JP2013206991A - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents

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PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device manufacturing method which can planarize an inner wall of a vertical hole even when the vertical hole is formed by deeply digging a silicon substrate.SOLUTION: A semiconductor device manufacturing method according to a present embodiment comprises: a first process of forming a vertical hole in a silicon substrate by alternately and repeatedly performing a process of plasma etching a silicon substrate and a process of depositing a protection film on an inner wall of the etched part; and a second process of etching an inner wall of the vertical hole by reactive ion etching using an etching gas containing a Fgas.

Description

本発明は、トレンチやビアと呼ばれる縦穴を有する半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having vertical holes called trenches or vias.

半導体装置は、トランジスタやダイオード、抵抗、キャパシタといった電子素子を半導体基板上に形成したものであり、単体の電子素子を形成したものから多数の電子素子を一括して形成した集積回路(LSI)まで、さまざまな半導体装置が提供されている。特に近年では、半導体装置の小型化、多機能化、高速化を進めるため、2次元構造のLSIチップを縦方向に積層した3次元実装LSIの開発が進められている。   A semiconductor device has electronic elements such as transistors, diodes, resistors, and capacitors formed on a semiconductor substrate. From a single electronic element to an integrated circuit (LSI) in which a large number of electronic elements are collectively formed. Various semiconductor devices are provided. Particularly in recent years, development of a three-dimensional mounting LSI in which two-dimensional LSI chips are stacked in the vertical direction has been advanced in order to reduce the size, multifunction, and speed of semiconductor devices.

3次元実装LSIを開発する上で鍵となる技術の一つに、積層されたLSIチップ間を電気的に接続するための実装技術がある。従来、LSIチップ間の電気接続は、金属細線を用いたワイヤボンディングにより行われてきた。これに対して、近年、シリコン貫通電極(TSV:Through-Silicon Via)を用いた実装技術(以下、TSV技術という)が提案され、その開発が進められている。   One of the key technologies for developing a three-dimensional mounting LSI is a mounting technology for electrically connecting stacked LSI chips. Conventionally, electrical connection between LSI chips has been performed by wire bonding using fine metal wires. On the other hand, in recent years, a mounting technology (hereinafter referred to as TSV technology) using a through-silicon via (TSV) has been proposed and is being developed.

TSV技術は、LSIチップを積層し、このLSIチップを貫通する縦配線となるシリコン貫通電極(TSV)を用いてLSIチップ相互間の回路接続を行い、1つのLSI部品として外装ケース(package)に実装する技術であり、複数の異種LSIチップやMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)を混載して多機能LSIを実現できる点で期待が寄せられている。   In the TSV technology, LSI chips are stacked, and circuit connections between LSI chips are made using silicon through electrodes (TSV) that are vertical wirings penetrating the LSI chips. This is a mounting technology, and it is expected that a multi-function LSI can be realized by mounting a plurality of different LSI chips and MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) together.

TSV技術を実現する工程は、LSIチップが形成されるシリコン基板にTSVを形成する工程と、LSIチップを貼り合わせ、TSVを介してLSIチップ内の電気配線を接続する工程から成る。シリコン基板にTSVを形成する工程では、シリコン基板にトレンチやビアと呼ばれる縦穴構造を形成し、その内壁にシリコン基板とTSVとの干渉を避ける絶縁膜を形成した後、導電体を充填する。   The process of realizing the TSV technology includes a process of forming a TSV on a silicon substrate on which an LSI chip is formed, and a process of bonding the LSI chip and connecting electric wiring in the LSI chip via the TSV. In the step of forming a TSV on a silicon substrate, a vertical hole structure called a trench or a via is formed on the silicon substrate, an insulating film that avoids interference between the silicon substrate and the TSV is formed on the inner wall, and then a conductor is filled.

シリコン基板にトレンチやビアを形成するにあたっては、数μm〜数百μmオーダーの深さでシリコン基板をエッチングする必要がある。トレンチやビアを形成するためのエッチングの方法は、TMAH(テトラメチルアンモニウムヒドロキシド)やKOH(水酸化カリウム)のような反応性の高い薬液を用いたウェットエッチングプロセスと、気体をプラズマによりイオン化、ラジカル化してエッチングを行うドライエッチングプロセスとの2通りに大別される。   In forming trenches and vias in a silicon substrate, it is necessary to etch the silicon substrate to a depth on the order of several μm to several hundred μm. Etching methods for forming trenches and vias include wet etching processes using highly reactive chemicals such as TMAH (tetramethylammonium hydroxide) and KOH (potassium hydroxide), and ionizing gas with plasma. The dry etching process is roughly divided into radicals and etching.

