JP3155085B2 - シリコン基板の溝形成方法 - Google Patents
シリコン基板の溝形成方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置に用いるシ
リコン基板の主表面に溝を形成する方法に関するもので
ある。
リコン基板の主表面に溝を形成する方法に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来、シリコン単結晶基板を用いた個別
半導体デバイスや半導体集積回路の半導体装置は広く利
用されている。又、シリコン単結晶基板の主表面に溝を
井戸状、ストライブ状、包囲状などに形成し、その溝に
より、高耐圧構造、絶縁分離構造などとする半導体装置
も知られている。
半導体デバイスや半導体集積回路の半導体装置は広く利
用されている。又、シリコン単結晶基板の主表面に溝を
井戸状、ストライブ状、包囲状などに形成し、その溝に
より、高耐圧構造、絶縁分離構造などとする半導体装置
も知られている。
【０００３】近年、半導体装置の製造におけるシリコン
基板への溝形成方法としては、ウェットエッチングに対
し、プラズマ放電による励起手段を用いたドライエッチ
ングが用いられるようになった。即ち、ドライエッチン
グは、アンダ−カットによる加工精度の低下がなく、加
工材料表面に垂直に入射するイオンの働きにより、加工
寸法がマスクに忠実である垂直な加工形状が得られるな
どの利点が上げられている。
基板への溝形成方法としては、ウェットエッチングに対
し、プラズマ放電による励起手段を用いたドライエッチ
ングが用いられるようになった。即ち、ドライエッチン
グは、アンダ−カットによる加工精度の低下がなく、加
工材料表面に垂直に入射するイオンの働きにより、加工
寸法がマスクに忠実である垂直な加工形状が得られるな
どの利点が上げられている。
【０００４】現在、半導体装置の製造に最も広く適用さ
れているドライエッチングの装置は、反応性イオンエッ
チング装置（ＲＩＥ）である。通常、円板状の電極を （２） 真空容器内に平行に配置し、一方の電極に高周波電力を
印加して電極間にプラズマを発生させ、電極上に設置し
た半導体基板にプラズマ中のイオンを垂直に入射させ
る。又、改良型ＲＩＥとしても種々のものがあり、例え
ば、磁場を用いてプラズマ中の電子とガス分子の衝突回
数を増加させ、プラズマ密度を高めたものがある。
れているドライエッチングの装置は、反応性イオンエッ
チング装置（ＲＩＥ）である。通常、円板状の電極を （２） 真空容器内に平行に配置し、一方の電極に高周波電力を
印加して電極間にプラズマを発生させ、電極上に設置し
た半導体基板にプラズマ中のイオンを垂直に入射させ
る。又、改良型ＲＩＥとしても種々のものがあり、例え
ば、磁場を用いてプラズマ中の電子とガス分子の衝突回
数を増加させ、プラズマ密度を高めたものがある。
【０００５】又、ＲＩＥに用いる反応ガスも種々のもの
が開発されており、それらは、Ｆ系、Ｃｌ系などのハロ
ゲン元素を主成分とするガスであり、加工材料を揮発性
のハロゲン化合物にして除去するものである。実際のエ
ッチングでは、種々の添加ガスや反応ガスを混合するこ
とにより加工性能を制御している。
が開発されており、それらは、Ｆ系、Ｃｌ系などのハロ
ゲン元素を主成分とするガスであり、加工材料を揮発性
のハロゲン化合物にして除去するものである。実際のエ
ッチングでは、種々の添加ガスや反応ガスを混合するこ
とにより加工性能を制御している。
【０００６】例えば、高耐圧化を主目的としたトレンチ
型ショットキバリアダイオ−ドの製造において、Ｎ型エ
ピタキシアル基板の主表面に公知のＳＦ6ガスとＣ Ｃｌ
2Ｆ2ガスを使用したＲＩＥにより、シリコン酸化膜をマ
スクとして幅１μｍ、深さ２μｍ、長さ３ｍｍのストラ
イプ状溝を繰返しピッチ２.６μｍで１０００本形成し
たものがある。
