(57)【要約】【課題】半導体装置の製造方法に関し、半導体素子の特性が良い素子分離構造の形状を形成する。【解決手段】絶縁膜をマスクとした半導体基板を、ＨＢｒおよびＣＨＦ３からなるガスを用いてエッチングし、マスク側壁に半導体基板との反応生成物を徐々に付着させることにより、トレンチ上端部に十分な丸みを持つトレンチを形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に絶縁膜を含む多層膜を形成する工程と、前記多層膜上に塗布されたレジストをパターンニングしレジストマスクを形成する工程と、前記レジストマスクにより前記多層膜をエッチングする工程と、前記エッチング後前記レジストマスクを除去する工程と、該レジストが除去された前記多層膜をマスクとして半導体基板のトレンチ加工を行う工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記多層膜は少なくとも窒化シリコン膜と酸化シリコン膜からなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記多層膜は多結晶シリコンもしくは非結晶シリコン（アモルファスシリコン）を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記半導体基板を加工するガスが、ハロゲン系反応ガス（例えば　ＣＨＦ３、ＣｘＦｙ、Ｆ２、ＨＦ、Ｃｌ、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＨＩなど）を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記半導体基板の加工の過程で、トレンチ上端部に所望の丸みを付ける工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記半導体基板の加工の過程で、少なくとも半導体基板と反応ガスからなる反応生成物を前記多層膜側部に付着させることによりトレンチ上端部に丸みを形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記半導体基板の加工の過程で、水素を含む反応ガスを利用して前記半導体基板のトレンチ上部丸め加工を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１、６，７の何れか１の記載の半導体装置の製造方法において、前記トレンチ部上部丸め加工またはトレンチ部底部丸め加工で反応生成物、ガス種、およびガス流量などを制御することにより所望の丸み加工を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
半導体基板上に絶縁膜を含む多層膜を形成した後、レジストをパターンニングしレジストマスクを形成した後、前記多層膜をエッチングし、その後レジストマスクを除去し、該レジストマスクが除去された前記多層膜をマスクとして半導体基板のトレンチ加工を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
半導体基板上に、素子分離領域に対応した開口部を有する多層膜マスク層を形成する工程と、前記多層膜マスク層をマスクとしてＣＨＦ３及びＨＢｒを含む混合ガスを用いて前記半導体基板をエッチングする第１のエッチング工程と、前記多層膜マスク層をマスクとして、ＣＬ２，Ｏ２，ＨＢｒを含む混合ガスを用いて前記半導体基板をエッチングする第２のエッチング工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の半導体装置の製造方法において、前記半導体基板の加工の過程で、前記ＣＨＦ３及びＨＢｒを含む混合ガス比は、１：５で、前記ＣＬ２，Ｏ２，ＨＢｒを含む混合ガス比は、５：１：２０であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
半導体基板上に、素子分離領域に対応した開口部を有するマスク層を形成する工程と、前記マスク層をマスクとして前記半導体基板をエッチングし、トレンチ上端部をテーパ状に形成する工程と、前記マスク層をマスクとして前記半導体基板をエッチングしメインのトレンチ部を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【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かかわり、特にプラズマを用いて半導体基板のトレンチ形成を行う製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の高集積化に伴い、半導体装置の素子分離技術として、トレンチ分離技術により素子分離間隔を縮小することが必須となってきた。トレンチ分離技術は半導体基板上にトレンチを形成するが、半導体基板上面とトレンチ側壁およびトレンチ底面の接合部が直線的に接合した形を有する場合、その接合部（端部）に置いて電界集中が起こることが知られている。この原因として、端部の結晶欠陥やパッド酸化膜の膜厚不均一等が考えられる。その解決策として、トレンチ上端部と下端部に丸みをもたせることが提案されている。
