(57)【要約】【課題】本発明は、逆テーパ条件によるエッチングにおいて逆テーパの大きさを容易に求めることができるエッチング検査方法の提供。【解決手段】エッチング時に被エッチング基板の一部分に幅または直径の異なる柱状構造体である複数のダミーピラーを形成し、エッチング終了後、前記被エッチング基板におけるダミーピラーを形成した部分を観察し、前記複数のダミーピラーの内、少なくとも一部が消失していたときは、前記エッチングにおいて前記被エッチング基板に形成されたトレンチが逆ピラー状の側壁形状を有するものと判断し、且つ、前記エッチングによって消失したダミーピラーのうち幅または直径の最も大きなものの１／２以上、残存したダミーピラーのうち幅または直径の最も小さなものの１／２未満を前記トレンチにおけるオーバハング量とすることを特徴とするエッチング検査方法。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被エッチング基板を所定条件でエッチングすることによって形成されるトレンチ構造の検査を行うエッチング検査方法であって、前記エッチング時に前記被エッチング基板の一部分に幅または直径の異なる柱状構造体である複数のダミーピラーを形成し、
エッチング終了後、前記被エッチング基板におけるダミーピラーを形成した部分を観察し、
前記複数のダミーピラーの内、少なくとも一部が消失していたときは、前記エッチングにおいて前記被エッチング基板に形成されたトレンチが逆ピラー状の側壁形状を有するものと判断し、
且つ、前記エッチングによって消失したダミーピラーのうち幅または直径の最も大きなものの１／２以上、残存したダミーピラーのうち幅または直径の最も小さなものの１／２未満を前記トレンチにおけるオーバハング量とすることを特徴とするエッチング検査方法。
【請求項２】
前記エッチング時に幅の異なる矩形または長円形の平面形状を有するダミーピラーを形成する請求項１に記載のエッチング検査方法。
【請求項３】
前記エッチング時に直径の異なる円形の平面形状を有するダミーピラーを形成する請求項１に記載のエッチング検査方法。
【請求項４】
被エッチング基板の表面にダミーピラーに対応するマスクパターンを形成し、然る後に前記所定条件でエッチングを行ってダミーピラーを形成する請求項１〜３の何れか１項に記載のエッチング検査方法。
【請求項５】
前記被エッチング基板はIII−Ｖ族系化合物材料基板、シリコン基板、およびＳｉＣ基板から選択された半導体基板である請求項１〜４の何れか１項に記載のエッチング検査方法。
【請求項６】
前記エッチングはドライエッチングである請求項１〜５の何れか１項に記載のエッチング検査方法。
【請求項７】
前記エッチングはウェットエッチングである請求項１〜５の何れか１項に記載のエッチング検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エッチング検査方法に係り、特に、逆テーパ条件でエッチングを行ったときにトレンチに生じるオーバハングの大きさを容易に判定できるエッチング検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスを製造する際には、半導体ウェハを所定の条件でドライエッチングまたはウェットエッチングしてトレンチを形成するが、エッチングの条件によってはトレンチの側壁が底面に向かって窄まる順テーパ構造、または前記側壁が底面に向かって広がる逆テーパ構造が形成されることがある。
【０００３】
順テーパ構造が形成されるエッチング条件である順テーパ条件でエッチングを行う場合は、トレンチを光学顕微鏡で観察して側壁のテーパの大きさを測定することができる。これに対して逆テーパ構造が形成されるエッチング条件である逆テーパ条件でエッチングを行う場合は、トレンチを光学顕微鏡で観察しても逆テーパの大きさはわからない。そこで、半導体デバイスを形成しようとする半導体ウェハと同一の材質、同一の厚さの半導体ウェハであるモニタ用ウェハを同一条件でエッチングし、エッチング後のモニタ用ウェハの断面を観察することによって逆テーパの大きさを求める断面解析が一般的に行われてきた。
【０００４】
しかしながら、断面解析は作業者にとって負担が大きい。また、断面解析においては、半導体デバイス用の半導体ウェハのほかにモニタ用ウェハを用意する必要がある。更に、モニタ用ウェハと半導体デバイス用のウェハの両者においてエッチングが同一速度で進行しているという保証は無いから、モニタ用ウェハの断面を観察して求められた逆テーパ形状が半導体デバイス用のウェハにおけるトレンチの壁面形状と同一であるという保証もない。
【０００５】
トレンチのテーパ形状をモニタする方法としては、たとえば、半導体ウェハ上に形状および大きさが等しく、且つ間隔（窓パターン間隔）が異なる複数の窓を有するエッチングマスクを形成する工程と、エッチングマスクの窓領域に露出している半導体ウェハに対し、エッチングを行って凹部を形成する工程と、エッチングマスクを除去した後、凹部の間に残存している半導体ウェハの凸部の頂上の巾の中から最小パターン幅を知って、該最小パターン幅に対応するエッチングマスクの窓パターン間隔からエッチング深さを検査する工程を含む半導体デバイスの製造方法がある（特許文献１）。
