを行う第３のエッチングとを有し、特に本発明におい
ては、その第２のエッチングを、Ｏ₂ イオンエッチング
によって行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体装置
の製造過程でなされる微細パターンの形成に適用して好
適なパターンエッチング方法に係わる。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置、特に半導体集積回路におい
て、より高密度小型化の要求によってその製造工程にお
いて、より正確、確実に微細パターンの形成が必要にな
って来ている。

【０００３】この微細パターンの形成において、被エッ
チング面上に、エッチングマスク層としての例えばＳｉ
Ｏ₂ 層を形成し、先ず、このＳｉＯ₂ 層を、目的とする
パターンにエッチングし、これをマスクに被エッチング
面に対するエッチングを行う場合、あるいは２層以上の
材料層例えば多結晶Ｓｉ層上にＳｉＯ₂ 層が形成された
多層膜に対し順次上層の材料層からパターンエッチング
を行って各層に関し同一パターンのエッチングを行う場
合がある。

【０００４】例えば図１６に示すように、シリコン基板
１上に多結晶シリコン層２、ＳｉＯ ₂ 絶縁層３が順次積
層された多層膜に対して、同一パターンのエッチングを
行う場合、まずそのエッチングマスクとしてＳｉＯ₂ 絶
縁層３上に所定のパターンの開口４Ｗが形成されたフォ
トレジスト４を形成する。

【０００５】次に図１７に示すように、フォトレジスト
４の開口４Ｗを通じてＳｉＯ₂ 絶縁層３を例えばプラズ
マエッチングすることによって、ＳｉＯ₂ 絶縁層３に、
フォトレジスト４の開口４Ｗに対応する開口３Ｗを形成
する。

【０００６】この場合、ＳｉＯ₂ 絶縁層３に対して、そ
の下層材料層の多結晶シリコン層２との選択性を高める
ためにＣ系ポリマー等による堆積膜の析出堆積を利用す
るエッチング方法が用いられている。

【０００７】この状態で図１８に示すように、多結晶シ
リコン層２をエッチングして開口２Ｗを形成する。その
後、Ｃ系ポリマー５等による堆積膜を除去する。

【０００８】このようにすると、ＳｉＯ₂ 絶縁層３と多
結晶シリコン層２とがパターン化されるが、各開口３Ｗ
と２Ｗとは、図１９に示すように、開口２Ｗの形成にあ
たって図１８に示すＣ系ポリマー等による堆積膜５の存
在によって各開口幅Ｗ₂ およびＷ₃ はＷ₃ ＞Ｗ₂ となっ
て両者間の段差が生じ、両者の形状、大きさが一致しな
い。すなわち、エッチング形状の寸法シフト、形状差を
生じる。

【０００９】また、Ｃ系ポリマー等による堆積膜５の厚
さｄは、ＳｉＯ₂ 絶縁層３の厚さや、開口面積等によっ
ても異なるが、その厚さｄは０．１μｍにも及ぶ。従っ
て、ＳｉＯ₂ 絶縁層３および多結晶シリコン層２の各開
口幅が小となるほど、この堆積膜による形状のずれの影
響は大きく、例えば０．２μｍにしようとする場合開口
形成が不可能となる。

【００１０】また、図２０に示すように例えばシリコン
基板１上にＳｉＯ₂ 絶縁層３が形成され、このＳｉＯ₂
絶縁層３に形成した開口３Ｗを通じてシリコン基板１に
凹部１Ｇを形成する場合において、そのエッチング底面
すなわち凹部１Ｇの底面が、例えばその中心部が上方に
膨出する湾曲面を呈する傾向がある。これは、エッチン
グの初期において生じたダメージ層によるエッチングの
阻害や、エッチング時に生成されるＳｉＣ等の表面生成
物によるエッチングの阻害が生じることに因ると考えら
れる。

【００１１】上述した堆積膜による段差の発生、ダメー
ジ層による底面の湾曲等は、開口面積すなわちエッチン
グのパターン形状や大きさ等によって、堆積膜厚やダメ
ージの発生量が異なることから、一様とはならずパター
ンの形状に依存するという不安定なものである。そし
て、この堆積膜は、エッチングの選択性を高めるときよ
り大となる。

【００１２】このような不都合を回避する方法として、
図１７に示すＳｉＯ₂ 絶縁層３に対するエッチングすな
わち開口３Ｗの形成後に、Ｃ系ポリマー等による堆積膜
５の排除、表面ダメージ層の除去、表面生成物のエッチ
ング除去を行うことの提案がなされている。しかしなが
ら、このエッチングは、Ｏ₂ アッシングすなわちプラズ
マエッチングや、フルオロカーボンとＯ₂ の混合ガスに
よるプラズマエッチングによっている。

