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JPH1092798A - 単結晶シリコンのエッチング方法 - Google Patents

単結晶シリコンのエッチング方法

Info

Publication number
JPH1092798A
JPH1092798A JP9224179A JP22417997A JPH1092798A JP H1092798 A JPH1092798 A JP H1092798A JP 9224179 A JP9224179 A JP 9224179A JP 22417997 A JP22417997 A JP 22417997A JP H1092798 A JPH1092798 A JP H1092798A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
groove
etching
crystal silicon
single crystal
shallow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP9224179A
Other languages
English (en)
Inventor
Ganming Zhao
ジャウ ガンミング
Terry Ko
ケー． コ テリー
Jeffrey David Chinn
デイヴィッド チン ジェフリー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Applied Materials Inc
Original Assignee
Applied Materials Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Applied Materials Inc filed Critical Applied Materials Inc
Publication of JPH1092798A publication Critical patent/JPH1092798A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B33/00—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/76—Making of isolation regions between components
    • H01L21/762—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers
    • H01L21/76224—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using trench refilling with dielectric materials
    • H01L21/76232—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using trench refilling with dielectric materials of trenches having a shape other than rectangular or V-shape, e.g. rounded corners, oblique or rounded trench walls

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 丸みのある溝底隅部、シリコン全体で均一な
溝深さ及び溝断面角、溝深さに依存しない溝断面角、滑
らかで連続の溝側壁及び平坦で清浄な溝底を備える浅溝
を単結晶シリコンにエッチングすること。 【解決手段】 単結晶シリコンに浅溝をエッチングする
方法が記載される。この処理エッチング材はＨＢｒ／Ｃ
ｌ2／Ｏ2／Ｈｅを含む。この方法はフォトレジスト、酸
化物及び窒化物のハードマスク等を含む様々なマスク２
４構造と共に使用でき、通常約０．２５〜約１μ幅及び
約０．３〜約１μ深さの浅溝３２を形成する。浅溝３２
は丸みのある底隅部３８、滑らかで連続な側壁３４及び
略平坦で清浄な底面３６を有する。任意溝幅に対する断
面角及び溝深さはシリコン全体で略均一である。更に断
面角は溝深さに実質的に依存しない。この方法は、シリ
コンをエッチングするのに１又は２のエッチングステッ
プを含んでもよく、２ステップエッチング処理は溝深さ
に対して様々な断面角の浅溝を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【背景】本発明はシリコンをエッチングするための方法
に関し、更に詳しくは、高度集積回路用に単結晶シリコ
ンに浅溝を形成するためのドライエッチング法に関す
る。
【０００２】高度集積回路の製造においてはデバイス分
離技術が重要である。デバイスの形状寸法（geometry）
は一般的に０．５ミクロンより小さく、更に０．３５ミ
クロン以下まで縮小し続けている。現在のデバイスの形
状寸法はすでに、多数の周知の分離技術の効率を超えて
いる。
【０００３】このような周知の分離技術の１つに、ＬＯ
ＣＯＳ（シリコンの局所的酸化）技術がある。ＬＯＣＯ
Ｓ技術は、（ｉ）シリコン基板上にＳｉxＮyからなる層
を堆積するステップ、（ｉｉ）そのＳｉxＮy 層に反応
性イオンエッチング法によって選択的に開口部を形成す
るステップ、及び（ｉｉｉ）その露出したシリコン領域
上にＳｉＯ2からなるフィールド酸化物を成長させるス
テップを備える。ＳｉxＮy 層の下にはパッド酸化物が
設けられるのが一般的である。
【０００４】しかし、ＬＯＣＯＳ技術は、高密度集積回
路に用いる０．５ミクロン未満のデバイスを製造する場
合には十分満足なものではないことが分かっている。こ
れは、シリコンの開口部に十分な深さのフィールド酸化
物を成長させるために、固有の「バーズビーク（鳥のく
ちばし）浸食」の発生を補償すべく隣接するトランジス
タゲート間の分離距離を大きくしなければならないから
である。バーズビーク浸食は、酸化物が横方向に拡散
し、フィールド酸化物がＳｉxＮyの縁部の下で成長して
これを押し上げるときに発生する。窒化物の縁部におけ
るフィールド酸化物の形状は鳥のくちばしに似ている。
バーズビークは、フィールド酸化物がデバイスの活性領
域内まで伸長したものである。ＬＯＣＯＳ技術では、こ
のバーズビーク浸食のために、活性デバイス領域の浸食
を考慮した最小分離距離要件及び余裕が必要となる。こ
の問題により、ＬＯＣＯＳ技術において達成可能な最小
特徴サイズ（feature size）は、せいぜい約０．５ミク
ロンまでに制限される。従って、ＬＯＣＯＳ技術では、
将来の世代の高度集積回路においてやがて要求されるよ
うになるより微細なデバイス寸法ばかりか、現在要求さ
れている縮小デバイス寸法（reduced device geometrie
s）も達成することができない。
【０００５】従って、現在及び将来の世代の高度集積回
路のデバイスの形状寸法を達成するには、ＬＯＣＯＳ技
術に代わる別のデバイス分離技術が必要である。このよ
うな代替となる分離技術の１つが、トレンチエッチング
