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技術 ボトル型ディープトレンチの製造方法

出願人 プロモステクノロジーインコーポレイテッドモーゼルバイテリックインコーポレイテッドジーメンス・アー・ゲー
発明者 林明弘蔡念諭張寶珠李錦瑞
出願日 1999年8月31日 (21年3ヶ月経過) 出願番号 1999-244693
公開日 2001年3月30日 (19年8ヶ月経過) 公開番号 2001-085638
状態 特許登録済
技術分野 半導体のドライエッチング 半導体メモリ
主要キーワード 各回路構成部品 初期エッチング クラウン型 カラー酸化物 パッドスタック 垂直トレンチ 無線周波数エネルギー 回路構成部品
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図面 (8)

課題

ディープトレンチの全側壁面面積を大きくすることができるようにする。

解決方法

所定の圧力下で、フッ化窒素臭化水素及びヘリウム酸素を含有するプラズマガスを所定の流量で流し、基板トレンチテーパ頂部を形成する第1エッチング工程と、臭化水素及びフッ化窒素の各流量を増加させ、臭化水素及びヘリウム酸素の流量比を4:1以上に調整することによって、トレンチにボトル型の底部を形成する第2エッチング工程と、臭化水素の流量を増加させ、圧力を低下させることによって、垂直エッチングを行い、トレンチ261のボトル型のプロフィル260を維持する第3エッチング工程とを有する。第3エッチング工程において、トレンチ261の底部にボトル型のプロフィル260が得られるので、ディープトレンチの幅及び深さが大きくなる。

概要

背景

従来、コンデンサは、一対の電導面によって挟まれた誘電体層から成り、エレクトロニクスにおける最も基本的な構成部品である。そして、半導体製造技術においては、緊密に充填てん)された回路構成部品単位面積当たり密度が大きくなる傾向にあるので、前記各回路構成部品が占める面積を小さくする技術が必要とされている。そこで、ディープトレンチの技術が開発され、構造の面で、基板の表面に対して直角の方向に形成された大面積のディープトレンチコンデンサが開発された。この場合、クラウン型積層構造が、基板の表面に対して平行に形成される。

典型的なディープトレンチコンデンサは、ディープトレンチの側壁に形成され、かつ、高度にドープされた埋込面(第一電導面を構成する)によって包囲された誘電体層、及び前記ディープトレンチを満たし、かつ、高度にドープされたポリフィル(第二電導面を構成する)から成る。なお、ディープトレンチコンデンサの電気容量は、ディープトレンチの直径又は円周によって決まるディープトレンチの全側壁面の面積により決定される。

図2は従来のディープトレンチの製造方法を示す第1の図、図3は従来のディープトレンチの製造方法を示す第2の図である。

図2に示されるように、シリコンウエハから成る半導体基板10上にパッドスタック15が形成される。該パッドスタック15は、例えば、半導体基板10、該半導体基板10上に形成された酸化層11、該酸化層11上に蒸着された窒化ケイ素層12、及び該窒化ケイ素層12上に蒸着された誘電体層14(例えば、BPSG)を有する。なお、前記酸化層11は、圧力を減少させ、窒化ケイ素層12が形成されるのを促進するために、半導体基板10と窒化ケイ素層12との間に形成される。前記酸化層11、窒化ケイ素層12及び誘電体層14は、ディープトレンチ26を形成する際のハードマスクになる。そして、マイクロ石印刷の技術によって、抵抗層16が誘電体層14の表面にパターンで形成される。

このようにしてレジストが形成されると、反応イオンエッチングプラズマエッチング等のエッチング方法によって、レジストパターンがパッドスタック15に移入され、開口部20が形成される。

すなわち、ハードマスクが開かれ、半導体装置に反応イオンエッチングが施されることによってトレンチが形成される。前記反応イオンエッチングは複数の工程から成り、各工程は異なるプロセスパラメータ(変量)によって構成される。