【０００６】
また、レジストの塗布、露光、現像工程を経て基板上に幅寸法の異なる複数のオーバハング測定用のレジストパターンを形成し、この複数のパターンの基板に対する有利状況からオーバハング量を測定するようにしたレジストのオーバハング測定方法において、測定用レジストパターンを形成する際、同時にその両端にオーバハング量の倍より太い固定用のレジストパターンを一体的に形成するレジストのオーバハング測定方法がある（特許文献２）。
【０００７】
更に、半導体基板中に素子分離用のトレンチが形成された半導体装置において、前記トレンチが、半導体基板のエッチングによる夫々深さの異なる第１、第２の少なくとも２種のトレンチからなり、第１のトレンチは幅方向の断面形状が所定のテーパ角を有するＶ字形状を有し、第２のトレンチは幅方向の断面形状が前記所定のテーパ角を有し、且つトレンチの底面に前記半導体基板の表面に対して平行な平面を有するものがある（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平０９−１９１０３８号公報
【特許文献２】特開昭６４−０６１０３０号公報
【特許文献１】特開２００７−１５８１０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に記載の半導体デバイスの製造方法によれは、順テーパ条件におけるテーパの面方向に沿った大きさであるサイドエッチング量とエッチング深さとが正比例することを用いてエッチング深さを用いることができる。しかし、逆テーパ条件でエッチングする場合には、半導体ウェハにおけるエッチングマスクの窓の部分が逆テーパ状にエッチングされるから、光学的観察では直接に逆テーパの面方向の大きさであるオーバハング量を求めることはできない。
【００１０】
特許文献２に記載のオーバハング測定方法においては、基板から浮いているレジストパターンのうち最大幅のものの幅の半分をオーバハング量とするのであり、レジストが基板から浮いているか否かの判定は、レジストの干渉色から判断している。故に、レジストが基板から浮いているときと密着しているときとで干渉色が異なる場合でなければオーバハング量を求めることはできない。したがって、逆テーパ条件でトレンチに形成されるオーバハング量を求めるのに特許文献２のオーバハング測定方法を適用することはできない。
【００１１】
特許文献３の発明は、順テーパ条件においては、底面の幅が０になるとエッチングが停止することを利用して半導体ウェハ上に深さの異なる２種のトレンチを１回のエッチング工程で形成するものであるから、逆テーパ条件には適用できない。
【００１２】
本発明は、上記問題を解決すべく成されたもので、逆テーパ条件によるエッチングにおいて逆テーパの大きさを容易に求めることができるエッチング検査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】
【００１３】
請求項１に記載の発明は、被エッチング基板を所定条件でエッチングすることによって形成されるトレンチ構造の検査を行うエッチング検査方法であって、前記エッチング時に前記被エッチング基板の一部分に幅または直径の異なる柱状構造体である複数のダミーピラーを形成し、エッチング終了後、前記被エッチング基板におけるダミーピラーを形成した部分を観察し、前記複数のダミーピラーの内、少なくとも一部が消失していたときは、前記エッチングにおいて前記被エッチング基板に形成されたトレンチが逆ピラー状の側壁形状を有するものと判断し、且つ、前記エッチングによって消失したダミーピラーのうち幅または直径の最も大きなものの１／２以上、残存したダミーピラーのうち幅または直径の最も小さなものの１／２未満を前記トレンチにおけるオーバハング量とすることを特徴とするエッチング検査方法に関する。
【００１４】
前記エッチング検査方法においては、幅または直径がオーバハング量の２倍以下のダミーピラーは、エッチング終了後においては被エッチング基板から切り離された状態になり、消失するが、幅または直径がオーバハング量の２倍よりも大きなダミーピラーにおいては、エッチング終了後においても被エッチング基板と繋がった状態が維持される。
【００１５】
したがって、前記エッチングによって消失したダミーピラーのうち幅または直径の最も大きなものの１／２以上であって、残存したダミーピラーのうち幅または直径の最も小さなものの１／２未満を前記エッチングで生じたオーバハング量とすることができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のエッチング検査方法において、前記エッチング時に幅の異なる矩形または長円形の平面形状を有するダミーピラーを形成するものに関する。
【００１７】