型ショットキバリアダイオ−ドの製造において、Ｎ型エ
ピタキシアル基板の主表面に公知のＳＦ6ガスとＣ Ｃｌ
2Ｆ2ガスを使用したＲＩＥにより、シリコン酸化膜をマ
スクとして幅１μｍ、深さ２μｍ、長さ３ｍｍのストラ
イプ状溝を繰返しピッチ２.６μｍで１０００本形成し
たものがある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】解決しようとする課題
は、特に、選択性の向上、高アスペクト比（エッチング
するパタ−ンの深さとスペ−スの平面寸法との比）加
工、加工部へのダメ−ジの防止である。即ち、微細加工
技術の進歩及び半導体装置の性能向上に伴い、シリコン
基板の主表面への溝形成における高アスペクト比加工が
要求されている。しかし、シリコン酸化膜を含むマスク
と加工材料であるシリコン基板との選択性は例えば、１
０〜２０程度であり、マスク材であるシリコン酸化膜に
もエッチングが同時に進行し、マスク効果を失い、高ア
スペクト比による深い溝形成は困難となる。又、従来の
反応ガスでは、大きな質量を持つイオンが基板に入射す
るため形成した溝の底部や内壁にダメ−ジが発生する。 （３）
は、特に、選択性の向上、高アスペクト比（エッチング
するパタ−ンの深さとスペ−スの平面寸法との比）加
工、加工部へのダメ−ジの防止である。即ち、微細加工
技術の進歩及び半導体装置の性能向上に伴い、シリコン
基板の主表面への溝形成における高アスペクト比加工が
要求されている。しかし、シリコン酸化膜を含むマスク
と加工材料であるシリコン基板との選択性は例えば、１
０〜２０程度であり、マスク材であるシリコン酸化膜に
もエッチングが同時に進行し、マスク効果を失い、高ア
スペクト比による深い溝形成は困難となる。又、従来の
反応ガスでは、大きな質量を持つイオンが基板に入射す
るため形成した溝の底部や内壁にダメ−ジが発生する。 （３）
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、シリコン基板
の主表面にプラズマエッチングにより溝を形成する方法
において、シリコン酸化膜をマスクとし、重水素を主成
分とするガスによりエッチングすることを特徴とする。
これにより、高アスペクト比によって溝形成した改良さ
れた個別半導体装置や半導体集積回路装置を得ることが
できる。
の主表面にプラズマエッチングにより溝を形成する方法
において、シリコン酸化膜をマスクとし、重水素を主成
分とするガスによりエッチングすることを特徴とする。
これにより、高アスペクト比によって溝形成した改良さ
れた個別半導体装置や半導体集積回路装置を得ることが
できる。
【０００９】
【実施例】図１は、本発明の実施例を説明する断面構造
図である。１はエピタキシアル成長層から成るシリコン
基板、２はシリコン酸化膜のマスク、３は溝、４はダメ
−ジ部、５はアンダ−カット部であり、図１は、プラズ
マエッチングによる溝形成後の構造図を示している。
図である。１はエピタキシアル成長層から成るシリコン
基板、２はシリコン酸化膜のマスク、３は溝、４はダメ
−ジ部、５はアンダ−カット部であり、図１は、プラズ
マエッチングによる溝形成後の構造図を示している。
【００１０】本発明の特徴は、シリコン酸化膜のマスク
２の開口部から重水素を主成分とするガスによりエッチ
ングすることである。重水素は、質量数２の水素の同位
体で、ジュウテリウム、デュ−テリウムとも呼ばれ、Ｄ
2であらわす。
２の開口部から重水素を主成分とするガスによりエッチ
ングすることである。重水素は、質量数２の水素の同位
体で、ジュウテリウム、デュ−テリウムとも呼ばれ、Ｄ
2であらわす。
【００１１】次に、本発明の実施例について、さらに具
体的に説明する。使用した装置は、永久磁石を設置した
平行平板型ＲＩＥであり、シリコン酸化膜マスクの開口
幅１μｍ、長さ１ｍｍのストライプ状で繰返しピッチ２.
