(57)【要約】【課題】トレンチを高精度に形成することができる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】マスク９の開口部９ａからSi基板６におけるトレンチ１０の底部１０ａとなる底形成部１１に水素イオンＨを注入し、注入した水素イオンＨを熱処理により微小気泡１３にし、プラズマエッチング処理を、プラズマインピーダンスを検出しつつ実行する。このため、プラズマエッチング処理が底形成部１１に達すると、微小気泡１３の内部に充填されていた水素が放出され、プラズマインピーダンスに大きな変化Ｂが生じ、エッチング処理が底形成部１１まで進んだこと、ひいてはエッチング終点に達したことが把握されるので、精度良くトレンチ深さを制御できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマエッチング処理により半導体基板にトレンチを形成する半導体装置の製造方法であって、
前記半導体基板上にマスクを形成するマスク形成工程と、
前記マスクの開口部から前記半導体基板における前記トレンチの底部となる底形成部に水素イオンを注入する水素イオン注入工程と、
注入した水素イオンを気泡にする熱処理工程と、
前記プラズマエッチング処理を、プラズマインピーダンスを検出しつつ実行するエッチング工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、素子分離等に用いられるトレンチのエッチングにおける終点検出に適用して有効な方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置の製造方法の一例として、特許文献１に示す方法がある。この特許文献１に示す半導体装置の製造方法は、半導体基板に特定の化合物をイオン注入し、化合物に含まれる元素よりの発光強度を観察してエッチングの終点を検出することによりトレンチ（素子分離溝）をエッチング形成する。
【特許文献１】特開２００３−３３２３０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上述した従来技術が採用するエッチングの終点の検出方法は、装置のプラズマ生成方法やトレンチの開口面積に影響を受けやすく、エッチングの終点検出精度が劣ったものになり、これに伴い、上述した従来技術では、トレンチを高精度に形成することが難しかった。特に、深いトレンチを形成する場合には、より精度低下を招き、改善が求められているというのが実情であった。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、トレンチを高精度に形成することができる半導体装置の製造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】
【０００５】
請求項１記載の発明は、プラズマエッチング処理により半導体基板にトレンチを形成する半導体装置の製造方法であって、前記半導体基板上にマスクを形成するマスク形成工程と、前記マスクの開口部から前記半導体基板における前記トレンチの底部となる底形成部に水素イオンを注入する水素イオン注入工程と、注入した水素イオンを気泡にする熱処理工程と、前記プラズマエッチング処理を、プラズマインピーダンスを検出しつつ実行するエッチング工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１記載の発明によれば、マスクの開口部から半導体基板におけるトレンチの底部となる底形成部に水素イオンを注入し、注入した水素イオンを熱処理により気泡にし、プラズマエッチング処理を、プラズマインピーダンスを検出しつつ実行する。このため、プラズマエッチング処理が底形成部に達すると、気泡内部に充填されていた水素が放出され、プラズマインピーダンスが大きく変化し、エッチング処理が底形成部まで進んだこと、ひいてはエッチング終点に達したことが把握されるので、精度良くトレンチ深さを制御できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法を図１及び図２に基づいて説明する。
本願発明に係る半導体装置の製造方法は、図２に示す平行平板型ドライエッチング装置により実施される。本願発明に係る半導体装置の製造方法の説明に先だって、この平行平板型ドライエッチング装置について説明する。
図２おいて、平行平板型ドライエッチング装置１は、プラズマを発生させるプロセスチャンバ２を備え、プロセスチャンバ２内に、高周波電源３に接続された下部電極４と、接地された上部電極５とを収納している。下部電極４上には、Si基板６（半導体基板）が載置される。高周波電源３及び下部電極４を接続するケーブル７に分岐してプラズマインピーダンスモニタ８が接続されている。
【０００８】
この平行平板型ドライエッチング装置１では、プロセスチャンバ２内に、トレンチ形成のためのエッチング加工に使用するガス（ＨＢｒ，ＳＦ6，ＮＦ3，Ｃｌ2，Ｏ2等。以下、加工用ガスという。）を導入し、一定の圧力（高真空もしくは低真空）に保った状態で、下部電極４に高周波を印加する。これにより、グランド電位に固定（アース）されている上部電極５と下部電極４間に電界が生じ、プロセスチャンバ２内に導入した加工用ガスが解離・電離してプラズマ状態となり、Si基板６（ウェーハ）表面で化学反応を起こして、エッチングが進行してトレンチ加工が行われる。また、下部電極４に印加する高周波は、１３．５６ＭＨｚが一般的であり、本実施の形態でも１３．５６ＭＨｚを採用している。
