(57)【要約】シリコンを含有したマスク層（３）のエッチング耐性を上げ、上記マスク層（３）のエッチング速度を低減するために、添加物質（８）を、マスク層（３）またはエッチングガスに混合する。この添加物質（８）は、マスク層（３）に存在しているか、あるいは、マスク層（３）に蓄積されている。マスク層（３）を用いてパターン化するという次のエッチングプロセスの間に、低減されたエッチング速度でマスク層（３）を除去する。
2004517505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化シリコンまたは窒化シリコンを含み表面（７）を有する層（２）を、基板表面に配置した半導体基板（１）と、
上記層（２）のエッチングマスクとして用いるために、層（２）の表面（７）上に配置されたシリコンを含有したマスク層（３）とを備えた半導体構造であって、
上記マスク層（３）は、硫黄または炭素を含有した添加物質（８）を含んでおり、硫黄は硫化水素化合物に存在し、炭素はハイドロカーボン連鎖に存在し、この物質（８）は、１〜５００ｍＴｏｒｒの圧力および−２０℃〜２００℃の温度において固体であり、酸化分子および／または窒化分子としてガス状の成分を形成することによって、マスク層（３）のエッチング耐性を向上させる、半導体構造。
【請求項２】
上記物質（８）は、マスク層（３）の成分の５０％までを占めることを特徴とする、請求項１に記載の半導体構造。
【請求項３】
上記物質（８）は、アルミニウム，ガリウム，インジウム，タリウムまたは硼素を、１ｃｍ３あたり１０１９原子以上の濃度で含んでいることを特徴とする、請求項１または２に記載の半導体構造。
【請求項４】
上記物質（８）は、シリコンを含有したマスク層（３）に注入されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の半導体構造。
【請求項５】
上記物質（８）は、シリコンを含有したマスク層（３）を形成している間に供給されることによって、シリコンを含有したマスク層（３）に埋設されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の半導体構造。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のシリコンを含有するエッチングマスクを備えた半導体構造の層のエッチング方法であって、
酸化シリコンまたは窒化シリコンを含み、表面（７）を有する層（２）を基板（１）上に形成するステップと、
上記層（２）の表面（７）上にシリコンを含有したマスク層（３）を形成するステップと、
上記マスク層（３）をパターン化し、マスク構造（４）を形成するステップと、
上記層（２）を、ハイドロカーボン分子および／または硫化水素化合物を含んだフルオロハイドロカーボンを含有したエッチングガスを用いてエッチングするステップとを有し、エッチングマスク（３）によって表面（７）をエッチングガスから部分的に保護する方法。
【請求項７】
上記エッチングガスに含まれたハイドロカーボン分子、および／または、硫黄水素化合物を、エッチング工程の間、マスク層（３）中またはマスク層（３）上に蓄積することを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
上記エッチングガスに含まれたハイドロカーボン原子および／または硫黄原子を、エッチング工程の間、マスク層（３）中またはマスク層（３）上に蓄積することを特徴とする、請求項６または７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
本発明は、半導体構造、および、シリコンを含有したエッチングマスクを用いた半導体構造の層のエッチング方法に関するものである。
【０００１】