溝埋込みである。溝埋込み技術は、多くのＶＬＳＩ（超
大規模集積回路）及びＵＬＳＩ（超々大規模集積回路）
分野に使用されている。トレンチエッチング溝埋込み処
理は、トレンチ分離など３次元構造の概念を利用した電
子デバイスの製造に重要である。
【０００６】このようなトレンチエッチング溝埋込み技
術においては、溝を形成するための工程は、一般に深
溝、中溝、又は浅溝のトレンチエッチング工程のいずれ
かとして特徴づけられる。深溝は一般的に深さが約３ミ
クロンより大きく、幅が約２ミクロン未満である。中溝
の深さは一般的に約１ミクロンないし約３ミクロンであ
り、浅溝の深さは一般的に約１ミクロン未満である。
【０００７】高性能を与えるトレンチエッチング溝埋込
み分離技術は、浅溝及び埋込み分離技術（ＳＴＩ）とし
て知られている。このＳＴＩ技術は一般的に、（ｉ）上
を覆うマスク材を選択的にエッチングして、パターン化
されたマスク開口部を基板に形成するステップ、（ｉ
ｉ）シリコン基板上を覆う酸化物層を貫通するまでエッ
チングするステップ、（ｉｉｉ）基板を異方的にドライ
エッチングして浅い溝を形成するステップ、（ｉｖ）こ
の溝にｎ形又はｐ形ドーピングするステップ、（ｖ）基
板からマスク材を除去するステップ、（ｖｉ）溝に誘電
材料を埋め込むステップ、及び（ｖｉｉ）平坦化により
ウェハの幾何学的状態（topography）を改善するステッ
プを備える。
【０００８】平坦化は一般的に、もとの基板表面上のマ
スク及び誘電材料を除去するための化学機械研磨ステッ
プ及びエッチバックステップを含み、デバイスが製造さ
れるべき平坦な表面を生成する。
【０００９】活性デバイス領域は、溝の形成中、マスク
材によってエッチング液から保護される領域である。
【００１０】マスク材は一般的に、フォトレジスト又は
ハードマスク窒化物やハードマスク酸化物のようなハー
ドマスクである。フォトレジストマスク及びハードマス
クは酸剥離工程によって基板から除去されるのが一般的
である。ハードマスクは、化学機械研磨ステップの実施
中、終点マスクとして作用し、基板の望ましくない損傷
を防止する。
【００１１】ＳＴＩ技術では、溝の断面角（profile an
gle）、側壁の連続性及び滑らかさ、溝底の平坦度及び
底の隅部形状を制御すると共にエッチング速度及び断面
マイクロローディング効果を最小化することが重要であ
る。これらの要素は、シリコン基板に適用されるマスク
材及びその基板に浅溝を形成するのに用いる処理パラメ
ータを選択することによって制御される。
【００１２】ＳＴＩプロセスにおいては、溝断面角は一
般的に約７５°から約９０°まで様々である。一般に、
溝断面角が９０°に向けて増大するにつれて、ボイドを
発生せずに誘電材料を溝に埋め込むことが困難となる。
【００１３】溝底の隅部の形状に関しては、応力に係わ
る欠陥や電気的漏れを最小化するのに、丸みのある隅部
が極めて有利である。
【００１４】また、デバイス分野では、酸化物の一体性
（integrity）を維持しデバイスの分離性能を向上させ
るために、溝は、滑らかで連続した側壁及び平坦で清浄
な溝底面をもつことが有利である。
【００１５】特徴部（feature）の断面形状が基板上の
特徴部間の間隔の関数として変化する場合、断面マイク
ロローディング（profile microloading）が発生する。
特徴部間の間隔や特徴部の密度に関係なく、エッチング
処理により均一断面をもった特徴部が生成されることが
望ましい。
【００１６】また、トレンチエッチング処理では、ウェ
ハ全体にわたって溝深さ及び溝断面角の均一性が最大に
達することが極めて望ましい。特に、溝深さ及び溝断面
角が、ウェハの中心部と縁部との間で実質的に一定であ
ることが望ましい。溝深さが均一であると、ウェハ全体
にわたって均一なデバイス性能が可能となる。更に、溝
断面角が溝深さに実質的に依存しないことが極めて望ま
しく、その結果、トレンチエッチング処理で達成可能な
溝断面角が溝深さによって制限されないようになる。
【００１７】既知のトレンチエッチング方法では、単結
晶シリコンの浅溝エッチング処理において、溝断面角や
溝底の隅部の形状を厳密に制御し、滑らかで連続した溝
側壁及び平坦で清浄な溝底面を形成し、エッチング速度
及び断面マイクロローディング効果を最小化するという
要求を達成することができない。
【００１８】従って、（ｉ）溝底の隅部に丸みがあり、
（ｉｉ）溝深さがシリコン全体にわたって実質的に均一
であり、（ｉｉｉ）与えられた溝幅に対して溝断面角が
シリコン全体にわたって実質的に均一であり、（ｉｖ）
溝断面角が溝深さに実質的に依存せず、（ｖ）溝側壁が
滑らかで連続的であり、かつ（ｖｉ）溝底が平坦で清浄
である浅溝を単結晶シリコンにエッチングするための方
法が必要である。
【００１９】
【概要】本発明の目的は、上記の必要性を満足する浅溝
を単結晶シリコンにエッチングするための方法を提供す
ることである。特に、本発明の方法は、（ｉ）丸みのあ
る溝底の隅部、（ｉｉ）シリコン全体にわたって実質的
に均一な溝深さ、（ｉｉｉ）与えられた溝幅に対してシ
リコン全体にわたって実質的に均一な溝断面角、（ｉ
ｖ）溝深さに実質的に依存しない溝断面角、（ｖ）滑ら
かで連続した溝側壁、及び（ｖ）平坦で清浄な溝底を達
成する。
【００２０】更に、本発明の方法は、内曲断面形状（re
entrant profile）、アンダーカット、切欠き又はトレ
ンチング（trenching）を実質的に発生しない。
【００２１】本発明の方法は、単結晶シリコンに浅溝を
エッチングすることを含む。この方法は、（ａ）エッチ
ング領域に、塩素含有化合物、フッ素含有化合物及び臭
素含有化合物からなる群より選ばれた少なくとも１つの
化合物及び酸素を含む処理ガスを導入するステップと、
（ｂ）この処理ガスからプラズマを発生させるステップ
と、（ｃ）単結晶シリコンをそのプラズマと接触させて
浅溝を形成するステップと、を備える。
【００２２】この浅溝は通常、約０．３ミクロンないし
約１ミクロンの深さを有し、約０．２５ミクロンないし
０．３５ミクロンの溝幅は通常、約７５°ないし約９０
°の断面角を有する。浅溝は、実質的に滑らかで実質的
に連続した側壁、単結晶シリコン全体にわたって実質的
に一定の深さ、溝深さに実質的に依存しない断面角、及
び実質的に丸みのある底の隅部を有することを特徴とす
る。
【００２３】処理ガスにおいては、塩素含有化合物は通
常、Ｃｌ2である。この化合物は、シリコンをエッチン
グするための一次エッチング材である。臭素含有化合物
は通常ＨＢｒである。この化合物は、Ｃｌ2とともに添
加されると、主として断面角を制御するための溝側壁を
不活性化する二次ガスとなる。
【００２４】処理ガスはＯ2を含むことが好ましく、Ｏ2
によりパッシベーション効果や酸化の効果が与えられ、
浅溝において丸みのある底の隅部の形成が促進される。
酸素は通常、Ｈｅなどの不活性希釈ガスとともにエッチ
ング領域に導入される。
【００２５】浅溝を形成するために、単結晶シリコンは
その上にマスクを有する。このマスクはパターン化され
ていてもよく又は未開口状態であってもよい。本発明の
方法は、例えばフォトレジストマスク、酸化物ハードマ
スク及び窒化物ハードマスクを含む様々なマスク構成を
