JP3331979B2 - Semiconductor etching method - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板にトレ
ンチを形成するためのトレンチエッチングを酸化膜をマ
スクとしてドライエッチング法を用いて行なうようにし
た半導体のエッチング方法に関する。The present invention relates to a semiconductor etching method in which trench etching for forming a trench in a semiconductor substrate is performed by a dry etching method using an oxide film as a mask.

【０００２】[0002]

【発明が解決しようとする課題】シリコン基板などの半
導体基板に多数の回路素子を形成して集積回路を構成す
る際に、各素子間を電気的に分離するために素子の周辺
にトレンチを形成し内部に絶縁物などを埋め込むように
構成することが行なわれている。トレンチエッチング処
理は、シリコン基板を深さ方向に選択的にエッチングす
ることにより、幅寸法に対する深さ寸法の比であるアス
ペクト比（深さ寸法／幅寸法）の高い深溝形状（トレン
チ）あるいは深穴形状を形成する方法である。これらの
形状を製造工程で実現するためには、ドライエッチング
処理を高い異方性で行なうと共に、エッチングマスクと
なるシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）に対して高い選択比で
行なえ、且つエッチング速度の均一性が要求される。When a large number of circuit elements are formed on a semiconductor substrate such as a silicon substrate to form an integrated circuit, trenches are formed around the elements to electrically isolate the elements. In some cases, an insulator or the like is embedded inside. The trench etching process selectively etches a silicon substrate in a depth direction to form a deep groove (trench) or a deep hole having a high aspect ratio (depth dimension / width dimension), which is a ratio of a depth dimension to a width dimension. This is a method of forming a shape. In order to realize these shapes in the manufacturing process, dry etching is performed with high anisotropy, a high selectivity can be obtained with respect to a silicon oxide film (SiO ₂ ) serving as an etching mask, and a uniform etching rate can be obtained. Is required.

【０００３】このようなトレンチエッチングを行なう方
法として、例えば特開平６−１６３４７８号公報に示さ
れるものがある。この方法においては、エッチングガス
として、Ｂｒ系／Ｏ_２系／ＳｉＦ_４／ＳＦ_６系の混合ガ
スを用いており、これによってドライエッチング処理を
行なうものである。そして、この方法においては、シリ
コン基板のエッチング反応生成物がトレンチの側壁と、
マスク表面を保護することで、深さ方向に対する高い異
方性を実現すると共にマスクとしての酸化膜に対して高
選択比を実現するようにしている。As a method of performing such a trench etching, for example, there is a method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-163478. In this method, a mixed gas of Br system / O ₂ system / SiF ₄ / SF ₆ system is used as an etching gas, and dry etching is performed by this. And in this method, the etching reaction product of the silicon substrate is formed on the side wall of the trench,
By protecting the mask surface, high anisotropy in the depth direction is realized, and a high selectivity with respect to an oxide film as a mask is realized.

【０００４】ところで、近年では、集積回路を構成する
各要素をより微細化したり、高機能化を図るために、ト
レンチの形成に際しても高アスペクト比化が要求されて
きている。この場合、高アスペクト比化を実現するため
には、トレンチの側壁の傾斜角度を示すトレンチ角度
（基板面に対する角度で示す）が９０°を超えない範囲
で極力これに近い角度となることが必要である。[0004] In recent years, in order to further miniaturize each element constituting an integrated circuit and to attain a higher function, a higher aspect ratio is required even when forming a trench. In this case, in order to realize a high aspect ratio, it is necessary that the trench angle (indicated with respect to the substrate surface) indicating the inclination angle of the side wall of the trench be as close as possible to the extent not exceeding 90 °. It is.

【０００５】これは、例えば、アスペクト比が１０であ
る場合には、トレンチの側壁が平面であると仮定したと
きに、側壁の両側が傾斜していることを考慮すると、角
度の値にして最低限でも８７．１°（arctan２０＝８
７．１°であるから）でこれ以上に形成する必要があ
る。つまり、トレンチ角度が、これよりも小さい角度に
形成される場合にはトレンチの底で側壁同士が付いてし
まってそれ以降深さ方向に対してエッチングを進めるこ
とができなくなり、幾何学的制約でトレンチの形成が不
能となるのである。[0005] For example, when the aspect ratio is 10, when the side wall of the trench is assumed to be flat, considering that both sides of the side wall are inclined, the value of the angle is the lowest. At least 87.1 ° (arctan20 = 8
(7.1 °)). In other words, if the trench angle is formed to be smaller than this, the sidewalls are attached to the bottom of the trench, and it becomes impossible to proceed with the etching in the depth direction thereafter. This makes it impossible to form a trench.

【０００６】また、上述の最低限の制限に加えて、トレ
ンチエッチングの途中で被エッチング部にＳｉＯ_２系の
粒子が付着することがあるが、この場合にはその粒子が
エッチングマスクとなって作用するので、トレンチの底
面にエッチング残渣として悪影響を与えることになる。
つまり、このようなエッチング残渣によって、トレンチ
が底までエッチングできなくなったり、トレンチ分離が
十分に得られなくなって絶縁不良を起こす場合が生ず
る。したがって、上述の幾何学的な制約に加えてこのよ
うなエッチング残渣をある程度見込んだトレンチ角度が
必要となる。In addition to the above-mentioned minimum restrictions, SiO ₂ -based particles may adhere to the portion to be etched during the trench etching. In this case, the particles act as an etching mask. Therefore, the bottom surface of the trench is adversely affected as an etching residue.
That is, such an etching residue may cause a case where the trench cannot be etched to the bottom or a sufficient isolation of the trench cannot be obtained to cause insulation failure. Therefore, in addition to the above-described geometrical restrictions, a trench angle that allows for such an etching residue to some extent is required.

【０００７】一方、トレンチ角度は、９０°以上となる
場合で、トレンチ断面がいわゆる逆テーパー状態に形成
された場合には、この後実施する工程でトレンチ内部を
絶縁物などで埋めるときに、成膜工程でトレンチを十分
に満たすことができず、中央部にいわゆる「す」が発生
してこれが素子特性に悪影響を与える可能性がある。こ
の点から、高アスペクト比でトレンチを形成する場合に
は、トレンチ角度を９０°以下で且つ極力９０°に近
く、しかもばらつきを少なくするようにエッチングを制
御できることが要求されるのである。On the other hand, when the trench angle is 90 ° or more, and the trench cross section is formed in a so-called reverse taper state, when the inside of the trench is filled with an insulator or the like in a process to be performed later, the trench angle is increased. In the film process, the trench cannot be sufficiently filled, and so-called "spot" is generated at the center, which may adversely affect the element characteristics. From this point, when forming a trench with a high aspect ratio, it is required that the trench angle be 90 ° or less and as close as possible to 90 °, and that the etching can be controlled so as to reduce variation.

【０００８】上述の点からすると、従来技術において
は、トレンチ角度の精度としては、例えば８８．６±
１．２°程度となっており、このため、形成されるトレ
ンチ角度の中心角度の値では条件を満足していても、ば
らつきの点で十分なものとは言えず、したがって、高ア
スペクト比でトレンチを精度良く形成することが難しく
なる。このことは、結果としてトレンチが底部分で絶縁
距離が短くなるなどの状態に形成されることに起因し
て、半導体素子の特性上の点でリーク不良が発生しやす
くなるという不具合がある。In view of the above, in the prior art, the accuracy of the trench angle is, for example, 88.6 ±
Therefore, even if the value of the center angle of the formed trench angle satisfies the condition, it cannot be said to be sufficient in terms of variation, and therefore, the high aspect ratio cannot be obtained. It becomes difficult to form a trench with high accuracy. This results in a problem that a leakage failure is likely to occur in the characteristics of the semiconductor element due to the fact that the trench is formed in a state such as a short insulation distance at the bottom part.

【０００９】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、高アスペクト比のトレンチでも傾斜角
度を９０°に近く且つばらつきの少ない状態で形成する
ことができ、これによってトレンチ開口幅の増大を極力
抑制してトレンチを形成することができるようにした半
導体のエッチング方法を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to form a trench having a high aspect ratio with an inclination angle close to 90 ° and a small variation, whereby a trench opening can be formed. An object of the present invention is to provide a semiconductor etching method capable of forming a trench while suppressing an increase in width as much as possible.

