JPS63240027A - ドライエツチング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 基板上にマスクを設は反応性イオンエツチング（ＲＩＥ
）により基板を選択的に深くエツチングするドライエツ
チングにおいて、 マスクの開孔のアスペクト比（深さ７幅）を大きくする
と共に、堆積が強くなるような反応ガスを用いることに
より、 エツチング部分の側断面形状の改善を図り、また、マス
ク材料の選定に対する制約を緩和させたものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、基板上にマスクを設けＲＩＥにより基板を選
択的に深くエツチングするドライエツチングの方法に関
す。

半導体装置においては、集積度が高まるに従い容量（キ
ャパシタ）や素子分離領域にその占有面積を縮小するこ
とが出来るトレンチ構造が採用される傾向にある。

このトレンチ構造の形成には、幅が小さく深さが極めて
大きい窪み（トレンチ）の形成が必須である。

そして、このトレンチの形成には、上記のドライエツチ
ングが用いられている。

〔従来の技術〕

第２図は、基板にトレンチを形成するドライエツチング
の従来方法の要部を示す側断面図である。

同図において、１は例えばシリコン（Ｓｉ）からなる基
板であり、基板１上に例えば燐ガラス（ＰＳＧ）、二酸
化シリコン（ＳｉＯｚ）または窒化・シリコン（Ｓｉ　
Ｎ　）などからなり例えば幅約１μ−の開孔２を有する
厚さ約１μ−のマスク３を形成し、例えば塩素系ガスな
どの反応ガス４を供給し高周波で励起するＲＩＥにより
、基板ｌの開孔２部分をエツチングして、例えば約５μ
請の深さのトレンチ５を形成する。

上記のＲＩＥでは、化学反応および、イオンが主として
垂直方向に作用するスパッタリングによるエツチングと
、主として化学反応によるデポジション（堆積）とが併
存し、エツチングと堆積とのバランスの下にトレンチ５
が形成される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記のドライエツチング方法では、第３
図の側断面図（ａ）に示す如く、トレンチ５の側面が横
方向にエツチングされて櫛型形状になったり、第３図の
側断面図（ｂ）に示す如く、トレンチ５の上部が開口２
の拡大によりエッチシフト６を起こして開口が拡がった
段付形状になったりする場合があり、良質なトレンチ構
造の形成を困難にする問題がある。

前者は、イオン同志の衝突や開口２の側面などに衝突し
たイオンの反射などにより横方向のスパッタリングが生
じてエツチングされるためである。

また、後者は、図の破線で示す如く、エツチングによる
開口２側面の損耗が上端部から始まって下端部に及び、
その後にエッチシフト６を起こさせる開口２の拡大が始
まるためである。従って、エッチシフト６の防止には、
マスクにエツチングレートの極めて小さな材料を用いる
と良いが、現状は適当な材料が見当たらない。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点は、開孔を有するマスクを基板上に設けて、
反応性イオンエツチングにより該基板の該開孔部分を選
択的にエツチングするに際して、該マスクの表面では反
応生成物を堆積し、且つ該開孔の底部では該基板をエツ
チングするように、該開孔のアスペクト比（深さ７幅）
と供給する反応ガスとを設定して該基板をエツチングす
る本発明のドライエツチング方法によって解決される。

本発明によれば、上記アスペクト比の設定は、１．５以
上にし、上記基板の材料がシリコンの場合の上記反応ガ
スの設定は、四塩化珪素（ＳｉＣ１４）とＭ素（Ｏ２）
との混合気、または、三塩化硼素（ＢＣｌ２　）と酸素
との混合気、または、四塩化珪素と三塩化硼素と酸素と
の混合気、または、前記王者のいずれかと塩素（Ｃｌ２
）との混合気、または、塩素と酸素との混合気にするの
が望ましい。

〔作用〕

ＲＩＥでは、先に述べたように、化学反応および、イオ
ンが主として垂直方向に作用するスパッタリングによる
エツチングと、主として化学反応による堆積とが併存し
、エツチングと堆積とのバランスにより即ちエツチング
が堆積より勝るところでエツチングが進行する。

そして、アスペクト比が比較的大きな開孔を有するマス
クを基板上に設けて基板を選択的にエツチングする場合
、マスクの表面ではエツチングと堆積とのバランス状態
が供給する反応、ガスの組成に従うが、開孔の底部では
反応ガスに淀みが生ずるため化学反応が弱くなって相対
的にスパッタリングが強くなるようにバランス状態が変
化する。

また、この変化は、開孔のアスペクト比が大きくなるに
従い大きくなる。

本発明は、上記の現象に着目し、開孔のアスペクト比を
成る値より大きくすると共に供給する反応ガスを従来方
法の場合より堆積が強くなるものにして、マスクの表面
では反応生成物が堆積され、開孔の底部では相対的に強
くなるスパッタリングを主にして基板がエツチングされ
るようにしたものである。

本発明者の実験によれば、開孔のアスペクト比を１．５
以上にし、供給する反応ガスを上記の如くにすることに
より、本発明の狙いが実現される。

その場合、酸素が堆積を強める作用をして、堆積される
反応生成物は、酸化シリコン（ＳｉｘＯｙ）や酸化硼素
（ＢｘＯｙ）などが主成分となる。

そして、この方法によれば、堆積が強くなるため、エン
チング部分（先のトレンチ５）の側面に従来方法の場合
より強い堆積膜が形成されて、先に述べた横方向のスパ
ッタリングが生じてもエツチングが抑制されてその側面
が樽型形状になり難くなる。

