JPH05190509A - エッチング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】トレンチ開口部の寸法のバラツキを少なくする
ことができ、しかも半導体基板の所望の位置に、所望の
方向に傾斜した所望の形状のトレンチを形成できるエッ
チング方法を提供する。 【構成】ドライエッチングによって半導体基板１０に傾
斜したトレンチ２２を形成するエッチング方法は、
（イ）半導体基板１０上に耐エッチング層を形成する工
程、（ロ）耐エッチング層に開口部１６を形成し、半導
体基板１０の一部分を露出させる工程、（ハ）開口部１
６の周辺の耐エッチング層に異なる加熱流動性を有する
領域１２Ａ，１２Ｂを形成する工程、（ニ）耐エッチン
グ層に加熱処理を施し、高い加熱流動性を有する領域１
２Ａに傾斜部２０を形成する工程、及び、（ホ）露出し
た半導体基板の一部分をドライエッチングする工程から
成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方
法、更に詳しくはドライエッチングにより半導体基板に
傾斜したトレンチを形成するエッチング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置においては同一の基板上に多
くのトランジスタやダイオード等の回路素子が互いに近
接して形成される。基板は半導体であるため、そのまま
では回路素子間に基板を介して導通が生じてしまう。そ
れ故、このような回路素子間の分離を行うために素子分
離領域を形成する必要がある。

【０００３】形成された素子間分離領域の周辺に生じる
寄生サイリスタの導路長を長くして、寄生サイリスタの
ラッチアップを防止する等の目的のために、素子間分離
領域を斜めに形成することが提案されている。素子間分
離領域を斜めに形成するには、まず傾斜したトレンチを
半導体基板に形成し、次いでそのトレンチをシリコン酸
化物等の絶縁物で充填すればよい。

【０００４】傾斜したトレンチを形成する方法として、
ＣＶＤ法にて形成したＳｉＯ₂膜の脆弱部分を利用する
方法が提案されている（特開昭６１−２６２３９号公報
参照）。図５はこの方法の概略説明図である。この方法
によれば、図５の（Ａ）に示すように、半導体基板１０
上の所定領域に第１のＳｉＯ₂膜１００をＣＶＤ法にて
形成し、次いで第１のＳｉＯ₂膜１００を覆うように第
２のＳｉＯ₂膜１０２をＣＶＤ法にて形成する。次に、
塩素系ガスを使用し低圧でイオン性を高くして反応性イ
オンエッチング（ＲＩＥ）を行い、第２のＳｉＯ₂膜１
０２をエッチングする。第２のＳｉＯ₂膜１０２の段差
部分１０４は、他の部分に比べて脆弱なために、早くエ
ッチングされる。その結果、図５の（Ｂ）に示すよう
に、開口断面が斜めになった第２のＳｉＯ₂膜１０２が
形成される。かかる開口断面を有する第２のＳｉＯ₂膜
１０２を耐エッチング層として用いて、引き続きエッチ
ングを行うことにより、図５の（Ｃ）に示すように、半
導体基板１０中に傾斜したトレンチ１０６が形成され
る。

【０００５】傾斜したトレンチを形成する別の方法とし
て、半導体基板上にトレンチの開口部となる部分を挟ん
で、耐エッチング性の異なる材料から成る２つの層を対
置させる方法が提案されている（特開昭６１−２６２３
９号公報参照）。図７はこの方法の概略説明図である。
この方法によれば、まず図７の（Ａ）に示すように、半
導体基板１０上に、トレンチの開口部となる部分１１６
Ａを挟んで、ＳｉＯ₂膜１１０及びＳｉＯ₂より耐エッチ
ング性の低いフォトレジスト膜１１２を形成する。次い
で、フォトレジスト膜１１２を加熱処理してその段差部
１１４に傾斜部を形成する。次に、ＳｉＯ₂膜１１０と
フォトレジスト膜１１２とを耐エッチング層として使用
し、反応性イオンエッチングを施すことにより、図７の
（Ｂ）に示すように半導体基板１０中に傾斜したトレン
チ１１６を形成する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＣＶＤ
法にて形成した第２のＳｉＯ₂膜１０２の脆弱部分を利
用する図５に示した方法では、第１のＳｉＯ₂膜１００
の周囲に形成される第２のＳｉＯ₂膜１０２の段差部１
０４を利用するために、トレンチ１０６は、第１のＳｉ
Ｏ₂膜１００の周囲にループ状に且つトレンチ１０６の
底部が第１のＳｉＯ₂膜１００に近付く方向にのみ形成
される。図６は、この状態を表す平面図である。従っ
て、所望の方向に傾斜したトレンチを半導体基板の所望
の位置にのみ形成することは困難である。尚、図６中、
第２のＳｉＯ₂膜１０２に斜線を付した。また、第１の
ＳｉＯ₂膜１００の領域を破線にて表示した。

