(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板表面に形成されたトレンチのトレンチ側壁が、トレンチ開口部で緩やかな４８．２度から５９．０度のテーパ角をもつ第１のテーパ面と、所定の深さよりも深い領域で前記テーパ角よりも急峻な、７２．６度以上のテーパ角をなす第２のテーパ面とを含むトレンチを有する半導体装置の製造方法であって、
前記半導体基板表面にトレンチを形成する工程が、ハロゲン化水素とフロロカーボンの混合ガスを用いてマスクから露呈する半導体基板表面を選択的にエッチングする第１のエッチング工程であって、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＨＩのうちいずれか１種以上のガスと一般式ＣｘＨｙＸｚで表されるガスとの混合ガス（ｘ≧１，ｚ≧１，ｙ≧０でいずれも正数、ＸはＦまたはＢｒである。ＣｘＢｒｙＦｚ（２ｘ＋２＝ｙ＋ｚ）を用いてもよい。）を用いる第１のエッチング工程と、
前記第１のエッチング工程の後、ハロゲン含有ガスと、酸素または窒素との混合ガスプラズマを用いて半導体基板表面をエッチングする第２のエッチング工程と、
前記第２のエッチング工程の後、ハロゲン含有ガスと、酸素との混合ガスプラズマを用いて半導体基板表面をエッチングする第３のエッチング工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第２のエッチング工程は、Ｃｌ２／Ｎ２又はＣｌ２／ＨＢｒ／Ｎ２を用いる工程である請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第３のエッチング工程は、ＨＢｒと、Ｃｌ２と、Ｏ２との混合ガスであることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、トレンチの形成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年半導体装置の微細化、高集積化は進む一方であり、サブクオータミクロンの加工を高精度かつ再現性よく行う技術が必要となってきている。
なかでも素子分離をはじめ、素子の多層化あるいは３次元化をはかるにあたり、高精度かつ微細なトレンチの形成は極めて重要な課題となっている。
【０００３】
トレンチを用いた素子分離を行う場合、トレンチ開口部の角が急峻である場合、半導体基板表面に形成されるMOSFETの電界集中の原因となり易いという問題がある。図１１に示すように、トレンチの形状すなわち、トレンチのテーパ角度θとトレンチ上部の曲率半径RはMOSFETのId-Vg特性に大きな影響を与えることが知られている。
【０００４】
すなわち、テーパ角度θが垂直に近く、コーナーRが小さいトレンチの場合、MOSFETのId-Vg特性が、ダブルハンプ(double  hump)特性を示すことがある。このような問題を回避するには、トレンチのテーパ角度を緩やかにすればよい。しかしながら、素子の分離幅が微細になってきた場合、テーパを緩やかにしたのでは図１２に示すようにトレンチをテーパ角度で決まる深さよりも深く形成することができなくなり、十分な分離性能を得ることができなくなる。また、所望の深さを得るためには、トレンチの開口径を極めて大きくする必要があり、微細化を阻む大きな問題となっていた。
【０００５】
そこで微細なトレンチにおいて、良好なトランジスタ特性と分離性能を両立させるべく、図１３に示すように、トレンチの開口部分にのみ緩やかなテーパを形成し、それ以外の部分では急峻な角度となるようなトレンチ形状の実現が望まれている。
【０００６】
従来、臭化水素HBrに１−５％の酸素O2を添加することによって図１３に示すようなY字形状のトレンチを得る方法が提案されている（特開平６−６１１９０）。しかしながらこの方法では、トレンチ上部近傍には緩やかなテーパが形成されるが、図１４に示すように、開口部分にはテーパが付きにくく急峻となるという問題があった。
【０００７】
