專(zhuān)利名稱(chēng)：干蝕刻方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體元件制造的干蝕刻方法，特別涉及一種在淺槽隔離(STI)中蝕刻單晶硅，形成希望形狀的槽(trench)的干蝕刻方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，在半導(dǎo)體元件的制造領(lǐng)域中，多采用所謂的淺槽隔離(shallow trench isolation(STI))作為元件分離技術(shù)。
這種STI工序是在硅基板Si上通過(guò)干蝕刻挖槽(trench)，在該槽中利用CVD等埋入例如SiO2等絕緣體，最后通過(guò)例如CMP來(lái)平整的工序。
在這種STI中，需要通過(guò)各向異性蝕刻在單結(jié)晶硅上形成槽(trench)的槽蝕刻工序。在這種槽蝕刻工序之前，首先在由Si構(gòu)成的硅基板表面上形成氧化硅(SiO2)等的熱氧化膜，和例如氮化硅(SiN)膜，利用通常使用的光刻技術(shù)形成抗蝕圖案，將其作為掩膜使SiN膜和熱氧化膜形成圖案。
接著，除去抗蝕圖案后，將SiN膜和熱氧化膜作為掩膜，利用干蝕刻對(duì)該掩膜的開(kāi)口部進(jìn)行各向異性蝕刻的槽蝕刻工序。
這種槽蝕刻工序通過(guò)已有的使用Cl2、Cl2和O2的混合氣體、Cl2和HBr的混合氣體、Cl2和HBr和O2的混合氣體等作為蝕刻氣體的等離子體蝕刻等來(lái)進(jìn)行。
在上述STI中，需要在單結(jié)晶硅上形成的槽中埋入例如SiO2等介電材料。為此，為了準(zhǔn)確且容易地埋入這種介電材料，常將槽的側(cè)壁形成為從槽底部向上側(cè)開(kāi)口部徐徐擴(kuò)大這樣的規(guī)定角度的錐形。
但是，槽的側(cè)壁形狀例如即使在一個(gè)晶片內(nèi)根據(jù)中央部和邊緣的位置不同或者槽的寬度的不同等也有變化的趨勢(shì)，具有難于將整個(gè)槽的側(cè)壁形狀形成希望的形狀這樣的問(wèn)題。
另外，最近，極大地提高了半導(dǎo)體元件的集成度，隨之將在硅基板上形成的各種元件的細(xì)微化作為技術(shù)要求的一項(xiàng)提出。隨著進(jìn)行這種細(xì)微化，在上述這種STI工序中進(jìn)行蝕刻處理的情況下，由于蝕刻面積變小，硅基板上的加工部分容易變尖銳，由于為了元件分離形成的槽的開(kāi)口變得更小，所以難于將絕緣體埋入該槽中。為此，隨著各種元件的細(xì)微化的進(jìn)行，需要容易埋入絕緣體的槽的形狀。
另外，通過(guò)將上述槽的形狀形成為容易埋入絕緣體的形狀，可提高絕緣效率，泄漏電流和埋入后的應(yīng)力變得微不足道。最好作為這種槽的形狀，例如槽的底部不應(yīng)為尖而應(yīng)為圓(round)的形狀。另外在槽的側(cè)壁的SiN膜和熱氧化膜的掩膜和Si的邊界部分最好是圓形形狀。
但是，現(xiàn)有技術(shù)為了通過(guò)利用上述這種Cl2等的處理氣體的等離子體處理來(lái)一次形成槽，在該槽的底部和側(cè)壁的掩膜與Si的邊界部分形成圓形是非常困難的。

發(fā)明內(nèi)容
這里，本發(fā)明的目的是提供一種干蝕刻方法，其即使在槽的寬度不同的情況下也能夠?qū)⒉鄣膫?cè)壁形狀形成為所希望的形狀，能夠形成容易埋入絕緣體之形狀的槽。本發(fā)明是對(duì)硅單結(jié)晶通過(guò)掩膜層形成希望之形狀的槽的干蝕刻方法，其特征在于在設(shè)置在蝕刻室中的一對(duì)對(duì)置電極中的一個(gè)上配置基板，對(duì)前述對(duì)置電極兩者提供高頻電功率，使用由等離子體進(jìn)行蝕刻的裝置，將蝕刻氣體導(dǎo)入前述蝕刻室中，調(diào)整對(duì)前述基板配置側(cè)的前述對(duì)置電極施加的高頻電功率，由此，控制前述槽的側(cè)壁形狀。
另外，本發(fā)明的特征在于前述蝕刻氣體是至少含有Cl的氣體和含有Br氣體的混合氣體。
另外，本發(fā)明的特征在于前述含有Cl的氣體是Cl2。
另外，本發(fā)明的特征在于前述含有Br的氣體是HBr。
另外，本發(fā)明的特征在于前述蝕刻氣體含有氧。
另外，本發(fā)明的特征在于調(diào)整前述蝕刻氣體的總流量，控制前述槽的側(cè)壁形狀。
另外，本發(fā)明的特征在于調(diào)整前述蝕刻氣體中的Cl2的量，控制前述槽的側(cè)壁形狀。
另外，本發(fā)明的特征在于對(duì)前述基板配置側(cè)的前述對(duì)置電極施加的高頻電功率處于0.157～1.57W/cm2的范圍。
另外，本發(fā)明的特征在于在前述基板上形成槽寬不同的多種前述槽。
另外，本發(fā)明的干蝕刻方法，通過(guò)將處理氣體導(dǎo)入密封的處理室內(nèi)，對(duì)硅基板的硅進(jìn)行等離子體處理，在前述硅基板上形成槽，其特征在于包括導(dǎo)入至少含有HBr和N2的混合氣體作為前述處理氣體來(lái)進(jìn)行等離子體處理的第一工序；進(jìn)行在前述硅基板的硅上形成前述槽的等離子體處理的第二工序；導(dǎo)入至少含有HBr和Cl2的混合氣體作為前述處理氣體來(lái)進(jìn)行等離子體處理的第三工序。
