JP2001023956A - 半導体基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体よりなるウェハの表面をドライエッチ
ングする工程を備える半導体基板の製造方法において、
ウェハ面内のエッチングレートを均一化する。 【解決手段】 反応性イオンエッチング装置１００の対
向する一対の電極２、３間において、下部電極３上にウ
ェハ５を設置するとともに、下部電極３における上部電
極２との対向面３ａのうちウェハ５の外周囲の部位また
は全面を、石英等の絶縁性材料よりなる環状の絶縁部材
６で被覆した状態で、ドライエッチングを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体よりなるウ
ェハの表面をドライエッチングする工程を備える半導体
基板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の一般的なこの種の製造方法を図５
を用いて説明する。図５は、通常の平行平板タイプのＲ
ＩＥ（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ）用
のエッチング装置を示す概略断面図である。このエッチ
ング装置は、内部に高真空状態を形成可能なチャンバ１
と、このチャンバ１内にて対向して設けられた上部電極
２及び下部電極３と、これら一対の電極２、３の間にＲ
Ｆ（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電圧を印加する
ためのＲＦ電源４とを備える。

【０００３】まず、一般的なウェハ加工工程により一面
側に露出した酸化膜等が形成された半導体よりなるウェ
ハ５を用意する。このウェハ５において酸化膜がエッチ
ングされる面（エッチング面）には所望のパターンとな
るように、酸化膜上にマスク材（図示せず）が形成され
ている。そして、このウェハ５を、両電極２、３の間に
おいて上部電極２にエッチング面が対向するように下部
電極３上に設置する。

【０００４】次に、チャンバ１内を高真空状態にした
後、ＣＦ４、ＣＨＦ３、Ａｒ等のガスをチャンバ１内に
導入する。ここで、それぞれのガス流量はエッチングレ
ート、上記マスク材との選択比により決定することがで
きる。また、エッチング時のガス圧も所望の値（例えば
０．１Ｔｏｒｒ等）にし、ＲＦ電源４により両電極２、
３間にＲＦ電圧を印加するとエッチングが開始される。

【０００５】このとき、チャンバ１内で、ガス分子が解
離し、イオンとラジカルが生成される。ラジカルは熱拡
散しウェハ５の表面（エッチング面）に到達する。イオ
ンは、両電極２、３間で形成されるとセルフバイアス
（自己バイアス電圧）により、下部電極３の方へ引き寄
せられ、ウェハ５の表面に到達する。これらがエッチン
グ面に到達することにより、酸化膜と化学反応を起こ
し、ガス状の反応生成物が形成され、エッチングされる
のである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来方法では、下部電極３にウェハ５を載せただけであっ
て、ウェハ５の外周囲では下部電極３の金属（例えばス
テンレス等）が露出した状態であるため、エッチングを
行うと、半導体であるウェハ５の表面と下部電極３の金
属面とでセルフバイアスが異なり、ＲＦ電圧のほとんど
がウェハ５ではなく金属部分に印加される。

【０００７】その結果、イオンが金属部分に引き寄せら
れ、ウェハ５表面のエッチング面に到達しなくなり、エ
ッチングされなくなる。そのため、ウェハ５における中
心部分と外周部分とでエッチングレートの差が大きく異
なり、中心部分でエッチング残りが発生するという問題
が生じる。また、中心部でエッチング残りが起こらない
ようにエッチング時間を長くすると、ウェハ外周部では
オーバーエッチングとなるという問題が生じる。

【０００８】本発明は上記問題に鑑み、半導体よりなる
ウェハの表面をドライエッチングする工程を備える半導
体基板の製造方法において、ウェハ面内のエッチングレ
ートを均一化することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明では、対向する一対の電極
（２、３）間に電圧を印加するドライエッチングを行う
にあたって、半導体よりなるウェハ（５）が設置されて
いる一方の電極（３）において、他方の電極（２）との
対向面（３ａ）のうち該ウェハの外周囲の部位を、絶縁
性材料よりなる絶縁部材（６）で被覆した状態で、ドラ
イエッチングを行うことを特徴としている。

【００１０】本発明によれば、ウェハが設置されている
一方の電極の金属部分を絶縁部材で被覆することで、セ
ルフバイアスの差を無くすことができるため、エッチン
グの際に発生するイオンがウェハの表面に均等に到達し
やすくなる。この状態でエッチングすることにより、ウ
ェハ面内のエッチングレートを均一にすることができ
る。よって、本発明によれば、上述した従来の方法のよ
うに、ウェハにおける中心部分と外周部分とでエッチン
グレートの差が大きく異なるために中心部分でエッチン
グ残りが発生するという問題を解決することができる。