これは図１５（ａ）に示すように、シリコン基板１００表面に形成されたＳｉＮ（Ｓｉ3Ｎ4）マスク１０１を介してトレンチ形成のためのエッチングを行う場合、エッチングの初期段階からトレンチＴ内壁にポリマー１０２を付着させながらエッチングを進行させなければならないが、ＨＢｒ／Ｏ2、Ｃｌ2／Ｏ2、Ｃｌ2／Ｎ2などを用いたプロセスでは、図１５（ｂ）に示すように、反応生成物であるＳｉＣｌxやＳｉＢｒxが気相に供給されて始めて気相中の酸素ラジカルと反応して、Ｓｉのハロゲン化酸化物の堆積が始める。従って、気相中へのＳｉＣｌxやＳｉＢｒxの供給が開始される前の段階すなわち、エッチングの初期段階では、テーパが形成されにくく、急峻なプロファイルを形成してしまうことになる。
【０００８】
そこで、エッチングの初期段階から、テーパを形成するためには、気相から堆積種を供給する必要がある。
そこで図１６に示すような誘導結合型プラズマエッチング装置を用いて気相からＣＦxラジカルあるいはイオンを基板表面に供給し、フロロカーボンポリマーを堆積しながら、ＢｒによってＳｉ基板をエッチングする方法が提案されている。この装置はＡｌ2Ｏ3からなるセラミックドーム２０１と、下部電極としてのポリイミド静電チャック２０２との間にプラズマ２０５を生成し、このポリイミド静電チャック２０２上に載置されたシリコン基板２００表面をエッチングするものである。セラミックドーム２０１の外側には１２．５６ＭＨｚの高周波電源に接続されたコイル２０４が配設されている。またポリイミド静電チャック２０２は１３．５６ＭＨｚのバイアス電源２０３に接続されている。
【０００９】
ここでは、第１ステップとして、チャンバー内の圧力を５０ｍｔｏｒｒとし、ソースパワー１２００Ｗ，バイアスパワー２００Ｗ、ＨＢｒ／ＣＦ4＝８０／８０ｓｃｃｍとして３０秒間エッチングを行う。
【００１０】
次に第２ステップとして、チャンバー内の圧力を４０ｍｔｏｒｒとし、ソースパワー１５００Ｗ，バイアスパワー１８０Ｗ、ＨＢｒ／Ｃｌ2／Ｏ2＝１６０／２０／５ｓｃｃｍとして５８秒間エッチングを行う。このとき電極冷却用の冷媒温度は５０℃とした。
【００１１】
かかる方法を用いた場合、十分な順テーパを形成するには、比較的高い圧力でエッチングを行う必要がある。しかしながら上記誘導結合型プラズマエッチング装置を用いてエッチングを行った結果５０ｍｔｏｒｒ程度の圧力では残さが発生することがわかった。エッチング圧力を低くすれば残さの発生を防止することはできるがテーパ角度が大きくなるという問題があった。
【００１２】
また、Ｓｉ3Ｎ4あるいはＳｉＯ2からなるエッチングマスクを用いてＨＢｒ／ＣＦ4あるいはＨＢｒ／ＣＨＦ3プロセスにより第１のエッチング工程を行う場合、Ｓｉ3Ｎ4あるいはＳｉＯ2に対するエッチング選択比が低く、エッチングマスクの膜減りが激しくなる。これはＦラジカルによってＳｉ3Ｎ４あるいはＳｉＯ2がエッチングされてしまうからである。上記条件でエッチングを行った場合Ｓｉ3Ｎ4からなるエッチングマスクの膜減り量は２０−３２ｍであった。
【００１３】
このように、Ｓｉ3Ｎ4あるいはＳｉＯ2からなるエッチングマスクの膜減りが激しくなる。すなわちこの方法では、テーパの形成と残さ発生防止、残さ発生防止とマスクの膜減り低減がトレードオフの関係にあり、いずれも良好な結果を得るのは極めて困難な状況であった。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の方法では、トレンチエッチングを行う場合、テーパの形成と残さ発生防止、残さ発生防止とマスクの膜減り低減がトレードオフの関係にあり、開口部近傍のテーパを緩やかに、そしてトレンチ内部では急峻となるように、高度の寸法精度を有するトレンチを形成するのは、極めて困難であるという問題があった。
【００１５】
