(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板（１０）の厚さ方向にトレンチ（２０）を形成するトレンチエッチングを行い、前記トレンチを介して互いの側壁（３１、４１）が対向する第１のパターン部（３０）および第２のパターン部（４０）の両パターン部を形成する半導体装置の製造方法であって、
前記トレンチエッチングは、前記半導体基板の表面に保護膜（１００）を形成して、前記半導体基板をエッチングして除去するものであり、
前記第１のパターン部および前記第２のパターン部が、前記トレンチエッチング中に前記両パターン部が同一温度になる構造とされるように、前記トレンチエッチングを行い、
前記第１のパターン部および前記第２のパターン部の少なくとも一方が、当該少なくとも一方のパターン部から熱を逃がす熱逃がし部（６０）を有する構造とされるように、前記トレンチエッチングを行うことで、前記トレンチエッチング中に前記両パターン部が同一温度となるようにする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１のパターン部の外表面（３１、３２）全体の面積と、前記第２のパターン部の外表面（４１、４２）全体の面積とが同一になる構造とされるように、前記トレンチエッチングを行う請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板にトレンチエッチングを行うことで、トレンチを介して区画された第１のパターン部および第２のパターン部を形成する半導体装置の製造方法に関し、加速度センサなどの半導体力学量センサ等に用いられるものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の一般的な半導体装置の製造方法としては、半導体基板の厚さ方向にトレンチを形成するトレンチエッチングを行い、トレンチを介して互いの側壁が対向する第１のパターン部および第２のパターン部の両パターン部を形成する方法が提案されている。
【０００３】
ここで、トレンチエッチングは、半導体基板の表面に保護膜を形成して、保護膜が無い部分の半導体基板をエッチングして除去するものである。
【０００４】
トレンチにおいては、深さと幅との比がアスペクト比とされる。ここで、この方法においては、アスペクト比を上げてトレンチを細く深いものにしていくと、両パターン部の側壁が過剰にエッチングされ、当該側壁が荒れる問題が生じている。
【０００５】
これは、トレンチエッチングの後半になるほど、側壁保護用の保護膜を形成するＣ４Ｆ８等のガスと、等方性エッチングを行うＳＦ６等のガスとの供給がアンバランスとなり、側壁が保護されないままエッチングが進むことによって引き起こされる。
【０００６】
そこで、特許文献１では、ＳＦ６とＯ２からなる混合ガス等に対して所定範囲で水素を含有するガスを添加した特殊なガスを用いて、トレンチエッチングを行うことで、トレンチのアスペクト比向上に対応するようにしている。しかし、このような特殊なガスを用いることは、手間やコストの増大につながり、好ましくない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１０３８７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一方で、本発明者の検討によれば、側壁荒れの要因として、トレンチエッチング中において第１のパターン部と第２のパターン部との間で、エッチング反応による発熱により生じる温度差が挙げられる。
【０００９】
トレンチエッチング中に、このような両パターン部間の温度差が生じると、高温側のパターン部の側壁においては、保護膜が薄くなったり、保護膜が付着しなかったりする。そのため、両パターン部間の側壁に付着する保護膜の厚さに差が生じてしまうことになる。
【００１０】
そして、保護膜の付着が不十分である側壁にて、ドライエッチングを行うと、当該側壁の荒れが生じたり、所望の側壁形状が得られなかったりするといった不具合が生じる。なお、このような温度差による側壁荒れの問題は、上記した特許文献１のような特殊ガスを用いた場合でも、避けがたいものである。