ウェットエッチングプロセスは、一度に多くのウエハもしくはチップをエッチングするバッチ処理が可能であるため、スループットが高い。しかし、エッチングされる方向がシリコンの結晶方位に依存するため、素子の微細化が困難であるという欠点がある。例えば、表面の結晶方位が<100>面のシリコン基板をTMAHでウェットエッチングを行うと、トレンチやビアの内壁は角度が約55°の順テーパとなることが知られている。トレンチやビアの内壁がテーパになると、その間隔を狭めることができず、結果的にLSIの小型化、微細化ができないという問題が発生する。   The wet etching process has a high throughput because batch processing for etching many wafers or chips at a time is possible. However, since the etching direction depends on the crystal orientation of silicon, there is a drawback that it is difficult to miniaturize the element. For example, it is known that when a silicon substrate having a surface crystal orientation of <100> is wet-etched with TMAH, the inner walls of trenches and vias are forward tapered with an angle of about 55 °. When the inner wall of the trench or via becomes tapered, the interval cannot be reduced, resulting in a problem that the LSI cannot be miniaturized or miniaturized.

一方、ドライエッチングプロセスでは、ウエハを1枚ずつエッチングする枚葉処理となるものの、シリコンの結晶方位にほとんど依存することなくエッチングを行うことができる。また、ドライエッチングプロセスでは、処理条件を適宜に設定することにより、トレンチやビアの内壁を順テーパや逆テーパあるいは垂直にするなど、その形状を自在に変化させることができる。   On the other hand, the dry etching process is a single wafer process for etching wafers one by one, but etching can be performed with little dependence on the crystal orientation of silicon. Further, in the dry etching process, by appropriately setting processing conditions, the shape of the inner wall of the trench or via can be freely changed, such as forward taper, reverse taper, or vertical.

このようなドライエッチングプロセスでトレンチやビアを形成する主な方法には、誘導結合型プラズマ(Inductively Coupled Plasma:ICP)を用いた反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching:RIE)プロセスがあり、その一つにシリコン基板を深掘りすることができる方法として、ボッシュプロセスと呼ばれる方法がある。   As a main method of forming trenches and vias by such a dry etching process, there is a reactive ion etching (RIE) process using inductively coupled plasma (ICP). In particular, there is a method called a Bosch process as a method for deeply digging a silicon substrate.

反応性イオンエッチングプロセスは、イオンとラジカルによってエッチングを行う方法であり、異方性エッチングや微細な加工に適している。そのなかでボッシュプロセスは、SF6ガス等のエッチングガスを用いて穴を形成するプラズマエッチングの工程と、C4F8ガス等の堆積ガスを用いてフロロカーボン系ポリマーを保護膜として穴の内壁面に堆積させるプラズマデポジションの工程を交互に繰り返すプロセス(交番プロセス)により穴を掘り進めていく方法であり、数百μm程度の深さのトレンチやビアを形成する加工に適している。   The reactive ion etching process is a method of performing etching with ions and radicals, and is suitable for anisotropic etching and fine processing. Among them, the Bosch process is a plasma etching process in which holes are formed using an etching gas such as SF6 gas, and a plasma in which a fluorocarbon polymer is deposited as a protective film on the inner wall surface of the holes using a deposition gas such as C4F8 gas. This is a method of digging holes by a process of alternating deposition steps (alternating process), and is suitable for forming trenches and vias with a depth of about several hundreds of μm.

特開2007-311584号公報JP 2007-311584 A 国際公開第2008/75715号International Publication No. 2008/75715

ボッシュプロセスでは、保護膜の堆積、底面保護膜の除去、等方性エッチングを1周期としたプロセスを複数周期繰り返すことで擬似的にシリコンの異方性エッチングを行う。このため、トレンチやビアの内壁にはスキャロップと呼ばれる微小な凹凸が形成される。トレンチやビアの内壁に形成されたスキャロップは電界集中の原因となるため、半導体装置の信頼性が低下する。また、ボッシュプロセスを用いて形成したトレンチやビアにCVD法などを用いてシリコンやメタルを埋め込む場合、スキャロップのエッジが核となり、局所的に膜が成長してしまうため、均一な膜の成長が望めない。   In the Bosch process, anisotropic etching of silicon is performed in a pseudo manner by repeating a process in which a protective film is deposited, a bottom protective film is removed, and an isotropic etching is performed in one cycle. For this reason, minute irregularities called scallops are formed on the inner walls of the trenches and vias. Since scallops formed on the inner walls of trenches and vias cause electric field concentration, the reliability of the semiconductor device is lowered. In addition, when silicon or metal is buried in trenches or vias formed using the Bosch process using CVD or the like, the scallop edge serves as the nucleus, and the film grows locally, so uniform film growth is possible. I can't hope.

