(57)【要約】【課題】所望するエッチング量を精度よく得ることができること。【解決手段】シリコンウェハ１０のエッチング面に（１１０）面に沿ってパターニングをおこないエッチングマスク１１を形成し、エッチング開口部１１ａとモニタ用開口部１１ｂを開口する。この際、モニタ用開口部１１ｂの幅は、エッチング開口部１１ａのエッチング量ｈの√２倍とする。この後、シリコンウェハ１０を湿式異方性エッチング液に浸透させエッチングし、モニタ用開口部１１ｂに形成される溝により反射する波長の光を投光する。エッチングが進行すると、モニタ用開口部１１ｂに形成される溝がＶ字形状となり、このときの反射光の信号強度に基づきエッチングを終了させると、エッチング開口部１１ａに所望するエッチング量の溝が形成できる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エッチング開口部に所望するエッチング量の溝を形成させる半導体ウェハと、前記半導体ウェハの前記所望するエッチング量に対応した幅のモニタ用開口部を有する前記半導体ウェハと同じ半導体からなるモニタウェハと、を同時に湿式異方性エッチング液に浸透させるエッチング工程と、
前記モニタウェハの前記モニタ用開口部に形成される溝により反射する波長の光を投光し、前記半導体ウェハの前記所望するエッチング量に対応する前記モニタ用開口部からの反射光の信号強度に基づいて、エッチングを終了させる検出工程と、
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】
前記半導体がシリコンからなり、
前記半導体ウェハおよび前記モニタウェハのエッチング面に（１１０）面に沿ってパターニングをおこないエッチングマスクを形成するマスク形成工程を含み、
前記モニタウェハの前記モニタ用開口部の幅は、前記半導体ウェハの前記エッチング開口部のエッチング量の√２倍としたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記検出工程は、
前記モニタウェハの前記モニタ用開口部に形成される溝がＶ字形状に形成されたときに検出された前記反射光の信号強度に基づき、エッチングを終了させ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。
【請求項４】
前記検出工程は、
前記モニタ用開口部に形成される溝により反射する波長の光として可視光を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記エッチング工程は、
複数枚の前記半導体ウェハと、一枚の前記モニタウェハとを同時にエッチングすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記マスク形成工程は、
一枚の前記半導体ウェハに、複数の前記エッチング開口部と、一つの前記モニタ用開口部とを形成することを特徴とする請求項２〜５のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
エッチング開口部に所望するエッチング量の溝を形成させる半導体ウェハと、前記半導体ウェハの前記所望するエッチング量に対応した幅のモニタ用開口部を有する前記半導体ウェハと同じ半導体からなるモニタウェハと、を同時に湿式異方性エッチング液に浸透させるエッチング手段と、
前記モニタウェハの前記モニタ用開口部に形成される溝により反射する波長の光を投光し、前記半導体ウェハの前記所望するエッチング量に対応する前記モニタ用開口部からの反射光の信号強度に基づいて、エッチングを終了させる検出手段と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項８】
前記半導体がシリコンからなり、
前記半導体ウェハおよび前記モニタウェハのエッチング面に（１１０）面に沿ってパターニングをおこないエッチングマスクを形成するマスク形成手段を備え、
前記モニタウェハの前記モニタ用開口部の幅は、前記半導体ウェハの前記エッチング開口部のエッチング量の√２倍としたことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項９】
前記検出手段は、
前記モニタウェハの前記モニタ用開口部に形成される溝がＶ字形状に形成されたときに検出された前記反射光の信号強度に基づき、エッチングを終了させることを特徴とする請求項７または８に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項１０】
前記検出手段には、
あらかじめ、前記モニタウェハのエッチング開口部に所望するエッチング量の溝が形成されたときの前記モニタ用開口部の反射光の信号強度が設定値として設定され、