この場合、半導体基板10の露出部分には、酸化物大気に臨んで自然に形成されるので、初期エッチング工程において、自然に形成されたすべての酸化物を除去するために、初期エッチングの条件が適用され、例えば、次のようなプロセスパラメータが使用される。
(1)反応室の圧力が約20〜50〔mTorr〕であること(特に、約25〔mTorr〕が好ましい。)
(2)無線周波数エネルギーが約500〜900〔W〕であること(特に、約600〔W〕が好ましい。)
(3)磁束密度が約10〜40〔Gs〕であること(特に、約15〔Gs〕が好ましい。)
(4)臭化水素(HBr)及びフッ化窒素(NF3 )の流量がそれぞれ約20〔sccm〕及び約5〔sccm〕であること
(5)エッチング時間が約20〜40〔秒〕であること(特に、約25〔秒〕が好ましい。)
そして、前記酸化物が除去されると、第1エッチング工程において、所定の圧力下で、フッ化窒素、臭化水素及びヘリウム酸素(He−O2 )を含有するプラズマガスを所定の流量で流す。前記反応イオンエッチングにおいては、図2に示されるように、テーパ頂部22を備えたトレンチを形成することができるようにプロセスパラメータが調整される。

前記第1エッチング工程において、プロセスパラメータは次のように設定される。
(1)反応室の圧力が約80〜110〔mTorr〕であること(特に、約100〔mTorr〕が好ましい。)
(2)無線周波数エネルギーが約700〜900〔W〕であること(特に、約800〔W〕が好ましい。)
(3)磁束密度が約80〜110〔Gs〕であること(特に、約100〔Gs〕が好ましい。)
(4)フッ化窒素、臭化水素及びヘリウム酸素の流量比が約87:13:35であること
(5)ヘリウム酸素の混合比(He:O2 )が70:30であること
(6)エッチング時間が約90〜110〔秒〕であること(特に、約95〔秒〕が好ましい。)
なお、第1エッチング工程において形成されるトレンチの深さは約1.2〔μm〕である。

このようにしてテーパ頂部22を備えたトレンチが形成されると、第2エッチング工程において、反応イオンエッチングの条件を、図3に示されるような垂直トレンチプロフィルを得るために変更する。

前記第2エッチング工程において、プロセスパラメータは次のように設定される。
(1)反応室の圧力が約110〜130〔mTorr〕であること(特に、約125〔mTorr〕が好ましい。)
(2)無線周波数エネルギーが約600〜1000〔W〕であること(特に、約1000〔W〕が好ましい。)
(3)磁束密度が約40〜60〔Gs〕であること(特に、約50〔Gs〕が好ましい。)
(4)フッ化窒素、臭化水素及びヘリウム酸素の流量比が約87:13:35〔sccm〕であること(第1エッチング工程におけるガス流量を維持)
(5)エッチング時間が約450〜500〔秒〕であること(特に、約485〔秒〕が好ましい。)
なお、第2エッチング工程において形成されるディープトレンチ26の深さは約6.3〔μm〕である。

概要

ディープトレンチの全側壁面の面積を大きくすることができるようにする。

所定の圧力下で、フッ化窒素、臭化水素及びヘリウム酸素を含有するプラズマガスを所定の流量で流し、基板にトレンチのテーパ頂部を形成する第1エッチング工程と、臭化水素及びフッ化窒素の各流量を増加させ、臭化水素及びヘリウム酸素の流量比を4:1以上に調整することによって、トレンチにボトル型の底部を形成する第2エッチング工程と、臭化水素の流量を増加させ、圧力を低下させることによって、垂直エッチングを行い、トレンチ261のボトル型のプロフィル260を維持する第3エッチング工程とを有する。第3エッチング工程において、トレンチ261の底部にボトル型のプロフィル260が得られるので、ディープトレンチの幅及び深さが大きくなる。

目的

本発明は、前記従来のディープトレンチの製造方法の問題点を解決して、ディープトレンチの全側壁面の面積を大きくすることができるボトル型ディープトレンチの製造方法を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

