JP4816022B2 - End point detection method in wet anisotropic etching and manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、透明な支持基板に張り合わせたシリコンウエハをアルカリ溶液に浸漬させて湿式異方性エッチングして貫通トレンチ(溝)や薄い残シリコン底膜を残したトレンチ(溝)を形成するウエハプロセスを含み、前記支持基板によりウエハ状態が保たれたままウエハプロセスを完了させる半導体装置の製造方法に係り、特には、貫通トレンチエッチングの終点検出プロセスに関する。 The present invention relates to a wafer process in which a silicon wafer bonded to a transparent support substrate is immersed in an alkaline solution and wet anisotropic etching is performed to form a through trench (groove) or a trench (groove) leaving a thin residual silicon bottom film. In particular, the present invention relates to a process for detecting an end point of through trench etching, in which a wafer process is completed while the wafer state is maintained by the support substrate.
半導体ウエハの湿式エッチングプロセスにおける終点の検出は、従来、図3に示すように、反射式の光学的センサを用いてエッチング面の反射強度を測定して最適なエッチング終点を検出する方法およびその装置が知られ(光源51、照射光52、シリコンウエハ53、反射光54、受光部55、スプレーノズル56、エッチング液57)、また、レーザー光の波長を変えて反射光の干渉強度の変化からエッチング残りの膜厚を検出し、最適エッチング終点を決める方法およびその装置などが知られている(特許文献1、2)。
また、半導体ウエハに対して、強アルカリ液を用いた異方性エッチングを行う場合、エッチング深さが時間に比例することを利用して終点を決定する時間管理方式や、半導体ウエハとエッチング液中の電極間に流れる電流値の変化からエッチング終点を検出する方法や、厚みセンサーを用いて検出する方法が知られている(特許文献3)。しかし、前記特許文献1〜3に記載の終点検出方法は、いずれも半導体ウエハを一枚づつ処理する枚葉式であり、同時に複数枚数の半導体ウエハを処理することができず、生産効率の面からは好ましいとは言い難い方法である。しかも、半導体ウエハに対して極く浅い表面層をエッチングするものであり、半導体ウエハを貫通するような深いエッチングに対応するものではない。
As shown in FIG. 3, a conventional method for detecting an end point in a wet etching process of a semiconductor wafer is a method and an apparatus for detecting an optimum etching end point by measuring the reflection intensity of an etching surface using a reflective optical sensor. (
In addition, when anisotropic etching using a strong alkaline solution is performed on a semiconductor wafer, a time management system that determines the end point using the fact that the etching depth is proportional to the time, or in the semiconductor wafer and the etching solution There are known a method of detecting an etching end point from a change in a current value flowing between the electrodes, and a method of detecting using a thickness sensor (Patent Document 3). However, the end point detection methods described in Patent Documents 1 to 3 are all single-wafer types that process semiconductor wafers one by one, and a plurality of semiconductor wafers cannot be processed at the same time. From this, it is difficult to say that it is preferable. Moreover, it is intended to etch a very shallow surface layer with respect to the semiconductor wafer, and does not correspond to deep etching that penetrates the semiconductor wafer.
また、ガラス基板に所定の金属薄膜パターンが形成されるクロムマスクの製造工程では、発光、受光素子を利用した光量変化により、エッチングの終点検出が行われるが、このように光量変化を用いて終点検出を行うこと自体は公知の技術である(特許文献4、5、6−従来の技術)。
一方、半導体ウエハをそのままで、格子状に貫通する深さの溝エッチングを湿式エッチングで形成すると、半導体チップがバラバラになって、次工程以降におけるパシベーションプロセスが複雑となり難しくなり、従来のメサ形半導体チップの製造プロセスと同じになってしまう。そこで、半導体ウエハを貫通するほどの深いエッチング(以降、貫通エッチングと略す)を施すには、耐エッチング性の透明な支持基板に半導体ウエハを貼り付けることにより、格子状に貫通エッチングをしてもウエハ状態を保つことができるようにする必要がある。
このように半導体ウエハを透明支持基板に貼り付けた状態で、湿式異方性エッチングプロセスにより貫通エッチングする場合、エッチング深さの不足または過剰エッチングを避けて最適なエッチング深さとするためにエッチング終点を適切に簡単に決定できることが望まれる。さらに、ウエハ面内およびウエハ間でのエッチングバラツキが少なく、複数枚数のウエハを同時にエッチングして処理効率を上げて生産性の高いプロセスとすることもコスト削減のためには望ましい。
On the other hand, if the trench etching with a depth penetrating in a lattice shape is formed by wet etching while leaving the semiconductor wafer as it is, the semiconductor chip becomes disjoint and the passivation process in the subsequent steps becomes complicated and difficult, and the conventional mesa semiconductor This is the same as the chip manufacturing process. Therefore, in order to perform etching that is deep enough to penetrate the semiconductor wafer (hereinafter, abbreviated as penetration etching), the semiconductor wafer is attached to a transparent support substrate that is resistant to etching. It is necessary to be able to maintain the wafer state.
