JPH10154691A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体基板の一部に分離溝を設けて構造体を形
成する半導体装置の製造方法において、製造工程が簡易
で、製造コストを低減することのできる製造方法を提供
する。 【解決手段】シリコン基板９の裏面をエッチングして下
部分離溝１７を形成する工程は電気化学エッチングによ
って行ない、上部分離溝形成時のシリコン基板の裏面保
護膜としては、シリコン基板を容易に多数同時に処理で
きる酸素プラズマによって形成するシリコン酸化膜１８
を用い、上部分離溝を形成する部分１９の上記シリコン
酸化膜を選択的に除去し、その後、上記シリコン酸化膜
を除去した部分のみを選択的にエッチングすることによ
り、下部分離溝１７と連結した上部分離溝２０を形成す
ることにより構造体を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板上の一
部をアルカリエッチング液、例えばＫＯＨ水溶液やヒド
ラジン等でエッチング除去することにより構造体を形成
する半導体装置、例えば半導体加速度センサや半導体圧
力センサなどの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体加速度センサの製造方法の
例としては、特開平６−１０４２４４号公報に電気化学
エッチング方法が開示されている。この従来例は、図
３、図４の（ａ）〜（ｆ）に示す様な製造工程に従っ
て、半導体装置を電気化学エッチングする方法である。
以下、従来例の要点を説明する。まず、図３（ａ）にお
いて、１はｐ型のシリコン基板、２はシリコン基板１の
裏主面に形成されたシリコン窒化膜、３はシリコン基板
１上に形成されたｎ型エピタキシャル層、４は高濃度ｎ
型拡散層（又はｐ型拡散層）、５はポリイミド膜であ
る。また、ポリイミド膜５のエッチング予定領域上に
は、フォトパターニングによりｎ型エピタキシャル層３
が露出するように開口部２１を設けている。また、シリ
コン窒化膜２の所定部分（後の工程でシリコン基板１を
エッチングする部分）も除去して開口部２２を設けてい
る。次に、図３（ｂ）に示すように、シリコン窒化膜２
をマスクとし、例えばＫＯＨ水溶液等を用いて電気化学
エッチングすることにより、シリコン基板１の所定領域
をエッチング除去し、下部分離溝６を形成する。この
際、ｎ型エピタキシャル層３の部分は残す。次に、図３
（ｃ）に示すように、フッ酸によりシリコン窒化膜２を
除去する。次に、図４（ｄ）に示すように、シリコン基
板１の裏主面にレジスト７を全面塗布する。次に、図４
（ｅ）に示すように、ポリイミド膜５の開口部２１から
ｎ型エピタキシャル層３をドライエッチングして上部分
離溝８を形成する。最後に、図４（ｆ）に示すように、
ポリイミド膜５を酸素アッシングにより除去し、またレ
ジスト７を除去することにより、上部分離溝８と下部分
離溝６とが接続され、ダイヤフラムおよび重り部となる
部分（分離溝から左側の部分）が分離される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような半導体装置の製造方法においては、電気化学エッ
チングの際の保護膜としてレジスト７を塗布したり、上
部分離溝８をドライエッチングによって形成するための
マスクとしてポリイミド膜５を塗布、フォトパターニン
グ、除去する工程が必要である。このため材料費が高く
なり、製造工程数も多いためコストが高くなってしまう
という問題点があった。

【０００４】本発明は、上記のごとき問題を解決するた
めになされたものであり、半導体基板の一部に分離溝を
設けて構造体を形成する半導体装置の製造方法におい
て、製造工程が簡易で、製造コストを低減することので
きる製造方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明者等は製造コストを低減するために簡易な方
法で、且つ低コストで形成できる溝形成エッチングの保
護膜形成法を模索した。その結果、半導体基板を酸素プ
ラズマ処理した時に半導体基板に形成される酸化膜が溝
形成エッチングの保護膜として用いることができること
を発見した。本発明は上記の知見に基づいてなされたも
のであり、特許請求の範囲に記載するように構成してい
る。すなわち、請求項１に記載の発明においては、半導
体基板の裏面をエッチングする第一のエッチング（下部
分離溝形成）は電気化学エッチングによって行ない、ま
た、第二のエッチング（上部分離溝形成）時の半導体基
板の裏面保護膜としては、半導体基板を容易に多数同時
に処理（バッチ処理）できる酸素プラズマによって形成
する酸化膜を用い、所定部分（上部分離溝を形成する部
分）の上記酸化膜を選択的に除去し、その後、上記酸化
膜を除去した部分のみを選択的にエッチングすることに
より、下部分離溝と連結した上部分離溝を形成すること
により構造体を形成するようにしたものである。

【０００６】また、請求項２に記載の発明においては、
上記酸化膜を選択的に除去する工程として、半導体基板
の裏面部分を純水に浸漬し、上面に希フッ酸を滴下する
ことによって上面の所定部分のみの酸化膜を除去するよ
うにしたものである。また、請求項３に記載の発明は、
上記第二のエッチング液としてヒドラジン水溶液を用い
たものである。