上に有する単結晶シリコンのエッチングに使用されても
よい。このマスクには反射防止膜が設けられてもよい。
【００２６】エッチングチャンバにおける陰極温度は通
常約１０℃ないし約８５℃に維持され、好ましくは約６
０℃に維持される。陰極温度が高くなると、形成される
浅溝の断面形状の垂直度が高くなり、断面マイクロロー
ディングが低下し、単結晶シリコンのエッチングが強め
られ、底の隅部の丸みが増す。
【００２７】この方法で使用される圧力は通常約２０ｍ
Ｔｏｒｒないし約１５０ｍＴｏｒｒであり、好ましくは
６０ｍＴｏｒｒないし約９０ｍＴｏｒｒである。
【００２８】不活性ガス及びＯ2は通常、全処理ガス流
量の約５％ないし約３０％の全流量でチャンバ内に導入
される。流量が大きいと、通常、底の丸い隅部の形成が
促進される。Ｏ2の希釈ガスとして、通常、約７：３の
Ｈｅ：Ｏ2比率でヘリウムが添加される。
【００２９】使用される高周波電力レベルは、６インチ
ないし８インチウェハを処理する場合、通常約２００Ｗ
ないし約７５０Ｗであり、好ましくは約３００Ｗないし
約４００Ｗである。電力レベルが低いと、断面マイクロ
ローディングが低下し、幅の広い溝の断面のテーパ角が
減少し、底の隅部の丸みが増す。
【００３０】本発明の方法は、単結晶シリコンをエッチ
ングするための２つの主要なエッチングステップを備え
てもよい。第１のステップは、実質的に垂直なテーパ角
をもつ側壁上部を形成するものである。第２のステップ
は、側壁上部より大きいテーパ角をもつ側壁下部を形成
するものである。この第２のステップでは、浅溝の底の
隅部に丸みを付けるために酸素を含む処理ガスを使用す
る。
【００３１】
【説明】図１（ａ）〜図１（ｄ）を参照すると、典型的
な浅溝分離（ＳＴＩ）方法における手順の流れ図が示さ
れている。
【００３２】この方法は通常、基板２２及びその上を覆
うマスク２４を備えるパターン化されたウェハ２０に対
して行われる。図示されるマスク２４には、基板２２上
に開口３１のパターンが形成されている。
【００３３】この基板２２は、単結晶シリコンで構成さ
れている。この単結晶シリコンは通常、高度集積回路デ
バイス用のウェハである。基板２２は上部表面３０を有
している。
【００３４】図示されるマスク２４は２層構造を有して
いる。基板２２の上部表面３０上の層２６は例えば、基
板２２の上部表面３０上に直接配置されるＳｉＯ2パッ
ド酸化物層（図示せず）を下側にもったＳｉ3Ｎ4などの
窒化物材料からなる層で構成されてもよい。この層２６
の上に配置された層２８は、例えばフォトレジスト材で
構成されてもよい。
【００３５】単結晶シリコン基板２２上に設けられるマ
スク２４は、様々に変えられてもよい。この単結晶シリ
コン基板２２上には、マスク２４の第１層（通常はパッ
ド酸化物）が基板２２の上部表面３０上に直接形成さ
れ、この第１層上に残りの層が順次形成された状態の次
のようなマスク２４の構成例が形成されてもよい。すな
わち、パッド酸化物／窒化物／酸化物、パッド酸化物／
窒化物／フォトレジスト及びパッド酸化物／窒化物であ
る。
【００３６】窒化物層は通常、約１０００Åないし約３
０００Åの厚さを有し、好ましくは約１５００Åの厚さ
を有する。この窒化物層は、高い剛性を有することを特
徴とする。この層は通常、化学蒸着（ＣＶＤ）技術を用
いて堆積される。
【００３７】基板２２と窒化物層との間には窒化物層の
高い剛性を補償するためにパッド酸化物層が形成される
のが通常である。このパッド酸化物層は通常、約１５０
Åないし約２５０Åの厚さを有している。
【００３８】マスク２４は更に、有機反射防止膜を備
え、フォトリソグラフィ工程中の反射切欠き定在波（re
flecting notching standing wave）及び後方散乱光を
減少させ、フォトレジストの露光寛容度を最大とし、か
つフォトレジスト側壁断面を最適化するようにしてもよ
い。このような反射防止膜を備える典型的なマスク２４
は以下の諸層を含む。すなわち、パッド酸化物／窒化物
／反射防止膜／フォトレジストを含む。
【００３９】典型的な有機反射防止膜は、米国ミズーリ
州ローラのブルーワ・サイエンス社から商標名「ＡＲ
Ｃ」で市販されている。この有機膜は通常は約５００Å
ないし約２５００Å、典型的には約５００Åないし約８
００Åの厚さを有している。
【００４０】フォトレジスト層２８は、フォトリソグラ
フィ工程中にパターン化される。フォトレジストは、そ
のフォトレジストパターンで覆われた基板２２の部分が
基板２２のエッチング中に実質的にエッチングされない
程度に実質的に耐食性を有している。
【００４１】図１（ｂ）を参照すると、本発明による方
法は、図示される浅溝３２のような浅溝を基板２２にエ
ッチングすることを含む。この浅溝３２は、対向する側
壁３４、溝底３６及び溝底の隅部３８を含む。浅溝は通
常、最小約０．２５ミクロンの幅を有し約１ミクロンま
での範囲をとることができ、深さは約０．３ミクロンな
いし約１ミクロンである。幅が約０．２５ミクロンない
し約０．３５ミクロンの浅溝の場合、浅溝の側壁は通
常、もとの単結晶シリコンの表面３０に対し約７５°な
いし９０°の断面角αを有している。
【００４２】本発明によれば、浅溝エッチング処理は通
常、最初の貫通エッチングステップと、１ステップの単
結晶シリコンエッチング又は２ステップの単結晶シリコ
ンエッチングのいずれか（本明細書において「主エッチ
ング」という）を含む。
【００４３】貫通エッチングステップは、単結晶シリコ
ン基板２２の表面３０から自然酸化膜を除去するために
行われるものである。貫通エッチングステップのための
典型的なドライエッチング材はＣＦ4である。他の適切
なエッチング材が任意選択的に使用されてもよい。
【００４４】単結晶シリコン基板２２の単ステップ主エ
ッチング処理においては、選択される処理ガス組成及び
処理パラメータを用いて、図１（ｂ）に示されるような
溝３２がエッチングされる。
【００４５】単結晶シリコン基板２２の２ステップの主
エッチング処理においては、浅溝３２は、２つの別個の
エッチングステップによって形成される。図２を参照す
ると、第１のエッチングステップでは、シリコン基板２
２にほぼ垂直な側壁上部３４ａが形成される。次いで第
２のエッチングステップでは、傾斜された側壁下部３４
ｂ及び丸みのある溝底の隅部３８が形成される。側壁上
部３４ａと側壁下部３４ｂとの間の遷移部には界面３４
ｃが形成されることがある。この界面は、例えば処理圧
を高めることで滑らかにすることができる。
【００４６】本発明によれば、幾つかの理由から２ステ
ップ主エッチングより１ステップ主エッチングの方が好
ましい。第１に、１ステップエッチングは、１つのエッ
チングステップを省くことによって主エッチング処理を
簡素化する。その結果、処理時間が短縮されうる。第２
に、１ステップ処理は、上部側壁部と下部側壁部との間
の界面の形成を除去する。
【００４７】１ステップの浅溝エッチング処理及び２ス
テップの浅溝エッチング処理においては、形成される浅
溝は、図１（ｂ）及び図３に示されように底の隅部に丸
みがあることが好ましい。丸みのある底の隅部には、応
力に係わる欠陥や電気的漏れを最小化するという利点が
ある。また、図１（ｂ）にも示されるように、浅溝エッ
