JP3631391B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置の製造方法に係り、特に半導体基板又は半導体基板上の絶縁膜に開口部の寸法に比べて深さの値が大きい凹部を形成するためのドライエッチング方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、開口部の寸法に比べて深さの値が大きい凹部(以下高アスペクト比のトレンチと呼ぶ)を半導体基板に形成する際、まず半導体基板上の絶縁膜に、半導体基板表面に達する深いトレンチを形成し、この深いトレンチをエッチングマスクとして、さらに半導体基板に高アスペクト比のトレンチを形成する方法が取られてきた。
【0003】
絶縁膜への深いトレンチの形成は、通常レジストをマスクとして行われるが、このとき、解像度の高い薄膜化レジストによる厚い絶縁膜の高アスペクト比のエッチングが要求される。この厚い絶縁膜のエッチングは、通常フッ素系のガスを用いたドライエッチング方法により行われるが、高アスペクト比でエッチングするためには、大電力の高周波印加の条件で長時間のエッチングを行うことが必要とされる。
【0004】
このためエッチング中に被処理物の温度が上昇し、レジスト上部に付着するフッ化物からなるエッチング生成物が、熱によりトレンチ開口部の回りで移動する現象を生じ、開口部の周辺に通常スキャロップ(帆立て貝の凹凸を意味する)と呼ぶ凹凸形状が発生するようになる。
【0005】
この開口部の凹凸は、トレンチ加工においてトレンチの内部にまで転写され、またスキャロップが生じた層間絶縁膜をエッチングマスクとしてシリコン基板にトレンチを形成すれば、シリコン基板に形成された高アスペクト比のトレンチの内部にもスキャロップがさらに転写されるので、このトレンチ内部にも凹凸形状が発生し、トレンチ内部に形成されるトレンチキャパシタ部分においてリーク電流を生じる原因となる。
【0006】
微細加工技術の進展に伴い、従来シリコン基板に高アスペクト比のトレンチを形成するための層間絶縁膜マスクもまた、高アスペクト比のエッチングマスクとすることが求められてきたが、解像度を高める必要上、このとき用いるレジストマスクが薄膜化されるので、いわゆる膜減りの問題に関連してレジストマスクにより層間絶縁膜に深いトレンチを形成することはいちじるしく困難な状況になっていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来シリコン基板への深いトレンチの形成に用いる、例えば層間絶縁膜等からなる高アスペクト比のエッチングマスク形成において、レジストマスクの薄膜化のため、高アスペクト比のエッチングがいちじるしく困難になるという問題があった。
【0008】
本発明は上記の問題点を解決すべくなされたもので、エッチングマスク形成において微細加工が容易で、かつレジストマスクによる高アスペクト比のエッチングに代わる、新たな高アスペクト比のドライエッチングを用いた半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置の製造方法は、絶縁膜からなる高アスペクト比のエッチングマスク形成において、シリコン基板上にシリコン単結晶またはシリコン多結晶(以下ポリシリコンと呼ぶ)からなる柱を形成し、この柱を埋め込むように絶縁膜を形成し、この絶縁膜を平坦化することにより絶縁膜の上面に柱の頂上部を露出させ、異方性ドライエッチングを用いて前記柱を頂上部からエッチング除去することにより、層間絶縁膜に高アスペクト比のトレンチを形成することを特徴とする。
【0010】
具体的には本発明の半導体装置の製造方法は、シリコン基板上に第1の絶縁膜を形成し、この第1の絶縁膜にシリコン基板表面に達する開口部を形成する工程と、シリコン基板表面に達する開口部から、この開口部と断面形状が等しいシリコン部分をシリコン基板上に形成する工程と、前記シリコン部分を覆うように第2の絶縁膜を形成し、この第2の絶縁膜の表面を平坦化することにより前記シリコン部分を露出する工程と、前記第2の絶縁膜の表面をエッチングマスクとして前記シリコン部分をエッチング除去する工程とを含むことを特徴とする。
【0011】
好ましくは前記シリコン部分は、シリコン基板上に選択エピタキシャル成長させて形成されるシリコンからなることを特徴とする。
【0012】
