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JPH0644591B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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JPH0644591B2 - 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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JPH0644591B2
JPH0644591B2 JP59113003A JP11300384A JPH0644591B2 JP H0644591 B2 JPH0644591 B2 JP H0644591B2 JP 59113003 A JP59113003 A JP 59113003A JP 11300384 A JP11300384 A JP 11300384A JP H0644591 B2 JPH0644591 B2 JP H0644591B2
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Element Separation (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は半導体装置に関し、特に溝を利用することによ
って高集積化を達成することのできる半導体装置の製造
方法に関するものである。
〔背景技術〕
LSI,VLSI等の半導体装置の高集積化に伴って、
回路パターンも益々微細化が進められ、サブミクロン単
位での回路パターンが要求されてきている。
半導体装置を形成する場合、半導体基板に溝(穴を含
む)を形成し、この溝内に絶縁材を充填して回路素子を
形成することが提案されている。例えば素子間分離用の
絶縁領域,キャパシタ等が挙げられている。
このため、この種の回路素子を形成する場合には溝を微
細に、つまり細幅に形成することが要求される。ところ
で、一方では素子分離効果を高め、或いは大容量のキャ
パシタを得るためには溝の深さを深くすることが要求さ
れることになる。結局、微細幅でかつできるだけ深い溝
が要求されることになる。
従来、半導体基体に溝を形成するエッチング技術として
は反応性イオンエッチング(RIE)法が、その異方性
が比較的に高いことから細溝幅の形成に利用されてい
る。具体的にはCF4,I2ガスの混合ガス、又はこれら
弗化炭素ガスとCBrF3ガスの混合ガスを反応ガスと
したドライエッチング法であり、シリコン半導体基板に
溝を形成する場合には基板表面にSiO2膜をパターニ
ングして形成し、これをマスクとして前述のエッチング
を行なっている。
しかしながら、本発明者の検討によれば、前述した従来
方法はSiとSiO2とのエッチング選択比が小さいた
めに、微細幅でかつ深さの大きい溝、これを溝幅寸法と
溝深さ寸法との比で言えば、1:4程度以上の溝を形成
することは困難であり、前述のような高集積型の回路素
子の形成に適用することは実際上不可能であった。即
ち、SiとSiO2の選択比が小さいと、深い溝を形成
するためには必然的にマスクとしてのSiO2膜を厚く
せざるを得ないが、SiO2膜があつくなればそれだけ
SiO2膜の微細パターニングが困難になり溝の細幅形
成ができなくなる。逆にSiO2膜を薄くすれば微細パ
ターニングは可能であるが、溝を深くエッチングする前
にSiO2膜がエッチングされてしまうことになり深溝
の形成ができなくなってしまう。
なお、シリコン半導体基板のエッチング技術に関して
は、たとえば特開昭55−138834号公報、同56
−134738号公報、同56−144541号公報な
どに示されている。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、Si基体をSiO2をマスクにして選
択的にエッチングし、そのSi基体内に細幅でかつ十分
な深さの溝を形成し、集積度の高い半導体装置を製造す
る方法を提供することにある。
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろ
う。
〔発明の概要〕
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、本発明は、O2ガスを混入したBr2ガスの雰
囲気中で、露出するSi基体の一部を反応性イオンエッ
チングを行い、そのSi基体に所定深さの溝を形成する
とともにその溝の周側表面ににSiO2膜を形成すると
いうものであり、これにより、溝幅と深さの比が1:4
以上の溝を極めて容易に形成でき、これにより高集積な
半導体装置の製造を可能とするものである。
〔実施例〕
第1図は本発明の製造方法、即ちエッチング方法を実施
する装置の構成図である。内部を気密に保ち得るベルジ
ャ1内には上部電極2,下部電極3を対向配置し、エッ
チング処理されるシリコン(Si)半導体基板(ウェー
ハ)Wは下部電極3上に載置している。そして、上部電
極2をグランド接地し、下部電極3に高周波電力源4を
接続している。また、下部電極3にはセルフバイアス用
の直流電圧5を加えている。また、サセプタ等のウェー
ハ加熱手段も付設している。前記ベルジャ1は上部に反
応ガス供給口6を開設し、かつ下部には排気ポンプ7に
連なる排気口8を開設し、これらの作用によってベルジ
ャ1内を所要の真空ガス圧に設定できる。
この構成の装置によれば、シリコン(Si)半導体基板
10への溝のエッチング形成は次のように行なうことが
できる。第2図(A)乃至第2図(D)はその原理図を
示す。例えば、第2図(A)のように基板10の表面に
CVD法等により1.4μmのSiO2膜11を形成
し、更にその上にフォトレジスト膜12を形成する。そ
して、常法のフォトリゾグラフィ技術により第2図
(B)のようにフォトレジスト膜12に幅Aが約1μm
の開口を形成した上で基板10を前記下部電極3上に載
置する。そして、下部電極3に13.56MHz,0.