【０００３】
例えば、特開２００１−３４５３７５号公報においては、レジストマスクを残した状態でＨＢｒおよびＣＦ４を反応性ガスとしてトレンチ上端部の丸め加工を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、トレンチ上端部の丸め加工のためにレジストをマスクとして半導体基板の加工を行った場合、半導体基板に対するレジストからの汚染が素子特性に影響する可能性を考慮し、半導体基板上の絶縁膜はレジストをマスクとして開口した後、レジストを除去し、絶縁膜をマスクとして半導体基板をトレンチ加工する場合もあった。しかしながらその場合、レジストとの反応生成物を期待したエッチングガスを用いると、トレンチ上端部に十分な丸みを形成することが困難であった。
【０００５】
本発明の目的は、上述の問題点を解決するため、レジストをマスクとして開口した後、レジストを除去し、絶縁膜をマスクとした半導体基板のトレンチ上端部に十分な大きさの丸みを加工する半導体装置の製造方法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、真空容器とその中にプラズマを発生させる手段、及び該プラズマにより表面加工される試料を設置する試料台と前記試料台へ高周波電圧を印加するための電源からなる表面加工装置を用いて、絶縁膜をマスクとした半導体基板にＨＢｒガスおよびＣＨＦ３ガスの混合ガスを用いて半導体基板をエッチングしながら、その反応生成物をパターン側壁に付着させ、該付着したサイドウォールを微小エッチングしてトレンチ上端部に十分な大きさの丸みを形成することにある。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図１と図２により説明する。
【０００８】
図１はプラズマ処理装置のプラズマ生成部の詳細を示した図である。本一実施例はプラズマを生成する手段としてＵＨＦ波と磁界を利用した例である。図１において、１はＵＨＦ波導入のためのアンテナ、２は磁場を発生するソレノイドコイル、３はＵＨＦ波透過窓（例えば石英平板）、４は真空容器、５は試料であるウエハを配置する試料台、６は試料台を上下に移動させる駆動機構、７はプラズマ処理、例えばエッチング時に試料台に高周波バイアス電圧を印加するための高周波電源、８は試料台に配置されるウエハを静電吸着させるための静電吸着電源である。真空容器４の内部には電極である試料台５近傍に接地電位の部材であるアース電極９を配置する。アース電極９は接地電位となっており、真空容器４の内側に取り付けられ、真空容器４とプラズマ１０との電気導通性を確保する働きを有するものである。
【０００９】
以上の装置構成において、ウエハ（試料）のエッチング処理の際には真空ポンプ（図示省略）およびターボ分子ポンプ（図示省略）によって減圧された真空容器４の内部にプロセスガスを導入する。真空容器内部の圧力はバリアブルバルブ（図示省略）によって調圧され、アンテナ１よりＵＨＦ波を導入する。
【００１０】
アンテナ１より導入されＵＨＦ波透過窓３を介して入射したＵＨＦ波と真空容器４の外側に巻装されたソレノイドコイル２による磁界の作用によって、プロセスガス中の電子は効率よくエネルギーを与えられ、電子サイクロトロン共鳴（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ、以下「ＥＣＲ」と略す）による高密度なプラズマ１０が生成される。プラズマ１０が生成した後に静電吸着電源８よりウエハを試料台５に吸着させるための直流電圧を出力する。ウエハが試料台５に吸着された後に、さらに高周波電源７より高周波バイアス電圧を出力しプロセス処理を開始する。
【００１１】
図２は図１の装置を用いた本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を示す図である。
【００１２】
以下、図２を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【００１３】
