(57)【要約】【課題】半導体装置の溝や孔の下端角部にボトムラウンドを形成する半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】フォトレジスト１３や絶縁膜１１をマスクとした半導体基板１０を、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、三フッ化窒素（ＮＦ３）等、フッ素（Ｆ）を主体とするソースガスと、炭素（Ｃ）・水素（Ｈ）・Ｆからなる（ＣＨＦ３・ＣＨ２Ｆ２等）添加ガスからなる反応ガスを用い、ウエハバイアス出力を０Ｗにすることにより、等方性エッチング及び側壁保護膜１４を利用して、ボトムラウンド１５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】
半導体基板に溝及び穴の形成を行う工程、即ちマスク材（レジスト）・反応生成物を側壁保護膜として利用するエッチング方法について、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、三フッ化窒素（ＮＦ３）等、フッ素（Ｆ）を主体とするガスをソースガスとし、炭素（Ｃ）・水素（Ｈ）・Ｆからなる（ＣＨＦ３・ＣＨ２Ｆ２等）を添加ガスとし、前記半導体基板に形成された溝及び穴の下端部に丸み（ボトムラウンド）を形成、制御することを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項２】
請求項１のボトムラウンドを形成、制御する方法として、半導体基板に印加するウエハバイアス出力を０Ｗ、又はそれに近いバイアスで行うドライエッチング方法。
【請求項３】
請求項１のボトムラウンドを形成、制御する方法として、反応性生物による側壁保護膜を利用し、半導体基板に形成された溝及び穴の底面にボトムラウンドをもたせることを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項４】
請求項１の溝、穴形成時にテーパー形成ステップを挿入することにより、処理された溝、穴の底面にボトムラウンドをもたせることを特徴とするドライエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はドライエッチング方法に係り、特にエッチングによるボトムラウンドを有する溝及び穴の形成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体素子の微細化により素子分離法はＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）が用いられるようになっている。これはドライエッチングによりシリコン基板に溝を形成した後、その溝に絶縁膜を埋め込むことで素子間を分離する方法である。この溝の形状は、空洞無く絶縁膜を埋め込むために側面が順テ−パ−で、酸化膜を形成した時の応力による結晶欠陥を防ぐため、溝下端部に丸みが必要である。
【０００３】
従来のエッチングでは、マイクロ波プラズマエッチング装置を用い、ＨＢｒ（臭化水素）ガスとＯ２（酸素）ガスを混合した反応ガスにおいて、反応ガスの総流量に対して１％から５％の範囲でＯ２ガスを混合した条件を用い、溝を形成する。そしてボトムラウンドを形成する追加のエッチングとして、前条件のＯ２ガス混合率を１０％としたものを用いている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−６１１９０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＳＴＩでは異方性エッチング主体で溝を形成することに加え、シリコン溝角度を８０°〜８５°程度に傾ける必要があり、その上で、溝下端角部を丸めることは困難である。従来方法では一定の溝を形成した後、シリコン溝角度をより傾ける条件によりボトムラウンドを形成していたが、デバイス性能向上のため、さらなるラウンド形状が要求されてきた。
【０００６】
本発明の目的は、ＳＴＩにおいて、溝下端角部にさらなるボトムラウンドを形成することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題は、ボトムラウンド形成時に、三フッ化窒素（ＮＦ３）等、フッ素（Ｆ）を主体とするガスをソースガスと、炭素（Ｃ）・水素（Ｈ）・Ｆからなる（ＣＨＦ３・ＣＨ２Ｆ２等）添加ガスを混合した反応ガスにおいて、ウエハバイアス出力を０Ｗにすることにより達成できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるプラズマエッチング方法について説明する。図１に本発明に用いたエッチング装置を示す。本一実施例はプラズマ生成手段にマイクロ波と磁界を利用したマイクロ波プラズマエッチング装置の例である。マイクロ波はマグネトロン１で発振され，導波管２を経て石英板３を通過して真空容器へ入射される。真空容器の周りにはソレノイドコイル４が設けてあり、これより発生する磁界と、入射してくるマイクロ波により電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ：  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）を起こす。これによりプロセスガスは、効率良く高密度にプラズマ化５される。処理ウエハ６は、静電吸着電源７で試料台８に直流電圧を印加することで、静電吸着力により電極に固定される。また、電極には高周波電源９が接続してあり、高周波電力を印加して、プラズマ中のイオンにウエハに対して垂直方向の加速電位を与える。エッチング後のガスは装置下部に設けられた排気口から、ターボポンプ・ドライポンプ（図省略）により排気される。