さらに好ましくは前記選択エピタキシャル成長は、シリコン基板上に選択的に金属膜を形成しこの金属膜に熱処理を施して溶融させ、この溶融した金属膜を介して前記シリコン部分を前記シリコン基板上に形成することを特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法は、シリコン基板上に第1の絶縁膜を形成し、この第1の絶縁膜に開口部を形成する工程と、前記第1の絶縁膜上に前記開口部を埋め込むようにポリシリコン膜を堆積し、ポリシリコン膜の表面を平坦化する工程と、この平坦化されたポリシリコン膜上に開口部の位置に合わせてエッチングマスクを形成し、このエッチングマスクを用いて前記平坦化されたポリシリコン膜を異方性エッチングする工程と、
この異方性エッチングにより形成された前記ポリシリコン膜の一部からなるシリコン部分を覆うように第2の絶縁膜を形成し、前記第2絶縁膜の表面を平坦化することによりシリコン部分を露出する工程と、第2の絶縁膜をエッチングマスクとして前記シリコン部分をエッチング除去する工程とを含むこと特徴とする。
【0013】
好ましくは、前記シリコン部分がエッチング除去された前記第1、第2の絶縁膜は、前記シリコン基板に凹部を設けるためのエッチングマスクとされることを特徴とする。
【0014】
また、好ましくは、前記シリコン基板に設けられた凹部は、半導体装置のキャパシタ形成のために用いられることを特徴とする。
【0015】
また、好ましくは、第2の絶縁膜又はポリシリコン膜の平坦化は、CMP(Chemical Mechanical Polish)法により行うことを特徴とする。
【0016】
このように、層間絶縁膜等からなるにエッチングマスクを形成する際、レジストマスクによる高アスペクト比のトレンチ加工に代えて、単結晶またはポリシリコンからなる柱を異方性エッチングする本発明のドライエッチング方法を用いることにより、シリコン基板に形成される深いトレンチ内部におけるスキャロップ形状の発生を防止し、制御性よく深いシリコントレンチの加工を行うことが可能になる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【0018】
図1乃至図4は、本発明の第1の実施の形態に係るシリコン基板への深いトレンチ形成のための製造工程を示す断面図である。図1(a)に示すように、シリコン基板1の表面を熱酸化することにより、SiO2 からなるシリコン熱酸化膜2を形成し、引き続き通常のCVD (Chemical Vapor Deposition)法により、この熱酸化膜に積層してSi3 N4 からなる窒化膜3を形成する。ここで、熱酸化膜2は、シリコン基板1と窒化膜3との密着性を向上するためのバッファ層である。
【0019】
次に、シリコン窒化膜3の上に、例えばポリシランからなる反射防止膜4とレジスト5とを塗布し、露光後レジスト開口部5aを形成する。ここで、反射防止膜4は、シリコン基板表面からの露光に用いる光の反射を防止し、高い解像度で開口部5aを形成するのに役立つ。
【0020】
次に、図5(b)に示すように、開口部5aを有するレジスト5をエッチングマスクとして、通常の反応性イオンエッチング法(以下RIE; Reactive Ion Etchingと略称する)を用いて、反射防止膜4と窒化膜3と熱酸化膜2とをそれぞれ開口し、シリコン基板1の表面6を開口部の底面に露出させる。このようにシリコン基板1の表面に達する開口部を形成した後、図1(c)に示すようにレジスト5と反射防止膜4とを剥離する。
【0021】
次に図2(d)に示すように全面にAu膜を蒸着し、引き続き図2(e)に示すように、窒化膜3をストッパーとして通常のCMPを用いて窒化膜3の上部に堆積したAu膜7を除去する。
【0022】
このように開口部のみにAu膜7が残留したシリコン基板1を、図10に示す通常のエピタキシャル成長装置に挿入し、Au膜7を介してシリコンの柱をシリコン基板表面からエピタキシャル成長する。
【0023】
図10に示すエピタキシャル成長装置はガス導入管13と、設置台15の上に設置された被処理物14と、ヒーター16と、温度調節機構17と、排気口18とから構成される。図10は通常のCVDエピタキシャル装置の基本構成を模式的に示したものである。本発明のシリコン柱の成長は何等新規な成長装置を必要とせず、通常のCVDエピタキシャル装置をそのまま用いて行うことができる。
【0024】
図2(e)までの工程を終了したシリコン基板1(シリコンウエハー)は、被処理物14としてヒータ16と温度調節機構17を備えた設置台15の上に設置され、図10に示すチャンバーを排気し真空状態にする。
【0025】
次に、設置台の温度を950℃に設定し、図2(f)に示すようにAu膜7とシリコン基板1の表面とを反応させてAu膜7を一旦Au−Si液相合金とし、開口部内においてシリコン基板1の表面を覆うように溶融することによりSiを含むAu8を形成する。
