JP7748901B2 - 半導体装置、及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置、及びその製造方法に関する。

半導体基板の溝内部にコンデンサを形成した半導体コンデンサが知られている。半導体コンデンサは、半導体基板の表面に溝を形成した後、溝の内部に絶縁膜を成膜し、さらに、溝を導電材料で充填することで形成される。

特表２００２－５０３３９５号公報

しかしながら、従来の半導体コンデンサでは、コンデンサの容量を大きくするためには、溝の深さを深くする必要がある。

本発明の実施形態は、半導体基板を貫通する深い溝を有する半導体装置、及びその製造方法を提供することである。

本発明の一態様に係る半導体装置は、第１主面と第１主面と対向する第２主面を有する半導体基板と、第１主面の平面視において、第２主面まで貫通する溝と、溝の内部に配置され、半導体基板上に接する絶縁膜と、溝の内部に配置され、絶縁膜上に接する誘電膜と、半導体基板及び誘電膜と電気的に接続する電極とを備える。溝は、第１方向に溝の長手方向があり、第１方向と直交する第２方向に溝の短手方向があり、第１方向及び第２方向と直交し、半導体基板に垂直方向を第３方向とし、第１方向と第３方向との平面、及び第２方向と第３方向との平面である溝の側面が（１１１）面を備える。

本発明の実施形態によれば、半導体基板を貫通する深い溝を有する半導体装置、及びその製造方法を提供することができる。

図１は、第１実施形態に係る半導体装置における半導体基板面に対する溝の配置を示す上面図である。 図２Ａは、第１実施形態に係る半導体装置の要部の拡大図である。 図２Ｂは、図２ＡのＡ１―Ａ１線に沿う断面図である。 図３Ａは、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である（その１）。 図３Ｂは、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である（その２）。 図３Ｃは、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である（その３）。 図３Ｄは、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である（その４）。 図４は、溝の形成に係る斜面（１１１）面の長さとエッチングの深さの関係を説明するための断面図である。 図５Ａは、第１実施形態の変形例に係る半導体装置の要部の拡大図である。 図５Ｂは、図５ＡのＡ２―Ａ２線に沿う断面図である。 図５Ｃは、第１実施形態の変形例に係る半導体装置の表面と裏面とのマスクパターンを説明するためのマスクパターン比較図である。 図６Ａは、図６Ａは、第１実施形態の変形例に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である（その１）。 図６Ｂは、図６Ｂは、第１実施形態の変形例に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である（その２）。 図６Ｃは、図６Ｃは、第１実施形態の変形例に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である（その３）。 図７Ａは、第２実施形態に係る半導体装置の要部の拡大図である。 図７Ｂは、図７ＡのＡ３―Ａ３線に沿う断面図である。 図７Ｃは、第２実施形態に係る半導体装置の第１主面と第２主面とのマスクパターンを説明するためのマスクパターン比較図である。 図８Ａは、図８Ａは、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である（その１）。 図８Ｂは、図８Ｂは、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である（その２）。 図８Ｃは、図８Ｃは、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である（その３）。 図９Ａは、第３実施形態に係る半導体装置の要部の拡大図である。 図９Ｂは、図９ＡのＡ４―Ａ４線に沿う断面図である。 図９Ｃは、第３実施形態に係る半導体装置の第１主面と第２主面とのマスクパターンを説明するためのマスクパターン比較図である。 図１０Ａは、第４実施形態に係る半導体装置の要部の拡大図である。 図１０Ｂは、図１０ＡのＡ５―Ａ５線に沿う断面図である。 図１０Ｃは、第４実施形態に係る半導体装置の第１主面と第２主面とのマスクパターンを説明するためのマスクパターン比較図である。 図１１Ａは、ウェットエッチングによる溝の形成に係る製造方法を説明するための断面図である（その１）。 図１１Ｂは、ウェットエッチングによる溝の形成に係る製造方法を説明するための断面図である（その２）。 図１１Ｃは、ウェットエッチングによる溝の形成に係る製造方法を説明するための断面図である（その３）。 図１１Ｄは、ウェットエッチングによる溝の形成に係る製造方法を説明するための断面図である（その４）。 図１１Ｅは、ウェットエッチングによる溝の形成に係る製造方法を説明するための断面図である（その５）。 図１２Ａは、別のウェットエッチングによる溝の形成に係る製造方法を説明するための断面図である（その１）。 図１２Ｂは、別のウェットエッチングによる溝の形成に係る製造方法を説明するための断面図である（その２）。 図１２Ｃは、別のウェットエッチングによる溝の形成に係る製造方法を説明するための断面図である（その３）。 図１３は、複数の溝を用いた場合の半導体装置の要部の拡大図である。 図１４Ａは、実施形態に係る半導体装置が含む半導体キャパシタの断面図である（その１）。 図１４Ｂは、実施形態に係る半導体装置が含む半導体キャパシタの断面図である（その２）。