另外，本發(fā)明的特征在于，前述第一工序在下述條件下進(jìn)行等離子體處理至少前述處理室內(nèi)的壓力在6.7Pa(50mTorr)以下，HBr的流量與前述處理氣體的N2的流量之比在3以上，將為了產(chǎn)生等離子體而對(duì)在前述處理室內(nèi)設(shè)置的電極施加的偏置用的高頻電功率設(shè)為100W以上。
另外，本發(fā)明的特征在于，前述第三工序在下述條件下進(jìn)行等離子體處理至少前述處理室內(nèi)的壓力在20Pa(150mTorr)以上，HBr的流量與前述處理氣體的Cl2的流量之比在2以上，將為了產(chǎn)生等離子體而對(duì)在前述處理室內(nèi)設(shè)置的電極施加的偏置用的高頻電功率設(shè)為50W以上。
另外，本發(fā)明的特征在于前述第一工序中進(jìn)行等離子體處理的時(shí)間與前述第二工序中進(jìn)行等離子體處理的時(shí)間相比較短。
另外，本發(fā)明的特征在于如果將前述第二工序中進(jìn)行等離子體處理的時(shí)間設(shè)為1，則前述第一工序相對(duì)于該時(shí)間僅進(jìn)行0.15～0.5比例之時(shí)間的等離子體處理。
另外，本發(fā)明的特征在于前述第三工序的進(jìn)行等離子體處理的時(shí)間與前述第二工序的進(jìn)行等離子體處理的時(shí)間相比較短。
另外，本發(fā)明的特征在于如果將前述第二工序的進(jìn)行等離子體處理的時(shí)間設(shè)為1，前述第三工序相對(duì)于該時(shí)間進(jìn)行0.3～0.7比例之時(shí)間的等離子體處理。
另外，本發(fā)明的干蝕刻方法，通過(guò)將處理氣體導(dǎo)入密封的處理室內(nèi)，對(duì)硅基板的硅進(jìn)行等離子體處理，在前述硅基板上形成槽，其特征在于包括在前述硅基板的硅上進(jìn)行形成前述槽的工序之前，用于在前述槽的側(cè)壁的蝕刻用掩膜和硅的邊界部分形成圓而進(jìn)行蝕刻處理的工序；在前述硅基板的硅上進(jìn)行形成前述槽的工序之后，用于在前述槽的底部形成圓而進(jìn)行蝕刻處理的工序。


圖1是示意性表示用于說(shuō)明本發(fā)明一實(shí)施例的晶片截面的構(gòu)成的圖。
圖2是表示使用于本發(fā)明一實(shí)施例的裝置的構(gòu)成圖。
圖3是表示下部電功率和槽寬為0.24μm的槽的圓錐角之間關(guān)系的曲線圖。
圖4是表示下部電功率和槽寬為1.00μm的槽的圓錐角之間關(guān)系的曲線圖。
圖5是表示上部電功率和槽寬為0.24μm的槽的圓錐角之間關(guān)系的曲線圖。
圖6是表示上部電功率和槽寬為1.00μm的槽的圓錐角之間關(guān)系的曲線圖。
圖7是表示蝕刻深度與Cl2之比例的關(guān)系的曲線圖。
圖8是表示圓錐角和Cl2之比例的關(guān)系的曲線圖。
圖9是表示蝕刻深度和蝕刻氣體的總流量的關(guān)系的曲線圖。
圖10是表示圓錐角和蝕刻氣體的總流量的關(guān)系的曲線圖。
圖11是示意性表示為了說(shuō)明本發(fā)明的其它實(shí)施例的晶片截面的構(gòu)成的圖。
圖12是示意性表示在利用現(xiàn)有的主工序進(jìn)行等離子體處理的情況下槽的側(cè)壁的一部分的圖。
圖13是示意性表示在利用實(shí)施例的前序工序(第一工序)和主工序(第二工序)進(jìn)行等離子體處理的情況下槽的側(cè)壁的一部分的圖。
圖14是示意性表示在利用現(xiàn)有的主工序進(jìn)行等離子體處理的情況下槽的底部的圖。
圖15是示意性表示在利用實(shí)施例的主工序(第二工序)和后續(xù)工序(第三工序)進(jìn)行等離子體處理的情況下槽的底部的圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施形式。圖1是示意性表示用于說(shuō)明本發(fā)明一實(shí)施例的放大半導(dǎo)體晶片(硅基板)的縱截面的一部分的圖。
如該圖(a)所示，在半導(dǎo)體晶片(硅基板)101上，形成厚度例如為9nm左右的二氧化硅層102，和厚度例如為160nm左右的氮化硅層103，將它們圖案化成規(guī)定的形狀，使得具有用于形成槽的開(kāi)口部，構(gòu)成所謂的硬掩膜。
然后，在本實(shí)施例中，通過(guò)由上述氮化硅層103等構(gòu)成的硬掩膜，使用至少含有Cl2和HBr的氣體作為蝕刻氣體，利用等離子體蝕刻來(lái)蝕刻由單結(jié)晶硅形成的半導(dǎo)體晶片101，如圖(b)所示，在半導(dǎo)體晶片101上形成槽(trench)104a、104b。
上述槽104a、104b按各個(gè)規(guī)定的寬度來(lái)形成，圖中左側(cè)所示的槽104a其寬度形成為例如0.24μm，圖中右側(cè)所示的槽104b其寬度形成為例如1.00μm，其寬度不同。另外，這些槽104a、104b的側(cè)壁105a、105b形成為具有大致相同的圓錐角，形成為深度也大致相同。
