JPS61500821A - デバイスの製造における無転移スロット分離のための方法 - 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】 デバイスの製造における無転移 スロット分離のための方法 ＆里！襄りＬ この発明は一般的に半導体ウェハに電子回路のスロット分離を設けることに関し 、一層特別には反応性イオンエツチング技術によりシリコンウェハに無転移のス ロットを形成するための方法に関する。

′景および従来技術論述 半導体ウェハには多数の回路構成が作り上げられる。成る場合においては１つの 構成賢察から他の構成要素への電子的分離を与えることが必要である。これを成 し遂げるための１つの方法は近接する回路構成間に明確な分離を形成する半導体 ウェハに窪みを設けることである。そのようなαみまたはスロットは無定型シリ コンのような適当なフィラー物質によって通常満たされる。

半導体ウェハに設けられる窪みまたはスロットは、ウェハの表面を保護層、一般 的には酸化層により覆い、その酸化層をフォトレジスト層により覆い、所望の窪 みまたは′スロットの位置に対応する位置に一連の窪みを設けるためにそのフォ トレジスト層を露光しかつ現像し、それからその下側に横たわるウェハを露出す るためにその酸化層のこのように露光された部分をエツチングすることによって 慣用的に形成される。その後、異方性の反応性イオンエツチングの技術はそのウ ェハに所望の深さのスロットを切欠くことに用いられている。プラズマ内のイオ ンはそのウェハが′　その上、に置かれている電極に印加されるバイアス電圧に よりウェハの表面方向に一般的に加速される。

従来技術のプラズマエツチング技術には多数の問題が存在する。存在する問題の １つはイオンに高エネルギを与える比較的高いバイアス電圧の使用によりその、 ようなスロットの底より下で不純物が半導体ウェハに導入されることである。そ のような不純物はつ１ハに嵌め込まれた回路の性能に有害に影響する。存在する 他の問題はそのようなスロットの底が１つの頂点となったりまたは鋭い頂点の連 続となったりまたは先端となったりするようなことにおいて極めて角が立つよう になりがちであることである。これが生じたとき、債の酸化サイクルはデバイス の破費に通じるウェハにおける転移の発生をもたらす。上述の問題のいかなる解 決も半導体ウェハの製造において製造１１８間が過度に長くはないことが重要で あるという事実を考慮に入れなければならない。

発明の概要 そこに所望の深さの窪みを設けるために半導体ウェハをエツチングする新規な方 法を提供することがこの発明の目的である。

この発明の他の目的はほぼ平行な壁を有しかつその底に頂点や先端がほぼ存在し ないで半導体ウェハに窪みを設けることである。

この発明の他の目的は従来技術の方法に匹敵する速度でありかつエツチングプロ セスによってもたらされるダメージを減じたウェハを！１１８Ｉ造する半導体ウ ェハのエッヂング方法を提供することである。

付加的な目的、利点およびこの発明の新規な特徴は以下に明細自の中で幾分間ら かにされかつ幾分下記の調査の上で当業者に明らかになりまたはこの発明を実施 することにより習得されるかもしれない。その目的およびこの発明の利点は添付 された請求の範囲において特に指摘された手段。

方法および組合わせにより理解され達成されるであろう。

発明の陳述 この発明の上述および他の目的は、所望の深さの窪みを形成するためにエツチン グされるべきウェハの部分をそれを通じて露出する一口を有するマスキング層に よりマスクされた半導体ウェハをエツチングすることより、実施され。

かつここで概略述べられているように、この発明の目的に従って遂行される。こ の方法はまず第１に、比較的高いバイアス電圧−比較的高いエネルギのプラズマ エツチング条件の下で塩素と形状修正棒とを含むプラズマを用い露出された部分 を所望の深さよりも浅い第１の深さにプラズマエツチングし、次に第２に、比較 的低いバイアス電圧−比較的低エネルギのプラズマエツチング条件の下で塩素を 含みかつ形状修正棒のほとんどないプラズマを用い第１の深さから所望の深さま でその窪みをエツチングすることを含む。

この発明に従って操作したとき、スロットはほぼ平行な側面の壁と特にスロット の底部においては顕著であるがほぼ円形の内側とを有して半導体ウェハに形成さ れる。不純物の１およびウェハにおけるダメージはスロットの浅いまたは深い部 分への低バイアス電圧−低エネルギプラズマの使用により比較的低く、維持され る。