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、開口部近傍で緩やかなテーパ面をもつ高精度で信頼性が高いトレンチを得ることを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１では、半導体装置の製造方法であって、半導体基板表面に形成されたトレンチのトレンチ側壁が、トレンチ開口部で緩やかな４８．２度から５９．０度のテーパ角をもつ第１のテーパ面と、所定の深さよりも深い領域で前記テーパ角よりも急峻な、７２．６度以上のテーパ角をなす第２のテーパ面とを含むトレンチを有し、前記半導体基板表面にトレンチを形成する工程が、ハロゲン化水素とフロロカーボンの混合ガスを用いてマスクから露呈する半導体基板表面を選択的にエッチングする第１のエッチング工程であって、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＨＩのうちいずれか１種以上のガスと一般式ＣｘＨｙＸｚで表されるガスとの混合ガス（ｘ≧１，ｚ≧１，ｙ≧０でいずれも正数、ＸはＦまたはＢｒである。ＣｘＢｒｙＦｚ（２ｘ＋２＝ｙ＋ｚ）を用いてもよい。）を用いる第１のエッチング工程と、前記第１のエッチング工程の後、ハロゲン含有ガスと、酸素または窒素との混合ガスプラズマを用いて半導体基板表面をエッチングする第２のエッチング工程と、前記第２のエッチング工程の後、ハロゲン含有ガスと、酸素との混合ガスプラズマを用いて半導体基板表面をエッチングする第３のエッチング工程とを含むことを特徴とする。
【００２６】
かかる構成によれば、ハロゲン化水素とフロロカーボンの混合ガスを用いてプラズマから側壁保護膜形成のための活性種を半導体基板表面に供給して、緩やかなテーパ面を形成し、当該混合ガスはＨＣｌ、ＨＢｒ、ＨＩのうちいずれか１種以上のガスと一般式ＣｘＨｙＸｚで表されるガスとの混合ガス（ｘ≧１，ｚ≧１，ｙ≧０でいずれも正数、ＸはＦまたはＢｒである。ＣｘＢｒｙＦｚ（２ｘ＋２＝ｙ＋ｚ）を用いてもよい。）を使用している。この後第２のエッチング工程においてハロゲン含有ガスと、酸素または窒素との混合ガスプラズマを用いて急峻なテーパ面を形成する。そして第３のエッチング工程においてＨＢｒなどのハロゲン化水素を添加することによりマスクとのエッチング選択比を向上し、マスクの膜減りによる側壁の形状異常の発生を防止するようにしている。またＣｌ２を添加することにより、狭いトレンチでもエッチストップが生じるのを防ぐことができる。したがって、Ｃｌ２／ＨＢｒ／Ｏ２を用いた第３のエッチング工程を実行することにより、微細なトレンチでも所望の深さを得ることが可能となる。
【００２７】
本発明の第２では、前記第１の発明に係る半導体装置の製造方法において、前記第２のエッチング工程は、Ｃｌ2／Ｎ2又はＣｌ2／ＨＢｒ／Ｎ2を用いる工程であることを特徴とする。
本発明の第３では、前記第１又は第２の発明に係る半導体装置の製造方法において、前記第３のエッチング工程は、ＨＢｒと、Ｃｌ2と、Ｏ2との混合ガスを用いたエッチング工程であることを特徴とする。
【００２８】
かかる構成によれば、Ｃｌ2の添加により、テーパ角度が大きくなり、開口径の狭いトレンチ形成に際してもエッチストップを防止し、所望の深さのトレンチ形成を行うことが可能となる。またＨＢｒの添加により、レジストなどのマスクとのエッチング選択比が向上し、マスクの膜減りを防止することが可能となる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
まず、図１に示すように、シリコン基板１表面に膜厚１７０ｎｍの窒化シリコン膜Ｓｉ3Ｎ4を形成し、パターニングし、窒化シリコン膜からなるマスク２を形成する。
【００３８】
そしてこのマスク２を介して、素子分離のためのトレンチを形成する。装置としては、図１６に示した誘導結合型プラズマエッチング装置を使用し、ポリイミド静電チャックに前記シリコン基板１を載置し、以下の条件で３ステップエッチングを行う。
【００３９】
ステップ１：圧力＝１５ｍＴｏｒｒ、ソースパワー：１２００Ｗ，バイアスパワー：１００Ｗ、ＨＢｒ／ＣＦ４＝８０／８０ｓｃｃｍの混合ガスを用いて、５秒間のエッチングを行う。