【００１０】[0010]

【課題を解決するための手段】請求項１の発明によれ
ば、トレンチエッチングをドライエッチング処理により
行なう場合において、エッチングガスとして臭素系ガ
ス、フッ素系ガスおよび酸素系ガスを用い、臭素系ガス
流量を８０ＳＣＣＭ以上とし、且つ酸素系ガスのフッ素
系ガスに対する流量比を３以上となるようにしたガス流
量とすることにより、臭素系ガスで深さ方向に対する異
方性エッチングを主として行ない、フッ素系ガスで生成
物の揮発を主として進めると共に、酸素系ガスにより酸
化膜に対する選択比を高めるようにしてエッチングを行
なうが、この性質を利用して臭素系ガスの混合比を高め
ることで深さ方向へのエッチング比率を増大させ、ま
た、フッ素系ガスの流量を抑えることにより、トレンチ
の側面方向におけるエッチングを抑制してトレンチが逆
テーパ形状となるのを防ぎ、これによって、トレンチ角
度を９０°以下としながら極めて９０°に近付けること
ができ、よりアスペクト比の高いトレンチのエッチング
形成をすることができるようになる。そして、上記の場
合において、トレンチを形成する半導体基板の外周部分
のチップが配置されない部分には酸化膜を残した状態と
してエッチングされないようにしているので、エッチン
グ時にトレンチ以外の部分のエッチングをしなくなり、
その分のエッチング残渣による汚染やエッチング阻害を
防止できるようになる。この場合において、酸化膜マス
クの保護膜となるエッチング反応生成物の発生量が減少
することにより、酸化膜マスクの半導体基板材料に対す
るエッチング選択比が低下することになるが、このよう
な場合でも、上述したようなエッチングガスを採用する
ことから、安定したトレンチエッチングを行なうことが
できる。According to the first aspect of the present invention, when trench etching is performed by dry etching, a bromine-based gas, a fluorine-based gas, and an oxygen-based gas are used as an etching gas, and the flow rate of the bromine-based gas is increased. Is set to 80 SCCM or more and the flow rate of the oxygen-based gas to the fluorine-based gas is set to 3 or more, so that the anisotropic etching in the depth direction is mainly performed with the bromine-based gas, and the fluorine-based gas is used. Etching is performed by increasing the selectivity to the oxide film with the oxygen-based gas while increasing the volatilization of the product mainly by using the above property. By using this property, the mixing ratio of the bromine-based gas is increased to increase the depth direction. By increasing the etching ratio and suppressing the flow rate of the fluorine-based gas, the etching in the lateral direction of the trench is performed. This prevents the trench from having an inversely tapered shape, thereby making it possible to make the trench angle extremely close to 90 ° while keeping the trench angle at 90 ° or less, thereby making it possible to form a trench having a higher aspect ratio by etching. Become like In the above case, the outer peripheral portion of the semiconductor substrate where the trench is formed
Since the part where the chip is not arranged is not etched as leaving an oxide film, the part other than the trench is not etched at the time of etching,
It is possible to prevent contamination and etching inhibition due to the etching residue. In this case, the etching selectivity to the semiconductor substrate material of the oxide film mask is reduced by reducing the generation amount of the etching reaction product serving as the protective film of the oxide film mask, but even in such a case, Since the above-described etching gas is used, stable trench etching can be performed.

【００１１】また、臭素系ガスの混合比を高めること
で、上述の効果と共に、酸素系ガスの混合比上昇による
トレンチ角度の低下を防止する効果が生ずるので、この
原理を利用して酸素系ガスの混合比を高めることがで
き、フッ素系ガスに対する酸素系ガスの流量比を従来で
は達成することができなかった「３」よりも大きく設定
することができ、これによって、酸化膜に対する選択比
を高めることができるようになる。この結果、形成しよ
うとするトレンチのアスペクト比をより高くすることが
でき、半導体チップの設計上において、トレンチを形成
する領域の省スペース化を図ることができるようにな
る。 Also , by increasing the mixing ratio of the bromine-based gas, the above-described effect and the effect of preventing the trench angle from being decreased due to the increase in the mixing ratio of the oxygen-based gas are produced. Can be increased, and the flow ratio of the oxygen-based gas to the fluorine-based gas can be set to be larger than “3”, which could not be achieved in the past, whereby the selectivity to the oxide film can be increased. Can be enhanced. As a result, the aspect ratio of the trench to be formed can be made higher, and the space for forming the trench can be reduced in designing the semiconductor chip.

【００１２】そして、エッチングガスとして、酸素系ガ
スの前記フッ素系ガスに対する流量比を３以上となるよ
うに設定した混合ガスを用いるので、酸化膜に対する選
択比を従来では達成できなかった高い値に設定すること
ができ、形成しようとするトレンチのアスペクト比をよ
り高くすることができ、半導体チップの設計上におい
て、トレンチを形成する領域の省スペース化を図ること
ができるようになる。[0012] Then, as the etching gas, so using the set mixed gas so that the flow rate ratio of 3 or more with respect to the fluorine-based gas of oxygen-containing gas, the selectivity to the oxide film to a high value that can not be achieved with conventional The aspect ratio of the trench to be formed can be made higher, and the space for forming the trench can be reduced in designing the semiconductor chip.

【００１３】また、従来では、エッチング選択比を向上
させるために酸素系ガスの流量比を高めることが行なわ
れたが、これでは、トレンチ角度が９０°よりも小さい
方に悪化してしまうという現象が生ずるため、単純に酸
素系ガスの流量比を高めることでは対応できなかったの
に対し、本発明では、臭素系ガスの流量比を増大させて
対処することにより酸素系ガスの流量比を高める場合で
もトレンチ角度の低下を防止することができるようにな
った。Conventionally, the flow rate ratio of the oxygen-based gas has been increased in order to improve the etching selectivity. However, in this case, the phenomenon that the trench angle becomes worse than 90 ° is obtained. However, in the present invention, the flow rate ratio of the oxygen-based gas is increased by increasing the flow rate ratio of the bromine-based gas. Even in such a case, it is possible to prevent a decrease in the trench angle.

【００１４】請求項２および３の発明によれば、エッチ
ングガスとして、臭素系ガス，フッ素系ガスおよび酸素
系ガスを用いて、臭素系ガスで深さ方向に対する異方性
エッチングを主として行ない、フッ素系ガスで生成物の
揮発を主として進め、酸素系ガスにより酸化膜に対する
選択比を高めるようにしてエッチングを行なうが、ここ
で、臭素系ガス流量を増大させ、且つＳＦ_６ガスの流量
を低減させたガス流量とすることで、深さ方向へのエッ
チング比率を増大させることができ、トレンチ角度を９
０°以下としながら極めて９０°に近付けることがで
き、よりアスペクト比の高いトレンチのエッチング形成
をすることができるようになる。According to the second and third aspects of the present invention, a bromine-based gas, a fluorine-based gas and an oxygen-based gas are used as an etching gas, and an anisotropic etching in the depth direction is mainly performed with a bromine-based gas. The etching is carried out by promoting the volatilization of the product mainly by the system gas and increasing the selectivity to the oxide film by the oxygen gas. Here, the flow rate of the bromine gas is increased and the flow rate of the SF ₆ gas is reduced. By adjusting the gas flow rate to an appropriate value, the etching ratio in the depth direction can be increased, and the trench angle can be reduced by 9%.
The angle can be made extremely close to 90 ° while being 0 ° or less, so that the trench with a higher aspect ratio can be formed by etching.

【００１５】請求項４の発明によれば、上述のようにし
てドライエッチング処理を行なうことで、形成しようと
するトレンチのアスペクト比を高めることができ、これ
によって、例えばアスペクト比が１０以上のトレンチで
も再現性良くしかも精度良く形成することができるよう
になる。According to the fourth aspect of the present invention, by performing the dry etching process as described above, the aspect ratio of the trench to be formed can be increased. However, it can be formed with good reproducibility and high accuracy.

【００１６】請求項５の発明によれば、臭化水素（ＨＢ
ｒ）ガスの流量を１００ＳＣＣＭ以上（１５０ＳＣＣＭ
以下の範囲）とすることで、異方性エッチングの性能を
高めることができ、さらにトレンチ角度のばらつきも低
減させることができるようになる。According to the fifth aspect of the present invention, hydrogen bromide (HB
r) The gas flow rate is 100 SCCM or more (150 SCCM
With the following range, the performance of anisotropic etching can be improved, and the variation in the trench angle can be reduced.

【００１７】請求項６の発明によれば、臭化水素ガス流
量を８０ＳＣＣＭ以上（１５０ＳＣＣＭ以下の範囲）と
すると共に、ヘリウムガス（Ｈ_２）を含んだ酸素ガス
（Ｏ_２）の混合流量を２０ＳＣＣＭ以上（１００ＳＣＣ
Ｍ未満の範囲）とすることにより、酸化膜からなるマス
ク材料に対するエッチング選択比を大きくとることがで
きるようになる。つまり、マスクに対するエッチング選
択比を向上させることで、トレンチ角度が９０°から悪
化するが、この点について、臭化水素（ＨＢｒ）ガスの
流量を増加させていることで垂直方向へのエッチングを
強めることで解決しているのである。According to the sixth aspect of the present invention, the flow rate of hydrogen bromide is set to 80 SCCM or more (a range of 150 SCCM or less), and the mixed flow rate of oxygen gas (O ₂ ) containing helium gas (H ₂ ) is set to 20 SCCM. Above (100SCC
By setting the ratio to a range less than M, the etching selectivity with respect to the mask material made of an oxide film can be increased. That is, by increasing the etching selectivity with respect to the mask, the trench angle is deteriorated from 90 °. In this regard, the etching in the vertical direction is enhanced by increasing the flow rate of the hydrogen bromide (HBr) gas. That's the solution.

【００１８】請求項７の発明によれば、反応性イオンエ
ッチング装置ＲＩＥを用いることで、臭化水素（ＨＢ
ｒ）ガスから生じる臭素イオンを用いてイオンエッチン
グを良好に実施することができるようになる。According to the seventh aspect of the present invention, hydrogen bromide (HB
r) Ion etching can be favorably performed using bromine ions generated from gas.