【００１３】ところが、このようなＯ₂ プラズマエッチ
ングによる場合、多結晶シリコン層２や、シリコン基板
１の表面にＳｉＯ₂ 酸化膜が形成されて、エッチングが
阻害され、目的とする高精度のパターンエッチングが損
なわれる。またフルオロカーボン系ガスでは、このフル
オロカーボン系ガスの添加量は比較的多く必要とするこ
とから、解離生成するフッ素ラジカルＦ^* によって下層
材料層である多結晶シリコンやシリコン基板をエッチン
グしてしまう事や、フッ化物の生成等、あらたな問題が
生じ、また工程数の増加を招く。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した上
層膜とこれを通じてその下の下層膜もしくは基板に対す
るパターンエッチングにおいて、両者間に段差の発生
や、エッチング面（底面）の湾曲の発生を効果的に回避
し、パターンエッチングの精度の向上を図ることができ
るようにする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上層膜をパタ
ーンエッチングして、所定のパターンの開口を形成する
第１エッチングと、この第１のエッチングで上層膜の開
口の側壁に堆積形成された堆積膜を除去する第２のエッ
チングと、上層膜の開口を通じてこの上層膜下の被エッ
チング体に対するエッチングを行う第３のエッチングと
を有し、特に本発明においては、その第２のエッチング
を、Ｏ₂ イオンエッチングによって行う。

【００１６】上述の本発明方法によれば、上層膜の開口
形成を行う第１のエッチングで堆積形成された堆積膜の
除去を行う第２のエッチングを、Ｏ₂ イオンエッチング
で行ったことによって、このとき生成される前述した酸
化膜の成長速度よりも速くこの酸化膜の生成と同時にこ
れをスパッタリングする効果すなわちエッチングする効
果を発生させることによって結果的に酸化膜の生成が回
避される。

【００１７】従って上述の本発明方法によれば、第２の
エッチングによって、ＳｉＯ₂ 絶縁層の側壁に堆積した
Ｃ系ポリマー等による堆積膜を除去するのみならず、酸
化膜の形成を回避できることによって、被エッチング体
のエッチング形状の悪化や寸法シフト、形状差、底面の
湾曲を改善できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に、本発明によるパターンエッ
チング方法の実施の形態の一例（実施例１）を、図を参
照して説明する。

【００１９】〔実施例１〕図１に示すように、基板１１
例えばシリコン基板上に多結晶シリコン層１２、を全面
的に例えば１５０ｎｍの厚さに形成し、更にこの上に例
えばＳｉＯ₂ 絶縁層１３を例えば３５０ｎｍの厚さに全
面的に形成する。さらにＳｉＯ₂ 絶縁層１３上にこのＳ
ｉＯ₂ 絶縁層１３のパターンエッチングを行うエッチン
グマスクとなるフォトレジスト１４を形成する。

【００２０】このエッチングマスクとなるフォトレジス
ト１４は、フォトレジストの全面塗布、パターン露光、
現像によって最終的に得るパターンの応じたパターンの
開口１４Ｗを形成する。

【００２１】この開口１４Ｗを通じて、第１〜第３のエ
ッチングを行う。先ず、図２に示すように、フォトレジ
スト１４をエッチングマスクとして、その開口１４Ｗを
通じてこれの下の絶縁層１３をその全厚さに渡って、そ
の表面から基板１１の板面と直交する方向に大なるエッ
チングレートを有する異方性ドライエッチング、例えば
反応性イオンエッチングによる第１のエッチングを行っ
て開口１４Ｗに相当する開口１３Ｗを形成する。

【００２２】この第１のエッチングは、平行平板型プラ
ズマエッチャーによって行うことができ、このＳｉＯ₂
絶縁層１３のエッチングは、例えばＣＨＦ₃ ，ＣＦ₄ ，
Ａｒを用いて下記に示す条件で、多結晶シリコン層との
選択比１５の条件により行う。すなわち、このＳｉＯ₂
のエッチングは、ＳｉＯ₂ 絶縁層１３の開口１３Ｗの形
成と共に、その側壁に、例えばフォトレジストの分解物
や、フルオロカーボン系ガスによる堆積膜１５が堆積さ
れていくエッチング態様を採る。このエッチングに際し
ては、前述したように、多結晶シリコン層１２の表面に
はＳｉＣの形成、ダメージ層が形成される。

【００２３】〔第１のエッチングの条件〕 ＣＨＦ₃ ： １７ｓｃｃｍ ＣＦ₄ ： １７ｓｃｃｍ Ａｒ ： １５０ｓｃｃｍ Ｈｅ ： １０ｓｃｃｍ ＲＦ（高周波）パワー： ６００Ｗ 真空度 ： ３５０ｍＴｏｒｒ 時間 ： １００％（オーバーエッチ）