一方、交番プロセスではない反応性イオンエッチングプロセスでは、トレンチやビアの内壁にスキャロップは形成されないものの、レジストをマスクとして用いた場合に該マスク材料に対する選択比を高くすることができないため、数十μm以上の深さ寸法を持つトレンチやビアを形成するエッチングが困難である。   On the other hand, in reactive ion etching processes that are not alternating processes, scallops are not formed on the inner walls of trenches and vias, but when resist is used as a mask, the selectivity to the mask material cannot be increased, so several tens of μm Etching to form trenches and vias having the above depth is difficult.

本発明は、シリコン基板を深掘りして縦穴を形成する場合でもその縦穴の内壁を平坦化することができる半導体装置の製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of flattening an inner wall of a vertical hole even when a vertical hole is formed by deeply digging a silicon substrate.

上記課題を解決するために成された本発明は、エッチングガスを用いた反応性イオンエッチングプロセスによりシリコン基板に縦穴構造または柱構造を形成する、半導体装置の製造方法であって、
a)シリコン基板をプラズマエッチングする工程と、エッチングされた部分の側壁に保護膜を堆積させる工程を交互に繰り返すことにより、前記シリコン基板に前記縦穴構造または柱構造を形成する第1工程と、
b) Fガスを含むエッチングガスを用いて前記縦穴構造または柱構造の側壁をエッチングすることにより、該側壁を平坦化する第2工程と
から成ることを特徴とする。
上述した第1工程はいわゆるボッシュプロセスと呼ばれるプロセスであり、交番プロセスによりシリコン基板を掘り進めていくプロセスである。第1工程のシリコン基板をプラズマエッチングする工程で縦穴構造を形成する場合は、該縦穴構造の内側の側壁に保護膜が堆積される。また、柱構造を形成する場合は、該柱構造の外側の側壁に保護膜が堆積されることになる。すなわち、いずれの場合もエッチングされた部分の側壁に保護膜が堆積される。
The present invention made to solve the above problems is a method for manufacturing a semiconductor device, wherein a vertical hole structure or a column structure is formed in a silicon substrate by a reactive ion etching process using an etching gas,
a) a first step of forming the vertical hole structure or the column structure in the silicon substrate by alternately repeating a step of plasma etching the silicon substrate and a step of depositing a protective film on the sidewall of the etched portion;
and b) a second step of flattening the side wall of the vertical hole structure or the columnar structure by etching using the etching gas containing F 2 gas.
The first step described above is a so-called Bosch process, which is a process of digging a silicon substrate by an alternating process. In the case where the vertical hole structure is formed in the step of plasma etching the silicon substrate in the first step, a protective film is deposited on the inner sidewall of the vertical hole structure. Further, when forming a column structure, a protective film is deposited on the outer side wall of the column structure. That is, in any case, a protective film is deposited on the side wall of the etched portion.

上記製造方法においては、前記第2工程で用いるエッチングガスが、希ガスで希釈したFガスであることが好ましく、特にHeガスで希釈したFガスを用いることが好ましい。 In the above manufacturing method, the etching gas used in the second step is preferably F 2 gas diluted with a rare gas, and particularly preferably F 2 gas diluted with He gas.

本発明に係る半導体装置の製造方法は、交番プロセスにより基板を掘り進めていくボッシュプロセスと交番プロセスではない反応性イオンエッチングプロセスの両方を組み合わせたものであり、これにより、シリコン基板の深掘りを実現させながらシリコン基板に形成される縦穴構造や柱構造の側壁を平坦化することができる。   The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention combines both a Bosch process for digging a substrate by an alternating process and a reactive ion etching process that is not an alternating process, thereby enabling deep digging of a silicon substrate. The side wall of the vertical hole structure or the column structure formed in the silicon substrate can be flattened while being realized.

本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法の第1工程の工程図。FIG. 6 is a process diagram of a first process of a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 第1工程により得られたトレンチまたはビアの概略的な断面図。The schematic sectional drawing of the trench or via | veer obtained by the 1st process. 第2工程でスキャロップが削られる様子を説明する図。The figure explaining a mode that a scallop is shaved at the 2nd process. 第2工程により得られたトレンチまたはビアの概略的な断面図。The schematic sectional drawing of the trench or via | veer obtained by the 2nd process. 第1工程で得られたトレンチの構造を示す画像。The image which shows the structure of the trench obtained at the 1st process. 第2工程の具体例1のトレンチの構造を示す画像。The image which shows the structure of the trench of the specific example 1 of a 2nd process. 第2工程の具体例2のトレンチの構造を示す画像。The image which shows the structure of the trench of the specific example 2 of a 2nd process. 第2工程の具体例3のトレンチの構造を示す画像。The image which shows the structure of the trench of the specific example 3 of a 2nd process. 第2工程の具体例4のトレンチの構造を示す画像。The image which shows the structure of the trench of the specific example 4 of a 2nd process.