【0026】
Au−Si液相合金層を形成した後、H2 をキャリアガスとして圧力1気圧、全ガス流量1(l/min)のSiCl4 /H2 :1/50(モル比)程度の混合ガスをガス導入管13と排気管18とを用いてチャンバー内に流すことにより、図3(g)に示すようにSiを含むAu8を介して、柱状のシリコン単結晶9を成長させる。
【0027】
このときシリコン単結晶9の縦方向の成長速度は約5mg/cm2 であり、図1の開口部5aの底面に露出したシリコン基板表面6を断面形状として、柱状シリコン単結晶9を容易に形成することができる。すなわち開口部5aが円形であれば柱の断面も円形となり、矩形であれば矩形断面の柱が得られる。
【0028】
このようにして、シリコン基板1の上に任意の断面形状を有する柱状シリコン単結晶9を形成することができる。例えば上記の方法で直径が約30μm、長さが約600μmの円形断面のシリコン単結晶9が容易に得られ、このとき長さ方向に亘って柱の直径はほとんど一定の値であった。
【0029】
なお前記5mg/cm2 の成長速度は直径の値が変化しても一定であり、この方法を用いれば、種々の断面形状と断面積とを有する柱状シリコン単結晶9が高い制御性で形成されることが確認された。
【0030】
シリコン単結晶9の成長はその頂上部にあるSiを含むAu8を介して行われるが、シリコン単結晶9の成長中において、このSiを含むAu8は必ずしも液相状態にはなくSiの含有量が増加するにしたがって固相状態に近づく。柱状シリコン単結晶の高速成長は、Siを多量に含む固相状のAuからSiの高速拡散と析出が行われることにより進行するものと思われる。
【0031】
このようにして、シリコン基板1の上に柱状シリコン単結晶9を成長した後、周知のTEOS(Tetraethylorthosilicate) を用いたプラズマSiO2 (通常P−TEOS膜と呼ぶ)からなる厚いシリコン酸化膜10(通常層間絶縁膜の形成に用いられる)を図3(h)に示すように形成する。このときシリコン酸化膜10の厚さは、シリコン単結晶9とSiを含むAu8とが完全に埋め込まれるように設定する。
【0032】
次に通常のCMPによりシリコン酸化膜10の表面を平坦化する。この平坦化工程をさらに進めて、図4(i)に示すように、シリコン単結晶9の上のSiを含むAu8を除去する。
【0033】
引き続き、シリコン酸化膜に対するエッチング選択比の高いシリコン基板エッチング用のRIE条件で、シリコン単結晶9を異方性エッチングすれば、シリコン酸化膜10、シリコン窒化膜3、熱酸化膜2からなる高アスペクト比のエッチングマスクを形成することができる。
【0034】
また、RIEによるシリコン基板1の異方性エッチングをさらに進めれば、図4(j)に示すように、シリコン基板1に高アスペクト比の深いトレンチを容易に形成することができる。
【0035】
第1の実施の形態のエッチングマスクの形成方法によれば、厚い絶縁膜からなる高アスペクト比のエッチングマスクがレジストを用いることなく形成されるので、エッチング生成物としてレジスト上部に付着するフッ化物によりスキャロップ形状の発生を完全に回避することができる。
【0036】
従って、前記エッチングマスクを用いてシリコン基板に高アスペクト比の深いトレンチを形成すれば、トレンチ内部にスキャロップ状の凹凸を生じないので、リーク電流が小さく信頼性の高いトレンチキャパシタを得ることができる。
【0037】
また、高アスペクト比のエッチングマスクの形成に際して、絶縁膜からなるエッチングマスクの厚さが制御性の高い柱状シリコン単結晶9の高さにより制御されるので、エッチングマスクのアスペクト比等の微細加工上特に重要な部分の寸法精度をいちじるしく高めることができる特徴がある。
【0038】
上記第1の実施の形態において、Au膜7のパターン形成は窒化膜3の開口部の形成と、Au膜の全面蒸着と、前記開口部の外部に堆積したAu膜のCMPによる除去により行ったが、必ずしもこの方法に限定されるものではない。
【0039】
例えば、シリコン基板1の表面に膜厚20nmのAu膜を直接全面蒸着し、膜厚10μmのポジレジスト(LP−14A)を全面に塗布した後、開口部を設けて開口部の底面にAu蒸着膜の一部を露出し、KAu(CN)2 溶液を用いて42℃、0.5mA/cm2 の条件で開口部の底面に露出したAu蒸着膜上にさらにAuめっきを行い、レジスト剥離後前記開口部以外のAu蒸着膜をHCl、HNO3 混合液を用いて室温でエッチング除去する方法により図2に相当するAu膜7のパターン形成を行ってもよい。
