JPH1083986A

JPH1083986A - 半導体ウエハおよび半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH1083986A
Application number: JP18352297A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Nakayama; 喜明中山; Shoji Miura; 昭二三浦
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-07-11
Filing date: 1997-07-09
Publication date: 1998-03-31
Anticipated expiration: 2017-07-09
Also published as: JP3267199B2

Abstract

(57)【要約】【課題】フォトリソグラフィ処理でサイドリンス処理
を行う場合でも、トレンチエッチング時にブラックシリ
コンが発生しないようにする。【解決手段】貼り合せＳＯＩウエハ１１の第１および
第２のシリコンウエハ１２および１４間に介在される埋
め込み酸化膜１３において、その外周部がエッチング防
止用酸化膜１３ａとして機能すべくその膜厚を所定厚さ
寸法Ｄsio 以上となるようにして形成しておく。トレン
チエッチングのマスク用酸化膜１５に開口部１５ａを形
成する際のレジスト塗布工程においてサイドリンス処理
を実施すると、開口部１５ａ形成時に外周部の酸化膜１
５もエッチングされる。そのオーバエッチングにより酸
化膜１３ａが膜厚ｄ１エッチングされる。トレンチエッ
チング時にも酸化膜１３ａが膜厚ｄ２だけエッチングさ
れる。そこで、エッチング防止用酸化膜１３ａの膜厚Ｄ
sio の寸法を上記膜厚ｄ１＋ｄ２以上となるように設定
すれば、最終段階で酸化膜１３ａが残存するのでブラッ
クシリコンの発生を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン基板等の
半導体基板に絶縁分離用あるいはキャパシタ形成用のト
レンチをドライエッチング処理で形成する際、ブラック
シリコン等の残渣物の発生を極力防止することができる
半導体ウエハ及び半導体装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハ，例えばシリコンウエハに
おいて、素子間分離用のトレンチを形成することが、例
えば特開平５−１０９８８２号公報に提案されている。
トレンチ形成にあたっては、ウエハ表面に酸化膜をＣＶ
Ｄ法などにより形成し、この酸化膜にトレンチ形成領域
に対応してフォトリソグラフィ処理により開口部を形成
してエッチング用マスクとして利用する。そして、酸化
膜により露出されたトレンチ形成領域に対して、反応性
イオンエッチング（ＲＩＥ）処理等によりシリコンを選
択的にエッチングして、例えば１０〜１５μｍ程度の深
さ寸法のトレンチを形成する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のトレ
ンチエッチングにおいてはパーティクルによる汚染が少
なくないという問題があり、その汚染の原因を追求した
ところ、トレンチエッチング時に、ウエハ周辺部にシリ
コンが広く露出する領域ができ、該周辺部に図１３
（ａ）に模式的に示すような所謂ブラックシリコンが発
生することに起因していることが判明した。その点につ
いて説明すると次のとおりである。

【０００４】図１３（ａ）においてトレンチエッチング
処理に供されるシリコンウエハは、２枚のシリコンウエ
ハ１Ａ，１Ｂを埋込み酸化膜１Ｃを介して貼り合わせた
所謂貼り合わせＳＯＩ(Silicon On Insulator)構造を有
するものである。このシリコンウエハ１の主表面１ａに
トレンチエッチングのマスク材料として酸化膜２が形成
された状態で、該酸化膜２にトレンチ用開口部２ａを形
成し、これをマスクとして反応性イオンエッチング処理
により、露出しているシリコンを選択的にエッチングし
てトレンチ３を形成する。このトレンチエッチング時に
ウエハ１の周辺部にシリコンが広く露出する部分５があ
ると、ブラックシリコン６が発生しやすくなり、その後
の工程中（例えば洗浄工程）で、ブラックシリコン６の
先端の突起部が折れる等してパーティクルとなるのであ
る。なお、このブラックシリコン６は、図中符号４で示
すように、トレンチ３の幅が広い領域にも発生しやすく
なっていることが判明した。

【０００５】トレンチエッチング時にブラックシリコン
６が発生しやすくなるという問題は図１３（ａ）に示す
ような貼り合わせＳＯＩウエハに限ったことではなく、
図１３（ｂ）に示すように、ベアのシリコンウエハに素
子間分離のトレンチやトレンチキャパシタ構造を形成す
る際にも発生する。このようにシリコンウエハ１上にブ
ラックシリコン６が発生してパーティクルとなると電気
的な絶縁不良を起こす原因となるので、結果として製作
の歩留りに悪影響を与えることにもなる。

【０００６】トレンチエッチング時にシリコンウエハ周
辺表面に広い面積のシリコン露出領域５が発生すること
の原因のひとつとして、トレンチエッチング処理のマス
ク部材としての酸化膜２にトレンチ用開口部２ａを形成
する過程で行うフォトリソグラフィ処理がある。フォト
リソグラフィ処理は、レジスト塗布，露光・現像，エッ
チングの各工程からなるものであるが、このレジスト塗
布はスピンコータなどによりシリコンウエハ１を高速回
転させた状態でフォトレジストなどのレジスト材料７を
シリコンウエハ１上に滴下して塗布するようにしている
ため、遠心力で外周部に達したレジスト材料７がシリコ
ンウエハ１の周辺部からその一部が裏面側にまで回り込
むという現象がある（図１４（ａ）参照）。レジスト材
料７がシリコンウエハ１の周辺部に塗布されていると、
ウエハ周辺端部が各工程で位置決め部などと接触してパ
ーティクルの発生を引き起こしたり、露光機など他の装
置においては該パーティクルの発生によって露光時の解
像度の低下を起こしたりするため、これを何らかの手段
により除去することが必要である。

