JPS58200541A - エツチング方法 - Google Patents

エツチング方法

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JPS58200541A
JPS58200541A JP57083013A JP8301382A JPS58200541A JP S58200541 A JPS58200541 A JP S58200541A JP 57083013 A JP57083013 A JP 57083013A JP 8301382 A JP8301382 A JP 8301382A JP S58200541 A JPS58200541 A JP S58200541A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
etching
groove
film
psg
mask pattern
Prior art date
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Pending
Application number
JP57083013A
Other languages
English (en)
Inventor
Tokuo Kure
久礼 得男
Hideo Sunami
英夫 角南
Seiji Ikeda
池田 清治
Yoshifumi Kawamoto
川本 佳史
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP57083013A priority Critical patent/JPS58200541A/ja
Publication of JPS58200541A publication Critical patent/JPS58200541A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10PGENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P50/00Etching of wafers, substrates or parts of devices

Landscapes

  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Weting (AREA)

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】 本発明はエツチング方法に関し、詳しくはマスクパター
ンの輪郭に一定幅の微細な溝を形成するエツチング方法
に関する。
半導体集積回路の高集積化に伴い、素子パターンの縮小
が要望されている。MOSキャパシタを例にとると、半
導体基板上に形成した平面構造のキャノ(シタでは面積
縮小によって容量が減少するため、第1図に示すような
溝部の側壁4を利用して容量を増大できる立体構造のキ
ャパシタが提案されている(特開昭51−130178
 )。従来、このような立体構造のキャパシタを形成す
る際には、溝部は通常のホトエツチングによって形成し
ていた。しかしながら、通常のホトエツチングでは溝幅
を1μm以下の微細寸法にすることは困難で、あるため
、溝を高密度に形成できず、また、溝幅が電極3の膜厚
よりもはるかに大きいため、電極3を形成した後も溝が
完全に埋め込まれず、凹部5の段差による後工程への悪
影響が問題となっていた。
本発明の目的は従来のホトエツチングよりもはるかに高
精度で1/jm以下に及ぶ微細で一定幅の溝を半導体基
板に形成するエツチング方法を提供することにある。
本発明は数nm〜数十nm程度の加工精度で制御可能な
半導体各種材料のエツチングを利用してパターン寸法を
決めることができるように、エツチングマスク構造およ
びエツチング手順を考案したものである。
以下、実施例により本発明の詳細な説明する。
実施例1 第2図は本発明の一実施例を示す工程−である。
まず、第2図(1)に示すように、シリコン基板1上に
、ホトエツチングにより8isNi  11 、PSG
(リンガラス)12,5iaN413の3層膜のマスク
パターンを形成する。この際のエツチング方法としては
CF 4とH2の混合ガスやCHF sガスなどのフレ
オンガスを用いた反応性ス・(ツタエツチングが適し、
ホトレジスト寸法通りに3層膜マスクを形成できる。
次に、7ツ酸を水で希釈したエッチ液を用い、3層膜の
中間層であるPSG膜12を選択的にサイドエツチング
し、所望め溝幅分だけPSGが除去された領域14を形
成する。PEG膜12としてリン濃度1モル%、エッチ
液として10倍の水でのフッ酸希釈液を用いると、エツ
チング速度は50nm/mであり、数十nmの精度で容