【０００７】

【発明の効果】本発明においては、従来方法のような溝
を形成するためのドライエッチングの保護膜としてレジ
ストを塗布したり、上部分離溝をドライエッチングによ
って形成するためのマスクとしてポリイミド膜の塗布、
フォトパターニング、除去する工程の必要が無くなり、
半導体基板を容易に多数同時に処理（バッチ処理）でき
ることが可能になるため、製造工程数が低減でき、かつ
材料費が従来方法に比べ安くなるので低コスト化が可能
になる、という効果が得られる。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１および図２は、本発明の一実
施の形態における製造工程を示す断面図である。この実
施の形態は本発明を半導体加速度センサの製造方法に適
用した場合を示す。まず、面方位が（１００）のｐ型シ
リコン基板９上にｎ型エピタキシャル層１０を形成す
る。次に電解エッチング時にｐ型シリコン基板９の電位
を調整可能とするためにｎ型エピタキシャル層１０上か
ら不純物の深い拡散を行い、ｐ型シリコン基板９に到達
する高濃度ｐ型（またはｎ型）拡散層１１を所定部分に
形成する。さらにｎ型エピタキシャル層１０上にシリコ
ン酸化膜１２を形成し、ｎ型エピタキシャル層１０の中
にピエゾ抵抗領域（素子完成後に加速度センサの検出素
子部分となる領域）としてｐ型拡散層１３を形成する。
なお、シリコン酸化膜１２はｐ型シリコン基板９の裏面
にも形成される。次に、シリコン酸化膜１２を選択開口
してアルミニウム配線１４を高濃度ｐ型拡散層１１とｐ
型拡散層１３の所定位置にコンタクトさせ、その後にＰ
ＳＧ膜１５をパッシベーション絶縁膜として堆積する。
次に、エッチング予定領域上のＰＳＧ膜１５を選択開口
することにより、エッチング予定領域上のＰＳＧ膜１５
およびシリコン酸化膜１２を除去し、開口部２３を形成
する。次に、ｐ型シリコン基板９の裏面部分のエッチン
グ予定領域上のシリコン酸化膜１２をレジスト膜（図示
せず）を用いてフォトパターニングしてエッチング除去
し、開口部２４を形成する。次に、ＰＳＧ膜１５上にア
ルカリ溶液に侵されない膜、例えばシリコン樹脂等の保
護膜１６を形成する。図１（ａ）は以上の工程によって
形成された状態を示す。

【０００９】次に、図１（ｂ）に示すように、ｐ型シリ
コン基板９の裏面部分のエッチング予定領域を、シリコ
ン酸化膜１２をマスクとして、電気化学エッチングを行
って下部分離溝１７を形成する。ここで用いる電気化学
エッチングは、エッチング液としてＫＯＨ水溶液、ヒド
ラジン、ＴＭＡＨ（tetramethylammonium hydroxide）
等のアルカリ溶液を用い、エッチング液中に設けた基準
電極とｐ型シリコン基板９およびｎ型エピタキシャル層
１０との間に所定の電圧を印加してエッチングを行な
う。なお、上記の電圧印加はアルミニウム配線１４と高
濃度ｐ型拡散層１１を介して行なう。このときｎ型エピ
タキシャル層１０に基準電極に対して正の適当なバイア
スを印加し、ｎ型エピタキシャル層１０の電位を制御す
ることにより、エッチングはｎ型エピタキシャル層１０
とｐ型シリコン基板９の界面で停止させることができ
る。

【００１０】次に、図２（ｃ）に示すように、ｐ型シリ
コン基板９の裏面部分のシリコン酸化膜１２を希フッ酸
によって除去し、ｐ型シリコン基板９の表面部分の保護
膜１６を有機溶剤（レジスト剥離液）によって除去す
る。次に、ｐ型シリコン基板９の裏面部分の表面に酸素
プラズマ処理を施し、薄いシリコン酸化膜１８を形成す
る。上記の酸素プラズマ処理条件は、バレル方式装置を
用い、反応室が１Torrとなるように導入酸素ガス流量を
調整し、高周波電力は１５０Ｗ、処理時間は２０分間行
なう。なお、このとき、ｐ型シリコン基板９の表面のＰ
ＳＧ膜１５に設けた開口部２３におけるシリコン表面が
露出した部分１９（ｎ型エピタキシャル層１０の露出部
分）にも酸素プラズマ処理によって厚さ３ｎｍ程度のシ
リコン酸化膜（図示せず）が形成されてしまう。次に、
上記開口部２３の部分に形成されたシリコン酸化膜（図
示せず）を希フッ酸（ＨＦ：Ｈ₂Ｏ＝１：９９）を用い
て除去する。この工程においては、ｐ型シリコン基板９
の裏面に設けたシリコン酸化膜は保存したいので、本発
明者は、ｐ型シリコン基板９の裏面側全体に純水が接す
るような特殊治具を用い、ｐ型シリコン基板９の表面に
希フッ酸（ＨＦ：Ｈ₂Ｏ＝１：９９）を滴下する手法を
用いることにより、上記シリコン表面が露出した部分１
９（開口部２３）上に形成されたシリコン酸化膜のみを
除去している。上記の工程によって形成された状態が図
２（ｃ）である。