【0040】
このとき熱酸化膜2と窒化膜3は存在しないが、図3(g)に示すシリコン単結晶9の成長と、それ以降の製造工程をそのまま実施することができる。なお、第1の実施の形態において、シリコン基板はSi(111)±0.5度オフのウエハを使用し、Auの蒸着条件は10−5Torr、基板加熱200℃の条件で行った。
【0041】
また、高アスペクト比のエッチングマスクを形成する際、シリコン酸化膜10の形成にP−TEOSを使用したが、その他のプラズマ、減圧、常圧CVD及びHDP(High Density Plasma )等の方法を用いることができる。塗布型装置により形成した有機及び無機酸化膜も使用することができ、この場合は特に塗布型であるため平坦化が容易になる特徴がある。
【0042】
次に図5乃至図9に基づき本発明の第2の実施の形態について説明する。図5(a)に示すように、シリコン基板1の上に熱酸化膜2を形成し、これに積層してシリコン窒化膜3を形成する。ここで熱酸化膜2は前記第1の実施の形態と同様、シリコン基板1とシリコン窒化膜10との間の密着性を高めるバッファ層となる。
【0043】
次にCVD法を用いてシリコン窒化膜の上にシリコン酸化膜10を形成する。このシリコン酸化膜10は、次の工程で形成するポリシリコン膜との密着性の向上と、後の工程に示すドライエッチングのストッパーとするために設けられる。引き続き反射防止膜4とレジスト5とを塗布し、このレジストに開口部5aをパターン形成する。
【0044】
次に図5(b)に示すように、通常のRIEの異方性エッチングを用いレジストの開口部5aをマスクとして反射防止膜4と、シリコン酸化膜10と、シリコン窒化膜3と、熱酸化膜2とをエッチング除去し、開口部5の底面にシリコン基板1の表面6を露出させ、レジスト5と反射防止膜4とを剥離することにより図5(c)に示すような多層絶縁膜からなる開口部を形成する。
【0045】
次に、図6(d)に示すように、前記開口部を埋め込むように厚いポリシリコン膜12を形成する。ここで、ポリシリコン膜12の厚さは、目的とする高アスペクト比のエッチングマスクの厚さ以上となるように設定される。引き続き、図6(e)に示すように、CMPによりポリシリコン膜12の表面を平坦化し、その厚さが前記エッチングマスクの厚さに等しくなるようにする。
【0046】
このように平坦化されたポリシリコン膜12の上に、さらに反射防止膜4とレジスト5とを塗布した後、図7(f)に示すように、前記開口部に合わせて反射防止膜4とレジスト5とをパターン形成する。
【0047】
次に前記レジスト5をマスクとして、通常のRIEによる異方性エッチングを用いて、図7(g)に示すようにポリシリコン膜12からなる柱状のシリコン部分を形成する。このとき、前記シリコン酸化膜10は異方性エッチングのストッパーとして用いられる。
【0048】
図8(h)に示すように、柱の頂上部のレジスト5と反射防止膜4とを剥離した後、図8(i)に示すように、ポリシリコン膜12からなる柱状のシリコン部分を埋め込むようにシリコン酸化膜10を形成し、図9(j)に示すように、柱の頂上部のシリコンが露出するようにCMPを用いてシリコン酸化膜10の表面を平坦化する。
【0049】
次に図9(k)に示すように、シリコン酸化膜10、シリコン窒化膜3、熱酸化膜2からなる高アスペクト比のエッチングマスクを用いてRIEの異方性エッチングを行い、シリコン基板1に深いトレンチを形成する工程は第1の実施の形態と全く同様である。なお、窒化膜3の上に形成したシリコン酸化膜10は、シリコン窒化膜3と共にエッチングマスクとなるシリコン酸化膜10の一部として用いられる。
【0050】
第2の実施の形態は、第1の実施の形態におけるシリコン単結晶9がポリシリコン12に置き換えられたものであるから、シリコン基板1に形成されるスキャロップ形状が回避される等の効果を同様に具備することはいうまでもない。
【0051】
なお本発明は上記の実施の形態に限定されることはない。例えば第1の実施の形態において、Siを含むAuを介してシリコン基板上にシリコン単結晶を選択エピタキシャル成長することを説明したが、必ずしもAuを用いる必要はない。
シリコンへの直接の気相成長温度に比べて低温でSiを多量に含むことができる材料を用いれば、同様に柱状のシリコン単結晶を選択エピタキシャル成長することができる。また、必ずしも金属を媒介にしなくても、シリコン基板上に所望のトレンチ形状に相当するシリコンウイスカーの成長が可能な方法を用いれば同様な加工技術上の利点を得ることができる。その他本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【0052】
