JPS59213133A - 半導体基体のエツチング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、半導体基体のエツチング方法に係り、特に侵
食量のばらつきを低減できる半導体基体のエツチング方
法に関する。

〔発明の背景〕

使用電圧が数１００Ｖ、電流容量が数１００ｍＡと言う
高耐圧大電流集積回路装置では、回路素 装置内の各ス素子間の電気的分離方式として誘電体分離
方法が使われている。この誘電体分離方法は特公昭４１
−１６０７０７号公報にて公知である。

そこで先ずこの分離方法について第１図に従って説明す
る。

第１図（ａ）において、結晶面（ｉｏｏ）面のシリコン
基体１に熱酸化法によって二酸化シリコン膜２を形成す
る。次に公知のホトリングラフィ法で（１１０）方向に
二酸化シリコン膜２を部分的に除去した窓を開ける。次
に特公昭４５−１７９８８号公報にて公知なる異方性エ
ツチング方法により、分離溝３ａ、ａｂ、３ｃを形成す
る。分離溝の形状は図示したごと（、（１１１）面で囲
まれたＶ字形とな、り、［１１０：］方向からみた溝形
状の変化は自動的に停止する。

第１図（ｂ）において、再び二酸化シリコン膜２を形成
後、その上に支持体となる多結晶シリコン４を気相成長
法等によって形成する。次にシリコン基板１をＡ−Ａ’
の位置まで研磨して除去すると第１図（Ｃ）の構造の誘
電体分離基体１０を得る。ここで、単結晶島１ａ〜１ｄ
は、二酸化シリコン膜２ａ〜２ｄで絶縁され多結晶シリ
コン４で支持されている。次に第１図（ｄ）において公
知の拡散、ホトリングラフィ、金属配線膜５形成等の技
術によって電極を形成し、半導体集積回路装置を得る。

以上の誘電体分離基体１０の製造プロセスの内、異方性
エツチング方法について第２図〜第３図に従ってさらに
詳細に説明する。単結晶の（１００）面を主表面とする
シリコン基体１の＜ｉ　ｉ　ｏ＞方向に分離溝３を設け
る。エッチャントのマスク材である二酸化シリコン膜２
の幅をｔ１エツチングの最終的な溝深さをｄ。とすると
、溝は（１１１）面で囲まれたＶ字形となシ、結晶学的
に ｄ、＝ｌ／ｆ−１・・・・・・・・・（１）の関係にあ
る。直線的な溝の部分では、最もエツチング速度の小さ
い（１１１）面が出た時点でエツチングは停止するため
、形状精度の良いＶ字形の溝ができる。しかし、分離溝
同志が交差する部分で゛は（１００）、（１１１）に加
え、第３の結晶面（ｈｋｚ）が現われる。この面の指数
についてはエツチング条件によシ諸説があシ、明らかで
ない。

しかしこの面のエツチング速度は （１１１）＜（ｈｋ／！、）＜（１００）　　・・・・
・・・・・（２）の関係があり、比較的速くエツチング
が進む。

（ｈｋＡ）が著しくエツチングされると単結晶島の角の
部分の侵食が激しくなシ素子形成領域が小さくなる。こ
のため、例えば特公昭４５−１７９８８号公報に示され
る様に補償パターン６を設けることによって（ｈｋＡ）
面の後退を防止する方法が知られている。ここでエッチ
ャントとしては例えば水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液
イソプロピルフルコール（Ｉ　ＰＡ　）の混合液を使い
、７０〜８０Ｃに加熱した液が用いられる。

第３図を使って従来のエツチング方法の詳細を述べる。

第３図（ａ）において、エツチング槽７内に、所定濃度
のＫＯＨ水溶液とＩＰＡを加えてマグネットスターラ等
で充分攪拌し、ある一定温度に保つよう恒温浴槽内にエ
ツチング槽ごと入れる。この時、エッチャントとして、
ＩＰＡは蒸発し易い。