When through etching is performed by a wet anisotropic etching process with the semiconductor wafer attached to the transparent support substrate in this way, the etching end point is set to an optimum etching depth to avoid insufficient etching or excessive etching. It is desirable to be able to make an appropriate and easy decision. Furthermore, there is little etching variation within the wafer surface and between wafers, and it is also desirable to reduce the cost by simultaneously etching a plurality of wafers to increase the processing efficiency and to make the process highly productive.
半導体ウエハを、所要のベベル角を有するシリコンチップとなるようにエッチングするために、アルカリ溶液に浸漬させて湿式異方性エッチングして貫通トレンチ(溝)を形成する際や、貫通させないまでも極く薄いシリコン底膜を残した程度のトレンチ(溝)を形成する場合、前記従来の反射光を利用してエッチングの終点を検出する方法では、エッチングの終点となるべき、シリコンウエハが貫通した段階や薄いシリコン底膜を残した段階では、反射光の強度が非常に弱くまた不安定になるため、エッチングの終点を精度良く検出できないという問題があることが分かった。しかも、前記従来の検出方法では装置の構成上、一枚ずつエッチングする枚葉式のエッチングにしか対応できないため、特にエッチングに要する時間が非常に長い場合に量産時の生産性の低下が避けられないという問題もある。そこで、たとえば、50枚程度の半導体ウエハを一括処理できて生産性の高いバッチ式エッチング方法を採用する場合にも、バラツキの少ない均一なエッチングができると共に、エッチング終点を簡単に適切に検出できる方法が強く求められている。 In order to etch a semiconductor wafer into a silicon chip having a required bevel angle, it can be immersed in an alkaline solution and wet anisotropically etched to form a through trench (groove) or even if it is not penetrated. In the case of forming a trench having a thin silicon bottom film, in the conventional method of detecting the etching end point using reflected light, the silicon wafer penetrates, which should be the etching end point. When the thin silicon bottom film is left, the intensity of the reflected light becomes very weak and unstable, which indicates that there is a problem that the end point of etching cannot be detected with high accuracy. In addition, the conventional detection method can only deal with single-wafer etching in which the etching is performed one by one due to the configuration of the apparatus, so that a decrease in productivity during mass production can be avoided especially when the time required for etching is very long. There is also a problem of not. Therefore, for example, even when a batch etching method with high productivity that can process about 50 semiconductor wafers at a time is adopted, uniform etching with little variation can be performed and an etching end point can be detected easily and appropriately. Is strongly demanded.
本発明は、以上説明したような問題点に鑑みて成されたものであり、半導体ウエハを貫通するトレンチ(溝)を湿式エッチングで形成する際にも、半導体ウエハから半導体チップが分離せず、しかも間単に適切なエッチング終点を検出できる方法およびその終点検出方法を用いるエッチング装置、および前記エッチング終点検出方法を用いてウエハをトレンチエッチングするプロセスを有する半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the problems as described above, and even when a trench (groove) penetrating the semiconductor wafer is formed by wet etching, the semiconductor chip is not separated from the semiconductor wafer, Moreover, an object of the present invention is to provide a method capable of simply detecting an appropriate etching end point, an etching apparatus using the end point detection method, and a method of manufacturing a semiconductor device having a process of trench etching a wafer using the etching end point detection method. To do.
特許請求の範囲の請求項1記載の本発明によれば、透明な支持基板に張り合わせた半導体ウエハからなる被エッチング基板の、少なくとも一枚の前記被エッチング基板の一面側に光源用部品を、他面側に受光部用部品を配置した状態でエッチング槽に浸漬し、トレンチエッチングしながら、形成されたトレンチを経由する前記光源からの透過光量を前記受光部にて測定し、前記形トレンチの貫通前後に変化する透過光量変化を検知して湿式異方性エッチングにおける終点検出方法とすることにより、前記本発明の目的は達成される。
特許請求の範囲の請求項2記載の本発明によれば、前記半導体ウエハがシリコンウエハである特許請求の範囲の請求項1記載の湿式異方性エッチングにおける終点検出方法とすることが好ましい。
特許請求の範囲の請求項3記載の本発明によれば、前記トレンチエッチングがアルカリ溶液を用いたエッチングである特許請求の範囲の請求項1または2記載の湿式異方性エッチングにおける終点検出方法とすることがより好ましい。
According to the first aspect of the present invention, the light source component is provided on one surface side of at least one of the substrates to be etched of the substrate to be etched which is a semiconductor wafer bonded to a transparent support substrate. The light-receiving part is placed on the surface side and immersed in an etching tank, and while the trench is etched, the amount of light transmitted from the light source passing through the formed trench is measured by the light-receiving part and penetrates the trench. The object of the present invention is achieved by detecting a change in transmitted light amount that changes back and forth, and providing an end point detection method in wet anisotropic etching.