【発明の効果】
上述したように本発明の半導体装置の製造方法によれば、シリコン基板への深いトレンチ形成用の高アスペクト比のエッチングマスク形成に際して、単結晶又は多結晶からなる柱状のシリコン部分を半導体基板上に形成した後シリコン部分を絶縁膜で埋め込み、絶縁膜表面を平坦化すると同時にシリコン部分の頂上部を露出し、このシリコン部分を選択的に異方性エッチングすることにより高い寸法精度を有し、制御性に優れ、かつ微細加工に適した所望のエッチングマスクを容易に提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態を示す工程断面図であって、
(a)はレジストの開口部を示す図。
(b)はシリコン基板表面に達する開口部を示す図。
(c)はレジストと反射防止膜剥離後の開口部を示す図。
【図2】本発明の第1の実施の形態の続きを示す工程断面図であって、
(d)はAu膜を蒸着後の状態を示す図。
(e)はCMP後の状態を示す図。
(f)は熱処理後の状態を示す図。
【図3】本発明の第1の実施の形態の続きを示す工程断面図であって、
(g)は柱状のシリコン単結晶形成を示す図。
(h)は酸化膜によるシリコン単結晶埋め込み状態を示す図、
【図4】本発明の第1の実施の形態の続きを示す工程断面図であって、
(i)はCMP後の状態を示す図。
(j)はシリコン基板のトレンチ形成を示す図。
【図5】本発明の第2の実施の形態を示す工程断面図であって、
(a)はレジストの開口部を示す図。
(b)はシリコン基板表面に達する開口部を示す図。
(c)はレジストと反射防止膜剥離後の開口部を示す図。
【図6】本発明の第2の実施の形態の続きを示す工程断面図であって、
(d)はポリシリコン成膜後の状態を示す図。
(e)はポリシリコン膜のCMP後の状態を示す図。
【図7】本発明の第2の実施の形態の続きを示す工程断面図であって、
(f)はレジストパターン形成後の状態を示す図。
(g)は柱状ポリシリコンの形成を示す図。
【図8】本発明の第2の実施の形態の続きを示す工程断面図であって、
(h)はレジスト剥離後の状態を示す図。
(i)は酸化膜による柱状ポリシリコンの埋め込み状態を示す図。
【図9】本発明の第2の実施の形態の続きを示す工程断面図であって、
(j)はCMP後の状態を示す図。
(k)はシリコン基板のトレンチ形成を示す図。
【図10】シリコン単結晶のエピタキシャル成長装置の模式図。
【符号の説明】
1…シリコン基板
2…熱酸化膜
3…シリコン窒化膜
4…反射防止膜
5…レジスト
5a…レジスト開口部
6…シリコン基板表面
7…Au膜
8…Siを含むAu
9…シリコン単結晶
10…シリコン酸化膜
11…深いシリコントレンチ
12…ポリシリコン
13…ガス導入管
14…被処理物
15…設置台
16…ヒータ
17…温度調節機構
18…排気管[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a dry etching method for forming a recess having a depth value larger than the size of an opening in a semiconductor substrate or an insulating film on the semiconductor substrate.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when forming a recess (hereinafter referred to as a high aspect ratio trench) having a depth value larger than the size of the opening in the semiconductor substrate, first, a deep trench reaching the surface of the semiconductor substrate is formed on the insulating film on the semiconductor substrate. And forming a high aspect ratio trench in a semiconductor substrate using the deep trench as an etching mask.