以下、本発明に係る半導体装置の製造方法の実施形態について図面を用いて説明する。以下では、シリコン基板を掘り進めることにより縦穴構造であるトレンチまたはビアをシリコン基板に形成する例について説明するが、シリコン基板に柱構造を形成する方法にも適用可能である。
本実施形態の半導体装置の製造方法は大きく分けて、シリコン基板にトレンチまたはビアを形成する第1工程と、シリコン基板に形成されたトレンチまたはビアの内壁を平坦化する第2工程からなる。
Hereinafter, embodiments of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the following, an example in which trenches or vias having a vertical hole structure are formed in a silicon substrate by digging the silicon substrate will be described, but the present invention can also be applied to a method of forming a column structure in a silicon substrate.
The manufacturing method of the semiconductor device of this embodiment is roughly divided into a first step of forming a trench or a via in a silicon substrate and a second step of flattening the inner wall of the trench or via formed in the silicon substrate.

図1は、第1工程の工程図である。第1工程は、ボッシュプロセスと呼ばれるドライエッチングプロセスからなる。第1工程では、パターニングされたマスク101を有するシリコン基板102をエッチングガスにより等方性エッチングする。これにより、マスク101から露出した部分がエッチングされる(図1(a))。
次に、エッチングされた部分に保護膜103を形成する(図1(b))。
続いて、エッチングされた部分の底面の保護膜103のみエッチングし、その部分のシリコン基板102をエッチングガス中に露出させる(図1(c))。
その後、シリコン基板102を再度等方性エッチングする(図1(d))。これにより、シリコン基板102に縦穴100が形成される。
FIG. 1 is a process diagram of the first process. The first step consists of a dry etching process called a Bosch process. In the first step, the silicon substrate 102 having the patterned mask 101 is isotropically etched with an etching gas. Thereby, the part exposed from the mask 101 is etched (FIG. 1A).
Next, a protective film 103 is formed on the etched portion (FIG. 1B).
Subsequently, only the protective film 103 on the bottom surface of the etched portion is etched, and the silicon substrate 102 in that portion is exposed in the etching gas (FIG. 1C).
Thereafter, the silicon substrate 102 is isotropically etched again (FIG. 1D). Thereby, the vertical hole 100 is formed in the silicon substrate 102.

第1工程では、図1(b)から図1(d)に示す工程を1周期としたプロセスを複数周期繰り返すことにより、縦穴100が徐々に深くなり、その結果、トレンチやビアがシリコン基板に形成される。第1工程(ボッシュプロセス)において形成されるトレンチもしくはビアの断面模式図を図2に示す。
第1工程では、保護膜の堆積、底面の保護膜除去、そして等方性エッチングを1周期としたプロセスを複数周期繰り返すことにより、シリコンの異方性エッチングを擬似的に行うものであるため、トレンチやビアの内壁にはスキャロップ202と呼ばれる微小な凹凸が形成される。
In the first step, the vertical hole 100 is gradually deepened by repeating the process shown in FIG. 1B to FIG. 1D for a plurality of cycles, so that the trenches and vias are formed in the silicon substrate. It is formed. FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of the trench or via formed in the first step (Bosch process).
In the first step, the anisotropic etching of silicon is performed in a pseudo manner by repeating the process of depositing the protective film, removing the protective film on the bottom surface, and isotropic etching for a plurality of periods. Small irregularities called scallops 202 are formed on the inner walls of the trenches and vias.

図3は、第2工程の工程図である。第2工程では、誘導結合型プラズマを用いた、交番プロセスではない反応性イオンエッチングプロセスを使用して、フッ素ガスを含むエッチングガスを用いたエッチングを行う。   FIG. 3 is a process diagram of the second process. In the second step, etching using an etching gas containing fluorine gas is performed using a reactive ion etching process using inductively coupled plasma, which is not an alternating process.