According to the second aspect of the present invention, the end point detection method in wet anisotropic etching according to the first aspect of the present invention is preferably the semiconductor wafer is a silicon wafer.
According to the present invention as set forth in claim 3, the end point detection method in wet anisotropic etching according to claim 1 or 2, wherein the trench etching is an etching using an alkaline solution. More preferably.
特許請求の範囲の請求項4記載の本発明によれば、前記アルカリ溶液が水酸化テトラメチルアンモニウムである特許請求の範囲の請求項3記載の湿式異方性エッチングにおける終点検出方法とすることが望ましい。
特許請求の範囲の請求項5記載の本発明によれば、表面が(100)面のシリコンウエハを用い、水酸化テトラメチルアンモニウム液を用いたエッチング液により、開口部が底部より広いV字形状トレンチを形成する特許請求の範囲の請求項4記載の湿式異方性エッチングにおける終点検出方法とすることがより望ましい。
特許請求の範囲の請求項6記載の本発明によれば、前記透明な支持基板が石英ガラスまたは透明樹脂である特許請求の範囲の請求項1乃至5のいずれか一項に記載の湿式異方性エッチングにおける終点検出方法とすることが好適である。
According to the present invention as set forth in claim 4, the end point detection method in wet anisotropic etching according to claim 3, wherein the alkaline solution is tetramethylammonium hydroxide. desirable.
According to the present invention as set forth in
According to the present invention as set forth in
特許請求の範囲の請求項7記載の本発明によれば、前記光源と受光部は、それぞれ前記半導体ウエハのいずれかの面の近傍に配置される測定点との間を、照射用光ファイバーまたは受光用光ファイバーにより接続されている特許請求の範囲の請求項1乃至6のいずれか一項に記載の湿式異方性エッチングにおける終点検出方法とすることがより好適である。
特許請求の範囲の請求項8記載の本発明によれば、前記光ファイバーが石英製光ファイバーである特許請求の範囲の請求項7記載の湿式異方性エッチングにおける終点検出方法とすることができる。
特許請求の範囲の請求項9記載の本発明によれば、前記石英製光ファイバーが耐アルカリ性の樹脂で被覆されている特許請求の範囲の請求項8記載の湿式異方性エッチングにおける終点検出方法としてもよい。
According to the present invention as set forth in claim 7, the light source and the light receiving section are respectively arranged between an optical fiber for irradiation or a light receiving portion between measurement points arranged in the vicinity of either surface of the semiconductor wafer. It is more preferable to use the end point detection method in wet anisotropic etching according to any one of claims 1 to 6 connected by an optical fiber for use.
According to the present invention described in
According to the present invention as set forth in
特許請求の範囲の請求項10記載の本発明によれば、前記光源の波長は、波長400nm乃至2.0μmである特許請求の範囲の請求項2記載の湿式異方性エッチングにおける終点検出方法とすることが好ましい。
特許請求の範囲の請求項11記載の本発明によれば、表面が(100)面のシリコンウエハを用いて、V字形状トレンチを形成する際に、前記トレンチの開口部側に受光部を配置し、前記トレンチの底部側に光源を配置すること特徴とする請求項5記載の湿式異方性エッチングにおける終点検出方法とすることがより好ましい。
特許請求の範囲の請求項12記載の本発明によれば、表面が(100)面のシリコンウエハを用いて、V字形状トレンチを形成する際に、前記トレンチ開口部側に光源を配置し、透明支持基板の外周縁側に受光部を配置する特許請求の範囲の請求項5記載の湿式異方性エッチングにおける終点検出方法とすることもできる。
According to the present invention of
According to the present invention of
According to the present invention of
特許請求の範囲の請求項13記載の本発明によれば、表面が(100)面のシリコンウエハを用いて、V字形状トレンチを形成する際に、前記トレンチ開口部側に受光部を配置し、透明支持基板の外周縁側に光源を配置する特許請求の範囲の請求項5記載の湿式異方性エッチングにおける終点検出方法としてもよい。
特許請求の範囲の請求項14記載の本発明によれば、前記照射用および受光用の各光ファイバーと前記シリコンウエハとを相対的に平行な、上下運動、左右運動、振り子運動させながらトレンチエッチングする特許請求の範囲の請求項7記載の湿式異方性エッチングにおける終点検出方法とすることがより望ましい。
According to the thirteenth aspect of the present invention, when a V-shaped trench is formed using a silicon wafer having a (100) surface, a light receiving portion is disposed on the trench opening side. The end point detection method in wet anisotropic etching according to
According to the present invention as set forth in
特許請求の範囲の請求項15記載の本発明によれば、半導体ウエハの一面側に半導体機能領域を形成し、他面側にエッチングマスクを形成後、該一面側に透明支持基板を接着した状態で、前記特許請求の範囲の請求項1記載の湿式異方性エッチングにおける終点検出
方法により、他面側をV字状にエッチングし、他面側のエッチングマスクの除去後、所要の半導体機能領域形成処理を行う半導体装置の製造方法とすることにより、前記本発明の目的は達成される。
According to the present invention of claim 1 5, wherein the appended claims, the semiconductor functional region is formed on one surface of the semiconductor wafer, after forming an etching mask on the other side, bonding the transparent support substrate on the one side In the state, the end face detection method in wet anisotropic etching according to claim 1 of the above claims is used to etch the other side into a V-shape, and after removing the etching mask on the other side, the required semiconductor function The object of the present invention is achieved by a method for manufacturing a semiconductor device that performs region formation processing.