以下に、図面を参照して実施形態を説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付して説明を省略する。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率などは現実のものとは異なる部分を含んでいる。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る半導体装置１０における半導体基板１の半導体基板面に対する溝２の配置を示す上面図である。図２Ａは、半導体装置１０の要部Ｐの拡大図である。図２Ｂは、図２ＡのＡ１―Ａ１線に沿う断面図である。以下、図１、図２Ａ及び図２Ｂを参照して、第１実施形態に係る半導体装置１０の構成を説明する。尚、以下の説明では、直交座標系の一例であるＸＹＺ座標系を用いる。すなわち、半導体基板１の表面と平行な平面をＸＹ平面とし、ＸＹ平面と直交する方向をＺ軸とする。また、Ｘ軸とＹ軸は、ＸＹ平面内における直交する２方向とする。なお、以下においては、説明の便宜上、Ｚ軸の正の方向側（第１主面１ａ側）を図面の上側、Ｚ軸の負の方向側（第２主面１ｃ側）を図面の下側とする上下関係を用いて説明するが、これは普遍的な上下関係を表すものではない。

半導体装置１０は、図１及び２Ａに示すように、半導体基板１と、溝２を備える。以下の説明において、溝２は、トレンチ２とも称する。

半導体基板１は、図１に示すように、第１主面１ａと第１主面１ａと対向する第２主面１ｃを有する。また、半導体基板１は、オリエンテーション・フラット（以下、オリフラと称する。）を示すオリフラ面１ｂを有する。具体的には、第１主面１ａ及び第２主面１ｃは、例えば、半導体基板１が（１１０）面であってもよい。また、オリフラ面１ｂは、例えば、第１主面１ａ及び第２主面１ｃの（１１０）面と垂直となる＜１００＞面であってもよい。

半導体基板１は、例えば、結晶構造がダイヤモンド構造を有する。具体的には、半導体基板１には、例えば、シリコン基板１を備える。また、半導体基板１の厚さtは、例えば、６２５～６６５μｍ程度である。

トレンチ２は、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、第１主面１ａの平面視において、第２主面１ｃまで貫通して形成する。トレンチ２は、第１主面１ａにおいて、長手方向の一端Ｌａと長手方向と直交する短手方向の他端Ｗａを有する。図示はしないが、トレンチ２は、第２主面１ｃにおいて、長手方向の一端Ｌｂと長手方向と直交する短手方向の他端Ｗｂを有する。以下の説明において、トレンチ２の長手方向の一端Ｌａ、Ｌｂをトレンチ２の長さＬａ、Ｌｂ、トレンチ２の短手方向の他端Ｗａ、Ｗｂをトレンチ２の幅Ｗａ、Ｗｂとも称する。また、トレンチ２の第１主面１ａ側の開口部をトレンチ２の上部２ａ、トレンチ２の第２主面１ｃ側の開口部をトレンチ２の下部２ｃとも称する。なお、トレンチ２の長手方向を第１方向、トレンチ２の短手方向を第２方向、トレンチ２の長手方向及び短手方向と直交する方向（深さ方向）を第３方向とも称する。