【０００７】また、耐エッチング性の異なる２つの層を
対置させる図７に示した方法においては、実際に２つの
層を形成する際、フォトリソグラフィー法による位置合
せずれが発生するため、対置させる耐エッチング層の寸
法を一定にすることが困難であり、従ってトレンチ開口
部の寸法を一定にできないという問題点がある。

【０００８】従って、本発明の目的は、トレンチ開口部
の寸法のバラツキを少なくすることができ、しかも半導
体基板の所望の位置に、所望の方向に傾斜した所望の形
状のトレンチを形成できるエッチング方法を提供するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、ドライエッチングによって半導体基板に傾斜した
トレンチを形成する本発明のエッチング方法の第１の態
様は、以下の工程から成ることを特徴とする。 （イ）半導体基板上に耐エッチング層を形成する工程 （ロ）耐エッチング層に開口部を形成し、半導体基板の
一部分を露出させる工程 （ハ）開口部の周辺の耐エッチング層に異なる加熱流動
性を有する領域を形成する工程 （ニ）耐エッチング層に加熱処理を施し、高い加熱流動
性を有する領域に傾斜部を形成する工程 （ホ）露出した半導体基板の一部分をドライエッチング
する工程

【００１０】上記の目的を達成するために、ドライエッ
チングによって半導体基板に傾斜したトレンチを形成す
る本発明のエッチング方法の第２の態様は、以下の工程
から成ることを特徴とする。 （イ）半導体基板上に耐エッチング層を形成する工程 （ロ）耐エッチング層に異なる加熱流動性を有する領域
を形成する工程 （ハ）異なる加熱流動性を有する領域の境界部分の耐エ
ッチング層に開口部を形成し、半導体基板の一部分を露
出させる工程 （ニ）耐エッチング層に加熱処理を施し、高い加熱流動
性を有する領域に傾斜部を形成する工程 （ホ）露出した半導体基板の一部分をドライエッチング
する工程

【００１１】異なる加熱流動性を有する領域を形成する
工程は、異なる加熱流動性を有する領域の一方を５０°
Ｃ以上の温水に浸すことから成ることが好ましい。

【００１２】耐エッチング層は、リン（Ｐ）、ボロン
（Ｂ）及びヒ素（Ａｓ）の群から選ばれた１つ以上の元
素を含有する二酸化シリコンから成ることが望ましい。
具体的には、耐エッチング層に適する材料として、ボロ
ンとリンを含有した二酸化シリコン（ＢＰＳＧ）、リン
を含有した二酸化シリコン（ＰＳＧ）、ヒ素を含有した
二酸化シリコン（ＡｓＳＧ）等を挙げることができる。

【００１３】例えば、耐エッチング層上にフォトリソグ
ラフィーによりレジストパターンを形成し、次いで耐エ
ッチング層を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）にてエ
ッチングすることにより、半導体基板のトレンチ開口部
を形成すべき部分に相当する耐エッチング層に開口部を
容易に形成することができる。

【００１４】本発明のエッチング方法の第１の態様によ
れば、半導体基板のトレンチ開口部を形成すべき部分に
相当する耐エッチング層に開口部を形成した後、形成す
べきトレンチの形状に応じて、開口部の周辺の耐エッチ
ング層に異なる加熱流動性を有する領域を形成する。例
えば、平面形状が溝型のトレンチを半導体基板に形成す
る場合には、耐エッチング層に溝型の開口部を形成した
後、開口部を挟んで、一方の領域の耐エッチング層に低
い加熱流動性を付与すればよい。また、平面形状が筒型
のトレンチを形成する場合には、耐エッチング層に筒型
の開口部を形成した後、開口部の周囲の耐エッチング層
を適宜二分割して一方の領域の耐エッチング層に低い加
熱流動性を付与すればよい。

