JPS63316440A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPS63316440A
JPS63316440A JP15108487A JP15108487A JPS63316440A JP S63316440 A JPS63316440 A JP S63316440A JP 15108487 A JP15108487 A JP 15108487A JP 15108487 A JP15108487 A JP 15108487A JP S63316440 A JPS63316440 A JP S63316440A
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JP
Japan
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trench
etching
gas
side walls
deposit
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JP15108487A
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English (en)
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Toshiyuki Kuramochi
倉持 俊幸
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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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】 〔概要〕 シリコン・トレンチエツチングを行つ際に、耐エツチン
グ性のある堆積物を生じさせることで垂直または順テー
パの側壁形状を得る。
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体装置の製造方法、特にシリコン基板にト
レンチを形成する方法に関する。
〔従来の技術〕
半導体装置の形成において、シリコン基板上での素子分
離および容量素子としてトレンチ(溝)をエツチングで
形成しそのトレンチを加工することが行われる。より具
体的に言うと、半導体装置の能動素子を基板上で分離す
る場合および容量素子を基板上に形成するために、基板
上にエツチングによってトレンチを形成する。そして、
トレンチを加工するガスとしては、四塩化炭素(Cα4
)、CCRu + 02を使用し、リアクティブ・イオ
ン・エッチング(R,1,E、)でエツチングする。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来のCfJqまたは■−+02を用いるトレンチ加工
において、■底荒れ、側壁荒れの問題と■サブトレンチ
発生の問題がある。 。
底荒れについて第3図を参照して説明すると、底荒れと
は同図ta)に示される如(、シリコン基板21に形成
したトレンチ22の底に図示の如き針状突起が発生する
ことをいう。
かかる針状突起が発生する原因は、トレンチの底を拡大
して示す同図(b)を参照すると、エツチングに使用す
る前記ガスに含まれるカーボン(C)23がエツチング
において底の上に堆積する。エツチングが進行すると、
このカーボン23がマスクとなって、カーボン23相互
間のカーボンが堆積されていない空いた部分だけが同図
に実線で示す如くにエツチングされる。しかし、エツチ
ングがさらに進行するとカーボン13が細って同図に点
線で示す如くにエツチングされて所要の時間が経過する
と針状突起が形成され、このような針状突起をもったト
レンチは使用することができない。
側壁荒れについて説明すると、CCRuを用いるエツチ
ングにおいて、同図(C)に示される如くトレンチの側
壁上にもカーボンが堆積する。
側壁上にカーボン23が堆積しない部分があると(同図
(dl)、その部分から基板内にR,1,E、で発生す
るラジカル、イオンが侵入して基板を同図に点線で示す
如くエツチングし、R,1,E、が終るとトレンチの形
状は同図(e)に示される如くになる。かかる側壁荒れ
のあるトレンチも使用することができない。
cci!幡 :  200 (sccm)、02  :
 20 (sccm) 、高周波(RF)電カニ 40
0W、圧カニ  0.05 TorrのR,1,E。
実験において、トレンチの底荒れと側壁荒れが発生する
ことが確認された。
サブトレンチについて第4図を参照して説明すると、ト
レンチ形成のための初期の段階では、R,1,E、にお
いてイオンは直進するので、トレンチ22は同図(a)
に実線で示す如く真直ぐにエツチングされる。 R,1