トレンチ２は、図２Ａに示すように、平面視において、半導体基板１の（１１１）面とトレンチ２の長さＬａとが平行して配置される。また、トレンチ２は、図２Ａに示すように、平面視において、半導体基板１の（１１１）面とトレンチ２の幅Ｗａとが垂直して配置される。具体的には、第１主面１ａ及び第２主面１ｃの（１１０）面において、オリフラの＜１００＞面に対して、３５．３°の角度θ１を有する面が（１１１）面である。すなわち、図２Ａに示す（１００）面に対して、θ１の角度を有する面が（１１１）面である。

トレンチ２は、図２Ｂに示すように、半導体基板１の第１主面１ａ及び第２主面１ｃに対して、垂直に貫通している。第１方向と第３方向との平面であるトレンチ２の長さＬａ側の側面２ｂ１は、例えば、（１１１）面を備える。また、第２方向と第３方向との平面であるトレンチ２の幅Ｗａ側の側面２ｂ２は、例えば、（１１１）面を備える。なお、トレンチ２の長さＬａ、Ｌｂと、半導体基板１の厚さtとの相関関係については、例えば、図４の説明において詳述する。

以下に、図面を参照して、第１実施形態に係る半導体装置１０の製造方法を説明する。なお、以下に述べる半導体装置１０の製造方法は、ウェットエッチングによる半導体基板１へのトレンチ２形成の一例であり、これ以外の種々の製造方法により実現可能である。なお、トレンチ２を形成する際のマスク工程は、例えば、図１１Ａ～図１２Ｃの説明において詳述する。

先ず、図３Ａに示すように、半導体基板１を用意する。

次に、図２Ａ及び図３Ｂに示すように、トレンチ２の長さ方向と半導体基板１の（１１１）面とを合わし、半導体基板１の第１主面１ａ及び第２主面１ｃのトレンチ２の領域に対して、両面から異方性エッチング処理をする。具体的には、半導体基板１にウェットエッチングに用いるエッチング液は、アルカリ水溶液である。アルカリ水溶液の一例として、水酸化カリウム（以下、ＫＯＨとも称する。）、水酸化テトラメチルアンモニウム（以下、ＴＭＡＨとも称する。）などが挙げられる。アルカリ水溶液でエッチングする場合には、ウェットエッチングは、異方性となる。すなわち、第１主面１ａ及び第２主面１ｃの厚さ方向において、半導体基板１は、図示しないが、トレンチ２の長さＬａ、Ｌｂの一端側では垂直にエッチングされる。また、半導体基板１は、トレンチ２の幅Ｗａ、Ｗｂの他端側では、図３Ｂに示すように、異方性エッチングにより半導体基板１の（１１１）面が露出し、斜面２ｄ１、２ｄ２が形成される。さらに、半導体基板１の第１主面１ａ及び第２主面１ｃがエッチングされることでトレンチ２の中央部２ｅ１、２ｅ２が形成される。以下の説明において、半導体基板１の第１主面１ａ及び第２主面１ｃがエッチングによって、形成されるトレンチ２の底面をトレンチ２の中央部２ｅ１、２ｅ２と称する。

次に、図３Ｃに示すように、トレンチ２の中央部２ｅ１、２ｅ２に対して、異方性エッチング処理をする。具体的には、第１主面１ａ及び第２主面１ｃの厚さ方向において、さらにウェットエッチングをして、トレンチ２の中央部２ｅ１、２ｅ２を完全にエッチングし貫通する。ここで、半導体基板１の第１主面１ａ及び第２主面１ｃに対して垂直にトレンチ２を形成するには、両面からウェットエッチングされたトレンチ２同士がトレンチ２の中央部２ｅ１、２ｅ２で貫通する必要がある。以下の説明において、貫通するためのトレンチ２の中央部２ｅ１、２ｅ２のことを、きっかけの貫通部とも称する。なお、このきっかけの貫通部については、例えば、図４の説明において詳述する。

