JPS5935431A - 半導体装置の製造方法 - 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】 本発明は半導体装置の製造方法に係シ、特に単結晶島の
角部の浸食を最低限にできる異方性エツチング方法に関
する。

半導体通話路素子などの高耐圧半導体集積回路は、使用
電圧が約４００Ｖ、電流容量が約２００ｍＡであシ、高
周波を取シ扱う点から、高速性も必要とされている。し
たがって半導体集積回路の各回路素子の分離には誘電体
分離が使われている。

まず第１図に従い、半導体としてシリコンを例にあげ従
来の誘電体分離法を説明する。

第１図（ａ）に示すように、結晶面（１００）のシリコ
ン基板１に熱酸化法によシ酸化膜２を形成する。次にホ
トリングラフィ法で（１１０１方向に酸化膜２を除去し
た窓を開ける。次に、異方性エツチング方法により、酸
化膜２をマスクとして分離ｆｌｊ３ａｅ　３ｂ、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字型となｆｉ、（１１０）方向からみた
溝形状の変化は自動的に停止する。

次に第１図の）に示すように、再び熱酸化膜２を形成後
、最終的には支持体となる多結晶シリコン４を形成する
。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）に示す構造の誘電体分離基板１０を
得る。即ち単結晶島１ａ〜ｌｄは、酸化膜２ａ〜２ｄで
絶縁され多結晶シリコン４で支持されている。最後に第
１図（ｄ）に示すように公知なる方法によシ回路素子、
電極を形成し半導体集積回路素子を得る。

次に本発明の関係する異方性エツチング方法について第
２図に従い詳細に説明する。

図において、単結晶の（１００）面を主表面とするシリ
コン基板１の（１１０，１方向に分離溝３４１ける。エ
ツチング液のマースフ材である酸化膜２の幅をｔ、最終
的な溝深さをｄとすると、溝は（１１１）面で囲まれた
Ｖ字型となシ、結晶学的に の関係にある。直線的な溝の部分では、最もエツチング
速度の遅い（１１１）面が出た時点で実質的にエツチン
グは停止し、形状精度の良いＶ型の溝が形成できる。と
ころで分離溝が交差する部分では、（１００）、（１１
１）に加え、第３の結晶面（ｈｋｔ）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ってまたは使用
する液によって諸説が、１）明らかではない。しかしこ
の面のエツチング速度は （１１１）面の速度＜（ｈｋ／、）面の速度（（Ｚｏｏ
）面の速度の関係がある。（ｈｋｔ）面が著しくエツチ
ングされると単結晶島の角が丸くなることになシ、回路
素子を形成できる領域が小さくなる。このため、酸化膜
のマスクに補償パターン６を設けて（ｈｋｚＪ面の後退
を防止する。またエツチング液には、水酸化カリウム（
ＫＯＨ）水溶液とアルコールの混合液を７０〜８０Ｃに
加熱した液が用いられる。

以上の異方性エツチング方法における３個の問題点を説
明する。

第３図（ａ）、（ｂ）は誘電体分離基板１ｏの一部表面
そのＢ−Ｂ切断線に沿う断面をそれぞれ示す。

これは、各単結晶島ｌｎ間が絶縁されずに連結された例
を示す。この原因は（ｂ）に示すように、分離溝の中に
マイクロピラミッド７（ピラミッド状溶液中の座埃の付
着、結晶欠陥などと考えられるが偶発的であシ、発生原
因を完全にとシのそくことは難しい。通常１つのチップ
の中には数十個の単結晶島が含まれておシ、マイクロピ
ラミッド７が１個発生し絶縁不良となっただけでそのチ
ップは不良となる。マイクロピラミッド７が小さい場合
は研磨量を増すことで完全に分離することも可能である
。マイクロピラミッド７が大きい場合は、研磨量をさら
に増すことが必要で、この場合、単結晶島の面積が小さ
くなること、島の厚さが薄くなるなど二次的な問題が発
生し、最悪の場合誘電体分離基板１０全体が不良となる
。したがって例えば直径３インチのシリコン基板を使う
場合、マイクロピラミッドの数はシリコン基板内で数個
以下にする必、要がある。定性的にはＫＯＨを低濃度に
するとマイクロピラミッドが発生し易くなる。