(a)所定の圧力下で、フッ化窒素臭化水素及びヘリウム酸素を含有するプラズマガスを所定の流量で流し、基板トレンチテーパ頂部を形成する第1エッチング工程と、(b)前記臭化水素及びフッ化窒素の各流量を増加させ、臭化水素及びヘリウム酸素の流量比を4:1以上に調整することによって、前記トレンチにボトル型の底部を形成する第2エッチング工程と、(c)前記臭化水素の流量を増加させ、前記圧力を低下させることによって、前記基板に対して垂直の方向に垂直エッチングを行い、前記トレンチのボトル型のプロフィルを維持する第3エッチング工程とを有することを特徴とするボトル型ディープトレンチの製造方法。

請求項2

前記第1エッチング工程において、前記圧力は約80〜110〔mTorr〕である請求項1に記載のボトル型ディープトレンチの製造方法。

請求項3

前記第1エッチング工程において、前記臭化水素、フッ化窒素及びヘリウム酸素の流量比は約87:13:35である請求項1に記載のボトル型ディープトレンチの製造方法。

請求項4

前記第2エッチング工程において、前記臭化水素、フッ化窒素及びヘリウム酸素の流量比は約200:20:20である請求項1に記載のボトル型ディープトレンチの製造方法。

請求項5

前記第3エッチング工程において、前記圧力は約20〜50〔mTorr〕にされる請求項1に記載のボトル型ディープトレンチの製造方法。

請求項6

前記第3エッチング工程において、前記臭化水素、フッ化窒素及びヘリウム酸素の流量比は約150:13:20である請求項1に記載のボトル型ディープトレンチの製造方法。

請求項7

(a)約80〜110〔mTorr〕の圧力下で、フッ化窒素、臭化水素及びヘリウム酸素を含有するプラズマガスを所定の流量で流し、基板にトレンチのテーパ頂部を形成する第1エッチング工程と、(b)前記臭化水素及びフッ化窒素の各流量を増加させ、臭化水素及びヘリウム酸素の流量比を4:1以上に調整することによって、前記トレンチにボトル型の底部を形成する第2エッチング工程と、(c)前記臭化水素の流量を増加させ、前記圧力を約20〜50〔mTorr〕に低下させることによって、前記基板に対して垂直の方向に垂直エッチングを行い、前記トレンチのボトル型のプロフィルを維持する第3エッチング工程とを有することを特徴とするボトル型ディープトレンチの製造方法。

請求項8

前記第1エッチング工程において、前記圧力は約100〔mTorr〕である請求項7に記載のボトル型ディープトレンチの製造方法。

請求項9

前記第1エッチング工程において、前記臭化水素、フッ化窒素及びヘリウム酸素の流量比は約87:13:35である請求項8に記載のボトル型ディープトレンチの製造方法。

請求項10

前記第2エッチング工程において、前記臭化水素、フッ化窒素及びヘリウム酸素の流量比は約200:20:20である請求項9に記載のボトル型ディープトレンチの製造方法。

請求項11

前記第3エッチング工程において、前記圧力は約30〔mTorr〕にされる請求項10に記載のボトル型ディープトレンチの製造方法。

請求項12

前記第3エッチング工程において、前記臭化水素、フッ化窒素及びヘリウム酸素の流量比は約150:13:20である請求項11に記載のボトル型ディープトレンチの製造方法。

技術分野

0001

本発明は、ボトル型ディープトレンチの製造方法に関するものである。

背景技術

0002

従来、コンデンサは、一対の電導面によって挟まれた誘電体層から成り、エレクトロニクスにおける最も基本的な構成部品である。そして、半導体製造技術においては、緊密に充填てん)された回路構成部品単位面積当たり密度が大きくなる傾向にあるので、前記各回路構成部品が占める面積を小さくする技術が必要とされている。そこで、ディープトレンチの技術が開発され、構造の面で、基板の表面に対して直角の方向に形成された大面積のディープトレンチコンデンサが開発された。この場合、クラウン型積層構造が、基板の表面に対して平行に形成される。