[0003]
The formation of a deep trench in an insulating film is usually performed using a resist as a mask. At this time, a high aspect ratio etching of a thick insulating film with a high-resolution thinning resist is required. Etching of this thick insulating film is usually performed by a dry etching method using a fluorine-based gas, but in order to perform etching at a high aspect ratio, it is necessary to perform etching for a long time under the condition of applying high power and high frequency. Needed.
[0004]
For this reason, the temperature of the object to be processed rises during etching, and an etching product made of fluoride adhering to the upper portion of the resist is caused to move around the trench opening due to heat, and a normal scallop ( A concavo-convex shape called a scallop concavo-convex shape is generated.
[0005]
The unevenness of the opening is transferred to the inside of the trench in the trench processing, and if the trench is formed in the silicon substrate using the interlayer insulating film on which the scallop is generated as an etching mask, the high aspect ratio trench formed in the silicon substrate. Since the scallop is further transferred to the inside of the trench, a concavo-convex shape is also generated inside the trench, which causes a leak current in the trench capacitor portion formed inside the trench.
[0006]
With the progress of microfabrication technology, interlayer insulation film masks for forming high aspect ratio trenches on silicon substrates have been required to be high aspect ratio etching masks. Since the resist mask used at this time is thinned, it has been extremely difficult to form a deep trench in the interlayer insulating film with the resist mask in relation to the so-called film reduction problem.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in forming a high aspect ratio etching mask made of, for example, an interlayer insulating film, which is conventionally used for forming a deep trench in a silicon substrate, the etching of the high aspect ratio becomes extremely difficult due to the thinning of the resist mask. There was a problem of becoming.
[0008]
The present invention has been made to solve the above-described problems. A semiconductor using a new high aspect ratio dry etching, which is easy to perform fine processing in forming an etching mask and replaces high aspect ratio etching using a resist mask. An object is to provide a method for manufacturing a device.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, in the formation of an etching mask having a high aspect ratio made of an insulating film, a pillar made of silicon single crystal or polycrystalline silicon (hereinafter referred to as polysilicon) is formed on a silicon substrate. An insulating film is formed so as to embed, and the top of the pillar is exposed on the top surface of the insulating film by planarizing the insulating film, and the pillar is etched away from the top using anisotropic dry etching. Thus, a high aspect ratio trench is formed in the interlayer insulating film.
[0010]
Specifically, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a first insulating film on a silicon substrate and forming an opening reaching the surface of the silicon substrate in the first insulating film; Forming a silicon portion on the silicon substrate having the same cross-sectional shape as the opening, and forming a second insulating film so as to cover the silicon portion, and the surface of the second insulating film. And a step of exposing the silicon portion by using the surface of the second insulating film as an etching mask.
[0011]
Preferably, the silicon portion is made of silicon formed by selective epitaxial growth on a silicon substrate.
[0012]
More preferably, in the selective epitaxial growth, a metal film is selectively formed on a silicon substrate, the metal film is subjected to a heat treatment and melted, and the silicon portion is formed on the silicon substrate through the melted metal film. It is characterized by that.
According to a method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a step of forming a first insulating film on a silicon substrate, forming an opening in the first insulating film, and forming the opening on the first insulating film. A process of depositing a polysilicon film so as to be embedded and planarizing the surface of the polysilicon film, and forming an etching mask on the planarized polysilicon film in accordance with the position of the opening, and using this etching mask Anisotropically etching the planarized polysilicon film;
A second insulating film is formed so as to cover a silicon portion made of a part of the polysilicon film formed by this anisotropic etching, and the silicon portion is exposed by flattening the surface of the second insulating film. And a step of etching and removing the silicon portion using the second insulating film as an etching mask.
[0013]
Preferably, the first and second insulating films from which the silicon portions have been removed by etching are used as etching masks for forming recesses in the silicon substrate.
[0014]
Preferably, the recess provided in the silicon substrate is used for forming a capacitor of a semiconductor device.