特許請求の範囲の請求項16記載の本発明によれば、前記一面側に形成される半導体機能領域がMOSゲート領域であり、前記他面側に形成される半導体機能領域がアノード領域であり、半導体装置が逆阻止IGBTである特許請求の範囲の請求項15記載の半導体装置の製造方法とすることが好ましい。
According to the present invention of
本発明によれば、半導体ウエハを貫通するトレンチ(溝)を湿式エッチングで形成する際にも、半導体ウエハから半導体チップが分離せず、しかも間単に適切なエッチング終点を検出できる方法およびその終点検出方法を用いるエッチング装置、および前記エッチング終点検出方法を用いてウエハをトレンチエッチングするプロセスを有する半導体装置の製造方法を提供することができる。
本発明によれば、光源や受光のための伝送に光ファイバーなどを用いることから、装置の構成を簡単にすることができ、枚葉式のみならずバッチ式の湿式エッチングにも対応でき、高い生産性を得ることができる。
透明支持基板に半導体ウエハを張り合わせた状態でトレンチエッチングするようにしたので、非常に薄いウエハでもウエハ割れなどが発生することなく安定してトレンチエッチング処理できる。
According to the present invention, even when a trench (groove) penetrating a semiconductor wafer is formed by wet etching, a semiconductor chip is not separated from the semiconductor wafer, and an appropriate etching end point can be easily detected, and its end point detection is performed. An etching apparatus using the method and a method for manufacturing a semiconductor device including a process of trench etching a wafer using the etching end point detection method can be provided.
According to the present invention, since an optical fiber or the like is used for transmission for light source or light reception, the configuration of the apparatus can be simplified, and it can cope with not only single wafer type but also batch type wet etching, and high production. Sex can be obtained.
Since the trench etching is performed in a state where the semiconductor wafer is bonded to the transparent support substrate, even a very thin wafer can be stably subjected to the trench etching process without causing a wafer crack or the like.
図1は本発明にかかる、透明支持基板に貼り付けられたシリコンウエハの貫通エッチングを示す断面図、図2は本発明にかかる貫通エッチングの終点を検出するための透過光量変化を示す関係図、図4は本発明にかかる湿式異方性エッチングにおける終点検出装置の概略断面図、図5は、本発明にかかるシリコンウエハのトレンチ部に対向配置された照射用と受光用光ファイバーの各先端部を示す断面図、図6は本発明にかかるシリコンウエハのトレンチ部と透明支持基板の外周縁部とに配置された照射用と受光用光ファイバーの各先端部を示す断面図、図7は本発明にかかるシリコンウエハのトレンチ部と透明支持基板の外周縁部とに配置された受光用と照射用と光ファイバーの各先端部を示す断面図、図8は本発明にかかる半導体装置の製造方法のプロセスステップを示す断面図、図9は、本発明にかかる半導体ウエハの格子状のトレンチが形成されていることを示す平面図、図10は、本発明にかかる半導体ウエハを挟む受光用と照射用と光ファイバーを上下、左右に移動させることを示す斜視図、図11は、測定用の光ファイバーを固定する場合と、移動させる場合における透過光量の変化図の違いを示す図、図12は、本発明にかかる複数の半導体ウエハのエッチング終点を正確に検出する際の測定用光ファイバーの配置を示す斜視図、図13は、本発明にかかる1枚の半導体ウエハ内で、エッチング終点を正確に検出する際の測定用光ファイバーの配置を示す斜視図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing through etching of a silicon wafer attached to a transparent support substrate according to the present invention, and FIG. 2 is a relationship diagram showing changes in transmitted light amount for detecting an end point of through etching according to the present invention. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an end point detection apparatus in wet anisotropic etching according to the present invention, and FIG. 5 shows each tip of irradiation and light receiving optical fibers disposed opposite to the trench portion of the silicon wafer according to the present invention. FIG. 6 is a cross-sectional view showing the tip portions of the optical fibers for irradiation and light receiving disposed in the trench portion of the silicon wafer and the outer peripheral edge portion of the transparent support substrate according to the present invention, and FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view showing light receiving, irradiating, and optical fiber tip portions disposed in the trench portion of the silicon wafer and the outer peripheral edge portion of the transparent support substrate, and FIG. 8 shows the semiconductor device according to the present invention. FIG. 9 is a plan view showing that a lattice-like trench of a semiconductor wafer according to the present invention is formed, and FIG. 10 is a view for receiving light sandwiching the semiconductor wafer according to the present invention. FIG. 11 is a perspective view showing that the optical fiber for irradiation and the optical fiber are moved up and down, left and right, FIG. 11 is a diagram showing the difference between the case where the optical fiber for measurement is fixed and the case where the optical fiber for measurement is moved, and FIG. The perspective view which shows arrangement | positioning of the optical fiber for a measurement at the time of detecting correctly the etching end point of the several semiconductor wafer concerning this invention, FIG. 13 is an etching end point correctly in one semiconductor wafer concerning this invention. It is a perspective view which shows arrangement | positioning of the optical fiber for a measurement at the time of detecting.