チング処理は、誘電材料４０の一体性を維持しかつデバ
イスの分離性能を向上させるために、滑らかで連続した
側壁３４、３４ａ、３４ｂ及び平坦で清浄な溝底面３６
を形成することが好ましい。
【００４８】図１（ｃ）を参照すると、浅溝に誘電材料
４０を埋め込む前に、フォトレジスト層２８は、Ｈ2Ｓ
Ｏ4／Ｈ2Ｏ2のような従来からある剥離液を用いて層２
６から除去することができる。このフォトレジストが除
去された後、ウェハ２０は通常、側壁３４上に存在する
パッシベーションを除去するためにＨＦ希釈液に浸漬さ
れる。
【００４９】誘電材料は通常、ＳｉＯ2である。浅溝を
埋め込むのに他の誘電体材料が任意選択的に用いられて
もよい。誘電材料４０は通常、ＣＶＤ技術を用いて浅溝
３２内に堆積される。図示されるように、堆積した誘電
材料４０は、溝３２を埋めて層２６の上まで伸長する。
【００５０】図１（ｄ）を参照すると、層２６より上の
誘電材料４０を除去して誘電材料４０の最上面４２を層
２６の最上面２７と同じ高さにするために、平坦化が行
われるのが通常である。この平坦化は、従来からある化
学機械研磨ステップによって達成することができる。こ
のステップ中、層２６は終点マスク（endpoint mask）
として作用しうる。
【００５１】平坦化の後、次のデバイス処理に備えて、
窒化物及びパッド酸化物が除去される。
【００５２】図４を参照すると、本発明を実施するのに
適した反応装置５０は、エッチング領域５４を有するエ
ッチングチャンバ５２を備える。このエッチングチャン
バ５２内には、ガス導入口５８を通して処理ガスが導入
される。次いでこの処理ガスは、当該処理ガスをエッチ
ング領域５４に分配する「シャワーヘッド」拡散板６０
を通過する。このエッチング領域５４において発生した
プラズマは包囲フォーカスリング６２によって実質的に
保持される。
【００５３】障壁プレートないしはポンピングプレート
４８は、それを貫通する複数の排気穴７２ａ、７２ｂを
画成すると共にエッチングチャンバ５２を２つの領域
（すなわち、エッチング領域５４及び非エッチング領域
７４）に分離する。排気穴７２ａ、７２ｂは、使用済み
処理ガス及び揮発性エッチング副生成物をエッチングチ
ャンバから排出するための排気口７６を通して真空ポン
プ（図示せず）と連通している。
【００５４】反応チャンバ５０は磁気的に強化されても
よい。チャンバ５２の周囲には、エッチング領域５４で
処理ガスから発生するプラズマを磁気的に増強するため
に磁気コイル８０が設けられてもよい。
【００５５】作動時には、図１（ａ）に示すようなパタ
ーン化されたウェハ２０を陰極５６上に配置し、ガス導
入口５８を通してエッチングチャンバ５２に処理ガスを
導入する。エッチング領域５４で処理ガスからプラズマ
を発生させ、基板２２をエッチングする。プラズマの流
れは矢印８２ａ、８２ｂで表される。
【００５６】本発明によれば、単結晶シリコンをエッチ
ングするために主エッチング処理で用いられる処理ガス
は、臭素含有ガス、塩素含有ガス及びフッ素含有ガスの
うち少なくとも１つのガスを含む。
【００５７】塩素含有ガスは通常、Ｃｌ2である。この
ガスは、単結晶シリコンをエッチングするための一次エ
ッチング材である。
【００５８】臭素含有ガスは通常ＨＢｒである。このガ
スは、Ｃｌ2とともに添加されると、主として断面角制
御のために溝側壁を不活性化するための２次ガスとな
る。
【００５９】フッ素含有ガスは例えばＳＦ6、ＣＦ4又は
ＮＦ3でよい。
【００６０】酸素はＯ2の形態であることが望ましい。
酸素は、浅溝の側壁３４の不活性化を向上させると共に
単結晶シリコン基板２２を酸化するものである。この不
活性化及び酸化により溝底の隅部３８の丸みが増すこと
となる。
【００６１】処理ガスは更に、不活性希釈ガス、通常は
ヘリウム、を含むことが好ましい。ヘリウム及び酸素の
混合ガス（本明細書では「Ｈｅ−Ｏ2」という）は市販
のものである。
【００６２】処理ガスは、マイクロマスキングの発生を
防止するのに有効な量のフッ素含有ガス、例えばＣ
Ｆ4、ＳＦ6、ＮＦ3又はその他同様なガスのうちの１つ
又はそれ以上のものを含んでもよい。マイクロマスキン
グは、ＨＢｒ／Ｃｌ2／Ｈｅ−Ｏ2を含む処理ガスによる
浅溝エッチング処理において達成されうる浅溝のテーパ
角を、与えられた特徴サイズに対して制限することがあ
る。この処理ガス組成に例えばＣＦ4を添加すると、マ
イクロマスキングがなくなり、浅溝側壁に対してより大
きなテーパ角を達成することが可能となる。この添加に
よって例えば約０．３ミクロンの特徴部については、約
７５°未満のテーパ角が達成できる。通常の処理ガスの
流量は、ＨＢｒが９０ｓｃｃｍ、Ｃｌ2が３０ｓｃｃ
ｍ、Ｈｅ−Ｏ2が２０ｓｃｃｍ、フッ素含有ガスが１０
ｓｃｃｍである。
【００６３】フッ素含有ガスの添加量は、当該ガスが過
剰に添加されると浅溝に実質的に垂直な側壁が形成され
ることがあるので、厳密に制御される。従って、マイク
ロマスキングが発生するときにのみ、フッ素含有ガスが
処理ガスに添加されるのが望ましい。
【００６４】８インチのウェハについては、処理ガスの
全流量は通常、約８０ｓｃｃｍないし約２００ｓｃｃｍ
である。
【００６５】ＨＢｒ／Ｃｌ2の流量比率は通常、約１：
１ないし約１０：１であり、約３：１が典型的である。
この比率は、浅溝の断面形状を変化させるために変える
ことができる。非常にテーパ角の大きい浅溝の場合、Ｈ
Ｂｒ／Ｃｌ2比は、溝断面形状に対し、最小限の影響を
与えるにすぎない。
【００６６】Ｈｅ／Ｏ2の体積比率は通常、約７：３で
ある。この混合ガスは市販のものである。
【００６７】Ｈｅ−Ｏ2の全流量は通常、約１０ｓｃｃ
ｍないし約４０ｓｃｃｍであり、好ましくは約１５ｓｃ
ｃｍないし約３０ｓｃｃｍである。Ｈｅ−Ｏ2の流量が
高いと、丸みのある溝底の隅部の形成が促進される。ま
た、Ｈｅ−Ｏ2の流量が高いと、単結晶シリコンのエッ
チング速度を向上させることによって歩留まりが向上す
る。Ｈｅ−Ｏ2の全流量を約１５ｓｃｃｍ以上に増大さ
せると、浅溝の断面形状はほとんど変化しなくなる。
【００６８】フォトレジストマスクに対しては、単結晶
シリコンの公称エッチング速度は通常、約２５００Å／
分ないし約４０００Å／分である。
【００６９】Ｈｅ−Ｏ2の全流量は、隅部に充分な丸み
を形成するために、処理ガスの全流量の約１０％ないし
約２０％であることが望ましい。Ｈｅ−Ｏ2の全流量が
約２０ｓｃｃｍを超える程度にまで増加すると、単結晶
シリコンの表面上のエッチング副生成物及び重合体のマ
イクロマスキングが発生することがある。
【００７０】２ステップの主エッチング処理において
は、Ｈｅ−Ｏ2は通常、第２の主エッチングステップに
おいて処理ガスに添加されるだけであり、第１ステップ
中には添加されない。第２エッチングステップでは、溝
底の隅部を含む浅溝底部が形成され、従って、この溝底
の隅部の丸みを増すために、このステップ中にＨｅ−Ｏ
2が添加されるのである。
【００７１】このエッチングステップにおいて単結晶シ
リコン基板２２をエッチングするために処理ガスからプ
ラズマが生成される。このプラズマを発生させるのに使
用される高周波電力は通常、約２００Ｗないし約７５０
Ｗであり、約４００Ｗが典型的である。電力レベルが低