【００１５】本発明のエッチング方法の第２の態様によ
れば、耐エッチング層に異なる加熱流動性を有する領域
を形成する。次に、異なる加熱流動性を有する領域の境
界部分であって、半導体基板のトレンチ開口部を形成す
べき部分に相当する耐エッチング層に、形成すべきトレ
ンチの形状に応じて、開口部を形成する。次いで、例え
ば、半導体基板に平面形状が溝型のトレンチを形成する
場合には、耐エッチング層に溝型の開口部を形成する。
また、平面形状が筒型のトレンチを形成する場合には、
耐エッチング層に筒型の開口部を形成する。

【００１６】

【作用】ボロン(Ｂ）とリン（Ｐ）を含有してなる二酸
化シリコン（以下ＢＰＳＧ）は、Ｎ₂雰囲気中９００°
Ｃ程度で加熱すると容易に加熱流動性を示すことが知ら
れている。ＢＰＳＧを、例えば９０°Ｃの温水に３０分
浸漬すると、ＢＰＳＧの表面からリン（Ｐ）及びボロン
（Ｂ）の溶出が起こる。その結果、加熱流動性が著しく
変化し、９００°Ｃ程度の加熱では殆ど流動性を示さな
くなる。ＳＩＭＳ分析によって、厚さ２５０ｎｍのＢＰ
ＳＧ膜のリン（Ｐ）及びボロン（Ｂ）の深さ分布を測定
したところ、ＢＰＳＧ膜中にほぼ均一にＰ及びＢが分布
していることが判明した。ところが、ＢＰＳＧを９０°
Ｃの温水に３０分浸漬すると、表面から３０ｎｍ程度の
深さまでＢ及びＰの溶出が認められた。温水浸漬前のＢ
及びＰ濃度に対して、温水浸漬後では、Ｐについては１
桁、Ｂについては１桁以上濃度が低下する。この結果、
このようなＢＰＳＧ膜は加熱流動性が著しく低下し、９
００°Ｃ程度の加熱では加熱流動性が認められなくな
る。

【００１７】以上の知見から、異なる加熱流動性を有す
る領域を形成するためには、例えば耐エッチング層上に
フォトリソグラフィー法にてレジストパターンを形成
し、この状態で９０°Ｃの温水に３０分浸漬すれば、耐
エッチング層の温水に浸漬された領域の表面からＢ及び
Ｐが溶出する。次に、レジストパターンを除去すること
で、異なる加熱流動性を有する領域を形成することがで
きる。即ち、耐エッチング層の内、レジストで被覆され
ており温水と接触しない領域は、高い加熱流動性を有す
る領域となる。またレジストで被覆され温水と接触した
領域は、低い加熱流動性を有する領域、あるいは加熱流
動性を示さない領域となる。

【００１８】高い加熱流動性を有する耐エッチング層の
領域が流動状態となり、且つ低い加熱流動性を有する耐
エッチング層の領域が流動状態とならないあるいは僅か
しか流動状態にならないような温度にて、耐エッチング
層を加熱する。これによって、高い加熱流動性を有する
領域にのみ傾斜部を形成することができ、斜めエッチン
グのための好適なエッチング用マスクを得ることが可能
になる。こうして形成されたエッチング用マスクを使用
すれば、ドライエッチング時、エッチングが半導体基板
中を深く進行するに従い、高い加熱流動性を有する領域
側から、低い加熱流動性を有する領域側へと傾斜したト
レンチを形成することが可能になる。