【００１９】請求項８の発明によれば、臭化水素（ＨＢ
ｒ）ガスの流量を８０ＳＣＣＭ以上（１５０ＳＣＣＭ以
下の範囲）とし、六フッ化硫黄（ＳＦ_６）ガス流量に対
するヘリウム（Ｈｅ）を含んだ酸素ガスの流量比を１０
以上となるように設定したので、ドライエッチングを行
なう場合において、酸化膜からなるマスクに対するエッ
チング選択比を向上させた状態でトレンチ角度を９０°
に近い角度でトレンチを形成することができるようにな
る。According to the invention of claim 8 , hydrogen bromide (HB
r) The gas flow rate is set to 80 SCCM or more (150 SCCM or less), and the flow rate ratio of the oxygen gas containing helium (He) to the sulfur hexafluoride (SF ₆ ) gas flow rate is set to 10
When dry etching is performed, the trench angle is set to 90 ° while the etching selectivity with respect to the mask made of an oxide film is improved.
Can be formed at an angle close to the above.

【００２０】[0020]

【００２１】[0021]

【発明の実施の形態】以下、本発明をＳＯＩ基板のトレ
ンチエッチングに適用した場合の一実施形態について図
面を参照しながら説明する。まず、本実施形態において
用いるエッチング装置について簡単に説明する。エッチ
ング装置としては、図２に模式的な断面図で示すよう
に、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ；Reactive Ion E
tching）装置１を用いる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment in which the present invention is applied to trench etching of an SOI substrate will be described below with reference to the drawings. First, the etching apparatus used in the present embodiment will be briefly described. As an etching apparatus, as shown in a schematic sectional view of FIG. 2, a reactive ion etching (RIE) is used.
tching) The device 1 is used.

【００２２】このＲＩＥ装置１は、エッチング槽２内に
上部電極３および下部電極４が対向状態に設けられてお
り、この下部電極４上にエッチング対象となる半導体基
板５（基板サイズは、例えば５〜６インチ径のものに対
応した装置を想定している）を載置するようになってい
る。上部電極３および下部電極４の間には高周波電源６
から、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が供給され
るようになっており、これにより上部電極３および下部
電極４の間にプラズマが生じエッチングガスをイオン化
してドライエッチング処理を行なうようになっている。In the RIE apparatus 1, an upper electrode 3 and a lower electrode 4 are provided in an etching tank 2 so as to face each other, and a semiconductor substrate 5 to be etched (substrate size is, for example, 5 (Assuming a device corresponding to a device having a diameter of up to 6 inches). A high frequency power source 6 is provided between the upper electrode 3 and the lower electrode 4.
Thus, a high frequency power of, for example, 13.56 MHz is supplied, whereby plasma is generated between the upper electrode 3 and the lower electrode 4 to ionize the etching gas to perform a dry etching process. .

【００２３】また、エッチング槽２内にはガス導入口７
から後述するエッチングガスが導入され、エッチング槽
２内を通って排気口８から排出されるようになってい
る。また、エッチング槽２の外周にはマグネットコイル
９が配設されており、マグネトロン方式のＲＩＥ装置１
を構成している。なお、図示はしないが、排気口８には
減圧用の真空ポンプが連結されてエッチング槽２内のガ
スを排気して所定圧力に減圧するようになっている。Further, a gas inlet 7 is provided in the etching tank 2.
Then, an etching gas described later is introduced, and is discharged from the exhaust port 8 through the inside of the etching tank 2. Further, a magnet coil 9 is provided on the outer periphery of the etching tank 2, and a magnetron type RIE apparatus 1 is provided.
Is composed. Although not shown, a vacuum pump for reducing the pressure is connected to the exhaust port 8 so that the gas in the etching tank 2 is exhausted to reduce the pressure to a predetermined pressure.

【００２４】次に、形成すべきトレンチの構造について
簡単に説明する。図３はその基本的構造を示すもので、
半導体基板であるＳＯＩシリコン基板１０は、支持用シ
リコン基板１１に絶縁膜１２を介してシリコン単結晶膜
１３が形成されたＳＯＩ構造のもので、このシリコン単
結晶膜１３を絶縁分離する際に用いるのがトレンチ１４
である。また、後述するように、形成されるトレンチ１
４の側壁の傾斜角度を示すトレンチ角度θ_Ｔは、図中に
も示すように、シリコン基板１０の面に対する側壁の傾
斜角度で表す。Next, the structure of the trench to be formed will be briefly described. FIG. 3 shows the basic structure.
The SOI silicon substrate 10, which is a semiconductor substrate, has an SOI structure in which a silicon single crystal film 13 is formed on a supporting silicon substrate 11 via an insulating film 12, and is used when the silicon single crystal film 13 is insulated and separated. Is trench 14
It is. Further, as described later, the formed trench 1
The trench angle θ _T indicating the inclination angle of the side wall of No. 4 is represented by the inclination angle of the side wall with respect to the surface of the silicon substrate 10 as shown in the drawing.

【００２５】トレンチ１４は、ＳＯＩシリコン基板１０
のシリコン単結晶膜１３の表面にシリコン酸化膜（Ｓｉ
Ｏ_２）１５を形成し、これをマスク部材としてエッチン
グ処理する。この場合、トレンチ１４を形成する部分の
酸化膜１５による開口部のパターン幅ｐに対して形成す
るトレンチ１４の深さ寸法ｑの比率で示すアスペクト比
（＝ｑ／ｐ）は１０程度である。The trench 14 is formed in the SOI silicon substrate 10
A silicon oxide film (Si) is formed on the surface of the silicon single crystal film 13 of FIG.
O ₂ ) 15 is formed, and etching is performed using this as a mask member. In this case, the aspect ratio (= q / p) indicated by the ratio of the depth dimension q of the trench 14 formed to the pattern width p of the opening formed by the oxide film 15 in the portion where the trench 14 is formed is about 10.

【００２６】なお、エッチング工程中にエッチング生成
物等の異物１６がエッチング面に付着した場合、これが
マスク材として作用することにより、図３中にも示して
いるように、以後のエッチング処理においてこの部分が
エッチングされずに残ることになってエッチング残渣１
７が形成されることがある。そして、一般に、このよう
なエッチング残渣１７がある程度形成されることを見込
んでパターン幅ｐおよびトレンチ角度θ_Ｔを設定するよ
うになっている。If foreign matter 16 such as an etching product adheres to the etched surface during the etching process, it acts as a mask material, and as shown in FIG. A portion is left without being etched and an etching residue 1
7 may be formed. Then, the general, so as to set such a pattern width etch residues 17 expects to be somewhat formed p and trenches angle theta _T.

【００２７】次に、ＲＩＥ装置１によるエッチング条件
を図４に示す。なお、この図中には比較として従来例に
おけるエッチング条件についても示している。エッチン
グガスとしては、臭素系ガスとしてＨＢｒ（臭化水素）
ガスを用い，フッ素系ガスとしてＳＦ_６（六フッ化硫
黄）ガスおよびＳｉＦ_４（四フッ化シリコン）ガスを用
い、さらに不活性ガスを含んだ酸素系ガスとしてＨｅ
（ヘリウム）ガスとＯ_２（酸素）ガスとを７対３で混合
したＨｅ，Ｏ_２ガス（Ｈｅ：Ｏ_２＝７：３）を用い、こ
れらを図４に示す流量条件で混合して用いた。Next, the etching conditions of the RIE apparatus 1 are shown in FIG. In this figure, the etching conditions in the conventional example are also shown for comparison. HBr (hydrogen bromide) as a bromine-based gas as an etching gas
Gas, SF ₆ (sulfur hexafluoride) gas and SiF ₄ (silicon tetrafluoride) gas as a fluorine-based gas, and He as an oxygen-based gas containing an inert gas.
(Helium) gas and _{O 2} (oxygen) the He prepared by mixing a gas with 7: 3, _{O 2} gas _{(He: O 2 = 7:} 3) used, use as a mixture thereof at a flow rate conditions shown in FIG. 4 Was.

【００２８】この場合、従来の混合比に対して、本実施
形態ＡおよびＢの２種類の混合比でエッチングガスを組
成した場合の例を示している。実施形態Ａとしては、Ｈ
Ｂｒガスを８０ＳＣＣＭに倍増している。また、ＳＦ６
ガスに対するＨｅ，Ｏ２ガスの流量比を従来の５．３に
対して２０に設定した。ＲＩＥ装置１の稼働条件である
磁界強度（６５Ｇａｕｓｓ），圧力（１００ｍＴｏｒ
ｒ），高周波出力（６００Ｗ）については従来と同様の
条件を用いた。また、実施形態Ｂとしては、ＨＢｒガス
を従来の３倍の１２０ＳＣＣＭにすると共に、ＳＦ６ガ
スに対するＨｅ，Ｏ２ガスの流量比を３０に設定した。
ＲＩＥ装置１の稼働条件は従来と同様の条件である。In this case, an example is shown in which the etching gas is composed at two different mixing ratios of the embodiments A and B with respect to the conventional mixing ratio. In the embodiment A, H
Br gas has been doubled to 80 SCCM. Also, SF6
The flow ratio of He, O2 gas to gas was set to 20 with respect to the conventional 5.3. Magnetic field strength (65 Gauss) and pressure (100 mTorr), which are operating conditions of the RIE apparatus 1
r) and high-frequency output (600 W) under the same conditions as in the prior art. In the embodiment B, the HBr gas was set to 120 SCCM, which is three times the conventional value, and the flow ratio of He and O 2 gas to SF 6 gas was set to 30.
The operating conditions of the RIE apparatus 1 are the same as those in the related art.