【００４０】
ステップ２：圧力＝１５ｍＴｏｒｒ、ソースパワー：１０００Ｗ，バイアスパワー：１５０Ｗ、Ｃｌ2／Ｎ2＝１２５／５０ｓｃｃｍの混合ガスを用いて、１５秒間のエッチングを行う。
【００４１】
ステップ３：圧力＝４０ｍＴｏｒｒ、ソースパワー：１５００Ｗ，バイアスパワー：１８０Ｗ、ＨＢｒ／Ｃｌ2／Ｏ2＝１６０／２０／５ｓｃｃｍの混合ガスを用いて、５０秒間のエッチングを行う。
【００４２】
ここで電極冷却用の冷媒の温度は５０℃とする。
このようにして得られたエッチング形状を図２に示す。このように開口部が緩やかでかつ深い領域では急峻なテーパ面をもつなだらかなトレンチを得ることが可能となる。
【００４３】
図３（ａ）は、このようにして形成されたトレンチ底面の拡大写真である。平滑な表面状態を得ることができることがわかる。ちなみに従来の２ステップエッチング（特開平１−１１８６２８）で形成したトレンチ底面のＳＥＭ写真を図３（ｂ）に示すとともに、および従来の方法（特開平１−１１８６２８）におけるトップラウンディングステップ終了時点でのシリコン表面のＳＥＭ写真を図３（ｃ）に示す。これら図３（ｂ）および図３（ｃ）と図３（ａ）の比較からあきらかなように、従来の方法で形成したトレンチ底面は、図３（ｂ）および図３（ｃ）に示すように凹凸表面であった。
【００４４】
まず上記条件でステップ１のエッチングを行う。この工程では、残さ発生防止のために、圧力は３０ｍＴｏｒｒ以下に設定しておくことが望ましい。
また、マスクの膜減り量を抑えるためにソースパワーは１５００Ｗ以下、バイアスパワーは３００Ｗ以下とすることが望ましい。
【００４５】
更にＨＢｒ／ＣＦ4の流量比は１２０：４０から４０：１２０ｓｃｃｍの範囲で使用可能であると考えられる。ただし、ＣＦ4比率が高い場合はマスクの膜減り量が大きくなる。
【００４６】
なお、エッチングガスおよび流量比率は、所望のテーパ角度を得ることができるように選択すればよい。
【００４７】
次に第２のエッチングステップについては、Ｃｌ2およびＮ2の混合ガスに限定されることなくシリコンのハロゲン化物と反応して基板表面に堆積するような反応生成物を生成することのできるガス組成を選択するようにするのが望ましい。
【００４８】
このガスの組み合わせとしては、ＨＢｒ＋Ｎ2、ＨＢｒ＋Ｃｌ2＋Ｏ2、ＨＢｒ＋Ｂｒ2＋Ｏ2、Ｃｌ2＋Ｏ2＋Ｎ2、ＨＣｌ＋Ｎ2、ＨＣｌ2＋Ｃｌ2＋Ｎ2などが選択可能である。
【００４９】
第３のエッチングステップにおいては、ガスとしては、Ｃｌ2、ＨＣｌ、Ｂｒ2、ＨＢｒ、ＨＩなどが選択可能である。
【００５０】
このようにして得られたトレンチのテーパ角度は４８．２度から５９．０度であり、設計値どおりのものがバラツキなく得られた。バラツキはせいぜい１１．８度であり、従来の方法で形成したトレンチのテーパ角度は４５．７度から６８．０度であり、バラツキは２２．３度であった。
【００５１】
次に、第３のエッチングステップにおいて、塩素の流量を変化させて、テーパ角度を測定した。その結果を図４に示す。これは０．２５ミクロン幅トレンチを形成する場合のテーパ角度のＣｌ2流量割合依存性を測定した結果を示すものである。Ｃｌ2の添加量を増大することにより、テーパ角度が大きくなっていることが分かる。
【００５２】
ここでテーパ角度θと間口Ｗにおける最大トレンチ深さｄmaxは次式で示される。
ｄmax＝（Ｗ／２）ｔａｎθ
【００５３】
図５は最大トレンチ深さのトレンチテーパ角度依存性を示す。
この式からトレンチの開口径が２００ｎｍであるとき、トレンチ深さ３２０ｎｍ以上とするためには、テーパ角度を７２．６度以上となるようにエッチングプロセスを決定する必要がある。
【００５４】
また、開口部近傍でテーパを緩やかにして１００ｎｍにしたのち、更に３２０ｎｍ深さのトレンチエッチングを行う場合、トレンチのテーパ角度は８１．１度以上でなければならない。開口径２００ｎｍのトレンチでテーパ角度７２．６度以上のトレンチを形成するには図４からＣｌ2を５％程度添加すればよいことがわかる。また、開口径１００ｎｍのトレンチでテーパ角度７２．６度以上のトレンチを形成するにはＣｌ2添加割合を２０％程度とすればよい。