0003

典型的なディープトレンチコンデンサは、ディープトレンチの側壁に形成され、かつ、高度にドープされた埋込面(第一電導面を構成する)によって包囲された誘電体層、及び前記ディープトレンチを満たし、かつ、高度にドープされたポリフィル(第二電導面を構成する)から成る。なお、ディープトレンチコンデンサの電気容量は、ディープトレンチの直径又は円周によって決まるディープトレンチの全側壁面の面積により決定される。

0004

図2は従来のディープトレンチの製造方法を示す第1の図、図3は従来のディープトレンチの製造方法を示す第2の図である。

0005

図2に示されるように、シリコンウエハから成る半導体基板10上にパッドスタック15が形成される。該パッドスタック15は、例えば、半導体基板10、該半導体基板10上に形成された酸化層11、該酸化層11上に蒸着された窒化ケイ素層12、及び該窒化ケイ素層12上に蒸着された誘電体層14(例えば、BPSG)を有する。なお、前記酸化層11は、圧力を減少させ、窒化ケイ素層12が形成されるのを促進するために、半導体基板10と窒化ケイ素層12との間に形成される。前記酸化層11、窒化ケイ素層12及び誘電体層14は、ディープトレンチ26を形成する際のハードマスクになる。そして、マイクロ石印刷の技術によって、抵抗層16が誘電体層14の表面にパターンで形成される。

0006

このようにしてレジストが形成されると、反応イオンエッチングプラズマエッチング等のエッチング方法によって、レジストパターンがパッドスタック15に移入され、開口部20が形成される。

0007

すなわち、ハードマスクが開かれ、半導体装置に反応イオンエッチングが施されることによってトレンチが形成される。前記反応イオンエッチングは複数の工程から成り、各工程は異なるプロセスパラメータ(変量)によって構成される。

0008

この場合、半導体基板10の露出部分には、酸化物大気に臨んで自然に形成されるので、初期エッチング工程において、自然に形成されたすべての酸化物を除去するために、初期エッチングの条件が適用され、例えば、次のようなプロセスパラメータが使用される。
(1)反応室の圧力が約20〜50〔mTorr〕であること(特に、約25〔mTorr〕が好ましい。)
(2)無線周波数エネルギーが約500〜900〔W〕であること(特に、約600〔W〕が好ましい。)
(3)磁束密度が約10〜40〔Gs〕であること(特に、約15〔Gs〕が好ましい。)
(4)臭化水素(HBr)及びフッ化窒素(NF3 )の流量がそれぞれ約20〔sccm〕及び約5〔sccm〕であること
(5)エッチング時間が約20〜40〔秒〕であること(特に、約25〔秒〕が好ましい。)
そして、前記酸化物が除去されると、第1エッチング工程において、所定の圧力下で、フッ化窒素、臭化水素及びヘリウム酸素(He−O2 )を含有するプラズマガスを所定の流量で流す。前記反応イオンエッチングにおいては、図2に示されるように、テーパ頂部22を備えたトレンチを形成することができるようにプロセスパラメータが調整される。

0009

前記第1エッチング工程において、プロセスパラメータは次のように設定される。
(1)反応室の圧力が約80〜110〔mTorr〕であること(特に、約100〔mTorr〕が好ましい。)
(2)無線周波数エネルギーが約700〜900〔W〕であること(特に、約800〔W〕が好ましい。)
(3)磁束密度が約80〜110〔Gs〕であること(特に、約100〔Gs〕が好ましい。)
(4)フッ化窒素、臭化水素及びヘリウム酸素の流量比が約87:13:35であること
(5)ヘリウム酸素の混合比(He:O2 )が70:30であること
(6)エッチング時間が約90〜110〔秒〕であること(特に、約95〔秒〕が好ましい。)
なお、第1エッチング工程において形成されるトレンチの深さは約1.2〔μm〕である。

0010

このようにしてテーパ頂部22を備えたトレンチが形成されると、第2エッチング工程において、反応イオンエッチングの条件を、図3に示されるような垂直トレンチプロフィルを得るために変更する。