【００２９】なお、上述の条件は、本発明でいうところ
のエッチング条件として、本実施形態において採用して
いる５〜６インチ径の基板（シリコンウエハ）に対応す
る装置の場合、以下に示すような範囲を限界として設定
しており、この範囲内の条件を用いることで実施形態Ａ
およびＢの条件を設定している。また、実施形態Ａ，Ｂ
に限らず、この範囲内にある条件を用いることで、同様
の効果を得ることができる他のエッチング条件を設定す
ることもできる。The above-mentioned conditions are the etching conditions referred to in the present invention, and in the case of the apparatus corresponding to the substrate (silicon wafer) having a diameter of 5 to 6 inches employed in this embodiment, Range is set as a limit, and by using conditions within this range, the embodiment A
And B are set. Embodiments A and B
The present invention is not limited to this, and by using conditions within this range, other etching conditions that can achieve the same effect can be set.

【００３０】 ＨＢｒ 流量（ＳＣＣＭ） ８０〜 １５０ ＳＦ_６ 流量（ＳＣＣＭ） ０．５〜 ２ ＳｉＦ_４ 流量（ＳＣＣＭ） ０〜 ２０ Ｈｅ，Ｏ_２流量（ＳＣＣＭ） ２０〜 １００ 磁界強度 （Ｇａｕｓｓ） ０〜 １００ 圧 力 （ｍＴｏｒｒ） ５０〜 １５０ 高周波出力 （Ｗ） ２００〜１０００HBr flow rate (SCCM) 80 to 150 SF ₆ flow rate (SCCM) 0.5 to 2 SiF ₄ flow rate (SCCM) 0 to 20 He, O ₂ flow rate (SCCM) 20 to 100 Magnetic field strength (Gauss) 0 to 100 Pressure (mTorr) 50-150 High frequency output (W) 200-1000

【００３１】次に、トレンチエッチングの原理について
図５を参照して簡単に説明する。トレンチエッチング
は、形成しようとするトレンチ１４の開口形状に対応し
てシリコン基板１０の表面に形成している酸化膜１５に
開口部を形成し、他の部分を酸化膜１５により覆ってマ
スクとして利用する。この状態で、エッチング装置であ
るＲＩＥ装置１の下部電極４上にシリコン基板１１を載
置する。内部が減圧されて高周波電源６から高周波出力
が印加されると共にガス導入口７からエッチングガスが
導入されるとエッチングが行なわれる。Next, the principle of trench etching will be briefly described with reference to FIG. In the trench etching, an opening is formed in the oxide film 15 formed on the surface of the silicon substrate 10 corresponding to the opening shape of the trench 14 to be formed, and the other portion is covered with the oxide film 15 and used as a mask. I do. In this state, the silicon substrate 11 is mounted on the lower electrode 4 of the RIE apparatus 1 which is an etching apparatus. When the internal pressure is reduced and a high-frequency output is applied from the high-frequency power supply 6 and an etching gas is introduced from the gas inlet 7, etching is performed.

【００３２】まず、エッチングガスとして上述した実施
形態ＡあるいはＢの混合ガスがＲＩＥ装置１内部に導入
されると、各ガスはイオン化された状態、あるいは活性
化したラジカルの状態でシリコン基板１１のシリコン単
結晶膜１３のシリコン元素と反応するようになる。ま
た、エッチングの進行に伴って反応により生成した反応
生成物はエッチングされた部分の側壁部分や酸化膜１５
の表面に堆積した堆積層である堆積酸化膜Ｍを形成し側
壁のエッチングを抑制するように作用する。また、この
側壁に堆積する反応生成物はさらにエッチングされる反
応もおこる。これらの反応は主に以下の反応式で示され
る。First, when the mixed gas of the above-described embodiment A or B is introduced into the RIE apparatus 1 as an etching gas, each gas is ionized or activated radicals of the silicon substrate 11 are removed from the silicon substrate 11. It reacts with the silicon element of the single crystal film 13. In addition, a reaction product generated by the reaction as the etching proceeds proceeds on the side wall portion of the etched portion and the oxide film 15.
To form a deposited oxide film M, which is a deposited layer deposited on the surface of the substrate, and acts to suppress etching of the side wall. Further, the reaction product deposited on the side wall also causes a reaction for further etching. These reactions are mainly represented by the following reaction formulas.

【００３３】 （Ｓｉエッチング） Ｓｉ ＋ Ｂｒ^＋ → ＳｉＢｒ_４↑ Ｓｉ ＋ Ｆ＊ → ＳｉＦ_４↑ （反応生成物の堆積） ＳｉＢｒ_４ ＋ Ｏ＊ → ＳｉＯｘＢｒｙ （堆積物のエッチング） ＳｉＯｘＢｒｙ ＋ Ｆ＊ → ＳｉＢｒｘＦｙ↑ 上式中、Ｂｒ^＋はイオン種、Ｏ＊，Ｆ＊は、それぞれラ
ジカルを示す。[0033] (Si etching) Si ⁺ Br + → (etching of the _{deposit) SiBr 4 ↑ Si + F *} → ( deposition of the reaction _{product) SiF 4 ↑ SiBr 4 + O} * → SiOxBry SiOxBry + F * → SiBrxFy ↑ In the above formula, Br ⁺ represents an ionic species, and O * and F * each represent a radical.

【００３４】つまり、トレンチエッチング処理過程にお
いては、エッチングガスを組成している各ガス成分のう
ち、シリコン単結晶膜１３のエッチングにはＨＢｒガス
が主として作用し、反応生成物や堆積酸化膜Ｍの除去に
はＳＦ_６ガスが主として作用し、側壁への反応生成物の
堆積による堆積酸化膜Ｍの形成やマスクとしての酸化膜
１５の保護は酸素系ガスが主として作用する。そして、
Ｂｒ^＋による方向性を持ったシリコンのイオンエッチン
グと、Ｏ_２，ＳＦ_６による反応生成物の側壁への堆積お
よび除去反応のバランスによりトレンチエッチングが進
行する。That is, in the trench etching process, of the gas components constituting the etching gas, the HBr gas mainly acts on the etching of the silicon single crystal film 13, and the reaction product and the deposited oxide film M are formed. The SF ₆ gas mainly acts on the removal, and the oxygen-based gas mainly acts on the formation of the deposited oxide film M by depositing the reaction product on the side wall and the protection of the oxide film 15 as a mask. And
Trench etching progresses due to the balance between the ion etching of silicon having directionality by Br ⁺ and the reaction of depositing and removing reaction products on the side walls by O ₂ and SF ₆ .

【００３５】ここで、側壁への反応生成物の堆積量は、
反応生成物の堆積反応とフッ素ラジカル（Ｆ＊）による
堆積物の等方性エッチング反応によって変化する。反応
生成物の堆積反応は、主としてＨＢｒとＯ_２の流量が多
くなると促進する方向に変化し、堆積物の等方性エッチ
ング反応は主としてＳＦ_６の流量が多くなると促進する
方向に変化する。Here, the amount of the reaction product deposited on the side wall is:
It is changed by a deposition reaction of a reaction product and an isotropic etching reaction of the deposit by fluorine radicals (F *). The deposition reaction of the reaction product changes in a direction that promotes mainly when the flow rates of HBr and O ₂ increase, and the isotropic etching reaction of the deposit changes in a direction that promotes mainly when the flow rate of SF ₆ increases.

【００３６】そして、トレンチ角度θ_Ｔについては、ト
レンチの側壁に堆積する反応生成物である堆積酸化膜Ｍ
の膜厚によって変化するようになる。すなわち、側壁に
形成される堆積酸化膜Ｍはエッチングマスクとして作用
するので、この堆積酸化膜Ｍの膜厚が厚く形成される傾
向にある場合には、トレンチ角度θ_Ｔが小さくなって傾
斜の緩やかな順テーパー形状になる傾向があり、堆積酸
化膜Ｍの膜厚が薄く形成される傾向にある場合には、ト
レンチ角度θ_Ｔが急峻で９０°に近くなる。As for the trench angle θ _T , the deposited oxide film M, which is a reaction product deposited on the side wall of the trench,
Changes depending on the thickness of the film. That is, since the deposited oxide film M formed on the side wall acts as an etching mask, when the thickness of the deposited oxide film M tends to be large, the trench angle θ _T becomes small and the inclination becomes gentle. When the thickness of the deposited oxide film M tends to be small, the trench angle θ _T is steep and approaches 90 °.