図8は、本発明にかかる半導体装置として、1200V逆阻止IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、以下IGBTと略す)を採り上げ、本発明にかかる製造方法をステップごとにシリコンウエハまたはこのウエハを石英ガラス基板に貼り付けた被エッチング基板で示した断面図である。シリコンウエハ1の一方の面(表面)2にMOSゲート構造3を形成後(図8(a))、シリコンウエハの他方の面(裏面)4を研削およびエッチングしてウエハ厚を180μmにする(図8(b))。ウエハ1の表面2と研磨後の裏面5にフォトレジスト6やシリコン酸化膜7等の保護膜を形成し(図8(d))、ウエハ裏面5は活性部8に保護膜71を残すように、ウエハ表面2はスクライブ部に保護膜61を残すようにパターニングする(図8(e))。ウエハ表面2のスクライブ部の保護膜61はエッチングストッパになる。ウエハ表面2側を石英ガラス製の支持基板9に貼り付け(図8(f))、必要に応じてウエハ周辺部をフッ素系樹脂溶液を用いてシール10し、ウエハ表面2へのエッチング液の浸入を防いでもよい(図8(g))。ウエハ1を支持基板9に張り合わせるのは、1200V逆阻止IGBTにおいて厚さ180μmの薄いウエハを、次工程のアルカリエッチング処理中または処理後にも、ウエハ状態を保って、安定に取り扱うことができるようにするためであり、かつ、ウエハ面内に、格子状の貫通V字トレンチ11を形成しても、分離パターニングされたウエハ片12またはチップ片12が脱落してしまうのを防ぐためである。10%水酸化テトラメチルアンモニウム溶液をエッチング液として80℃、6時間エッチングすると結晶面が(100)面のシリコンウエハ1では、(100)面と(111)面の交角に54.7°のテーパー角をもつV字トレンチ11を形成することができる(図8(h))。V字トレンチ11を格子状に形成したシリコンウエハ1の平面図を図9に示す。このV字トレンチ11を形成するための湿式異方性エッチングにおいて、エッチング終点を検出するために、断面V字形状のトレンチ11の開口部側に受光部16を配置し断面V字形状のトレンチ底部の石英ガラス基板側に対向して光源15を配置する。このV字トレンチ11の貫通によって、急激に増加する光源からの光がV字トレンチを通して透過光を、受光部16にて検出することにより貫通V字トレンチ11のエッチング終点を精度良く検出することができる。ウエハ裏面5の保護膜71を除去し(図8(i))、ドーズ量1×1015atoms/cm2、加速電圧100keVでボロンをイオン注入13する(図8(j))。イオン注入面へのYAGレーザー照射によりイオン注入したボロンを電気的に活性化させてコレクタ層14を形成する(図8(k))。このとき、ボロンのイオン注入は前記コレクタ層の形成のみではなく、V字状トレンチ内にもイオン注入される。V字状トレンチの側壁表面にもボロン層が弱くドープされることにより、トレンチ11の表面における電界集中が緩和され、IGBTの順耐圧および逆耐圧が改善される。次にV字状トレンチを埋める保護膜を酸化膜などにより形成する。ウエハ裏面5側のコレクタ層14の表面にメタル電極を形成し(図示せず)、チップをピックアップして1200V逆阻止IGBTが完成する。このように逆阻止IGBTの製造方法において、シリコンウエハの表面2側にMOSゲート構造を形成後に分離層(この実施例ではV字状トレンチ)を形成する場合、分離層(V字状トレンチ)に注入したドーパント(ボロン)を電気的に活性化させるために、高温炉を用いた高温アニールではシリコンウエハ全体を加熱されるためIGBTの半導体特性が変動し使用できず、レーザー照射のようにボロンをイオン注入した領域を含む極く近傍のみを所望の温度に加熱できる局所的な熱アニール技術が好ましい。前述した分離層(V字トレンチ)のテーパー角度が急峻(たとえば80°)ではレーザー照射が不十分になり、逆阻止能を得るための十分になドーパント活性化が得られない。逆阻止能を得るために分離層(V字トレンチ)をレーザー照射しドーパント(ボロン)を十分に活性化させるには、本実施例のようにアルカリ液で湿式異方性エッチングし、シリコンウエハの面方位によるエッチング速度の差を利用して、(100)面と(111)面の交角に54.7°のテーパー角をもつV字トレンチを形成することが望ましい。湿式異方性エッチングでウエハを貫通するV字トレンチを形成するにはエッチング時間が長いため、バッチ式のエッチング方法が望ましく、本発明によれば、トレンチの貫通によって急激に増加する光源からトレンチと支持基板を通る透過光を受光部にて検出することにより、精度良くエッチングの終点検出ができるので、逆阻止IGBTの製造工程において高い生産性を得ることができる。
FIG. 8 shows a 1200 V reverse blocking IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor, hereinafter abbreviated as IGBT) as a semiconductor device according to the present invention, and a manufacturing method according to the present invention is applied to a silicon wafer or a quartz glass substrate for each step. It is sectional drawing shown with the to-be-etched substrate stuck. After forming the MOS gate structure 3 on one surface (front surface) 2 of the silicon wafer 1 (FIG. 8A), the other surface (back surface) 4 of the silicon wafer 1 is ground and etched to a wafer thickness of 180 μm ( FIG. 8B). A protective film such as a