,E、が進行すると図に丸印をつけた部分のイオン密度
が大になり、その結果イオンの一部は直進することなく
曲って進行し、それによってトレンチ22に図示の如く
テーパがつくだけでなくトレンチの底の形状は同図(b
)に示す如く鋭角になる。トレンチ22の底のこの鋭角
部分はサブトレンチ25と呼称されるが、かかるサブト
レンチ25が作られるとそこに電界が集中し、トレンチ
をMOSトランジスタの容量素子として用いる場合にこ
の電界集中が悪影響を与える。
バイポーラICにおいては、第5図に示される如(シリ
コン基板にn1層(埋没層)24が形成される。このn
1層24はSb” 、 As” 、 P+を1×IQ 
15 167C…2の高ドーズ量でイオン注入して形成
されるもので、そこはカーボンとのなじみが悪くカーボ
ンが堆積しにくいために、第5図に示される如くにn+
 層24でえぐられたようにサイドエツチングされるこ
とがある。このn1層層におけるサイドエツチングは、
n + 9層のFermi準位が低下し、基板の対エッ
チャント反応性が高くなっていることによるものと解さ
れる。
CCi! 4 :  200 (5ccn+)、02 
 : 10 (sccm) 、RF: 400W、圧カ
ニ 0.07TorrのR,1,E、実験において、か
かるサブトレンチとサイドエツチングの発生が確かめら
れた。
以上に加えて、R,1,E、においてはシリコン基板を
のせたサセプタに一200v〜−700Vのバイアスが
かかり、このバイアスによってカーボンが基板内に50
0人程度の深さに拡散してシリコン基板を汚染し、容量
素子においてこのカーボンがリークや静電破壊の原因と
なる。後処理のアニールでカーボンによる基板汚染はあ
る程度治癒されるが、基板が完全にもとの状態に戻るこ
とはないので、カーボン拡散の問題も無視することはで
きない。
さらに、エツチングガスであるCCe uおよび反応生
成物が人体に悪影響を及ぼす問題も報告されている。
本発明はこのような点に鑑みて創作されたもので、トレ
ンチ形状の適正比が実現されるエツチング方法を提供す
ることを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
第1図は本発明第1実施例断面図で、図中、11はシリ
コン基板、15は5i02膜12、Si3Ng膜13、
PSG膜14で構成されるエツチングマスク材、16は
トレンチ、17は堆積物である。マスク材は、PSGに
限らずメタルでもよい。
本発明の第1実施例において、シリコン基板11にトレ
ンチ16をリアクティブ・イオン・エッチングによって
形成する工程において、エツチングガスとして〔塩素+
酸素〕ガスを使用し、トレンチ16の側壁に二酸化シリ
コンを主成分とする堆積物を堆積させつつエツチングし
、本発明の第2実施例において、シリコン基板11にn
→ 層が形成されている場合、〔塩素(α2)十三塩化
ホウ素(BCe3)十酸素(02) )ガスを使用し、
リアクティブ・イオン・エッチングによりトレンチ16
を形成する。
〔作用〕
前記した第1実施例においては、SiO2を主成分とす
る耐ドライエツチング性のある堆積物17がトレンチ1
6の側壁、主として側壁の上方部分に形成された状態で
R,1,E、を行うので、トレンチ形状の適正比が実現
される、すなわち、底荒れ、側壁荒れ、サブトレンチの
発生のないトレンチ16が形成され、また第2実施例に
おいて堆積物は5i02に8203が加わったものであ
るが、それも耐ドライエツチング性をもち、第1実施例
と同様の作用をなす。
〔実施例〕
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
第1図を参照すると、MOS ICの製造を予定してシ
リコン基板11にn  層は形成されていない。
トレンチの形成には、現在までに試みられたことのなか
ったci:2+02ガスを使用し、ri2:  02#
 90.0 : 20.0 (sccm)の流量(実流
量)および流量比とし、圧力は2.67Pa (2,Q
 X 1O−2Torr)、高周波出力は2.36W 
/ Ba2 としてR,1,E、を行なったところ、エ
ツチングされるトレンチの側壁の主として上方部分に、
SiO+を主成分とする堆積物17が形成され、この堆
積物17が作られたことによって、トレンチ側壁が垂直
で、側壁荒れ、底荒れ、サブトレンチの発生のない形状
を得ることができた。堆積物17はフン酸と水を用いる
処理によって完全に除去され後に残ることはないもので
ある。
シリコン基板11に第5図に示された如きn+b層が形
成されている場合、SiO2膜12、Si3Ng膜13
、PSG 1m!14によって構成されるエツチングマ
スク材15に通常のりソグラフィ技術で窓18を開口し
、次いで、(J!2 + Bα3+02ガスを用いるR
、1.E。
を行う。α2:Bα3 :  02−85.7= 4.