【００１１】ここで、絶縁部材としては、請求項２〜請
求項５記載の構成としたものを採用することができる。
請求項２記載の発明では、ウェハ（５）の外形に対応し
た中空形状を有する環状のものを用いることで、請求項
１の発明の効果を適切に実現できる。

【００１２】また、請求項３記載の発明では、絶縁部材
（６）として、ウェハ（５）を搭載するウェハ搭載部
（６４）と、このウェハ搭載部の外周囲に形成され該ウ
ェハの外周囲における対向面（３ａ）を被覆する被覆部
（６５）とを備える板状部材であって、該ウェハ搭載部
における最も厚い板厚を有する最大板厚部が該被覆部に
おける板厚よりも薄くなっているものを用いることを特
徴としている。

【００１３】板状の絶縁部材で形成されるコンデンサの
インピーダンスが板厚に比例することから、本発明のよ
うに、絶縁部材（６）においてウェハ搭載部（６４）の
最大板厚部を被覆部（６５）の板厚よりも薄くすること
により、ウェハ（５）に流入するイオン電流をウェハ外
周囲のイオン電流よりも増加させることができるため、
より効果的にウェハにイオンを照射することができる。

【００１４】また、請求項４記載の発明では、絶縁部材
（６）として、ウェハ搭載部がウェハ（５）を収納可能
なように一面側より窪んで形成された窪み部（６１）と
して構成され、この窪み部の内周壁面に該ウェハの外縁
部を接触支持する段差部（６２）が形成され、該ウェハ
における外縁部の内側と該窪み部の底面とが離間するよ
うになっているものを用いることを特徴としており、請
求項１の発明の効果を実現できることに加えて、ウェハ
におけるエッチング面と反対側の面にパターンが形成さ
れている場合に、そのパターンが傷つくといった問題を
回避できる。

【００１５】さらに、請求項５記載の発明のように、請
求項４の絶縁部材において、段差部（６２）において一
面側から他面側に貫通して導電性部材（６３）を設け、
該段差部に接触支持されるウェハ（５）の外縁部と一方
の電極（３）とを電気的に接続可能としたものを、用い
るようにすれば、一対の電極（２、３）間に印加される
電圧に与える影響を低減することができ、好ましい。

【００１６】また、請求項６記載の発明では、対向する
一対の電極（２、３）間に電圧を印加するドライエッチ
ングを行うにあたって、半導体よりなるウェハ（５）が
設置されている一方の電極（３）において、他方の電極
（２）との対向面（３ａ）のうち該ウェハの外周囲の部
位を被覆部材（６）で被覆した状態で、ドライエッチン
グを行うとともに、当該被覆部材として、該ウェハを搭
載するウェハ搭載部（６４）と、このウェハ搭載部の外
周囲に形成され該ウェハの外周囲における該対向面を被
覆する被覆部（６５）とを備える板状部材であって、該
被覆部における誘電率が該ウェハ搭載部における誘電率
よりも低いものを用いることを特徴としている。

【００１７】本発明によれば、板状の被覆部材（６）に
おいて被覆部（６５）の誘電率をウェハ搭載部（６４）
の誘電率よりも低くすることにより、被覆部におけるコ
ンデンサのインピーダンスがウェハ搭載部に対して高く
なり、ウェハ（５）に流入するイオン電流をウェハ外周
囲のイオン電流よりも増加させることができるため、よ
り効果的にウェハにイオンを照射することができる。こ
こで、請求項６記載の被覆部材においても、上記請求項
４の発明のような窪み部及び段差部を形成しても良く、
さらには、上記請求項５の発明のような導電性部材を設
けた構成としてもよいことは勿論である。

【００１８】なお、上記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。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。図１は本発明の実施形態に係る反応
性イオンエッチング装置１００をウェハ５とともに示す
構成図であり、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は（ａ）中
のＡ矢視拡大図である。なお、図１（ｂ）中のハッチン
グは断面を示すものではない。また、図２は上記エッチ
ング装置１００の一部とともに、本実施形態に用いるウ
ェハ５の詳細構成を示す概略断面図である。なお、本実
施形態において上記図５と同一部分には、図中、同一符
号を付して説明を簡略化することとする。