【００１９】本発明のエッチング方法により形成される
トレンチの位置、傾斜方向及び形状は、耐エッチング層
の形成された位置、開口部の形状、傾斜部の形状等に応
じて定まる。耐エッチング層の形成位置及び開口部の形
状は、フォトリソグラフィー法にて正確に規定すること
ができる。また、耐エッチング層における異なる加熱流
動性を有する領域は、レジストパターニング、温水浸漬
処理によって容易に且つ所望の通りに形成することがで
きる。それ故、所望の方向に傾斜した所望の形状のトレ
ンチを半導体基板に容易に且つ正確に形成することが可
能となる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明を、好ましい実施例に基づき図
面を参照して具体的に説明する。尚、図中、同一符号は
同一または同等の構成要素を表している。

【００２１】（実施例１）図１は、本発明のエッチング
方法の第１の態様に関する実施例１の工程を説明するた
めの半導体基板の模式的な断面図である。実施例１にお
いては、ボロン及びリンをそれぞれ４％含有する厚さ１
μｍの二酸化シリコンから成る耐エッチング層１２を、
例えばＣＶＤ法にて半導体基板１０上に形成する。

【００２２】次に、耐エッチング層１２の上に、半導体
基板１０に形成すべきトレンチ開口部に相当するレジス
トパターン１４をフォトリソグラフィー法にて形成する
（図１の（Ａ）参照）。

【００２３】次にレジストパターン１４をマスクとして
ＲＩＥ装置により、耐エッチング層１２をエッチングし
て、耐エッチング層１２に溝状の開口部１６を形成す
る。エッチングの条件は、例えば、ＣＨＦ₃／Ｏ₂＝７５
／８ｓｃｃｍ、５０ｍｔｏｒｒ、１０００Ｗとすること
ができる。これによって、半導体基板の一部分が露出す
る。その後、酸素ガスを用いたプラズマアッシング処理
によりレジストパターン１４を除去する。

【００２４】次に図１の（Ｂ）に示すように、開口部１
６を挟んで図中右側の部分の耐エッチング層１２Ａ上に
レジストパターン１８を形成する。その後、９０°Ｃの
温水に３０分間、耐エッチング層を浸漬する。次いで、
酸素ガスを用いたプラズマアッシング処理によりレジス
トパターン１８を除去する（図１の（Ｃ）参照）。この
温水浸漬処理によって、レジストパターン１８で被覆さ
れていなかった耐エッチング層の領域１２Ｂの表面から
約３０ｎｍの深さの所まで、ボロン及びリンが溶出す
る。尚、図中、ボロン及びリンが溶出した領域を破線で
示す。この工程において、開口部１６の周辺の耐エッチ
ング層に異なる加熱流動性を有する２つの領域、即ち高
い加熱流動性を有する領域１２Ａ及び低い加熱流動性を
有する領域１２Ｂが形成される。

【００２５】次いで、耐エッチング層に、窒素雰囲気中
９００°Ｃ、３０分間、加熱処理を施す。この加熱処理
条件においては、高い加熱流動性を有する領域１２Ａは
流動状態になるが、ボロン及びリンが溶出した低い流動
性を有する領域１２Ｂは殆ど流動性を示さない。従っ
て、この加熱処理によって、図２の（Ａ）に示すよう
に、開口部１６を挟んで、図中右側の耐エッチング層の
領域１２Ａは流動してその表面が傾斜し、傾斜部２０が
形成される。開口部１６を挟んで図中左側の、表面から
ボロン及びリンが溶出した耐エッチング層の領域１２Ｂ
は流動化せず、その表面には傾斜部が形成されない。

【００２６】こうして得られた耐エッチング層をエッチ
ング用マスクとして用い、例えば特開昭６１−２６２３
９号公報に記載されたように、ＲＩＥ装置を用いて反応
性イオンエッチングにより半導体基板１０をエッチング
する。その結果、図２の（Ｂ）に示すように、傾斜した
トレンチ２２を半導体基板１０に形成することができ
る。その後、耐エッチング層を除去し、例えば加熱酸化
あるいはＣＶＤ法等によりトレンチ２２をシリコン酸化
物等の絶縁物で埋める。これによって、トレンチ２２は
素子分離領域として有効に機能し得るようになる。

