JPS6272129A - 半導体装置の製造方法 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に素子分離工
程等で用いられる半導体基板のテーパエツチング方法に
係る。

〔発明の技術的背景〕

ＩＣ等の半導体装置、特にシリコンを用いたシリコン半
導体装置における素子分離技術として、シリコン基板表
面を選択的に酸化して素子分離酸化膜を形成するＬＯＣ
Ｏ３法が従来一般的に用いられている。しかし、ＬＯＣ
Ｏ８法による素子分離ではバーズビークが形成される等
の理由で寸法変換差が大きく、微細加工には適さない問
題がある。このため、高度の微細加工性が要求される高
密度デバイスの製造には寸法変換差のより小さい素子分
離技術が必要とされる。その一つの方法として、シリコ
ン基板の素子分離領域を側壁が上方に向かって拡開した
テーパ状にエツチングし、そのエツチング溝内にＣＶＤ
−８ｉ０２を充填して埋め込み酸化膜を形成するＢＯＸ
法が知られている。

ところで、上記ＢＯＸ法におけるシリコン基板のテーパ
エツチングを行なう方法の一つとして、シリコンとの反
応で非揮発性生成物を形成するガス種を反応ガス中に混
合した異方性プラズマエツチング（ＲＩＥ）が知られて
いる。この従来の方法では、プラズマによるシリコンの
エツチングと前記非揮発性生成物の堆積（主に溝底の隅
部）が同時に進行する結果、テーパした側壁が形成され
ることになる。

〔背景技術の問題点〕

上記のように、異方性プラズマエツチングを用いて従来
行なわれているシリコン基板のテーパエツチングはエツ
チング面内への非揮発性生成物の堆積を利用しているが
、この非揮発性生成物は同時にエツチング反応室の内壁
へも堆積する。それに伴ってシリコンエツチング速度の
低下、エツチング速度の均等性劣化等、エツチング特性
が経時的に変化するためエツチングの再現性が悪く、ま
た連続してエツチングできるウェハ一枚数が制限される
問題がある。

加えて、エツチング特性を回復させるためにエツチング
反応室を頻繁に洗浄し、堆積した付茜物を除去しなけれ
ばならず、量産性に乏しいという問題がある。

（発明の目的） 本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ドライエツ
チングのみを用いてシリコン基板にテーパエツチングを
行なう寸法制御の優れたエツチング方法であって、再現
性が高り、」産性に優れた半導体基板のエツチング方法
を提供するものである。

〔発明の概要〕

本発明による半導体装置の製造方法は、シリコン基板上
をシリコン酸化膜で覆い、該シリコン酸化股上に多結晶
シリコン層を堆積した後、該多結晶シリコン層に不純物
をイオン注入する工程と、このイオン注入された多結晶
シリコン層の上に所定の開孔部を有するレジストパター
ンを形成する工程と、該レジストパターンをマスクとし
て前記多結晶シリコン層を等方性エツチング条件下でド
ライエツチングすることにより、端面が上方に向かって
拡開テーパした開孔部を形成する工程と、前記レジスト
パターンを除去した後、異方性プラズマエツチングで前
記多結晶シリコン層を除去することにより、前記シリコ
ン酸化膜にテーパ端面をもった開孔部を形成し、該開孔
部で前記シリコン基板表面を露出させる工程と、このシ
リコン酸化膜をマスクとし、そのテーパした開孔端面が
徐々に後退するエツチング条件下の異方性プラズマエツ
チングで前記シリコン基板をエツチングすることにより
、シリコン基板に側壁が上方に向かって拡開テーパした
凹溝を形成する工程とを具備したことを特徴とするもの
である。

上記本発明の構成要件は二つの部分に分けられる。即ち
、一つはシリコン酸化膜に端面がテーパした開孔部を形
成するまでの工程であり、他の一つはこの開孔部を形成
したシリコン酸化膜をマスクにしてシリコン基板に異方
性プラズマエツチングを施す工程である。　前者の工程
では、イオン注入を施された多結晶シリコン層がダメー
ジ層の影響でエツチングのされ方に変化を生じることを
利用している。即ち、多結晶シリコン１はイオン注入に
よるダメージ層の影響で横方向にエツチングされ易くな
っているため、等方性エツチング条件のドライエツチン
グで選択エツチングを１１なうと、エツチング端面は上
方に拡開したテーパ面となる。従ってこの多結晶シリコ
ン層を消耗性マスクとしたエツチングで下層のシリコン
酸化膜をパターンニングすることにより、多結晶シリコ
ン層に形成された前記テーパ面をシリコン酸化膜パター
ンの端面に転写するものである。

