(57)【要約】      （修正有）【課題】  トレンチ形状に対する要求とアスペクト比に対する要求とを同時に満たすことができ、かつ、なめらかな形状の側壁を有するトレンチを形成できるプラズマエッチング方法を提供する。【解決手段】  下部電極１２０上にシリコン基板を載置し、ガス導入口１４０を介してエッチングガスを供給し、排気口１５０から排気し、高周波電源１３０ａ、１３０ｂから上部電極１１０及び下部電極１２０にそれぞれ高周波電力を供給してエッチングガスをＩＣＰ法によりプラズマ化し、活性種を生成させてシリコン基板のエッチングを進行させるプラズマエッチング方法であって、エッチングガスとしてＳＦ6ガスを主成分とし、これにＯ2及びＨｅのガスを添加した混合ガスを用いる。【選択図】図１
2005166838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内においてＳｉからなる被処理体をプラズマエッチングする方法であって、
ＳＦ6、Ｏ2及び希ガスを含むエッチングガスを前記処理室内に導入し、前記エッチングガスをプラズマ化して前記被処理体をエッチングする
ことを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項２】
前記希ガスは、Ｈｅである
ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項３】
前記処理室内に導入するＨｅの量は、前記エッチングガスの総流量に対して３０〜９０％である
ことを特徴とする請求項２に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項４】
前記処理室の内壁は、絶縁性材料からなる
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項５】
前記絶縁性材料は、石英、アルミナ、アルマイト加工されたアルミ母材あるいは酸化イットリウムである
ことを特徴とする請求項４に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項６】
前記エッチングガスは、さらに、Ｃｌ2を含む
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項７】
前記処理室内に導入するＣｌ2の量は、前記エッチングガスの総流量に対して１０％以下である
ことを特徴とする請求項６に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項８】
前記エッチングガスをＩＣＰ法によりプラズマ化する
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項９】
シリコン基板をエッチングする装置であって、
請求項１〜８のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法を用いて前記シリコン基板にトレンチを形成する
ことを特徴とするエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマエッチング方法に関し、特にトレンチを良好に形成するプラズマエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エレクトロニクス機器における小型化に伴って、それに付随する半導体装置も小型化が要求されてきている。従って、半導体装置の素子分離やメモリ・セル容量面積の確保を目的としてシリコン基板に形成されるトレンチ（溝や穴）には、例えば４０以上の高アスペクト比(溝または穴の深さ／溝または穴の径)が要求される。そして、このような高アスペクト比のトレンチをシリコン基板に形成する方法として、エッチングガスをプラズマ化して生じた活性種（イオンやラジカル）によりシリコン基板のエッチングを行うプラズマエッチング方法がある。
【０００３】
ところで、トレンチには高アスペクト比が要求されると共に、図４に示されるような側壁部の傾斜角を略０度（垂直）にすることが要求される。しかし、高アスペクト比のトレンチを実現しようとする場合、トレンチの形状制御が困難となるので、トレンチ形状に対する要求とアスペクト比に対する要求とを同時に満たすことができないという問題がある。すなわち、プラズマエッチング方法によるシリコン基板のエッチング工程においては、電気的に中性なラジカルがシリコン基板表面に等方的に入射し、サイドエッチングを生じさせるので、特に高アスペクト比のトレンチにおいてはこれが顕著になり、トレンチ形状が所定の形状とならず図５に示されるような形状となるのである。
【０００４】
このような問題を解決する先行技術として、例えば特許文献１、２に記載のプラズマエッチング方法がある。
以下、特許文献１、２に記載のプラズマエッチング方法によるシリコン基板のエッチングについて図６に沿って説明する。
まず、図６（ａ）に示されるように、パターン形成されたマスク６００を用いて、エッチングガスをプラズマ化して生じた活性種によりシリコン基板６１０のエッチングを行う。このとき、イオンは負バイアスにより加速されてシリコン基板６１０表面に垂直に入射し、垂直方向にエッチングを進行させ、ラジカルはシリコン基板６１０表面に等方的に入射し、上端開口部のマスク６００下にサイドエッチングを生じさせる。
【０００５】
次に、図６（ｂ）に示されるように、エッチングに対する保護膜６２０を、トレンチ内のシリコン基板６１０表面に形成する。
次に、図６（ｃ）に示されるように、再び活性種によりシリコン基板６１０のエッチングを行う。このとき、トレンチ側壁は保護膜６２０で覆われているため、ラジカルによる側面のエッチングは進行せず、垂直方向のエッチングと新たに現れたトレンチ側壁のエッチングが進行する。