【００２０】本実施形態のウェハ５は、図２に示す様
に、シリコン基板５１と第２のシリコン基板５２との間
に酸化膜５３を挟んでなるＳＯＩ（シリコン オン イ
ンシュレータ）構造を有して、ドライエッチングされる
ものであり、最終的に、加速度や角速度等の力学量を検
出する半導体力学量センサ（本発明でいう半導体基板）
を製造するためのものである。ここで、図示しないが、
第１のシリコン基板５１には、半導体製造技術を利用し
た周知のマイクロマシン加工を施すことにより、パター
ン（例えば櫛歯状の梁構造体）が形成されている。

【００２１】また、第２のシリコン基板５２は、ＳｉＮ
膜等でパターンを形成し異方性エッチング及びシリコン
ドライエッチングを行うことにより、図２に示す様に、
開口部が形成され、その開口部おいて酸化膜５３が露出
している。そして、この露出した酸化膜５３をドライエ
ッチングにより除去することにより、第１のシリコン基
板５１に形成された上記パターンにおいて例えばセンサ
の検出部となる容量検出を行うための可動部及び固定部
を形成するものである。

【００２２】ウェハ５のドライエッチング工程は、ま
ず、チャンバ１、上部及び下部電極２及び３、ＲＦ電源
４を備えたドライエッチング装置１００において、ウェ
ハ５を、両電極２、３の間において上部電極２に露出し
た酸化膜５３が対向するように、下部電極３上に設置す
る。ここで、上部電極２と対向するウェハ５の表面のう
ち露出した酸化膜５３の上部以外は図示しないマスク材
によって被覆する。

【００２３】また、下部電極３における上部電極２との
対向面３ａのうちウェハ５の外周囲の部位を、石英等の
絶縁材料よりなるドーナツ状の絶縁部材６で被覆する。
このように、絶縁部材６として、ウェハ５の外形に対応
した中空形状を有する環状のものを用いることで、下部
電極３におけるウェハ５の外周囲の金属面が露出しなく
なる。ここで、絶縁部材６を構成する絶縁材料として
は、石英でなくガラスでも良く、また、ＳｉＯ２を成分
とする石英やガラスでなくても、アルミナ等の絶縁物を
用いても良い。

【００２４】このように、ウェハ５及び絶縁部材６を、
下部電極３における上部で２との対向面３ａ上に設置し
た状態で、上述のように、高真空状態のチャンバ１内に
エッチングガスを導入し、ＲＦ電源４により両電極２、
３間にＲＦ電圧を印加することにより、ドライエッチン
グを行う。このとき、上述したように、チャンバ１内に
生成されたイオンとラジカルがウェハ５の露出した酸化
膜５３に到達して、酸化膜５３と化学反応を起こし、酸
化膜５３がエッチングされる。

【００２５】こうして、露出した酸化膜５３が除去され
て、ドライエッチング工程が終了した後、さらに、ウェ
ハ５に対してパターニングを行ったり、ダイシングカッ
トを行う等の工程を経て、半導体力学量センサが出来上
がる。

【００２６】ところで、本実施形態によれば、ウェハ５
が設置されている下部電極３の金属部分を絶縁部材６で
被覆することで、従来発生したセルフバイアスの差を無
くすことができるため、エッチングの際に発生するイオ
ンがウェハ５の表面に均等に到達しやすくなり、ウェハ
面内のエッチングレートを均一化することができる。よ
って、ウェハ面内で均一にエッチング反応が進み、その
結果、面内ばらつきが低減でき、ウェハ中心部分とウェ
ハ外周部分とで出来映えの差を小さくすることができ、
良好なセンサ特性が得られる。

【００２７】ここで、本実施形態の絶縁部材６として
は、上記図１及び２に示したドーナツ状のもの以外に、
図３に示す第１の変形例、図４（ａ）に示す第２の変形
例及び図４（ｂ）に示す第３の変形例のような構成であ
っても、上記ドーナツ状のものと同様の効果が得られ
る。図３に示す第１の変形例では、下部電極３の金属面
が露出しないようにウェハ５の外形よりも大きい板状の
構成としており、ウェハ５は絶縁部材６の上に設置され
る。

【００２８】図４（ａ）に示す第２の変形例では、ウェ
ハ（図中、二点鎖線にて図示）５を収納可能な形状に窪
んだ窪み部６１が一面側に形成された板状をなすもので
あって、この窪み部６１の内周壁面にウェハ５の外縁部
を接触支持する段差部６２を形成し、ウェハ５における
外縁部の内側と窪み部６１の底面とを離間するようにし
た構成としている。