【０００７】一般に、シリコンウエハ１の外周部に回り
込むレジスト材料７を除去するために、レジスト塗布時
に周辺部レジストに溶剤をかけて除去するサイドリンス
（エッジリンス）処理が行われている。これは、シリコ
ンウエハ１を回転させた状態でレジスト材料７を回転中
心付近から滴下して塗布すると共に、リンス剤を周辺部
に滴下してやることにより、シリコンウエハ１の外周部
分に塗布されたレジスト材料７を除去してしまうのであ
る（図１４（ｂ），（ｃ）参照）。これによって、裏面
に回り込んだレジスト材料７も同時に剥離されるので、
上述した不具合を回避することができるのである。な
お、同様にレジスト塗布時に，または塗布直後にウエハ
裏面側にリンス液をかけて裏面に付着したレジストを除
去するバックリンスや、ウエハ周辺を選択的に露光して
現像時に周辺部レジストを除去する周辺露光という手法
もあるが、何れも周辺部のレジスト欠けに起因するパー
ティクル発生を防止するためである。

【０００８】したがって、トレンチエッチング時のマス
ク用酸化膜２に開口部２ａを形成する際のフォトリソグ
ラフィ処理では、上述のサイドリンス処理でレジスト材
料７が除去されたシリコンウエハ１の周辺部分の酸化膜
２もエッチングにより除去されることになるのである。
この結果、トレンチエッチング時には、シリコンウエハ
１の外周部にシリコンが露出した広い領域ができ、上述
したブラックシリコンが発生してしまうのである。

【０００９】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、たとえトレンチエッチング時のマスク
部材にトレンチ用開口部を形成する際にサイドリンス処
理が実施される場合であっても、トレンチエッチング工
程にてブラックシリコンの発生を防止できるようにした
半導体ウエハおよび半導体装置の製造方法を提供するこ
とにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本願発明では、ドライエッチングにてトレンチが形
成される半導体ウエハにおいて、トレンチエッチングの
間、トレンチ形成領域以外の領域において半導体領域が
露出されるのを防止するようにしたことを特徴としてい
る。

【００１１】より具体的には、そのチップ形成領域に深
溝あるいは深孔を形成するドライエッチングに供される
半導体ウエハであって、その周辺領域には該ドライエッ
チングの間にエッチングされる酸化膜厚よりも厚い酸化
膜が、該ドライエッチングの前に形成されていることを
特徴とするものである。つまり半導体ウエハにあらかじ
め厚い酸化膜が形成されているので、該厚い酸化膜がト
レンチ（深溝あるいは深孔）を形成する際にエッチング
防止用絶縁膜として機能し、たとえトレンチエッチング
時のマスク部材にトレンチ用開口部を形成する際にサイ
ドリンス処理が実施される場合であっても、半導体ウエ
ハの主表面にはそのチップ形成領域に形成されたマスク
用絶縁膜のトレンチ用開口部を除いて半導体領域が露出
する部分はなくなる。また、トレンチエッチング時にウ
エハ周辺に配置された該厚い酸化膜は、上述したサイド
リンス処理によってウエハ表面に露出されていたとして
も、その膜厚がトレンチエッチング時にエッチングされ
得る酸化膜厚よりも厚く設定されているために、ウエハ
の外周領域ではトレンチエッチングが終了した後でも該
酸化膜が残ることになる。すなわち、トレンチエッチン
グ処理を実施するときに、トレンチ形成領域以外には半
導体が広い領域でエッチングされることはなく、ブラッ
クシリコン等の残渣物が発生するのは抑制できるように
なる。

【００１２】なお、周辺領域に形成される厚い酸化膜の
膜厚は、その最小値がトレンチエッチング時の半導体の
トレンチ深さと半導体に対する酸化膜のエッチング選択
比との積に基づいて設定することができ、さらにはマス
ク用絶縁膜のパターニング時（トレンチ用開口部形成
時）におけるオーバーエッチング量を見込んで設定する
ことができる。このように厚い酸化膜，すなわちエッチ
ング防止用絶縁膜を設定することで、トレンチを形成し
た時点でもエッチング防止用絶縁膜を残すことができ、
確実にブラックシリコン等の残渣物の発生を防止するこ
とができる。

【００１３】なお、トレンチエッチング時にトレンチ形
成領域以外にも半導体が露出されたとしても、その露出
領域のサイズがトレンチ用開口部の幅寸法よりも狭くな
るように設定されていれば、ブラックシリコン等の残渣
物の発生抑制効果は期待できる。なお、２枚の半導体ウ
エハを貼り付けて形成した所謂ＳＯＩウエハに本発明を
適用する場合、両半導体ウエハの間に挟まれる埋め込み
酸化膜をエッチング防止用絶縁膜として利用することも
できるし、貼り合せ後に該ＳＯＩウエハを酸化して外周
部に選択的に厚い酸化膜を形成するようにしてエッチン
グ防止用絶縁膜とすることもできる。

【００１４】さらに、半導体ウエハに形成するマスク用
絶縁膜のトレンチ用開口部の幅寸法を１０μｍ以下に設
定すればトレンチ領域にてブラックシリコン等の残渣物
が発生するのも防止することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を貼り合せＳＯＩウ
エハを半導体ウエハとして使用した場合の第１実施例に
ついて図１ないし図３を参照して説明する。半導体素子
をシリコン基板上で素子分離して形成する場合に、シリ
コンウエハの状態で素子分離のトレンチを形成する。ま
た、各素子形成領域に各半導体素子を形成する前に素子
分離用トレンチを形成するようにしている。この場合
に、用いるシリコンウエハとして、図１（ａ）に模式的
断面で示すような貼り合せＳＯＩ（silicon on insulat
or）ウエハ１１が使用される。このＳＯＩウエハ１１
は、第１のシリコンウエハ１２、この第１のシリコンウ
エハ１２の表面に形成されＳＯＩウエハ内に埋設される
熱酸化膜からなる埋め込み酸化膜１３、およびこのシリ
コンウエハ１１の主表面側に埋め込み酸化膜１３を介し
た状態で貼り付けられた第２のシリコンウエハ１４から
なるものである。

【００１６】この場合、埋め込み酸化膜１３は、第１の
シリコンウエハ１２の外周に位置する部分が本発明のエ
ッチング防止用絶縁膜となるエッチング防止用酸化膜１
３ａとして機能するもので、そのエッチング防止用酸化
膜１３ａの部分の膜厚Ｄsioは、後述するトレンチエッ
チング処理の条件等から、例えば、０．８〜１．１μｍ
程度，望ましくは０．９〜１．０μｍ程度の範囲に設定
されている。