いと、通常は、幅の広い溝の断面テーパ角が減少し、断
面マイクロローディングが減少し、特に、通常は幅のよ
り広い溝で溝底の隅部の丸みが増すという利点が得られ
る。また、電力を低下させると、単結晶シリコン基板の
エッチング速度が低下する。
【００７２】プラズマは、例えば電子サイクロトロン共
鳴、磁気的に強化した反応装置、及び誘導結合プラズマ
などを用いて増強することができる。好ましくは、磁気
的に強化したイオン反応装置が使用される。磁気コイル
８０によって誘導される反応装置５０内の磁界は、プラ
ズマ中に形成されるイオン濃度を高めるのに充分な強さ
でなければならない。単結晶シリコン基板２２の表面上
の磁界は通常、約１０ガウスないし約８０ガウスであ
り、約３０ガウスが典型的である。
【００７３】エッチングチャンバ５２内の圧力は通常、
約２０ｍＴｏｒｒないし約１５０ｍＴｏｒｒに維持さ
れ、好ましくは約６０ｍＴｏｒｒないし約９０ｍＴｏｒ
ｒに維持される。圧力は、局所的なトレンチングや凸形
の溝底面の形成に著しく影響を与える。これらの望まし
くない影響は、圧力が低いときに溝底の隅部付近でのイ
オン衝突が増強されるために発生する。圧力が高すぎる
と、断面形状のテーパ角が大きくなるのが阻害される。
約６０ｍＴｏｒｒの圧力により、平坦な溝底面及びテー
パ状の側壁が達成される。また、使用される圧力は、マ
スク構造によって異なる。
【００７４】陰極５６の温度は、浅溝の断面形状及びマ
イクロローディングの発生に影響を及ぼす。陰極の温度
は通常、約１０℃ないし約８５℃に維持され、好ましく
は約６０℃に維持される。陰極の温度を高くすると、よ
り垂直に近い溝断面角を有する浅溝が形成され、断面マ
イクロローディングが減少し、単結晶シリコンのエッチ
ング速度が向上し、溝底の隅部の丸みが増すこととな
る。
【００７５】本発明による方法は、様々なマスク構造に
対し、単結晶シリコン基板の高度なエッチング速度均一
性を達成する。特に、この方法は、フォトレジストマス
ク、窒化物ハードマスク及び酸化物ハードマスクについ
ては、単結晶シリコン基板の約３％未満のエッチング速
度不均一性を達成する。
【００７６】また、本発明による方法は、単結晶シリコ
ンにおいて高度なエッチング深さ均一性を達成する。特
に、本発明は、０．２５ミクロンないし１ミクロン以上
の範囲の公称溝幅の場合、単結晶シリコン基板全体にわ
たって約３％未満のエッチング深さ不均一性を達成す
る。
【００７７】更に、本発明による方法は、単結晶シリコ
ンにおいて高度な浅溝断面角均一性を達成する。本発明
方法は、与えられる溝幅に対して、特に０．２５ミクロ
ンないし１ミクロンの範囲の公称溝幅に対して単結晶シ
リコン基板全体にわたって実質的に均一な溝断面角を達
成する。
【００７８】
【例】以下の諸例により、単結晶シリコンに浅溝を形成
するための本発明の効果を実証する。
【００７９】これらの諸例は、磁気的に増強した反応性
イオン反応装置及び、特に米国カリフォルニア州サンタ
クララのアプライド・マテリアルズ社（Applied Materi
als,Inc.）製「プリシジョン５０００（Precision 500
0）」プラットフォームの６インチ又は８インチのエム
エックスピー（MxP）ポリシリコンエッチングチャンバ
を用いて行った。
【００８０】被試験ウェハは、（１００）配向を有する
６インチ（１５０ｍｍ）（例１〜２２）及び８インチ
（２００ｍｍ）（例２３〜３７）の単結晶シリコンウェ
ハであった。処理結果に対するその影響を調べるため
に、幾つかのウェハマスク構造を評価した。
【００８１】ウェハは、エッチング処理を行った後に評
価した。特に、溝深さ、溝幅並びに側壁断面角、底部の
平坦度及び底の隅部の丸みを含む溝断面形状は、日立モ
デルＳ−４５００走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて
決定した。更に、エッチング材の選択比（Ｓｉ：マス
ク）は、ＳＥＭの顕微鏡写真及びプロメトリックスモデ
ルＵＶ−１０５０型薄膜厚さ測定システムを用いて評価
した。
【００８２】例１〜１２ 例１〜１２では、単結晶シリコンウェハ上に酸化物ハー
ドマスクを形成した。これらの諸例で使用したマスク
は、単結晶シリコン基板上に以下の連続した諸層で構成
した。すなわち、１１０Åのパッド酸化物／２０００Å
のＳｉＮ／１５００Åの酸化物で構成した。このマスク
はパターン化された。使用した処理条件を、以下の表１
に示す。
【００８３】
【表１】 例１〜３では、マスクしたウェハに１ステップの主エッ
チング処理（「Ｍ．Ｅ．」）を行った。処理ガスはＨＢ
ｒ／Ｃｌ2で構成し、Ｈｅ−Ｏ2は含めなかった。例１で
は初期の処理設定（initial process setup）を実施し
た。トレンチング及び湾曲が発生した。
【００８４】例２では、圧力を２０ｍＴｏｒｒに低下さ
せ、エッチング時間を７０秒に短縮させた。溝は垂直断
面を示し、浅溝深さはわずか約３７００Åであった。
【００８５】例３では、この浅溝深さを是正するため
に、エッチング時間を増加させた。溝は垂直断面を示
し、底の隅部は尖鋭で丸みがなく、深さは約４０００Å
に増加した。
【００８６】例４及び例５では、ＨＢｒ／Ｃｌ2処理ガ
スを使用して、ウェハに２ステップの主エッチング処理
を行った。「Ｍ．Ｅ．１」 は第１の主エッチングステ
ップを表し、「Ｍ．Ｅ．２」は第２の主エッチングステ
ップを表す。
【００８７】例４は、溝底の隅部の丸みを向上させるこ
とを意図して行われたものである。第２の主エッチング
ステップでＨＢｒ／Ｃｌ2の比率を増加しても、底の隅
部の丸みに著しい改善は見られなかった。約８９．５゜
の断面角及び約４０００Åの溝深さが得られた。
【００８８】また、例５では、第２の主エッチングステ
ップにおけるＨＢｒ／Ｃｌ2の比率を低下させても、底
の隅部の丸みに測定可能な効果は現われなかった。ま
た、わずかに湾曲した断面形状が得られた。
【００８９】例６では、第２の主エッチングステップで
のみ、処理ガスにＨｅ−Ｏ2を添加した。Ｈｅ−Ｏ2を添
加すると、Ｈｅ−Ｏ2を処理ガスに添加しなかった例１
〜例５に比べて、溝底の隅部の丸みが改善された。約８
８°〜８９°の溝断面角及び約４３５０Åの溝深さが測
定された。
【００９０】例７では、ＨＢｒ／Ｃｌ2／Ｈｅ−Ｏ2処理
ガスを用いて、単一の主エッチングステップのみを実施
した。その結果形成された溝には、垂直な側壁上部が見
られなかった。マイクロマスキングも発生した。
【００９１】例８では、第２の主エッチングステップの
時間を増加させ、第２ステップの時間に対する第１ステ
ップの時間の比率を低下させた。その結果形成された浅
溝は、側壁上部の角度が８７°を超え、底の隅部の丸み
が例６に比べて改善された。
【００９２】例９は、第２の主エッチングステップにお
けるＨＢｒ／Ｃｌ2の流量比を３：１から１：１に低下
させたものである。その結果、溝底の隅部の丸みに、測
定可能な影響は見られなかった。更に、わずかに湾曲し
た断面形状が発生した。
【００９３】例１０は、第２の主エッチングステップに
おけるＨｅ−Ｏ2の全流量を１０ｓｃｃｍから２０ｓｃ
ｃｍに増加させたものである。Ｈｅ−Ｏ2の流量を増加
させることにより、溝底の隅部の丸みが改善された。
【００９４】例１１は、第２の主エッチングステップに