前記エッチング手段によるエッチング時に、前記モニタ用開口部の反射光の信号強度が設定値に一致したときにエッチングを終了させることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、溝を有する半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力センサなどの凹状の溝（トレンチ）を有する半導体装置や、逆阻止ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）の端部の分離領域の一部を溝を用いて形成する半導体装置においては、この溝を湿式異方性エッチングを用いてシリコンウェハに形成する場合がある。この湿式異方性エッチング溶液には、ＫＯＨ（水酸化カリウム）やヒドラジン、エチレンジアミン、アンモニアなどのアルカリ水溶液が用いられる。これらアルカリ水溶液を用いた場合、異方性、すなわちシリコンのエッチングレートの面方位依存性を有する。
【０００３】
具体的には、ＫＯＨ溶液を用いた場合のエッチングレートは、（１１１）：（１１０）：（１００）〜１：６００：４００であり、（１１１）面に等価な結晶面［１１１］でエッチングがストップする。そのため、（１００）ウェハ上にあらかじめ［１１０］方位に沿って、エッチングマスクを形成してエッチングをおこなえば、Ｖ字溝やピラミッド型のピット、ピラミッド型の空洞構造を形成することが知られている。また、エッチングされる開口部（エッチング開口部）の大きさによってエッチング深さが決まる。
【０００４】
上記のアルカリ溶液によるシリコンの溶解反応は、
Ｓｉ＋２ＯＨ-＋２Ｈ2Ｏ→Ｓｉ（ＯＨ）2＋（Ｏ-）2＋２Ｈ2↑
と表される。この反応式から分かるように、シリコンエッチング量（エッチング深さ）と水素ガス（気泡）の発生量は、比例関係にあることが分かる。
【０００５】
（１００）ウェハ上に［１１０］方位と、それと等価な＜１１０＞方向に沿ってエッチング開口部を形成する。このエッチング開口部の幅を、シリコンウェハの厚さに√２を乗じたものより大きくしてエッチングした場合、シリコンウェハを貫通する台形型トレンチもしくはＶ字溝を形成することができる（たとえば、下記特許文献１，２等参照。）。この場合のエッチングレートは、水溶液の濃度や温度、添加剤の種類、添加剤の添加量などにより決定されることになる。このエッチングレートを基にして所望のエッチング深さとなるエッチング時間を設定し、タイムエッチングとして処理する方法がある。
【０００６】
シリコンウェハのエッチングの終点は、シリコンウェハの両面に投光部と受光部を配置し、赤外光の透過割合により検出することができる（たとえば、下記特許文献３，４，５等参照。）。
【０００７】
図５〜図７は、従来のシリコンウェハのエッチングの終点を検出する方法を示す図である。はじめに、図５に示すように、シリコンウェハ（Ｓｉ基板）１０の表裏面にそれぞれエッチングマスク１１，１２を設け、おもて面にはエッチング開口部１１ａを設ける。この際、エッチング面の方位は（１００）でシリコンウェハ１０の（１１０）面に沿ってパターニングをおこなう。
【０００８】
次に、図６に示すように、シリコンウェハ１０に形成するエッチング箇所（溝部）１３部分に表裏から挟むようにして赤外線の投光プローブ６０１と受光プローブ６０２を設置する。６０１ａは投光側センサ、６０２ａは受光側センサである。そして、投光プローブ６０１から赤外光ＩＲをシリコンウェハ１０おもて面側のエッチング箇所１３に投光し、シリコンウェハ１０裏面側の受光プローブ６０２により受光する。受光側センサ６０２ａは、受光した赤外光ＩＲを電気信号に変換し、電圧値としてセンサアンプ６０３に出力する。
【０００９】
この後、図７に示すように、エッチング箇所１３は、時間が経つにつれてエッチングが進み、シリコンウェハ１０の厚さが薄くなり、赤外光の透過割合が大きくなる。これにより、受光プローブ６０２（受光側センサ６０２ａ）により検出する信号強度（図８中縦軸）も強くなり、出力する電圧値も大きくなる。
【００１０】
図８は、従来の赤外光の透過を利用した透過光とエッチング量の対応を示す図表である。エッチング量は、縦軸の信号強度、および横軸のエッチング時間による所定の特性を有する。所望のシリコン厚さに対応する電圧値をあらかじめ計測して、設定値としてセンサアンプ６０３等に設定しておく。そして、センサアンプ６０３が検出した電圧値が設定値に達したときにエッチングを停止させ、所望のエッチング量ｈ（図７参照）でエッチングを終了させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−１４２２２８号公報
【特許文献２】特開２０１１−２４３８５７号公報
【特許文献３】特開平７−３０６０１８号公報
【特許文献４】特開平１１−２５０９号公報
【特許文献５】特開２０１１−２２２７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上述した従来の技術では、シリコンウェハ１０の比抵抗が変わると、シリコンウェハ１０内の不純物濃度が変化し、シリコンウェハ１０を透過する赤外光の散乱具合も変化する。このため、シリコンウェハ１０の比抵抗が変わる都度、設定値を設定し直す必要が生じ、煩雑となった。また、シリコンウェハ１０の加工量（エッチング量）を変更する場合にも、この加工量に合わせて設定値を変更する必要が生じた。