【００１７】なお、一般的なＳＯＩウエハにおいては、
第１のシリコンウエハ１２上の埋め込み酸化膜１３の膜
厚は、第２のシリコンウエハ１４との界面に位置する部
分では０．９〜１．０μｍ程度設けられているものもあ
るが、後述するＳＯＩウエハの製作上の問題で、外周部
の膜厚Ｄsio はそれよりも数十パーセント程度薄くなっ
ているのが実情で、約０．４〜０．５μｍ程度と薄くな
っている。外周部の膜厚Ｄsio がその厚さ寸法では不足
するので、本実施例では、外周部分の酸化膜１３ａの膜
厚Ｄsio が後述するようにエッチング防止用酸化膜とし
て機能するように０．９〜１．０μｍ程度の厚さとなる
ように、埋め込み酸化膜３の膜厚を例えば１．２μｍ程
度に設定している。

【００１８】これによって、後述する酸化膜エッチング
工程（第３の工程）やトレンチエッチング処理工程（第
５の工程）を経た後にもその下のシリコンが露出してし
まうことはなくなり、トレンチエッチング時においてシ
リコンが（特にウエハ外周部において）広い面積にわた
って露出されてエッチングが進行することはなく、ブラ
ックシリコンの発生を抑制することができるのである。

【００１９】次に、素子分離用のトレンチを形成する工
程の詳細について図１および図２を参照して説明する。
この場合に、半導体ウエハとしては、上述した貼り合せ
ＳＯＩウエハ１１（図１（ａ）参照）を用いる。第１の
工程として、図１（ｂ）に示すように、ＳＯＩ基板１１
の上面側つまり第２のシリコンウエハ１４が設けられて
いる側の面にマスク用絶縁膜としてのマスク用酸化膜１
５をＣＶＤ法等の方法により堆積する。なお、マスク用
酸化膜を熱酸化にて形成すると予めエッチング防止用酸
化膜１３ａが露出されているウエハ外周部の表面上に形
成される酸化膜１５の厚さが充分でなくなるため、マス
ク用酸化膜１５はＣＶＤ法によるような堆積膜とする必
要がある。さらに、この場合、形成するマスク用酸化膜
１５の膜厚Ｄcvd は、１．０μｍ程度となるように設定
されている。なお、この膜厚の設定値は、後述するトレ
ンチエッチング処理工程において、シリコンと共にわず
かにエッチングされる酸化物膜の膜厚よりも十分厚くな
るように設定されている。なお、ＳＯＩウエハ１１の外
周部分では、下地の酸化膜１３をエッチング防止用酸化
膜１３ａとしてその上にさらにマスク用酸化膜１５が積
層されることになり、この部分では、酸化膜としての全
体の膜厚が２．０μｍ程度となる。

【００２０】次に、第２の工程として、ＳＯＩウエハ１
１のマスク用酸化膜１５が形成されている面側にレジス
ト材料であるフォトレジスト１６を塗布してフォトリソ
グラフィ処理によりパターニングする。この場合、フォ
トレジスト１６の塗布は、一般的なスピンコータにおい
て液状のフォトレジスト１６を滴下してＳＯＩウエハ１
１の表面全面に渡って塗布するようになっており、その
塗布時あるいは塗布直後に、外周部に残るフォトレジス
ト１６は上述のサイドリンス処理によって除去される。

【００２１】サイドリンス処理では、塗布直後のフォト
レジスト１６の外周部分に現像液を滴下してリンス除去
するもので、これによって、外周部から裏面側に回り込
むフォトレジスト１６を除去して後工程における加工精
度の向上を図るものである。したがって、このサイドリ
ンス処理を経ることによって、ＳＯＩウエハ１１の外周
部のエッチング防止用酸化膜１３ａは部分的に露出され
た状態となる。なお、この際のフォトレジスト１６の端
部と第２のシリコンウエハ１４の端部との位置関係は、
必ず後者の方がウエハの面内で内側となるようにされて
いる。これは後述のマスク用酸化膜１５のパターニング
後に第２のシリコンウエハ１４の端部側面からシリコン
面が露出してしまうのを防止するためである。

【００２２】続いて、トレンチエッチング処理を行うべ
き部分に対応したマスクを用いて露光を行い、フォトレ
ジスト１６を現像処理することにより、図１（ｂ）に示
すように、フォトレジスト１６に所定のパターンを形成
する。これによって形成されるフォトレジスト１６のパ
ターンは、次工程でマスク用酸化膜１５に開口部１５ａ
を形成するためのものである。

【００２３】次に、第３の工程として、マスク用酸化膜
１５を、ＣＦ₄，ＣＨＦ₃，Ａｒ等の混合ガスを用いた
ドライエッチング処理を行うことにより、図１（ｃ）に
示すように、トレンチ形成部分に開口部１５ａを形成す
る。このときの開口部１５ａの幅寸法は、例えば１０μ
ｍ以上とならないように設定されている。これは、開口
部の幅寸法が広くなることによりブラックシリコンの発
生が後述の如く予想されるからである。また、このドラ
イエッチング処理では、開口部１５ａに対応する部分の
マスク用酸化膜１５を確実に除去するために、一般的に
は、エッチングするマスク用酸化膜１５の膜厚Ｄcvd に
対して、３０％程度のオーバーエッチングとなる条件を
設定している。

【００２４】したがって、このマスク用酸化膜１５のド
ライエッチング処理においては、ＳＯＩウエハ１１の外
周部でサイドリンス処理によってフォトレジスト１６が
除去された部分のマスク用酸化膜１５も同時にエッチン
グ除去されると共に、上記したオーバーエッチングによ
ってその下地のエッチング防止用酸化膜１３ａも厚さｄ
１だけエッチングされるようになる。この場合、エッチ
ング防止用酸化膜１３ａの膜厚は、上述したように０．
９〜１．０μｍ程度に設定しているので、オーバーエッ
チングの期間を経ても０．７μｍ程度は残存することに
なる。