得られる利点および特徴の陳゛１ 半導体ウェハに不純物が少なくかつダメージが少なくかつほぼ平行な壁とほぼ滑 らかな底部を有するスロットを設けることにより、近接の回路構成がらウェハ内 における回路構成を良好に分離することが成し遂げられる。さらに、上述のこと はウェハの中にスロットをエツチングするために必要される時間を大して増大し ないで行なわれる。

図面の簡単な説明 この発明の明細書に組み入れられかつ明細書の一部を構成する、添付図面は、こ の発明の一実施例を示し、明［ｉとともにこの発明の詳細な説明するのに役立つ 。図において： 第１図はそれについてエツチングを開始する前における半導体ウェハの側面図で ある。

第２図はこの発明の第１のプラズマエツチングのステップの完了後における半導 体ウェハを示す第１図と同様の図である。

第３図はこの発明による第２のプラズマエツチングステップの完了に伴う半導体 ウェハを示す、第１図および第２図に同様な図である。

発明の詳細な説明 その−例が添付図面に示されているこの発明の好ましい一実施例について詳細に 言及が今やなされるであろう。

第１図はマスキング層１４を介して露出されたその表面の部分１２を有するシリ コンウェハ１０を示す。マスキング層１４は３つの部分からなる。下部１６はウ ェハ１ｏの表面１８に接する。下部１６は一般的にフィールド酸化層として通常 知られている二酸化珪素層の性質を帯びている。

フィールド酸化層は酸化剤として酸素および／または蒸気を用いて基板を酸化す ることにより慣用的に設けられ得る。

フィールド酸化層１６の頂部には窒化珪素の性質を有する中間層２０がある。窒 化性＃層は一般的に化学堆積法（ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｖａｐｏｒ　ｄｅｐｏｓｉ ｔｉｏｎ　）により慣用的に設けられる。窒化珪素層の頂部にはｉｆｆｆｆ積層 化層て一般的に知られている上部二酸化珪素層２２が存在する。堆Ｍ酸化層は一 般的に化学堆積法により慣用的に形成される。

堆積酸化層２２に設けられている開孔２３は反応性イオ　ンにより異方的にエツ チングされるべきウェハ１０の部分１２を露出する。この開孔２３は堆積酸化層 ２２の頂上に（図示しない）フォトレジスト層を設け、ウェハ１０の部分１２上 の領域において堆ｗ４酸化層を露出するために゛フォトレジスト層を現像しそし てウェハ１ｏの部分１２を露出するために堆積ふ一一酸化層２２．窒化層２ｏお よびフィールド酸化層１６を通じてエツチングすることにより通常形成される。

このようなエツチングは、たとえば、フッ化水素水またはこの発明の部分を形成 しないフッ素を含むプラズマを用いてプラズマエツチングするような他の慣用的 な技術を用いて成し遂げられ得る。

第２図はこの発明の第１ステツプの後に現われるシリコンウェハ１０を示す。こ のステップは塩素と形状修正種とを含むプラズマを用いて比較的高いバイアス電 圧と比較的高いエネルギのプラズマエツチング条件の下でウェハ１０の部分１２ を反応性イオンによりエツチングすることを含む。この形状修正種はウェハ１０ に形成されている窪みまたはスロット２６の側壁２４をほぼ垂直にかつ平行に維 持する目的に役立つ。塩素および形状修正種の両者はスロット２６に望まれるか つ好都合な形状を供給づるために必要である。

このステップのプラズマエツチングが行なわれている間、シリコン基板は衝突す るイオンによりダメージを受けかっまた不純物がスロット２６の底部２９の真下 でシリコンウェハ１０の領域２８に導入される。この損傷領域２８は間もなく明 らかになるであろう叩出により問題を構成しない。

発明の第１のプラズマエツチングのステップは、比較的高バイアス−比較的高エ ネルギの条件の下にありしかもなお壁部２４に対して望まれる形状を維持するの でこのように速いエツチングを付与する。

塩素は塩素自体として付加されてよい。代わりに、三塩化硼素、四塩化珪素、六 塩化硫黄または四塩化炭素のような１！！索を生ずる化合物が、単独で、互いに 組合わせてまたは塩素と組合わせて必賛とされる塩素を供給するのに役立ち得る 。後者の場合には、塩素を生ずる化合物はまた形状修正種として役立ち得る。