ので、通常ＫＯＨ水溶液内に於けるＩＰＡの濃度を飽和
溶解度以上にしているため、主としてＫＯＨ水溶液から
成シ少量のＩＰＡ　（ＫＯＨ濃度によシ異る）を含むエ
ツチング反応相８と、主としてＩＰＡから成り少量のＫ
ＯＨ水溶液とを含む相（以下便宜上、この相を浮遊ＩＰ
Ａ相）９との二つの相がエッチャント内にできる。実際
の装置においては、エツチング槽７の上には、工ＰＡが
蒸発してなくなるのを防ぐ目的で設けるコンデンサや、
エッチャント温度を測るための温度計等が付いたフタが
あるが、説明の都合上省略しである。

次に、第３図（ｂ）に示すごとく、所定温度にコン：ト
ロールされたエッチャント内に、ウェハホルダ１０に収
められたシリコン基体１を浮遊ＩＰＡ相９を通過させな
がらエツチング反応相８に入れエツチングを開始する。

（第３図（Ｃ））この場合、エツチングの速度は、ＫＯ
Ｈ水溶液の濃度、エッチャント温度等によって大きく影
響されるので、これ等は常に一定となるような工夫が為
されている。

以上のような従来技術による異方性エツチング方法にお
ける問題点を第２図、第４図を用いて次に述べる。前記
したように（２）式の関係から（ｈｋ／ｄ面のエツチン
グ速度が（１１１）面に比べて比較的大きい。このため
、単結晶島の角の部分が小さくなるのを防ぐ目的で例え
ば５ｉ０２膜よシ成る補償パターン６を設けている。第
２図において本発明者等は実験の便宜上この単結、晶島
の角の部分の小さくなる量を、補償パターン６０対角の
先端から単結晶島の角の先端までの距離Ｘを測定し、こ
の量をコーナ侵食量と定義した。第４図は、従来の異方
性エツチング方法（第３図参照）で一定時間エツチング
した場合のコーナ侵食量のロット内及びロット間のデー
タを示す。各ロットは、ウェハホルダ１０内にシリコン
ウェハを４枚チャージした。各プロットは１ウ工ハ内１
４点、計５６点のデータのばらつきを示す。この方法で
３０ツトのエツチングを行った。図からコーナ侵食量Ｘ
のばらつきは３０ット計１６８点で中心値３４μｍに対
して±２５．６　％と極めて大きい。

このようにばらつきが大きい場合、次のような問題が生
じる。コーナ侵食量Ｘがオーバエツチングとなった場合
拡散領域が単結晶島からはみ出してしまう結果、この素
子の耐圧は低下する。一方コーナ侵食量Ｘが所望量に達
していない場合においては単結晶島同志は分離されずに
隣に形成される半導体素子の電気的影響を受けるためや
はシ高耐圧が得られなくなる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、従来の問題点を除去し、従来の製造プ
ロセスを変えることなく、コーナ侵食量のばらつきを低
減できる半導体基体のエツチング方法を提供することに
ある。

〔発明の概要〕

上記目的に鑑み、本発明の特徴はアルカリ水溶液と該ア
ルカリ水溶液よシ比重の小さいアルコールとの混合物か
ら成シ、上記混合物中のアルカリ水溶液の混合比が上記
アルコールの混合比よシ大きい第１の相と、該第１の相
に積層され上記混合物中のアルコールの混合比が上記ア
ルカリ水溶液の混合比よシ大きい第２の相とを有するエ
ツチング液によって半導体基体をエツチングするものに
於いて、上記半導体基体を上記第１の相にのみ触れさせ
てエツチングすることにある。