第４図（ａ）　、　（ｂ）は、第３図と異なる第２の問
題を含む誘電体分離基板ｌＯの一部表面とそのＣ−Ｃ切
断線に沿う断面をそれぞれ示す。

この例においては、マイクロピラミッドによる絶縁不良
はないが、各単結晶島１ｎの角部が著しく浸食された例
を示す。中央部に点線で示した正常な形状に比較して各
単結晶島１ｎの面積が著しく狭くなっている。この現象
はマイクロピラミッドの発生を防止するためＫ　ＯＨの
濃度を高くした場合、あるいは第２図に示した補償パタ
ー／が小さ過ぎた場合によくみられる。このように単結
晶島Ｉｎの角形状が悪くなったシ、エツチング量の再現
性が悪い場合は、回路素子を形成する領域を余裕をもっ
て内側に設置するため集積度が下がシ、また予測よシ角
部の浸食が大きいと１７」路素子が単結晶島１ｎよりは
み出すなどの問題が生ずる。

次に第５図において、Ｍ３の問題点について述べる。

（ａ）は誘電体分離基板１０の一部表面、（ｂ）、（Ｃ
）はそのＤ−Ｄ、Ｅ−Ｅ切断線に沿う断面を示す。

第５図Φ）は正常な形状であるが、各単結晶島１ｎの角
部では広がった形状となっておシ、第５図（Ｃ）に示す
ように単結晶島間が連続している。これは第４図とは逆
の現象で補償パターンが大き過ぎたためである。この場
合も第３図の場合と同様な不都合を生ずることになる。

第４図及びＭ５図の問題点は補償パターンの寸法の不適
切による。

ところで、マイクロピラミッドの発生は下記の方法で抑
制できることが分った。

例えば、上記平面を（１００１面とし、分離溝ｖ（ｔｘ
ｏ）方向に沿って設け、シリコンからなる半導体基体を
用い、３３〜３６ｗｔ％のＫＯＨ水溶液−イソグロビル
アルコール系のエツチング液を用いるとマイクロピラミ
ッドの発生は抑制できる。

それゆえ、本発明の目的は、前述した第２及び第３の問
題点、すなわち、補償ノくターン寸法の不適切による、
単結晶島角部の形状不良を改善できる半導体装置の製造
方法を提供するにある。

本発明の特徴とするところは、エツチング液のエツチン
グ速度と結晶学的関係から、所望のエツチング深さに達
したときに、各単結晶島となる部分の角部が適正に浸食
される形状の補償パターンを用いることにある。

次に本発明を実施例に基づいて説明する。

まずマイクロピラミッドの発生しない、あるいは発生し
ても成長しないエツチング液について述べる。ここでは
ＫＯＨ−イングロビルアルコールー水系の液を用いる場
合を例にあげる。シリコン基板の主表面が（１００）面
で、分離溝を［１１１）方向に沿って設ける場合、［１
００）面、（１１１）面、マイクロピラミッドを形成す
る（　ｈｋｔＪ面のエツチング速度と、結晶面の結晶学
的関係から、ここで所望するエツチング液組成を決定で
きる。

はぼ実用的なエツチング液組成において、マイクロピラ
ミッドを形成する結晶面は（３１３）面であシ、（１０
０３、（１１１）面との結晶学的関係から、所猿する上
記エツチング液組成のＫＯＨ濃度は、３３〜３６％で理
想的には３４　ｗ　ｔ％である。

次にこの組成のエツチング液を使ってエツチングを行な
い、分離溝を形成する場合の各単結晶島の角部の形状変
化を第６図によシ説明する。ここでは単結晶島が理想的
に方形となった時の角端部Ｏ点に、正方形を形成するよ
うな補償パターン６０対角線の中心が位置するように配
置しである。

第６図（ａ）に単結晶島が理想的方形となる場合の形を
一点鎖線で、また、補償パターンとなる正方形を二点鎖
線と点線にて示した。

第６図（ａ）はエツチング初期の形状で、補償パターン
６があるために、（３１３）面で囲まれた八面体の一部
分が現われてくる。

第６図（ｂ）は（３ｉ３）面の八面体の頂点が０点に一
致した時の形状を示す。単結晶島の角部（誘電体分離基
板とした時の高底のコーナー）は直角になっているが、
底面の（ｉｏｏ）面上に対して広く裾野を引いている。