通常、半導体基板をパターン化するためには、エッチング方法が用いられる。そのために、パターン化する層の上にエッチングマスクを形成し、フォトリソグラフィーによってパターン化する。このパターン化する層には、エッチングマスクによって覆われ、保護されている領域がある。他方、この層における他の領域は、エッチングのために露出している。次に行われるエッチング工程では、エッチングされる層を、エッチング剤を用いて除去する。このとき、エッチングマスクによって覆われたエッチングされる層領域は、エッチング物質から保護される。これによって、これらの位置では、エッチングされる層のエッチング除去は行われない。また、エッチング工程では、エッチングされる層とエッチングマスクとの両方をエッチング物質にさらすので、両方の層が除去される。なお、通常、エッチングされる層に対して選択性の高いエッチングマスクが、エッチング剤によって選択される。つまり、エッチングマスクのエッチング除去量は、エッチングされる層のエッチング除去量よりも、著しく少ない。従って、エッチングマスクを相対的に薄くすることによって、エッチングされる層に深いパターンをエッチングできる。また、シリコン半導体技術に用いられる典型的な材料は、シリコン、酸化シリコン、窒化シリコンである。エッチング物質を適切に用いることによって、３つの材料のそれぞれを、他の材料のうちの１つまたは２つに対するエッチングマスクとして適切に使用できる。
【０００２】
例えば、シリコンからなるエッチングマスクは、フルオロハイドロカーボンを含有したエッチングガスと結合した（ｉｎ Ｖｅｒｂｉｎｄｕｎｇ ｍｉｔ）酸化シリコンまたは窒化シリコンのエッチングに適している。
【０００３】
本発明の目的は、シリコンを含有したエッチングマスク、および、その使用方法を、シリコンを含有したエッチングマスクのエッチング速度を低減できるように、改善することにある。
【０００４】
この目的は、半導体基板とマスク層とを備えた半導体構造によって達成される。この半導体基板の基板表面には、酸化シリコンまたは窒化シリコンを含み、表面を有する層が配置されている。また、マスク層は、上記層のエッチングマスクとして用いるために、上記層の表面上に配置された、シリコンを含有した層である。そして、この半導体構造では、マスク層が硫黄または炭素を含有した物質を添加して含んでいる。硫黄は硫化水素化合物に存在し、炭素はハイドロカーボン連鎖（Ｋｏｈｌｅｎｗａｓｓｅｒｓｔｏｆｆｋｅｔｔｅ）に存在している。また、上記物質は、１〜５００ｍＴｏｒｒの圧力、および、−２０℃〜２００℃の温度において固体であり、酸化分子および／または窒化分子からなるガス状の成分を形成することによって、マスク層のエッチング耐性を向上させるようになっている。
【０００５】
この添加物質（ｚｕｓａｅｔｚｌｉｃｈｅ Ｓｕｂｓｔａｎｚ）をマスク層の添加剤として使用することによって、シリコンを含有したマスク層のエッチング速度を低減できる。この結果、添加物質によって、シリコンを含有したマスク層のエッチング耐性の向上を有効に保証できる。例えば、マスク層を薄く形成することによって、エッチングされる層により深いトレンチをエッチングできる。このことは、薄いマスク層を、厚いマスク層よりも高い分解能（Ａｕｆｌｏｅｓｕｎｇ）によって、フォトリソグラフィーを用いてパターン化できるので、有効である。したがって、マスク層を用いて変更可能な構造幅を縮小できるので、半導体基板上の構成素子の小型化、および、その面積の縮小化に有効である。
【０００６】
本発明の一形態では、上記物質がマスク層成分の５０％までを占める。
【０００７】
本発明の他の形態では、上記の物質は、１〜５００ｍＴｏｒｒの圧力および−２０℃〜２００℃の温度において固体であり、酸化分子または窒化分子としてガス状の成分を形成するものである。その利点は、所定の温度範囲内で、固形物質として、物質をマスク層に統合できる一方で、酸素を用いて、ガス状、および、それゆえ揮発性の形状に変化しうるという点にある。この結果、添加物質を、エッチングプロセスの間に除去できる。
【０００８】
例えば、シリコンを含有したエッチングマスクが主としてシリコンによって形成され、エッチングされる層が酸化シリコンによって形成されると、酸化シリコンは、フルオロハイドロカーボンを含有したエッチングガスによって、フッ化シリコンおよび酸素に変わる。酸化シリコンと比べて、シリコンを含有したマスク層では、エッチング物質が非常にわずかな部分だけ作用され（ａｎｇｅｇｒｉｆｆｅｎ）、変化する。さらに、この部分を、上記の添加物質によって減らす。添加物質が、同様にエッチングされる酸化シリコン層の近傍またはその上に位置していると、添加物質は、酸化シリコン層から分解された（ｆｒｅｉｗｅｒｄｅｎｄｅｎ）酸素によって酸化され、揮発性のガス状に変化する。この結果、シリコンを含有したエッチングマスクとエッチングされる酸化シリコン層との間のエッチング選択性が向上する。