【００５５】
このようにトレンチが微細化するに従い、トレンチの第２のテーパ面のテーパ角度を大きくする必要があるがCl2の添加量を制御することにより、微細なトレンチに対して所望のトレンチ深さを得ることができることがわかる。
【００５６】
また、Cl2/O2プラズマでエッチングを行う場合、側壁ポリマーに対する選択比が低いために、図６（ｂ）に示すように、第１のエッチングステップで形成された側壁ポリマーがエッチングされ基板が露呈することがある。そして更にエッチングが進行すると、図６（ｃ）示すように、側壁ポリマー６が除去された部分はエッチングされ、シリコン基板は削られていく。シリコン基板が新たにエッチングされてできたトレンチ側壁にはSiO2系の付着物が保護膜７として堆積するため、これらの膜に保護された部分のシリコン基板は、エッチングはされない。このため、SiO2系の反応生成物７により保護された部分が突起状の側壁を形成するのである。
【００５７】
更にエッチングが進行した場合は図６（ｃ）に示すような顕著な異常形状を呈することになる。
これに対し、前記第１の実施形態では第３のエッチングステップでＨＢｒを添加しているため、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4，ＳｉＯ2あるいはレジストに対する選択比が向上し、異常形状の発生を防止することが可能となる。
【００５８】
なお、マスクの膜厚Ｄはトレンチ幅Ｗにしてアスペクト比（Ｄ／Ｗ）が１を越えないような範囲にマスクの膜厚を設置する必要がある。アスペクト比が１を越えると、第１のエッチングステップにおいて開口部を緩やかにする際に側壁保護膜の被覆性が急激に劣化し始めるためである。アスペクト比を１以下とすることができれば、Ｓｉ3Ｎ4に限定されることなくフォトレジストとＳｉ3Ｎ4との２層膜とするなど適宜変形可能である。
【００５９】
また、前記第１のエッチングステップは、望ましくはＨＣｌ，ＨＢｒ、ＨＩのうちいずれか１種以上のガスと一般式ＣｘＨｙＸｚで表されるガスとの混合ガス（Ｘ≧１，Ｚ≧１，Ｙ≧０でいずれも正数、ＸはＦまたはＢｒである。ＣｘＢｒｙＦｚ（２ｘ＋２＝ｙ＋ｚ）を用いてもよい。）を使用している。そしてガス比率はＨＢｒ：ＣＦ4が５：３〜３：５が望ましい。プロセス圧力は３０ｍＴｏｒｒ以下とする。エッチング時間はシリコン基板表面が単原子層以上エッチングされる時間であればよい。
【００６０】
第２のエッチングステップはＣｌ2／Ｎ2又はＣｌ2／ＨＢｒ／Ｎ2をエッチングガスとし、Ｃｌ2：Ｎ2は２４：３から２５：１０程度、Ｃｌ2：ＨＢｒ：Ｎ2はＣｌ2：ＨＢｒを０：１０〜１０：０の範囲としこれにＮ２を５〜１５％添加したものが望ましい。プロセス圧力は３０ｍｔｏｒｒ以下とする。エッチング時間はシリコン基板表面が３０ｎｍ以上エッチングされる時間であればよい。
【００６１】
更に第３のエッチングステップは、ＨＢｒ／Ｃｌ2／Ｏ2とし，Ｃｌ2を１０から５０％、ＩＣＰの場合はＯ2を５から１０％、ＥＣＲの場合は、Ｏ2を５から３０％添加し、素子分離に必要なエッチング量に到達するまでエッチングを続行する。
【００６２】
なお、ソースパワーはイオン電流密度が基板上で０．５−３ｍＡ／ｃｍ2となるようなパワー、バイアスパワーは、基板設置電極におけるＶｐｐが４０Ｖ以上又はＶｄｃが２０ｅＶ以上となるパワーを選択する。ここでＶｄｃを２０ｅＶ以上としたのは、Ｓｉ−Ｓｉ結合をきるのに２０ｅＶ以上のイオンエネルギーが必要であるからである。また、イオン電流密度を０．５−３ｍＡとしたが、高すぎるとエッチング選択性が低下するという問題がある。
【００６３】
次に本発明の第２の実施形態について説明する。
前記実施形態では３ステップエッチングをもちいたが、この方法では２ステップエッチングを用いたことを特徴とする。
【００６４】