この時点で誘電体分離基板を作成すると第５図の典型的
な形状となる。第６図（Ｃ）はさらにエツチングが進行
した状態で、単結晶島の角部は０１点まで浸食されてい
るが、溝底にはまだ小さな裾野が広がっている。さらに
、エツチングが進行すると、裾野が消えて第２図に示し
た形状となる。

すなわち、エツチングが進行するにしたがい、単結晶島
の角部は（３１３）面で囲まれた八面体となシ、その頂
点は補償パターンの対角線の交点と一致する。従って、
エツチング速度は（ｉｉｉ）面に対して最も遅いので、
補償パターンは、正方形に限らず、４の正数倍の正多角
形あるいは円形を形成するものなら、使用できることが
確認できた。以下では最も単純な正方形を使うことにす
る。

次に第７図におりて補償パターン６の位置について説明
する。

第７図（ａ）は第６図のものと同じ大きさの正方形を形
成する補償パターン６で、その中心を第６図の０点より
内側の０２点に配置したものである。

−６図（ｂ）が得られるエツチング時間で比較すると、
すでに角部の浸食が始まっており、補償パターン６を設
けた効果が少ないことを示している。第７図（ｂ）は、
同様に補償パターン６の中心点ｏ４が、第６図の０点の
外側になるように配置した例である。裾野が広いことに
加え、頂点ｏ４が形成される他に、角部の浸食も始まＪ
）、０１点と０４点の間の０点は鞍の座部に位置する形
になっておシ、この状態で誘電体分離基板を作成しても
０点の深さが浅くなって使用が難かしくなシ、実用的な
効果はない。以上第６図、第７図の比較から、補償パタ
ーンの中心は、第６図の如く配置させることが実用的で
あることがわかる。

以上のエツチング液組成、補償パターンの形状並びに配
置についての結果に基づいて、単結晶島の角部の浸食量
を最低限におさえることのできる、補償パターンの大き
さについて、説明する。

第８図において、第６図で示した補償パターン６を菱っ
てエツチングした形状について説明する。

（ａ）は、角部が最適形状になる直前の状態を示す。

７字形の分離溝を形成する過程で、角部の浸食をある程
度防ぐことができるが、補償パターン６を設けたことに
原因する裾野が発生してしまう。この裾野を減少させな
がらエツチングすると、単結晶島の角部の浸食は避けら
れない。したがって、裾野ができるだけ早く消滅し、か
つ浸食量が最低限とな夛、この間に所定の深さのＶ字形
の分離溝が形成できる補償パターン６が最適な寸法とい
える。

第８図（ｂ）は、最適な条件でエツチングを終了した形
状を示す。この状態では（ｉｏｏ）底面は所定の深さに
エツチングされてＶ字形の分離溝が形成され、補償パタ
ーン６を設けたことによる裾野は丁度消え、角部の浸食
量は最少となっている。

ここで、（３１３３面の相対的なエツチング速度として
、０１点の移動速度をＶ６、（ｉｏｏ）面のエツチング
速度を■４と定義しておく。本実施例の条件では、各面
、各点の関係は結晶学的に（ｂ）に図示した関係となる
。この関係から、最適な補償パターン６の単結晶島の一
辺から直角の方向に突出した寸法Ｘを求めてみる。まず
一般的に扱えるよう説明する。

溝上面浸食量００１＝溝底面浸食１１０ｓＯｙ＝）’（
３１３）面のとき、θ！＝４５°、θ、＝２６°３５′
である。したがって、 １１つ１ ＝０．２３６ｔ　　　　　　　　　・・・・・・・・・
・・・（３）溝が完全にＶ字型になる時間 浸食量が０６から０１に達する時間 俵件の設定より１１＝１．であり、（４）（５）式から
（３）式を代入すると したがって、必要な単結晶島の厚さに対応する溝深さを
決め、（１）式からｔを決めれば、エツチングのばらつ
きを考慮する必要はあるが、実質的にはく７）式よシ最
適な補償パターン６の寸法Ｘを求めることかできる。