おける電力を４００Ｗから２００Ｗに低下させたときの
影響を決定するために行ったものである。浅溝の断面形
状に測定可能な改善は見られなかった。
【００９５】例１２は、第２の主エッチングステップに
おける印加磁界を３０ガウスから１００ガウスに増加し
たときの影響を調べたものである。側壁下部のテーパに
改善が見られた。
【００９６】例１３〜１７ 例１３〜１７は、エッチング処理で形成される浅溝に対
するフォトレジストマスクの効果を評価するために行っ
たものである。これらの諸例で使用したマスクは、単結
晶シリコン基板上に次の連続した諸層で構成した。すな
わち、１１０Åのパッド酸化物／２０００ÅのＳｉxＮy
／３１００Åのフォトレジストで構成した。これらの諸
例で使用した処理条件を、以下の表２に示す。
【００９７】
【表２】 例１３〜１６においては、エッチング処理は単一の主エ
ッチングステップからなり、処理ガスはＨＢｒ／Ｃｌ2
からなり、Ｈｅ−Ｏ2は含めなかった。例１３は、初期
の処理設定であった。８０°未満の角度をもつ非常にテ
ーパの大きい溝側壁が観察された。
【００９８】例１４では、圧力を２０ｍＴｏｒｒから８
０ｍＴｏｒｒに増加させた。約８７°のわずかに傾斜し
た断面形状及び約４１５０Åの溝深さが形成された。
【００９９】例１５では、圧力を更に９０ｍＴｏｒｒま
で増加させた。８７°を超える垂直度の高い断面形状が
得られた。
【０１００】例１６では、圧力を更に１００ｍＴｏｒｒ
まで増加させた。深さが約２６５０Åのわずかに内曲し
た非常に浅い溝が形成された。
【０１０１】例１７は、２ステップ主エッチングで構成
した。第２エッチングステップでは処理ガスにＨｅ−Ｏ
2を添加した。その結果形成された溝は、深さが４６０
０Åであり、約８７°を超える角度を有する垂直な側壁
上部をもった断面形状は改善され、側壁下部は約７７°
に傾斜し、底の隅部には丸みがあった。
【０１０２】例１８〜２２ 例１８〜２２は、エッチング処理で形成される浅溝に対
するハードマスク窒化物の効果を評価したものである。
これらの諸例で使用したマスクは、単結晶シリコン基板
上に次の連続した諸層で構成した。すなわち、１１０Å
のパッド酸化物／２０００Åのハード窒化物で構成し
た。このマスクはパターン化された。これらの諸例で使
用した処理条件を、以下の表３に示す。
【０１０３】
【表３】 例１８〜２０では、エッチング処理は単一主エッチング
ステップからなり、処理ガスはＨＢｒ／Ｃｌ2からな
り、Ｈｅ−Ｏ2は含めなかった。例１８は、初期の処理
設定であった。非常にテーパの大きい溝側壁が形成され
た。
【０１０４】例１９では、エッチング時間を減少させ、
圧力を１００ｍＴｏｒｒまで増加させた。その結果得ら
れた溝は浅く、深さは約３８００Åであり、断面形状は
わずかに「Ｓ」字形であった。
【０１０５】例２０では、エッチング時間を例１８と同
じ時間まで増加させ、圧力を５０ｍＴｏｒｒに低下させ
た。溝は８６°の断面角を有し、わずかに切欠きを含
み、深さは約５８５０Åであった。
【０１０６】例２１及び２２では、２ステップ主エッチ
ングを使用して、溝底の隅部の丸みを増すようにした。
例２１で形成された浅溝は、垂直な側壁上部及び丸みの
ある底の隅部をもった改善された断面形状を示した。例
２２では、第２エッチングステップで圧力を２０ｍＴｏ
ｒｒまで減少させることにより、約８７°を超える断面
角を有する側壁上部が形成され、底の隅部の滑らかさも
改善された。
【０１０７】例１〜２２は、本発明によるエッチング処
理の結果に対するマスク構造の影響を実証している。Ｈ
Ｂｒ／Ｃｌ2／Ｈｅ−Ｏ2処理条件を同一にした場合、溝
側壁断面角及び溝底の隅部の丸みは次の順序で増加した
（すなわち、テーパが減少する）。すなわち、フォトレ
ジスト／ハードマスク窒化物／ハードマスク酸化物の順
に増加した。また、フォトレジストに対するエッチング
速度は、ハードマスク窒化物やハードマスク酸化物のエ
ッチング速度より低い。
【０１０８】例２３〜３３ 例２３〜３３では、開口マスクを上に有する単結晶シリ
コンウェハを評価した。マスクは、単結晶シリコン基板
上に次の連続した諸層で構成した。すなわち、１５０Å
のパッド酸化物／２０００Åのハードマスク窒化物／８
００Åの反射防止膜／５０００Åのフォトレジストで構
成した。使用した処理条件を、以下の表４に示す。
【０１０９】
【表４】 これらの諸例は、形成される浅溝の断面形状及びマイク
ロローディング効果に対するＨｅ−Ｏ2流量、圧力、高
周波電力及び陰極温度の影響を調べるために行ったもの
である。
【０１１０】例２３〜２８及び例３０〜３３では貫通エ
ッチングステップを使用して、予備マスク開口処理の結
果残ったパッド酸化物及び単結晶シリコン表面上の自然
酸化膜を除去した。このステップで使用したエッチング
材はＣＦ4であった。
【０１１１】例２３は、２ステップの６インチ処理条件
に基いた８インチウェハサイズ処理に拡張するために行
ったものである。主エッチングステップでは処理ガスは
ＨＢｒ／Ｃｌ2／Ｈｅ−Ｏ2／ＮＦ3で構成した。
【０１１２】例２４は、垂直な側壁上部及び丸みのある
溝底の隅部を形成しようとするために２ステップの主エ
ッチングで構成したものである。例２６及び２７では、
１ステップの主エッチング処理を行い、処理ガスにＨｅ
−Ｏ2を添加せず、例２５〜２８及び例３０〜３３で
は、処理ガスにＨｅ−Ｏ2を添加した。
【０１１３】例２３〜３３の結果は、Ｈｅ−Ｏ2流量、
圧力、高周波電力及び陰極温度が、形成される浅溝の断
面形状及びエッチング速度のマイクロローディングに様
々な影響を及ぼすことを実証した。
【０１１４】例３３の結果を以下の表５及び表６に示
す。
【０１１５】
【表５】
【表６】 表５に示すように、例３３の１ステップの主エッチング
処理により、与えられた溝幅、特に０．２５ミクロンな
いし約０．３０ミクロンの範囲の公称溝幅に対し、単結
晶シリコン基板全体にわたって非常に均一な断面角が達
成される。
【０１１６】また、表６に示すように、例３３の処理パ
ラメータであっても、約０．２５ミクロンないし約１．
０ミクロンの範囲の公称溝幅及び開口溝において、非常
に高度な溝深さ均一性が達成された。溝深さの不均一性
は、この範囲の溝幅に対しては、約３．１％以下であっ
た。更に、浅溝は、滑らかで連続した側壁、丸みのある
底の隅部、及び平坦な底部を示し、湾曲していなかっ
た。
【０１１７】例３３では、単結晶シリコン基板で約２６
７０Å／分のエッチング速度が測定された。
【０１１８】Ｈｅ−Ｏ2流量に関しては、例２３〜３３
の結果は、Ｈｅ−Ｏ2の流量が高くなると、丸みのある
溝底の隅部が形成されることを実証した。例３３では、
１５ｓｃｃｍのＨｅ−Ｏ2流量の場合、約２６７０Å／
分のエッチング速度が達成された。
【０１１９】圧力には、幅の広い溝において凸形の溝底
面及び尖鋭な底の隅部を除去する効果があることが実証
された。圧力が高くなると、凸形の底面の形成が阻止さ
れた。しかし、圧力が過剰になると、溝側壁のテーパに
悪影響を及ぼすことがある。例２８では、主エッチング
ステップにおいて６０ｍＴｏｒｒの圧力を使用すること
により、全ての溝サイズで平坦な溝底面が達成され、ま
た公称０．２５ミクロンの溝で約８０°、１ミクロンの