プラズマインピーダンスモニタ８は、下部電極４に印加している高周波電力のプラズマインピーダンスをモニタしている。
【０００９】
次に、上述したように構成された平行平板型ドライエッチング装置１で行われる半導体装置の製造方法について図１及び図３に基づいて説明する。
【００１０】
まず、図１に示すように、トレンチを形成するSi基板６（半導体基板）に、酸化膜等からなるトレンチ形成用のマスク９（マスクパターン）を作成する（ステップＳ１）。
次に、マスク９の開口部９ａからSi基板６のトレンチ１０の底部１０ａとなる位置（以下、底形成部という。）１１に水素イオンＨを5×1016atoms/cm2程度注入する。例えば、加速電圧500KeVで注入すれば、約4.7μmの深さ位置に水素が注入される（ステップＳ２）。このとき、酸化膜等からなるトレンチ形成用のマスク９の膜厚では、水素注入時のマスクとしては不十分であるため、ステンシルマスク１２をさらに用いて注入している。
【００１１】
次に、Si基板６に対し500℃〜600℃程度でアニール（低温アニール）処理を施す（ステップＳ３）。この処理により、注入された水素が凝集し、Si基板６中に、水素ガスを封入した微小気泡１３が形成される。
続いて、トレンチ形成用のマスク９（マスクパターン）に沿って、前記加工用ガス（ＨＢｒ，ＳＦ6，ＮＦ3，Ｃｌ2，Ｏ2等）を用いて、ドライエッチング加工を行なう（ステップＳ４）。
【００１２】
ドライエッチング加工処理が進み、形成しておいた微小気泡１３にエッチングが到達する（エッチングにより微小気泡１３を掘り当てる）と、微小気泡１３の内部に充填されていた水素が放出される。水素の放出に伴って、エッチングプラズマの圧力やガス比率等が変動し、図３に示すように、プラズマインピーダンスに大きな変化Ｂ（プラズマインピーダンスが急激に大きくなる、もしくは小さくなる。）が生じる。
プラズマインピーダンスに大きな変化Ｂが生じたことをプラズマインピーダンスモニタ８が検出することにより、エッチング処理を終了して所望のトレンチ深さを確保する。
【００１３】
プラズマインピーダンスモニタ８は、高周波電源３及び下部電極４を接続するケーブル７に接続されていれば、プラズマインピーダンスを検出することができるので、プロセスチャンバ２内に配置しなくてもよい。このため、プラズマインピーダンスモニタ８は、プロセスチャンバ２内の形状等に制約を受けるはことないので、設置は容易である。
【００１４】
上述したように本実施の形態によれば、装置のプラズマ生成方法に影響を受けずに、プラズマインピーダンスに大きな変化Ｂが生じたことにより、エッチングの終点を検出するので、トレンチ１０の加工深さを高精度に制御可能である。
また、本実施の形態では、Si基板６ヘの水素イオンＨの注入は、Si基板６中に予め所望の位置にマーキングしたことに相当したものになっている。このため、エッチング設備の加工速度の変動などがあってもその影響を受けにくい。また、深さを決めるための微小気泡１３は水素イオンＨの注入（インプラ）深さで決定され、水素イオンＨの注入深さは加速注入電圧でおのずと決定するため、トレンチ深さの制御は容易にかつ安定して行うことができる。
また、水素イオンＨはSi基板６中に入り込みやすく、パワーデバイス等に必要とされる深いトレンチにも容易に対応可能である。
【００１５】
また、エッチング終点を確認するためにトレンチ加工中の深さを測定しながらエッチング加工を行う場合、加工設備には大掛かりな追加改造等が必要となり、高額な費用が必要となる。これに対し、本実施の形態によれば、所望の深さに到達したことだけを検出してエッチング終点を確認できるので、設備の大きな改造を招かずに対処でき、便利である。
特にプラズマインピーダンスモニタ８は、プロセスチャンバ２内に設置する必要も無く、改造の費用を、その分、抑えることができる。
【００１６】
また、プラズマインピーダンスは、従来技術で用いられる処理室内の圧カセンサやプラズマ発光強度センサよりも高感度に変化の検出が可能であり、プラズマインピーダンスの変化を読み取ってエッチングを終了させれば、精度良くトレンチ深さを制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法を模式的に示す工程図である。
【図２】図１に示す半導体装置の製造方法を実施するための平行平板型ドライエッチング装置を模式的に示す図である。
【図３】図１の半導体基板のトレンチ深さとプラズマインピーダンスとの関係を示す特性図である。
【符号の説明】
【００１８】
６…Si基板（半導体基板）、１０ａ…トレンチの底部、１０…トレンチ、１１…底形成部、１３…微小気泡。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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