図1〜2に、本発明の湿式異方性エッチングにおける終点検出方法にかかる実施例2を示す。まず、本発明の湿式異方性エッチングにおける終点検出装置にかかる図4に示すように、水酸化テトラメチルアンモニウム液などのアルカリ性エッチング液20を入れたエッチング容器21に、図1(a)に示す石英ガラス製の支持基板22に張り合わせたシリコンウエハ23をセットしたウエハキャリア24を浸漬する。シリコンウエハ23の片面側に光源25に接続された石英製光ファイバー26を、他面側に受光部(フォトダイオード)27に接続された石英製光ファイバー28を挿入する。図1に示すように、時間とともにトレンチエッチングが進行すると、トレンチ29は深く掘れるようになり(図1(b)、(c))、トレンチ29は貫通する(図1(d))。トレンチ29が貫通すると、光源25からトレンチ29を通った透過光の光量は図2の(c)〜(d)に示すように急激に増加する。図2は横軸にエッチング時間、縦軸に透過光量をとった関係図であり、図4の終点検出装置で、受光部27で検知した透過光量を目視できるように演算した表示装置に示された関係図である。このように、貫通トレンチ29が形成されるシリコンウエハ23の片面側のトレンチ開口部に光源25を、他面側に受光部27を配置することにより、トレンチ29の貫通完了によってトレンチ29を通して急激に増加する透過光量を、受光部にて検出することにより貫通トレンチエッチングの終点を精度良く検出することができる。
FIGS. 1-2 shows Example 2 concerning the end point detection method in the wet anisotropic etching of this invention. First, as shown in FIG. 4 according to the end point detection apparatus in wet anisotropic etching of the present invention, an
実施例1でも述べたように、シリコンウエハ23を支持基板22に張り合わせるのは、シリコンウエハ面内に格子状に形成された貫通トレンチを形成する場合、貫通トレンチによりウエハから切り離されたチップ片が脱落してしまうのを防ぐためである。また、シリコンウエハを支持基板に張り合わせるのは、例えば厚さ100μmのような薄いウエハのエッチングする場合、ウエハ割れを防いで、ウエハ状態のままで安定に取り扱うためである。
As described in the first embodiment, the
図5に、本発明の湿式異方性エッチングにおける終点検出方法にかかる実施例3を示す。(100)面30を表面とするシリコンウエハ23をアルカリ液20(例えば、水酸化テトラメチルアンモニウム)でエッチングするとシリコンウエハ23の面方位によりエッチング速度に大きな差があるため、(100)面と(111)面の交角に54.7°のテーパー角をもつV字トレンチ29を形成することができる。このようなV字トレンチ29を形成する場合は、図5に示すようにV字トレンチ29の開口部側に受光部側測定部品31を配置し、V字トレンチ底部側に光源側光照射部品32を配置するとよい。このようにすると、受光量の損失を低減することことができ、エッチング終点の検出精度が向上する。
FIG. 5 shows Example 3 according to the end point detection method in wet anisotropic etching of the present invention. When the
図6に、本発明の湿式異方性エッチングにおける終点検出方法にかかる実施例4を示す。石英ガラス製の支持基板22に張り合わせたシリコンウエハ23に貫通するトレンチ29を形成する場合、トレンチ29の開口部側に光源側光照射部品32を配置し、支持基板22の外周縁部側に受光部側測定部品31を配置し、トレンチ29の貫通によって急激に増加する透過光量変化を、トレンチ29を通して支持基板22の外周縁部側に散乱された光を受光部側測定部品31で検知する。この場合は、受光部側測定部品31の位置をウエハ間の外側に固定することができ、トレンチエッチングに及ぼす受光用光ファイバーの影響をなくすことができる。
FIG. 6 shows Example 4 according to the end point detection method in wet anisotropic etching of the present invention. When the
図7に、本発明の湿式異方性エッチングにおける終点検出方法にかかる実施例5を示す。石英ガラス製の支持基板22に張り合わせたシリコンウエハ23に貫通するトレンチ29を形成する場合、トレンチ29の開口部側に受光部側測定部品31を配置し、支持基板12の外周縁部側に光源側光照射部品32を配置し、支持基板12の外周縁部側から光を照射し、トレンチ29の貫通によりトレンチ29底部から入る透過光を、トレンチ14開口部側に設けた受光部側測定部品31にて検出する。この場合は、支持基板の外周縁部側から照射された光はシリコンウエハの面内のすべてに届けられるので、受光部側測定部品31の位置はトレンチ上であれば、どこにあってもエッチング終点を検出できるメリットがある。
FIG. 7 shows Example 5 according to the end point detection method in wet anisotropic etching of the present invention. When the