すなわち、本発明では所望のエツチング深さに達した時
に、角部に裾野がなく、また、角部が必要以上に浸食さ
れないような大きさの補償パターンを用いることに特徴
があシ、エツチング液組成、補償パターンの配置によっ
ては、マイクロピラミッドの発生を抑制させつつ、かつ
、単結晶島の角部の浸食を抑えることができるのである
。

ところで、各単結晶島に回路素子を形成する場合、浸食
量ｙを知っておく必要がある。これは例えば（３）式で
求まる。ｙはｔだけのパラメータで一義的に決まってし
まう。

第９図は（３）式及び（７）式の関係をＶ　−／　Ｖ　
ａをパラメータとして表わしたもので、Ａ線はｔに対す
るＸの大きさの限界を示し、Ｂ線は（３）式で決定され
るｔとｙの関係を示す。なおこの表において、（３）式
及び（７）式が成立するのは、角部に（３１３）面が表
われる液組成で、ＫＯＨ濃度が３３〜３８％の範凹であ
る。（３１３）面取外が現われる場合は、この面と（１
００）面、（１１１）面との結晶学的関係から決まるθ
１．θ２を使って同様な計算をすれば良い。

以上述べた実施例では、シリコン（１００）面、ＫＯＨ
−イソプロピルアルコール−水系について述べたが、シ
リコンの他の面、例えば（１１０）面、エツチング液と
しては、一般的にＫＯＨ−アルコール−水系、他のエツ
チング液としてヒドラジン系、エチレンジアミン−ピロ
カテコール系、ＮＨ４ＯＨＨｘＯ系などにも適用できる
。また半導体基板としてのＧａＡＳ、ＧａＰ等の化合物
半導体、そのエツチング液としてのＢ”ｘ　　ＣＨｓＯ
Ｈ系、ＨｚＳＯａ−Ｈ２０２ＨｚＯ系等を用いる場合も
本発明が適用できる。

以上述べたように、本発明では、角部の浸食量の低減、
島−高閲の絶縁不良の防止が達成できる。

また、本発明は誘電体分離基板の製造に限ることなく、
異方性エツチングを行なう場合の全てに適用可能である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は誘電体分離基板の製造工程を示す基板断面図、
第２図は異方性エツチングしたシリコン基板の部分的斜
視図、第３図〜第５図は従来技術を説明するための誘電
体分離基板を示し、それぞれの（ａ）は部分的上面図、
Φ）（Ｃ）はその断面図、第６図〜第８図は本発明を説
明するための異方性エツチングしたシリコン基板の部分
的上面図、第９図は本発明を説明するための、溝幅ｔ、
角部浸食量ｙ１最適補償パターン寸法Ｘの関係を示す図
である。 １・・・シリコン基板、１ａ＋　　１ｂ、ＩＣｓ　１ｄ
。 Ｉ　ｎ　・−・単結晶島、２，２ａ、２ｂ、２Ｃ，２ｄ
・・・酸化膜、３，３ａ、３ｂ、３Ｃ・・・分離溝、４
・・・多結晶シリコン、６・・・補償パターン、７・・
・マイクロ−ピラミッド、１０・・・誘電体分離基板。 代理人　弁理士　高、僑明夫 第　１　図 ７２図 ロ図 １４図 Ｘｓ　　図 Ｘｉ　図 ￥７　図 イδ　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、半導体基板上のマスクに補償パターンを設けて異方
   性エツチングによシ凹部を形成する工程を有する半導体
   装置の製造方法において、半導体基板の主表面φよ最も
   早くエツチングされ、エツチングによってできる凹部の
   複数の第１の傾斜面が最も遅くエツチングされ、２個の
   第１の傾斜面が交叉してできる角部がエツチングされて
   第２の傾斜面を作り、この傾斜面が中間の速度でエツチ
   ングされるようなエツチング液を用い、補償パターンは
   その中心を上記角部に一致させ、かつ、凹部が所望の深
   さに達した時点で上記第２の傾斜面の裾野がなくまた、
   第２の傾斜面が必要以上にエツチングされない大きさを
   持たせて、エツチングを行なうことを特徴とする半導体
   装置の製造方法。