誘導結合型プラズマを用いた反応性イオンエッチング装置では、低圧でプラズマが形成できる。低い圧力では、エッチング分子の平均自由行程が長くなるため、エッチングガス分子が微細パターンの奥まで到達でき、マスク101の開口径に対してシリコン基板102の異方性エッチングが可能となる。このため、トレンチやビアの側壁のスキャロップが削り取られ、図4に示すような、スキャロップのないトレンチまたはビアを有するシリコン基板102が得られる。また、トレンチやビアの開口部401の角や底部402の隅が丸くなる。また、本実施形態に係る製造方法によりトレンチやビアの開口部401の角を丸くしたりスキャロップを削り取ったりすることができるので、作製したデバイスが電界集中により破壊されることを防ぐことができ、また、シリコン基板に形成した縦穴構造の内壁に絶縁膜を均一に成膜したりメタルを均一に埋め込むことができる。
このように、本実施形態に係る製造方法は、ボッシュプロセスと交番プロセスではない反応性イオンエッチングプロセスを組み合わせてエッチングを行う点に特徴を有する。
In a reactive ion etching apparatus using inductively coupled plasma, plasma can be formed at a low pressure. At a low pressure, the mean free path of etching molecules becomes long, so that etching gas molecules can reach the back of the fine pattern, and anisotropic etching of the silicon substrate 102 with respect to the opening diameter of the mask 101 becomes possible. For this reason, the scallops on the sidewalls of the trenches and vias are scraped off, and a silicon substrate 102 having trenches or vias without scallops as shown in FIG. 4 is obtained. Further, the corners of the opening 401 and the bottom 402 of the trench and via are rounded. In addition, the manufacturing method according to the present embodiment can round the corners of the trench or via opening 401 or scrape the scallop, so that the manufactured device can be prevented from being destroyed by electric field concentration. In addition, an insulating film can be uniformly formed on the inner wall of the vertical hole structure formed in the silicon substrate, or metal can be uniformly embedded.
As described above, the manufacturing method according to the present embodiment is characterized in that etching is performed by combining a Bosch process and a reactive ion etching process that is not an alternating process.

なお、本実施形態に係る製造方法においては、トレンチやビアのスキャロップを取るためだけであればエッチングマスクの材質は問わない。一方、スキャロップを取ることに加えて、トレンチやビアの開口部401の角(かど)を丸くするためには、ボッシュプロセスにおいては耐性があり、且つ、誘導結合型プラズマを用いた反応性イオンエッチングプロセスにおけるエッチングによってマスクが除去されてしまう程度の耐性と厚さを持つマスク材を用いる必要がある。このようなマスク材としてはレジストマスクが挙げられる。 次に、具体的な実施例について説明する。   In the manufacturing method according to the present embodiment, the material of the etching mask is not limited as long as it is only for removing scallops of trenches and vias. On the other hand, in addition to removing the scallop, in order to round the corner of the opening 401 of the trench or via, it is resistant in the Bosch process and is reactive ion etching using inductively coupled plasma. It is necessary to use a mask material having such resistance and thickness that the mask is removed by etching in the process. An example of such a mask material is a resist mask. Next, specific examples will be described.

[レジストマスクの作製]
基板として、2cm角、厚さ525μmのシリコン基板を用意した。レジスト(商品名:スミレジストPFI-38、住友化学株式会社製)の塗布は、スピンコーターを用いて、3200rpmで20secの条件で行った。その後、90℃、60secのプリベークを行い、ラインアンドスペースパターンのレチクル(フォトマスク)を用いて、ステッパにて2300J/m、0.2μmの条件で露光した。次いで、110℃、60secの条件で露光後ベーク(Post Exposure Bake:PEB)を行い、NMD−W(2.38%テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド、東京応化工業株式会社製)を用いて60sec現像し、超純水で2minリンスした。その後、120℃、5minポストベークを行った。
[Preparation of resist mask]
As a substrate, a 2 cm square silicon substrate having a thickness of 525 μm was prepared. Application of the resist (trade name: Sumiresist PFI-38, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) was performed using a spin coater at 3200 rpm for 20 sec. Thereafter, prebaking was performed at 90 ° C. for 60 seconds, and exposure was performed using a line and space pattern reticle (photomask) with a stepper at 2300 J / m 2 and 0.2 μm. Next, post exposure bake (PEB) is performed at 110 ° C. for 60 seconds, and development is performed for 60 seconds using NMD-W (2.38% tetramethylammonium hydroxide, manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.). Rinse with water for 2 min. Then, 120 degreeC and 5 minute post-baking were performed.