【００３７】上述のトレンチ角度θ_Ｔを支配する要因と
しては、前述した反応式においても明らかなように、酸
素ガスとＳＦ_６ガスの流量比が大きく寄与していること
がわかる。つまり、トレンチ角度を制御するには堆積酸
化膜Ｍの側壁への堆積反応およびその堆積酸化膜Ｍの除
去反応の２つの要因を制御する必要があり、トレンチ角
度制御を行なうことが困難である。そして、酸素ガス流
量とＳＦ_６ガス流量とは密接な関係があり、容易にこれ
らのガスの流量を変更することができず、その設定の変
更が困難となる事情がある。As is clear from the above-mentioned reaction equation, the factor that governs the trench angle θ _{T is} that the flow ratio of oxygen gas to SF ₆ gas greatly contributes. That is, in order to control the trench angle, it is necessary to control two factors: a deposition reaction on the sidewall of the deposited oxide film M and a removal reaction of the deposited oxide film M, and it is difficult to control the trench angle. The flow rate of oxygen gas and the flow rate of SF ₆ gas are closely related, and the flow rates of these gases cannot be easily changed, which makes it difficult to change the settings.

【００３８】そこで、本実施形態においては、上述の性
質を考慮して、これまで、酸化膜に対する高選択比を目
的として混合しているＨＢｒガスに着目し、このＨＢｒ
ガスの混合比を高くすることつまり流量を増加すること
により、シリコンのイオンエッチングの比率を高めてト
レンチ角度θ_Ｔを９０°に近い値となるようにしてい
る。なお、この場合において、イオンエッチングの反応
種としては、ＢｒおよびＦがあるが、その原子サイズか
ら考慮すると、上式の反応式で示したように、Ｂｒによ
るイオンエッチングが主となっていることが推定され
る。Therefore, in the present embodiment, in consideration of the above-mentioned properties, attention has been paid to the HBr gas which has been mixed for the purpose of a high selectivity with respect to the oxide film.
By increasing the words flow to increase the mixing ratio of the gas, and the trench angle theta _T to a value close to 90 ° to increase the ratio of the ion etching of silicon. In this case, the reactive species of ion etching include Br and F. However, considering the atomic size, ion etching by Br is mainly performed as shown in the above reaction formula. Is estimated.

【００３９】また、シリコンのイオンエッチングの比率
を高めることができたことにより、上記した側壁に堆積
する堆積酸化膜Ｍによるトレンチ角度θ_Ｔのばらつきに
ついても大幅に縮小することができる。そして、このこ
とによって、酸化膜に対する選択比を高める働きがある
酸素ガスおよびＳＦ_６ガスの流量比の適用範囲について
も拡大することができるようになる。Further, by was able to increase the ratio of the ion etching of silicon, it can be considerably reduced for the variation of the trench angle theta _T by deposited oxide film M is deposited on the sidewalls as described above. As a result, the applicable range of the flow ratio of the oxygen gas and the SF ₆ gas, which has the function of increasing the selectivity to the oxide film, can be expanded.

【００４０】すなわち、従来では、ＨＢｒガスが少ない
ことにより、堆積酸化膜Ｍの膜厚を制御する必要があ
り、Ｈｅ，Ｏ_２ガス／ＳＦ_６ガスの比率を大きくとるこ
とができなかったが、本実施形態においては、ＨＢｒガ
スを増やすことによって方向性を持つイオンエッチング
を大きくすることができ、これによりＳＦ_６ガスを少な
くしたとしても堆積酸化膜Ｍは増加する方向であり、こ
の増加によるトレンチ角度の悪化（９０°から離れる方
向）にあるものの、ＨＢｒガスによる垂直性のエッチン
グでトレンチ角度は良好に維持することができる。That is, in the related art, since the amount of HBr gas is small, it is necessary to control the thickness of the deposited oxide film M, and the ratio of He, O ₂ gas / SF ₆ gas cannot be increased. In the present embodiment, the directional ion etching can be increased by increasing the HBr gas, whereby the deposited oxide film M tends to increase even if the SF ₆ gas is reduced. Although the angle is deteriorated (in a direction away from 90 °), the trench angle can be favorably maintained by the vertical etching using the HBr gas.

【００４１】本実施形態では、Ｂｒイオンによる方向性
を持ったシリコンのイオンエッチングがメインとなっ
て、Ｏ_２，ＳＦ_６による反応生成物による堆積酸化膜Ｍ
の堆積および除去反応は補助的な役割となってトレンチ
の形状を制御し、トレンチ角度θ_Ｔの制御が行なわれる
のである。In this embodiment, ion etching of silicon having directionality by Br ions is mainly performed, and the deposited oxide film M formed by a reaction product of O ₂ and SF ₆ is formed.
The deposition and removal reactions to control the shape of the trench becomes auxiliary role is to control the trench angle theta _T is performed.

【００４２】なお、従来の側壁堆積膜厚によるトレンチ
角度θ_Ｔの制御においては、反応生成物を利用している
ことから、パターン密度などによるエッチング面積によ
って影響を受けることがあり、これがトレンチ角度のば
らつきの原因となっていた。この点で、本実施形態にお
いては、供給するエッチングガスの流量により制御する
ようにしているので、トレンチ角度についても高精度で
制御することができるようになる。In the conventional control of the trench angle θ _T based on the deposited film thickness of the sidewall, since the reaction product is used, the control may be affected by the etching area due to the pattern density or the like. This was causing the variation. In this regard, in the present embodiment, since the control is performed by the flow rate of the supplied etching gas, the trench angle can be controlled with high accuracy.

【００４３】この結果、本実施形態によると、トレンチ
角度θ_Ｔの値を、例えば±０．５°の範囲で精度良く形
成することができるようになった。また、本実施形態に
おいてＨＢｒガスの流量を８０ＳＣＣＭ以上に増やした
ことによってＢｒイオンによるシリコンのイオンエッチ
ング性を向上させることができ、ＳＦ_６ガス流量を低減
させてもトレンチ角度の垂直性を維持できたが、さらに
ＳＦ_６ガス流量に対するＯ_２流量を増加させることも可
能となった。[0043] Consequently, according to this embodiment, the value of the trench angle theta _T, can now be accurately formed in a range of, for example, ± 0.5 °. Further, in this embodiment, by increasing the flow rate of the HBr gas to 80 SCCM or more, the ion etching property of silicon by Br ions can be improved, and the verticality of the trench angle can be maintained even when the flow rate of the SF ₆ gas is reduced. However, it became possible to further increase the O ₂ flow rate with respect to the SF ₆ gas flow rate.

【００４４】つまり、ＳＦ_６ガス流量に対するＯ_２ガス
流量を増加させると、より一層堆積酸化膜Ｍを増加させ
るようになりトレンチ角度が悪化する方向へ変化する
が、この場合でもＨＢｒガス流量を８０ＳＣＣＭ以上と
することによるエッチングの垂直性が強くなっているの
で、トレンチ角度は従来と同等かそれ以上に９０°に近
付けることができるようになる。That is, when the flow rate of the O ₂ gas is increased with respect to the flow rate of the SF ₆ gas, the deposited oxide film M is further increased, and the trench angle is changed to a worsening direction. Since the verticality of the etching is enhanced by the above, the trench angle can be made equal to or more than the conventional one, that is, closer to 90 °.

【００４５】これによって、Ｏ_２ガス流量が増大したこ
とにより、マスクとしての酸化膜１５に対する半導体基
板材料であるシリコンのエッチング選択比を向上させる
ことができる。また、ＳＦ_６ガス流量に対するＯ_２ガス
流量であるＯ_２／ＳＦ_６は３よりも大きくとれるように
なる。なお、この値はＨｅ：Ｏ_２＝７：３の場合には
［Ｈｅ−Ｏ_２］／ＳＦ_６の比の値は１０よりも大きい値
になると言える。Thus, the increase in the flow rate of the O ₂ gas can improve the etching selectivity of silicon, which is a semiconductor substrate material, to the oxide film 15 as a mask. Further, O ₂ / SF _6, which is the O ₂ gas flow rate with respect to the SF ₆ gas flow rate, can be set to be larger than 3. When He: O ₂ = 7: 3, the value of the ratio of [He—O ₂ ] / SF ₆ can be said to be a value larger than 10.

【００４６】さて、次に、本実施形態において行なった
トレンチエッチング処理で得られたデータおよびこの本
実施形態と比較するためのデータを示す。まず、図１０
および図１１においては、ＨＢｒガスの流量を増加して
混合比を高めることによる効果を示すデータとして、横
軸にＨｅ，Ｏ_２ガスの流量，ＳＦ_６ガスの流量をそれぞ
れとり、縦軸にトレンチ角度θ_Ｔの値を示している。Ｈ
Ｂｒガスの流量をパラメータとして４０，８０ＳＣＣＭ
の場合についてプロットしている。Next, data obtained by the trench etching process performed in the present embodiment and data for comparison with the present embodiment will be described. First, FIG.
11 and FIG. 11, the horizontal axis indicates the flow rates of the He and O ₂ gases and the flow rate of the SF ₆ gas, and the vertical axis indicates the trenches as data showing the effect of increasing the mixing ratio by increasing the flow rate of the HBr gas. It indicates the value of the angle theta _T. H
40,80 SCCM with the flow rate of Br gas as a parameter
Is plotted for.

