(57)【要約】【課題】  エッチング形状の加工寸法依存が少なく、マスク材料に依存しないボトムラウンド形成プロセスを供給する。【解決手段】  半導体基板１０に溝または穴の形成を行うエッチング方法であって、Ｃｌ２、ＨＢｒ等のハロゲン系ガスをソースガスとして用いて前記半導体基板に溝または穴形を形成し、半導体基板に印加するウェハバイアス出力を０Ｗとし、エッチング処理圧力を１Ｐａ以下の低圧とし、添加ガスを含まない、Ｃｌ２またはＨＢｒ等のハロゲン系ガスを単独ガス１４として用いて、前記形成された溝または穴の下端部に丸み（ボトムラウンド）１５を形成する半導体装置のライエッチング方法。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に溝または穴の形成を行うエッチング方法について、塩素（Ｃｌ２）、臭素（ＨＢｒ）等のハロゲン系ガスをソースガスとして用いて、前記半導体基板に溝または穴形を形成し、形成された溝または穴の下端部に丸み（ボトムラウンド）を形成することを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項２】
ボトムラウンドを形成するプロセスで、半導体基板に印加するウェハバイアス出力を０Ｗ、又はそれに近いバイアスで行うことを特徴とする請求項１記載のドライエッチング方法。
【請求項３】
ボトムラウンドを生成するプロセスで、エッチング処理圧力を１Ｐａ以下の低圧とすることを特徴とする請求項２記載のドライエッチング方法。
【請求項４】
エッチングガスとして、添加ガスを含まない、塩素（Ｃｌ２）、臭素（ＨＢｒ）等のハロゲン系ガスを単独ガスとして用いることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載のドライエッチング方法。
【請求項５】
マスク材からの生成物およびエッチング反応性生物を減少して、加工形状が溝または穴の加工寸法依存を少なくしたことを特徴とする請求項４記載のドライエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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および穴の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体の素子分離法として半導体素子を微細化するために、ＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）が用いられる。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、後工程において、空洞を作らずに絶縁膜を埋め込むために側壁を順テーパー形状に加工して構成される。この溝に酸化膜を形成した時の応力による結晶欠陥の発生を防ぐため、溝下端部に丸みを形成することが必要である。
【０００３】
従来のエッチング方法では、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に示される方法では、Ｏ２（酸素）ガス添加により反応生成物を堆積させる方法によってボトムラウンドを形成するため、反応性生物付着量の偏りから、トレンチ寸法に依存してボトムラウンド形状の変動が大きく、また、反応生成物による異物の発生が懸念された。
【０００５】
一方、本願出願人は、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、三フッ化窒素（ＮＦ３）、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）などを添加ガスとし、ボトムラウンドを形成する方法を提案している（例えば、特許文献２参照）。この方法では、添加ガスを必要としている。
【特許文献１】特開平６−６１１９０号公報
【特許文献２】特願２００３−４８８６７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、ドライエッチング方法において、エッチング反応性生物に依存しないボトムラウンド形成方法により、エッチング形状の加工寸法依存が少なく、マスク材料に依存しないボトムラウンド形成プロセスを供給することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、Ｃｌ２ガスもしくは、ＨＢｒガス等のハロゲン系ガスを単ガスで使用したプラズマ中で、ウェハバイアス出力を０Ｗにすることにより達成できる。
【０００８】
すなわち、上記課題を解決するために、本発明は、半導体基板に溝または穴の形成を行うエッチング方法について、Ｃｌ２、ＨＢｒ等のハロゲン系ガスをソースガスとして用いて、前記半導体基板に溝または穴形を形成し、形成された溝または穴の下端部に丸み（ボトムラウンド）を形成するようにした。
【０００９】
また、本発明は、ボトムラウンドを形成するプロセスで、半導体基板に印加するウェハバイアス出力を０Ｗ、又はそれに近いバイアスで行うようにした。さらに、本発明は、ボトムラウンドを生成するプロセスで、エッチング処理圧力を１Ｐａ以下の低圧とした。
【００１０】
本発明は、エッチングガスとして、添加ガスを含まない、Ｃｌ２、ＨＢｒ等のハロゲン系ガスを単独ガスとして用いた。また、本発明は、マスク材からの生成物およびエッチング反応性生物を減少できるので、加工形状が溝または穴の加工寸法依存を少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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は、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５化される。処理ウェハ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ェ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。