[トレンチの作製]
上述のレジストマスクを形成したシリコン基板に対して誘導結合型プラズマを用いた反応性イオンエッチング装置(製品名:RIE-800iPB、サムコ株式会社製)によりボッシュプロセスによるエッチングを行い、(1)保護膜の堆積、(2)底面保護膜の除去、(3)エッチングの3工程1周期として合計80周期行った。各工程の条件は次の通りである。
(1)保護膜の堆積
ICP=600W、BIAS=10W、APC=100%、C4F8=50sccm、O2=5sccm、Ar=100sccm
(2)底面保護膜の除去
ICP=600W、BIAS=100W、APC=100%、SF6=100sccm、O2=5sccm、Ar=100sccm
(3)エッチング
ICP=600W、BIAS=100W、APC=100%、SF6=100sccm、O2=5sccm、Ar=100sccm
[Production of trench]
Etching by a Bosch process using a reactive ion etching apparatus (product name: RIE-800iPB, manufactured by Samco Co., Ltd.) using inductively coupled plasma to the silicon substrate on which the resist mask is formed. (1) Protective film A total of 80 cycles were performed as one cycle of three steps of deposition of (2) removal of the bottom protective film and (3) etching. The conditions for each step are as follows.
(1) Deposition of protective film ICP = 600W, BIAS = 10W, APC = 100%, C4F8 = 50 sccm, O2 = 5 sccm, Ar = 100 sccm
(2) Removal of bottom protective film ICP = 600 W, BIAS = 100 W, APC = 100%, SF6 = 100 sccm, O 2 = 5 sccm, Ar = 100 sccm
(3) Etching ICP = 600 W, BIAS = 100 W, APC = 100%, SF6 = 100 sccm, O 2 = 5 sccm, Ar = 100 sccm

上記条件で得られたトレンチの構造を図5に示す。   The trench structure obtained under the above conditions is shown in FIG.

次に、上記ボッシュプロセスによって得られたトレンチに誘導結合型プラズマを用いた反応性イオンエッチング装置(製品名:RIE-101iPH、サムコ株式会社製)によりフッ素ガスを用いた第2工程のプロセスを20分間行った。その具体例1〜4を以下に示す。
(具体例1)
第2工程のプロセスの条件は次の通りである。
ICP=100W、BIAS=100W、Process Pressure=0.5Pa、F/He=20sccm。
なお、上記のF/He(エッチングガス)は、HeとFが9:1の割合で混合されたガスである。以下の具体例2〜4も同様である。
上記条件で得られたトレンチの構造を図6に示す。
Next, a second process using fluorine gas is performed with a reactive ion etching apparatus (product name: RIE-101iPH, manufactured by Samco Corporation) using inductively coupled plasma in the trench obtained by the Bosch process. Went for a minute. Specific examples 1 to 4 are shown below.
(Specific example 1)
The process conditions for the second step are as follows.
ICP = 100 W, BIAS = 100 W, Process Pressure = 0.5 Pa, F 2 / He = 20 sccm.
The above F 2 / He (etching gas) is a gas in which He and F 2 are mixed at a ratio of 9: 1. The following specific examples 2 to 4 are the same.
The structure of the trench obtained under the above conditions is shown in FIG.

図5と図6の比較から、ボッシュプロセスにより形成されたトレンチの開口部近傍で多く見られていたスキャロップ(内壁部の凹凸)は第2工程の反応性イオンエッチングプロセスで削減され、かつ、トレンチの開口部の先端形状が丸くなっていることが分かる。   From the comparison between FIG. 5 and FIG. 6, scallops (unevenness on the inner wall) that are often seen near the opening of the trench formed by the Bosch process are reduced by the reactive ion etching process of the second step, and the trench It can be seen that the tip shape of the opening is rounded.

(具体例2)
第2工程のプロセスの条件は次の通りである。
ICP=200W、BIAS=100W、Process Pressure=0.5Pa、F/He=20sccm。
上記条件で得られたトレンチの構造を図7に示す。
(Specific example 2)
The process conditions for the second step are as follows.
ICP = 200 W, BIAS = 100 W, Process Pressure = 0.5 Pa, F 2 / He = 20 sccm.
The trench structure obtained under the above conditions is shown in FIG.

図5〜図7の比較から、この具体例2においては、ボッシュプロセスにより形成されたトレンチの開口部近傍で多く見られていたスキャロップが削減されたことが分かる。
一方、トレンチの開口部は丸みのない山型になっていた。また、トレンチの底部ではボッシュプロセス時には丸みを帯びていた形状が消失し、多角形状に変化していた。
以上より、反応性イオンエッチングプロセス後のトレンチの深さ寸法と開口径は、具体例1の場合と比較して大きな違いはないが、反応性イオンエッチングのプロセス条件をわずかに変えるだけで、開口部の先端形状と底部の形状を制御できることが分かる。
From FIG. 5 to FIG. 7, it can be seen that in this second specific example, the scallop that was often seen near the opening of the trench formed by the Bosch process was reduced.
On the other hand, the opening of the trench had a mountain shape without roundness. In addition, the rounded shape disappeared at the bottom of the trench during the Bosch process and changed to a polygonal shape.
From the above, the depth and opening diameter of the trench after the reactive ion etching process are not significantly different from those in the case of the specific example 1, but the opening is made by slightly changing the process conditions of the reactive ion etching. It can be seen that the tip shape and bottom shape of the part can be controlled.