【００２４】次に、図２に示された第１のエッチングに
よって生成されたＣ系ポリマー等による堆積膜１５を除
去する第２のエッチングを行う。

【００２５】本発明においては、この第２のエッチング
によるＣ系ポリマー等による堆積膜１５の除去を、特
に、Ｏ₂ イオンエッチングによって行う。すなわちＯ₂
＊（酸素ラジカル）による酸化膜生成の速度に比して、
Ｏ₂ イオンエッチングによる酸化膜のエッチングが支配
的になるように、Ｏ₂ イオンエッチングを行う。

【００２６】その後、図３に示すように、上層膜すなわ
ちＳｉＯ₂ 酸化膜１３の開口１３Ｗを通じて、その下層
の被エッチング体、この例では多結晶シリコン層１２を
第３のエッチングによってエッチングして開口１３Ｗに
相当する開口１２Ｗを形成する。

【００２７】これら第２および第３のエッチングは、Ｒ
Ｆ（高周波）印加型平行平板マイクロ波プラズマエッチ
ング装置、例えばＥＣＲ（Electoron Cyclotron Resona
nce）プラズマエッチャーを用いて連続的に行うことが
できる。

【００２８】これら第２および第３のエッチングの条件
は下記の条件に選定し得る。

【００２９】〔第２のエッチングの条件〕 Ｏ₂ ： ９０ｓｃｃｍ Ｈｅ ： ５ｓｃｃｍ ＲＦ（高周波）パワー ： ２３Ｗ マイクロ波パワー ： １９０ｍＡ 真空度 ： １．３Ｐａ エッチング時間 ： １０ｓｅｃ

【００３０】〔第３のエッチングの条件〕 ＳＦ₆ ： ４ｓｃｃｍ ＣＨ₂ Ｆ₂ ： ３０ｓｃｃｍ Ｃｌ₂ ： １１５ｓｃｃｍ Ｈｅ ： ５ｓｃｃｍ ＲＦ（高周波）パワー ： ２３Ｗ マイクロ波パワー ： １９０ｍＡ 真空度 ： １．３Ｐａ エッチング時間 ： ３５ｓｅｃ

【００３１】Ｏ₂ イオンエッチングを行う第２のエッチ
ングの時間は、第１のエッチングで上層膜のＳｉＯ₂ 絶
縁層１３の開口１３Ｗの側壁に堆積形成されたＣ系ポリ
マー等による堆積膜１５を完全に除去できる範囲で、上
層膜１３上において、レジスト膜１４が残されるように
極力短く、例えば上記条件のように、１０（ｓｅｃ）と
する。これにより第３のエッチングは、レジスト膜１４
が残った状態で行い、ＳｉＯ₂ 絶縁層１３の侵食を防止
できる。またＯ₂ イオンエッチングを行う時間が例えば
１０（ｓｅｃ）と短いことからスループットの低下も回
避できる。

【００３２】その後、図４に示すように、フォトレジス
ト１４を除去する。

【００３３】このように本発明方法によれば、第３のエ
ッチングすなわち下層の被エッチング体、この例では下
層膜の多結晶シリコン層１２に対するエッチングに先立
ってＣ系ポリマー等による堆積膜１５を除去したことに
よって、ＳｉＯ₂ 絶縁層１３の開口１３Ｗと多結晶シリ
コン層１２の各開口１２Ｗとの界面側壁部に図１８およ
び図１９で説明したような段差の発生を解消することが
でき、寸法制御の高精度化を図ることができた。

【００３４】そして、特に本発明においては、第２のエ
ッチングとして、Ｏ₂ イオンエッチングによって行った
ことによって、Ｃ系ポリマー等による堆積膜１５の除去
を行うとともに、酸化膜生成の回避とダメージ層の排除
ができることから、さらに正確に目的とするパターンを
もって上層膜のＳｉＯ₂ 絶縁層１３およびこれの下の被
エッチング体、上述の例では下層膜の多結晶シリコン層
１２の積層多層膜において互いに一致したパターンを形
成することができた。

【００３５】上述した本発明による実施例によれば、形
状寸法精度にすぐれたパターンエッチングを行うことが
できるが、さらにこれについて考察する。

【００３６】すなわち、次に、上述した本発明方法にお
ける第１のエッチング後にＯ₂ イオンエッチングによる
第２のエッチングを経て、第３のエッチングを行うパタ
ーンエッチング方法を採る場合と、本第２のエッチング
を省略して第１および第３のエッチングのみを行った場
合との、多結晶シリコン層のエッチング速度とエッチン
グの均一性の複数のシリコン基板すなわちウェーハに関
する連続処理での再現性の測定結果を、図５Ａおよび図
５Ｂに対比して示す。

【００３７】この場合、いずれも２５枚連続処理におけ
る多結晶シリコン層１２のエッチング速度とエッチング
の面内均一性を示したものである。第３のエッチングの
条件は、いずれも上述した本発明の実施例１における第
３のエッチングと同様の条件に選定するものの、この場
合、そのエッチング時間を２０（ｓｅｃ）とした。

