JPH0562868A - エツチングモニタ付き基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 外部から確認できない部位のエッチングに際
しても、現に進行しつつある実際のエッチングの進行状
況を視覚により正確に把握できるようにする。 【構成】 半導体基板１の一の面に、基板１のエッチン
グ対象部位と同質またはエッチング速度の比が判明して
いる物質からなるモニタ層３および透明な耐エッチング
性の保護層４を外部から観察可能に積層させ、かつモニ
タ層３の少なくとも１端面３ａを保護層４から露出させ
る。モニタ層３はエッチング対象部位のエッチング速度
に応じてエッチングされるから、モニタ層３のエッチン
グ量を観察してエチング対象部位のエッチング進行状況
を把握できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置などを製造
する際のエッチング深さなどを目視可能にしたエッチン
グモニタを備えた基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば半導体装置を製造する際、種々の
エッチングプロセスは不可欠であり、従来、エッチング
量は次のようにして制御している。まず、図５（ａ）は
（１００）Ｓｉ半導体基板１をフッ酸と硝酸との混合溶
液を用いて所望の深さだけエッチングした場合を示し、
同図（ｂ）は同基板を水酸化カリウム水溶液等の塩基性
溶液を用いて横方向にエッチングした場合の例を示す。
図中、２はエッチング液に対して耐性を有するマスク材
である。このような場合、エッチング深さの確認は、一
般にはエッチング終了後に、段差測定器等を用いてマス
ク材２を含めた段差ｄを測定することにより行われてい
る。

【０００３】一方、図２に示すように（１００）Ｓｉ半
導体基板１中に形成された深溝（トレンチ）１Ａの側壁
を、塩基性エッチング液を用いて横方向にｄだけエッチ
ングすることが必要なこともあるが、この場合は基板１
の表面よりエッチング形状を確認することができない。
このため、予めそのエッチング速度を測定しておき、こ
れに基づいてエッチング時間からエッチング形状を推定
する方法が用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来例のうち前者は、エッチングの進行中においてそ
の深さを測定することができない。またマスク材２の厚
みを含めて測定するために、マスク材２の厚みの変化分
の影響により測定値が信頼性を欠く。さらにトレンチを
形成する場合のように、溝のアスペクト比（縦横比）の
大きなエッチングについては一般に段差測定が不可能で
あるという問題もあった。

【０００５】また後者では、エッチング中におけるエッ
チング液の組成の変化や微妙な撹拌の具合、あるいは温
度変化等の影響によってエッチング速度が変化しやすい
場合、エッチング時間を合わせても、実際の加工の形状
には大きなばらつきが生じ、またエッチング中にこれを
確認することが困難であるという問題があった。

【０００６】本発明の目的は、外部から確認できない部
位のエッチングに際しても、現に進行しつつある実際の
エッチングの状況を視覚により正確に把握できるように
するエッチングモニタ付き基板を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】一実施例を示す図１に対
応付けて説明すると、本発明のエッチングモニタ付き基
板は、基板１のエッチング対象部位を構成する物質と同
質、またはその物質と異質であるが両者のエッチング速
度の比が既知の物質からなるモニタ層３を基板１の一の
面に形成するとともに、このモニタ層３を透明な耐エッ
チング性の保護層４で覆い、モニタ層３の少なくとも１
端面３ａを保護層４から露出させたものである。

【０００８】

【作用】基板１のエッチング対象部位をエッチングする
とき、保護層４から露出した端面３ａよりモニタ層３が
横方向にエッチングされる。その進行状況を透明な保護
層４を透して見ることで、相対的にエッチング部位の実
際のエッチングの進行状況を知ることができる。なお、
本発明の構成を説明する上記課題を解決するための手段
と作用の項では、本発明を分かり易くするために実施例
の図を用いたが、これにより本発明が実施例に限定され
るものではない。

【０００９】

【実施例】図１〜図３により本発明の一実施例を説明す
る。図１は（１００）Ｓｉ半導体基板１の内部をエッチ
ングしてＳＯＩ構造を作るプロセスなどに用いて好適な
エッチングモニタの構成例を示したもので、同図（ａ）
は平面図、同図（ｂ）はそのｂ−ｂ断面図である。次に
その形成方法を説明する。

【００１０】上記プロセスにおいてエッチング対象物と
なる半導体基板１の不必要な領域、つまり素子形成領域
以外の例えばスクライブライン上などに、ポリＳｉ層を
数１０００Åの厚みに形成した後、このポリＳｉ層をフ
ォトエッチング法を用いて幅数μｍ、長さ数１０μｍ程
度の帯状に加工して、モニタ層となるポリＳｉ膜３を形
成する。この時、ポリＳｉ膜３にはＰあるいはＮ形の不
純物を拡散させておいてもよいし、また加工後熱処理を
行っておいてもよい。