溝で約６５°の角度をもつ非常にテーパの大きい側壁が
達成された。
【０１２０】これらの諸例は更に、陰極温度が高くなる
と、側壁のテーパが改善され、断面マイクロローディン
グが減少することを実証した。例３１〜３３では、例２
８の公称０．２５ミクロン及び公称１ミクロンの特徴部
間の断面マイクロローディングを最小にするために、陰
極温度を６０℃まで増加させた。その結果、溝の断面角
は公称０．２５ミクロンの溝では約８５°に、公称１ミ
クロンの溝では約７３°に改善された。更に、溝底の隅
部の丸みは増した。
【０１２１】エッチング処理で使用する高周波電力に関
しては、断面マイクロローディングを最小化するように
低い電力に決められた。例３２及び３３では、高周波電
力を、例３１で使用した６００Ｗから４００Ｗに低下さ
せた。高周波電力を低下させると、断面形状のテーパ
は、幅の狭い溝の場合より幅の広い溝の場合に、より効
果的に低下した。また、例３３では低電力により溝底隅
部の丸みが増した。また、単結晶シリコンのエッチング
速度も約２６７０Å／分に低下した。表５に示すよう
に、公称０．２５ミクロンの溝では８６°の断面角が達
成され、公称１ミクロンの溝では約７７°の断面角が達
成された。
【０１２２】例２３〜３３では、溝断面形状の頂部に多
少の切欠きが観察された。これは、主トレンチエッチン
グの前に行われるマスク上の重合体の大量堆積及び主ト
レンチエッチング中のマスクの浸食によって生じたもの
である。
【０１２３】側壁の大量堆積は、マスク開口処理によっ
て形成された。側壁の堆積量は、開口部の広い方が多い
と考えられる。従って、堆積した重合体は、主トレンチ
エッチング中に浸食され、幅の広い溝では、より大きい
切欠きが隅部に観察された。
【０１２４】更に、マイクロマスキングによって生じる
多少の残留物も観察された。この残留物は、不完全な窒
化物マスク開口処理によって生じたものと考えられる。
【０１２５】例３４〜３５ ２つのウェハについて、現場でのマスク開口（in-situ
mask open）処理及び浅溝トレンチエッチング処理の結
合処理を評価した。図３に示すように、例３４及び３５
では、単結晶シリコン基板２２上に形成されたマスク
は、次の連続層で構成した。すなわち、パッド酸化物９
０／窒化物ハードマスク９２／反射防止膜９４／フォト
レジスト９６で構成した。これらの諸層は次のような厚
さであった。すなわち、パッド酸化物が１５０Å、窒化
物ハードマスクが２０００Å、反射防止膜が８００Å、
フォトレジストが７５００Åであった。パターン化され
たフォトレジスト層は、約０．２５ミクロンないし約１
ミクロンの大きさの開口部ｘを画成した。使用した処理
条件を表４に示す。
【０１２６】反射防止膜（「ＢＡＲＣ」）は、ＣＦ4／
Ｈｅ−Ｏ2エッチング材を用いてエッチングした。窒化
物層は、主エッチングステップ及びオーバエッチング
（「Ｏ．Ｅ．」）ステップで、ＳＦ6エッチング材を用
いてエッチングした。浅溝を形成すべき単結晶シリコン
基板についての主エッチングステップでは、エッチング
材をＨＢｒ／Ｃｌ2／Ｈｅ−Ｏ2で構成した。
【０１２７】例３４及び３５の反射防止膜及び窒化物の
エッチングステップのエッチング速度及び選択比の結果
を以下の表７に示す。
【０１２８】
【表７】 例３５では、滑らかな溝側壁、平坦な溝底面及び丸みの
ある溝底の隅部が形成された。更に、残留物や頂部の隅
部の切欠きは観察されなかった。浅溝の頂部の隅部に多
少の丸みが形成された。
【０１２９】例３５に基づくと、本発明による方法は、
単結晶シリコンウェハの現場でのマスク開口処理及び浅
溝トレンチエッチング処理として有効である。
【０１３０】このように、単結晶シリコンに浅溝をエッ
チングする本発明の方法は、（ｉ）丸みをもつ溝底の隅
部、（ｉｉ）シリコン全体にわたって実質的に均一な溝
深さ、（ｉｉｉ）与えられた溝幅に対し、単結晶シリコ
ン全体にわたって実質的に均一な溝深さ及び溝断面角、
（ｉｖ）溝深さに実質的に依存しない溝の断面角、
（ｖ）滑らかで連続した溝側壁、及び（ｖｉ）平坦で清
浄な溝底面を達成する。
【０１３１】更に、本発明の方法は、内曲断面（reentr
ant profile）、アンダーカット、切欠き又はトレンチ
ングを実質的に発生しない。
【０１３２】更に、本発明の方法は、異なるマスク構造
を有する単結晶シリコンをエッチングするのに使用する
ことができる。
【０１３３】本発明の方法は、所望の浅溝断面形状によ
って、１つ又は２つの主エッチングステップで構成する
ことができる。
【０１３４】また、本発明は、単結晶シリコンウェハの
ための効果的な現場マスク開口処理及び浅溝トレンチエ
ッチング処理を提供する。
【０１３５】特定の好適な実施態様を参照しながら本発
明をかなり詳細に説明したが、他の諸実施態様も可能で
ある。従って、本発明の精神及び範囲は、本明細書に示
した好適な実施態様の記述に限定されるべきものではな
い。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ典型的な浅溝分離法
における一連のステップを示す。
【図２】本発明による２ステップの主エッチング処理に
よって形成された浅溝の断面形状を示す。
【図３】未開口のマスクを上に有するエッチング前の単
結晶シリコン基板を示す。
【図４】本発明の方法を実施するのに適した装置の垂直
断面概略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 テリー ケー． コ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サウス サン フランシスコ， エイプリ ル アヴェニュー 120 (72)発明者 ジェフリー デイヴィッド チン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， フォスター シティ， セイント クロワ レーン 605

Claims (33)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 （ａ）ＨＢｒ、Ｃｌ2及び酸素を含む処
    理ガスをエッチング領域に導入するステップと、 （ｂ）前記処理ガスからプラズマを発生させるステップ
    と、 （ｃ）単結晶シリコンを前記プラズマと接触させるステ
    ップと、を備える、単結晶シリコンをエッチングするた
    めの方法。
  2. 【請求項２】 前記処理ガスがＯ2を含む、請求項１記
    載の方法。
  3. 【請求項３】 前記処理ガスが更に不活性ガスを含む、
    請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記不活性ガスがヘリウムである、請求
    項３記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記処理ガスが更にフッ素含有ガスを含
    む、請求項１記載の方法。
  6. 【請求項６】 単結晶シリコンに浅溝をエッチングする
    ための方法であって、 （ａ）パターン化されたマスクを上に有する単結晶シリ
    コンをチャンバ内に配置するステップと、 （ｂ）塩素含有化合物、フッ素含有化合物及び臭素含有