【００２７】（実施例２）実施例２にて説明する本発明
のエッチング方法は、実施例１の変形である。実施例１
と同様にして、ボロン及びリンをそれぞれ４％含有する
二酸化シリコンから成る耐エッチング層１２を半導体基
板１０上に形成する。次に、溝状の開口部を形成するた
めに選択的に耐エッチング層１２の一部を除去し、更
に、フォトレジストパターン形成、及び温水浸漬処理に
て耐エッチング層の表面からボロン及びリンを溶出させ
た領域１２Ｂを形成する（図３の（Ａ）参照）。尚、領
域１２Ａは、耐エッチング層の表面からボロン及びリン
が溶出していない高い加熱流動性を有する領域である。
尚、図３の（Ａ）中、領域１２Ｂに相当する部分に破線
を付した。

【００２８】その後、加熱処理を行うことで、図３の
（Ｂ）に示すように、ボロン及びリンが溶出しなかった
高い加熱流動性を有する領域１２Ａの表面に傾斜部２０
を形成する。これらの耐エッチング層をエッチング用マ
スクとして用い、ＲＩＥ装置を用いて半導体基板１０を
エッチングする。その結果、図３の（Ｃ）に示すように
所望の方向に傾斜した複数のトレンチ２２を形成するこ
とができる。

【００２９】（実施例３）図４は、本発明のエッチング
方法の第２の態様に関する実施例３の工程を説明するた
めの半導体基板の模式的な断面図である。実施例３にお
いても、ボロン及びリンをそれぞれ４％含有する厚さ１
μｍの二酸化シリコンから成る耐エッチング層１２を、
半導体基板１０上に形成する。

【００３０】次に図４の（Ａ）に示すように、耐エッチ
ング層の一部分１２Ａ上にレジストパターン１８を形成
する。その後、９０°Ｃの温水に３０分間、耐エッチン
グ層を浸漬する。次いで、酸素ガスを用いたプラズマア
ッシング処理によりレジストパターン１８を除去する。
この温水浸漬処理によって、レジストパターン１８で被
覆されていなかった耐エッチング層の領域１２Ｂの表面
から約３０ｎｍの深さの所まで、ボロン及びリンが溶出
する（図４の（Ｂ）参照）。尚、図４の（Ｂ）中、ボロ
ン及びリンが溶出した領域を破線で示す。この工程によ
って、耐エッチング層に異なる加熱流動性を有する２つ
の領域、即ち高い加熱流動性を有する領域１２Ａ及び低
い加熱流動性を有する領域１２Ｂが形成される。

【００３１】次に、耐エッチング層１２の上に、フォト
リソグラフィー法により半導体基板１０に形成すべきト
レンチ開口部に相当するレジストパターン１４を形成す
る（図４の（Ｃ）参照）。次にレジストパターン１４を
マスクとしてＲＩＥ装置を用いて耐エッチング層１２を
エッチングして、耐エッチング層１２に溝状の開口部１
６を形成する。エッチングの条件は、例えば、ＣＨＦ₃
／Ｏ₂＝７５／８ｓｃｃｍ、５０ｍｔｏｒｒ、１０００
Ｗとすることができる。開口部１６は、領域１２Ａと領
域１２Ｂの境界部分に形成される。これによって、半導
体基板の一部分が露出する。その後、酸素ガスを用いた
プラズマアッシング処理によりレジストパターン１４を
除去する（図４の（Ｄ）参照）。

【００３２】次いで、耐エッチング層に、窒素雰囲気中
９００°Ｃ、３０分間、加熱処理を施す。この加熱処理
条件においては、高い加熱流動性を有する領域１２Ａは
流動状態になるが、ボロン及びリンが溶出した低い流動
性を有する領域１２Ｂは殆ど流動性を示さない。従っ
て、この加熱処理によって、図２の（Ａ）に示すと同様
に、開口部１６を挟んで、図中右側の耐エッチング層の
領域１２Ａは流動してその表面が傾斜し、傾斜部２０が
形成される。開口部１６を挟んで図中左側の、表面から
ボロン及びリンが溶出した耐エッチング層の領域１２Ｂ
は流動化せず、その表面には傾斜部が形成されない。