【００３８】ここで、図５Ａ中曲線２１および２２は、
第２のエッチングを経て後に第３のエッチングを行った
場合、すなわち本発明方法によった場合において、多結
晶シリコン層１２としてｎ型およびｐ型の各多結晶シリ
コンを用いた場合のエッチング速度の測定結果を示すも
のである。

【００３９】また、図５Ａ中曲線２３および２４は、同
様に第２のエッチングを経て後第３のエッチングを行っ
た場合の、ｎ型とｐ型の各多結晶シリコン層の面内均一
性の測定結果を示すものである。

【００４０】また、図５Ｂ中曲線２５および２６は、本
発明によらず、第２のエッチングを行わずに第３のエッ
チングを行った場合の、多結晶シリコン層１２としてｎ
型およびｐ型の各多結晶シリコンを用いた場合のエッチ
ング速度の測定結果を示すものである。

【００４１】また、図５Ｂ中曲線２７および２８は、同
様に第２のエッチングを行わず第３のエッチングを行っ
た場合の、ｎ型とｐ型の多結晶シリコン層の面内均一性
の測定結果を示すものである。

【００４２】本明細書において、面内均一性とは、同一
シリコン層における各位置でのエッチング速度の最大速
度をＭａｘとし、最小速度をＭｉｎとするときの｛（Ｍ
ａｘ−Ｍｉｎ）／（Ｍａｘ＋Ｍｉｎ）｝×１００を測定
したものである。

【００４３】図５によれば、Ｏ₂ イオンエッチングすな
わち第２のエッチングを行わなかった場合の２５枚連続
処理における多結晶シリコン層のエッチング速度のウェ
ーハ間の均一性は、±２．７８％であり、本発明方法に
よる第２のエッチングすなわちＯ₂ イオンエッチングを
行った場合の多結晶シリコン層のエッチング速度のウェ
ーハ間の均一性は、±０．５５％であった。

【００４４】上述したようにＯ₂ イオンエッチングを行
わなかった場合に比べて、本発明によるＯ₂ イオンエッ
チングによる第２のエッチングを行った場合のエッチン
グ速度のウェーハ間の均一性は改善されている。これは
Ｏ₂ イオンエッチングにより、ＳｉＯ₂ 絶縁層１３の側
壁に付着し、堆積したＣ系ポリマー等による堆積膜１５
が除去されるのみならず、多結晶シリコン層１２のエッ
チングによりエッチングチャンバー内に堆積したポリマ
ー（図示せず）のクリーニングも行われることから、チ
ャンバーに堆積したポリマーの再解離によるラジカルの
供給によって生じるエッチング速度の上昇が抑えられた
ためと思われる。

【００４５】上述したように、本発明方法においては、
第１〜第３のエッチングを経ることによって目的とする
パターン形成を行うものであり、その第２のエッチング
を特にＯ₂ イオンエッチングによって行うことに特徴を
有するものであるが、これによって確実に第１のエッチ
ングによって生じるＣ系ポリマー等による堆積膜のエッ
チングを行うことができるとともに、この第２のエッチ
ングがＯ₂ を用いたエッチングであるにもかかわらず、
第３のエッチングすなわち上層膜下に被エッチング面に
おけるエッチングを阻害する酸化膜の生成、ダメージ層
の除去を確実に行うことができる。

【００４６】次に、これについて説明するに、図６中曲
線３１は、上述した本発明方法による第２のエッチング
で適用したＯ₂ イオンエッチングにおいて、フォトレジ
ストに対するすなわちＣ系ポリマー等による堆積膜に対
するエッチング速度のＲＦパワーの依存性の測定結果を
示し、同図中曲線３２は、このエッチングの面内均一性
の測定結果を示す。

【００４７】この場合のエッチングは以下に示す条件に
より行う。 〔エッチングの条件〕 Ｏ₂ ： ９０ｓｃｃｍ 圧力 ： １０ｍＴｏｒｒ ＲＦ（高周波）パワー ： １３〜３３Ｗ マイクロ波 ： １９０ｍＡ 上部コイルへのコイル電流： ２１Ａ 下部コイルへのコイル電流： １１Ａ