本発明は本発明者等が見い出した「被エツチング物が浮
遊エツチング相に触れることによってコーナ侵食量Ｘに
ばらつきが生じる」という実験事実に基づくものである
。

従来のエツチング方法においては、第３図にみられるよ
うに、エツチング反応相８に到達する前に必ず浮遊ＩＰ
Ａ相９に触れる。従ってエツチング前のシリコン基体表
面には過剰なＩＰＡが付着することとなシ、エツチング
反応相８に到達してもその過剰なＩＰＡはすぐには除去
できない。何故ならば、エツチング反応相８は既にＩＰ
Ａの溶解度が飽和状態となっているからである。つまシ
、反応初期のシリコン基体の表面にはＩＰＡの薄膜がロ
ット内及びロット間で不均一に付くか若しくは一度付着
したＩＰＡがエツチング反応相８内で徐々に剥離される
とき、この時の剥離量がロット内やロット間で不均一と
なるために反応速度にばらつきが生じる結果、コーナ侵
食量Ｘにばらつきが出る。

つまシ半導体基体をエツチング反応相にのみ触れさせる
ことによって、コーナ侵食量のばらつきを低減できるこ
とを本発明者等が見い出したのである。

〔発明の実施例〕

以下本発明の実施例を第５図〜第６図に従って詳述する
。第５図において、第３図と同一符号は同−又は相当部
分を示している。

まず本発明のエツチング方法の基本を第５図に従って説
明する。第５図（ａ）は、第３図におけると同様エツチ
ング槽７内に所定濃度のＫＯＨ水溶液とＩＰＡを加えて
マグネットマターラ等で充分攪拌して、所定温度に保た
れた恒温浴槽内に入れる。

この時、エッチャント内はエツチング反応相８と浮遊Ｉ
ＰＡ相９ができる。エッチャント自身が所定温度に達し
たら、例えばテフロン製ピーガ等によシ、浮遊ＩＰＡ相
９のみを一度取り除く（第５図（ｂ））。この取り除い
た浮遊ＩＰＡ相９はやはシ所定温度でコントロールされ
ている恒温浴槽に入れておく。次に第５図（ｅ）図の如
く、ウエノ為ホルダにセットされたシリコン基体１を反
応相８内に入れ、直後に第５図（ｂ）で取）除いた所定
温度の浮遊ＩＰＡ相９をエツチング槽７内に戻す（第５
図（ｄ））。

この時エツチング開始時間は第５図（Ｃ）のシリコン基
体１をエツチング反応相８に入れた時点とする。

尚、浮遊ＩＰＡ相９をエツチング槽７に戻す理由は、エ
ツチング反応相８中のＩＰＡが蒸発するのを防ぎ、エツ
チング反応相８中のＩＰＡの濃度を一定に保つためであ
る。

以上説明した本実施例によるエツチング方法でエツチン
グしたシリコン基体のコーナ侵食量Ｘを第６図に示す。

各プロットは、１４点／基体のデ−夕を６枚のシリコン
基体について（計８４点）のばらつきを示す。エツチン
グは６つのロットについて行いその・ばらつきも調べた
。その結果コーナ侵食量Ｘのばらつきはロット内及びロ
ット間含めて中心値４０．５μｍに対して±８．６チと
なシ、従来のばらつき幅±２５．６　％に対して約１／
３にできることがわかった。

エツチングの終点を判定するには、従来はコーナ侵食量
Ｘのばらつきが大きいことからエツチングとＸの測定を
何度か繰返しては目標のコーナ侵食量Ｘに近づけるとい
った方法をとっていた。しかし本実施例によりそのばら
つきを従来の１／３程度に小さくできたことから一度の
エツチングで目標寸法Ｘにすることが可能となシ、エツ
チング工程が大幅に短縮できた。再に、コーナ侵食量Ｘ
の寸法精度が向上した結果、単結晶島の完成形状が均一
化されたため、素子の歩留シも向上した。