圖2是示意性表示本發(fā)明實(shí)施例使用的等離子體處理裝置的構(gòu)成的一個(gè)例子的圖。如該圖所示，等離子體處理裝置1構(gòu)成為電極板上下平行相對(duì)，在雙方連接高頻電源的電容接合型平行平板蝕刻裝置。
該蝕刻處理裝置1具有由例如表面進(jìn)行鈍化處理(陽(yáng)極氧化處理)的鋁構(gòu)成的成型為圓筒形狀的腔室2，該腔室2接地。在腔室2中的底部通過(guò)陶瓷等絕緣板3設(shè)置用于載置晶片W的大致圓柱形的基座支持臺(tái)4。此外在該基座支持臺(tái)4之上設(shè)置構(gòu)成下部電極的基座5。高通濾波器(HPF)6連接在該基座5上。在基座支持臺(tái)4的內(nèi)部設(shè)置溫度調(diào)節(jié)媒體室7。在該溫度調(diào)節(jié)媒體室7中通過(guò)導(dǎo)入管8導(dǎo)入、循環(huán)溫度調(diào)節(jié)媒體，從排出管9排出，將基座5控制成所希望的溫度?；?其上中央部形成凸?fàn)畹膱A板形，在其上設(shè)置與晶片W形狀大致相同的靜電卡盤(pán)11。靜電卡盤(pán)11為電極12介于絕緣材料之間的結(jié)構(gòu)。然后，通過(guò)從與電極12連接的直流電源13施加例如1.5kV的直流電壓，由庫(kù)侖力靜電吸附晶片W。在絕緣板3、基座支持臺(tái)4、基座5，以及靜電卡盤(pán)11中，在作為被處理體的晶片W的里面，形成用于提供傳熱媒體例如He氣等的氣體通道14。然后，通過(guò)該傳熱媒體在基座5和晶片W之間進(jìn)行熱傳導(dǎo)，將晶片W維持在規(guī)定的溫度。
在基座5的上端周邊部配置環(huán)狀的聚焦環(huán)15，以包圍在靜電卡盤(pán)11上載置的晶片W。該聚焦環(huán)15由陶瓷或者石英等絕緣材料構(gòu)成，提高了蝕刻的均勻性。
另外，在基座5的上方設(shè)置與該基座5平行相對(duì)的上部電極21。該上部電極21通過(guò)絕緣材料22支撐在腔室2的內(nèi)部。上部電極21由具有多個(gè)排出孔23的電極板24(由例如石英形成)和支撐該電極板24的電極支撐體25(由導(dǎo)電材料例如表面進(jìn)行鈍化處理的鋁構(gòu)成)構(gòu)成。而且，基座5和上部電極21之間的間隔設(shè)置成可以調(diào)節(jié)。
在上部電極21的電極支撐體25的中央設(shè)置氣體導(dǎo)入口26。氣體供給管27與該氣體導(dǎo)入口26連接。此外處理氣體提供器30通過(guò)測(cè)溫表(bulb)以及物質(zhì)流量控制器29與該氣體提供管27連接。然后，從該處理氣體提供器30提供用于等離子體蝕刻的蝕刻氣體。而且，在圖2中，僅圖示了一個(gè)由上述處理氣體提供器30等形成的處理氣體提供系統(tǒng)，但是這些處理氣體提供系統(tǒng)也可以設(shè)置多個(gè)，構(gòu)成為通過(guò)分別獨(dú)立地流量控制來(lái)將例如HBr、Cl2、O2、N2等氣體提供到腔室2中。
另一方面，在腔室2的底部連接排氣管31，排氣裝置35與該排氣管31連接。排氣裝置35具有渦輪泵等真空泵，由此構(gòu)成為可以將腔室2中抽真空直到規(guī)定的減壓空氣，例如1Pa(7.5mTorr)以下規(guī)定的壓力。另外，在腔室2的側(cè)壁上設(shè)置閘門(mén)閥(gate valve)32。然后，在打開(kāi)該閘門(mén)閥32的狀態(tài)，在腔室2和鄰近的裝載鎖定室(未圖示)之間傳送晶片W。
第一高頻電源40與上部電極21連接，在該供電線上插入匹配器41。另外，低通濾波器(LPF)42與上部電極21連接。該第一高頻電源40具有50～150MHz范圍的頻率。通過(guò)施加這樣的高頻率能夠在腔室2中形成希望的電離狀態(tài)和高密度的等離子體，可以在比現(xiàn)有技術(shù)更低壓條件下進(jìn)行等離子體處理。該第一高頻電源40的頻率優(yōu)選是50～80MHz，典型的采用圖示的60MHz或者其附近的頻率。
在作為下部電極的基座5上連接第二高頻電源50，在該供電線中插入匹配器51。該第二高頻電源50具有數(shù)百～十幾MHz范圍的頻率。通過(guò)施加這樣范圍的頻率，能夠不會(huì)對(duì)作為被處理體的晶片W造成損壞且起到合適的電離作用。第二高頻電源50的頻率采用典型的圖示的13.56MHz或者800KHz等的頻率。
下面，根據(jù)上述構(gòu)成的等離子體處理裝置1，說(shuō)明將由硅單結(jié)晶構(gòu)成的晶片W蝕刻、形成槽(trench)的工序。
首先，如前所述，打開(kāi)閘門(mén)閥，將形成由二氧化硅層102、氮化硅層103構(gòu)成的掩膜層的晶片W從未圖示的裝載鎖定室傳送到腔室2中，放置在靜電卡盤(pán)11上。然后，通過(guò)從高壓直流電源13施加直流電壓，將晶片W靜電吸附到靜電卡盤(pán)11上。
接著，關(guān)閉閘門(mén)閥32，通過(guò)排氣裝置35將腔室2中抽真空到規(guī)定的真空度。之后，打開(kāi)閥門(mén)28，將來(lái)自處理氣體提供器30的主蝕刻用的蝕刻氣體(例如HBr和Cl2，或者HBr和Cl2和O2)通過(guò)物質(zhì)流量控制器29調(diào)整其流量，且通過(guò)處理氣體供給管27、氣體導(dǎo)入口26、上部電極21的中空部、以及電極板24的排出孔23，如圖2的箭頭所示，相對(duì)晶片W均勻排出。