第３図はこの発明の第２のプラズマエツチングのステップに伴うスロット２６を 示す。スロットは今や大体その所望の深さまで孔があけられている。第１のプラ ズマエツチングステップによる不純物と損傷とが包含されたシリコンウェハ１０ の（第２図に示す）部分２８は今これ自体が除去される。第２のプラズマエツチ ングのステップの状態は第１のプラズマエツチングのステップの状態よりも十分 穏やかである。特に、第２のプラズマエツチングのステップは比較的低バイアス 電圧および対応する比較的低エネルギを用いて遂行される。さらに、プラズマは 、それがなお塩素を含ｌυでいる間、上述した形状修正種がほとんど存在しない ようにしなければならない；たとえば、塩素は塩素分子巨は、〉から生ずるに追 いない。これらの比較的穏やかな条件の下で、ウェハ１０における領域３０には 有効な不純物はほとんどまたは全く供給されない。この領！３０は第２図に示さ れる領域２８の下部領域である。第２のプラズマエツチングのステップの間にお いて３２により示された領域に示されているようにスロット２６の壁部２４は内 側に幾分先細になっているがこのことは比較的重要ではなく、スロット２６の底 部２９にはいがなる先端または頂点も形成されない。

比較的高いバイアス電圧−比較的高いエネルギおよび比較的低いバイアス電圧− 比較的低いエネルギという用語はここにおいて反応性イオンエツチングの条件を 説明するために用いられている。比較的高いバイアス電圧−比較的高いエネルギ という用語は少なくとも約１８０ボルトのバイアス電圧を示すために用いられて いる。比較的低いバイアス電圧−比較的低いエネルギという用語は約１８０ボル トよりも高くないバイアス電圧を示するために用いられている。トクダ（Ｔｏｋ ｕｄａ　）　ＴＲＩ　Ｅ−３０３平行板パッチ反応器はここで説明されたプラズ マエツチングを遂行するのに用いられている。このような装置においてはウェハ １０は相対する接地された電極に関して負のバイアスを有する電極上に位置する 。他の商業的に有益なバッチ反応器を用いて同様な結果が得られでいる。

損傷されたシリコンの薄い層を取り除くために湿式ケミカルエツチング処理を用 いて第２のプラズマエツチングのステップに続くことが有利である。特に、ｉｉ ｌ’！３図において３２で指示された領域に見られるシリコンはスロット２６か らエツチングされることが好ましい。このような湿式ケミカルエツチングはそれ から一般的にスロット２６からいかなる望まれない化学物質を除去するために洗 浄するステップに続く。

この発明の第１のプラズマエツチングのステップに利用された形状修正棒は多数 の化学種のどれでもよい。たとえばアルゴンが極めて有用であることが見い出さ れている。

他の有用な形状修正棒は水素、窒素およびフッ化物を含まない三ハロゲン化硼素 、四ハロゲン化珪素、四ハロゲン化炭素および六ハロゲン化硫黄、アルゴン以外 の他の不活性ガスおよび類似するものを含む。この形状修正棒はプラズマに対し で希釈剤として作用しかつスロット２６内のコーナ部に丸みをつけるようにかつ 壁２４を垂直に維持するように作用する。もし、塩素がこの発明の第１のプラズ マエツチングのステップについて用いられているように同じ高いバイアスの電圧 −８エネルギ状態の下で単独で用いられると、その結果はスロット２６の底部２ ９に１対の尖端または１つの頂上のどちらかである。この形状修正棒が利用され たときには尖端および／または頂上の代わりに丸みを有するコーナが結果として 生じる。塩素および利用された形状修正棒の個々の量は広い範囲内に変動しても よい。しかしながら一般的には塩素はモルでプラズマの約３０％から約９０％を 構成し、一方形状修正種はプラズマの残余（１０％から７ｏ％）を構成する。

この発明の第２のプラズマエツチングのステップに続いて利用されるかもしなれ い湿式のケミカルエツチング流体は多数の組成物のいずれのものでもよい。しか しながら一般的には、湿式ケミカルエツチング流体はヨウ素の存在するかまたは 存在しない、酸フッ化物を含む溶液を含む。この湿式ケミカルエツチングのステ ップは一般的にスロット２６の壁部２４および底部２９から少なくとも約２５０ オングストロームの損傷されたシリコンを除去するために利用され、ざらに好ま しくは約７５０オングストロームまでの損傷されたシリコンを除去するために利 用される。この湿式ケミカルエツチングのステップはまた底部２つに近接しズ窪 みを拡げることによって窪み２６の形状を改良するために役立ちかつスロット２ ６の側壁部２４および底部２９からシリコンや望まれない不純物や損傷された領 域を除去するために役立つ。１つの有用なエツチング溶液は酸化クロム、フッ化 水素および水を含む。他の有用な溶液はヨウ素、水、硝酸およびフッ化水素を含 む。さらに他の湿式ケミカルエツチング流体は硝酸、酢酸およびフッ化アンモニ ウムを含む。下記に示す第１表は首尾良く利用された４つの特別な組成を示す。