第７図〜第８図に本発明の他の実施例を示し説明する。

第７図及び第８図において第３図、第５図と同一符合は
同−又は相当部分を示す。

まず、第７図について述べる。本実施例エツチング装置
はエツチング反応装置１１とＩＰＡを一定の飽和濃度に
するための飽和ＩＰＡ濃度作成装置１２とから成る。双
方の装置１１．１２はヒータ付マグネットスターラ１３
とその攪拌子１４にＪニジエッチャント８を攪拌する一
方、温度も所定温度でコントロールしている。また装置
１１及び１２の上部は、蒸発するＩＰＡを元に戻すため
にコンデンサ１５が取付けられている。両装置１１゜１
２間はポンプＰ１とポンプＰ２により、主としてＫＯＨ
水溶液から成シ少量のＩＰＡを含む（この場合、工ＰＡ
は所定の飽和濃度となっている。）エツチング反応相８
が循環しておシ、エツチング反応装置１１中のエツチン
グ反応相８の濃度は常に略一定となる。このような装置
において、エツチングするべきシリコン基体１はエツチ
ング反応装置１１のエツチング槽７に入れることによシ
浮遊ＩＰＡ相９に接触することなくエツチングが行える
。なお、本実施例に於いてはエツチング反応装置１１は
飽和ＩＰＡ濃度作成装置１２と同一図面で述べたが、こ
の図面に限ることなく例えばＩＰＡ濃度センサを付けた
ような定温、定濃度コントロール装置を使ってもよい。

第８図は再に本発明における他の実施例を示す。

この図は試料押入箱１６の一部のフタ１７が上下する構
造となっており、例えばテフロン製となっている。この
装置の使用方法を詳述する。

まずシリコン基体１がセットされたホルダ１０を試料押
入箱１６に収めフタをおろす。次に第３図（ａ）に示し
たエッチャント槽７内に試料押入箱１６を入れる。次に
フタ１７を引き上げる。その後ホルダ１０をエツチング
反応相８内で移動し、試料押入箱１６からおろした後、
試料押入箱１６をエッチャント槽７から引き上げる。こ
の場合においてもシリコン基体１の表面は浮遊ＩＰＡ相
９に触れないでエツチング反応相８に直接触れることと
なるので第５図及び第７図と同様の効果が得すれる。な
お本装置において、フタ１７は例えば底面部に位置され
ても同様でアシ、箱に限らず袋等で代用できる。

尚、水酸化カリウムに限らず水酸化ナトリウム水溶液等
の他のアルカリ水溶液を用いても本発明は適用できる。

しかし半導体基体の製造プロセス中にナトリウム等のイ
オンが入ると素子特性を劣化させるので水酸化カリウム
が良好である。

また、１２人に限らずエチルアルコール、メチルアルコ
ール等の他のアルコールを用いてモ本発明は適用できる
。

〔発明の効果〕

以上述べた様に、本発明によれば、コーナ侵食量のばら
つきが低減できる半導体基体のエツチング方法を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は誘電体分離基体の製造方法を示す図、第２図は
異方性エツチングによってできるシリコン基体の表面概
略斜視図、第３図は従来のエツチング方法を示す図、第
４図は従来法によった場合のコーナ侵食量を示す図、第
５図は本発明の１実施例を示す図、第６図は本発明の１
実施例によった場合のコーナ侵食量を示す図、第７図及
び第８図は本発明における他の実施例を示す図である。 ７・・・エツチング槽、８・・・エツチング反応相、９
・・・牛　１　図 第４図 ロッ　ト番号 鹿ろ図 ロ　　ッ　　ト　番　号

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、アルカリ水溶液と該アルカリ水溶液よシ比重の小さ
   いアルコールとの混合物から成り、上記混合物中のアル
   カリ水溶液の混合比が上記アルコールの混合比より大き
   い第１の相と、該第１の相に積層され上記混合物中のア
   ルコールの混合比が上記アルカリ水溶液の混合比よシ大
   きい第２の相とを有するエツチング液によって半導体基
   体をエツチングする方法に於いて、上記半導体基体を上
   記第１の相にのみ触れさせてエツチングすることを特徴
   とする半導体基体のエツチング方法。 ２、特許請求の範囲第１項に於いて、アルカリ水溶液は
   水酸化カリウム水溶液であることを特徴とする半導体基
   体のエツチング方法。 ３、特許請求の範囲第１項に於いて、アル９−ルはイソ
   プロピルアルコールであることを特徴とする半導体基体
   のエツチング方法。