６μｍ、１０００本に対し、Ｄ2の単独ガス、イオン入
射エネルギ１１０ｅＶ、動作圧力１０ｍＴｏｒｒにより
プラズマエッチングをした。結果として、選択比１０
０、アンダ−カット部５及びダメ−ジ部４は殆んど認め
られず、深さ４μｍの溝を形成した。図１において、ア
ンダ−カット部５及びダメ−ジ部４は、説明のため、拡
大して示しているが、実施例では無視できる範囲であっ
た。なお、ダメ−ジ部４が大なる場合でも、通常、後工
程にソフトエッチングなどの除去処理が必要になるが、
この場合は５００℃、 （４） ３０分の熱処理で十分ダメ−ジ層は回復する。
体的に説明する。使用した装置は、永久磁石を設置した
平行平板型ＲＩＥであり、シリコン酸化膜マスクの開口
幅１μｍ、長さ１ｍｍのストライプ状で繰返しピッチ２.
６μｍ、１０００本に対し、Ｄ2の単独ガス、イオン入
射エネルギ１１０ｅＶ、動作圧力１０ｍＴｏｒｒにより
プラズマエッチングをした。結果として、選択比１０
０、アンダ−カット部５及びダメ−ジ部４は殆んど認め
られず、深さ４μｍの溝を形成した。図１において、ア
ンダ−カット部５及びダメ−ジ部４は、説明のため、拡
大して示しているが、実施例では無視できる範囲であっ
た。なお、ダメ−ジ部４が大なる場合でも、通常、後工
程にソフトエッチングなどの除去処理が必要になるが、
この場合は５００℃、 （４） ３０分の熱処理で十分ダメ−ジ層は回復する。
【００１２】図２は、本発明に使用する重水素Ｄ2ガス
によるプラズマの有効性を実証するため、Ｈ2ガスによ
るプラズマと対比した実験デ−タにもとづく、シリコン
基板のエッチング速度のデ−タ図である。横軸はプラズ
マ照射中にシリコン基板に印加される自己バイアス電圧
であり、イオンの入射エネルギ−に相当している。縦軸
は、シリコンのエッチング速度である。自己印加電圧は
ｒｆパワ−、プラズマガスの圧力に依存する。図２から
明らかなように、同じ自己印加電圧において、水素プラ
ズマでは、シリコンのエッチングはほとんど進行しな
い。一方、重水素プラズマでは、１分間に約７０ｎｍ
（７００オングストロ−ム）のシリコンがエッチング可
能になる。シリコン酸化膜のエッチング速度は、図２
に、載せてはいないが、水素プラズマと重水素プラズマ
の両方に対して、ほとんどゼロであった。したがって、シ
リコンエッチングを行うとき、マスクに用いるシリコン
酸化膜の厚さを極力薄くすることができる。すなわち、
マスクとして必要なシリコン酸化膜の厚さは、イオンの
入射エネルギ−（自己印加電圧）で決定される。入射し
たイオンがシリコン酸化膜を通過して下地基板に到達し
ない程度のシリコン酸化膜の厚さが必要になる。モンテ
カルロ法を用いた計算からすれば、２００ｅＶの入射エ
ネルギ−では、３００オングストロ−ムのシリコン酸化
膜厚で十分である。したがって、重水素プラズマによる
シリコンのエッチングでは、マスクとして用いるシリコ
ン酸化膜の厚さは、従来の方法を用いた場合（従来では
１〜２μｍのシリコン酸化膜がマスクとして使用されて
いる）よりも１オ−ダ近く薄くできる。このマスクの厚
さを薄くできることによって、微細加工制御がやりやす
くなる。
によるプラズマの有効性を実証するため、Ｈ2ガスによ
るプラズマと対比した実験デ−タにもとづく、シリコン
基板のエッチング速度のデ−タ図である。横軸はプラズ
マ照射中にシリコン基板に印加される自己バイアス電圧
であり、イオンの入射エネルギ−に相当している。縦軸
は、シリコンのエッチング速度である。自己印加電圧は
ｒｆパワ−、プラズマガスの圧力に依存する。図２から
明らかなように、同じ自己印加電圧において、水素プラ
ズマでは、シリコンのエッチングはほとんど進行しな
い。一方、重水素プラズマでは、１分間に約７０ｎｍ
（７００オングストロ−ム）のシリコンがエッチング可
能になる。シリコン酸化膜のエッチング速度は、図２
に、載せてはいないが、水素プラズマと重水素プラズマ
の両方に対して、ほとんどゼロであった。したがって、シ
リコンエッチングを行うとき、マスクに用いるシリコン
酸化膜の厚さを極力薄くすることができる。すなわち、
マスクとして必要なシリコン酸化膜の厚さは、イオンの
入射エネルギ−（自己印加電圧）で決定される。入射し
たイオンがシリコン酸化膜を通過して下地基板に到達し
ない程度のシリコン酸化膜の厚さが必要になる。モンテ
カルロ法を用いた計算からすれば、２００ｅＶの入射エ
ネルギ−では、３００オングストロ−ムのシリコン酸化
膜厚で十分である。したがって、重水素プラズマによる
シリコンのエッチングでは、マスクとして用いるシリコ
ン酸化膜の厚さは、従来の方法を用いた場合（従来では
１〜２μｍのシリコン酸化膜がマスクとして使用されて
いる）よりも１オ−ダ近く薄くできる。このマスクの厚
さを薄くできることによって、微細加工制御がやりやす