次に、図３Ｄに示すように、トレンチ２の斜面２ｄ１、２ｄ２に対して、異方性エッチング処理をする。具体的には、半導体基板１の斜面２ｄ１、２ｄ２において、半導体基板１の斜面２ｄ１、２ｄ２の先端部からトレンチ２の幅Ｗａ、Ｗｂの他端まで、半導体基板１の平面方向にウェットエッチングされる。きっかけの貫通部の貫通後、斜面２ｄ１、２ｄ２において、半導体基板１の平面方向にエッチングが進む。最終的には、トレンチ２の幅Ｗａ、Ｗｂの他端の側面が（１１１）面である半導体基板１の第１主面１ａ及び第２主面１ｃに対して、垂直なトレンチ２が形成される。

以上に説明したように、半導体基板１の第１主面１ａ及び第２主面１ｃのトレンチ２の領域に対して、トレンチ２の長さ方向と半導体基板１の（１１１）面とを平行または垂直に合わし、ウェットエッチングを用いて、異方性エッチングで形成することにより、トレンチ２を形成することができる。

次に、両面からウェットエッチングを用いて異方性エッチング処理により、きっかけの貫通部を形成するための条件について、図４を参照して説明する。

半導体基板１の第１主面１ａ及び第２主面１ｃにおいて、例えば、ウェットエッチングによってエッチングされるトレンチ２の長さがそれぞれＬａ、Ｌｂ、トレンチ２の深さがそれぞれＤａ、Ｄｂの場合の一例を図４に示す。ここで、第１主面１ａ及び第２主面１ｃのトレンチ２の幅の他端に形成される斜面の長さをＬａｅ、Ｌｂｅとし、「きっかけの貫通部」の長さをＬｔとする。また、トレンチ２の深さがそれぞれＤａ、Ｄｂの合計が半導体基板１の厚さｔとする。これらの関係は、次式（１）、（２）、及び（３）となる。

Ｌａ＝２Ｌａｅ＋Ｌｔ （１）
Ｌｂ＝２Ｌｂｅ＋Ｌｔ （２）
Ｄａ＋Ｄｂ＝ｔ （３）
半導体基板１は、結晶構造から、ウェットエッチングにより形成される斜面（（１１１）面）の長さと、エッチングの深さの関係は、次式（４）、（５）である。

Ｌａｅ＝√２Ｄａ （４）
Ｌｂｅ＝√２Ｄｂ （５）
上記の関係から、第１主面１ａ及び第２主面１ｃのトレンチ２の長さＬａ、Ｌｂの合計は、上記の式（１）～（５）により、式（６）となる。

Ｌａ＋Ｌｂ＝２√２ｔ＋２Ｌｔ （６）
したがって、きっかけの貫通部の長さＬｔは、次式（７）となる。

Ｌｔ＝（Ｌａ＋Ｌｂ）／２－√２ｔ （７）
式（７）より、きっかけの貫通部が形成されるには、きっかけの貫通部の長さＬｔ＞０となる必要がある。そのため、きっかけの貫通部の長さＬｔ＞０を考慮すると、式（７）は、次式（８）となる。

Ｌｔ＝（Ｌａ＋Ｌｂ）／２－√２ｔ＞０ （８）
また、式（８）から、トレンチ２の長さＬａ、Ｌｂの合計は、次式（９）で表される。

Ｌａ＋Ｌｂ＞２√２ｔ （９）
つまり、第１主面１ａの第１方向であるトレンチ２の長さＬａと、第２主面１ｃの第１方向であるトレンチ２の長さＬｂとの合計が、半導体基板１の厚さｔの２√２倍以上となれば、きっかけの貫通部が形成される。

なお、図２Ｂのように、第１主面１ａ及び第２主面１ｃのトレンチ２の長さＬａ、Ｌｂが等しい場合（Ｌａ＝Ｌｂ＝Ｌ）、式（９）は、次式（１０）となり、トレンチ２の長さＬａ、Ｌｂが等しい場合のトレンチ２の長さＬは、次式（１１）となる。

Ｌａ＋Ｌｂ＝２Ｌ＞２√２ｔ （１０）
Ｌ＞√２ｔ （１１）
式（１０）、（１１）により、トレンチ２の長さＬが半導体基板１の厚さｔの√２倍以上となれば、きっかけの貫通部が形成され、第１主面１ａ及び第２主面１ｃに対して、垂直なトレンチ２が形成される。すなわち、第１主面及び第２主面のトレンチ２またはトレンチ２のマスクパターンの長さは、等しく、それぞれのトレンチ２またはトレンチ２のマスクパターンの長さは、半導体基板１の厚さｔの√２倍以上である。