【００１３】
さらに、エッチング箇所１３のエッチング時に形成される面の荒れ具合に応じて赤外光の散乱具合が変化し、赤外光の透過割合が変化する。したがって、上記の赤外光を透過させる構成では、エッチング時に形成される面の荒れ具合の程度や、エッチング液の気泡等の影響を受けて、エッチング終了時に所望するエッチング量ｈを精度よく得られないことが生じた。
【００１４】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、所望するエッチング量を精度よく得ることができることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、次の特徴を有する。まず、エッチング開口部に所望するエッチング量の溝を形成させる半導体ウェハと、前記半導体ウェハの前記所望するエッチング量に対応した幅のモニタ用開口部を有する前記半導体ウェハと同じ半導体からなるモニタウェハと、を同時に湿式異方性エッチング液に浸透させるエッチング工程をおこなう。次に、前記モニタウェハの前記モニタ用開口部に形成される溝により反射する波長の光を投光し、前記半導体ウェハの前記所望するエッチング量に対応する前記モニタ用開口部からの反射光の信号強度に基づいて、エッチングを終了させる検出工程をおこなう。
【００１６】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記半導体がシリコンからなり、前記半導体ウェハおよび前記モニタウェハのエッチング面に（１１０）面に沿ってパターニングをおこないエッチングマスクを形成するマスク形成工程を含み、前記モニタウェハの前記モニタ用開口部の幅は、前記シリコンウェハの前記エッチング開口部のエッチング量の√２倍としたことを特徴とする。
【００１７】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記検出工程は、前記モニタウェハの前記モニタ用開口部に形成される溝がＶ字形状に形成されたときに検出された前記反射光の信号強度に基づき、エッチングを終了させることを特徴とする。
【００１８】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記検出工程は、前記モニタ用開口部に形成される溝により反射する波長の光として可視光を用いることを特徴とする。
【００１９】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記エッチング工程は、複数枚の前記半導体ウェハと、一枚の前記モニタウェハとを同時にエッチングすることを特徴とする。
【００２０】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記マスク形成工程は、一枚の前記半導体ウェハに、複数の前記エッチング開口部と、一つの前記モニタ用開口部とを形成することを特徴とする。
【００２１】
また、この発明にかかる半導体装置の製造装置は、エッチング開口部に所望するエッチング量の溝を形成させる半導体ウェハと、前記半導体ウェハの前記所望するエッチング量に対応した幅のモニタ用開口部を有する前記半導体ウェハと同じ半導体からなるモニタウェハと、を同時に湿式異方性エッチング液に浸透させるエッチング手段と、前記モニタウェハの前記モニタ用開口部に形成される溝により反射する波長の光を投光し、前記半導体ウェハの前記所望するエッチング量に対応する前記モニタ用開口部からの反射光の信号強度に基づいて、エッチングを終了させる検出手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２２】
また、この発明にかかる半導体装置の製造装置は、上述した発明において、前記半導体ウェハがシリコンからなり、前記半導体ウェハおよび前記モニタウェハのエッチング面に（１１０）面に沿ってパターニングをおこないエッチングマスクを形成するマスク形成手段を備え、前記モニタウェハの前記モニタ用開口部の幅は、前記半導体ウェハの前記エッチング開口部のエッチング量の√２倍としたことを特徴とする。
【００２３】
また、この発明にかかる半導体装置の製造装置は、上述した発明において、前記検出手段は、前記モニタウェハの前記モニタ用開口部に形成される溝がＶ字形状に形成されたときに検出された前記反射光の信号強度に基づき、エッチングを終了させることを特徴とする。
【００２４】
また、この発明にかかる半導体装置の製造装置は、上述した発明において、前記検出手段には、あらかじめ、前記モニタウェハのエッチング開口部に所望するエッチング量の溝が形成されたときの前記モニタ用開口部の反射光の信号強度が設定値として設定され、前記エッチング手段によるエッチング時に、前記モニタ用開口部の反射光の信号強度が設定値に一致したときにエッチングを終了させることを特徴とする。
【００２５】