【００１１】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、トレンチエッチングにより区画される第１のパターン部と第２のパターン部との間における側壁の荒れを適切に抑制できるような半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、半導体基板（１０）の厚さ方向にトレンチ（２０）を形成するトレンチエッチングを行い、トレンチを介して互いの側壁（３１、４１）が対向する第１のパターン部（３０）および第２のパターン部（４０）の両パターン部を形成する半導体装置の製造方法であって、さらに、次のような特徴を有するものである。
【００１３】
すなわち、トレンチエッチングは、半導体基板の表面に保護膜（１００）を形成して、半導体基板をエッチングして除去するものであり、第１のパターン部および第２のパターン部が、トレンチエッチング中に両パターン部が同一温度になる構造とされるように、トレンチエッチングを行い、第１のパターン部および第２のパターン部の少なくとも一方が、当該少なくとも一方のパターン部から熱を逃がす熱逃がし部（６０）を有する構造とされるように、トレンチエッチングを行うことで、トレンチエッチング中に両パターン部が同一温度となるようにすることを特徴としている。
【００１４】
それによれば、トレンチエッチング中に第１のパターン部と第２のパターン部とが同一温度になった状態で、トレンチエッチングがなされるから、両パターン部の側壁には均等に保護膜が付着した状態でエッチングが進められる。そのため、本発明の製造方法によれば、両パターン部間における側壁の荒れを適切に抑制することができる。
【００１８】
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる半導体装置のトレンチエッチング終了直後における状態を示す概略平面図である。
【図２】図１中の一点鎖線ＩＩ−ＩＩに沿った概略断面図である。
【図３】第１実施形態にかかる半導体装置の製造方法におけるトレンチエッチングを断面的に示す工程図である。
【図４】図３に続くトレンチエッチングを断面的に示す工程図である。
【図５】図４に続くトレンチエッチングを断面的に示す工程図である。
【図６】図５に続くトレンチエッチングを断面的に示す工程図である。
【図７】図６に続くトレンチエッチングを断面的に示す工程図である。
【図８】図７に続くトレンチエッチングを断面的に示す工程図である。
【図９】図８に続くトレンチエッチングを断面的に示す工程図である。
【図１０】図９に続くトレンチエッチングを断面的に示す工程図である。
【図１１】第１実施形態の比較例としての半導体装置を示す概略平面図である。
【図１２】本発明の第２実施形態にかかる半導体装置のトレンチエッチング終了直後における状態を示す概略平面図である。
【図１３】図１中の一点鎖線ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩに沿った概略断面図である。
【図１４】他の実施形態にかかる半導体装置を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
【００２１】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態にかかる半導体装置について、図１、図２を参照して述べる。この半導体装置は、たとえば自動車などの車両に搭載される加速度センサ等の半導体力学量センサなどに適用される。
【００２２】
ここで、図１、図２は、本半導体装置についてトレンチエッチング終了直後の状態の構造を示している。半導体基板１０は、支持シリコン層１１と表面シリコン層１２とをシリコン酸化膜よりなる酸化膜１３を介して貼り合わせてなるＳＯＩ（シリコン−オン−インシュレータ）基板よりなる。
【００２３】
トレンチエッチングは、表面シリコン層１２の上面から酸化膜１３に到達するトレンチ２０を形成するものである。このように半導体基板１０の厚さ方向に形成されたトレンチ２０により、表面シリコン層１２は、第１のパターン部３０、第２のパターン部４０、および、これらパターン部を取り囲む枠部５０に区画されている。
【００２４】
そして、第１のパターン部３０の側壁３１、第２のパターン部４０の側壁４１、および、枠部５０の側壁５１は、このトレンチ２０を介して対向した形となっている。ここでは、第１のパターン部３０と第２のパターン部４０とは、酸化膜１３およびトレンチ２０により電気的に絶縁されており、たとえば互いに電気的に独立した電極として構成されている。
【００２５】