與此同時(shí)，將腔室2中的壓力維持到規(guī)定的壓力，例如13Pa(100mTorr)左右的壓力。然后，從第一高頻電源40和第二高頻電源50向作為上部電極21和下部電極的基座施加高頻電壓，將蝕刻氣體等離子體化，進(jìn)行晶片W的蝕刻。
圖3、4的曲線圖(縱軸為圓錐角，橫軸為下部電功率(向下部電極提供的電功率))表示在使用上述蝕刻處理裝置1對(duì)8英寸直徑的晶片W的蝕刻中，從第二高頻電源50向作為下部電極的基座5提供的電功率和槽的側(cè)壁的圓錐角之間的關(guān)系。圖3表示了槽寬為0.24μm的情況，圖4表示了槽寬為1.00μm的情況。
另外，在圖3、4中，實(shí)線A、C表示晶片W的中央部分的圓錐角，虛線B、D表示晶片W的周邊部分的槽的圓錐角。
而且，蝕刻條件為
蝕刻氣體Cl2(流量15SCCM)+HBr(流量285SCCM)+O2(流量2.5SCCM)壓力13Pa(100mTorr)上部電極施加的高頻電功率1000W電極間距離80mmHe反壓(中央/邊緣)400/400Pa(3Torr)腔室溫度(頂部/底部/側(cè)壁)60/60/50℃蝕刻時(shí)間47秒。
如圖3的曲線所示，表示在槽寬為0.24μm的窄槽104a的情況下，隨著下部電功率的提高，圓錐角線性增大的傾向。另一方面，如圖4的曲線所示，表示在槽寬為1.00μm的寬槽104b的情況下，即使下部電功率變化，圓錐角基本上不變化。
為此，在圖3、4所示的例子中，通過(guò)將下部電功率設(shè)為100W(0.314W/cm2)，能夠?qū)⒉蹖挭M窄的槽104a和槽寬較寬的槽104b兩者的圓錐角控制成大致相同。
而且，圖5、6的曲線圖(縱軸為圓錐角，橫軸為上部電功率(向上部電極提供的電功率))表示在使用上述蝕刻處理裝置1對(duì)8英寸直徑的晶片W的蝕刻中，從第一高頻電源40向上部電極21提供的電功率和槽的側(cè)壁的圓錐角之間的關(guān)系。圖5表示槽寬為0.24μm的情況，圖6表示槽寬為1.00μm的情況。
另外，在圖5、6中，實(shí)線E、G表示晶片W的中央部分的槽的圓錐角，虛線F、H表示晶片W的周邊部分的槽的圓錐角。
如這些圖5、6的曲線所示可知，即使改變上部電功率，不會(huì)看見(jiàn)圓錐角的顯著變化，因此，在控制圓錐角的情況下，如上述，通過(guò)調(diào)整下部電力，可有效進(jìn)行控制。
而且，如果下部電功率過(guò)多，在蝕刻速度提高的同時(shí)，與作為掩膜層的氮化硅等的選擇比降低，所以優(yōu)選最大為500W左右。另外，如果遠(yuǎn)小于上述的100W，為不到50W，則由于蝕刻速度降低，所以對(duì)8英寸直徑的晶片，下部電功率是50～500W左右，但作為每單位面積的電功率優(yōu)選是在0.157～1.57W/cm2的范圍。
圖7的曲線圖(縱軸為蝕刻深度(實(shí)際的相應(yīng)蝕刻速度)，橫軸為蝕刻氣體中Cl2的比例(Cl2的流量/總流量))表示在使用上述蝕刻處理裝置1對(duì)8英寸直徑的晶片W的蝕刻中，蝕刻深度和Cl2的比例之間的關(guān)系，實(shí)線I表示槽寬為0.24μm的情況，虛線J表示槽寬為1.00μm的情況。
另外，圖8的曲線圖(縱軸為圓錐角，橫軸為蝕刻氣體中Cl2的比例(Cl2的流量/總流量))表示在使用上述蝕刻處理裝置1對(duì)8英寸直徑的晶片W的蝕刻中，圓錐角和Cl2的比例之間的關(guān)系，實(shí)線K表示槽寬為0.24μm的情況，虛線L表示槽寬為1.00μm的情況。
而且，蝕刻條件為蝕刻氣體Cl2+HBr(合計(jì)流量200SCCM)添加O2(流量1.6SCCM)壓力13Pa(100mTorr)上部電極施加的高頻電功率1000W下部電極施加的高頻電功率200W電極間距離80mmHe反壓(中央/邊緣)400/400Pa(3Torr)腔室溫度(頂部/底部/側(cè)壁)60/60/50℃蝕刻時(shí)間83秒。
按該圖7、8的曲線表示，通過(guò)改變蝕刻氣體中的Cl2的比例，蝕刻速度發(fā)生變化，另外，圓錐角也變化。此外，按圖8的曲線所示，圓錐角的變化在槽寬為0.24μm的情況(實(shí)線K)，和槽寬為1.00μm的情況(虛線L)下是不一樣的。
但是，例如，為了得到需要的蝕刻速度和圓錐角，在改變蝕刻氣體中的Cl2的比例的情況下，對(duì)槽寬狹窄的槽和槽寬較寬的槽得到不同的圓錐角的可能性變大。在這種情況下，如前所述，通過(guò)調(diào)整下部電功率，能夠控制以除去圓錐角差。即，例如，槽寬狹窄的槽的圓錐角在比槽寬較寬的槽的圓錐角小的情況下，將下部電功率設(shè)為更大。另外，相反地，槽寬狹窄的槽的圓錐角在比槽寬較寬的槽的圓錐角大的情況下，將下部電功率設(shè)為更小。