易にサイドエツチング量を制御できる。エツチング速度
はリン濃度の増加に対し指数関数的に増し、フッ酸の希
釈度に比例して減少するため、所望の溝、温と溝幅精度
に適したエツチング条件を選ぶことができる。PSG膜
12のサイドエツチング後、シリコン基板1を熱酸化し
て第2図(2)に示すようにマスクパターン以外の領域
を被覆する8i0z15を形成する。なお、この熱酸化
の際にシリコン基板1に結晶欠陥をひき起こすことがな
いよう、酸化条件として約1100Cの高温の酸化を用
いるかもしくは熱酸化のマスクである8jsN411の
下に薄い5iCh膜(PadSiO*)を予め形成して
おくことが好ましい。
リン酸を用いて上層の5i3N413および下層の5i
3N411の露出部をエッチすると、第2図(3)に示
すように、もとの3層マスクの端部のシリコン基板表面
16を露出させることができる。上記のpad8i0x
を形成した場合にはSi3N4エツチ後昼くスパッタエ
ツチングすることによシ同様にシリコン基板表面16を
露出させる。
以上のようにして露出されたシリコン基板表面16に、
PSGI 2,5iOz 15をエツチングマスクとし
て、CCl2と03の混合ガスを用いた反応性スパッタ
エツチングを施すと、エツチングマスクと約30倍の高
い選択比でかつアンダーカットなくエツチングでき、第
2図(4)に示すように微細な溝17を形成できる。エ
ツチング法としては5fOtやPSGに対し高い選択比
で8iを異方的にエツチングできるものであればよく、
上記以外にSF6とH2の混合ガスを用いたマイクロ波
プラズマエツチングなどが適する。
上記エツチング方法によって形成した溝17の幅は、数
nmの誤差で制御可能なPSGI2のサイドエツチング
量で決めているため、その他の加工誤差として熱酸化嘆
15のバーズ・ピーク(Bird s Beak )の
制御性等を考慮しても、溝深さ2〜3μmの場合には数
十nmの精度で、浅い溝の場合にはさらに高精度で制御
可能である。
第2図(5〕はこのようにして形成した微細溝上に絶縁
膜18と電極19を設けたMOSキャノくシタである。
従来のホトエツチングでは溝が1つしか形成できない領
域に、2つ溝を形成しているためキャパシタとしての面
積が増えるばかりでなく、溝が微細であるため、電極1
9として必要な膜厚分だけ例えば多結晶シリコン膜をC
VD (化学蒸着)で形成することによって溝を平坦に
埋め込むことができる。
実施例2 第3図は本発明の他の実施例を示す工程図である。
シリコン基板1上に形成した5fO221と8i3N4
22の2層から成るマスクパターンを実施例1と同様の
ホトエツチングにより形成した後、シリコン基板1と8
isN422の中間層である5fC)z21を所望の溝
幅分サイドエツチングし、続いてCV DK ヨ、り 
813N423 ヲ堆MRLテ第3 図(1)O形状を
得る。SiO冨21のサイドエツチングに10倍の水で
のフッ酸希釈液を用いると25nm/mの速度でエツチ
ングできる。フッ酸の希釈度で工ツチング速度を自由に
選べ、高精度の寸法制御が可能である点は実施例1のP
SGの場合と同様である。
次に、多層膜マスクのエツチングと同じくフレオン系の
ガスを用いた反応性スパッタエツチングによ’) S 
is’N423を膜厚分だけエツチングすると、第3図
(2)に示すように5tOz21をサイドエツチングし
た領域を埋める5lsN424を残してマスクパターン
部以外のシリコン基板表面を露出でき、さらに露出され
たシリコン基板表面を実施例1と同様に熱酸化すること
によって8i0s25で被覆できる。
リン酸によシ5jsN422および残在s 1sNa2
4を除去すると、残存813N424直下のシリコン基
板表面が露出され、続いてマスクパターンのSiO宜2
1と上記熱酸化で形成した5i(h25をエツチングマ
スクに、CC440g混合ガスの反応性スパッタエツチ
ングまだは8Fs  Hz混合ガスのマイクロ波プラズ
マエツチングによりシリコンをエツチングして第3図(
3)に示す微細溝26を得る。
第4図は本発明のエツチングによシ形成した牌を用いた
MOSメモリセルのfilである。
フィールド酸化膜39を形成する前または後に本発明に
よる溝31を形成し、続いて絶縁膜32と第一多結晶シ
リコンゲート33を形成し、信号電荷を蓄積するキャパ
シタを構成した。次に、層間絶縁膜34、第二ゲート絶
縁膜35、第二ゲート(ワード線)36、n0ドレーン
37等を形成し、反転容量形式のMOSメモリセルを構
成した。
第4図より明らかなように、本発明のエツチング方法に
よって、従来は1本の溝し力・形成できなかった領域に
、二重に折り重なる溝31が形成できておシ、このため
側壁41による容量増加は従来の2倍にすることができ