【００２５】マスク用酸化膜１５のパターニング処理の
後に、第４の工程として、ＳＯＩウエハ１１上に残って
いるフォトレジスト１６を剥離する（図１（ｃ）参
照）。これによって、ＳＯＩウエハ１１上にはマスク用
酸化膜１５にトレンチエッチング用の開口部１５ａが形
成された状態となる。また、ＳＯＩウエハ１１の外周部
においては、マスク用酸化膜１５はエッチングによって
除去されているが、その下地として形成されているエッ
チング防止用酸化膜１３ａは残存した状態とされてい
て、第１のシリコンウエハ１２の表面を覆ったままの状
態となっている。

【００２６】次に、第５の工程として、ＨＢｒ，ＳｉＦ
₄，ＳＦ₆，Ｈｅ／Ｏ₂等の混合ガスからなる反応ガス
を用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）処理によ
り、図２（ａ）に示す如く、マスク用酸化膜１５に形成
された開口部１５ａ部分に露出されているシリコンを選
択的にドライエッチング（トレンチエッチング）する。
この反応性イオンエッチング処理では、シリコンのエッ
チング選択比を酸化膜に対して５０対１程度に設定して
いる。これにより、シリコンを第２のシリコンウエハの
厚さ（ＴＥsi）分，即ち１５μｍ程度の深さ寸法までエ
ッチングしてトレンチ１７を形成する際、マスク用酸化
膜１５および外周部のエッチング防止用酸化膜１３ａも
共にわずかであるがエッチングされるようになる。

【００２７】この後、ＨＦ等のエッチャントを用いてト
レンチ内の側壁に堆積した反応生成物を除去した後、熱
酸化処理を行ってトレンチ１７内のシリコン表面に酸化
膜１８を形成する。そして、トレンチ１７を埋めるよう
にポリシリコン１９をＬＰＣＶＤ（減圧ＣＶＤ）法など
の方法によって堆積し、トレンチ１７部分以外の部分
（ウエハ表面）に堆積したポリシリコンをドライエッチ
ング処理によりエッチバックして、図２（ｂ）に示すよ
うに分離溝を埋設する。

【００２８】このような工程を経て、ＳＯＩウエハ１１
のチップ形成領域には互いに絶縁分離された複数のアイ
ランド状のシリコン領域が形成されるようになるもの
で、該アイランド状のシリコン領域に各々半導体素子が
形成されるようになる。なお、以上の説明ではＳＯＩウ
エハの外周部に焦点をあてて本実施例の概略工程を説明
したが、チップ形成領域におけるトレンチエッチング工
程，半導体素子形成工程などの詳細は例えば特開平５−
１０９８８２号公報を参照されたい。

【００２９】以上のように本実施例においては、シリコ
ンの反応性イオンエッチング処理時に、トレンチ形成領
域以外にはシリコンが露出されないようにウエハ外周の
エッチング防止用酸化膜１３ａの膜厚Ｄsio が設定され
ているのとともに、トレンチ形成領域の開口幅も１０μ
ｍを超えないように設定されているため、ブラックシリ
コンが発生することがなくなる。この結果、後工程にお
いてブラックシリコンの突起部が折れるなどしてパーテ
ィクルが発生するのを防止でき、高精度で加工を行うこ
とができ、歩留りの向上にも貢献できるようになる。

【００３０】次に、トレンチエッチング時に、広い面積
にわたってシリコンが露出した場合にブラックシリコン
が発生しやすくなることについて説明する。上述のよう
にトレンチエッチングのエッチングマスクとしては、被
エッチング材料であるシリコンにエッチング選択性がと
れるように、酸化膜がマスク部材として用いられるのが
一般的である。そして、トレンチエッチング時における
シリコンのエッチングの選択比が高くなるように反応性
ドライエッチング処理が工程設計される。反応性ドライ
エッチングのエッチングメカニズムは、反応ガスがプラ
ズマ状態とされてウエハ上に供給され、プラズマ中のイ
オンが電界によって加速されてウエハ表面に衝突し、ウ
エハ表面に露出したＳｉがＦと結合して揮発性の高いＳ
ｉ−Ｆとなって揮発することでエッチングが進行するこ
とによると考えられる。ここでＢｒはＳｉ表面にダメー
ジを与えてＳｉ−Ｆの生成を促進する効果を有している
と考えられる。当然このＳｉ−Ｆの揮発は酸化膜表面で
も発生するが、Ｓｉ表面での反応に比べると遅く、従っ
て酸化膜表面のエッチングレートは小さい。その一方
で、反応ガス中に酸素を多く供給すると揮発したＳｉ−
Ｆが酸素分子と反応してＳｉ−Ｏが生成され、それがウ
エハ表面（マスク用酸化膜上）やトレンチ側壁等に堆積
して側壁方向のエッチング進行を防止したり、マスク用
酸化膜の削れる速度を抑えたりすることができるように
なり、シリコンの酸化膜に対するエッチング選択比を大
きくとることが可能となる。ところが、シリコンのエッ
チングの選択比を高く設定すると、換言すれば酸素の供
給量を増やしてＳｉ−Ｏの堆積速度をはやくすると、特
に大面積でシリコンが露出している様なところでは気相
中のＳｉ−Ｆの密度も高いためＳｉ−Ｏの生成反応が過
剰となり、それが被エッチング面であるシリコンに再付
着する確率が高くなる。すると、この付着した反応生成
物がエッチングに対するマスク部材として作用してしま
い、これによって反応生成物の付着部分を残してエッチ
ングが進行することになり、このような再付着する部分
が過剰になると、全体としてエッチング面に細かいシリ
コンの突起部が形成されることになり、これが図１３に
模式的に示すような所謂ブラックシリコンの発生となる
のである。