（第１実施形態の変形例）
図５Ａ～図６Ｃを参照して第１実施形態の変形例に係る半導体装置１０の構成を説明する。第１実施形態の変形例に係る半導体装置１０は、図５Ａに示すように、トレンチの一例であるトレンチ２Ａの長さＬａ２、トレンチ２Ａの幅Ｗａ２が、第１実施形態のトレンチ２の長さＬａ、トレンチ２の幅Ｗａと異なる。図示しないが、同様に、トレンチ２Ａの長さＬｂ２、トレンチ２Ａの幅Ｗｂ２が、第１実施形態のトレンチ２の長さＬｂ、トレンチ２の幅Ｗａと異なる。第１実施形態と重複する構成については、符号を引用してその説明は省略する。以下、相違点を中心に説明する。

図５Ｂ及び図５Ｃに示すように、第１主面１ａにおける第１方向であるトレンチ２Ａのマスクパターンの長さＬａＭ２は、第２主面１ｃにおける第１方向であるトレンチ２Ａのマスクパターンの長さＬｂＭ２よりも短い。同様に、図５Ｃに示すように、第１主面１ａにおける第２方向であるトレンチ２のマスクパターンの幅ＷａＭ２は、第２主面１ｃにおける第２方向であるトレンチ２のマスクパターンの幅ＷｂＭ２よりも小さい。すなわち、第１主面１ａにおける第１方向であるトレンチ２Ａのマスクパターンの長さＬａＭ２と、第２主面１ｃにおける第１方向であるトレンチ２Ａのマスクパターンの長さＬｂＭ２との合計が、半導体基板１の厚さｔの２√２倍以上となれば、きっかけの貫通部が形成され、第１主面１ａ及び第２主面１ｃに対し、垂直なトレンチ２Ａが形成される。また、トレンチ２Ａの長さは、マスクパターンの長さＬａＭ２とマスクパターンの長さＬｂＭ２のうち、マスクパターンの長さの長い方になる。

以下に、図面を参照して、第１実施形態の変形例に係る半導体装置１０の製造方法を説明する。

先ず、図５Ｃに示すように、トレンチ２Ａの長さ方向と半導体基板１の（１１１）面とを平行または垂直に合わし、半導体基板１の第１主面１ａ及び第２主面１ｃのトレンチ２Ａの領域に対して、両面から異方性エッチング処理をする。第１主面１ａ及び第２主面１ｃの厚さ方向において、半導体基板１は、図示しないが、トレンチ２Ａの長さＬａ２、Ｌｂ２の一端側では垂直にエッチングされる。また、半導体基板１は、トレンチ２Ａの幅Ｗａ、Ｗｂの他端側では、図６Ａに示すように、異方性エッチングにより半導体基板１の（１１１）面が露出し、斜面２ｄ１、２ｄ２が形成される。さらに、半導体基板１の第１主面１ａ及び第２主面１ｃが異方性エッチングされることでトレンチ２Ａの中央部２ｅ１、２ｅ２が形成される。

次に、図６Ｂに示すように、トレンチ２Ａの中央部２ｅ１、２ｅ２に対して、異方性エッチング処理をする。具体的には、第１主面１ａ及び第２主面１ｃの厚さ方向において、さらにウェットエッチングをして、トレンチ２Ａの中央部２ｅ１、２ｅ２を完全にエッチングし貫通する。