0011

前記第2エッチング工程において、プロセスパラメータは次のように設定される。
(1)反応室の圧力が約110〜130〔mTorr〕であること(特に、約125〔mTorr〕が好ましい。)
(2)無線周波数エネルギーが約600〜1000〔W〕であること(特に、約1000〔W〕が好ましい。)
(3)磁束密度が約40〜60〔Gs〕であること(特に、約50〔Gs〕が好ましい。)
(4)フッ化窒素、臭化水素及びヘリウム酸素の流量比が約87:13:35〔sccm〕であること(第1エッチング工程におけるガス流量を維持)
(5)エッチング時間が約450〜500〔秒〕であること(特に、約485〔秒〕が好ましい。)
なお、第2エッチング工程において形成されるディープトレンチ26の深さは約6.3〔μm〕である。

発明が解決しようとする課題

0012

しかしながら、前記従来のディープトレンチ26の製造方法においては、ディープトレンチ26がテーパ状の断面積を有するので、全側壁面の面積がその分小さくなり、ディープトレンチコンデンサの電気容量がその分小さくなってしまう。

0013

すなわち、半導体製造技術は、ディープサブミクロン移行しているので、ディープトレンチコンデンサを製造するためには、現在の技術では不十分であるとの認識が高い。そして、前記ディープトレンチ26はディープサブミクロンの半導体装置に適用されるので、ディープトレンチ26の長さ及び直径のアスペクト比は35:1、又はそれ以上になる。

0014

ところが、現在の技術では、ディープトレンチの直径、幅又は円周は、ディープトレンチが深くなるに従って小さくなる。その結果、前述されたように、ディープトレンチ26はテーパ状の断面積を有することになるので、全側壁面の面積がその分小さくなり、ディープトレンチコンデンサの電気容量がその分小さくなってしまう。

0015

半導体製造技術は、約0.15〔μm〕、又は約0.15〔μm〕より小さいディープサブミクロンの限界寸法を備えた次世代のULSI製造に移行しているので、ディープトレンチの問題は一層発生すると予想される。

0016

そこで、ディープトレンチの直径を大きくする技術が提供されている。

0017

「0.228〔μm〕Trench Cell Technologieswith Bottle Shaped Capacitor for 1GbitDRAMs,by T.Ozaki,et al,IEDM,95,pp661−664,1995」には、ディープトレンチの直径を大きくする方法が開示されている。該方法は、(1)従来のDTシリコン反応イオンエッチングによってトレンチを形成する工程、(2)選択的酸化によってトレンチの上部にカラー酸化物を形成する工程、(3)リンドープされたポリシリコンをトレンチに蒸着する工程、(4)リンをなましてトレンチの底部の側壁面にドープする工程、及び(5)化学ドライエッチングによってポリシリコンを除去し、トレンチの底部の直径を大きくする工程によって構成される。

0018

このようにして、ディープトレンチの直径を約30〔%〕大きくすることができる。

0019

ところが、前記技術においては、ディープトレンチの直径の大きさが、リンドープされたポリシリコン及びシリコンのディファレンシャルエッチング比によって決まる。そして、リンドープされたポリシリコンは、ドープされていないシリコンに対して二つの要因によってエッチング比だけが改善される。

0020

さらに、リンをなます工程において、リンイオンがシリコンに対して横方向に拡散するので、エッチングの選択性が低下し、鋭い境界線を形成するのが困難になってしまう。その結果、前記「Ozaki et al」による工程において、エッチングの加工精度を高くすることができない。

0021

本発明は、前記従来のディープトレンチの製造方法の問題点を解決して、ディープトレンチの全側壁面の面積を大きくすることができるボトル型ディープトレンチ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

0022

そのために、本発明のボトル型ディープトレンチの製造方法においては、所定の圧力下で、フッ化窒素、臭化水素及びヘリウム酸素を含有するプラズマガスを所定の流量で流し、基板にトレンチのテーパ頂部を形成する第1エッチング工程と、前記臭化水素及びフッ化窒素の各流量を増加させ、臭化水素及びヘリウム酸素の流量比を4:1以上に調整することによって、前記トレンチにボトル型の底部を形成する第2エッチング工程と、前記臭化水素の流量を増加させ、前記圧力を低下させることによって、前記基板に対して垂直の方向に垂直エッチングを行い、前記トレンチのボトル型のプロフィルを維持する第3エッチング工程とを有する。