【００１１】次いで保護層となるＰＳＧ膜４をＣＶＤ法
等により形成し、その一部をフォトエッチングにより除
去してポリＳｉ膜３の一方の短辺３ａを露出させる。こ
の時、フォトエッチングによりこの保護層たるＰＳＧ膜
４の表面に目盛５を刻んでおいてもよい。

【００１２】図１にはモニタの部分しか示していない
が、今、この半導体基板１の素子形成領域には図２に示
したようにトレンチ１Ａが形成されており、その側壁よ
り内部に向かって所定の深さだけ、塩基性エッチング液
によりエッチング加工を施すものとする。上記ＰＳＧ膜
４はこのエッチング液に耐性を有する。またこの場合、
トレンチ１Ａの側壁に垂直、つまり半導体基板１の表面
（主面）に平行に横方向にエッチングするのであるか
ら、その方向は（１１０）となる。

【００１３】そこで実際にエッチングを行うに際して
は、予め（１１０）ＳｉとポリＳｉ膜３とに対する上記
塩基性エッチング液のエッチング速度の比を同一の条件
において測定しておく。これにより、トレンチ１Ａの内
部でその側壁から横方向に進行するエッチングの深さ
を、半導体基板１の表面に配置されたポリＳｉ膜３の短
辺３ａから進行するエッチングの状況を光学顕微鏡など
で観察して知ることができる。すなわち、ＰＳＧ膜４か
ら露出させた短辺３ａ側よりポリＳｉ膜３がどれだけ除
去されたかを基板表面からＰＳＧ膜４を透して測定し、
そのエッチング量からトレンチ１Ａの内部横方向のエッ
チングの進行状況を把握できる。

【００１４】この方法は、トレンチ１Ａの側壁で進行す
るエッチングの深さ自体を直接測定するものではなく、
半導体基板表面のポリＳｉ膜３のエッチング量をスケ−
ルとして相対的に測定するものではあるが、同じエッチ
ング液により同じ条件下で同時にエッチングが進行し、
エッチング液の組成や温度などの条件のばらつきの影響
は全く同じように受けるため、精度の良い測定が可能で
ある。

【００１５】また、ポリＳｉ膜３の長さの変化が基板表
面からの観察のみで知れるため、エッチング操作を中断
することなく、現に進行しつつあるエッチングの状況を
把握できる。この場合、目盛５に、（１１０）Ｓｉのエ
ッチング深さに対応した数値を刻んでおけば、さらにエ
ッチング量の把握が容易となる。

【００１６】以上、図２に示したようなエッチングを行
う場合について説明したが、本実施例のエッチングモニ
タは図３に示すような基板構造の場合に適用しても同様
に有効である。図３の基板構造は例えばＮＰＮ形の縦形
バイポ−ラトランジスタに用いられるもので、（１０
０）Ｓｉ半導体基板１の上にＮ形不純物高濃度埋込層６
が形成され、その上にさらにＮ形のエピタキシャル層７
が形成されている。

【００１７】ここで、埋込層６まで到達する深さのトレ
ンチ８を形成し、その側壁からこの埋込層６のみを所望
の深さだけ横方向に選択エッチングするものとする。エ
ッチング液としてはフッ酸、硝酸、酢酸を１：３：８の
容量比で混合した溶液を用いる。

【００１８】この場合、表面に形成するモニタ用のポリ
Ｓｉ膜３にはＮ形高濃度不純物をド−ピングしておき、
予めこのポリＳｉ膜３と埋込層６とに対する上記エッチ
ング液のエッチング速度の比を同一のエッチング条件下
で測定しておく。これにより、実際のエッチングに際し
ては、ポリＳｉ膜３の横方向のエッチング深さを表面か
ら観察することで、埋込層６の横方向エッチング深さを
モニタできる。

【００１９】次に図４を用いて他の実施例を説明する。
同図はＰ形半導体基板１１にＮ形エピタキシャル層１２
を形成し、このＮ形エピタキシャル層１２にアノ−ディ
ックバイアスを印加しながらＰ形半導体基板１１の選択
エッチングを行う場合について示したもので、同図
（ａ）が平面図、同図（ｂ）はそのｂ−ｂ断面図であ
る。

【００２０】Ｐ形半導体基板１１の上に形成したＮ形エ
ピタキシャル層１２の上に酸化膜等の絶縁膜１３を形成
し、その上にモニタ層となるポリＳｉ膜１４を形成す
る。このポリＳｉ膜１４はＰ形不純物をド−プしたＰ形
ポリＳｉ膜１４ａとＮ形不純物をド−プしたＮ形ポリＳ
ｉ膜１４ｂとからなっている。