【００３１】なお、酸素とフッ素の供給量を制御してエ
ッチング選択比をブラックシリコンが発生しない程度に
低く設定することも考えられるが、この場合には反応生
成物であるＳｉ−Ｏによるトレンチ側面保護も抑制さ
れ、トレンチの断面形状が中央部で膨らんだ形状となる
所謂ボーイングと呼ばれる状態となり、この結果、その
後の工程でトレンチをポリシリコンなどで埋める際に、
所謂「す」となる中空部分が発生してしまうと不具合が
あり、簡単に選択比を下げることはできない事情があ
る。

【００３２】したがって、ブラックシリコン等の柱状残
渣物の発生を抑制するためには、本実施例の如く、トレ
ンチエッチング時にトレンチ形成領域以外（特にウエハ
外周部）にシリコンが広く露出されないようにエッチン
グ防止用酸化膜１３ａの膜厚Ｄsio を設定する、あるい
はたとえ露出したとしてもその露出領域のサイズがトレ
ンチ用開口部１５ａの開口幅よりも狭くなるように設定
されるようにするのが有効である。

【００３３】次に、発明者らは、上述のようにしてエッ
チング防止用酸化膜１３ａを形成する場合に、膜厚Ｄsi
o をどの程度に設定すれば良いかという点について、実
験を行うことにより確認した。図３はこの結果を示すも
ので、この場合における実験条件は次のようになってい
る。すなわち、この実験では、シリコンウエハの外周部
に残すエッチング防止用酸化膜の膜厚Ｄsio の寸法に対
して、トレンチエッチング処理を行った結果、最終的に
残存する外周部の酸化膜の膜厚Ｄe はどの程度となるか
という相関関係を確認したものである。

【００３４】この場合において、各部の実験条件は次の
ように設定されている。マスク用酸化膜（ＣＶＤにて形成）の膜厚Ｄcvd ＝１．
５μｍシリコンエッチング深さ寸法ＴＥsi＝１５μｍシリコンと酸化膜とのエッチングの選択比ｋ＝５０〜２
００マスク用酸化膜パターニング時のオーバーエッチング量
＝＋３０％上述の結果、この条件の下では、エッチング防止用酸化
膜の膜厚Ｄsio は最低でも０．６３μｍ程度必要であ
り、本実施例を実施しない場合の約０．４〜０．５μｍ
程度ではトレンチエッチング中に下地のシリコンが露出
してしまう場合があることがわかった。また、工程ばら
つきに起因したウエハ面内での膜厚ばらつきは、０．３
μｍ程度を見込めば良いことがわかった。

【００３５】さて、上述の結果を踏まえて、エッチング
防止用酸化膜の膜厚Ｄsio の必要な寸法を見積もってみ
る。まず、実際のエッチング工程を考えると、下記の式
（１）を満たすことが条件となる。

【００３６】

【数１】Ｄe ＝（Ｄcvd ＋Ｄsio ）−（Ｄcvd ＋ｄ１＋ｄ２）＞０ …（１）ただし、Ｄe は最終的に残存するエッチング防止用酸化
膜の膜厚，Ｄsio はエッチング防止用酸化膜の膜厚，Ｄ
cvd はマスク用酸化膜の膜厚，ｄ１はマスク用酸化膜の
ドライエッチング処理工程でエッチングされるエッチン
グ防止用酸化膜の膜厚，ｄ２はトレンチエッチング処理
でエッチングされるエッチング防止用酸化膜の膜厚であ
る。

【００３７】したがって、上式（１）から、エッチング
防止用酸化膜の膜厚Ｄsio の条件を求めると、式（２）
のようになる。

【００３８】

【数２】Ｄsio ＞ｄ（＝ｄ１＋ｄ２） …（２）そこで、膜厚Ｄsio を制限する寸法ｄについて求めてみ
る。上式（２）で示す寸法のそれぞれは、次の関係が設
定されている。

【００３９】

【数３】ｄ１＝０．３ × Ｄcvd …（３）

【００４０】

【数４】ｄ２＝ＴＥsi ／ｋ …（４）

【００４１】

【数５】Ｄcvd ＝０．１ × ＴＥsi …（５）ただし、ＴＥsiはトレンチエッチング処理でエッチング
されるシリコンの深さ寸法，ｋはトレンチエッチング時
のシリコンの酸化膜に対するエッチング選択比で（ＴＥ
si／ＴＥsio ）＝（５０〜２００）である。なお、式
（５）ではトレンチエッチング時にマスク用酸化膜が確
実にシリコンウエハ表面に残っているように、その膜厚
Ｄcvd をシリコンのトレンチ深さＴＥsiの１０％程度を
見積もって設定しているが、トレンチ深さＴＥsiと選択
比ｋを用いてその最小値を設定することもできる。

【００４２】そこで、上式（３）〜（５）の関係を式
（２）に代入してｄの値を求めると次式（６）のように
なる。

【００４３】

【数６】ｄ＝（０．０３＋１／ｋ）×ＴＥsi ＝（０．０３５〜０．０５）×ＴＥsi …（６）以上の結果からＴＥsiの寸法を１５μｍとした場合の値
を見積もって計算してみると、式（６）から、ｄは０．
５２５μｍ〜０．７５μｍの間の寸法となる。これか
ら、実験の結果と略一致する値が得られることがわか
る。次に、式（２）の関係を満たす実用的なＤsio の値
を見積もってみる。前述の製造上のばらつきを考慮して
０．３μｍ程度の厚さを見込んで形成することにする
と、この場合にはエッチング防止用酸化膜１３ａの膜厚
Ｄsio は０．８μｍ〜１．１μｍ程度形成することが好
ましいことがわかる。

【００４４】つまり、本実施例で説明したように、エッ
チング防止用酸化膜１３ａの膜厚が０．９〜１．０μｍ
程度（０．８〜１．１μｍ）を設定したことはこのよう
な根拠によるものである。尚、製造上の膜形成精度が向
上すれば上述の寸法ｄよりも厚い寸法に設定すれば良い
し、逆に、見積もった膜厚Ｄsio （＝０．８〜１．１μ
ｍ）よりも厚い寸法にしても差支えないことはいうまで
もないことである。