【００３３】こうして得られた耐エッチング層をエッチ
ング用マスクとして用い、ＲＩＥ素位置にて半導体基板
１０をエッチングする。その結果、図２の（Ｂ）に示す
ように、傾斜したトレンチ２２を半導体基板１０に形成
することができる。

【００３４】以上、本発明のエッチング方法を好ましい
実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に
限定されるものではない。傾斜したトレンチを半導体基
板に形成するために、ＲＩＥ法だけでなくＲＩＢＥ（リ
アクティブ・イオン・ビーム・エッチング）法を使用す
ることもできる。また、本発明のエッチング方法は、素
子分離領域を形成する場合、あるいはＤＲＡＭの製造工
程におけるトレンチ形キャパシタを形成する場合にも適
用することができる。

【００３５】

【発明の効果】本発明のエッチング方法によれば、所望
の方向に傾斜したエッチング用マスクを形成することが
できる。従って、半導体基板の所望の位置に、所望の方
向に傾斜した所望の形状のトレンチを容易に形成するこ
とが可能となる。また、耐エッチング層の開口部の寸法
及び位置を従来の方法に比べ一定に且つ正確に規定する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の各工程を説明するため
の、半導体基板の模式的な一部断面図である。

【図２】図１に引き続き、各工程を説明するための、半
導体基板の模式的な一部断面図である。

【図３】本発明の第２の実施例の各工程を説明するため
の、半導体基板の模式的な一部断面図である。

【図４】本発明の第３の実施例の各工程を説明するため
の、半導体基板の模式的な一部断面図である。

【図５】従来のトレンチ形成のためのエッチング方法の
各工程を説明するための、半導体基板の模式的な一部断
面図である。

【図６】図５に示す従来のトレンチ形成のためのエッチ
ング方法で得られた半導体基板の平面図である。

【図７】図５とは別の従来のトレンチ形成のためのエッ
チング方法の各工程を説明するための、半導体基板の模
式的な一部断面図である。

【符号の説明】

１０ 半導体基板 １２ 耐エッチング層 １２Ａ 高い加熱流動性を有する領域 １２Ｂ 低い加熱流動性を有する領域 １４，１８ レジスト １６ 開口部 ２０ 傾斜部 ２２ トレンチ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ドライエッチングによって半導体基板に傾
   斜したトレンチを形成するエッチング方法であって、 （イ）半導体基板上に耐エッチング層を形成する工程
   と、 （ロ）該耐エッチング層に開口部を形成し、半導体基板
   の一部分を露出させる工程と、 （ハ）該開口部の周辺の耐エッチング層に異なる加熱流
   動性を有する領域を形成する工程と、 （ニ）耐エッチング層に加熱処理を施し、高い加熱流動
   性を有する領域に傾斜部を形成する工程と、 （ホ）露出した半導体基板の一部分をドライエッチング
   する工程、 から成ることを特徴とするエッチング方法。
2. 【請求項２】ドライエッチングによって、半導体基板に
   傾斜したトレンチを形成するエッチング方法であって、 （イ）半導体基板上に耐エッチング層を形成する工程
   と、 （ロ）耐エッチング層に異なる加熱流動性を有する領域
   を形成する工程と、 （ハ）異なる加熱流動性を有する領域の境界部分の耐エ
   ッチング層に開口部を形成し、半導体基板の一部分を露
   出させる工程と、 （ニ）耐エッチング層に加熱処理を施し、高い加熱流動
   性を有する領域に傾斜部を形成する工程と、 （ホ）露出した半導体基板の一部分をドライエッチング
   する工程、 から成ることを特徴とするエッチング方法。
3. 【請求項３】前記の異なる加熱流動性を有する領域を形
   成する工程は、異なる加熱流動性を有する領域の一方を
   ５０°Ｃ以上の温水に浸漬することから成る請求項１又
   は請求項２に記載のエッチング方法。
4. 【請求項４】前記耐エッチング層は、リン（Ｐ）、ボロ
   ン（Ｂ）及びヒ素（Ａｓ）の群から選ばれた１つ以上の
   元素を含有する二酸化シリコンから成ることを特徴とす
   る請求項１、請求項２又は請求項３に記載のエッチング
   方法。