(具体例3)
第2工程のプロセスの条件は次の通りである。
ICP=100W、BIAS=100W、Process Pressure=4.0Pa、F/He=20sccm。
上記条件で得られたトレンチの構造を図8に示す。
(Specific example 3)
The process conditions for the second step are as follows.
ICP = 100 W, BIAS = 100 W, Process Pressure = 4.0 Pa, F 2 / He = 20 sccm.
The structure of the trench obtained under the above conditions is shown in FIG.

図6及び図7と図8の比較から、Process Pressureを上げることで、エッチング深さ寸法と開口径が大きくなることが分かる。また、開口部の形状は丸みの無い鋭角な山型になっていることが確認できる。加えて、具体例2と同様に、トレンチの底部の形状が多角形状に変化していた。つまり、トレンチの底部形状については、ICP電力を大きくした具体例2とProcess Pressureを大きくした具体例3で同様の現象が得られた。   From comparison between FIG. 6 and FIG. 7 and FIG. 8, it is understood that the etching depth and the opening diameter are increased by increasing Process Pressure. Moreover, it can confirm that the shape of an opening part is an acute angle mountain shape without roundness. In addition, like the specific example 2, the shape of the bottom of the trench has changed to a polygonal shape. That is, with respect to the shape of the bottom of the trench, the same phenomenon was obtained in Specific Example 2 in which ICP power was increased and Specific Example 3 in which Process Pressure was increased.

(具体例4)
第2工程のプロセスの条件は次の通りである。
ICP=100W、BIAS=100W、Process Pressure=0.5Pa、F/He=19sccm、O=1sccmの条件で20minエッチングを行った。
上記条件で得られたトレンチの構造を図9に示す。
これより、エッチング深さ寸法と開口径は若干大きくなることがわかる。また、エッチングの形状は、底部はボッシュプロセス終了時と大きな違いは見られないが、開口部は角が落とされ、わずかに丸みを帯びていることが確認できる。
(Specific example 4)
The process conditions for the second step are as follows.
Etching was performed for 20 min under the conditions of ICP = 100 W, BIAS = 100 W, Process Pressure = 0.5 Pa, F 2 / He = 19 sccm, and O 2 = 1 sccm.
The structure of the trench obtained under the above conditions is shown in FIG.
From this, it can be seen that the etching depth dimension and the opening diameter are slightly increased. In addition, the etching shape is not significantly different from that at the end of the Bosch process at the bottom, but it can be confirmed that the opening is rounded and slightly rounded.

このように、本実施例に係る半導体装置の製造方法によれば、第1工程でシリコン基板を深く掘り進めてトレンチやビアを形成し、このときトレンチやビアの内壁にできたスキャロップを第2工程で削り取ることができるため、内壁が平坦なトレンチやビアを有する半導体装置を製造することができる。   As described above, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, the silicon substrate is deeply dug in the first step to form trenches and vias. At this time, the scallops formed on the inner walls of the trenches and vias are Since it can be scraped off in the process, a semiconductor device having trenches and vias with flat inner walls can be manufactured.

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではない。例えば、上述の各実施例では、エッチング条件やトレンチの深さ寸法、開口径など具体的な種々の数値を挙げているが、いずれも上記した数値に限定されず、目的に応じて自由に選択することが可能である。   In addition, this invention is not limited to an above-described Example. For example, in each of the above-described embodiments, various specific numerical values such as etching conditions, trench depth dimensions, opening diameters, and the like are listed, but all are not limited to the above numerical values, and can be freely selected according to the purpose Is possible.