第１のパターン部３０と第２のパターン部４０との形状を限定するものではないが、ここでは、図１、図２に示されるように、第１のパターン部３０と第２のパターン部４０は、平面櫛歯状をなす。このような形状は、たとえば、典型的な加速度センサにおける可動電極および固定電極の形状である。
【００２６】
この場合において、両パターン部３０、４０のどちらか一方が可動電極、他方が固定電極とされる。そして、加速度の印加に伴ってこれら両電極間の間隔、すなわち、両パターン部３０、４０の側壁３１、４１の間隔が変位することによって当該加速度の検出が行われるものとされる。
【００２７】
なお、図示しないが、両パターン部３０、４０が、このような可動電極および固定電極である場合には、通常の加速度センサと同様に、両パターン部３０、４０の直下に位置する酸化膜１３の一部が除去される。
【００２８】
この酸化膜１３の一部の除去は、図２に示されるトレンチエッチング直後の状態から、さらに酸化膜１３の犠牲層エッチングを行うことにより、なされる。そして、これにより、両パターン部３０、４０のうちの可動電極の一部が、支持シリコン層１１から浮いて変位可能な状態とされ、加速度センサとしての半導体装置が形成される。
【００２９】
次に、本実施形態の半導体装置の製造方法について、図１〜図１０を参照して述べる。本製造方法によれば、上記図１、図２に示されるトレンチエッチング終了直後の状態までの半導体装置が形成される。まず、トレンチエッチングについて述べる。このトレンチエッチングは、基本的には典型的なものと同様であり、半導体基板１０の表面に保護膜１００を形成して、半導体基板１０をエッチングして除去するものである。
【００３０】
限定するものではないが、本実施形態のトレンチエッチングは、以下の第１〜第３の各工程を順次繰り返し行うものである。第１の工程では、半導体基板１０の表面全面に保護膜１００を形成する。ここで、半導体基板１０の表面とは、トレンチ２０が形成される側に位置する表面であり、本実施形態では、表面シリコン層１２の表面に相当する。
【００３１】
続く第２の工程では、半導体基板１０の表面のうちトレンチ２０を形成するトレンチ形成部分２０ａにおける保護膜１００を除去する。続く第３の工程では、トレンチ形成部分２０ａにて半導体基板１０を等方性エッチングして除去する。
【００３２】
このような第１の工程、第２の工程、第３の工程を順次行うトレンチエッチングについて、図３〜図１０を参照して、より具体的に述べる。
【００３３】
まず、図３に示されるように、半導体基板１０におけるトレンチ２０が形成される表面シリコン層１２の表面のうちトレンチ形成部分２０ａ以外の部分に、マスク２００を形成する。
【００３４】
次に、図４に示されるように、第１の工程を行い、半導体基板１０の表面全面に保護膜１００を形成する。これにより、マスク２００表面およびトレンチ形成部分２０ａに保護膜１００が形成される。この第１の工程では、たとえばＣ４Ｆ８等のガスを用い、フロロカーボン等のポリマーよりなる保護膜１００を形成する。
【００３５】
次に、図５に示されるように、第２の工程を行い、トレンチ形成部分２０ａにおける保護膜１００を除去する。この第２の工程では、たとえばＳＦ６等のガスを用い、これにより、マスク２００間のトレンチ形成部分２０ａにおける保護膜１００を除去する。
【００３６】
次に、図６に示されるように、第３の工程を行い、保護膜１００が除去されたトレンチ形成部分２０ａにて半導体基板１０の表面シリコン層１２を等方性エッチングして除去する。これによりトレンチ形成部分２０ａにおいて、トレンチ２０の一部が形成される。この第３の工程では、第２の工程と同様、たとえばＳＦ６等のガスを用いる。
【００３７】
続いて、図７に示されるように、再度、第１の工程を行い、半導体基板１０の表面全面に保護膜１００を形成する。これにより、マスク２００表面および形成途中のトレンチ２０の側壁および底部に保護膜１００が形成される。
【００３８】
次に、図８に示されるように、上記同様、ＳＦ６等のガスを用いた第２の工程を行い、トレンチ形成部分２０ａにて形成途中のトレンチ２０における底部に位置する保護膜１００を除去する。
【００３９】
続いて、図９に示されるように、上記同様、ＳＦ６等のガスを用いた第３の工程を行い、保護膜１００が除去されたトレンチ形成部分２０ａにて半導体基板１０を等方性エッチングして除去する。これにより、トレンチ形成部分２０ａにおいて、さらに掘り進められた状態のトレンチ２０が形成される。