上述した発明によれば、エッチング開口部と異なる箇所にエッチングモニタ用開口部を形成しておく。エッチング時にはモニタ部に反射する波長の光を投光し、反射光の受光状態に応じてエッチングする溝部のエッチング量を求める。そして、溝部が所望するエッチング量に到達したときに、モニタ用開口部がＶ字形状に溝形成されるようモニタ用開口部の幅を設定しておく。そして、Ｖ字形状のモニタ用開口部に投光された光が散乱され、半導体ウェハの所望するエッチング量に対応するモニタ用開口部からの反射光の信号強度に基づいてエッチングを終了させる。これにより、エッチング開口部に所望のエッチング量を有した溝を形成できる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明にかかる半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置によれば、所望するエッチング量を精度よく得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施の形態にかかるエッチングをおこなうシリコンウェハを示す側面図である。
【図２】実施の形態にかかる半導体装置の製造装置の一例を示す側面図である。
【図３】実施の形態にかかるシリコンウェハのエッチング状態を示す側面図である。
【図４】実施の形態にかかる可視光を利用した反射光とエッチング量の対応を示す図表である。
【図５】従来のシリコンウェハのエッチングの終点を検出する方法を示す図である（その１）。
【図６】従来のシリコンウェハのエッチングの終点を検出する方法を示す図である（その２）。
【図７】従来のシリコンウェハのエッチングの終点を検出する方法を示す図である（その３）。
【図８】従来の赤外光の透過を利用した透過光とエッチング量の対応を示す図表である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
（実施の形態）
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２９】
図１は、実施の形態にかかるエッチングをおこなうシリコンウェハを示す側面図である。上記説明同様に、シリコンウェハ１０の表裏面にエッチングマスク１１，１２を形成する。エッチングマスク１１は、シリコンウェハ１０おもて面である（１００）のエッチング面に（１１０）面に沿ってパターニングをおこなう。この際、エッチングマスク１１の所望するエッチング箇所（溝部）１３にエッチング開口部１１ａを形成する。
【００３０】
また、エッチングマスク１１には、エッチング開口部１１ａと異なる箇所にモニタ用開口部１１ｂを設ける。モニタ用開口部１１ｂは、エッチング箇所１３のエッチング状態をモニタするためのモニタ溝を形成するために設ける。
【００３１】
このモニタ用開口部１１ｂの幅Ｗは、エッチング開口部１１ａのシリコン加工量（エッチング量ｈ）の√２倍に設定しておく。エッチングは、湿式異方性エッチング溶液（ＫＯＨ（水酸化カリウム）やヒドラジン、エチレンジアミン、アンモニアなど）のアルカリ水溶液を用いる。これにより、上述した結晶方位の関係性より、エッチング開口部１１ａに対するエッチングをおこなったとき、エッチング量ｈに達したときに、モニタ用開口部１１ｂはＶ字形状にエッチングされることになる。
【００３２】
図２は、実施の形態にかかる半導体装置の製造装置の一例を示す側面図である。製造装置のうち、エッチング量を検出する検出装置について記載してある。シリコンウェハ１０は、図示しないエッチング処理槽に入れエッチング液に浸透させる。このシリコンウェハ１０は、図示しない支持機構により支持され、エッチング処理槽に投入および取り出される。
【００３３】
そして、エッチング処理槽に投入されたシリコンウェハ１０のモニタ用開口部１１ｂ部分には、投光プローブ１と受光プローブ２が配置されている。１ａは投光側センサ、２ａは受光側センサである。そして、投光プローブ１からシリコンウェハ１０おもて面側のモニタ用開口部１１ｂに対し、このシリコンウェハ１０に対し反射する波長の光（たとえば可視光）Ｖｉを投光し、反射光Ｖｏを受光プローブ２により受光する。受光側センサ２ａは、受光した反射光Ｖｏを電気信号に変換し、電圧値としてセンサアンプ３に出力する。
【００３４】
図３は、実施の形態にかかるシリコンウェハのエッチング状態を示す側面図である。シリコンウェハ１０のシリコン加工面であるエッチング開口部１１ａに対するエッチングをおこなう際、モニタ用開口部１１ｂに対しても同様のエッチングをおこなう。これにより、エッチング開口部１１ａのエッチングが所望するエッチング量ｈに達したとき、モニタ用開口部１１ｂに位置するシリコンウェハ１０がＶ字形状にエッチングされる。
【００３５】
図４は、実施の形態にかかる可視光を利用した反射光とエッチング量の対応を示す図表である。縦軸は可視光の反射光Ｖｏの信号強度、横軸はエッチング量に対応するエッチング時間である。エッチング開口部１１ａのエッチングをおこなうと、図４に示すように時間経過と共に反射光Ｖｏの信号強度が低下していく。
【００３６】