【０００６】
次に、図６（ｄ）に示されるように、上記１〜３の工程を繰り返す。
以上のように従来のプラズマエッチング方法によれば、エッチング工程を複数回に分けておこない、エッチングを進行させる前にはトレンチ側壁を保護膜で覆うため、エッチングの回数を増やすことで高アスペクト比のトレンチを形成することができ、トレンチ側壁のエッチングの進行を抑えることができるので、トレンチ形状に対する要求とアスペクト比に対する要求とを同時に満たすことができる。
【特許文献１】特開昭６０−５０９２３号公報
【特許文献２】特開平７−５０３８１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来のプラズマエッチング方法では、エッチング工程と保護膜形成の工程とが繰り返しておこなわれるために、トレンチ側壁に凸凹が生じるという問題がある。
そこで、本発明は、かかる問題点に鑑み、トレンチ形状に対する要求とアスペクト比に対する要求とを同時に満たすことができ、かつ、なめらかな形状の側壁を有するトレンチを形成できるプラズマエッチング方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明のプラズマエッチング方法は、処理室内においてＳｉからなる被処理体をプラズマエッチングする方法であって、ＳＦ6、Ｏ2及び希ガスを含むエッチングガスを前記処理室内に導入し、前記エッチングガスをプラズマ化して前記被処理体をエッチングすることを特徴とする。ここで、前記希ガスは、Ｈｅであってもよいし、前記処理室内に導入するＨｅの量は、前記エッチングガスの総流量に対して３０〜９０％であってもよいし、前記エッチングガスをＩＣＰ法によりプラズマ化してもよい。
【０００９】
これらによって、トレンチ内部のガスが外部に追い出されるようなガス流を発生させ、トレンチ内部の反応生成物及び活性種の滞在時間を短くすることができるので、高アスペクト比のトレンチを形成する場合においても、トレンチにサイドエッチングが生じたり、トレンチが先細りしたりするのを抑制することができる。つまり、トレンチ形状に対する要求とアスペクト比に対する要求とを同時に満たすことができるプラズマエッチング方法を実現することができる。さらに、１回のエッチング工程によりシリコン基板にトレンチを形成することができるので、トレンチ側壁に凸凹が生じるのを防ぐ。つまり、なめらかな形状の側壁を有するトレンチを形成できるプラズマエッチング方法を実現することができる。
【００１０】
ここで、前記処理室の内壁は、絶縁性材料からなってもよい。また、前記絶縁性材料は、石英、アルミナ、アルマイト加工されたアルミ母材あるいは酸化イットリウムであってもよい。
これによって、プラズマ密度を高く保ち、エッチングレートを高く維持し、トレンチに対する側壁保護効果が低下するのを防ぐことができるので、トレンチにサイドエッチングを生じさせず、所定形状のトレンチを形成できるプラズマエッチング方法を実現することができる。
【００１１】
また、前記エッチングガスは、さらに、Ｃｌ2を含んでもよい。また、前記処理室内に導入するＣｌ2の量は、前記エッチングガスの総流量に対して１０％以下であってもよい。
これによって、エッチングガスはＣｌ2を含むので、トレンチ側壁保護効果が強すぎた場合に、トレンチの底まで保護する作用が働き、部分的にエッチングが阻害されて生じるトレンチの底の残渣を低減することができるプラズマエッチング方法を実現することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るプラズマエッチング方法によれば、高アスペクト比のトレンチを形成する場合においても、トレンチにサイドエッチングが生じたり、トレンチが先細りしたりするのを抑制することができ、トレンチ形状に対する要求とアスペクト比に対する要求とを同時に満たすことができる。また、なめらかな形状の側壁を有するトレンチを形成できる。また、トレンチにサイドエッチングを生じさせず、所定形状のトレンチを形成できる。
【００１３】
よって、本発明により、トレンチ形状に対する要求とアスペクト比に対する要求とを同時に満たすことができ、かつ、なめらかな形状の側壁を有するトレンチを形成できるプラズマエッチング方法を提供することが可能となり、実用的価値は極めて高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態におけるプラズマエッチング装置について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施の形態のプラズマエッチング装置の構成を示す図である。
プラズマエッチング装置は、例えばＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）型エッチング装置であって、真空のエッチングチャンバー１００と、エッチングチャンバー１００内の上部電極１１０及び下部電極１２０と、高周波電源１３０ａ、１３０ｂと、ガス導入口１４０と、排気口１５０とを備える。
【００１５】
エッチングチャンバー１００は、エッチングがおこなわれる処理室であり、内壁が例えば石英、アルミナ、アルマイト加工されたアルミ母材あるいは酸化イットリウム等の絶縁性材料からなる。
高周波電源１３０ａ、１３０ｂは、例えば１３．５７MHｚの高周波電力を供給する。
ガス導入口１４０は、エッチングチャンバー１００にガスを供給する。
【００１６】
排気口１５０は、エッチングチャンバー１００内のガスを排気する。
次に、トランジスタ等の半導体装置の製造における１工程としての上記プラズマエッチング装置を用いたシリコン基板のトレンチ加工について、以下で順に説明する。