【００４５】本第１実施例では、素子形成側となる第２
のシリコンウエハの厚さ，すなわちトレンチエッチング
する深さＴＥsiに応じてウエハ外周の酸化膜厚Ｄsio が
トレンチエッチング後にも残存する膜厚になるように埋
め込み酸化膜の膜厚を制御するものであったが、この点
について次に説明する。貼り合せＳＯＩウエハ１１の製
造方法について、図４（ａ）〜（ｇ）を用いて簡単に説
明する。まず、ベースとなる第１のシリコンウエハ１２
の表面に埋め込み酸化膜１３となる熱酸化膜を形成する
とともに、素子形成側となる第２のシリコンウエハ１４
を準備し（図４（ａ）参照）、それらの鏡面同士を清浄
な雰囲気下で公知の直接接合法にて貼り合せ、アニール
することで接合する（図４（ｂ）参照）。そして、第２
のシリコンウエハ１４の表面側から研削して薄肉化した
後（図４（ｃ）参照）、その外周部１４Ａをエッジ欠け
防止のために研削する（図４（ｄ）参照）。その後、貼
り合せウエハの上面側と裏面側に各々マスキングテープ
１００ａ，１００ｂを被着した状態（図４（ｅ）参照）
で薬液により第２のシリコンウエハ１４の外周部をウエ
ットエッチングにより除去し（図４（ｆ）参照）、マス
キングテープ１００ａ，１００ｂを剥離した後、第２の
シリコンウエハ１４の表面から仕上げの研磨を行い（図
４（ｇ）参照）、所望の厚さ（ＴＥsi) のＳＯＩ層を有
する貼り合せＳＯＩウエハ１１を得る。

【００４６】この製造途中において、上述のようにウエ
ハ中央部における埋め込み酸化膜の膜厚に対して外周部
の酸化膜膜厚Ｄsio はそれよりも数十パーセント程度薄
くなる。つまり図５に示すように、第１のシリコンウエ
ハ１２の外周部表面に形成された酸化膜１３の膜厚は、
表面に第２のシリコンウエハ１４が存在する領域に比べ
薄くなり（Ｔ_A＜Ｔsio ）、さらに外周に近づくにつれ
てより薄くなる（Ｔ_B＜Ｔ_A）。これは図４（ｆ）の工
程でウエハ端部をウエットエッチングすることに起因し
ており、さらにその際にシリコンを完全に外周表面から
除去するようにオーバーエッチングすることも原因とな
っている。

【００４７】上記第１実施例では外周部の酸化膜をエッ
チング防止用酸化膜１３ａとして機能させるのに必要な
膜厚Ｄsio （０．８〜１．１μｍ）を確保できるよう
に、このウエットエッチング（図４（ｆ）の工程）での
エッチング量を見込んで埋め込み酸化膜１３の膜厚を，
すなわち貼り合せ前の熱酸化膜の膜厚を、図６に示すよ
うに、前もって約１．２μｍと厚くする（Ｔ’＞Ｔsio
）ようにしている。

【００４８】この他の変形態様としては、外周部の酸化
膜をエッチング防止用酸化膜１３ａとして機能させるの
に必要な膜厚Ｄsio を確保できるように、図４（ｂ）の
貼り合せ工程後のアニール処理を不活性雰囲気中から酸
化雰囲気中での処理に変更して、ウエハ外周部での酸化
膜厚をＴsio からＴ''と選択的に厚肉化する方法（図７
（ａ），（ｂ）参照）や、図４（ｃ）の研削工程の研削
量を多くして（Ｔsiを薄くして）図４（ｆ）のウエット
エッチング工程でウエハ外周のエッチング量ＶＥsiを減
らす方法（図８（ａ），（ｂ）参照）が採用できる。

【００４９】また、方法としては上記第１実施例で説明
したように貼り合せ前の酸化膜厚を厚くしておくという
図６に示す方法が最も有効であるが、熱酸化で形成する
酸化膜厚は１．３μｍ位が限度でそれ以上はスループッ
トが低くなるという問題があること、また第２のシリコ
ンウエハ側にも酸化膜を形成しておくことも考えられる
が酸化膜同士の貼り合せは接合性に劣る点、熱酸化膜で
なくＣＶＤ法で堆積した場合も接合性が良くないこと、
さらには厚肉化することで放熱性が悪くなること等を考
慮すると、図６に示す方法で酸化膜膜厚をできる範囲で
厚くし、図７，８に示す方法を組み合せるようにして、
ウエハ外周部の酸化膜がエッチング防止用酸化膜１３ａ
として機能するのに必要な膜厚Ｄsio を確保できるよう
に貼り合せＳＯＩウエハ１１の製造工程を調整するよう
にしてもよい。

【００５０】次に、図９乃至図１２を用いて本発明の第
２実施例を説明する。この第２実施例では、ＳＯＩウエ
ハ１１ではなく、通常のベアのシリコンウエハ２０を用
いている。すなわち、シリコンウエハ２０に対して、絶
縁分離あるいはキャパシタ形成用のトレンチを形成する
場合に関する。以下、本第２実施例を、図に示す製造工
程に従って説明する。

【００５１】まず、図９（ａ）に示す通常のシリコンウ
エハ２０の表面に薄いパッド酸化膜２１をＣＶＤ法や熱
酸化などにより形成する（図９（ｂ）参照）。このパッ
ド酸化膜２１は後述する窒化シリコン膜からの応力によ
る欠陥防止のために形成される。そして図９（ｃ）に示
すように、その上に窒化シリコン膜２２をＬＰＣＶＤ法
などにより所定厚さ寸法だけ形成する。この窒化シリコ
ン膜２２は、後工程でＬＯＣＯＳ工程のマスク部材とし
て利用するものである。次に、通常のスピンコータ等を
用いてフォトレジスト２３をウエハ表面に塗布し、上述
のサイドリンス処理，周辺露光および現像処理を実施し
て、図９（ｄ）に示すように、ウエハ外周部のフォトレ
ジスト２３を除去する。この図９（ｄ）に示す工程で
は、まず図１０（ａ）に示すようにサイドリンス処理に
てウエハ外周の３ｍｍ程に被着したフォトレジストと裏
面に廻り込んだフォトレジストがリンス液の噴射にて除
去され、続く周辺露光にて、現像時に図１０（ｂ）に示
すようにウエハのオリフラ部分も含めてウエハ周辺部の
フォトレジスト２３が除去される。そして外周部におい
て露出された部分の窒化シリコン膜２２がドライエッチ
ングによって除去される（図１１（ａ）参照）。