【００４７】また、図１においては、ＨＢｒガスの流量
を増加して混合比を高めることによる効果を示すデータ
として、横軸にＨｅ，Ｏ_２ガス／ＳＦ_６ガスの流量比を
とり、縦軸にトレンチ角度θ_Ｔの値を示している。ＨＢ
ｒガスの流量をパラメータとして４０，６０，８０，１
２０ＳＣＣＭの場合についてプロットしている。In FIG. 1, as the data showing the effect of increasing the mixing ratio by increasing the flow rate of the HBr gas, the flow rate ratio of He, O ₂ gas / SF ₆ gas is plotted on the horizontal axis, and the vertical axis is plotted. shows the value of the trench angle θ _T to. HB
40, 60, 80, 1 using the flow rate of r gas as a parameter
The plot is for the case of 20 SCCM.

【００４８】そして、図７には、実施形態Ａ，Ｂにおけ
るトレンチ角度とそのばらつきを示すデータを従来のエ
ッチング条件の場合のエッチングの実施結果と共に示し
ている。本実施形態Ａ，Ｂにおいては、いずれの場合に
も、従来のエッチング条件に比べてエッチングばらつき
については約半分に抑えることができているという結果
が得られている。また、図８は、ＨＢｒガス流量に対す
るトレンチ角度θ_Ｔのばらつきの関係を示しており、こ
の結果から、ＨＢｒガス流量を増やすほどトレンチ角度
のばらつきが減少することがわかった。FIG. 7 shows data indicating the trench angles and their variations in Embodiments A and B, together with the results of the etching performed under the conventional etching conditions. In each of the embodiments A and B, a result is obtained in which the etching variation can be suppressed to about half as compared with the conventional etching condition. FIG. 8 shows the relationship between the HBr gas flow rate and the variation in the trench angle θ _{T. From} this result, it was found that the variation in the trench angle decreases as the HBr gas flow rate increases.

【００４９】この結果から、ＨＢｒガスの流量を高くす
るにしたがって、Ｈｅ，Ｏ_２ガス／ＳＦ_６ガスの流量比
を高くした場合のトレンチ角度の低下を抑制することが
できることがわかる。従来レベルを示すＨＢｒガスが４
０ＳＣＣＭでは、Ｈｅ，Ｏ_２ガス／ＳＦ_６ガスの流量比
を少し高くするとトレンチ角度θ_Ｔが大幅に低下するこ
とがわかり、一方、ＨＢｒガスが８０〜１２０ＳＣＣＭ
程度まで増加すると、Ｈｅ，Ｏ_２ガス／ＳＦ_６ガスの流
量比が２５程度まで高くなってもトレンチ角度の大幅な
低下には至らないことが確認できた。From this result, it can be seen that as the flow rate of the HBr gas is increased, the decrease in the trench angle when the flow rate ratio of He, O ₂ gas / SF ₆ gas is increased can be suppressed. HBr gas showing the conventional level is 4
At 0 SCCM, it was found that when the flow ratio of He, O ₂ gas / SF ₆ gas was slightly increased, the trench angle θ _T was significantly reduced, while the HBr gas was 80 to 120 SCCM.
It was confirmed that when the flow rate ratio of He, O ₂ gas / SF ₆ gas was increased to about 25, the trench angle was not significantly reduced.

【００５０】上述のことは、換言すると、ＨＢｒガス流
量を高めることにより、トレンチ角度を大きくすること
ができ、これによって付随的にＨｅ，Ｏ_２ガス／ＳＦ_６
ガスの流量比を高めることができるようになることを意
味し、これは、すなわち、酸化膜１５に対するエッチン
グ選択比を高めることができるということになる。この
結果、トレンチ角度のばらつきについても少なくするこ
とができ、トレンチエッチングの精度を向上させること
ができるものである。このことから、アスペクト比の値
を高くしたトレンチ１４を形成することができるのであ
る。In other words, in other words, by increasing the flow rate of the HBr gas, the trench angle can be increased, whereby the He, O ₂ gas / SF ₆ gas is incidentally added.
This means that the gas flow ratio can be increased, which means that the etching selectivity to the oxide film 15 can be increased. As a result, variations in the trench angle can be reduced, and the accuracy of trench etching can be improved. Therefore, the trench 14 having a high aspect ratio can be formed.

【００５１】図９は、ＨＢｒガス流量に対するトレンチ
エッチング速度（μｍ／分）の関係をプロットしたもの
で、この結果から考慮すると、エッチングガスに混合す
るＨＢｒガスの流量の上限値としては１５０ＳＣＣＭ程
度であることが推定され、上述の点も考慮すると、８０
〜１５０ＳＣＣＭ程度が適正な範囲であることがわかっ
た。FIG. 9 is a graph plotting the relationship between the HBr gas flow rate and the trench etching rate (μm / min). Considering these results, the upper limit of the flow rate of the HBr gas mixed with the etching gas is about 150 SCCM. It is estimated that there are
It turned out that about 150 SCCM is an appropriate range.

【００５２】図６は、実施形態Ａ，Ｂにおけるトレンチ
エッチング後におけるマスクとしての酸化膜１５の形状
を断面で示すもので、従来のエッチング条件の場合の結
果と共に示している。そして、この結果によると、従来
のエッチング条件の場合のように、酸化膜１５のエッチ
ングによる削れ量がある程度存在すると共に、酸化膜１
５部分のエッジ部分でも大きく傾斜面が形成されるよう
に削れている。FIG. 6 is a cross-sectional view showing the shape of the oxide film 15 as a mask after the trench etching in Embodiments A and B, together with the results under the conventional etching conditions. According to this result, as in the case of the conventional etching conditions, there is a certain amount of abrasion by the etching of the oxide film 15 and the oxide film 1
Even the five edge portions are shaved so that a large inclined surface is formed.

【００５３】これに対して、Ｈｅ，Ｏ_２ガス／ＳＦ_６ガ
スの流量比を高めるように設定している実施形態Ａ，Ｂ
のいずれにおいても、酸化膜１５の削れ量はほぼゼロに
抑えることができると共に、酸化膜１５部分のエッジ部
分での傾斜面の形成も抑制されており、トレンチ１４の
シリコン単結晶膜１３を保護する機能を十分果たしてい
ると言える。On the other hand, Embodiments A and B in which the flow rate ratio of He, O ₂ gas / SF ₆ gas is set to be high
In either case, the amount of shaving of the oxide film 15 can be suppressed to almost zero, and the formation of an inclined surface at the edge of the oxide film 15 is also suppressed, thereby protecting the silicon single crystal film 13 of the trench 14. It can be said that the function to perform is sufficiently performed.

【００５４】図１２（ａ）は、本実施形態においてトレ
ンチエッチングを行なう対象としたＳＯＩシリコン基板
１０のウエハ状態での外形を示すもので、トレンチ１４
を形成する部分のシリコン酸化膜１５を除去した状態で
示している。このＳＯＩシリコン基板１０は、チップが
形成されるウエハ内部領域においては網目状にトレンチ
１４が存在するので、エッチング領域のシリコン酸化膜
１５が除去されており、チップが配置されないウエハの
外周領域においては、エッチングが行なわれないように
シリコン酸化膜１５が残された状態に形成されている。FIG. 12A shows the outer shape of the SOI silicon substrate 10 in the wafer state to be subjected to trench etching in this embodiment.
Is shown in a state where the silicon oxide film 15 in the portion where the silicon oxide film 15 is formed is removed. In the SOI silicon substrate 10, since the trenches 14 exist in a mesh shape in the wafer inner region where the chips are formed, the silicon oxide film 15 in the etching region is removed, and in the outer peripheral region of the wafer where the chips are not arranged. The silicon oxide film 15 is formed so as not to be etched.

【００５５】なお、上述の本実施形態におけるＳＯＩシ
リコン基板１０に対して、従来行なっていたトレンチエ
ッチングにおいては、同図（ｂ）に示すようなＳＯＩシ
リコン基板Ｗを用いている。これは、チップが配置され
ないウエハの外周領域においては、シリコン酸化膜が除
去された状態に形成されたものであり、トレンチエッチ
ング時には、ＳＯＩシリコン基板Ｗの外周領域のシリコ
ンも同時にエッチングされる。In the above-described conventional trench etching of the SOI silicon substrate 10 in the present embodiment, an SOI silicon substrate W as shown in FIG. This is formed in a state where the silicon oxide film has been removed in the peripheral region of the wafer where no chips are arranged. At the time of trench etching, silicon in the peripheral region of the SOI silicon substrate W is also etched.

【００５６】さて、上述したようなＳＯＩシリコン基板
１０を用いることにより、トレンチエッチング時に、エ
ッチングガスに曝されるシリコンの領域はトレンチ１４
を形成する部分のみとなる。したがって、シリコンのエ
ッチングにより発生する反応生成物は少なくなり、トレ
ンチ１４の側壁部分には堆積酸化膜Ｍが形成され難くな
る。つまり、マスク材に対するエッチング選択比が大き
く取れなくなるという事態を生ずることになる。By using the SOI silicon substrate 10 as described above, the region of silicon exposed to the etching gas during the trench etching is
Is formed only. Therefore, the amount of reaction products generated by the etching of silicon is reduced, and the deposited oxide film M is less likely to be formed on the side wall of the trench 14. That is, a situation occurs in which the etching selectivity with respect to the mask material cannot be made large.