1〜2W/cm3の高周波電力を印加し、かつ200〜8
00Vの直流電圧を加えた上で、ガス供給口6からC2
6等のガスをベルジャ内に供給し、かつ排気口8から
真空引きを行なって内部を50mTorr程度のガス圧
にする。これにより、反応性イオンエッチング(RI
E)が行なわれ、第2図(C)のようにフォトレジスト
膜12をマスクとしてSiO2膜11は1μmの幅にエ
ッチングされる。
次いで、基板10表面のフォトレジスト膜12を除去し
た後(除去方法は公知の任意の方法でよい)、今度はガ
ス供給口6から臭素(Br2)ガスを供給し、ベルジャ
1内を純粋のBr2を反応ガスとしたRIEにより、S
iO2膜11をマスクにして基板10のエッチングが開
始される。所定時間のエッチングを行なうことにより、
第2図(D)のエッチング溝13が形成される。
このようにして形成された溝13は、溝幅が1μmであ
るのに対しその深さDは約8μmであり、極めて細幅で
深さの大きい溝となる。そして、溝13の底面は略平坦
であり、溝幅は上部の開口近傍において中間部の溝幅よ
り若干小さくなっている。このような狭い溝は、従来の
ガスを使用した方法では得ることができず、前述したB
2ガスを使用したエッチング法では異方性が極めて強
いことが明かとなった。また、マスクとしてのSiO2
膜11の膜厚が0.4μm程度にしか低減されていない
ことからSiとSiO2との選択比も大きい。本発明者
の種々の実験によれば、1:13〜16の選択比が得ら
れた。これらのことから、このエッチング方法によれ
ば、SiO2膜11を薄く形成してそのマスクとしての
パターン形状をサブミクロンのレベルにまで微細化して
も、薄幅対溝深さの比が1:4以上の微細溝を形成する
ことは容易である。
この時、本発明で特徴づけられた点は上記ガスにO2
スを混入することである。すなわち、ベルジャ1内に若
干のO2ガスを混入しておけば、第3図のように、溝1
3B底部においてエッチングされたSi成分は直ちに反
応してSiO219となり、溝13Bの周側面上に徐々
に付着して溝13B幅を低減するように作用する。これ
により、エッチングの進行と共に溝底面が狭められ、結
果的に底面が傾斜ないし曲面状に形成されることにな
る。
したがって、かかる本発明によれば、溝形成時にその溝
周側面が選択比の高いSiO2に変成されるため、溝幅
が拡がらず深くなおかつ細溝幅の溝形成ができるという
作用効果をもたらす。また、前述のように溝底面が傾斜
ないし曲面状に形成されることになるため、溝内への埋
込み材料の充填はされ易く、しかもその充填時間も短縮
できるという作用効果をもたらす。そしてさらに溝底部
でのSiO2は厚く形成され、例えばその溝内に埋込み
材料として下記の如くポリシリコンが充填されても、そ
のポリシリコンと基板との間の絶縁耐圧の低下を防止で
きるという効果をもたらす。
次に、以上のように形成される溝を回路素子として応用
した実施形態を説明する。
第4図は、溝を素子間分離に適用した例である。即ち、
P型シリコン半導体基板20に上述の如き方法で溝21
を形成し、その上でCVDSiO2またはノンドープポ
リシリコン等で溝内を充填している。そして、このよう
に構成されたそれぞれ素子分離域23間にP型ウェル2
4,N型ウェル25を形成し、N+型半導体領域27お
よびゲート電極28を形成することにより夫々Nチャネ
ルMOSFETQNとPチャネルMOSFETQPを構成でき、所謂CM
OSが形成できる。
このCMOSによれば、素子間分離域23が十分深く形
成されているのでラッチアップの発生を防止して信頼性
を向上でき、しかも溝は狭幅に形成されるので、微細化
を達成でき高集積化に有効となる。
〔効果〕
(1)反応ガスにBr2ガスを使用してRIE法による
エッチングを行なうことにより、Si/SiO2の選択