まず、前記第１の実施形態と同様に図１に示すように、シリコン基板１表面に膜厚１７０ｎｍの窒化シリコン膜Ｓｉ3Ｎ4を形成し、パターニングし、窒化シリコン膜からなるマスク２を形成する。
【００６５】
そしてこのマスク２を介して、素子分離のためのトレンチを形成する。装置としては、図１６に示した誘導結合型プラズマエッチング装置を使用し、ポリイミド静電チャックに前記シリコン基板１を載置し、以下の条件で２ステップエッチングを行う。
【００６６】
ステップ１：圧力＝１５ｍＴｏｒｒ、ソースパワー：１２００Ｗ，バイアスパワー：１００Ｗ、ＳｉＣｌ4／Ｎ2＝８０／１０ｓｃｃｍの混合ガスを用いて、１０秒間のエッチングを行う。このステップ１におけるガスの流量比は、Ｎ2を５％〜２０％望ましくは１０％程度含有するものである必要がある。また、ＳｉＣｌ4、Ｎ2混合ガスにＣｌ2を添加した場合はエッチングレートは大きくなるが、良好な順テーパ形状を得るためには、Ｎ2流量はより大きくする必要がある。
【００６７】
ステップ２：  ステップ３：圧力＝４０ｍＴｏｒｒ、ソースパワー：１５００Ｗ，バイアスパワー：１８０Ｗ、ＨＢｒ／Ｃｌ2／Ｏ2＝１６０／２０／５ｓｃｃｍの混合ガスを用いて、５０秒間のエッチングを行う。このステップは前記第１の実施形態の第３のエッチングステップと同じ条件に設定した。
【００６８】
ここで電極冷却用の冷媒の温度は５０℃とする。
このようにして得られるエッチング形状も図２に示したのと同様であった。このように開口部が緩やかでかつ深い領域では急峻なテーパ面をもつなだらかなトレンチを得ることが可能となる。
【００６９】
ここで第１のエッチングステップではＳｉＣｌ4の他ＳｉＢｒ4，ＢＣｌ3，ＢＢｒ3等が適用可能である。
又第２のエッチングステップは前記第１の実施形態の第３のエッチングステップと同様、Ｃｌ2の他ＨＣｌ、Ｂｒ2，ＨＢｒ，ＨＩなどが適用可能である。
【００７０】
また、エッチング装置としては図１６に示した誘導結合型プラズマ型エッチング装置の他、図７に示すように、ＥＣＲ（エレクトロン・サイクロトロン・レゾナンス）プラズマエッチング装置にも適用可能であることはいうまでもない。この装置は、下部電極としてのセラミック静電チャック３０２上に載置されたシリコン基板３００表面をプラズマエッチングするものである。チャンバー３０１の外側には高周波電源に接続されたコイル３０４が配設されている。またセラミック静電チャック３０２は１３．５６ＭＨｚのバイアス電源３０３に接続されている。
【００７１】
ここでＥＣＲプラズマエッチング装置を用いたエッチング条件は以下のとおりであった。
【００７２】
ステップ１：圧力＝１ｍＴｏｒｒ、ソースパワー（２．４５ＧＨｚマイクロ波）：１４００Ｗ，ＲＦパワー：４５Ｗ、Ｃｌ2／Ｎ2＝２５／３〜９ｓｃｃｍの混合ガスを用いて、６０秒間のエッチングを行う。
【００７３】
ステップ２：圧力＝２ｍＴｏｒｒ、ソースパワー（２．４５ＧＨｚマイクロ波）：１５００Ｗ，ＲＦパワー：５６Ｗ、ＨＢｒ／Ｏ2＝１００／６ｓｃｃｍの混合ガスを用いて、５０秒間のエッチングを行う
【００７４】
このようにして得られたトレンチ形状を図８乃至１０に示す。これらの図は第１のエッチング工程におけるＮ2流量を夫々３，６，９ｓｃｃｍと変化させたときの状態を示す図である。
【００７５】
これらの結果から、窒素流量の変化により、トレンチ間口のテーパ角を制御できることがわかる。図８乃至１０より、前述のエッチング条件においては、窒素流量が３〜６ｓｃｃｍの時に、良好なテーパ角度を得ることができることがわかる。
【００７６】
所望のテーパ角度を得るために必要なＣｌ2：Ｎ2流量比は、プロセス圧力、ソースパワー、バイアスパワーにも依存し、エッチング条件に応じて最適化する必要がある。
【００７７】
なお、以下の態様も有用である。
半導体装置において、トレンチを具備し、前記トレンチ側壁が、トレンチ開口部で緩やかな４８．２度から５９．０度のテーパ角をもつ第１のテーパ面と、所定の深さよりも深い領域で前記テーパ角よりも急峻な、７２．６度以上のテーパ角をなす第２のテーパ面とを持つことを特徴とする。かかる構成によれば、素子の微細化を維持しつつ、表面の開口部ではなだらかで、表面に形成する膜の段切れもなく信頼性の高い半導体装置を提供することが可能となる。