0023

本発明の他のボトル型ディープトレンチの製造方法においては、さらに、前記第1エッチング工程において、前記圧力は約80〜110〔mTorr〕である。

0024

本発明の更に他のボトル型ディープトレンチの製造方法においては、さらに、前記第1エッチング工程において、前記臭化水素、フッ化窒素及びヘリウム酸素の流量比は約87:13:35である。

0025

本発明の更に他のボトル型ディープトレンチの製造方法においては、さらに、前記第2エッチング工程において、前記臭化水素、フッ化窒素及びヘリウム酸素の流量比は約200:20:20である。

0026

本発明の更に他のボトル型ディープトレンチの製造方法においては、さらに、前記第3エッチング工程において、前記圧力は約20〜50〔mTorr〕にされる。

0027

本発明の更に他のボトル型ディープトレンチの製造方法においては、さらに、前記第3エッチング工程において、前記臭化水素、フッ化窒素及びヘリウム酸素の流量比は約150:13:20である。

0028

本発明の更に他のボトル型ディープトレンチの製造方法においては、約80〜110〔mTorr〕の圧力下で、フッ化窒素、臭化水素及びヘリウム酸素を含有するプラズマガスを所定の流量で流し、基板にトレンチのテーパ頂部を形成する第1エッチング工程と、前記臭化水素及びフッ化窒素の各流量を増加させ、臭化水素及びヘリウム酸素の流量比を4:1以上に調整することによって、前記トレンチにボトル型の底部を形成する第2エッチング工程と、前記臭化水素の流量を増加させ、前記圧力を約20〜50〔mTorr〕に低下させることによって、前記基板に対して垂直の方向に垂直エッチングを行い、前記トレンチのボトル型のプロフィルを維持する第3エッチング工程とを有する。

0029

本発明の更に他のボトル型ディープトレンチの製造方法においては、さらに、前記第1エッチング工程において、前記圧力は約100〔mTorr〕である。

0030

本発明の更に他のボトル型ディープトレンチの製造方法においては、さらに、前記第1エッチング工程において、前記臭化水素、フッ化窒素及びヘリウム酸素の流量比は約87:13:35である。

0031

本発明の更に他のボトル型ディープトレンチの製造方法においては、さらに、前記第2エッチング工程において、前記臭化水素、フッ化窒素及びヘリウム酸素の流量比は約200:20:20である。

0032

本発明の更に他のボトル型ディープトレンチの製造方法においては、さらに、前記第3エッチング工程において、前記圧力は約30〔mTorr〕にされる。

0033

本発明の更に他のボトル型ディープトレンチの製造方法においては、さらに、前記第3エッチング工程において、前記臭化水素、フッ化窒素及びヘリウム酸素の流量比は約150:13:20である。

発明を実施するための最良の形態

0034

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

0035

図1は本発明の実施の形態におけるボトル型ディープトレンチの製造方法を示す第1の図、図4は本発明の実施の形態におけるボトル型ディープトレンチの製造方法を示す第2の図、図5は本発明の実施の形態におけるボトル型ディープトレンチの製造方法を示す第3の図、図6は本発明の実施の形態におけるボトル型ディープトレンチの製造方法を示す第4の図、図7は本発明の実施の形態におけるボトル型ディープトレンチの製造方法を示す第5の図である。

0036

まず、図4に示されるように、基板、例えば、シリコンウエハから成る半導体基板100上にパッドスタック150が形成される。該パッドスタック150は、例えば、酸化層110、該酸化層110上に蒸着された窒化ケイ素層120、及び該窒化ケイ素層120上に蒸着された誘電体層140(例えば、BPSG)を有する。なお、前記酸化層110は、圧力を減少させ、窒化ケイ素層120が形成されるのを促進するために、半導体基板100と窒化ケイ素層120との間に形成される。前記酸化層110、窒化ケイ素層120及び誘電体層140は、ディープトレンチを形成する際のハードマスクになる。そして、マイクロ石版印刷の技術によって、抵抗層160が誘電体層140の表面にパターンで形成される。なお、パターンを形成する場合、通常、少なくとも半導体装置の部分をレジスト材料コーティングし、続いて、所定のパターンを露出させる。