すなわち、エッチングが進むにつれ、モニタ用開口部１１ｂのシリコンウェハ１０がＶ字形状に近づく如く形成されていく。そして、図３に示すように、モニタ用開口部１１ｂのシリコンウェハ１０は、両側壁（１１１面）１０ｂｂがＶ字形状に形成される。このとき、投光プローブ１から投光した可視光Ｖｉは、両側壁１０ｂｂにより散乱するため、受光プローブ２で受光する反射光Ｖｏがほぼゼロとなる。
【００３７】
このため、あらかじめ、モニタ用開口部１１ｂに位置するシリコンウェハ１０がＶ字形状にエッチングされたときに受光側センサ２ａが出力する電圧値を設定値として設定しておく。設定値は、センサアンプ３の図示しないメモリ等に記憶しておけばよい。
【００３８】
そして、センサアンプ３は、エッチング開始後に受光側センサ２ａが出力する電圧値を設定値と比較し、受光側センサ２ａが出力する電圧値が設定値となったときにエッチングを終了させる。すなわち、モニタ用開口部１１ｂに形成される溝がＶ字形状に形成されたときに検出された前記反射光の信号強度に基づき、エッチングを終了させればよい。これにより、エッチング開口部１１ａを所望するエッチング量ｈを有してエッチングすることができる。
【００３９】
このほか、モニタ用開口部１１ｂの溝がＶ字形状となった後は、このＶ字形状が変化することはないため電圧値は変化しない。これにより、センサアンプ３は、電圧値がゼロに近づいた後、所定時間変化（たとえば１秒以内等）しなくなったときにエッチングを終了させる構成としてもよい。
【００４０】
上記の説明では、一つのシリコンウェハ１０に一つの溝を形成する構成としたが、一つのシリコンウェハ１０に複数のエッチング開口部１１ａを設けることにより、一つのシリコンウェハ１０に複数の溝を形成することができる。この場合、一つのシリコンウェハ１０に一つのモニタ用開口部１１ｂを設けるだけでよく、このモニタ用開口部１１ｂのＶ字溝の形成状態を検出することにより、複数のエッチング開口部１１ａにそれぞれ同じエッチング量の溝を形成できる。
【００４１】
そして、上記構成を用いて、複数のシリコンウェハ１０をバッチ処理することができる。この場合、複数枚のシリコンウェハ１０にそれぞれ一つのモニタ用開口部１１ｂを設けてもよい。
【００４２】
さらには、溝を形成するエッチング対象のシリコンウェハ１０にはモニタ用開口部１１ｂを設けずに、シリコンウェハと同じ材質のモニタ用のシリコンウェハ（モニタウェハ）を別途用意する。そして、このモニタウェハにモニタ用開口部１１ｂを設ける。これら、エッチング対象の複数枚のシリコンウェハ１０と一枚のモニタウェハを同時にエッチング処理し、モニタウェハにおけるＶ字溝の形成状態を検出することにより、複数のシリコンウェハ１０に対して同時に溝を形成することができる。
【００４３】
また、シリコンウェハ１０上において、モニタ用開口部１１ｂを形成する位置をウェハの端部等、半導体装置として切り出す領域外とすることにより、一つのシリコンウェハ１０を効率的に利用して多くの半導体装置を切り出すことができるようになる。
【００４４】
以上説明した実施の形態によれば、シリコンウェハに形成するエッチング箇所と異なるモニタ箇所を設け、同時にエッチングをおこなう。そして、このモニタ箇所の開口幅は、エッチング箇所が所望するエッチング量に到達したときに、モニタ箇所の加工形状がＶ字形状になる幅としている。このように、モニタ箇所の開口幅をエッチング量に対応した幅に設定しておくだけで、エッチング箇所を所望のエッチング量を有して簡単に形成できるようになる。
【００４５】
また、従来のようなエッチング箇所の赤外光の透過状態に基づきエッチング量を検出するものに対し、シリコンウェハの比抵抗やエッチング面の荒れ具合に影響を受けずに所望のエッチング量とすることができる。つまり、上記実施の形態によれば、所望のエッチング量となったときにモニタ箇所の加工形状がＶ字形状になることに基づき、可視光の散乱
により反射光がほぼゼロとなる（設定値に一致する）。このように、エッチング途中におけるエッチング面の荒れ具合には影響を受けず、正確にエッチング終了点を検出できるようになる。以上の実施の形態では、シリコンウェハについて記載したが、その他の半導体ウェハであっても同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
以上のように、本発明にかかる半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置は、コンバータやインバータなどの電力変換装置に使用される半導体装置に有用である。
【符号の説明】
【００４７】
１０  シリコンウェハ
１０ｂｂ  両側壁
１１，１２  エッチングマスク
１１ａ  エッチング開口部
１１ｂ  モニタ用開口部
【図１】
2014099546.tif 000003
【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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