    化合物からなる群より選ばれた少なくとも１つの化合物
    及び酸素を含む処理ガスを前記チャンバ内に導入するス
    テップと、 （ｃ）前記チャンバ内で前記処理ガスのプラズマを発生
    させるステップと、 （ｄ）前記チャンバ内で前記単結晶シリコンを前記プラ
    ズマと接触させ、それによって前記単結晶シリコンに浅
    溝をエッチングするステップと、を備える方法。
  7. 【請求項７】 前記臭素含有化合物がＨＢｒを含む、請
    求項６記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記塩素含有化合物がＣｌ2を含む、請
    求項６記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記フッ素含有化合物が、ＣＦ4、ＳＦ6
    及びＮＦ3からなる群より選ばれた１つの化合物を含
    む、請求項６記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記処理ガスが、ＨＢｒ、Ｃｌ2及び
    酸素を含む、請求項６記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記マスクがフォトレジストマスク、
    酸化物ハードマスク及び窒化物ハードマスクからなる群
    より選ばれる、請求項６記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記処理ガスがＯ2を含む、請求項６
    記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記処理ガスが不活性ガス及びＯ2を
    含む、請求項６記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記不活性ガスがＨｅである、請求項
    １３記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記処理ガスが、ＨＢｒ、Ｃｌ2及
    び、マイクロマスキングを実質的に阻止するために有効
    な量のフッ素含有化合物を含む、請求項１３記載の方
    法。
  16. 【請求項１６】 前記浅溝が約０．３ミクロンないし約
    １ミクロンの深さを有する、請求項６記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記浅溝が約０．２５ミクロンないし
    約０．３５ミクロンの幅を有し、かつ約７５°ないし約
    ９０°の側壁断面角を有する、請求項１６記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記浅溝が実質的に丸みのある溝底の
    隅部及び実質的に平坦な底部を有する、請求項６記載の
    方法。
  19. 【請求項１９】 前記浅溝が、実質的に滑らかで実質的
    に連続した側壁を備える、請求項６記載の方法。
  20. 【請求項２０】 前記浅溝が前記単結晶シリコン全体に
    わたって実質的に一定の深さを有する、請求項６記載の
    方法。
  21. 【請求項２１】 前記浅溝が、前記深さに実質的に依存
    しない側壁断面角を有する、請求項６記載の方法。
  22. 【請求項２２】 前記配置ステップが、約１０℃ないし
    約８５℃の温度をもった陰極上に前記単結晶シリコンを
    配置することを含む、請求項６記載の方法。
  23. 【請求項２３】 前記チャンバ内の圧力が約２０ｍＴｏ
    ｒｒないし約１５０ｍＴｏｒｒである、請求項６記載の
    方法。
  24. 【請求項２４】 前記不活性ガス及びＯ2が、前記処理
    ガスの全流量のうちの約５％ないし約３０％の全流量で
    前記チャンバ内に導入される、請求項１３記載の方法。
  25. 【請求項２５】 ＨＢｒ：Ｃｌ2の流量比率が約１：１
    ないし約１０：１である、請求項１０記載の方法。
  26. 【請求項２６】 前記プラズマを発生させるステップ
    が、約２００Ｗないし約７５０Ｗの電力レベルをもった
    高周波電流を印加することを含む、請求項６記載の方
    法。
  27. 【請求項２７】 前記接触させるステップが、前記単結
    晶シリコンを実質的に異方性エッチングして浅溝を形成
    することを含む、請求項６記載の方法。
  28. 【請求項２８】 単結晶シリコンに溝をエッチングする
    ための方法であって、 （ａ）パターン化されたマスクを上に有する単結晶シリ
    コンをチャンバ内に配置するステップと、 （ｂ）ＨＢｒ及びＣｌ2を含む第１の処理ガスを前記チ
    ャンバ内に導入するステップと、 （ｃ）前記チャンバ内で前記第１の処理ガスの第１のプ
    ラズマを発生させるステップと、 （ｄ）前記チャンバ内で前記単結晶シリコンを前記第１
    のプラズマと接触させて第１の断面角の上部側壁部を有
    する溝上部を前記単結晶シリコンにエッチングするステ
    ップと、 （ｅ）ＨＢｒ、Ｃｌ2及び酸素を含む第２の処理ガスを
    前記チャンバ内に導入するステップと、 （ｆ）前記チャンバ内で前記第２の処理ガスの第２プラ
    ズマを発生させるステップと、 （ｇ）前記チャンバ内で前記単結晶シリコンを前記第２
    のプラズマと接触させて第２の断面角の下部側壁部を有
    する溝下部を前記単結晶シリコンにエッチングするステ
    ップと、を備え、 前記上部側壁部及び前記下部側壁部が前記溝の前記側壁
    を構成し、前記溝は溝底部及び溝底の隅部を備える、方
    法。
  29. 【請求項２９】 前記第２の処理ガスがＯ2を含む、請
    求項２８記載の方法。
  30. 【請求項３０】 前記第２の処理ガスが不活性ガス及び
    Ｏ2を含む、請求項２８記載の方法。
  31. 【請求項３１】 前記第１の断面角が前記第２の断面角
    より大きい、請求項２８記載の方法。
  32. 【請求項３２】 前記溝底の隅部が実質的に丸みをも
    つ、請求項３１記載の方法。
  33. 【請求項３３】 単結晶シリコンに浅溝をエッチングす
    るための方法であって、 （ａ）前記単結晶シリコンをチャンバ内に配置するステ
    ップと、 （ｂ）ＨＢｒ、Ｃｌ2、不活性ガス及びＯ2を含む処理ガ
    スを前記チャンバ内に導入するステップと、 （ｃ）前記チャンバ内で前記処理ガスのプラズマを発生
    させるステップと、 （ｄ）前記チャンバ内で前記単結晶シリコンを前記プラ
    ズマと接触させて、対向する側壁部、底壁部及び溝底隅
    部を備える前記浅溝を前記単結晶シリコンにエッチング
    するステップと、を備え、 前記浅溝が、（ｉ）丸みのある底の隅部、（ｉｉ）与え
    られた溝幅に対して前記単結晶シリコン全体にわたって
    実質的に均一な溝深さ及び溝断面角、（ｉｉｉ）前記溝
    幅に実質的に依存しない溝側壁断面角、（ｉｖ）滑らか
    で連続した溝の側壁、及び（ｖ）実質的に平坦な底部を
    有する、方法。
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