0037

このようにしてレジストが形成されると、反応イオンエッチング、プラズマエッチング等のエッチング方法によって、レジストパターンがパッドスタック150に移入され、図5に示されるように開口部200が形成される。

0038

すなわち、ハードマスクが開かれ、半導体基板100が露出させられ、半導体装置に反応イオンエッチングが施されることによってトレンチが形成される。なお、反応イオンエッチングは、半導体装置にボトル型ディープトレンチを形成する場合に使用されるが、そのほかに、異方性エッチングの技術を使用することもできる。前記反応イオンエッチングは複数の工程から成り、各工程は異なるプロセスパラメータ(変量)によって構成される。

0039

この場合、ハードマスクが開かれた後の、半導体基板100の露出部分には、酸化物が大気に臨んで自然に形成されるので、初期エッチング工程において、自然に形成されたすべての酸化物を除去するために、初期エッチングの条件が適用され、例えば、次のようなプロセスパラメータが使用される。
(1)反応室の圧力が約20〜50〔mTorr〕であること(特に、約25〔mTorr〕が好ましい。)
(2)無線周波数エネルギーが約500〜900〔W〕であること(特に、約600〔W〕が好ましい。)
(3)磁束密度が約10〜40〔Gs〕であること(特に、約15〔Gs〕が好ましい。)
(4)臭化水素及びフッ化窒素の流量がそれぞれ約20〔sccm〕及び約5〔sccm〕であること
(5)エッチング時間が約20〜40〔秒〕であること(特に、約25〔秒〕が好ましい。)
そして、前記酸化物が除去されると、第1エッチング工程において、所定の圧力下で、フッ化窒素、臭化水素及びヘリウム酸素を含有するプラズマガスを所定の流量で流す。前記反応イオンエッチングにおいては、図6に示されるように、テーパ頂部220を備えたトレンチ、例えば、ボトル型ディープトレンチの(けい)部を形成することができるようにプロセスパラメータが調整される。

0040

前記第1エッチング工程において、プロセスパラメータは次のように設定される。
(1)反応室の圧力が約80〜110〔mTorr〕であること(特に、約100〔mTorr〕が好ましい。)
(2)無線周波数エネルギーが約700〜900〔W〕であること(特に、約800〔W〕が好ましい。)
(3)磁束密度が約80〜110〔Gs〕であること(特に、約100〔Gs〕が好ましい。)
(4)フッ化窒素、臭化水素及びヘリウム酸素の流量比が約87:13:35であること
(5)ヘリウム酸素の混合比(He:O2 )が70:30であること
(6)エッチング時間が約90〜110〔秒〕であること(特に、約95〔秒〕が好ましい。)
なお、第1エッチング工程において形成されるトレンチの深さは約1.2〔μm〕である。

0041

このようにしてテーパ頂部220を備えたトレンチが形成されると、第2エッチング工程において、図7に示されるようなくぼみ型又はボトル型のプロフィル240を得るために、反応イオンエッチングの条件を変更する。