また、マスクは表面が堆積の様態にあるので開孔の拡大
がなくなり、先に述べたエッチシフトによる段付形状の
発生が防止される。

これらのことは、半導体装置における良質なトレンチ構
造の形成を容易にする。

更に、本方法は、マスクの損耗が無視出来る状態となる
ので、マスク材料の選定に関して、マスク材料のエツチ
ングレートを基板のエツチングレートよりも出来るだけ
小さくすると言う従来の制約が緩和される特徴を有する
。

〔実施例〕

以下本発明方法の実施例についてその要部を示す第１図
の側断面図により説明する。企図を通じ同一符号は同一
対象物を示す。

同図において、先ず、トレンチを形成するシリコン基板
ｌ上に、燐ガラスからなリドレンチの形成位置に縮約ｌ
μ僧の開孔２を有する厚さ１．５〜２μ鋼のマスク３ａ
を形成する。マスクの厚さを従来方法の場合より大きく
するのは、開孔２のアスペクト比を１．５以上にするた
めである。マスク３ａの形成は、燐ガラスを通常の方法
で被着し、レジストマスクを用いた選択的なエツチング
に・より開孔２を形成すれば良い。またマスク３ａの材
料は、二酸化シリコンや窒化シリコンであっても良い。

次いで、反応ガスを４８にしたＲＩＥにより、基板１の
開孔２部分を選択的に所望の深さ例えば約５μｍの深さ
にエツチングしてトレンチ５を形成する。

反応ガス４ａは、次に示す混合気の何れでも良い。

■　四塩化珪素１容と酸素０．２５〜１．６容との混合
気。

■　三塩化硼素１容と酸素０．１−０．６容との混合気
。

■　四塩化珪素および三塩化硼素の任意混合気ｌ容と酸
素０．１〜１．６容との混合気。但し、酸素の下限容は
、四塩化珪素の比率が大きくなるに従い０．２５に近づ
ける必要がある。

■　四塩化珪素、三塩化硼素および塩素の任意混合気１
容と酸素０．１〜１．６容との混合気。但し、酸素の下
限容は、四塩化珪素の比率により■に述べた補正をする
と共に、塩素の比率が大きくなるに従い１に近づける必
要がある。

■　塩素１容と酸素１〜３容との混合気。

このエツチングでは、マスク３ａの表面、開孔２の側面
およびトレンチ５の側面に反応生成物が堆積して堆ｌＩ
Ｉ膜７を形成し、それが先に述べたように開孔２の拡が
りとトレンチ５側面のエツチングとを抑えるので、形成
されるトレンチ５の形状は、櫛型にも段付きにもならず
に側面の縦方向が略直線に近くなる。

堆積膜７は、反応生成物である酸化シリコン（ｓｉ　ｘ
　Ｏ）Ｆ　）や酸化硼素（ＢｘＯ，）などを主成分とし
ており、後に行われるマスク３ａの除去の際に一緒に除
去される。

上記の反応生成物は、反応ガスが■〜■または塩素比率
が小さい■の場合、主として反応ガス内の反応により生
成し、塩素比率が大きい■または■の場合、シリコン基
板１からの反応生成物が反応に関与して生成するもので
ある。

更に、先に述べたようにこのエツチングでは、マスク３
ａの材料に対して、エツチングレートを基板１のエツチ
ングレートよりも出来るだけ小さくするとい、う特別な
配慮が不要である。

本発明者は、マスク３ａの材料を多結晶シリコンにして
上記実施例と同様なエツチングを行い同様な結果を得た
。この場合、基板ｌとマスク３ａとの間に二酸化シリコ
ンの薄い膜を介在させてマスク３ａの一部とした。それ
は、基板１のシリコンとマスク３ａの多結晶シリコンと
のエツチングレートが略同じであるため、介在させた二
酸化シリコン膜をトレンチ５形成の後のマスク３ａ除去
の際のストッパにするためである。

なお、本発明は、開孔２の幅およびエツチングの深さが
実施例の値に限定されないことは、上述の説明から容易
に理解されよう。

また、開孔２のアスペクト比は、その作用からして大き
い方が望ましいが、開孔２の形成の面からして２６５程
度に留めるのが現実的である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の構成によれば、基板上にマ
スクを設けＲＩＥにより基板を選択的に深くエツチング
するドライエツチングにおいて、エツチング部分の側断
面形状の改善を図ることが出来て、例えば、半導体装置
における良質なトレンチ構造の形成を容易にさせる効果
があり、また、マスク材料の選定に対する制約を緩和さ
せて、マスクに使用する材料の範囲拡大を可能にさせる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法実施例の要部を示す側断面図、 第２図は従来方法の要部を示す側断面図、第３図は従来
方法の問題点を示す側断面図、である。 図において、 １は基板、　　　　　　　２は開孔、 ３．３ａはマスク、　　　　４．４ａは反応ガス、５は
トレンチ、　　　　　６はエッチシフト、７は堆積膜、 である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）開孔を有するマスクを基板上に設けて、反応性イオ
   ンエッチングにより該基板の該開孔部分を選択的にエッ
   チングするに際して、該マスクの表面では反応生成物を
   堆積し、且つ該開孔の底部では該基板をエッチングする
   ように、該開孔のアスペクト比と供給する反応ガスとを
   設定して該基板をエッチングすることを特徴とするドラ
   イエッチング方法。 ２）上記基板の材料にはシリコン（Ｓｉ）を用い、上記
   アスペクト比の設定は、１．５以上にし、上記反応ガス
   の設定は、四塩化珪素（ＳｉＣｌ＿４）と酸素（Ｏ＿２
   ）との混合気、または、三塩化硼素（ＢＣｌ＿３）と酸
   素との混合気、または、四塩化珪素と三塩化硼素と酸素
   との混合気、または、前記三者のいずれかと塩素（Ｃｌ
   ＿２）との混合気、または、塩素と酸素との混合気にす
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のドライ
   エッチング方法。