【０００９】
図２は図１のエッチング装置を用いた半導体装置の製造方法を示す図である。
本実施例に用いられたウエハは図２（ａ）に示すように、シリコン基板１０の上にパッド酸化膜１１、窒化シリコン１２、フォトレジストパターン１３が順に形成されている。
【００１０】
このフォトレジストパターンをエッチングマスクとして、窒化シリコンを、エッチングしたものを図２（ｂ）に示す。次にシリコン基板１０に一定の角度を持った溝を形成するため、エッチング条件としてＨＢｒガスとＯ２ガスの混合ガスを用いた。この時エッチングガスとシリコン基板１０からなる反応生成物１４をシリコン側壁に付着させつつ垂直方向にエッチングされることから、一定の角度を持ったシリコン溝が形成出来る。こうして図２（ｃ）の形状を得ることができる。この時側壁には図２（ｃ）のような形で保護膜１４がついている。側壁には保護膜が付着し底面には保護膜が少ない状態となっている。これは側面に反応性生物を付着させつつ垂直方向にエッチングが進んだ結果である。
【００１１】
この時点では、図２（ｃ）の側壁保護膜（反応成生物）１４を除去しても図２（ｄ）に示す様に溝下端部にはボトムラウンドが形成されず角張った形状である。
【００１２】
図２（ｃ）状態からボトムラウンド形成するための追加ステップとして、圧力：０．４Ｐａ、ウエハバイアス出力：０Ｗ、ＳＦ６／ＣＨＦ３のガス流量比：約１／６を用い、２０秒程度エッチングを行った。
【００１３】
ウエハバイアス出力が０Ｗ、およびＳＦ６では等方性のエッチングが行われる。ＣＨＦ３は等方性エッチング量を制御するガスとして働く。
【００１４】
ボトムラウンド形成ステップでは、保護膜の少ない底面から選択的に等方性エッチングされ、溝下溝部は円弧を描くようにエッチングされる。溝下端部における等方性エッチング状態の拡大図を図３に示す。図３において、矢印は等方性エッチングの方向をその大きさはエッチング量を概ね示している。これにより図２（ｅ）のようにボトムラウンド１５を形成することが可能となる。
【００１５】
溝及び／又は穴の形成では、ガス種など加工条件によりシリコン溝角度、側壁保護膜の種類・厚さが異なる。その際ラウンド形成ステップの条件もＳＦ６／ＣＨＦ３の割合・圧力・エッチング時間を調整することにより所望のボトムラウンドを得ることができる。
【００１６】
上記ボトムラウンド形成ステップを用いた応用例を図４に示す。まず、図４（ａ）に示すように溝形成のエッチングとしてエッチングにより所望の溝角度、及び所望の深さに対して８０〜９０％程度の溝を形成する。次に残りの深さをテーパー形成ステップとしてＨＢｒ／ＣＨＦ３、流量比２０／３、圧力２．０Ｐａ、ウエハバイアス８０Ｗの条件を用い、溝下部をよりテーパー角度の傾いた溝とする。この状態からボトムラウンド形成エッチングを行う。これにより下部側壁を過度にエッチングすることなくボトムラウンド形成が可能となる。よって図４（ｂ）に示すようにシリコン溝角度を保ったままボトムラウンド１５を形成できる。
【００１７】
その後、溝側壁保護膜１４を除去することによって、図４（ｃ）に示すテーパとボトムラウンドを有する溝を形成することができる。
【００１８】
以上、本一実施例によれば、シリコン溝形成後、溝側壁に保護膜が形成されている時、上記の条件でエッチングすることによりボトムラウンドを形成することができる。
【００１９】
本一実施例は、ＳＴＩについて述べているが、深溝形状や深孔形状においても同様の方法によりボトムラウンドを形成できる。
【００２０】
尚、本発明は、マイクロ波と磁場を用いたプラズマエッチング装置を使用したが、プラズマの生成方法の如何に関わらず適用可能であり、従って、例えばヘリコン波エッチング装置、誘導結合型エッチング装置等によって実施しても同等の効果を得ることが出来る。
【００２１】
本発明は、ボトムラウンド形成時のソースガスとして六フッ化硫黄（ＳＦ６）の他に、三フッ化窒素（ＮＦ３）等、フッ素（Ｆ）を主体とするガスを用いることができ、添加ガスとしてＣＨＦ３の他に、炭素（Ｃ）・水素（Ｈ）・ＦからなるＣＨ２Ｆ２等の水素を含むガスを用いることができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、ＳＦ６ガスを主体としＣＨＦ３等の水素を含むガスを添加した反応ガスを用い、ウエハバイアス出力を０Ｗにすることで、ボトムラウンドを形成することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に用いたマイクロ波プラズマエッチング装置の概略断面図。
【図２】本発明の一実施例を説明するための半導体基板の要所断面図。
【図３】本発明の一実施例を説明するための要所拡大図。
【図４】本発明の応用例。
【符号の説明】
１…マグネトロン、  ２…導波管、  ３…石英板、  ４…ソレノイドコイル、
５…プラズマ、  ６…ウエハ、  ７…静電吸着電源、  ８…試料台、
９…高周波電源、  １０…シリコン基板、  １１…パッド酸化膜、
１２…窒化シリコン膜、  １３…フォトレジストパターン、
１４…反応生成物（保護膜）、  １５…ボトムラウンド、
１６…テーパー形成ステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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