[0015]
Preferably, the second insulating film or the polysilicon film is planarized by a CMP (Chemical Mechanical Polish) method.
[0016]
As described above, when forming an etching mask made of an interlayer insulating film or the like, the dry etching according to the present invention performs anisotropic etching of a column made of single crystal or polysilicon instead of high aspect ratio trench processing using a resist mask. By using this method, it is possible to prevent the formation of a scallop shape inside the deep trench formed in the silicon substrate, and to process the deep silicon trench with good controllability.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0018]
1 to 4 are sectional views showing a manufacturing process for forming a deep trench in a silicon substrate according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1A, the surface of the
[0019]
Next, an
[0020]
Next, as shown in FIG. 5B, an anti-reflection film is formed using a normal reactive ion etching method (hereinafter referred to as RIE; Reactive Ion Etching) using the resist 5 having the
[0021]
Next, as shown in FIG. 2 (d), an Au film was deposited on the entire surface, and subsequently, as shown in FIG. 2 (e), the
[0022]
Thus, the
[0023]
The epitaxial growth apparatus shown in FIG. 10 includes a
[0024]
The silicon substrate 1 (silicon wafer) that has completed the steps up to FIG. 2 (e) is placed on an installation table 15 having a
[0025]
Next, the temperature of the installation base is set to 950 ° C., and the
[0026]
After forming the Au-Si liquid phase alloy layer, a mixed gas of about 1/50 (molar ratio) of SiCl 4 / H 2 with a pressure of 1 atm and a total gas flow rate of 1 (l / min) using H 2 as a carrier gas is used. A columnar silicon
[0027]
At this time, the growth rate in the vertical direction of the silicon
[0028]
In this way, the columnar silicon
[0029]
The growth rate of 5 mg / cm 2 is constant even when the value of the diameter changes, and by using this method, the columnar silicon
[0030]
The growth of the silicon
[0031]
After the columnar silicon
[0032]
Next, the surface of the
[0033]
Subsequently, if the silicon
[0034]
Further, if the anisotropic etching of the
[0035]
According to the etching mask forming method of the first embodiment, a high aspect ratio etching mask made of a thick insulating film is formed without using a resist. Occurrence of a scallop shape can be completely avoided.
[0036]
Therefore, if a trench having a high aspect ratio is formed in a silicon substrate using the etching mask, scallop-like irregularities are not generated in the trench, and a highly reliable trench capacitor with a small leakage current can be obtained.
[0037]
Further, when the etching mask having a high aspect ratio is formed, the thickness of the etching mask made of an insulating film is controlled by the height of the columnar silicon
[0038]
In the first embodiment, the patterning of the
[0039]
For example, an Au film having a thickness of 20 nm is directly deposited on the surface of the
[0040]
At this time, although the
[0041]
Further, when forming a high aspect ratio etching mask, P-TEOS was used to form the
[0042]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 5A, a
[0043]
Next, a
[0044]
Next, as shown in FIG. 5B, the
[0045]
Next, as shown in FIG. 6D, a
[0046]
After the
[0047]
Next, using the resist 5 as a mask, a columnar silicon portion made of the
[0048]
As shown in FIG. 8H, after the resist 5 and the
[0049]
Next, as shown in FIG. 9 (k), RIE anisotropic etching is performed using a high aspect ratio etching mask composed of the
[0050]
In the second embodiment, since the silicon
[0051]
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the first embodiment, it has been described that a silicon single crystal is selectively epitaxially grown on a silicon substrate via Au containing Si, but Au is not necessarily used.
By using a material that can contain a large amount of Si at a lower temperature than the direct vapor deposition temperature on silicon, a columnar silicon single crystal can be selectively epitaxially grown. Further, the same processing technique advantage can be obtained by using a method capable of growing a silicon whisker corresponding to a desired trench shape on a silicon substrate without necessarily using a metal as a medium. Various other modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
[0052]
【The invention's effect】
As described above, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, when forming a high aspect ratio etching mask for forming a deep trench in a silicon substrate, a columnar silicon portion made of single crystal or polycrystal is formed on the semiconductor substrate. After the formation, the silicon part is filled with an insulating film, the surface of the insulating film is flattened, and at the same time, the top of the silicon part is exposed, and this silicon part is selectively anisotropically etched to provide high dimensional accuracy and control. It is possible to easily provide a desired etching mask that is excellent in performance and suitable for fine processing.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a process cross-sectional view showing a first embodiment of the present invention,
(A) is a figure which shows the opening part of a resist.