たばかりでなく、碑が微細であるため第一ゲート電極3
3によって溝31が平坦に埋め込まれており、セルを配
列した場合に溝31上の段平によってビット線ワード線
等の配線の断−、ショートが起こるという問題はない。
第5図は本発明のアイソレーション(絶縁分離)への応
用を示す。
素子を形成する活性領域51間に本発明のエツチングに
よる溝52を形成し、熱酸化および5iOz等のCVD
によって溝52を絶縁材53で充填し、通常のホトエツ
チングによシ活性領域51の表面を露出して第5図の形
状を得た。このようなアインレーション構造では、溝5
2が一定幅で微細なため、溝52の埋め込み平坦化が通
常のCVDで容易にできることが特徴である。また、溝
52間の領域54も活性領域として用いるように素子を
配置すれば、超微細なアイソレーションを実現すること
も可能である。
以上説明したように、本発明は、多ノー膜よ構成るマス
クパターンの中間層をサイドエツチングで後退させてで
きた領域の半導体基板を露出させ、露出された部分をエ
ツチングして溝を形成するものである。
基板の露出された部分の幅は、サイドエツチングの量に
よって決まシ、このサイドエツチング蓋は周知のフッ酸
等によるウェットエツチングによシ数nmの高精度で制
御可能である。基板のエツチングは反応性スパッタエツ
チングやマイクロ波プラズマエツチングによシアンダー
カットなく画直にエツチングできるので、幅の極めて狭
い溝を形成することが可能である。また、このような溝
を用いることによって、従来のエツチング方法では困難
であった大容量のMOSキャパシタや平坦で微細なアイ
ソレーションを実現できる。
なお、上記実施例では、マスクパターンの材料としてS
 i 02 、5iaN4. P SGを用い、マスク
パターン以外の基板面の被覆に5i02を用いた。
しかし、本発明で使用できる膜はこれらに限定されるも
のではなく、その他生導体装置用%檎材料を使用できる
。マスクパターンとしては、中間層の膜とその上下にあ
る膜(基板を含む)とのエツチング特性が異なるように
材料を選んで使用でき、マスクパターン以外の基板面の
被覆には、基板表面への不純物拡散(インプラ)による
表面のエツチング特性の変換ヤ蒸着膜形成後マスクパタ
ーン最上層膜のエツチングによるリフトオフを用いて基
板面だけに蒸着膜を残すなど遣々の方法が使用  領域
可能である。
また、本発明は半導体基板のみではなく、多結晶シリコ
ン膜等へのエツチングにも応用可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のエツチングによる溝を用いたMOSキャ
パシタ、第2図および第3図は本発明の異なる実施例を
示す工程図、第4図は本発明を応用したMOSメモリセ
ルの図、第5図は本発明のアイソレーシヨンへの応用例
の図である。 1・・・Si基板、2,18.32・・・キャパシタ絶
縁膜、3,19.33・・・キャパシタ電極、4,41
・・・側壁、5・・・凹部、11,13,22,23゜
24・・・5iaN4膜、12・・・PSG膜、14・
・・PEGサイドエッチ領域、15,21.25・・・
酸化膜、1腎1 17.26,31.52・・・溝、34・・・層間絶縁
膜、35・・・ゲート絶縁膜、36・・・ワード線、3
7゜38・・・n+拡散層、39・・・フィールド酸化
膜、51・・・活性領域、53・・・絶縁材、54・・
・溝間活性(3) χ 2  回 ↓ )] ¥−I 2 図 ¥I 3  口

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、半導体基板の表面上に形成された2層以上の多層薄
    膜から成るマスクパターンの中間層の薄膜をサイドエツ
    チングによって後退させるとともにマスクパターン以外
    の半導体基板表面上には保護膜を形成した後、上記サイ
    ドエツチングした領域の半導体基板表面を露出させ、上
    記露出された部分の半導体基板をエツチングして溝を形
    成することを%徴とするエツチング方法。 2、上記半導体基板はシリコンであシ、上記保護膜はシ
    リコン酸化膜である特許請求の範囲第1項記載のエツチ
    ング方法。
JP57083013A 1982-05-19 1982-05-19 エツチング方法 Pending JPS58200541A (ja)

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JP57083013A JPS58200541A (ja) 1982-05-19 1982-05-19 エツチング方法

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