前記エッチング検査方法においては、ダミーピラーは矩形または長円形の平面形状を有するから、幅がオーバハング量の２倍以下のダミーピラーは、エッチング終了後においては被エッチング基板から切り離された状態になり、消失する。これに対して幅がオーバハング量の２倍よりも大きなダミーピラーにおいては、エッチング終了後においても被エッチング基板と繋がった状態が維持される。
【００１８】
したがって、前記エッチングによって消失したダミーピラーのうち幅の最も大きなものの１／２以上であって、残存したダミーピラーのうち幅の最も小さなものの１／２未満を前記エッチングで生じたオーバハング量とすることができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のエッチング検査方法において、前記エッチング時に直径の異なる円形の平面形状を有するダミーピラーを形成するものに関する。
【００２０】
前記エッチング検査方法においては、ダミーピラーは円形の平面形状を有するから、直径がオーバハング量の２倍以下のダミーピラーは、エッチング終了後においては被エッチング基板から切り離された状態になり、消失する。これに対して直径がオーバハング量の２倍よりも大きなダミーピラーにおいては、エッチング終了後においても被エッチング基板と繋がった状態が維持される。
【００２１】
したがって、前記エッチングによって消失したダミーピラーのうち幅の最も大きなものの１／２以上であって、残存したダミーピラーのうち幅の最も小さなものの１／２未満を前記エッチングで生じたオーバハング量とすることができる。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載のエッチング検査方法において、被エッチング基板の表面に前記ダミーピラーに対応するマスクパターンを形成し、然る後に前記所定条件でエッチングを行ってダミーピラーを形成するものに関する。
【００２３】
前記エッチング検査方法においては、表面に前記トレンチおよびダミーピラーに対応するマスクパターンを形成した被エッチング基板をエッチングすることにより、被エッチング基板の表面にトレンチ構造とダミーピラーとを形成する。
【００２４】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れか１項に記載のエッチング検査方法において、前記被エッチング基板がIII−Ｖ族系化合物材料基板、シリコン基板、およびＳｉＣ基板から選択された半導体基板であるものに関する。
【００２５】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の何れか１項に記載のエッチング検査方法において、前記エッチングがドライエッチングであるものに関する。
【００２６】
前記エッチング検査方法においては、被エッチング基板の表面にエッチングガスを所定の流速で吹き付けてエッチングを行うので、幅または直径がオーバハング量の２倍以下のダミーピラーは、エッチングが終了するまでにエッチングガスの気流で吹き飛ばされて消失する。
【００２７】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜５の何れか１項に記載のエッチング検査方法において、前記エッチングがウェットエッチングであるものに関する。
【００２８】
前記エッチング検査方法においては、被エッチング基板をエッチング液に浸漬してエッチングを行うので、幅または直径がオーバハング量の２倍以下のダミーピラーは、エッチングが終了するまでにエッチング液に溶けて消失する。
【発明の効果】
【００２９】
請求項１の発明によれば、断面解析を行う場合と比較して作業者の負担を大幅に低減できる。また、上述のように、同一の被エッチング基板にトレンチ構造とともに幅または直径の異なる複数のダミーピラーを形成し、何れのダミーピラーが消失したかを以って逆テーパ形状のオーバハング量を求めているから、ダミーピラーの消失結果に基いて求められたオーバハング量と、半導体デバイス用のウェハにおけるトレンチのオーバハング量とが実質的に同一であるということが保証される。
【００３０】
請求項２の発明によれば、矩形または長円形の平面形状を有するダミーピラーを形成しているから、エッチング終了後に何れのダミーピラーが残存しているかを光学顕微鏡等によって容易に確認できるエッチング検査方法が提供される。
【００３１】
請求項３の発明によれば、円形の平面形状を有するダミーピラーを形成しているから、被エッチング基板に矩形または長円形のダミーピラーを形成するだけのスペースの余裕がない場合においても、本発明を容易に適用できる。
【００３２】
請求項４の発明によれば、被エッチング基板の表面にマスクパターンを形成し、然る後にエッチングする通常のエッチングプロセスにおいてトレンチのオーバハング量を容易に求めることのできるエッチング検査方法が提供される。
【００３３】
請求項５の発明によれば、被エッチング基板としてIII−Ｖ族系化合物材料基板、シリコン基板、またはＳｉＣ基板を用いた場合においてトレンチのオーバハング量を容易に求めることのできるエッチング検査方法が提供される。