【００２１】次いでＮ形ポリＳｉ膜１４ｂとＮ形エピタ
キシャル層１２とに接触させてＡｌ等の金属からなる電
極１７を形成し、さらに全体を覆うように保護層となる
ＰＳＧ膜１８を形成した後、その一部をフォトエッチン
グにより除去してポリＳｉ膜１４の一方の短辺１４ｃを
露出させる。

【００２２】エッチングは塩基性エッチング液により、
マスク材１９を用いて半導体基板１１の裏面より行な
い、図中１点鎖線で示したパタ−ンの内側ハッチング部
１６を除去する。その際、金属電極１７に適当なアノ−
ディックバイアスを印加した状態で行なうと、Ｎ形エピ
タキシャル層１２との界面でエッチングが自動的に停止
する。

【００２３】このとき、Ｐ形ポリＳｉ膜１４ａの短辺１
４ｃから横方向に進行するエッチング量を表面から観察
することで、裏面におけるＰ形半導体基板１１の縦方向
のエッチング深さをモニタできる。また、適切なバイア
スが印加されていないと、Ｎ形ポリＳｉ膜１４ｂまで溶
解したり、あるいはＰ形ポリＳｉ膜１４ａのエッチング
が停止したりするため、これを観察することで適切なバ
イアスが印加されているか否かも確認できる。つまりＮ
形ポリＳｉ膜１４ｂのパタ−ンは残ったまま、Ｐ形ポリ
Ｓｉ膜１４ａのエッチングが進行するようにバイアス条
件を設定することで、プロセスの歩留を高く維持しつつ
高精度のエッチングを行なうことができる。

【００２４】以上述べた２つの実施例のうち前者は、Ｓ
ＯＩ等の高耐圧もしくは低寄生容量の高速・高周波デバ
イスの製造プロセスへの適用が容易であり、後者はセン
サ等のマイクロマシニングプロセスへの適用が考えられ
る。しかしもちろん、本発明はこれらに限らず、デバイ
スプロセス中において、基板内部もしくは裏面のエッチ
ング状況を表面でモニタしたい場合には常に有効であ
る。いずれの実施例においても、モニタは半導体基板上
の使用しない領域、例えばスクライブライン上等に設置
することで、基板面上の利用効率を下げることはない。

【００２５】さらに、トレンチの側壁や基板の裏面のエ
ッチングをモニタする場合のみ述べたが、図５に示した
ように基板表面から所定深さのエッチングを行なう場合
でも、本発明のモニタを使えば、エッチングを中断する
ことなくしかも高精度にその深さを測定できる利点があ
る。なお、ポリＳｉ膜のモニタ層とＰＳＧ膜の保護層と
の組合せについてのみ述べたが、本発明はこれに限定さ
れない。また、半導体基板のエッチングについて説明し
たがその他の基板のエッチングモニタとしても本発明を
応用できる。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、エッチング対象部位の
エッチング量に応じてエッチングされるモニタ層を基板
の一の面に観察可能に設けたので、エッチング操作を中
断することなく、進行しつつあるエッチング対象部位の
エッチングの状況を視覚的に正確に把握でき、これによ
りエッチング精度が高まり、エッチング不足や過エッチ
ング等のプロセスミスも防止できて高い歩留を確保する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すエッチングモニタを示
し、（ａ）がその平面図および（ｂ）はその断面図

【図２】エッチングの対象たる基板の構成例を示す断面
図

【図３】基板の他の構成例を示す断面図

【図４】他の実施例を示し、（ａ）がその平面図および
（ｂ）がその断面図

【図５】基板の他の構成例を示す断面図

【符号の説明】

１，１１ 半導体基板 ３，１４ ポリＳｉ膜からなるモニタ層 ３ａ モニタ層の露出短辺 ４，１８ ＰＳＧ膜 ６ 埋込層 ７，１２ Ｎ形エピタキシャル層 ８ トレンチ １４ａ Ｐ形ポリＳｉ膜 １４ｂ Ｎ形ポリＳｉ膜 １４ｃ モニタ層の露出短辺

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板のエッチング対象部位を構成する物
   質と同質、またはその物質と異質であるが両者のエッチ
   ング速度の比が既知の物質からなるモニタ層を基板の一
   の面に形成するとともに、このモニタ層を透明な耐エッ
   チング性の保護層で覆い、モニタ層の少なくとも１端面
   を保護層から露出させたことを特徴とするエッチングモ
   ニタ付き基板。