【００５７】この点、従来のものでは、ウエハの外周部
のシリコンもエッチングガスに曝されるため同時にエッ
チングされることになり、これによって発生する反応生
成物がトレンチ１４形成領域に供給されるため、トレン
チ１４の側壁部分には堆積酸化膜Ｍが形成されるので、
マスク材に対するエッチング選択比を大きく取れるとい
う利点があった。しかし、このような利点に引き換え
て、シリコンのエッチング残渣がトレンチ１４の底面部
などに付着するとこれがマスクとして機能してしまいピ
ットが形成されてしまったり、あるいは、エッチング装
置の内部に汚染物質として作用してしまうなどの悪影響
があった。In this respect, in the conventional device, the silicon on the outer peripheral portion of the wafer is also exposed to the etching gas, so that the silicon is etched at the same time, and the reaction product generated by this is supplied to the trench 14 formation region. Since the deposited oxide film M is formed on the side wall of the trench 14,
There is an advantage that a large etching selectivity with respect to the mask material can be obtained. However, in exchange for such an advantage, if the silicon etching residue adheres to the bottom portion of the trench 14 or the like, it functions as a mask and forms pits, or acts as a contaminant inside the etching apparatus. There was an adverse effect such as doing it.

【００５８】本実施形態においては、このような不具合
を解決しながら、堆積酸化膜Ｍが形成されないことによ
るエッチング選択比の低下を防止できる。すなわち、前
述したように、ＨＢｒガスの流量を増やし、ＨＢｒガス
による角度制御を中心として堆積酸化膜Ｍの堆積および
除去反応によるトレンチ角度制御を補助的な要因に変更
してやることで、堆積酸化膜の生成を促進させるＯ_２ガ
ス流量を角度制御にあまり関係なく増やすことができ、
マスク材に対するエッチング選択比の向上を図ることが
できるのである。In the present embodiment, it is possible to solve such a problem and prevent a decrease in the etching selectivity due to the absence of the deposited oxide film M. That is, as described above, by increasing the flow rate of the HBr gas and changing the trench angle control by the deposition and removal reaction of the deposited oxide film M to the auxiliary factor, mainly by controlling the angle by the HBr gas, O ₂ gas flow rate that promotes generation can be increased independently of angle control,
It is possible to improve the etching selectivity with respect to the mask material.

【００５９】なお、ここでエッチングガスの上限値につ
いて説明する。まず、ＨＢｒガスについては、Ｂｒイオ
ンによるシリコンとの反応生成物の揮発性が高くなく、
流量を多く設定するとエッチングレートが悪化するとい
う問題があり、そのエッチングレートとの関係から、１
５０ＳＣＣＭよりも高く設定することが好ましくないか
らである。Here, the upper limit value of the etching gas will be described. First, as for the HBr gas, the volatility of the reaction product with silicon by Br ions is not high,
If the flow rate is set high, there is a problem that the etching rate is deteriorated.
This is because it is not preferable to set a value higher than 50 SCCM.

【００６０】また、Ｏ_２とＳＦ_６とは、その流量比が角
度制御に影響を及ぼすことから、流量比で考えた時に、
大きくなるにしたがって、それがＨＢｒガスによる垂直
エッチングを主としている場合でも角度制御が悪くなる
方向となり、Ｈｅ：Ｏ_２＝７：３とした場合に、［Ｈｅ
−Ｏ_２］／ＳＦ_６の値は大きくとも２００程度にするこ
とが好ましいからである。また、ＳｉＦ_４ガスについて
もその流量は、増加するにしたがって酸化膜からなるマ
スク材をエッチングするように作用するため、高々２０
ＳＣＣＭとすることが好ましいからである。Since the flow ratio of O ₂ and SF ₆ affects the angle control, the flow ratio of O ₂ and SF ₆ is
As the size increases, the angle control becomes worse even when the vertical etching is mainly performed by the HBr gas, and when He: O ₂ = 7: 3, [He
This is because the value of -O ₂ ] / SF ₆ is preferably at most about 200. Also, as the flow rate of the SiF ₄ gas increases, it acts to etch a mask material made of an oxide film as the flow rate increases.
This is because SCCM is preferable.

【００６１】このような本実施形態によれば、トレンチ
エッチングにおいて、ＨＢｒガス流量を増やすことによ
り、イオンエッチングの効果を高めてトレンチ角度を９
０°以下で且つ極力９０°に近付けて形成することがで
きるようになり、また、このことによりＨｅ，Ｏ_２ガス
／ＳＦ_６ガスの流量比を高くすることができ、これによ
って酸化膜に対する選択比を高く設定することができ、
制御性の良いトレンチエッチングを行なうことができ、
この結果、アスペクト比が１０以上のトレンチ１４につ
いても精度良く形成することができるようになる。According to the present embodiment, in the trench etching, the effect of the ion etching is enhanced by increasing the flow rate of the HBr gas so that the trench angle can be reduced by 9%.
It can be formed at a temperature of 0 ° or less and as close as possible to 90 °, and by this, the flow rate ratio of He, O ₂ gas / SF ₆ gas can be increased, thereby selecting the oxide film. Ratio can be set higher,
It is possible to perform trench etching with good controllability,
As a result, the trench 14 having an aspect ratio of 10 or more can be accurately formed.

【００６２】本発明は、上記実施形態にのみ限定される
ものではなく、次のように変形また拡張できる。ＳＯＩ
構造の分離以外に、トレンチキャパシタ用のトレンチ形
成，シャロートレンチ形成工程などのアスペクト比の高
いトレンチ形成技術にも適用できる。ＲＩＥ装置に代え
て、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）装置やＩ
ＣＰ（Inductively Coupled Plasma）装置などの高密度
プラズマエッチング装置を用いることもできる。The present invention is not limited to the above embodiment, but can be modified or expanded as follows. SOI
In addition to the structure separation, the present invention can be applied to a trench forming technique having a high aspect ratio such as a trench forming process for a trench capacitor and a shallow trench forming process. Instead of RIE equipment, ECR (Electron Cyclotron Resonance) equipment and ICR
A high-density plasma etching apparatus such as a CP (Inductively Coupled Plasma) apparatus can also be used.

【００６３】臭素系ガスとして、臭化水素（ＨＢｒ）ガ
スに代えて、臭素（Ｂｒ_２）ガスを用いてもよい。フッ
素系ガスとして、六フッ化硫黄（ＳＦ_６）ガスに代え
て、三フッ化窒素（ＮＦ_３）ガスを用いてもよい。不活
性ガスを含む酸素ガスとして、Ｈｅ，Ｏ_２ガスの混合比
を７：３としたものを用いたが、他の混合比に設定する
こともできる。エッチングガスとして、塩素系ガスを含
むものでも適用することができる。As the bromine-based gas, a bromine (Br ₂ ) gas may be used instead of the hydrogen bromide (HBr) gas. Nitrogen trifluoride (NF ₃ ) gas may be used as the fluorine-based gas instead of sulfur hexafluoride (SF ₆ ) gas. As the oxygen gas containing the inert gas, a mixture of He and O ₂ gas having a mixture ratio of 7: 3 is used, but another mixture ratio can be set. As the etching gas, a gas containing a chlorine-based gas can be used.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の一実施形態を示す特性相関図で、トレ
ンチ角度をＨＢｒをパラメータとしてＨｅ，Ｏ_２／ＳＦ
_６の流量比でプロットした結果の相関図FIG. 1 is a characteristic correlation diagram showing one embodiment of the present invention, wherein a trench angle is represented by He, O ₂ / SF using HBr as a parameter.
Correlation diagram of the result plotted with the flow ratio of ₆

【図２】ＲＩＥ装置の概略構成図FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an RIE apparatus.

【図３】トレンチ形状の模式的断面図FIG. 3 is a schematic sectional view of a trench shape.

【図４】エッチング条件の説明図FIG. 4 is an explanatory diagram of etching conditions.

【図５】トレンチエッチングの原理説明図FIG. 5 is a diagram illustrating the principle of trench etching.

【図６】トレンチエッチング後のマスクとしての酸化膜
の状態を示す図FIG. 6 shows a state of an oxide film as a mask after trench etching.

【図７】トレンチ角度とそのばらつきを示す図FIG. 7 is a diagram showing a trench angle and its variation.

【図８】トレンチ角度のばらつきのＨＢｒガスの流量に
対する相関図FIG. 8 is a correlation diagram of the variation of the trench angle with respect to the flow rate of the HBr gas.

【図９】トレンチエッチング速度のＨＢｒガスの流量に
対する相関図FIG. 9 is a graph showing the relationship between the trench etching rate and the flow rate of HBr gas.

【図１０】ＨＢｒガス流量をパラメータとして取得した
トレンチ角度のＨｅ，Ｏ_２ガス流量に対する相関図FIG. 10 is a correlation diagram of a trench angle obtained using a HBr gas flow rate as a parameter with respect to a He, O ₂ gas flow rate.

【図１１】ＨＢｒガス流量をパラメータとして取得して
トレンチ角度のＳＦ_６ガス流量に対する相関図FIG. 11 is a graph showing the correlation between the trench angle and the SF ₆ gas flow obtained by acquiring the HBr gas flow as a parameter.