まず、下部電極１２０上にシリコン基板を載置し、エッチングチャンバー１００内を一定の圧力に保ちながら、ガス導入口１４０を介してエッチングガスを供給し、排気口１５０から排気する。ここで、エッチングガスは、ＳＦ6ガスを主成分とし、これにＯ2及び希ガス、例えばＨｅ等のガスを添加した混合ガスである。また、Ｈｅ量は、少ないとＳＦ6ガス及びＯ2のエッチングガス中での占める割合が大きくなってトレンチにサイドエッチングを生じたり、トレンチが先細りしたりし、また、多いとＳＦ6ガス及びＯ2のエッチングガス中での占める割合が小さくなってエッチングが進まないので、総流量に対して３０〜９０％となるように調節する。なお、希ガスは、Ａｒ、Ｘｅであってもよい。
【００１７】
次に、高周波電源１３０ａ、１３０ｂから上部電極１１０及び下部電極１２０にそれぞれ高周波電力を供給して、エッチングガスをプラズマ化させる。Ｆ+イオン、Ｆラジカル等のプラズマ中の活性種は、シリコン基板のシリコンと反応して、ＳｉＯ2、Ｓｉ2Ｆ6等の反応生成物を生成し、シリコン基板をエッチングしてトレンチを形成する。このとき、エッチング対象がシリコン基板であることを考慮して、下部電極１２０に印加するＲＦパワーは、低く例えば約５０Ｗに設定する。
【００１８】
以上のように本実施の形態のプラズマエッチング装置によれば、Ｈｅを含むエッチングガスを用いてシリコン基板にトレンチを形成する。よって、図２に示されるように、トレンチ内部のガスが外部に追い出されるようなガス流を発生させ、トレンチ内部の反応生成物及び活性種の滞在時間を短くすることができるので、本実施の形態のプラズマエッチング装置は、例えば４０以上の高アスペクト比のトレンチを形成する場合においても、トレンチにサイドエッチングが生じたり、トレンチが先細りしたりするのを抑制することができる。つまり、トレンチ形状に対する要求とアスペクト比に対する要求とを同時に満たすことができるプラズマエッチング装置を実現することができる。
【００１９】
また、本実施の形態のプラズマエッチング装置によれば、１回のエッチング工程によりシリコン基板にトレンチを形成する。よって、トレンチ側壁に凸凹が生じるのを防ぐことができるので、本実施の形態のプラズマエッチング装置は、なめらかな形状の側壁を有するトレンチを形成できるプラズマエッチング装置を実現することができる。
また、本実施の形態のプラズマエッチング装置によれば、Ｏ2を含むエッチングガスを用いてシリコン基板をエッチングする。よって、トレンチに対する側壁保護効果を高めることができるので、本実施の形態のプラズマエッチング装置は、トレンチにサイドエッチングを生じさせず、所定形状のトレンチを形成できるプラズマエッチング装置を実現することができる。
【００２０】
また、本実施の形態のプラズマエッチング装置によれば、エッチングチャンバー１００の内壁が絶縁性材料からなる。よって、図３（ａ）に示されるように放電により生じた電子のエッチングチャンバー壁３００への衝突によりプラズマ３１０の密度が低くならず、図３（ｂ）に示されるようにプラズマ３１０の密度を高く保ち、エッチングレートを高く維持し、トレンチに対する側壁保護効果の低下を防止することができるので、本実施の形態のプラズマエッチング装置は、トレンチにサイドエッチングを生じさせず、所定形状のトレンチを形成できるプラズマエッチング装置を実現することができる。
【００２１】
なお、本実施の形態のプラズマエッチング装置において、エッチングガスは、ＳＦ6ガスを主成分とし、これにＯ2及び希ガスを添加した混合ガスであるとした。しかし、エッチングガスには、さらに塩素（Ｃｌ2）ガスが例えば総流量の１０％以下、例えば約１０％添加されていてもよい。これによって、トレンチ側壁保護効果が強すぎた場合に、トレンチの底まで保護する作用が働き、部分的にエッチングが阻害されて生じるトレンチの底の残渣を低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は、プラズマエッチング方法に利用でき、特に半導体装置のトレンチ加工に際しての半導体基板のエッチング等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態のプラズマエッチング装置の構成を示す図である。
【図２】同実施の形態のプラズマエッチング装置におけるエッチングガスにＨｅを用いた効果を説明するための図である。
【図３】同実施の形態のプラズマエッチング装置におけるエッチングチャンバー１００の内壁に絶縁性材料を用いた効果を説明するための図である。
【図４】所定の形状のトレンチが形成されたシリコン基板の断面図である。
【図５】サイドエッチングの生じたトレンチが形成されたシリコン基板の断面図である。
【図６】従来のプラズマエッチング方法によるシリコン基板のエッチングを説明するための図である。
【符号の説明】
【００２４】
１００    エッチングチャンバー
１１０    上部電極
１２０    下部電極
１３０ａ、１３０ｂ    高周波電源
１４０    ガス導入口
１５０    排気口
３００    エッチングチャンバー壁
３１０    プラズマ
６００    マスク
６１０    シリコン基板
６２０    保護膜
【図１】
2005166838.tif 000003
【図２】
2005166838.tif 000004
【図３】
2005166838.tif 000005
【図４】
2005166838.tif 000006
【図５】
2005166838.tif 000007
【図６】
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