【００５２】そして、フォトレジスト２３が剥離された
後、シリコンウエハ２０の外周部以外に配置された窒化
シリコン膜２２をマスクとして酸化を行うことにより
（ＬＯＣＯＳ工程）、エッチング防止用酸化膜２４を
０．９〜１．０μｍ程度（０．８〜１．１μｍ程度）の
膜厚で形成する（図１１（ｂ）参照）。この後、マスク
部材として利用した窒化シリコン膜２２はエッチング処
理により除去する。

【００５３】次に、第１の工程として、シリコンウエハ
２０の表面にマスク用酸化膜２５を全面に渡ってＣＶＤ
法などによって形成する（図１１（ｃ）参照）。マスク
用酸化膜２５の膜厚は上記第１実施例と同様に、トレン
チ深さを考慮して１．０μｍ程度に設定されている。な
お、シリコンウエハ２０の表面には膜厚の異なるエッチ
ング防止用酸化膜２４およびパッド酸化膜２１が全面を
覆うように形成されており、両者の境界部分は図に示す
ように膜厚の差から段差ができた状態となっている。

【００５４】この後、図１２（ａ）に示すように、第２
の工程としてフォトリソグラフィ処理によりレジスト材
料としてのフォトレジスト２６を塗布してトレンチ形成
部分に対応して所定のパターンを形成する。このとき、
フォトレジスト２６の塗布工程では上述のようにサイド
リンス処理があるので、シリコンウエハ２０の外周部に
はフォトレジスト２６が塗布されない領域が形成される
ことになる。続いて、第３の工程として、図１２（ａ）
に示すように、ドライエッチング処理によりフォトレジ
スト２６に形成されたパターンに対応してマスク用酸化
膜２５およびパッド酸化膜２１に開口部２５ａを形成す
る。このとき、オーバーエッチングの条件は、マスク用
酸化膜２５の膜厚（約１．０μｍ）に対して、３０％程
度となるように設定されている。したがって、上述のサ
イドリンス処理においてフォトレジスト２６が除去され
たシリコンウエハ２０の外周部においては、マスク用酸
化膜２５がエッチオフされた後、その下地に形成されて
いるエッチング防止用酸化膜２４の一部がエッチングさ
れることになる。

【００５５】次に、第４の工程としてフォトレジスト２
６を剥離する。これにより、マスク用酸化膜２５をマス
ク部材として開口部２５ａの中には、トレンチ形成用の
シリコンウエハ２０のシリコンが露出された状態とな
る。続いて、図１２（ｂ）に示すように、第５の工程と
して、反応性イオンエッチング処理により、第１実施例
と同様にトレンチエッチングを実施し、シリコンウエハ
２０にトレンチ２７を形成する。このとき、トレンチ２
７の深さ寸法は例えば１５μｍ程度とされ、またシリコ
ンと酸化膜とのエッチング選択比ｋは５０〜２００に設
定されており、シリコンウエハ２０の外周部のエッチン
グ防止用酸化膜２４もその一部がエッチングされること
になる。

【００５６】このエッチング防止用酸化膜２４の膜厚
は、前述の第１実施例と同様、第５の工程を経ても残存
する条件となるように設定されているので、シリコンウ
エハ２０のトレンチ形成領域以外のシリコンがエッチン
グされることはなく、したがって、ブラックシリコンが
発生することはない。なお、この後のトレンチ２７に関
する工程としては、図１２（ｃ）に示すようなポリシリ
コン充填工程があるが、この工程については、上記第１
実施例と同様であるので、ここでは説明を省略するが、
これによってトレンチ２７内壁部に酸化膜２８が形成さ
れると共に、内部にポリシリコン２９が充填されるよう
になる。

【００５７】したがって、このような本第２実施例によ
っても、上記第１実施例と同様の効果を得ることができ
るものである。本発明は、上記した各実施例にのみ限定
されるものではなく、次のように変形また拡張できる。
半導体ウエハは、通常のシリコンウエハでＣＺウエハや
エピウエハあるいは埋込エピウエハでも適用できるし、
シリコンウエハ以外の半導体ウエハにも適用できる。

【００５８】またエッチング防止用酸化膜を形成する領
域としては、サイドリンス処理によってマスク用酸化膜
が露出する部分に限らず、他の条件によって露出が予想
される部分にもあらかじめ形成することができる。また
トレンチエッチング時に外周に酸化膜を残す方法として
は、バックリンスでウエハ裏面のみについたレジストを
除去し、マスク用酸化膜をパターニングするドライエッ
チング時にはウエハ上面側にクランプリングがかからな
いようなウエハ保持具を使用すれば、ウエハ外周上面の
レジスト除去に起因したマスク用酸化膜の除去はなくな
り、該マスク用酸化膜をエッチング防止用酸化膜として
利用できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の各工程におけるシリコン
ウエハの模式的な縦断側面図である。