さらに、前記半導体装置において、前記半導体基板はシリコン基板であり、前記トレンチは、内壁に絶縁膜が形成され、素子分離領域を構成していることを特徴とすることにより、電流集中などの問題もなく、微細で信頼性の高い半導体装置を形成することが可能となる。
また、前記半導体装置において、前記トレンチ内壁に形成された拡散層と、更にこの拡散層表面に形成された誘電体膜と、前記誘電体膜表面に形成された導電性膜とによってキャパシタを構成してなり、前記導電性膜は前記トレンチの開口端から前記半導体基板表面まで到達するように形成されていることを特徴とすることや、前記トレンチ内壁にゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成されており、ソース・ドレイン拡散領域の一方が前記トレンチの開口部近傍から、前記半導体表面まで到達するように形成され、トレンチ内壁の一部をチャネルとするＭＯＳＦＥＴを構成していることを特徴とすることもできる。
また、半導体基板表面にトレンチを形成する工程が、ハロゲン化珪素、ハロゲン化ホウ素のうちの少なくとも１種類のガスと、酸素または窒素のうち少なくとも１種類のガスとの混合ガスプラズマを用いてマスクから露呈する半導体基板表面を選択的にエッチングする第１のエッチング工程と、前記第１のエッチング工程の後、ハロゲン含有ガスと、酸素または窒素との混合ガスプラズマを用いて半導体基板表面をエッチングする第２のエッチング工程とを含むことを特徴とする。
かかる構成によれば、第１のエッチング工程でハロゲン化珪素あるいはハロゲン化ホウ素と、酸素または窒素のうち少なくとも１種類のガスを添加しているため、珪素の酸化物、窒化物、酸化窒化物又はホウ素の酸化物、窒化物、酸化窒化物等側壁保護膜となる化合物をプラズマから供給しているため、トレンチ開口部がなだらかなテーパ面を持つようにトレンチ形成がなされる。そしてこのようにして開口部がなだらかに形成された後、ハロゲン含有ガスを用いてエッチングを行うことにより急峻なトレンチを形成することが可能となる。
また上記半導体装置の製造方法において、前記ハロゲン化珪素はＳｉＣｌ４，ＳｉＢｒ４のいずれかであり、前記ハロゲン化ホウ素は、ＢＣｌ３，ＢＢｒ３のいずれかであることを特徴とする。
また、半導体基板表面にトレンチを形成する工程が、ハロゲンおよびまたはハロゲン化水素と有機シラン（Ｓｉ（ＣＨ３）ｘＨ４−ｘ）と酸素または窒素の混合ガスの混合ガスを用いてマスクから露呈する半導体基板表面を選択的にエッチングする第１のエッチング工程と、前記第１のエッチング工程の後、ハロゲン含有ガスと、酸素または窒素との混合ガスプラズマを用いて半導体基板表面をエッチングする第２のエッチング工程とを含むことを特徴とする。
かかる構成によれば、第１のエッチング工程でハロゲンおよびまたはハロゲン化水素と有機シラン（Ｓｉ（ＣＨ３）ｘＨ４−ｘ）の混合ガスを用いているため、珪素の酸化物、窒化物、または窒化酸化物等、側壁保護膜となる化合物をプラズマから供給しているため、トレンチ開口部がなだらかなテーパ面を持つようにトレンチ形成がなされる。そしてこのようにして開口部がなだらかに形成された後、ハロゲン含有ガスを用いてエッチングを行うことにより急峻なトレンチを形成することが可能となる。
また上記半導体装置の製造方法において、前記ハロゲンは、Ｃｌ２，Ｂｒ２，Ｉ２の少なくとも１種を含み、かつ前記ハロゲン化水素はＨＣｌ，ＨＢｒ，ＨＩの少なくとも１種を含むことを特徴とする。
また上記半導体装置の製造方法において、前記ハロゲン含有ガスは、Ｃｌ２，ＨＣｌ，Ｂｒ２，ＨＢｒ，ＨＩの少なくとも１種を含むことを特徴とする。
また上記半導体装置の製造方法において、前記有機シランガスは、テトラメチルシラン：Ｓｉ（ＣＨ３）４，トリメチルシラン：Ｓｉ（ＣＨ３）３Ｈ，ジメチルシラン：Ｓｉ（ＣＨ３）２Ｈ２のいずれかであることを特徴とする。