【０００９】
本発明の形態では、ハイドロカーボン連鎖の形状、または、硫化水素の形状をした炭素を含有する上記物質を備えている。炭素および硫黄は、フルオロハイドロカーボンを含有したエッチングガスを用いる場合における、炭素または硫黄を混合したシリコンの除去速度の低減に好適である。
【００１０】
本発明の他の構成では、上記の物質は、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウム、または、硼素を、１ｃｍ３あたり１０１９原子以上の濃度で含み、電気的に活性である。「電気的に活性である」とは、硼素がＳｉ結晶格子の格子サイト（Ｇｉｔｔｅｒｐｌａｅｔｚｅｎ）に組み込まれていることを意味する。また、上記の物質は、シリコンを含有したマスク層用のｐ型ドーピング剤である。同様に、ｐ型にドープされたマスク層は、エッチング耐性を向上させる点で有効である。
【００１１】
さらに、エッチングされる層は、酸化シリコンまたは窒化シリコンを含有したものでもよい。
【００１２】
また、本発明の他の形態では、上記の物質は、シリコンを含有したマスク層に注入されている。
【００１３】
また、本発明の他の形態では、上記物質は、シリコンを含有したマスク層を形成している間に供給されて、シリコンを含有したマスク層に埋設されている。
【００１４】
方法については、以下のステップを用いて、シリコンを含有するエッチングマスクを備えた半導体基板の層のエッチング方法によって上記の目的を達成する。つまり、この方法は、
酸化シリコンまたは窒化シリコンを含み、表面を有する層を基板上に形成するステップと、
層の表面上にシリコンを含有したマスク層を形成するステップと、
マスク層をパターン化し、マスク構造を形成するステップと、
ハイドロカーボン分子および／または硫化水素化合物を含んだフルオロハイドロカーボンを含有したエッチングガスを用いて層をエッチングするステップとを有し、エッチングマスクによって、上記表面をエッチングガスから部分的に保護する方法である。
【００１５】
本発明の方法によって、炭素および／または硫黄をエッチングガスとともにエッチング装置（Ａｅｔｚａｎｌａｇｅ）に導入することによって、シリコンを含有したエッチングマスクのエッチング速度を低減する。
【００１６】
本方法の一形態では、エッチング工程の間、エッチングガスに含まれる、例えばＣＨ４を含有したハイドロカーボン分子、および／または、例えばＳＨ２を含有した硫化水素化合物を、マスク層中またはマスク層上に蓄積する（ａｎｇｅｒｅｉｃｈｅｒｔ）。マスク層中あるいはマスク層上に蓄積することの利点は、シリコンを含有したエッチングマスクのエッチング耐性を向上でき、したがって、そのエッチング速度を低減できるという点にある。
【００１７】
他の有効な方法工程では、エッチング工程の間、エッチングガスに含まれたハイドロカーボンおよび／または硫黄原子を、マスク層中あるいはマスク層上に蓄積する。炭素および／または硫黄原子を蓄積することの利点は、同様に、シリコンを含有したマスク層のエッチング速度を低減できる点にある。
【００１８】
本発明の他の有効な形態については、各従属請求項の対象とする。
【００１９】
次に、本発明を、実施例および図面に基づいて詳述する。図１は、層およびマスク層を備えた基板を示す図である。図２は、上記層がマスク層によってパターン化された、図１に記載の構造を示す図である。図３は、添加物質を用いる場合および添加物質を用いない場合における、エッチングガスの入射角に対するエッチング速度を示す図である。
【００２０】
図１に、層２を上に配置した基板１を示す。層２は、基板１から離れた位置に表面７を備えている。また、層２の表面７上には、マスク層３が配置されている。このマスク層３は、マスク構造４をトレンチとしてマスク層３の中に備えるように形成されている。基板１は、例えばシリコンを含有した材料からなる。層２は、酸化シリコンおよび／または窒化シリコンを含んでいる。マスク層３はシリコンを含んでおり、そのシリコンの含有量は１００％までである。
【００２１】
第１変形例として、添加物質８を含んだシリコンを含有したマスク層３を提示する。添加物質とは、例えば炭素および／または硫黄である。この添加物質は、例えば、マスク層３の形成される間、マスク層３とともに蒸着することによって、物質８をマスク層３に組み込まれる。また、マスク層３を形成するための他の方法変形例では、初めに、添加物質８を用いずにマスク層３を形成する。その後、添加物質８を、例えば注入によってマスク層３に埋設する。