これに対して後者の工程は、上記テーパ端面をもったシ
リコン酸化膜パターンを消耗性マスクとし、該マスク端
面を後退させつつＲＩＥにより下層のシリコン基板を異
方性エツチングすることにより、シリコン基板に側壁が
テーパしたエツチング溝を形成するものである。その際
、シリコン酸化膜をマスクとすることで選択比をとって
いるから、マスク膜厚よりも深い溝を形成できる。また
、エツチング溝側壁のテーパ角度はエツチングの選択比
によって変るから、選択比を変化させることで任意のテ
ーパ角度を得ることができる。

上記のように、本発明の方法では従来のように非揮発性
の反応生成物を伴うことなくシリコン基板のテーパエツ
チングを行なうことができるから、従来生じていた問題
を回避することができる。

（発明の実施例〕 以下に本発明の一実施例を説明する。

（１）　　まず、比抵抗６〜８Ω・α、直径５インチ。

面方位（１００）のＰ型シリコン基板１上に、気相成長
法（ＣＶＤ）によす１１７４５００人１７）Ｓ　ｉ　０
２膜２を堆積した後、８５０℃に加熱した拡散炉中で酸
素ガス雰囲気下に約４０分間熱処理を行なった。

続いて、減圧気相成長法（ＬＰＣＶＤ）により膜ｉ’７
４０００人の多結晶シリコン層３を堆積した後、該多結
晶シリコン層に加速電圧４ｏｋｅｖ、ドーズ量３　Ｘ　
１０１５ａｔｏｍｓ　／ｃｍの条件で燐をイオン注入し
た（第１図（Ａ）図示）。

（２）　　次に、ポジ型フｔトレジストを塗布し、露光
現像することによりエツチング加工予定部上に開孔部５
を有するレジストパターン４を形成したく第１図＜８）
図示）。続いて該レジストパターン４をマスクとし、フ
レオン系ガスを用いたマイクロ波放電によるドライエツ
チングを行ない、２０％のオーバーエツチングになる等
方性エツチング条件で多結晶シリコンｌ１１３をエツチ
ングした。これにより、レジストパターン４の開孔部５
に対応した位置に開孔部を有する多結晶シリコンパター
ン３′を形成した（第１図（Ｃ）図示）。

なお、多結晶シリコン層３には先のイオン注入でダメー
ジ層が形成され、該ダメージ層の影響で横方向のエツチ
ング速度が大きくなっている。このため、上記のエツチ
ングでは等方的にエツチングされず、図示のように３０
”±５°の傾斜をもったエツチング端面が形成された。

また、多結晶シリコン層３とシリコン酸化膜２とのエツ
チング選択比は２０：１で、２０％のオーバーエツチン
グ中にシリコン酸化膜がエツチングされる厚さは５０Å
以下である。

更に、ＳＥＭ（走査電子顕微鏡）により寸法変換差を調
べたところ、レジストパターン４の寸法と多結晶シリコ
ンパターン３′の寸法との差は０．１０ｍ以内に制聞さ
れていた。

（３）　　次に、酸素ガスを用いたバレル型アッシング
装置によりレジストパターン４を除去した（第１図（Ｄ
）図示）。

続いて、１３．５６　Ｍ　Ｈの高周波電源を有する反応
性イオンエツチング装置（ＲＩＥ装置）を用い、フレオ
ン系ガスを反応ガスとした異方性エツチングを行なった
。その際、多結晶シリコンパターン３′　とシリコン酸
化１１２とのエツチング選択比が１：１で、且つ多結晶
シリコンパターン３′が完全に除去された後、更に１０
％のオーバーエツチングになる条件に設定した。エツチ
ング選択比が１：１であるため、このＲＩＥによるエツ
チングが進行すると、それに共なって多結晶シリコンパ
ターン３′の形状がシリコン酸化！１１２に転写され、
端面のテーパ角度が３０°±５°のシリコン酸化膜パタ
ーン２′が形成された（第１図（Ｅ）（Ｆ）図示）。

なお、１０％のオーバーエツチングによりシリコン酸化
膜パターン２′の膜厚は約４０００人になり、またシリ
コン単結晶基板１も約５００人エツチングされた。また
、多結晶シリコンパターン３′からシリコン酸化膜パタ
ーン２′への寸法変化差は±０．０５ｍに副面すること
ができた。

（４）次に、シリコン酸化膜パターン２′を消耗性マス
クとし、フレオンガスを反応ガスとした１３．５６ＭＨ
の高周波電源を有するＲＩＥ装置でシリコン基板１に約
１−の異方性エツチングを行なった。エツチング選択比
にもよるが、シリコン酸化膜パターン２′が消耗性マス
クとなる条件でＲＩＥを行なっているため、シリコン基
板の異方性エツチングに伴ってシリコン酸化膜パターン
２′もエッチバックされる。その結果、マスク２′のテ
ーパ端面が徐々に後退しながらシリコン基板の異方性エ
ツチングが進行し、従ってシリコン基板に形成されるエ
ツチング溝の側面は上方に向かって拡開したテーパ面と
なる（第１図（Ｇ）（Ｈ）図示）。