【００４８】これによれば、フォトレジストすなわちＣ
系ポリマー等による堆積膜にエッチングを示すことが分
かる。つまりこのＯ₂ イオンエッチングによれば、上述
の第１のエッチングによって生成されたＣ系ポリマー等
による堆積膜を、効果的に除去することができることが
わかる。そして、この場合、図２で示した第１のエッチ
ング時に同時にフォトレジスト１４についてもエッチン
グ進行することになるので、このフォトレジスト１４が
全て排除されて上層膜のＳｉＯ₂ 絶縁層１３が外部に露
出することがないように、そのエッチング時間を上述し
た実施例１におけるように、例えば１０ｓｅｃという短
時間に選定し、またこのフォトレジスト１４の厚さの選
定を行う。また、図６中曲線３２によれば、比較的平坦
性にすぐれているものの、さらにこのＯ₂ イオンエッチ
ングのエッチング条件の最適化によって、さらにその平
坦性を改善することができる。例えばこのＯ₂ イオンエ
ッチングにおいて、ＲＦパワー、マイクロ波パワー、磁
場の制定例えば上述したＥＣＲプラズマエッチャーを用
いて行う場合、その磁場発生の上下コイルへの通電電流
の配分の選定による磁界分布の選定によって面内均一化
をはかることができる。

【００４９】また、図７中曲線３３、３４および３５
は、それぞれｎ型多結晶シリコン、ｐ型多結晶シリコン
およびＳｉＯ₂ に対するエッチング速度のＲＦのパワー
の依存性の測定結果を示すものである。これによれば、
Ｏ₂ を用いたエッチングであるにもかかわらず、これら
シリコンおよびＳｉＯ₂ に対してスパッタ効果が生じて
エッチング性を示すことがわかる。つまり、このＯ₂ イ
オンエッチングによれば、Ｏ₂ が用いられることによる
酸化膜ＳｉＯ₂ の生成を、このＳｉＯ₂ に対するエッチ
ングによって実質的にＳｉＯ₂ 酸化膜の生成が回避され
るものであり、またシリコンに対するエッチングの発生
によってダメージ層の除去がなされていることがわか
る。したがって、本発明方法において、第２のエッチン
グによって、Ｃ系ポリマー等による堆積膜の除去を行う
ものであるが、この第２のエッチングをＯ₂ イオンエッ
チングによったことによって、酸化膜の生成の回避と、
ダメージ層の除去が効果的になされることによって、第
３のエッチング面が、すぐれた表面性と平坦性をもって
形成することができることがわかる。

【００５０】このように、本発明方法によるときは、冒
頭に述べたＯ₂ プラズマエッチングにおけるように、酸
化膜の生成、ダメージ層の問題を解決することができ
る。

【００５１】尚、上述した例では、第２のエッチング
を、Ｏ₂ 単独のガスを用いたイオンエッチングによった
場合であり、この方法によるときは、冒頭に述べた従来
方法におけるフルオロカーボン系ガスを混合させたＯ₂
プラズマエッチングによる場合に問題となるフッ化物の
生成等の諸問題を回避できる。しかしながら、この第２
のエッチングにおいて、第１のエッチングで生じた例え
ばＳｉＣを有効に排除するには、Ｏ₂ ガスにフルオロカ
ーボン系ガス等のフッ化物ガス例えばＳＦ₆ ，ＣＦ₄ ，
ＣＨ₂ Ｆ₂ 等の１種以上を混入させる。しかしながら、
この場合、このフッ化物の混入量は、ガス総量に対して
２０％以下好ましくは例えば１０％以下の少量に選定す
る。因みに、冒頭にのべたＯ₂ にフルオロカーボン系ガ
スを混合させる従来方法においては、プラズマエッチン
グによることから、このフルオロカーボン系ガスを、Ｏ
₂ との割合を１：１程度という多量の混合量に選定する
必要があるものであり、したがって、この場合フッ化物
の生成や、下層膜のエッチング等の問題が生じてくる
が、本発明においては、フッ化物の混合を２０％以下に
とどめ得ることから、このような問題の発生を回避でき
る。これは、イオンエッチングの適用によって、被エッ
チング面に所要のエネルギーを持ったフッ化物イオンが
衝撃することによって効果的にＳｉＣ等のエッチングが
なされることによるものと思われる。

【００５２】次に、本発明によるパターンエッチング方
法を、実際の半導体装置の製造に適用する場合の実施例
について、図８〜図１５を参照して説明する。この例で
は、いわゆるダブルポリシリコン型バイポーラトランジ
スタを製造する場合に適用した場合である。

【００５３】また、この例においては、ｎ−ｐ−ｎ型の
シリコントランジスタを作製する場合で、この場合図８
に示すように、ｐ型のシリコンサブストレイト５１を用
意し、その一主面に臨んで最終的にバイポーラトランジ
スタを形成する部分に、選択的に例えばイオン注入によ
ってｎ型の不純物を高濃度をもってドープした埋め込み
領域５２を形成する。

【００５４】図９に示すように、埋め込み領域５２が形
成されたシリコンサブストレイト５１上にｎ型のシリコ
ン半導体層５３を例えばＣＶＤ（Chemical Vapar Depos
ition)法によってエピタキシャル成長してシリコン半導
体基板５４を形成する。このときエピタキシャル成長に
際しての加熱によって埋め込み領域５２からのｎ型不純
物が半導体層５３中に拡散し、埋め込み領域５２は半導
体層５３に入り込んで形成される。