【図２】本発明の第１実施例の各工程におけるシリコン
ウエハの模式的な縦断側面図である。

【図３】エッチング防止用酸化膜の初期形成膜厚と処理
後最終膜厚との相関関係図である。

【図４】貼り合せＳＯＩウエハの製造工程の説明に供す
る各工程におけるウエハの模式的な縦断側面図である。

【図５】ウエハ端部における酸化膜の膜厚分布を説明す
るウエハの模式的な縦断側面図である。

【図６】第１実施例に供する貼り合せＳＯＩウエハの製
造上の特徴部分を示すウエハの模式的な縦断側面図であ
る。

【図７】第１実施例の変形態様の貼り合せＳＯＩウエハ
の製造上の特徴部分を示すウエハの模式的な縦断側面図
である。

【図８】第１実施例の変形態様の貼り合せＳＯＩウエハ
の製造上の特徴部分を示すウエハの模式的な縦断側面図
である。

【図９】本発明の第２実施例の各工程におけるシリコン
ウエハの模式的な縦断側面図である。

【図１０】本発明の第２実施例の図９（ｄ）の工程にお
けるシリコンウエハの模式的な平面図である。

【図１１】本発明の第２実施例の各工程におけるシリコ
ンウエハの模式的な縦断側面図である。

【図１２】本発明の第２実施例の各工程におけるシリコ
ンウエハの模式的な縦断側面図である。

【図１３】トレンチエッチング時に発生するシリコンブ
ラックを示すウエハ端部における模式的な縦断側面図で
ある。

【図１４】サイドリンス工程の説明に供するウエハの模
式的な縦断側面図あるいは平面図である。

【符号の説明】

１１貼り合せＳＯＩウエハ（半導体ウエハ）１２第１のシリコンウエハ１３埋め込み酸化膜１３ａエッチング防止用酸化膜（エッチング防止用絶
縁膜）１４第２のシリコンウエハ１５マスク用酸化膜（マスク用絶縁膜）１５ａ開口部１６フォトレジスト（レジスト材料）１７トレンチ１８酸化膜１９ポリシリコン２０シリコンウエハ２１パッド酸化膜２２窒化シリコン膜２３フォトレジスト（レジスト材料）２４エッチング防止用酸化膜（エッチング防止用絶縁
膜）２５マスク用酸化膜（マスク用絶縁膜）２５ａ開口部２６フォトレジスト（レジスト材料）２７トレンチ２８酸化膜２９ポリシリコン。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ドライエッチングにより深溝あるいは深
孔が形成される半導体ウエハであって、前記ドライエッ
チングの間、前記深溝あるいは深孔の形成領域以外の領
域において半導体領域が露出するのを防止されたことを
特徴とする半導体ウエハ。
【請求項２】そのチップ形成領域に深溝あるいは深孔
を形成するドライエッチングに供される半導体ウエハで
あって、その周辺領域には前記ドライエッチングの間に
エッチングされる酸化膜厚よりも厚い酸化膜が形成され
ていることを特徴とする半導体ウエハ。
【請求項３】前記周辺領域に形成される酸化膜の膜厚
は、その最小値が前記ドライエッチング時の半導体のエ
ッチング深さと前記半導体に対する酸化膜のエッチング
選択比との積に基づいて設定されていることを特徴とす
る請求項２に記載の半導体ウエハ。
【請求項４】前記周辺領域に形成される酸化膜の膜厚
は、その最小値がさらに前記ドライエッチング時のエッ
チングマスクのパターニング時におけるオーバーエッチ
ング量を見込んで設定されていることを特徴とする請求
項３に記載の半導体ウエハ。
【請求項５】前記半導体ウエハはＳＯＩウエハである
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の半導
体ウエハ。
【請求項６】半導体ウエハの主表面にマスク用絶縁膜
を形成する第１の工程と、前記マスク用絶縁膜にレジスト材料を塗布してパターニ
ングを行う第２の工程と、この第２の工程によりパターニングされたレジスト材料
をマスクとして前記マスク用絶縁膜をエッチングするこ
とによりトレンチ用開口部を形成する第３の工程と、前記半導体ウエハ上の前記レジスト材料を剥離する第４
の工程と、前記マスク用絶縁膜をエッチングマスクとしてドライエ
ッチング処理を行うことにより前記半導体ウエハのトレ
ンチ用開口部に所定深さ寸法のトレンチを形成する第５
の工程とからなる半導体装置の製造方法において、前記第１の工程から第５の工程に至る過程で、前記半導
体ウエハの主表面上に前記トレンチ用開口部以外にも半
導体が露出する領域の発生が想定される場合には、その
半導体が露出する領域部分に対応してあらかじめエッチ
ング防止用絶縁膜を形成することにより、前記第５の工
程におけるドライエッチング処理においてその部分の半
導体が該エッチング防止用絶縁膜により覆われた状態と
なるかまたは少なくとも半導体の露出領域が前記トレン
チ用開口部の幅寸法と同等以下の開口部となるようにし
ておくことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】前記エッチング防止用絶縁膜の膜厚は、前記第３の工程において前記マスク用絶縁膜をエッチン
グするときにそのマスク用絶縁膜が除去された後にオー
バーエッチングにより剥離されることが予想される絶縁
膜の膜厚ｄ１と、前記第５の工程において前記半導体ウエハがエッチング
されるときに同時にエッチングされる絶縁膜の膜厚ｄ２
との両膜厚ｄ１およびｄ２の和の膜厚ｄ（＝ｄ１＋ｄ
２）よりも大きい寸法に設定されていることを特徴とす
る請求項６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】前記半導体ウエハは、あらかじめ前記エ
ッチング防止用絶縁膜が形成された第１の半導体ウエハ
の主表面に素子形成用の第２の半導体基板を貼り付ける
ことにより形成された半導体基板であることを特徴とす
る請求項６または７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】前記半導体ウエハは、第１の半導体ウエ
ハの主表面に素子形成用の第２の半導体基板を貼り付け
ることにより形成された半導体基板の周辺部に選択的に
厚肉化した酸化膜を形成して前記エッチング防止用絶縁
膜の一部となしたものであることを特徴とする請求項６
乃至８の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】前記エッチング防止用絶縁膜は、前記
半導体ウエハにＬＯＣＯＳ法を用いて形成されることを
特徴とする請求項６または７に記載の半導体装置の製造
方法。
【請求項１１】前記エッチング防止用絶縁膜は、前記
第２の工程においてレジスト材料を塗布した後に実施さ
れるサイドリンス工程によってレジスト材料が除去され
る周辺部分に対応して形成されることを特徴とする請求
項６乃至１０の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】前記半導体ウエハに形成されたマスク
用絶縁膜のトレンチ用開口部の幅寸法は１０μｍ以下に
設定されることを特徴とする請求項６乃至１１の何れか
に記載の半導体装置の製造方法。