ところで、シリコン基板１に形成されるエツチング溝側
面のテーパ角度ｅは、ＲＩＥのエツチング選択比によっ
て変る。そこで、エツチング選択比に係る条件を種々変
化させて上記と同じＲＩＥを行ない、そのときのテーパ
角度ｅおよびシリコン基板を１１ＪＩＲエツチングする
までにシリコン酸化１２’　がエツチングされるＩｌｌ
厚を調べたところ、第２図に示す結果が得られた。同図
において、実線で示す曲線はテーパ角度／選択比の関係
を表し、破線で示す曲線はＳ　ｉ　０２工ツチング伍／
選択比の関係を表している。この結果に示されるように
、選択比が３．０±０．５であればテーパ角度ｅを６０
”±５″　とすることができ、また選択比を種々変化さ
せることで任意のテーパ角度ｅを得ることができた。但
し、選択比を変化させればシリコン酸化膜パターン２′
がエツチングされる伍も変化するから、それに応じてシ
リコン酸化膜パターン２′を適当な膜厚に設定する必要
がある。

（５）　　最後に、ＨＦ系のエツチング液を用いて残存
したシリコン酸化膜パターン２′を除去し、側壁がテー
パしたエツチング溝を有するシリコン基板を得た（第１
図＜１）図示）。その後は従来のＢＯＸ法と同様に行な
うことにより、エツチング溝６にＣＶＤ−８ｉ　０２を
埋め込み、素子分ｍ構造を得ることができる。

なお、ＨＦ液によるエツチングに先立って、エツチング
溝６の表面を数百人程度熱酸化した後、ＨＦで全ての酸
化膜を除去するようにすれば、ＲＩＥによりシリコン基
板のエツチング溝表面に形成されたダメージ層を除去す
ることができる。

上記実施例によれば、シリコン基板に側壁１に側壁がテ
ーパしたエツチング溝６を形成する際に優れた寸法制御
性が得られると共に、従来の方法における問題を解決す
ることができる。

即ち、ＲＩＥの際に非運発性生成物の発生を伴゛わない
から、該反応生成物がエツチング反応至内に堆積してエ
ツチング速度が低下することもなく、加工の均一性およ
び量産性を向上することができる。また、エツチング反
応質内の洗浄回数も減少するから、装置の稼働効率を向
上して生産性を大幅に向上することができる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明によれば、半導体装置を製
造する際の素子分離工程等においてシリコン基板に側壁
がテーパしたエツチングを行なうに当り、ドライエツチ
ングのみを用いて寸法制御の優れたエツチング加工がで
き、且つ再現性およびｍ産性を大幅に向上できる等、顕
著な効果が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（１）は本発明の一実施例になる製造工
程を順を追って示す断面図、第２図は第１図（Ｆ）の状
態からシリコン酸化膜パターンをマスクとしてシリコン
基板にテーパエツチングを行なう際のエツチング選択比
と、エツチング端面のテーパ角度およびシリコン酸化膜
パターンエツチング是との関係を示すｉＩ図である。 １・・・シリコン基板、２・・・シリコン酸化膜、２′
・・・シリコン酸化膜パターン、３・・・多結晶シリコ
ン層、３′・・・多結晶シリコンパターン、４・・・レ
ジストパターン 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 ＾　　　　　　　　　　　　　　　　　　　へく　　　
　　　　　　ロ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. シリコン基板上をシリコン酸化膜で覆い、該シリコン酸
   化膜上に多結晶シリコン層を堆積した後、該多結晶シリ
   コン層に不純物をイオン注入する工程と、このイオン注
   入された多結晶シリコン層の上に所定の開孔部を有する
   レジストパターンを形成する工程と、該レジストパター
   ンをマスクとして前記多結晶シリコン層を等方性エッチ
   ング条件下でドライエッチングすることにより、端面が
   上方に向かつて拡開テーパした開孔部を形成する工程と
   、前記レジストパターンを除去した後、異方性プラズマ
   エッチングで前記多結晶シリコン層を除去することによ
   り、前記シリコン酸化膜にテーパ端面をもった開孔部を
   形成し、該開孔部で前記シリコン基板表面を露出させる
   工程と、このシリコン酸化膜をマスクとし、そのテーパ
   した開孔端面が徐々に後退するエッチング条件下の異方
   性プラズマエッチングで前記シリコン基板をエッチング
   することにより、シリコン基板に側壁が上方に向かつて
   拡開テーパした凹溝を形成する工程とを具備したことを
   特徴とする半導体装置の製造方法。