0042

この場合、反応イオンエッチングの条件は次のように変更される。
(1)トレンチの側壁にパッシベーションフィルムが形成されるのを抑制するためにフッ化窒素の流量を増加させること
(2)臭化水素の流量を増加させること
(3)臭化水素及びヘリウム酸素の流量比を約4:1以上(特に、約5:1以上が好ましい。)に調節すること
前記第2エッチング工程において、プロセスパラメータは次のように設定される。
(1)反応室の圧力が約110〜130〔mTorr〕であること(特に、約125〔mTorr〕が好ましい。)
(2)無線周波数エネルギーが約600〜1000〔W〕であること(特に、約1000〔W〕が好ましい。)
(3)磁束密度が約55〜75〔Gs〕であること(特に、約65〔Gs〕が好ましい。)
(4)フッ化窒素、臭化水素及びヘリウム酸素の流量比が約200:20:20〔sccm〕であること
(5)エッチング時間が約180〜220〔秒〕であること(特に、約200〔秒〕が好ましい。)
このようにして、トレンチ241の底部にくぼみ型又はボトル型のプロフィル240が得られると、第3エッチング工程において、反応イオンエッチングの条件は、図1に示されるように、トレンチ261の底部にボトル型のプロフィル260を得るために更に変更される。この場合、側面エッチングだけでなく、半導体基板100に対して垂直な方向の垂直エッチングが行われる。

0043

前記第3エッチング工程において、垂直エッチングは反応室の圧力を低くすることによって促進され、側面エッチングは臭化水素の流量だけを増加させることによって促進される。

0044

前記第3エッチング工程において、プロセスパラメータは次のように設定される。
(1)反応室の圧力が約20〜50〔mTorr〕であること(特に、約30〔mTorr〕が好ましい。)
(2)無線周波数エネルギーが約600〜1000〔W〕であること(特に、約1000〔W〕が好ましい。)
(3)磁束密度が約55〜75〔Gs〕であること(特に、約65〔Gs〕が好ましい。)
(4)フッ化窒素、臭化水素及びヘリウム酸素の流量比が約150:13:20〔sccm〕であること
(5)エッチング時間が約270〜320〔秒〕であること(特に、約300〔秒〕が好ましい。)
このように、第2エッチング工程において、トレンチ241の底部にくぼみ型又はボトル型のプロフィル240が得られた後、第3エッチング工程において、トレンチ261の底部にボトル型のプロフィル260が得られ、前記トレンチ261がディープトレンチとなるので、ディープトレンチの幅及び深さが大きくなり、全側壁面の面積を約50〔%〕以上大きくすることができる。その結果、ディープトレンチコンデンサの電気容量を、約0.15〔μm〕のディープサブミクロンの技術によって形成したものより大きくすることができる。

0045

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。

発明の効果

0046

以上詳細に説明したように、本発明によれば、ボトル型ディープトレンチの製造方法においては、所定の圧力下で、フッ化窒素、臭化水素及びヘリウム酸素を含有するプラズマガスを所定の流量で流し、基板にトレンチのテーパ頂部を形成する第1エッチング工程と、前記臭化水素及びフッ化窒素の各流量を増加させ、臭化水素及びヘリウム酸素の流量比を4:1以上に調整することによって、前記トレンチにボトル型の底部を形成する第2エッチング工程と、前記臭化水素の流量を増加させ、前記圧力を低下させることによって、前記基板に対して垂直の方向に垂直エッチングを行い、前記トレンチのボトル型のプロフィルを維持する第3エッチング工程とを有する。

0047

この場合、第2エッチング工程において、トレンチの底部にくぼみ型又はボトル型のプロフィルが得られた後、第3エッチング工程において、トレンチの底部にボトル型のプロフィルが得られるので、ディープトレンチの幅及び深さが大きくなり、全側壁面の面積を大きくすることができる。

0048

したがって、ディープトレンチコンデンサの電気容量を大きくすることができる。

図面の簡単な説明

0049

図1本発明の実施の形態におけるボトル型ディープトレンチの製造方法を示す第1の図である。
図2従来のディープトレンチの製造方法を示す第1の図である。
図3従来のディープトレンチの製造方法を示す第2の図である。
図4本発明の実施の形態におけるボトル型ディープトレンチの製造方法を示す第2の図である。
図5本発明の実施の形態におけるボトル型ディープトレンチの製造方法を示す第3の図である。
図6本発明の実施の形態におけるボトル型ディープトレンチの製造方法を示す第4の図である。
図7本発明の実施の形態におけるボトル型ディープトレンチの製造方法を示す第5の図である。

--

0050

100半導体基板
220テーパ頂部
240、260プロフィル
241、261 トレンチ

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