【００２２】
添加物質８用の他の材料としては、例えばアルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウム、硼素といったｐ型ドーピング剤が適している。
【００２３】
続いて、層２を、図２に示す構造のとおりにエッチングする。
【００２４】
図２に、図１の後の構造を示す。初めに、エッチングを、フルオロハイドロカーボンを含有したエッチングガスを用いて実施する。このとき、層２にトレンチ５を、および、マスク層３にファセット６を形成する。物質８は、まず、マスク層２からの材料除去の速度を低減させ、特に、形成されるファセット角度での材料の除去速度を低減させる。この場合、ファセット角度は、基板表面とファセット６との間の角度である。
【００２５】
図１に基づいた他の実施例では、初めに、添加物質８を用いずにマスク層３を形成する。次に、図２に示すように、添加物質８をエッチングガスと混ぜて、エッチング工程におけるエッチング選択性を向上させる。これは、添加物質８が、マスク層３の中および／またはマスク層３上に蓄積するためである。こうして、マスク層３からの材料の除去速度を低減できる。また、エッチング工程の間、物質８は、マスク層３に蓄積される。これによって、エッチング選択性はさらに向上する。
【００２６】
本実施例に関して、例えば、厚さ１０００ｎｍの、酸化シリコンおよび／または窒化シリコンからなる層２を用いてもよい。また、添加物質８を含んだマスク層３を、例えば厚さ１００ｎｍのシリコンから形成してもよい。
【００２７】
この添加物質８によって、まず、マスク層３からの材料の除去速度を低減でき、かつ、特に、形成されるファセット角度における、材料の除去速度を低減できる。
【００２８】
図３に、Ｅで示した横軸上に、基板上のエッチング物質の入射角Ｅを度（°）で表したグラフを示す。また、Ｒで示した縦軸上に、エッチング速度（０°の入射角で規格化している）を示す。第１カーブ９は、例えばアモルファスシリコン層のエッチング速度を示す。０°の入射角で規格化された除去速度は１である。この除去速度は、角度が４０°〜４５°である場合に、最大値である約３に上昇し、それ以上の角度の場合には、入射角９０°で除去速度が０に達するまで、下降する。このことから、パターン化されたアモルファスシリコン層にエッチング物質が垂直に入射する場合、４０°〜４５°の方向で、特に速いエッチング除去を得られる。これによって、ファセット６を構成するいわゆるテーパ（Ｔａｐｅｒ）が生じる。また、第２カーブ１０も、同様に、入射角が０°の場合の第１カーブ９の除去速度に基づいて規格化されている。添加物質８は、エッチング速度を、添加物質を用いない場合のエッチング速度の数分の１に低減する。
より大きな角度については、角度が５５°の場合、エッチング除去速度は約１．５倍に上昇する。つまり、添加物質８によって、傾斜効果がはるかに弱くなる。この結果、ファセット６は、急な角度で、かつ、低減された除去速度で形成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
層およびマスク層を備えた基板を示す図である。
【図２】
上記層がマスク層によってパターン化された、図１に記載の構造を示す図である。
【図３】
添加物質を備えた場合、および、添加物質を備えない場合における、エッチングガスの入射角に対するエッチング速度を示す図である。
【符号の説明】
１          基板
２          層
３          シリコンを含有したマスク層
４          マスク構造
５          トレンチ構造
６          ファセット
７          表面
８          物質
９          第１カーブ
１０        第２カーブ
Ｒ          エッチング速度
Ｅ          入射角
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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