1 : 19.8(scca+)の流量(実流I)およ
び流量比、圧力は2.67Pa (2,OX 10− 
’ Torr) 、高周波出力2.36W/cm’ と
設定することによりトレンチ側壁が垂直で、側壁荒れ、
底荒れ、サブトレンチの発生のない形状を得ることがで
きた。 Bα3ガスを用いる理由は、Fermi準位の
低下に対しても反応性が低く、対エツチング性の高いB
2O2を含む堆積物17を形成させるBα3ガスを添加
することによってn +i  層でのサイドエツチング
を防止することができるからである。なおこの場合の堆
積物17の主成分である5i02とB103はシリコン
基板に拡散することがなく、同基板に悪影響を及ぼさな
い物質であり、トレンチ形成後のフン酸と水を用いる処
理によって完全に除去され、後に残ることはない。
上記したCi!2 + BCi! 3 + 02 ヲ用
イルR,1,8,4;!n + b 層が形成されてい
るバイポーラICの製造において用いるもので、第5図
を参照して説明したサイドエツチングを防止するために
Ba3を用いるのである。
次に、Ce2 + BCf! 3 + 02を用いるI
?、 1.f!、について本発明者が行った実験につい
て説明する。
第2図(a)はエツチングレートと圧力の関係を示す線
図で、ガス流量はBCe 3 : 10 (5CCII
+) 、CI!2: 100  (sccm)、 02
  : 20 (sccm) 、RF出カニ60叶、エ
ツチング時間: 600secの条件下におけるもので
、縦軸にエツチングレートを〔人、/+in)で、横軸
に圧力を(Torr)でとった。同図で、線Aから右は
サイドエツチングの発生し易い領域、線Bから右は堆積
領域である。ここで堆積領域とは、エツチングストップ
にはならない堆積が発生し、基板表面に5i02/ 1
3203を主成分とした堆積物が堆積した状態の領域を
示す。同図から、圧力Q、QITorr以下ではエツチ
ングレートが5000人/minを切って実用的でなく
、0.06Torrを超えるとサイドエツチングが発生
するので、0.02〜0.06Torrが実施可能な範
囲であることが理解される。
次に02対Bα3.02対便2、鄭2対8鄭3.02対
BCl23.02対α2、鄭2対Bα3の表示流量を変
更させた場合の結果について第2図(bl〜(J)を参
照して説明する。ここで、堆積領域は前記したとおりで
あり、流量はすべてマスフローメータの表示を直読した
もので、実流量換算はα2 ! 0.858 X表示値 B匡3 : 0.407 x表示値 02 : 0.991 X表示値 によって与えられる。
基板はn + b 層の存在するものを使用したのでB
鄭3流量=0のデータは取らなかった。第2図(b)〜
U)において、砂地で囲まれた領域内が有効領域で、有
効の判定基準は、 ■エツチング速度 4.000人/min≦E、R,≦9,000人/mi
nとした、■基板表面にSiO2/ Bz03系の堆積
物が存在しないこと、 ■パターン内部に堆積物によるエツチング残が存在しな
いこと、 ■n→ 層でのサイドエツチングが存在しないこと、 ■トレンチ底部に底荒れが存在しないこと、■トレンチ
側壁荒れが存在しないこと、■サブトレンチが存在しな
いこと、 としたので、有効領域は現実に実施可能な領域である。
〔発明の効果〕
以上述べてきたように本発明によれば、トレンチの底荒
れ、側壁荒れが抑制され、サブトレンチの発生を抑止で
き、炭素を主成分とした反応生成物によるシリコン基板
汚染から回避できる、などの効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明実施例断面図、 第2図(al〜0)は本発明の実施態様を示す線図、第
3図〜第5図は従来例断面図である。 第1図において、 11はシリコン基板、 12は 5iOz膜、 13はSi7Ng膜、 14はPSG膜、 15はエツチングマスク材、 16はトレンチ、 17は堆積物、 18は窓である。 代理人  弁理士  久木元   彰 復代理人 弁理士  大 菅 義 之 冬窟朗′#1文電例薗重加 第1図 、1−肥朗A*前豚様を科簿工 城未l?f+1断tコ 第3 閏 / トレン′r 22 次刺ill含イ加コプコ 第牛図 ・15μm1虹引箇 第5図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)シリコン基板(11)にトレンチ(16)をリア
    クティブ・イオン・エッチングによって形成する工程に
    おいて、 エッチングガスとして〔塩素(Cl_2)+酸素(O_
    2)〕ガスを使用し、 トレンチ(16)の側壁に二酸化シリコン(SiO)を
    主成分とする堆積物(17)を堆積させつつエッチング
    することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. (2)前記シリコン基板は、n^+型の埋没層の形成さ
    れたものであり、前記エッチングガスは更に三塩化ホウ
    素(BCl_3)を含むものであることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の方法。
JP15108487A 1987-06-19 1987-06-19 半導体装置の製造方法 Pending JPS63316440A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5520770A (en) * 1990-09-28 1996-05-28 Seiko Epson Corporation Method of fabricating semiconductor device
US7163871B2 (en) 2003-01-27 2007-01-16 Elpida Memory, Inc. Manufacturing method of semiconductor device and oxidization method of semiconductor substrate
JP2008258265A (ja) * 2007-04-02 2008-10-23 Fujitsu Microelectronics Ltd 半導体装置及び半導体装置の製造方法

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