圖9的曲線圖(縱軸為蝕刻深度(實(shí)際的蝕刻速度)，橫軸為蝕刻氣體的總流量)表示在使用上述蝕刻處理裝置1對(duì)8英寸直徑的晶片W的蝕刻中，蝕刻深度和蝕刻氣體的總流量之間的關(guān)系，實(shí)線M表示槽寬為0.24μm的情況，虛線N表示槽寬為1.00μm的情況。另外，圖10的曲線圖(縱軸為圓錐角，橫軸為蝕刻氣體的總流量)表示在使用上述蝕刻處理裝置1對(duì)8英寸直徑的晶片W的蝕刻中，圓錐角和蝕刻氣體的總流量之間的關(guān)系，實(shí)線O表示槽寬為0.24μm的情況，虛線P表示槽寬為1.00μm的情況。
而且，蝕刻條件為蝕刻氣體Cl2+HBr+O2Cl2＝25％(對(duì)Cl2/HBr總流量)O2＝0.8％(對(duì)Cl2/HBr總流量)壓力13Pa(100mTorr)上部電極施加的高頻電功率1000W下部電極施加的高頻電功率200W電極間距離80mmHe反壓(中央/邊緣)400/400Pa(3mTorr)腔室溫度(頂部/底部/側(cè)壁)60/60/50℃蝕刻時(shí)間83秒。
按該圖9、10的曲線所示，通過(guò)改變蝕刻氣體的總流量，蝕刻速度發(fā)生變化，另外，圓錐角也變化。此外，按圖10的曲線所示，圓錐角的變化在槽寬為0.24μm的情況(實(shí)線K)，和槽寬為1.00μm的情況(虛線L)下是不一樣的。
但是，例如，為了得到需要的蝕刻速度和圓錐角，在改變蝕刻氣體的總流量的情況下，對(duì)槽寬狹窄的槽和槽寬較寬的槽得到不同的圓錐角的可能性變大。在這種情況下，如前面所述，通過(guò)調(diào)整下部電功率，能夠控制以除去圓錐角差。即，例如，槽寬狹窄的槽的圓錐角在比槽寬較寬的槽的圓錐角小的情況下，將下部電功率設(shè)為更大。另外，相反地，槽寬狹窄的槽的圓錐角在比槽寬較寬的槽的圓錐角大的情況下，將下部電功率設(shè)為更小。
按上述，在本實(shí)施例的干蝕刻方法中，通過(guò)調(diào)整蝕刻氣體的總流量、蝕刻氣體中的Cl2的量(比例)等的同時(shí)，調(diào)整下部電功率，即使在槽寬不同的槽混合這樣的情況下，能夠?qū)⑦@些槽的側(cè)壁形狀形成為規(guī)定形狀，以具有規(guī)定的圓錐角。
因此，能夠很好地進(jìn)行之后的介電質(zhì)的埋入，可以很好地進(jìn)行STI這樣的元件分離。
下面，參照?qǐng)D11說(shuō)明本發(fā)明其他實(shí)施例的STI工序中蝕刻Si的工序。而且，圖示的例子表示了形成用于將用于STI工序中元件分離的SiO2等的絕緣體埋入的槽的工序。
如圖11(a)所示，首先在由Si構(gòu)成的硅基板202的表面上形成例如10nm左右的氧化硅(SiO2)等熱氧化膜204，和氮化硅(SiN)膜206，利用通常使用的光刻技術(shù)形成抗蝕圖案，將其作為掩膜使SiN膜206和熱氧化膜204形成圖案。然后，灰化剩余的光致抗蝕層，除去抗蝕圖案。
接著，將SiN膜206和熱氧化膜204作為掩膜，通過(guò)利用干蝕刻進(jìn)行各向異性蝕刻，形成將用于元件分離的絕緣體埋入的槽。
在本實(shí)施例中，在利用例如混合了Cl2和O2的處理氣體來(lái)進(jìn)行等離子體處理的主工序(第二工序)之前，為了在前述槽的側(cè)壁中的前述掩膜和硅的邊界部分形成圓(round)，進(jìn)行前序工序(第一工序)，同時(shí)，為了在前述主要工序(第二工序)之后在上述槽的底部形成圓(round)，進(jìn)行后續(xù)的工序(第三工序)。
前述前序工序是對(duì)作為掩膜的SiN膜206和熱氧化膜204，通過(guò)利用由含有HBr和N2的混合氣體構(gòu)成的處理氣體進(jìn)行等離子體處理來(lái)蝕刻Si。
這種情況下，至少腔室2中的壓力是由蝕刻容易產(chǎn)生反應(yīng)生成物(沉淀)的容易產(chǎn)生圓形狀的程度，具體的，在6.7Pa(50mTorr)以下，從實(shí)用的觀點(diǎn)來(lái)看優(yōu)選在2.7Pa(20mTorr)以上且6.7Pa(50mTorr)以下，處理氣體的HBr和N2的流量比為進(jìn)行蝕刻的程度，具體地說(shuō)，HBr的流量對(duì)N2的流量的比為3以上，對(duì)作為下部電極的基座5施加的偏置用的高頻電功率為不停止蝕刻的程度，具體地為100W以上，優(yōu)選為150W以上，更優(yōu)選在200W以上進(jìn)行等離子體處理。
如果通過(guò)這樣的前序工序的等離子體處理來(lái)蝕刻，如圖11(b)所示淺淺地挖Si，在該挖掘的槽210的側(cè)壁上形成圓。如果在這種狀態(tài)進(jìn)行主工序的蝕刻，如圖11(c)所示，在槽210的側(cè)壁的上側(cè)部分，例如在掩膜和Si的邊界部分212形成圓(round)。
在這種狀態(tài)通過(guò)主工序的等離子體處理來(lái)進(jìn)行蝕刻。在該主工序中，對(duì)作為掩膜的SiN膜206和熱氧化膜204與現(xiàn)有技術(shù)一樣，利用由含有例如Cl2和O2的混合氣體構(gòu)成的處理氣體等，通過(guò)等離子體處理，對(duì)Si各向異性蝕刻。這種情況下蝕刻時(shí)的條件與現(xiàn)有技術(shù)一樣。