図２に示すように、レジスト１５は露光領域に応じて既にパターニングされている。該パターニングされたレジスト１５をパターンとしてパッド酸化膜１２と窒化シリコン１１からなるマスクを専用のエッチング装置でエッチングを行った。その後、別のアッシング装置でレジストを除去した後、上述のエッチング装置又は他のエッチング装置を用いて、エッチングガスとしてＣＨＦ３とＨＢｒを含んだ混合ガスを用い、シリコン基板１３のエッチングを行った。
【００１４】
該エッチング条件は、圧力は２．０Ｐａ、この時のＨＢｒ／ＣＨＦ３のガス流量比は約５／１（ＨＢｒガス量に対するＣＨＦ３ガス量の割合を約２０％）とし、ウエハ面内の反応生成物制御のためＯ２ガスを３ｍＬ／ｍｉｎ程度添加して、第１のエッチングを１５秒間程度行った。その後、ＣＬ２，Ｏ２，ＨＢｒガスを用いて第２のエッチングを行い、メインのトレンチ部を形成した。
【００１５】
第１のエッチングによりマスク側面にシリコン基板１３とエッチングガスからなる反応生成物がサイドウォール１４として徐々に付着する。その時、シリコン基板１３は異方性にエッチングされることから、順テーパに仕上がる。
【００１６】
順テーパの形状は添加したＯ２ガス、その他総ガス流量、圧力などで制御可能である。
【００１７】
その後、第２のエッチングにより素子分離を形成する。この時、第１のエッチングにより付着したサイドウォール１４もわずかにエッチングされるため、素子分離領域にせり出した先端もエッチングされ、第２のエッチングの部分となめらかに繋がる。
【００１８】
また、素子分離領域にせり出した先端を大きくエッチングしたくない場合は、メインのトレンチ部の形成条件にＨＢｒ，Ｏ２，ＣＦ４を含む混合ガスを使用することもできる。
【００１９】
次に、素子分離領域にせり出した先端を大きくエッチングしたい場合について図３を用いて説明する。
【００２０】
図３の実施例の相違点は、図２の実施例に対して第１のエッチング時間を約１５秒から５秒程度（ウエハバイアス１００Ｗ程度は変わらず）に短縮し、ウエハバイアスを１００Ｗ程度から２０Ｗ程度に下げて１０秒間程度エッチングする実施形態である。このようなエッチング条件、エッチングステップを用いることにより、テーパの角度を変え積極的に丸みを付けることも可能である。
【００２１】
さらに、トレンチ下端部にも十分な丸みが必要なため、高周波電源パワーの調整やＨＢｒ，Ｏ２，ＣＦ４ガスを用いた条件でトレンチ底のエッチングを行うことも可能である。
【００２２】
次に、トレンチ部底面を丸みをつけるエッチングをしたい場合について図４を用いて説明する。
【００２３】
図４の実施例に対して所望のトレンチ深さが得られる８０％〜９０％程度から前記のようにウエハバイアスを１００Ｗ程度から２０Ｗ程度に下げエッチングすることにより丸みをつけることが可能となる。
【００２４】
以上、本実施例によれば、半導体基板のエッチング以外の工程である、デポジションや熱酸化に頼ることなく、半導体基板に形成するトレンチの上端部に十分な丸みを形成することができた。
【００２５】
尚、本実施例は、プラズマを生成する手段としてＵＨＦ波と磁界を利用した事例で説明したが、本願発明はこの構造に限定されるものではない。つまり、本願発明はＥＣＲプラズマ方式の装置のみならず、ＲＦプラズマ等他方式のプラズマを用いた半導体装置にも応用可能である
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、レジストをマスクとして開口した後、レジストを除去し、絶縁膜をマスクとした半導体基板を、マスク側壁に反応生成物を付着させながらエッチングすることにより、トレンチ上端部に十分な丸みを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例説明に用いたエッチング装置を示した概略図。
【図２】本発明の実施例を説明するための半導体基板の要所断面図。
【図３】本発明の他の実施例を説明するための半導体基板の要所断面図。
【図４】本発明の他の実施例を説明するための半導体基板の要所断面図。
【符号の説明】
１…アンテナ、２…ソレノイドコイル、３…ＵＨＦ波透過窓、４…真空容器、５…試料台、６…試料台駆動機構、７…高周波電源、８…静電吸着電源、９…アース電極、１０…プラズマ、１１…窒化シリコン、１２…パッド酸化膜、１３…シリコン基板、１４…サイドウォール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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