【００２９】本例によれば、ウェハ５におけるエッチン
グ面と反対側の第１のシリコン基板５１が、窪み部６１
の底面とを離間しているから、第１のシリコン基板５１
に形成されている上記パターンが傷つくといった問題を
回避できる。なお、本例の更なる変形として、板状をな
す絶縁部材の一面に設けられる窪み部を、ウェハの厚さ
分の窪み深さとし、該一面とウェハ５の表面とが略同一
平面となるようにウェハ５を収納可能な形状としたもの
でも良い。

【００３０】図４（ｂ）に示す第３の変形例は上記第２
の変形例を変形したものであり、段差部６２において一
面側から他面側に貫通して金属等よりなる導電性部材６
３を設け、段差部６２に接触支持されるウェハ（図中、
二点鎖線にて図示）５の外縁部と下部電極３の上記対向
面３ａとを電気的に接続可能としたものである。それに
より、両電極２、３間に印加されるＲＦ電圧に与える影
響を低減することができ、好ましい。

【００３１】なお、図４（ａ）、（ｂ）とも、酸化膜５
３がエッチングされた後、センサの検出部となる可動部
と固定部の隙間から下部電極３の金属部分が露出しない
様に、ウェハを置く部分にも絶縁部材６で覆っている。
このようにすることにより、可動部及び固定部の角部が
エッチングされることを低減できる。

【００３２】また、上記第２及び第３の変形例において
は、ウェハ５の外形よりも大きい板状の絶縁部材６は、
図４に示す様に、ウェハ５を搭載するウェハ搭載部６４
と、このウェハ搭載部６４の外周囲に形成されウェハ５
の外周囲における対向面３ａを被覆する被覆部６５とを
備える板状部材であって、ウェハ搭載部６４における最
も厚い板厚を有する最大板厚部が被覆部６５における板
厚よりも薄くなった構成を有している。

【００３３】これら第２及び第３の変形例においては、
絶縁部材６においてウェハ搭載部６４の最大板厚部を被
覆部６５の板厚よりも薄くすることにより、被覆部６５
におけるコンデンサのインピーダンスがウェハ搭載部６
４に対して高くなり、ウェハ５に流入するイオン電流を
ウェハ５外周囲のイオン電流よりも増加させることがで
きるため、より効果的にウェハ５にイオンを照射するこ
とができる。ここで、例えば、ウェハ搭載部６４の最大
板厚部は２ｍｍの厚さであり、被覆部６５の板厚は４ｍ
ｍの厚さである。

【００３４】さらに、本実施形態の第１〜第３の変形例
において、図３及び図４中の符号６にて示す板状部材
を、本発明でいう被覆部材とすることもできる。つま
り、被覆部材６は、ウェハ搭載部６４と被覆部６５とを
備える板状部材であって、被覆部６５における誘電率が
ウェハ搭載部６４における誘電率よりも低いものとして
いる。

【００３５】それにより、被覆部６５におけるコンデン
サのインピーダンスがウェハ搭載部６４に対して高くな
り、ウェハ５に流入するイオン電流をウェハ５外周囲の
イオン電流よりも増加させることができるため、より効
果的にウェハ５にイオンを照射することができる。具体
的には、ウェハ搭載部６４と被覆部６５とを誘電率の異
なる材質により構成する。

【００３６】例えば、ウェハ搭載部６４の材質として
は、比誘電率が５〜９のアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等が採用
でき、被覆部６５の材質としては、比誘電率が２．１の
ポリテトラフルオロエチレン（４フッ化エチレン樹脂、
ＰＴＦＥ）や比誘電率が３．８の溶融石英（ＳｉＯ₂）
等が採用できる。そして、これら異なる材質の両部６
４、６５を互いが別体の部材として構成し、例えば、ウ
ェハ５と略同形板状のウェハ搭載部６４を下部電極３の
対向面３ａに設置し、その上にウェハ５を搭載し、これ
らの周囲にて対向面３ａを覆うように例えばドーナツ板
状の被覆部６５を対向面３ａに設置すれば良い。