【００１２】
図２は、図１の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ェハは、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、エッチング用マスクとして窒化シリコン１２が順に形成されている。
【００１３】
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塩素（Ｃｌ２）ガスと硼化水素（ＨＢｒ）ガスを主エッチングガスとし酸素（Ｏ２）ガスを添加ガスとして用いた。この時エッチングガスとシリコン基板からなる反応生成物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できる。こうして、図２（ｂ）の形状を得ることができる。この時側壁には図２（ｂ）のような形で反応生成物が堆積し、側壁保護膜１３が形成され、底面には反応生成物の堆積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。
【００１４】
この時点では、図２（ｂ）の側壁保護膜１３を除去しても図２（ｃ）に示す様に溝下端部は角張った形状である。
【００１５】
図２（ｂ）に示す状態（すなわち、シリコン溝形成後、溝側壁に保護膜が形成されている状態）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、ウェハバイアス出力０Ｗ、Ｃｌ２ガス単体をプロセスガスとして用い、２０秒程度エッチングを行った。
【００１６】
ボトムラウンド形成ステップでは、ウェハバイアスを印加していないため、溝形成ステップにて形成されたトレンチ側壁の側壁保護膜１３はエッチングされず、溝底面部分のみ選択的にエッチングが進行する。溝下端部の拡大図（図３）に示すように、堆積保護膜を生成しやすいガスをプロセスガスとして使用しないため、プラズマにより活性化された塩素（Ｃｌ）１４がエッチング表面へ到達する確立の高い底面部分のエッチング速度が速くなる。トレンチ側壁で反射された塩素（Ｃｌ）１４は、角張った溝下端部分から離れた溝底面に到達するため、溝下端部分から離れた底面への到達確立が高くなり、溝下底面部分はラウンド形状にエッチングされる。これによりボトムラウンド１５を形成することが可能となる。また、反応生成物の生成が少ないため、トレンチ幅の大きさに依存しない安定したラウンド形状が得られた。
【００１７】
なお、上記プロセスガスに反応生成物を生成しやすいガス（Ｏ２等）を添加すると、溝底面部分での反応生成物の堆積分布が塩素（Ｃｌ）１４の到達確率と同様であり、ラウンド形状は形成されない。
【００１８】
以上、本実施例によれば、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】
上記実施例では、ボトムラウンド形成プロセス用ガスとして、溝（穴）形成エッチングプロセスに用いたガスと同じ添加ガスを含まないＣＩ２ガス単体を用いたが、溝（穴）形成エッチングプロセスに用いたガスと同じ添加ガスを含まないＨＢｒガス単体を用いることができる。
【００２０】
さらに、本発明においては、ボトムラウンドを形成するプロセスで、半導体基板に印加するウェハバイアス出力を０Ｗとしたが、溝側壁に形成された保護膜で反射された活性化された処理ガスがボトムに到達するようなバイアスであれば、０Ｗに近いウェハバイアスで行っても同様な効果を得ることができる。
【００２１】
上記実施例では、ボトムラウンドを生成するプロセスで、エッチング処理圧力を０．４Ｐａとしたが、溝側壁に形成された保護膜で反射された活性化された処理ガスがボトムに到達するような処理圧力あれば、１Ｐａ以下の低圧とすることによっても同様の効果を得ることができる。
【００２２】
さらに、本発明は、マスク材からの生成物およびエッチング反応性生物を減少することができ、加工形状が溝または穴の加工寸法依存を少なくすることができる。
【００２３】
本一実施例は、ＳＴＩについて説明したが、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。
【００２４】
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、したがって、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できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【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。
【符号の説明】
【００２６】
１…マグネトロン
２…導波管
３…石英版
４…ソレノイドコイル
５…プラズマ
６…ウェハ
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…側壁保護膜
１４…塩素
１５…ボトムラウンド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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