図10に、本発明の湿式異方性エッチングにおける終点検出方法にかかる実施例6を示す。フッ素樹脂でコーティングされた照射用と受光用の光ファイバー2本を石英ガラス製の支持棒に固定して、バッチ式でエッチング処理中のシリコンウエハの一枚を挟むように照射用と受光用の光ファイバーの対向する光軸間を差し込んだものである。エッチング中は、光ファイバー束(プローブ)を上下、左右、振り子運動させることにより、光ファイバ束とトレンチ開口部との正確な位置合わせが必要なく、エッチング(トレンチのウエハ貫通)を検出することが可能である。また光ファイバ束をシリコンウエハ間の一定位置に固定させておくと、光ファイバ自体の立体的な障害の影響を受けて、光ファイバーの近傍と離れたところとで、エッチングむらが生じる恐れがあったが、上下、左右、振り子運動させることによりエッチングむらが解消される利点がある。 FIG. 10 shows Example 6 according to the end point detection method in wet anisotropic etching of the present invention. Two optical fibers for irradiation and reception coated with fluororesin are fixed to a support rod made of quartz glass, and optical fibers for irradiation and reception are sandwiched between the batch-type silicon wafers being etched. Between the opposite optical axes. During etching, the optical fiber bundle (probe) is moved up and down, left and right, and the pendulum is moved so that precise alignment between the optical fiber bundle and the trench opening is not required, and etching (trench penetration through the wafer) can be detected. It is. In addition, if the optical fiber bundle is fixed at a fixed position between the silicon wafers, etching unevenness may occur in the vicinity of the optical fiber and away from the optical fiber due to the three-dimensional obstacle of the optical fiber itself. However, there is an advantage that etching unevenness is eliminated by moving the pendulum up and down, left and right.
図11に、本発明にかかる、測定用光ファイバ束(プローブ)の振り子運動の有無と、貫通トレンチの透過光量との関係を示す。振り子運動がない場合は、図11(a)と図11(c)に示すように、プローブ位置と開口部の位置が正確に合った場合(図11(c)の符号35)には、十分な透過光量が得られ明瞭な光量変化によりエッチング終点を検出できるが、プローブと開口部と位置がずれた場合(図11(c)の符号36)、十分な光量変化が得られず、終点検出が困難である。従って、振り子運動がない場合はプローブとトレンチの位置関係を正確に位置合わせをエッチング前に、精度よくしておくことが重要となる。一方で、プローブに振り子運動を加えた場合は、図11(b)と図11(d)に示すように、プローブとシリコンウエハとの位置合わせをしなくても、透過光量の変化が容易に得られ、明瞭にエッチング終点を検出することができる利点がある。前述の振り子運動としては、プローブとシリコンウエハとを相対的にいずれかまたは両者を移動させることにより実行できるが、シリコンウエハを固定して、プローブに振り子運動させる方法が好ましい。
FIG. 11 shows the relationship between the presence / absence of pendulum movement of the measurement optical fiber bundle (probe) and the amount of light transmitted through the through trench according to the present invention. When there is no pendulum movement, as shown in FIGS. 11 (a) and 11 (c), when the probe position and the position of the opening are exactly aligned (
図12に、本発明の湿式異方性エッチングにおける終点検出方法にかかる実施例7を示す。本発明を用いたバッチ処理(複数ウエハの一括処理)におけるエンドポイント検出例である。この場合は、測定用光ファイバ束(プローブ)37、38、39を、たとえば、複数ウエハの両端と中央との3箇所に配置して終点を検出する。こうすれば、複数ウエハの左端から右端まで、全てのウエハにおいて貫通孔が形成されたことを確認後に、エッチングを終了することができる。 FIG. 12 shows Example 7 according to the end point detection method in wet anisotropic etching of the present invention. It is an example of endpoint detection in batch processing (collective processing of a plurality of wafers) using the present invention. In this case, the measurement optical fiber bundles (probes) 37, 38, and 39 are arranged at, for example, three locations of both ends and the center of a plurality of wafers to detect the end points. In this way, after confirming that through holes have been formed in all wafers from the left end to the right end of the plurality of wafers, the etching can be terminated.