具體地說(shuō)，在將含有例如Cl2和O2的混合氣體作為處理氣體進(jìn)行蝕刻的情況下，腔室2中的壓力為2.7Pa(20mTorr)，對(duì)上部電極21施加的高頻電功率為600W，對(duì)作為下部電極的基座5施加的高頻電功率為20W，上部電極21和基座5之間的間隔為115mm，處理氣體Cl2和O2的氣體流量比(Cl2的氣體流量/O2的氣體流量)為168sccm/32sccm，關(guān)于腔室2內(nèi)的設(shè)定溫度，將基座5設(shè)為40℃，將上部電極21設(shè)為80℃，將側(cè)壁部設(shè)為60℃。
如果通過(guò)這樣的主工序的等離子體處理來(lái)進(jìn)行蝕刻，如圖11(c)所示，進(jìn)一步深挖槽210的底部214，在槽210的側(cè)壁的掩膜和Si的邊界部分212剩下圓(round)。而且，在通過(guò)該主工序的等離子體處理來(lái)進(jìn)行蝕刻時(shí)，通過(guò)設(shè)定前述實(shí)施例這樣的條件，能夠控制槽210的圓錐角。
接著，通過(guò)后續(xù)工序的等離子體處理進(jìn)行蝕刻。由于即使由前序工序和主要工序進(jìn)行蝕刻，槽的底部仍有尖的地方，所以該后續(xù)工序是為了在槽210的底部214處產(chǎn)生圓而進(jìn)行的。
在上述后續(xù)工序中，通過(guò)利用含有Cl2和HBr的混合氣體進(jìn)行的等離子體處理來(lái)對(duì)作為掩膜的SiN膜206和熱氧化膜204蝕刻Si。這種情況下，至少腔室2中的壓力是沉淀多、容易產(chǎn)生圓的程度，具體的，在20Pa(150mTorr)以上較好。處理氣體的HBr和Cl2的流量比為進(jìn)行蝕刻的程度，具體地說(shuō)，HBr的流量對(duì)Cl2的流量的比為2以上較好。對(duì)作為下部電極的基座5施加的偏置用的高頻電功率為不停止蝕刻的程度，具體地說(shuō)，在50W以上進(jìn)行等離子體處理較好。
如果通過(guò)這樣的后續(xù)工序的等離子體處理來(lái)進(jìn)行蝕刻，如圖11(d)所示，進(jìn)一步挖槽210的底部，同時(shí)，在該挖掘的槽210的底部214形成圓(round)。這樣，在硅基板的Si上形成容易埋入絕緣體的槽210的形狀。
與主要工序的進(jìn)行等離子體處理的時(shí)間相比，前序工序和后續(xù)工序的等離子體處理僅進(jìn)行較少的時(shí)間。例如，如果將主要工序的進(jìn)行等離子體處理的時(shí)間設(shè)為1，前序工序的等離子體處理僅進(jìn)行0.15～0.5比例的時(shí)間，后續(xù)工序的等離子體處理僅進(jìn)行0.3～0.7比例的時(shí)間。具體地說(shuō)，例如在將主要工序進(jìn)行30秒左右的情況下，前序工序僅進(jìn)行5～15秒左右的時(shí)間，后續(xù)工序僅進(jìn)行10～20秒。
這樣，能夠在前序工序中在槽210的側(cè)壁的掩膜和Si的邊界部分212形成圓(round)的程度進(jìn)一步挖進(jìn)Si，或者在后續(xù)工序中在槽210的底部214形成圓(round)的程度進(jìn)一步挖進(jìn)Si。
這里，與現(xiàn)有技術(shù)的情況相比較來(lái)說(shuō)明由本發(fā)明的蝕刻處理形成的槽的形狀。首先在實(shí)際中僅通過(guò)現(xiàn)有的主要工序進(jìn)行蝕刻的情況與通過(guò)前序工序和主要工序進(jìn)行蝕刻的情況的槽的側(cè)壁部分的形狀，分別由圖12、圖13表示。
圖12是現(xiàn)有的主要工序，是在下述條件下進(jìn)行等離子體處理的工序使用由含有Cl2和O2的混合氣體構(gòu)成的處理氣體，將腔室2中的壓力設(shè)為2.7Pa(20mTorr)，將對(duì)上部電極21施加的高頻電功率設(shè)為600W，將對(duì)作為下部電極的基座5施加的高頻電功率設(shè)為200W，將上部電極21和基座5之間的間隔設(shè)為115mm，將處理氣體的Cl2和O2的氣體流量比(Cl2的氣體流量/O2的氣體流量)設(shè)為168sccm/32sccm，關(guān)于腔室2內(nèi)的設(shè)定溫度，將基座5設(shè)為40℃，將上部電極21設(shè)為80℃，將側(cè)壁部設(shè)為60℃。
另外，圖13是由本發(fā)明的前序工序和主要工序進(jìn)行蝕刻的情況，前序工序是在下述條件下僅進(jìn)行5～15秒左右的短時(shí)間的等離子體處理的工序腔室2中的壓力設(shè)為2.7Pa(20mTorr)，將對(duì)上部電極21施加的高頻電功率設(shè)為700W，將對(duì)作為下部電極的基座5施加的高頻電功率設(shè)為300W，將上部電極21和基座5之間的間隔設(shè)為115mm，將處理氣體的HBr和N2的氣體流量比(HBr的氣體流量/N2的氣體流量)設(shè)為300sccm/100sccm，關(guān)于腔室2內(nèi)的設(shè)定溫度，將基座5設(shè)為50℃，將上部電極21設(shè)為60℃，將側(cè)壁部設(shè)為60℃。主要工序是通過(guò)與上述現(xiàn)有技術(shù)同樣的條件僅進(jìn)行30秒左右時(shí)間的等離子體處理的工序。