【図１２】トレンチエッチングを行なう場合の半導体基
板の平面図FIG. 12 is a plan view of a semiconductor substrate when trench etching is performed.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１はＲＩＥ装置、２はエッチング槽、３は上部電極、４
は下部電極、５は半導体基板、６は高周波電源、７はガ
ス導入口、８は排気口、９はマグネットコイル、１０は
ＳＯＩシリコン基板（半導体基板）、１１は支持用シリ
コン基板、１２は絶縁膜、１３はシリコン単結晶膜、１
４はトレンチ、１５はシリコン酸化膜、１６はエッチン
グ生成物、１７はエッチング残渣である。1 is an RIE apparatus, 2 is an etching tank, 3 is an upper electrode, 4
Is a lower electrode, 5 is a semiconductor substrate, 6 is a high frequency power supply, 7 is a gas introduction port, 8 is an exhaust port, 9 is a magnet coil, 10 is an SOI silicon substrate (semiconductor substrate), 11 is a supporting silicon substrate, and 12 is insulating. Film, 13 is a silicon single crystal film, 1
4 is a trench, 15 is a silicon oxide film, 16 is an etching product, and 17 is an etching residue.

フロントページの続き 審査官 田中 永一 (56)参考文献 特開 平６−163478（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−7966（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3065 C23F 4/00 Continuation of the front page Examiner Eiichi Tanaka (56) References JP-A-6-163478 (JP, A) JP-A-9-7966 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. ⁷ , DB Name) H01L 21/3065 C23F 4/00

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 半導体基板にトレンチを形成するための
トレンチエッチングを酸化膜をマスクとしてドライエッ
チング法を用いて行なうようにした半導体のエッチング
方法において、 前記ドライエッチング法で用いるエッチングガスとし
て、少なくとも臭素（Ｂｒ）系ガスと、フッ素（Ｆ）系
ガスと、酸素（Ｏ_２）系ガスとを混合したものを用いる
と共に、このうち、エッチングの方向性の高い臭素系ガ
スの流量を８０ＳＣＣＭ（Standard Cubic Centimeter
per Minute）以上とし且つ酸素系ガスのフッ素系ガスに
対する流量比を３以上となるようにしたエッチングガス
を用いて行い、 前記半導体基板は、複数個のチップが集合配置された状
態のウエハとして取り扱われ、前記エッチングを行なう
ときにそのウエハの外周部分の前記チップが配置されな
い部分は酸化膜で覆われた状態とし、 前記半導体基板の表面に対する前記トレンチの側壁の傾
斜角度であるトレンチ角度を９０°以下で且つ９０°に
近い角度となるように形成すると共に酸化膜に対する半
導体基板のエッチング選択比を高くするようにしたこと
を特徴とする半導体のエッチング方法。1. A semiconductor etching method in which a trench etching for forming a trench in a semiconductor substrate is performed by a dry etching method using an oxide film as a mask, wherein at least bromine is used as an etching gas used in the dry etching method. A mixture of a (Br) -based gas, a fluorine (F) -based gas, and an oxygen (O ₂ ) -based gas is used, and a flow rate of a bromine-based gas having a high etching direction is set to 80 SCCM (Standard Cubic). Centimeter
per Minute) or more and for oxygen-based fluorine-based gas
The semiconductor substrate is treated as a wafer in which a plurality of chips are collectively arranged, and an outer peripheral portion of the wafer is used when the etching is performed. The portion where the chip is not disposed is covered with an oxide film, and the trench angle which is the inclination angle of the side wall of the trench with respect to the surface of the semiconductor substrate is 90 ° or less and close to 90 °. A method for etching a semiconductor, comprising: forming a semiconductor substrate at a high etching selectivity with respect to an oxide film. 【請求項２】 請求項１に記載の半導体のエッチング方
法において、 前記エッチングガスの要素である前記フッ素系ガスとし
て、ＳＦ _６ （六フッ化硫黄）ガスを用いることを特徴と
する半導体のエッチング方法。2. The method for etching a semiconductor according to claim 1, wherein the fluorine-based gas is a component of the etching gas.
A SF ₆ (sulfur hexafluoride) gas . 【請求項３】 請求項２に記載の半導体のエッチング方
法において、 前記エッチングガスは、ＳＦ _６ ガスの流量が２ＳＣＣＭ
以下となるように設定された混合ガスを用いることを特
徴とする半導体のエッチング方法。3. The semiconductor etching method according to claim 2 , wherein the flow rate of the SF ₆ gas is 2 SCCM.
A method for etching a semiconductor, comprising using a mixed gas set as follows . 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の半
導体のエッチング方法において、前記半導体基板に形成するトレンチは、表面の開口幅に
対する深さ寸法の比として示されるアスペクト比が１０
以上である ことを特徴とする半導体のエッチング方法。 4. The semiconductor etching method according to claim 1 , wherein the trench formed in the semiconductor substrate has an opening width on the surface.
The aspect ratio, expressed as the ratio of the depth dimension to
A method for etching a semiconductor, comprising: 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかに記載の半
導体のエッチング方法において、前記エッチングガスは、臭化水素（ＨＢｒ）ガスと、四
フッ化シリコン（ＳｉＦ _４ ）ガスと、六フッ化硫黄（Ｓ
Ｆ _６ ）ガスと、ヘリウム（Ｈｅ）ガスを含んだ酸素（Ｏ
_２ ）ガスとの混合ガスを使用し、 そのエッチングガスのうち前記臭化水素ガスの混合流量
は１００〜１５０ＳＣＣＭ（Standard Cubic Centimete
r per Minute） であることを特徴とする半導体のエッチ
ング方法。 5. The method for etching a semiconductor according to claim 1, wherein said etching gas comprises hydrogen bromide (HBr) gas,
Silicon fluoride (SiF ₄ ) gas and sulfur hexafluoride (S
F ₆ ) gas and oxygen (O) containing helium (He) gas.
₂ ) A mixed gas with a gas, and a mixed flow rate of the hydrogen bromide gas in the etching gas
Is 100-150 SCCM (Standard Cubic Centimete
r per Minute) . 【請求項６】 請求項１ないし４のいずれかに記載の半
導体のエッチング方法において、 前記エッチングガスは、臭化水素（ＨＢｒ）ガスと、四
フッ化シリコン（ＳｉＦ_４）ガスと、六フッ化硫黄（Ｓ
Ｆ_６）ガスと、ヘリウム（Ｈｅ）ガスを含んだ酸素（Ｏ
_２）ガスとの混合ガスを使用し、 そのエッチングガスのうちの前記臭化水素ガスの混合流
量は８０〜１５０ＳＣＣＭであると共に、前記ヘリウム
ガスを含んだ酸素ガスの混合流量を２０〜１００ＳＣＣ
Ｍであることを特徴とする半導体のエッチング方法。6. The method for etching a semiconductor according to claim 1, wherein the etching gas includes a hydrogen bromide (HBr) gas, a silicon tetrafluoride (SiF ₄ ) gas, and a hexafluoride gas. Sulfur (S
F ₆ ) gas and oxygen (O) containing helium (He) gas.
₂ ) Using a mixed gas with the gas, the mixed flow rate of the hydrogen bromide gas in the etching gas is 80 to 150 SCCM, and the helium gas is used.
The mixed flow rate of oxygen gas containing gas is 20-100 SCC
M. A method for etching a semiconductor, the method comprising: 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれかに記載の半
導体のエッチング方法において、前記ドライエッチングは、反応性イオンエッチング装置
（ＲＩＥ）を用いて行なう ことを特徴とする半導体のエ
ッチング方法。7. The semiconductor etching method according to any one of claims 1 to 6, wherein the dry etching, reactive ion etching apparatus
(RIE) . A method for etching a semiconductor, characterized by using (RIE) . 【請求項８】 請求項１ないし４のいずれかに記載の半
導体のエッチング方法において、前記エッチングガスは、臭化水素（ＨＢｒ）ガスと、四
フッ化シリコン（ＳｉＦ _４ ）ガスと、六フッ化硫黄（Ｓ
Ｆ _６ ）ガスと、ヘリウム（Ｈｅ）ガスを含んだ酸素（Ｏ
_２ ）ガスとの混合ガスを使用し、 そのエッチングガスのうちの前記臭化水素ガスの混合流
量は８０〜１５０ＳＣＣＭであると共に、前記六フッ化
硫黄ガスに対する前記ヘリウムを含んだ酸素ガスの流量
比が１０よりも大きく設定されている ことを特徴とする
半導体のエッチング方法。8. A semiconductor etching method according to any one of claims 1 to 4, wherein the etching gas, a hydrogen bromide (HBr) gas, four
Silicon fluoride (SiF ₄ ) gas and sulfur hexafluoride (S
F ₆ ) gas and oxygen (O) containing helium (He) gas.
₂ ) Using a mixed gas with a gas, a mixed flow of the hydrogen bromide gas in the etching gas
The amount is 80-150 SCCM and the hexafluoride
The flow rate of the helium-containing oxygen gas with respect to the sulfur gas
A semiconductor etching method, wherein the ratio is set to be larger than 10 .