また、半導体基板表面にトレンチを形成する工程が、ハロゲンおよびまたはハロゲン化水素と炭化水素の混合ガスを用いてマスクから露呈する半導体基板表面を選択的にエッチングする第１のエッチング工程と、前記第１のエッチング工程の後、ハロゲン含有ガスと、酸素または窒素との混合ガスプラズマを用いて半導体基板表面をエッチングする第２のエッチング工程とを含むことを特徴とする。
また、上記半導体装置の製造方法において、前記ハロゲンは、Ｃｌ２，Ｂｒ２，Ｉ２の少なくとも１種を含み、かつ前記ハロゲン化水素はＨＣｌ，ＨＢｒ，ＨＩの少なくとも１種を含むことを特徴とする。
また、上記半導体装置の製造方法において、前記ハロゲン含有ガスは、Ｃｌ２，ＨＣｌ，Ｂｒ２，ＨＢｒ，ＨＩの少なくとも１種を含むことを特徴とする。
なお前記実施形態では窒化シリコン膜をマスクとして用いたが、酸化シリコン膜の他フォトレジストを、用いてもよい。
【００７８】
なお、前記実施形態ではこのトレンチを素子分離に用いる例についてのみ説明したが、素子分離に限定されることなく、トレンチの側壁をゲートとするトレンチ型ＭＯＳＦＥＴ、トレンチ側壁をキャパシタとするトレンチ型キャパシタについても適用可能である。
【００７９】
トレンチ型ＭＯＳＦＥＴに適用した場合、本発明によれば、トレンチ内部で急峻でありかつトレンチ開口部近傍で緩やかなテーパ面を得ることができるため、トレンチ開口部近傍で配線の段切れが生じたりするのを防止しつつ、ほぼ垂直な面をゲートとして利用することができるため、占有面積の低減が可能となり、微細で信頼性の高い半導体装置を提供することが可能となる。
【００８０】
さらにまた、トレンチ底部およびまたはトレンチ側壁をキャパシタとして用いる場合、基板表面まで伸長するようにキャパシタ電極を形成する場合あるいは、配線によって基板表面に形成された回路装置と接続する場合などにも、トレンチ開口部近傍で配線の段切れが生じたりするのを防止しつつ、ほぼ垂直な面をキャパシタとして利用することができるため、占有面積の低減が可能となり、微細で信頼性の高い半導体装置を提供することが可能となる。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、微細でかつ信頼性の高いトレンチ形成が可能となり、素子分離に要する面積も小さく、素子の微細化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるトレンチの形成工程を示す図
【図２】本発明の一実施形態によるトレンチの形成工程を示す図
【図３】同工程で得られたトレンチ表面の写真および従来例の方法で形成されたトレンチ表面を示す写真
【図４】トレンチのテーパ角とＣｌ２添加量との関係を示す図
【図５】最大トレンチ深さのトレンチのテーパ角依存性を示す図
【図６】エッチング過程を示す説明図
【図７】ＥＣＲプラズマエッチング装置を示す図
【図８】図７のエッチング装置を用いて窒素添加量を変化させたときのトレンチ形状を示す写真
【図９】図７のエッチング装置を用いて窒素添加量を変化させたときのトレンチ形状を示す写真
【図１０】図７のエッチング装置を用いて窒素添加量を変化させたときのトレンチ形状を示す写真
【図１１】従来のトレンチを示す説明図
【図１２】従来のトレンチを示す説明図
【図１３】理想的なトレンチ形状を示す説明図
【図１４】従来の方法で形成したトレンチ形状を示す説明図
【図１５】従来の方法によるトレンチの形成工程を示す図
【図１６】誘導結合型プラズマエッチング装置を示す図
【符号の説明】
１００  シリコン基板
１０１  マスク
１０２  ポリマー
２０１  セラミックドーム
２０２  ポリイミド静電チャック
２０３  Ａｌ2Ｏ3
２０４  コイル
２０５  プラズマ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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