【００１１】次に、図２（ｄ）に示すように、シリコン
とシリコン酸化膜とのエッチング選択比が極めて高いヒ
ドラジン水溶液を用いてエッチングを行なう。例えば、
ｎ型エピタキシャル層９の厚さが４μｍであれば、ヒド
ラジンの温度５０℃、エッチング時間２５分間処理する
ことにより、ＰＳＧ膜１５の開口部２３からのエッチン
グ領域が下部分離溝１７まで届いて上部分離溝２０が形
成され、上部分離溝２０と下部分離溝１７とが貫通して
ダイヤフラム（上部分離溝２０から左の部分）が形成さ
れる。このとき、ｐ型シリコン基板９の裏面のシリコン
は、シリコン酸化膜１８によって保護されているので、
エッチングが進行せず、良好なダイヤフラム形状が形成
できる。

【００１２】なお、裏面のシリコン酸化膜１８は、エッ
チング液としてシリコンとシリコン酸化膜とのエッチン
グ選択比が極めて高いヒドラジン水溶液を用いているの
で、ｎ型エピタキシャル層９よりはエッチング速度が非
常に遅いが、エピタキシャル層９の厚さ４μｍに対して
３ｎｍ程度と極めて薄いので、上記のエッチング時間の
終了時には殆ど残っていない。特に、上部分離溝２０の
下の部分のシリコン酸化膜は、上部分離溝２０が貫通す
ると上下両面からエッチングされるので、図２（ｄ）に
示すように、その部分は全く無くなる。ただし、裏面の
その他の部分のシリコン酸化膜１８も完全に無くなった
後にエッチングを継続するとｐ型シリコン基板９の裏面
のシリコンがエッチングされてしまうので、上記のエッ
チング時間は、上部分離溝２０がシリコン酸化膜１８を
含めて貫通し、かつその他の部分のシリコン酸化膜１８
は多少残るか、或いは殆ど無くなる程度の時間に設定す
ればよい。また、上部分離溝２０の下の部分のシリコン
酸化膜が残るような場合には、それを除去する工程（例
えば希フッ酸で処理）を設けてもよい。上部分離溝２０
の下の部分以外の裏面の大部分を覆っているシリコン酸
化膜はそのまま残しても特性に影響を及ぼさない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造工程の一実施の形態を示す断面図
の一部。

【図２】本発明の製造工程の一実施の形態を示す断面図
の他の一部。

【図３】従来の製造工程の一例を示す断面図の一部。

【図４】従来の製造工程の一例を示す断面図の他の一
部。

【符号の説明】

１：ｐ型シリコン基板 ２：シリコン窒化
膜 ３：ｎ型エピタキシャル層 ４：高濃度ｐ型
（またはｎ型）拡散層 ５：ポリイミド膜 ６：下部分離溝 ７：レジスト膜 ８：上部分離溝 ９：ｐ型シリコン基板 １０：ｎ型エピタキ
シャル層 １１：高濃度ｐ型（またはｎ型）拡散層 １２：シリコン酸化膜 １３：ｐ型拡散層 １４：アルミニウム配線層 １５：ＰＳＧ膜 １６：保護膜 １７：下部分離溝 １８：シリコン酸化膜 １９：シリコン表
面が露出した部分 ２０：上部分離溝 ２１：開口部 ２２：開口部 ２３：開口部 ２４：開口部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野口 隆利 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一導電形半導体基板の一主面上に反対導電
   形領域を形成し、かつ所定部分を除いてマスクとなる膜
   を形成した基板を第一のエッチング液に浸漬し、上記一
   導電型半導体基板および上記反対導電形領域と、それに
   対向するように上記エッチング液中に設置した基準電極
   との間に電圧を印加して、上記マスクのない所定部分か
   ら上記一導電形半導体基板を選択的に電気化学エッチン
   グし、上記一導電形半導体基板と上記反対導電形領域と
   の間のｐｎ接合部で上記エッチングを停止させる第一の
   エッチング工程と、 酸素プラズマ処理により、上記一導電型半導体基板と上
   記反対導電形領域との露出部分を酸化して表面に酸化膜
   を形成する工程と、 上記反対導電型領域表面の所定部分の上記酸化膜を選択
   的に除去する工程と、 第二のエッチング液に浸漬して上記反対導電型領域にお
   ける上記酸化膜を除去した部分を選択的にエッチングす
   る第二のエッチング工程と、を含むことを特徴とする半
   導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】上記反対導電型領域の所定部分の上記酸化
   膜を選択的に除去する工程は、上記一導電型半導体基板
   の部分を純水に浸漬し、上記反対導電型領域の上面に希
   フッ酸を滴下することによって行なうことを特徴とする
   請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】前記第二のエッチング液がヒドラジン水溶
   液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。