(B) is a figure which shows the opening part which reaches the silicon substrate surface.
(C) is a figure which shows the opening part after a resist and antireflection film peeling.
FIG. 2 is a process cross-sectional view showing the continuation of the first embodiment of the present invention,
(D) is a figure which shows the state after vapor-depositing Au film | membrane.
(E) is a figure which shows the state after CMP.
(F) is a figure which shows the state after heat processing.
FIG. 3 is a process sectional view showing the continuation of the first embodiment of the present invention,
(G) is a figure which shows columnar silicon single crystal formation.
(H) is a view showing a silicon single crystal embedded state by an oxide film,
FIG. 4 is a process sectional view showing a continuation of the first embodiment of the present invention,
(I) is a figure which shows the state after CMP.
(J) is a figure which shows trench formation of a silicon substrate.
FIG. 5 is a process cross-sectional view showing a second embodiment of the present invention,
(A) is a figure which shows the opening part of a resist.
(B) is a figure which shows the opening part which reaches the silicon substrate surface.
(C) is a figure which shows the opening part after a resist and antireflection film peeling.
FIG. 6 is a process sectional view showing the continuation of the second embodiment of the present invention,
(D) is a diagram showing a state after polysilicon film formation.
(E) is a diagram showing a state of the polysilicon film after CMP.
FIG. 7 is a process sectional view showing a continuation of the second embodiment of the present invention,
(F) is a figure which shows the state after resist pattern formation.
(G) is a figure which shows formation of columnar polysilicon.
FIG. 8 is a process sectional view showing the continuation of the second embodiment of the present invention,
(H) is a figure which shows the state after resist peeling.
(I) is a figure which shows the embedding state of the columnar polysilicon by an oxide film.
FIG. 9 is a process sectional view showing the continuation of the second embodiment of the present invention,
(J) is a diagram showing a state after CMP.
(K) is a figure which shows trench formation of a silicon substrate.
FIG. 10 is a schematic diagram of an epitaxial growth apparatus for silicon single crystal.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記シリコン基板表面に達する開口部から前記開口部と断面形状が等しいシリコン部分をシリコン基板上に形成する工程と、
前記シリコン部分を覆うように第2の絶縁膜を形成し、この第2の絶縁膜の表面を平坦化することにより前記シリコン部分を露出する工程と、
前記第2の絶縁膜をエッチングマスクとして前記シリコン部分をエッチング除去する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。Forming a first insulating film on the silicon substrate, and forming an opening reaching the surface of the silicon substrate in the first insulating film;
Forming on the silicon substrate a silicon portion having a cross-sectional shape equal to the opening from the opening reaching the silicon substrate surface;
Forming a second insulating film so as to cover the silicon portion, and exposing the silicon portion by planarizing a surface of the second insulating film;
Etching the silicon portion using the second insulating film as an etching mask;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記第1の絶縁膜上に前記開口部を埋め込むようにポリシリコン膜を堆積し、前記ポリシリコン膜の表面を平坦化する工程と、
この平坦化されたポリシリコン膜上に前記開口部の位置に合わせてエッチングマスクを形成し、このエッチングマスクを用いて前記平坦化されたポリシリコン膜を異方性エッチングする工程と、
この異方性エッチングにより形成された前記ポリシリコン膜の一部からなるシリコン部分を覆うように第2の絶縁膜を形成し、前記第2絶縁膜の表面を平坦化することにより前記シリコン部分を露出する工程と、
前記第2の絶縁膜をエッチングマスクとして前記シリコン部分をエッチング除去する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。Forming a first insulating film on the silicon substrate and forming an opening in the first insulating film;
Depositing a polysilicon film on the first insulating film so as to fill the opening, and planarizing the surface of the polysilicon film;
Forming an etching mask on the planarized polysilicon film in accordance with the position of the opening, and anisotropically etching the planarized polysilicon film using the etching mask;
A second insulating film is formed so as to cover a silicon portion made of a part of the polysilicon film formed by this anisotropic etching, and the surface of the second insulating film is planarized to thereby form the silicon portion. An exposure process;
Etching the silicon portion using the second insulating film as an etching mask;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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