【００５５】図１０に示すように、互いに電気的に分離
する半導体素子の形成部間、例えば複数のバイポーラト
ランジスタ間と、更に最終的に形成するバイポーラトラ
ンジスタのコレクタ電極取り出し領域の形成部と、ベー
ス領域形成部との間に、局部的熱酸化いわゆるLOCOS(Lo
cal Oxidation Silicon)によって分離絶縁層５５を形成
する。そして、そのベース領域形成部と分離された部分
に、コレクタ電極取り出し領域５６をｎ型不純物のイオ
ン注入によって形成する。

【００５６】図１１に示すように、また素子分離絶縁層
５５下の、互いに電気的に分離する半導体素子の形成部
間を横切って、ｐ型のチャネルストッパ層５７を、ｐ型
不純物をイオン注入して形成する。そして、半導体基板
５４上に全面的に例えば厚さ１５０ｎｍのｐ型の不純物
がドープされた多結晶シリコン層６２をＣＶＤ法等によ
って形成し、フォトリソグラフィによって最終的にベー
ス領域の形成部（グラフトベース領域の形成部を含む）
と更にこれより延在してベース電極および配線の形成部
を残して他部をエッチング除去する。更に、この多結晶
シリコン層６２上に、例えば厚さ３５０ｎｍにＳｉＯ₂
絶縁層６３を全面的にＣＶＤ法等によって形成する。そ
して、これの上に、フォトレジスト６４を全面的に形成
する。次に、このフォトレジスト６４を、パターン露
光、現像処理して、最終的に真性ベース領域の形成部に
開口６４Ｗを形成する。

【００５７】このフォトレジスト６４の開口６４Ｗを通
じて、上層膜のＳｉＯ₂ 絶縁層６３とこれの下の下層膜
の多結晶シリコン層６２に対するエッチングを行ってそ
れぞれ開口６３Ｗと６２Ｗを穿設する。これら開口６３
Ｗと６２Ｗの穿設は、前述した本発明方法例えば前述し
た実施例１の方法によって形成する。すなわち、フォト
レジスト６４をマスクとして、その開口６４Ｗを通じて
この開口６４Ｗ下に露出したＳｉＯ₂ 絶縁層６３に対し
て、前述した第１のエッチングを行ってＳｉＯ ₂ 絶縁層
６３に、フォトレジスト６４の開口６４Ｗに対応する開
口６３Ｗを形成する。

【００５８】その後、前述の本発明による第２のエッチ
ングすなわちＯ₂ イオンエッチングもしくはＯ₂ にフル
オロカーボンとＯ₂ の混合ガスによるイオンエッチング
を行い、その後に前述の第３のエッチングによって開口
６４Ｗおよび６３Ｗを通じて外部に露呈する多結晶シリ
コン層６２に対するエッチングを行って多結晶シリコン
層６２に、開口６４Ｗおよび６３Ｗに対応する開口６２
Ｗを形成する。

【００５９】このように形成された開口６２Ｗおよび６
３Ｗは、本発明方法を適用したことによって、両開口６
２Ｗおよび６３Ｗ間に段差が発生することがなく互いに
一致した形状となるとともに、このエッチングによって
露出されたエピタキシャル成長半導体層の面５３ａは、
表面性にすぐれた平坦な面となる。

【００６０】次に、図１２に示すように、フォトレジス
ト６４を除去し、開口６３Ｗおよび６２Ｗを通じて露出
するエピタキシャル成長半導体層の面５３ａからｐ型の
不純物例えばＢＦ₂ ⁺ をイオン注入にし、その後、開口
６３Ｗおよび６２Ｗの内側面にサイドウオールを形成す
るために絶縁層７１を全面的に例えば厚さ５５０ｎｍに
ＣＶＤ法等によって形成する。この形成に際しての熱、
もしくはその後の熱処理によってイオン注入したｐ型の
不純物の活性化によって、ｎ型のエピタキシャル成長半
導体層５３をコレクタ領域７６として、これの上にベー
ス領域７５特にベース動作領域となるいわゆる真性ベー
ス領域が形成され、また、多結晶シリコン半導体層６２
からのｐ型不純物の拡散によってｐ型のグラフトベース
領域７７が形成される。

【００６１】図１３に示すように、絶縁層７１に対して
異方性エッチングによるエッチバックを行って実質的厚
さが大に形成された開口６３Ｗおよび６２Ｗの内側面の
絶縁層７１を残存させることによってサイドウオール７
２を形成する。