【００４０】
これら図４〜図９に示されるように、第１の工程、第２の工程、第３の工程を順次繰り返すことにより、最終的に、図１０に示されるように、酸化膜１３まで到達した状態のトレンチ２０ができあがる。なお、この図１０に示される状態の後、マスク２００および保護膜１００をアッシング等により除去する。これにより、上記図１、図２に示される状態の半導体装置ができあがる。
【００４１】
ここにおいて、本実施形態の製造方法では、上記トレンチエッチング工程において、第１のパターン部３０および第２のパターン部４０が、トレンチエッチング中に両パターン部３０、４０が同一温度になる構造とされるように、トレンチエッチングを行う。ここでは、トレンチエッチング中とは、第１の工程によりトレンチエッチングを開始した時点から、第３の工程によってトレンチ２０が酸化膜１３まで到達した時点までの期間に相当するものである。
【００４２】
具体的には、トレンチエッチング中に両パターン部３０、４０が同一温度になる構造とは、第１のパターン部３０の外表面全体の面積と、第２のパターン部４０の外表面全体の面積とが同一になる構造である。
【００４３】
ここで、第１のパターン部３０の外表面とは、第１のパターン部３０における上面３２と側壁３１とに相当し、第２のパターン部４０の外表面とは、第２のパターン部４０における上面４２と側壁４１とに相当する。
【００４４】
なお、図１、図２、および後述の図１１では、両パターン部３０、４０の外表面である側壁３１、４１および上面３２、４２となる部分を、識別のため便宜上、太線としてある。ここで、それぞれの上面３２、４２は、表面シリコン層１２の上面に相当する。
【００４５】
これら両パターン部３０、４０の外表面は、両パターン部３０、４０における外気中への放熱面である。そして、本実施形態のトレンチエッチングによれば、第１のパターン部３０と第２のパターン部４０との間で、トレンチエッチング中の放熱面積が実質同一になる。
【００４６】
そのため、本実施形態によれば、トレンチエッチング中に両パターン部３０、４０同士が同一温度になった状態で、トレンチエッチングが行われる。そうすると、両パターン部３０、４０の側壁３１、４１には均等に保護膜１００が付着した状態でエッチングが進められる。その結果、本実施形態によれば、両パターン部３０、４０間における側壁３１、４０の荒れを適切に抑制することができる。
【００４７】
ここで、図１１に示される比較例では、第２のパターン部４０の外表面、つまり側壁４１および上面４２全体の面積が、第１のパターン部３０の外表面、つまり側壁３１および上面３２全体の面積よりも顕著に大きいものとされている。このような場合、トレンチエッチング中には、第１のパターン部３０の方が第２のパターン部４０よりも高温になり、上記したように第１のパターン部３０の側壁にて保護膜１００の付着が不十分になってしまう。
【００４８】
なお、両パターン部３０、４０同士で外表面全体の面積が同一であることとは、完全同一のみを意味するものではなく、側壁荒れの抑制という本実施形態の効果を奏する範囲であれば、厳密に同一でなくてもよい。さらに、両パターン部３０、４０同士が同一温度であるとは、これも完全同一のみを意味するものではなく、本実施形態による当該効果を奏する範囲であれば、厳密に同一でなくてもよい。
【００４９】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態にかかる半導体装置の製造方法について、図１２、図１３を参照して、上記第１実施形態との相違点を中心に述べる。本実施形態では、トレンチエッチング中に両パターン部３０、４０が同一温度になる構造が、上記第１実施形態と相違するものである。
【００５０】
図１２、図１３に示されるように、当該構造として、本実施形態では、両パターン部３０、４０のうち第２のパターン部４０に、第２のパターン部４０から熱を逃がす熱逃がし部６０を有する構造を採用している。そして、本実施形態では、トレンチエッチング中において、この構造とされるように、トレンチエッチングを行うものである。
【００５１】
本実施形態では、熱逃がし部６０が無い構造で比較した場合において第１のパターン部３０よりも全体に幅が狭いものであって高温となりやすい第２のパターン部４０の方に、熱逃がし部６０を設けている。限定するものではないが、図示例では、熱逃がし部６０は、第２のパターン部４０の側壁うちの第１のパターン部３０の側壁と対向していない部位にて突出したものとされている。