くなる。
【００１３】本発明の溝形成方法は、本発明の要旨の範
囲で前記実施例を種々に変形し得る。例えば、図１のシ
リコン酸化膜のマスク２の上にレジスト膜等を被着して
複合層マスクを形成する場合や反応ガス中の主成分であ
る重水素Ｄ2に他 （５） の添加ガス又は混合ガスにより加工性能を制御する反応
ガス設計をする場合を含んでいる。
囲で前記実施例を種々に変形し得る。例えば、図１のシ
リコン酸化膜のマスク２の上にレジスト膜等を被着して
複合層マスクを形成する場合や反応ガス中の主成分であ
る重水素Ｄ2に他 （５） の添加ガス又は混合ガスにより加工性能を制御する反応
ガス設計をする場合を含んでいる。
【００１４】
【発明の効果】以上、説明のとおり、シリコン酸化膜の
マスクに対し、シリコン基板の選択比が高く、高アスペ
クト比の深い溝をダメ−ジ部なく形成し得るので、半導
体装置の製造において、高精度微細化の溝形成による性
能向上、製造工程の容易化を実現でき、産業上の利用効
果、極めて大なるものである。
マスクに対し、シリコン基板の選択比が高く、高アスペ
クト比の深い溝をダメ−ジ部なく形成し得るので、半導
体装置の製造において、高精度微細化の溝形成による性
能向上、製造工程の容易化を実現でき、産業上の利用効
果、極めて大なるものである。
【図１】本発明の実施例の説明断面構造図である。
【図２】シリコン基板のエッチング速度のデ−タ図であ
る。
る。
１ シリコン基板 ２ シリコン酸化膜 ３ 溝 ４ ダメ−ジ部 ５ アンダ−カット部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−161619（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−162338（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−90230（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/3065 C23F 4/00
Claims (1)
- 【請求項１】自己バイアス電圧80V〜200Vの範囲内で、
シリコン基板の主表面にプラズマエッチングにより溝を
形成する方法において、厚さ500Å以下のシリコン酸化
膜をマスクとし、重水素をプラズマ化したガスによりプ
ラズマエッチングすることを特徴とするシリコン基板の
溝形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26077992A JP3155085B2 (ja) | 1992-09-03 | 1992-09-03 | シリコン基板の溝形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26077992A JP3155085B2 (ja) | 1992-09-03 | 1992-09-03 | シリコン基板の溝形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0684841A JPH0684841A (ja) | 1994-03-25 |
| JP3155085B2 true JP3155085B2 (ja) | 2001-04-09 |
Family
ID=17352614
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26077992A Expired - Fee Related JP3155085B2 (ja) | 1992-09-03 | 1992-09-03 | シリコン基板の溝形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3155085B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006222156A (ja) | 2005-02-08 | 2006-08-24 | Toshiba Corp | 有機膜加工方法 |
| JP4708998B2 (ja) * | 2005-12-22 | 2011-06-22 | キヤノン株式会社 | パターニング方法、電気光学装置の製造方法、カラーフィルターの製造方法、発光体の製造方法、並びに薄膜トランジスタの製造方法 |
-
1992
- 1992-09-03 JP JP26077992A patent/JP3155085B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0684841A (ja) | 1994-03-25 |
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