【００６２】図１４に示すように、ｎ型不純物がドープ
された多結晶シリコン層７３を全面的に例えばＣＶＤ法
によって形成し、その後熱処理を行ってサイドウオール
７２によって囲まれた開口７３Ｗを通じてベース領域７
５上に限定的に多結晶シリコン層７３中のｎ型不純物の
拡散を行って、エミッタ領域７４を形成する。

【００６３】そして、図１５に示すように、多結晶シリ
コン層７３の例えばエミッタ電極形成部以外をエッチン
グ除去し、多結晶シリコン層６２上と、コレクタ電極取
出し領域５６上の絶縁層に電極コンタクト窓を穿設し、
これらコンタクト窓を通じて多結晶シリコン層６２上と
コレクタ電極取出し領域５６上とにそれぞれベース電極
１５Ｂとコレクタ電極１５Ｃをオーミックに被着形成す
るとともに、多結晶シリコン層７３上にエミッタ電極１
５Ｅをオーミックに被着形成する。これら電極１５Ｂ、
１５Ｃおよび１５Ｅは、例えばＡｌの全面蒸着、フォト
リソグラフィによるパターンエッチングによって同時に
形成することができる。

【００６４】このようにして、目的とするｎ−ｐ−ｎ型
のバイポーラトランジスタが形成される。

【００６５】このようにして形成されたトランジスタ
は、サイドウオール７２によってベースとエミッタとが
電気的に分離され、両者が自己整合して形成されること
から、確実に充分微小面積をもって形成できる。すなわ
ち、バイポーラトランジスタを回路素子とする半導体集
積回路において、高い信頼性をもって高密度化できるこ
とになる。

【００６６】このトランジスタの製造工程においては、
図１１で説明したＳｉＯ₂ 絶縁層６３および多結晶シリ
コン層６２に対する開口６３Ｗおよび６４Ｗの形成を本
発明によるパターンエッチング法を適用したことによっ
て、両口開口６３Ｗおよび６４Ｗの形成を確実に形成で
きることから、ベース領域の形状面積の制御を正確に設
定でき、ひいてはエミッタ領域の形状面積の制御を正確
に設定できるとともに、このエッチングによって生じた
エッチング面５３ａを表面性にすぐれ、また平坦性にす
ぐれた面とすることができることによって、優れた整流
性を有するエミッタ接合およびコレクタ接合を形成する
ことができるととともに、コレクタ領域７６の厚さ、ベ
ース領域７５の厚さの設定をばらつきなく正確に設定す
ることができる。したがって、目的とするトランジスタ
を均一な特性に、再現性良く、高い信頼性をもって製造
することができるものである。

【００６７】尚、図示の例では、ｎｐｎ型バイポーラト
ランジスタを得る場合であるが、ｐｎｐ型バイポーラト
ランジスタを得る場合にも適用でき、その他種々の半導
体装置の製造に本発明を適用することができる。

【００６８】

【発明の効果】上述したように、本発明方法によれば、
上層膜をパターンエッチングする第１のエッチングの後
の下層の被エッチング面のパターンエッチングすなわち
第３のエッチングに先立って特にＯ₂ のイオンエッチン
グによるスパッタリング効果を有する第２のエッチング
を行うことから、第１のエッチングで生じたＣ系ポリマ
ー等による堆積膜やダメージ層の除去を、この第２のエ
ッチングで酸化膜を発生させることなく行うことができ
るようにしたことから、エッチング形状、寸法のずれ
と、エッチング面特に底部における湾曲形状の発生、さ
らに目的とするエッチングパターンの形状、大きさ、位
置に依存する不均一性を改善できる。

【００６９】したがって、本発明方法によれば、選択比
にすぐれたパターンエッチングを行う場合、すなわち堆
積膜の発生が大きいパターンエッチングを行う場合にお
いても、再現性良く、目的とする形状、寸法のパターン
エッチングを正確に形成することができるものであり、
このため、深い（厚い）パターンエッチングが可能とな
り、またそのエッチング底面の湾曲の改善もはかられる
ことから、例えば半導体層もしくは半導体基板に深い素
子分離用もしくはキャパシタ形成等のトレンチを形成す
る場合に適用して形状性、均一性にすぐれたトレンチを
形成できるなど多くの効果を奏することができる。

【００７０】また、第２のエッチングすなわちＯ₂ イオ
ンエッチングによる側壁に形成したＣ系ポリマー等によ
る堆積膜の除去ステップと、第３のエッチングとを連続
したマルチステッププロセスとすることで、Ｏ₂ イオン
によるスパッタエッチにより下層の被エッチング膜表面
への酸化膜形成がおさえられ、連続処理でのクリーニン
グ効果が現れることから、エッチング特性への影響は無
く、連続処理での再現性を大幅に改善することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の一例の一工程の要部の概略断面図
である。