按該試驗(yàn)結(jié)果，由現(xiàn)有的主要工序進(jìn)行蝕刻的情況如圖12所示，在Si上形成的槽310的側(cè)壁的掩膜(SiN膜206，熱氧化膜204)和Si的邊界部分312為直線狀。與此相反，進(jìn)行本發(fā)明的前序工序和主要工序的情況如圖13所示，在Si的槽210的側(cè)壁的掩膜和Si的邊界部分212形成圓(round)。
下面，關(guān)于實(shí)際上僅由現(xiàn)有的主要工序進(jìn)行蝕刻的情況和由后續(xù)工序進(jìn)行蝕刻的情況的槽的底部的形狀分別由圖14、圖15表示。
圖14是由與圖12的情況相同的條件進(jìn)行主要工序的蝕刻所形成的槽310的底部314的形狀。另外圖15是進(jìn)行與圖13的情況相同的主要工序后進(jìn)行本發(fā)明的后續(xù)工序的蝕刻的情況。
該后續(xù)工序是在下述條件下僅進(jìn)行10～20秒左右的短時(shí)間的等離子體處理的工序腔室2中的壓力設(shè)為20Pa(150mTorr)，將對(duì)上部電極21施加的高頻電功率設(shè)為500W，將對(duì)作為下部電極的基座5施加的高頻電功率設(shè)為500W，將上部電極21和基座5之間的間隔設(shè)為140mm，將處理氣體的HBr和Cl2的氣體流量比(HBr的氣體流量/Cl2的氣體流量)設(shè)為225sccm/75sccm，關(guān)于腔室2內(nèi)的設(shè)定溫度，將基座5設(shè)為40℃，將上部電極21設(shè)為80℃，將側(cè)壁部設(shè)為60℃。
按該試驗(yàn)結(jié)果，由現(xiàn)有的主要工序進(jìn)行蝕刻的情況如圖14所示，在Si上形成的槽310的底部312存在尖銳部分。與此相反，可看到在本發(fā)明這樣的主要工序后進(jìn)行后續(xù)工序的情況下，如圖15所示，Si的槽210的底部214全部形成圓(round)，尖銳部分不存在。
由于這種現(xiàn)有的槽310的形狀中存在尖銳部分，所以在槽210中通過(guò)例如成膜埋入SiO2等的絕緣體的情況下，具有下述缺陷，由于成膜在槽210的表面1層1層重疊，所以在各層結(jié)合時(shí)又產(chǎn)生應(yīng)力又產(chǎn)生空隙(void)又產(chǎn)生泄漏電流。與此相反，由于按本發(fā)明的蝕刻方法在形成的槽210中形成圓而不形成尖銳部分，容易埋入絕緣體。即提高了絕緣效率，泄漏電流和埋入后的應(yīng)力變得微不足道。
按這種本實(shí)施例，在STI工序中在硅基板的Si上埋入用于元件分離的絕緣體，形成槽210的時(shí)候，在利用主工序(第二工序)蝕刻之前，通過(guò)由含有HBr和N2的混合氣體構(gòu)成的處理氣體進(jìn)行短時(shí)間的等離子體處理(前序工序第一工序)，同時(shí)，在利用主工序進(jìn)行等離子體處理之后，通過(guò)由含有Cl2和HBr的混合氣體構(gòu)成的處理氣體進(jìn)行短時(shí)間的等離子體處理(后續(xù)工序第三工序)，從而能夠形成容易埋入SiO2等的絕緣體的槽210。具體地說(shuō)，作為槽210的形狀，如圖11(d)所示，在槽210的側(cè)壁的掩膜和Si的邊界部分(槽210的側(cè)面的上側(cè)部分)212形成圓，同時(shí)，能夠在槽210的底部214形成圓，成為不是尖銳部分的形狀。
由于能夠形成這種形狀的槽210，所以可提高了絕緣效率，泄漏電流和埋入后的應(yīng)力變得微不足道。通過(guò)這樣，可以實(shí)現(xiàn)將各種元件進(jìn)一步微細(xì)化。而且，在本實(shí)施形式中，說(shuō)明了對(duì)上部電極21和作為下部電極的基座5分別施加高頻電功率的等離子體蝕刻處理裝置，但是不限于此，也可以使用僅對(duì)例如下部電極施加高頻電功率的等離子體蝕刻裝置。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明的干蝕刻方法可以用于進(jìn)行半導(dǎo)體元件的制造的半導(dǎo)體制造工業(yè)中。從而具有產(chǎn)業(yè)上的可利用性。
權(quán)利要求
1.一種干蝕刻方法，其對(duì)硅單結(jié)晶通過(guò)掩膜層形成希望之形狀的槽，其特征在于在設(shè)置于蝕刻室內(nèi)的一對(duì)對(duì)置電極中的一個(gè)上配置基板，對(duì)所述對(duì)置電極的雙方提供高頻電功率，使用由等離子體進(jìn)行蝕刻的裝置，將蝕刻氣體導(dǎo)入所述蝕刻室中，調(diào)整對(duì)所述基板配置側(cè)的所述對(duì)置電極施加的高頻電功率，由此，控制所述槽的側(cè)壁形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干蝕刻方法，其特征在于所述蝕刻氣體是至少含有Cl的氣體和含有Br氣體的混合氣體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的干蝕刻方法，其特征在于所述含有Cl的氣體是Cl2。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的干蝕刻方法，其特征在于所述含有Br的氣體是HBr。