100…縦穴
102…シリコン基板
103…保護膜
202…スキャロップ
100 ... Vertical hole 102 ... Silicon substrate 103 ... Protective film 202 ... Scallop

Claims (3)

エッチングガスを用いた反応性イオンエッチングプロセスによりシリコン基板に縦穴構造または柱構造を形成する、半導体装置の製造方法において、
a)シリコン基板をプラズマエッチングする工程と、エッチングされた部分の側壁に保護膜を堆積させる工程を交互に繰り返すことにより、前記シリコン基板に前記縦穴構造または柱構造を形成する第1工程と、
b) Fガスを含むエッチングガスを用いて前記縦穴構造または柱構造の側壁をエッチングすることにより、該側壁を平坦化する第2工程と
から成ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
In a method for manufacturing a semiconductor device, a vertical hole structure or a column structure is formed in a silicon substrate by a reactive ion etching process using an etching gas.
a) a first step of forming the vertical hole structure or the column structure in the silicon substrate by alternately repeating a step of plasma etching the silicon substrate and a step of depositing a protective film on the sidewall of the etched portion;
and b) a second step of flattening the side wall of the vertical hole structure or the columnar structure using an etching gas containing F 2 gas to flatten the side wall.
前記第2工程で用いるエッチングガスが、希ガスで希釈したFガスである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。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the etching gas used in the second step is F 2 gas diluted with a rare gas. 前記希ガスが、Heガスであることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the rare gas is He gas.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9446938B2 (en) 2013-05-09 2016-09-20 Denso Corporation SOI substrate, physical quantity sensor, SOI substrate manufacturing method, and physical quantity sensor manufacturing method
CN106356330A (en) * 2015-07-17 2017-01-25 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 Forming method of semiconductor structure
US9892969B2 (en) 2016-05-11 2018-02-13 Semiconductor Components Industries, Llc Process of forming an electronic device
JP2018507547A (en) * 2015-01-19 2018-03-15 オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングOsram Opto Semiconductors GmbH Manufacturing method of semiconductor chip and semiconductor chip
WO2020090930A1 (en) 2018-10-31 2020-05-07 浜松ホトニクス株式会社 Method for manufacturing semiconductor substrate, method for manufacturing damascene wiring structure, semiconductor substrate, and damascene wiring structure
CN114229787A (en) * 2022-02-23 2022-03-25 绍兴中芯集成电路制造股份有限公司 Method and structure for improving defect of silicon column of deep silicon etching wafer and semiconductor device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007311584A (en) * 2006-05-19 2007-11-29 Sanyo Electric Co Ltd Mmethod for manufacturing semiconductor device
JP2008034508A (en) * 2006-07-27 2008-02-14 Sanyo Electric Co Ltd Semiconductor device and its manufacturing method
JP2009141307A (en) * 2007-11-15 2009-06-25 Fuji Electric Device Technology Co Ltd Method of manufacturing semiconductor device
JP2011238935A (en) * 2004-07-02 2011-11-24 Ulvac Japan Ltd Etching method and apparatus

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011238935A (en) * 2004-07-02 2011-11-24 Ulvac Japan Ltd Etching method and apparatus
JP2007311584A (en) * 2006-05-19 2007-11-29 Sanyo Electric Co Ltd Mmethod for manufacturing semiconductor device
JP2008034508A (en) * 2006-07-27 2008-02-14 Sanyo Electric Co Ltd Semiconductor device and its manufacturing method
JP2009141307A (en) * 2007-11-15 2009-06-25 Fuji Electric Device Technology Co Ltd Method of manufacturing semiconductor device

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9446938B2 (en) 2013-05-09 2016-09-20 Denso Corporation SOI substrate, physical quantity sensor, SOI substrate manufacturing method, and physical quantity sensor manufacturing method
JP2018507547A (en) * 2015-01-19 2018-03-15 オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングOsram Opto Semiconductors GmbH Manufacturing method of semiconductor chip and semiconductor chip
US10629486B2 (en) 2015-01-19 2020-04-21 Osram Oled Gmbh Method for producing a plurality of semiconductor chips and semiconductor chip
CN106356330A (en) * 2015-07-17 2017-01-25 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 Forming method of semiconductor structure
CN106356330B (en) * 2015-07-17 2019-03-29 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 The forming method of semiconductor structure
US9892969B2 (en) 2016-05-11 2018-02-13 Semiconductor Components Industries, Llc Process of forming an electronic device
WO2020090930A1 (en) 2018-10-31 2020-05-07 浜松ホトニクス株式会社 Method for manufacturing semiconductor substrate, method for manufacturing damascene wiring structure, semiconductor substrate, and damascene wiring structure
KR20210084523A (en) 2018-10-31 2021-07-07 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤 A method for manufacturing a semiconductor substrate, a method for manufacturing a damascene wiring structure, a semiconductor substrate, and a damascene wiring structure
CN114229787A (en) * 2022-02-23 2022-03-25 绍兴中芯集成电路制造股份有限公司 Method and structure for improving defect of silicon column of deep silicon etching wafer and semiconductor device
CN114229787B (en) * 2022-02-23 2022-07-08 绍兴中芯集成电路制造股份有限公司 Method and structure for improving defect of silicon column of deep silicon etching wafer and semiconductor device

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