【００５２】
これにより、トレンチエッチング中には、第２のパターン部４０の熱は、熱逃がし部６０からエッチング雰囲気または酸化膜１３へ放熱される。そして、本実施形態によれば、トレンチエッチング中において、熱逃がし部６０によって第２のパターン部４０の温度を第１のパターン部３０の温度に近づけることができるから、両パターン部３０、４０の同一温度化を実現しやすい。
【００５３】
（他の実施形態）
なお、上記図１２、１３では、高温となりやすい第２のパターン部４０に熱逃がし部６０を設けた。しかし、両パターン部３０、４０の形状は上記図１２、１３に限定されるものではない。第１のパターン部３０側の方が高温となりやすい場合には、第１のパターン部３０側に熱逃がし部６０を設けてもよい。
【００５４】
いずれにせよ、熱逃がし部６０によって、トレンチエッチング中に両パターン部３０、４０同士の温度差が低減されて同一温度となる効果が、発揮されるのであればよく、さらに言うならば、両方のパターン部３０、４０に熱逃がし部を設けてもよい。
【００５５】
つまり、上記した同一温度の効果を奏するのであれば、第１のパターン部３０および第２のパターン部４０の両方もしくはいずれか一方に、熱逃がし部６０を有する構造とされるように、トレンチエッチングを行えばよい。
【００５６】
また、上記実施形態では、図１、図２に示したように、両パターン部３０、４０は、可動電極や固定電極として適用されるものであった。しかし、これに限定されることなく、たとえば、両パターン部３０、４０ともに、ワイヤボンディングなどによる外部接続用の電極として構成されたものであってもよい。
【００５７】
この場合、上記したような両パターン部３０、４０の一部を支持シリコン層から浮かせた構成とするための酸化膜１３の犠牲層エッチングは行わずに、酸化膜１３を上記図２に示される状態のままで存在させた構造としてもよい。
【００５８】
また、上記した両パターン部３０、４０の一部が支持シリコン層１１から浮いた構成を実現するためには、たとえば図１４に示されるような半導体基板１０を用いてもよい。この場合、両パターン部３０、４０における浮かせる部分の直下に位置する支持シリコン層１１の部分に、予め空洞１１ａを設けておいたものである。
【００５９】
このような半導体基板１０は、空洞１１ａが形成されている支持シリコン層１１と表面シリコン層１２とを、酸化膜１３を介して貼り合わせることにより形成される。これによれば、上記したようなトレンチエッチング後における酸化膜１３の犠牲層エッチングを行わなくても、表面シリコン層１２のトレンチエッチングの完了に伴い、当該浮いた部分が形成される。つまり、この図１４に示される構造は、上記各実施形態に適用できるものである。
【００６０】
また、第１のパターン部３０と第２のパターン部４０とは電気的に独立したものに限定されるものではなく、トレンチ２０以外の部分にて電気的に導通されたものであってもよい。
【００６１】
また、トレンチエッチングとしては、上記した第１の工程、第２の工程、第３の工程を有し、これらをこの順に繰り返し行うものであればよく、用いるガスとしては、上記したＣ４Ｆ８等のガスやＳＦ６等のガスに限定するものではないことは、言うまでもない。
【００６２】
また、半導体基板１０としては、上記したＳＯＩ基板に限定されるものではないことはもちろんであり、このような多層基板に限らず、たとえば単層基板であってもよいことは、言うまでもない。加えて、ガスの切り替えにより保護膜を形成する方法だけでなく、エッチングガスと保護膜の原料ガスを同時に流すエッチング方法においても同様の効果を期待できる。
【００６３】
また、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能であり、また、上記各実施形態は、上記の図示例に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００６４】
１０    半導体基板
２０    トレンチ
３０    第１のパターン部
３１    第１のパターン部の側壁
４０    第２のパターン部
４１    第２のパターン部の側壁
１００  保護膜
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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