その湿式ケミカルエツチング流体の厳茫な化学構造は重要ではない。重要なこと は残留物を残さない比較的緩慢なエツチングをするようにその流体が選択される ことである。スロット２６は湿式ケミカルエツチングのステップの完了に続いて 、湿式ケミカル流体のすべての痕跡が取り除かれることが確実となるように徹底 的湿式ケミカルエツチング組成物 ＬＬ！ＬＡ４１１１或物Ｂ　且１１旦　組成物り至ｍ　’Ｘｉ　ｌ監　ｆｆ１ｌ 監　ｌ　組　ｌＨＦ　ｌｏｏｍｌ　ＨＯＡＣ＊　２１００ｍ１　ＨＯＡＣ９６０ ｍＬ　Ｈ２Ｏ９６０ｍＬＨ２０２０００，ｍｌ　ＨＦ　４０ｍ１　ＮＨ４Ｆ　ｌ ｌｏｍｌ　ＮＨ４Ｆ　１１０ｍＬＨＮＯ３５２００ｍｌ ；ＩτＩ２の溶液として酢酸（、ＨＯＡ　Ｃ、＞中に使用前に混合このようにし て、第１−３図に示されているように、この発明の方法はシリコンウェハ１０に おける最小の不純物および雌牛の損傷でもってシリコンウェハ１０に所望の形状 のスロット２６な設けることである。ざらに、そのような方法は比較的短い処理 時間内で成し遂げられる。

この発明の好ましい実施例の上述の説明は例証および説明の目的のために示され ている。開示されたまさにその形態に徹底的であるべきことまた開示されたまさ にその形態にこの発明を制限するように意図されているのではなく、明らかに多 くの修正と変更が上述の教示に照らして可能である。この実施例は期待される特 別の使用に適用するように様々な実施例においてかつ様々な修正をもって他の当 業者がこの発明を最良に利用することができるように発明の原則とその実際的な 適用を最も良く説明するために選択されかつ説明されている。この発明の範囲は ここで添付されている請求の範囲によって規定されるように意図される。

国際調査報告

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．マスキング層によりマスクされたシリコンウエハをエッチングする方法であ って、 前記マスキング層は所望の深さの窪みを形成するためにエッチングされるべき前 記ウエハの部分をそれを通じて露出する開孔を有し、 比較的高いバイアス電圧一比較的高エネルギのプラズマエッチング条件の下で、 塩素と形状修正種とを含むプラズマを用いて前記部分を前記所望の深さよりも浅 い第１の深さにプラズマエッチングする第１のステップ、比較的低いバイアス電 圧一比較的低エネルギプラズマエッチングの条件の下で、塩素を含みかつほとん ど形状修正種の存在しないプラズマを用いて前記第１の深さから前記所望の深さ に前記窪みをプラズマエッチングする第２のステツブおよび、 前記窪みに湿式ケミカルエッチング流体を接触する第３のステップを含み、 前記流体は前記窪みから損傷されたシリコンの所望の厚みをエッチングにより除 去するように選択され、前記接触は前記窪みからシリコンの前記所望の厚みをエ ッチングにより除去することを成し遂げるために十分な時間行なわれ、さらに 前記窪みから前記ケミカルエッチング流体を洗浄するステツブを含むシリコンウ エハをエッチングする方法。
2. ２．前記塩素はプラズマエッチング条件の下で塩素を生じる化合物からプラズマ 中に生成される、請求の範囲第１項記載のシリコンウエハをエッチングする方法 。
3. ３．前記形状修正種は希ガス，水素．窒素およびフッ化物を含まない三ハロゲン 化硼素，四ハロゲン化珪素，六ハロゲン化硫黄および四ハロゲン化炭素を構成す るグルーブから選択される、請求の範囲第１項記載のシリコンウエハをエッチン グする方法。
4. ４．前記温式ケミカルエッチング流体は酸フッ化物を含む溶液から構成される、 請求の範囲第３項記載のシリコンウエハをエッチングする方法。
5. ５．前記湿式ケミカルエッチング流体はさらにヨウ素を含む、請求の範囲第４項 記載のシリコンウエハをエッチングする方法。
6. ６．前記温式ケミカルエッチング流体はさらに酸化クロムを含む、請求の範囲第 ４項記載のシリコンウエハをエッチングする方法。