【００３７】（他の実施形態）なお、本発明のウェハと
しては、エッチング面に酸化膜以外に窒化膜等が形成さ
れ、これら窒化膜等をドライエッチングするようにした
ものであっても良いし、また、シリコン基板そのものを
ドライエッチングするものであってもよい。つまり、本
発明は、半導体力学量センサの製造方法に限らず、広く
半導体基板の製造方法において、半導体よりなるウェハ
の表面をドライエッチングする工程に適用可能なもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る反応性イオンエッチン
グ装置の構成を示すもので、（ａ）は概略断面図、
（ｂ）は（ａ）中のＡ矢視拡大図である。

【図２】上記実施形態に用いるウェハの詳細構成を示す
概略断面図である。

【図３】上記実施形態に係る絶縁部材の第１の変形例を
示す概略断面図である。

【図４】上記実施形態に係る絶縁部材の第２、第３の変
形例を示す概略断面図である。

【図５】従来の平行平板タイプのＲＩＥ用のエッチング
装置を示す概略断面図である。

【符号の説明】

２…上部電極、３…下部電極、３ａ…下部電極の対向
面、５…ウェハ、６…絶縁部材（被覆部材）、６１…窪
み部、６２…段差部、６３…導電性部材、６４…ウェハ
搭載部、６５…被覆部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅海 一志 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 深田 毅 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 5F004 AA01 BA04 BB18 BB23 BC08 DA01 DA16 DA23 DB01 DB03 DB07

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向する一対の電極（２、３）間にて、
   一方の電極（３）における他方の電極（２）と対向する
   対向面（３ａ）に半導体よりなるウェハ（５）を設置し
   た後、前記一対の電極間に電圧を印加して前記ウェハの
   表面をドライエッチングする工程を備える半導体基板の
   製造方法において、 前記対向面のうち設置された前記ウェハの外周囲の部位
   を、絶縁性材料よりなる絶縁部材（６）で被覆した状態
   で、前記ドライエッチングを行うことを特徴とする半導
   体基板の製造方法。
2. 【請求項２】 前記絶縁部材（６）として、前記ウェハ
   （５）の外形に対応した中空形状を有する環状のものを
   用いることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板の
   製造方法。
3. 【請求項３】 前記絶縁部材（６）として、前記ウェハ
   （５）を搭載するウェハ搭載部（６４）と、このウェハ
   搭載部の外周囲に形成され前記ウェハの外周囲における
   前記対向面（３ａ）を被覆する被覆部（６５）とを備え
   る板状部材であって、前記ウェハ搭載部における最も厚
   い板厚を有する最大板厚部が前記被覆部における板厚よ
   りも薄くなっているものを用いることを特徴とする請求
   項１または２に記載の半導体基板の製造方法。
4. 【請求項４】 前記絶縁部材（６）として、前記ウェハ
   搭載部が前記ウェハ（５）を収納可能なように一面側よ
   り窪んで形成された窪み部（６１）として構成され、こ
   の窪み部の内周壁面に前記ウェハの外縁部を接触支持す
   る段差部（６２）が形成され、前記ウェハにおける前記
   外縁部の内側と前記窪み部の底面とが離間するようにな
   っているものを、用いることを特徴とする請求項３に記
   載の半導体基板の製造方法。
5. 【請求項５】 前記絶縁部材（６）として、前記段差部
   （６２）において前記一面側から他面側に貫通する導電
   性部材（６３）が設けられ、前記段差部に接触支持され
   る前記ウェハ（５）の前記外縁部と前記一方の電極
   （３）とを電気的に接続可能としたものを、用いること
   を特徴とする請求項４に記載の半導体基板の製造方法。
6. 【請求項６】 対向する一対の電極（２、３）間にて、
   一方の電極（３）における他方の電極（２）と対向する
   対向面（３ａ）に半導体よりなるウェハ（５）を設置し
   た後、前記一対の電極間に電圧を印加して前記ウェハの
   表面をドライエッチングする工程を備える半導体基板の
   製造方法において、 前記エッチングする工程では、前記対向面のうち設置さ
   れた前記ウェハの外周囲の部位を被覆部材（６）で被覆
   した状態で、前記ドライエッチングを行うようにし、 前記被覆部材として、前記ウェハを搭載するウェハ搭載
   部（６４）と、このウェハ搭載部の外周囲に形成され前
   記ウェハの外周囲における前記対向面を被覆する被覆部
   （６５）とを備える板状部材であって、前記被覆部にお
   ける誘電率が前記ウェハ搭載部における誘電率よりも低
   いものを用いることを特徴とする半導体基板の製造方
   法。