図13に、本発明の湿式異方性エッチングにおける終点検出方法にかかる実施例8を示す。実施例8では、一枚のウエハの面内数点におけるエンドポイント検出例である。同一ウエハの面内において貫通孔が形成されたことを確認後に、エッチングを終了することができる。実施例7と8は適宜、必要に応じて本発明の適用実施形態を適切に使い分ければよい。
図9は、シリコンウエハ上に格子状に貫通トレンチ(溝)を一面側からエッチングして形成した状態を示す平面図である。このシリコンウエハは予め石英ガラス支持基板(図示せず)に貼り付けられているので、貫通エッチングの終了後に個々のシリコンチップに分離してバラバラになることが防止される。このようなシリコンウエハに対して照射用と受光用の2つの光ファイバー束(プローブ)を差し込んで、ウエハを2つの対向する光ファイバーで挟むような状態にしてエッチングし、貫通トレンチの形成される際の透過光量の変化を検出する際、もし前記照射−受光の2つの光ファイバーの先端の間の光軸がトレンチ開口部と正確に一致するように位置合わせできず、ずれた場合は、光量の変化が少なくなるため、エッチング終点を正確に検出することが難しいこともある。このような場合でも、本発明によれば、照射用および受光用の光ファイバー束を、シリコンウエハに対して平行に上下運動、左右運動、振り子運動させながら、貫通トレンチからの透過光量をモニタリングすることにより、瞬間的ではあるが必ず光ファイバー間の光軸と開口部が一致する場合が生じるので、この一致した瞬間の光量をエッチング中にモニタリングすれば、光ファイバー束とトレンチ開口部との正確な位置合わせは必ずしも必要なく、容易にエッチング終点(トレンチのウエハ貫通)を検出し決定することができる。
FIG. 13 shows Example 8 according to the end point detection method in wet anisotropic etching of the present invention. Example 8 is an example of endpoint detection at several points in the surface of a single wafer. After confirming that the through hole has been formed in the same wafer surface, the etching can be terminated. In Examples 7 and 8, the application embodiments of the present invention may be appropriately used as appropriate.
FIG. 9 is a plan view showing a state in which through trenches (grooves) are formed by etching from one surface side in a lattice shape on a silicon wafer. Since this silicon wafer is bonded in advance to a quartz glass support substrate (not shown), it is prevented that the silicon wafer is separated into individual silicon chips after the through etching is finished. When two optical fiber bundles (probes) for irradiation and light reception are inserted into such a silicon wafer, the wafer is sandwiched between two opposing optical fibers, and etched to form a through trench. When detecting the change in the amount of transmitted light, if the optical axis between the two optical fiber tips of irradiation and reception cannot be aligned so as to exactly match the trench opening, Therefore, it may be difficult to accurately detect the etching end point. Even in such a case, according to the present invention, the amount of light transmitted from the through trench can be monitored while the optical fiber bundle for irradiation and reception is moved up and down, left and right, and pendulum in parallel with the silicon wafer. As a result, the optical axis between the optical fibers and the opening may coincide with each other instantaneously, but if the amount of light at the coincidence is monitored during etching, the optical fiber bundle and the trench opening are accurately aligned. Is not necessarily required, and the etching end point (wafer penetration through the trench) can be easily detected and determined.
1、23 シリコンウエハ
2、 表面側
3、 MOSゲート領域
4、 裏面側
5、 研磨後の裏面側
6、 フォトレジスト
7、 酸化膜
8、 活性領域
9、22、 支持基板
10、 シール
11、29、 V字状トレンチ
12、 イオン注入
13、 コレクタ層
15、 照射側部品
16、 受光側部品
20、 エッチング液
21、 エッチング槽
24、 ウエハキャリア
25、 光源
26、 光源側光ファイバー
27、 受光部
28、受光部側光ファイバー
30、 (100)面
31、 受光部側測定部品
32、 光源側照射部品。
1, 23 Silicon wafer 2, surface side 3, MOS gate region 4, back
Claims (16)
2. The semiconductor functional region formed on the one surface side is a MOS gate region, the semiconductor functional region formed on the other surface side is an anode region, and the semiconductor device is a reverse blocking IGBT. 6. A method for producing a semiconductor device according to 5 .
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