【００３４】
請求項６の発明によれば、ドライエッチングプロセスを行う場合においてトレンチのオーバハング量を容易に求めることのできるエッチング検査方法が提供される。
【００３５】
請求項７の発明によれば、ウェットエッチングプロセスを行う場合においてトレンチのオーバハング量を容易に求めることのできるエッチング検査方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、実施形態１においてＬＥＤアレイを製造する手順を示す流れ図である。
【図２】図２は、実施形態１におけるエッチング後の状態を示す断面図である。
【図３】図３は、実施形態１において形成されるダミーピラーパターンの一例を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図４】図４は、実施形態１において形成されるダミーピラーパターンの別の一例を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図５】図５は、実施形態１において形成されるダミーピラーパターンの更に別の一例を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図６】図６は、図３に示すダミーピラーパターンを形成したＮ型ＧａＡｓ基板のエッチング後の状態を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図７】図７は、図４に示すダミーピラーパターンを形成したＮ型ＧａＡｓ基板のエッチング後の状態を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図８】図８は、図５に示すダミーピラーパターンを形成したＮ型ＧａＡｓ基板のエッチング後の状態を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図９】図９は、エッチング後におけるダミーピラーの幅または直径とダミーピラーの生むとの関係を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
１．実施形態１
以下、III−Ｖ族系化合物材料の一例であるＧａＡｓの基板をウェットエッチングしてＬＥＤアレイを製造する際に本発明のエッチング検査方法を適用した例について以下に説明する。
【００３８】
実施形態１においては、本発明における被エッチング基板の例としてIII−Ｖ族系化合物材料からなる半導体基板であるＮ型ＧａＡｓ基板１０を用いる。図１において（Ａ）に示すように、Ｎ型ＧａＡｓ基板１０の表面にエピタキシャル成長などの方法によって予めＮ型ＧａＡｓＰ層１０Ａを形成しておく。
【００３９】
次いで、図１の（Ａ）に示すように、Ｎ型ＧａＡｓ基板１０の表面の領域をＬＥＤアレイ形成領域１１と、後述するダミーピラー３０を形成する検査領域１３とに分割するとともに、ＬＥＤアレイ形成領域１１に窓を有する拡散防止膜１２を形成し、更に拡散防止膜１２を含むＮ型ＧａＡｓ基板１０の全表面領域に拡散制御膜１４を形成する。
【００４０】
そして、図１の（Ｂ）に示すように、拡散制御膜１４の上から例えば亜鉛（Ｚｎ）を拡散させて拡散防止膜１２の窓領域にＰ型ＧａＡｓＰ領域１６を形成する。
【００４１】
Ｎ型ＧａＡｓ基板１０にＰ型ＧａＡｓＰ領域１６を形成したら、図１の（Ｃ）に示すように窓を有する絶縁膜１８を形成する。
【００４２】
絶縁膜１８を形成したら、図１の（Ｄ）に示すように、絶縁膜１８とＰ型ＧａＡｓＰ領域１６にかかるようにＰ電極２０を形成し、同時にＮ型ＧａＡｓ基板１０の裏面にＮ電極２２を形成する。
【００４３】
Ｎ型ＧａＡｓ基板１０にＰ電極２０とＮ電極２２とが形成されたら、図１において（Ｄ）に示すように、Ｎ型ＧａＡｓ基板１０の表面全面をマスキング膜２４で覆う。なお、マスキング膜２４におけるＬＥＤ形成領域１１に対応する部分にはトレンチ構造を形成するためのトレンチパターン２６を形成し、検査領域１３に対応する部分にはダミーピラー３０を形成するためのダミーピラーパターン２８を形成する。
【００４４】
トレンチパターン２６およびダミーピラーパターン２８が形成されたら、Ｎ型ＧａＡｓ基板１０をエッチングする。エッチングには、クエン酸系エッチング液（５０質量％クエン酸水溶液と３０重量％過酸化水素水溶液との混合液）を使用できる。
【００４５】
エッチングにより、図２に示すように、ＬＥＤ形成領域１１にはトレンチ３２が、検査領域１３にはダミーピラー３０が形成されるが、ダミーピラー３０の一部はエッチング液に溶解して消失し、逆テーパ形状の側壁を有する凹陥部３１が形成される。
【００４６】
以下、ダミーピラーパターン２８およびダミーピラー３０について詳説する。図３〜図５に示すように、ダミーピラーパターン２８は、Ｎ型ＧａＡｓ基板１０の検査領域１３に例えば４個形成されている。以下、４個のダミーピラーパターン２８を図３〜図５の左側から右側に向かってダミーピラーパターン２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ、２８Ｄと称する。