比を1:13〜16にでき、これによりSiO2膜をエ
ッチングマスクに使用する際のマスクの薄膜化を図るこ
とができ、マスクパターンおよびエッチングパターンの
微細化および高集積化が達成できる。
(2)反応ガスにBr2ガスを使用することにより異方
性を強めることができ、前記(1)の選択比の増大と共
に細幅かつ深い溝を容易に形成でき、特に、溝形成時に
その溝周側面が選択比の高いSiO2に変成されるた
め、溝幅が拡がらず深くなおかつ細溝幅の溝形成ができ
るので幅と深さの比が1:4以上の溝を簡単に形成でき
る。
(3)溝底面が傾斜ないし曲面状に形成されることにな
るため、溝内への埋込み材料の充填はされ易く、しかも
その充填時間も短縮できる。
(4)溝底部でのSiO2は厚く形成され、絶縁耐圧の
低下を防止できる。
(5)前記実施例の如き溝内に絶縁物を充填してCMO
S等の素子間分離用に利用ししているので、溝の十分な
深さにより素子分離効果を高めてCMOSにおけるラッ
チアップを防止する一方で高集積化が達成できる。
(6)反応ガスをBr2そしてO2ガスを混入する以外は
従来と略同じRIE法でエッチングを行なっているの
で、装置は従前のものをそのまま使用でき、設備等の点
で有利である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法を実施するエッチング装置の断面構
成図。 第2図(A)乃至第2図(D)は溝の形成工程を示す原
理図。 第3図は本発明による溝形成状態を示す断面図。 第4図は本発明をCMOSの素子間分離に適用した例の
断面図。 1……ベルジャ、2……上部電極、3……下部電極、4
……高周波電力源、6……ガス供給口、8……排気口、
10……Si基板、11,11A……SiO2膜、12
……フォトレジスト膜、13……溝、19……Si
2、20……Si基板、21……溝、22……Si
2、23……素子間分離域、24……P型ウェル、2
5……N型ウェル、26,27……拡散層、28……ゲ
ート電極、W……ウェーハ。
フロントページの続き (72)発明者 広部 嘉道 東京都小平市上水本町1450番地 株式会社 日立製作所武蔵工場内 (56)参考文献 特開 昭57−157540(JP,A) 特開 昭59−13329(JP,A) 特公 昭58−14507(JP,B2)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Si基体の一主面にSiO2膜を被覆する
    工程と、そのSiO2膜を選択的に除去し、Si基体の
    一主面の一部を露出する工程と、O2ガスを混入したB
    2ガスの雰囲気中で、残されたSiO2膜をマスクとし
    て前記露出するSi基体の一部を反応性イオンエッチン
    グを行い、そのSi基体に所定深さの溝を形成するとと
    もにその溝の周側表面にSiO2膜を形成する工程と、
    その側面にSiO2膜が形成された溝内に絶縁物を充填
    する工程とから成ることを特徴とする半導体装置の製造
    方法。
JP59113003A 1984-06-04 1984-06-04 半導体装置の製造方法 Expired - Lifetime JPH0644591B2 (ja)

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JPS62250662A (ja) * 1986-04-24 1987-10-31 Agency Of Ind Science & Technol 相補型半導体装置
JP2619402B2 (ja) * 1987-08-17 1997-06-11 富士通株式会社 シリコントレンチエッチング方法

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