【図２】本発明方法の一例の一工程の要部の概略断面図
である。

【図３】本発明方法の一例の一工程の要部の概略断面図
である。

【図４】本発明方法の一例の一工程の要部の概略断面図
である。

【図５】Ａは、Ｏ₂ イオンエッチングを行なった場合の
多結晶シリコン層のエッチング速度とエッチングの均一
性の連続処理での再現性を示す図である。Ｂは、Ｏ₂ イ
オンエッチングを行わなかった場合の多結晶シリコン層
のエッチング速度とエッチングの均一性の連続処理での
再現性を示す図である。

【図６】Ｏ₂ イオンエッチングにおけるフォトレジスト
膜５のエッチング速度のＲＦパワー依存性を示す図であ
る。

【図７】Ｏ₂ イオンエッチングにおけるＳｉＯ₂ よりな
る絶縁層４と多結晶シリコンのエッチング速度のＲＦパ
ワー依存性を示す図である。

【図８】本発明方法を用いたバイポーラトランジスタの
製造方法の一例の一工程の要部の概略断面図である。

【図９】本発明方法を用いたバイポーラトランジスタの
製造方法の一例の一工程の要部の概略断面図である。

【図１０】本発明方法を用いたバイポーラトランジスタ
の製造方法の一例の一工程の要部の概略断面図である。

【図１１】本発明方法を用いたバイポーラトランジスタ
の製造方法の一例の一工程の要部の概略断面図である。

【図１２】本発明方法を用いたバイポーラトランジスタ
の製造方法の一例の一工程の要部の概略断面図である。

【図１３】本発明方法を用いたバイポーラトランジスタ
の製造方法の一例の一工程の要部の概略断面図である。

【図１４】本発明方法を用いたバイポーラトランジスタ
の製造方法の一例の一工程の要部の概略断面図である。

【図１５】本発明方法を用いたバイポーラトランジスタ
の製造方法の一例の一工程の要部の概略断面図である。

【図１６】従来方法の一例の一工程の要部の概略断面図
である。

【図１７】従来方法の一例の一工程の要部の概略断面図
である。

【図１８】従来方法の一例の一工程の要部の概略断面図
である。

【図１９】従来方法の一例の一工程の要部の概略断面図
である。

【図２０】従来方法の一例の一工程の要部の概略断面図
である。

【符号の説明】

１ シリコン基板 ２ 多結晶シリコン層 ２Ｗ 開口 ３ ＳｉＯ₂ 絶縁層 ３Ｗ 開口 ４ フォトレジスト ４Ｗ 開口 ５ Ｃ系ポリマー等による堆積膜 １１ シリコン基板 １２ 多結晶シリコン層 １３ ＳｉＯ₂ 絶縁層 １３Ｗ 開口 １４ フォトレジスト １４Ｗ 開口 １５ Ｃ系ポリマー等による堆積膜 ５１ シリコンサブストレイト ５２ 埋め込み領域 ５３ シリコン半導体層 ５４ 半導体基板 ５５ 分離絶縁層 ５６ コレクタ電極取り出し領域 ５７ チャネルストッパ層 ６２ 多結晶シリコン層 ６２Ｗ 開口 ６３ ＳｉＯ₂ 絶縁層 ６４ フォトレジスト ６４Ｗ 開口 ７１ 絶縁層 ７１Ｗ 開口 ７２ サイドウオール ７３ 多結晶シリコン層 ７３Ｗ 開口 ７４ エミッタ領域 ７５ ベース領域 ７６ コレクタ領域 ７７ グラフトベース領域

───────────────────────────────────────────────────── 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 29/72

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上層膜をパターンエッチングして、所定
   のパターンの開口を形成する第１のエッチングと、 上記第１のエッチングで少なくとも上記上層膜の開口の
   側壁に堆積形成された堆積膜を除去する第２のエッチン
   グと、 上記上層膜の開口を通じて上記上層膜下の被エッチング
   体に対するエッチングを行う第３のエッチングとを有
   し、 上記第２のエッチングは、Ｏ₂ イオンエッチングとした
   ことを特徴とするパターンエッチング方法。
2. 【請求項２】 上記第１のエッチングを、上記上層膜上
   に所要のパターンのエッチングレジスト層を形成するこ
   とによってパターンエッチングを行い、 上記第２のエッチングを、上記エッチングレジストが上
   記上層膜上において少なくとも一部の厚さに残されるエ
   ッチングとすることを特徴とする請求項１に記載のパタ
   ーンエッチング方法。
3. 【請求項３】 上記第２のエッチングと第３のエッチン
   グとを連続して行うことを特徴とする請求項１に記載の
   パターンエッチング方法。
4. 【請求項４】 上記Ｏ₂ イオンエッチングによる第２の
   エッチングにおいてフッ化物ガスを、ガス総量の２０％
   以下混合させることを特徴とする請求項１に記載のパタ
   ーンエッチング方法。