【００４７】
ダミーピラーパターン２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ、２８Ｄは、夫々、ダミーピラー３０を形成しようとする部分がマスキング膜２４で覆われたマスキング領域２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄと、マスキング領域２４Ａ〜２４Ｄの周囲においてＮ型ＧａＡｓ基板１０が所定の幅で環状に露出した基板露出領域２５とからなる。
【００４８】
マスキング領域２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄの形状、言い換えればダミーピラー３０の平面形状は、図３に示すように矩形であってもよく、図４に示すように長円形であってもよく、また、図５に示すように円形であってもよい。
【００４９】
マスキング領域２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄの幅または直径、言い換えればダミーピラー３０の幅または直径は、夫々０．１０μｍ、０。１５μｍ、０．２０μｍ、０．２５μｍとされている。
【００５０】
Ｎ型ＧａＡｓ基板１０をエッチングすると、図６〜図９に示すように、ダミーピラーパターン２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ、２８Ｄにおける基板露出領域２５の部分がエッチングされて凹陥部３１が形成されるとともに、マスキング領域２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄの部分が残存して柱状構造体であるダミーピラー３０が形成される。しかし、エッチングが逆テーパ条件でおこなわれると、図９に示すように、ダミーピラー３０および凹陥部３１の側壁が底面に向かって広がる逆テーパ状となる。ここで、ダミーピラー３０および凹陥部３１の頂面が底面に向かって張り出す張出量をｈとすると、ダミーピラー３０および凹陥部３１の張出量ｈは何れも等しい。ここで、張出量ｈは変換差とも言い換えることができる。
【００５１】
ダミーピラー３０の幅ｗまたは直径ｄが張出量ｈの２倍以下のときは、図９において（Ａ）に示すようにエッチング終了時にはダミーピラー３０は消失する。これに対し、ダミーピラー３０の幅ｗまたは直径ｄが張出量ｈの２倍よりも大きなときは、図９において（Ｂ）に示すようにエッチング終了時においてもダミーピラー３０の底部がＮ型ＧａＡｓ基板１０に繋がった状態が維持される。
【００５２】
したがって、エッチング終了後において、検査領域１３に形成したダミーピラー３０の有無を光学顕微鏡等で観察すれば、張出量ｈ、即ち変換差を評価することができる。例えば、図６〜図８に示す例においては、ダミーピラー３０のうち、幅（直径）が０．１０μｍのものと、幅（直径）が０．１５μｍのものとは消失しているが、幅（直径）が０．２０μｍのものと、幅（直径）が０．２５μｍのものとは残存しているから、変換幅は、消失したダミーピラー３０のうち最も幅（直径）の大きなものの幅（直径）である０．１５μｍの１／２である０．０７５μｍより大きく、残存しているダミーピラー３０のうち最も幅（直径）の小さなものの幅（直径）である０．２０μｍの１／２である０．１０μｍ以下であると推定できる。
【００５３】
以下、ＧａＡｓの基板をウェットエッチングしてＬＥＤアレイを製造する際のエッチング検査方法について述べたが、実施形態１のエッチング検査方法は、ＧａＡｓ以外のIII−Ｖ族系化合物材料であるＧａＰ、ＩｎＰ、ＧａＡｌＡｓ、およびＩｎＧａＡｓＰに対しても適用できる。
また、シリコン基板のドライエッチングやウェットエッチングによる半導体デバイスの製造、およびＳｉＣ基板のドライエッチングによる半導体デバイスの製造にも適用できる。
更に、シリコンのエッチングによるマイクロマシンの製造にも実施形態１の方法は適用できる。
【符号の説明】
【００５４】
１０      Ｎ型ＧａＡｓ基板
１０Ａ    Ｎ型ＧａＡｓＰ層
１１      ＬＥＤアレイ形成領域
１１      形成領域
１２      拡散防止膜
１３      検査領域
１４      拡散制御膜
１６      Ｐ型ＧａＡｓＰ領域
１８      絶縁膜
２０      電極
２２      電極
２４      マスキング膜
２４Ａ    マスキング領域
２５      基板露出領域
２６      トレンチパターン
２８      ダミーピラーパターン
２８Ａ    ダミーピラーパターン
３０      ダミーピラー
３１      凹陥部
３２      トレンチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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