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干蝕刻方法，其特征在于所述蝕刻氣體含有氧。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干蝕刻方法，其特征在于調(diào)整所述蝕刻氣體的總流量，控制所述槽的側(cè)壁形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的干蝕刻方法，其特征在于調(diào)整所述蝕刻氣體中的Cl2的量，控制所述槽的側(cè)壁形狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干蝕刻方法，其特征在于對(duì)所述基板配置側(cè)的所述對(duì)置電極施加的高頻電功率處于0.157～1.57W/cm2的范圍。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干蝕刻方法，其特征在于在所述基板上形成槽寬不同的多種所述槽。
10.一種干蝕刻方法，通過(guò)將處理氣體導(dǎo)入密封的處理室內(nèi)，對(duì)硅基板的硅進(jìn)行等離子體處理，在所述硅基板上形成槽，其特征在于，包括導(dǎo)入至少含有HBr和N2的混合氣體作為所述處理氣體來(lái)進(jìn)行等離子體處理的第一工序；進(jìn)行在所述硅基板的硅上形成所述槽的等離子體處理的第二工序；導(dǎo)入至少含有HBr和Cl2的混合氣體作為所述處理氣體來(lái)進(jìn)行等離子體處理的第三工序。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的干蝕刻方法，其特征在于所述第一工序在下述條件下進(jìn)行等離子體處理至少所述處理室內(nèi)的壓力在6.7Pa(50mTorr)以下，HBr的流量與所述處理氣體的N2的流量之比在3以上，將為了產(chǎn)生等離子體而對(duì)在所述處理室內(nèi)設(shè)置的電極施加的偏置用的高頻電功率設(shè)為100W以上。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的干蝕刻方法，其特征在于所述第三工序在下述條件下進(jìn)行等離子體處理至少所述處理室內(nèi)的壓力在20Pa(150mTorr)以上，HBr的流量與所述處理氣體的Cl2的流量之比在2以上，將為了產(chǎn)生等離子體而對(duì)在所述處理室內(nèi)設(shè)置的電極施加的偏置用的高頻電功率設(shè)為50W以上。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的干蝕刻方法，其特征在于所述第一工序中進(jìn)行等離子體處理的時(shí)間與所述第二工序的進(jìn)行等離子體處理的時(shí)間相比較短。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的干蝕刻方法，其特征在于如果將所述第二工序的進(jìn)行等離子體處理的時(shí)間設(shè)為1，所述第一工序相對(duì)于該時(shí)間僅進(jìn)行0.15～0.5比例之時(shí)間的等離子體處理。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的干蝕刻方法，其特征在于所述第三工序的進(jìn)行等離子體處理的時(shí)間與所述第二工序的進(jìn)行等離子體處理的時(shí)間相比較短。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的干蝕刻方法，其特征在于如果將所述第二工序的進(jìn)行等離子體處理的時(shí)間設(shè)為1，所述第三工序相對(duì)于該時(shí)間僅進(jìn)行0.3～0.7比例之時(shí)間的等離子體處理。
17.一種干蝕刻方法，通過(guò)將處理氣體導(dǎo)入密封的處理室內(nèi)，對(duì)硅基板的硅進(jìn)行等離子體處理，在所述硅基板上形成槽，其特征在于，包括在所述硅基板的硅上進(jìn)行形成所述槽的工序之前，用于在所述槽的側(cè)壁的蝕刻用掩膜和硅的邊界部分形成圓而進(jìn)行蝕刻處理的工序；在所述硅基板的硅上進(jìn)行形成所述槽的工序之后，用于在所述槽的底部形成圓而進(jìn)行蝕刻處理的工序。
全文摘要
在設(shè)置于蝕刻室內(nèi)的一對(duì)對(duì)置電極中的一個(gè)上配置基板，對(duì)對(duì)置電極兩者提供高頻電功率，使用由等離子體進(jìn)行蝕刻的裝置，通過(guò)使用至少含有Cl
文檔編號(hào)H01L21/3065GK1518759SQ0281249
公開(kāi)日2004年8月4日 申請(qǐng)日期2002年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月22日
發(fā)明者飯嶋悅夫, 飯 悅夫, 高明輝 申請(qǐng)人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社