次に、図６Ｃに示すように、トレンチ２Ａの斜面２ｄ１、２ｄ２に対して、異方性エッチング処理をする。具体的には、半導体基板１の斜面２ｄ１、２ｄ２において、半導体基板１の斜面２ｄ１、２ｄ２の先端部からトレンチ２Ａの幅Ｗａ２の他端まで、半導体基板１の平面方向にウェットエッチングされる。つまり、きっかけの貫通部の貫通後、斜面２ｄ１、２ｄ２において、半導体基板１の平面方向にエッチングが進む。最終的には、トレンチ２Ａの幅Ｗａ２の他端の側面が（１１１）面である半導体基板１の第１主面１ａ及び第２主面１ｃに対して、垂直なトレンチ２Ａが形成される。すなわち、図５Ａ～図６Ｃに示すように、第１主面１ａにおけるトレンチ２Ａのマスクパターンの長さＬａＭ２であっても、形成されるトレンチ２Ａの長さＬａ２は、トレンチ２Ａのマスクパターンの長さＬｂＭ２と略等しくなる。図示しないが、同様に、第１主面１ａにおけるトレンチ２Ａのマスクパターンの幅ＷａＭ２であっても、形成されるトレンチ２Ａの幅Ｗａ２は、トレンチ２Ａのマスクパターンの幅ＷｂＭ２と略等しくなる。

以上に説明したように、第１実施形態の変形例における半導体基板１の第１主面１ａ及び第２主面１ｃのトレンチ２Ａの領域に対して、トレンチ２Ａの長さ方向と半導体基板１の（１１１）面とを合わし、ウェットエッチングを用いて、異方性エッチングで形成することにより、トレンチ２Ａを形成することができる。

また、第１主面１ａにおけるトレンチ２Ａのマスクパターンの長さ及び幅と、第２主面１ｃにおけるトレンチ２Ａのマスクパターンの長さ及び幅とがズレていても、きっかけの貫通部が形成され、異方性エッチングにより貫通することで、トレンチ２Ａを形成することができる。

（第２実施形態）
図７Ａ～図８Ｃを参照して第２実施形態に係る半導体装置１０の構成を説明する。第２実施形態に係る半導体装置１０は、図７Ａに示すように、トレンチの一例であるトレンチ２Ｂの長さＬａ３、トレンチ２Ｂの幅Ｗａ３が、第１実施形態のトレンチ２の長さＬａ、トレンチ２の幅Ｗａと略等しい。また、図示しないが、同様に、トレンチ２Ｂの長さＬｂ３、トレンチ２Ｂの幅Ｗｂ３が、第１実施形態のトレンチ２の長さＬｂ、トレンチ２の幅Ｗａと略等しい。第１実施形態との違いは、トレンチ２Ｂ形成時のマスクパターンである。第１実施形態と重複する構成については、符号を引用してその説明は省略する。以下、相違点を中心に説明する。

図７Ｂ及び図７Ｃに示すように、第１主面１ａにおける第１方向であるトレンチ２Ｂのマスクパターンの長さＬａＭ３は、第２主面１ｃにおける第１方向であるトレンチ２Ｂのマスクパターンの長さＬｂＭ３よりも長い。また、図７Ｃに示すように、第１主面１ａにおける第２方向であるトレンチ２Ｂのマスクパターンの幅ＷａＭ３は、第２主面１ｃにおける第２方向であるトレンチ２Ｂのマスクパターンの幅ＷｂＭ３と略等しい。すなわち、第１主面１ａにおける第1方向であるトレンチ２Ｂのマスクパターンの長さＬａＭ３と、第２主面１ｃにおける第１方向であるトレンチ２Ｂのマスクパターンの長さＬｂＭ３との合計が、半導体基板１の厚さｔの２√２倍以上となれば、きっかけの貫通部が形成され、第１主面１ａ及び第２主面１ｃに対し、垂直なトレンチ２Ｂが形成される。また、トレンチ２Ｂの長さは、マスクパターンの長さＬａＭ３とマスクパターンの長さＬｂＭ３のうち、マスクパターンの長さの長い方になる。

以下に、図面を参照して、第２実施形態に係る半導体装置１０の製造方法を説明する。

先ず、図７Ｃに示すように、トレンチ２Ｂの長さ方向と半導体基板１の（１１１）面とを平行または垂直に合わし、半導体基板１の第１主面１ａ及び第２主面１ｃのトレンチ２Ｂの領域に対して、両面から異方性エッチング処理をする。第１主面１ａ及び第２主面１ｃの厚さ方向において、半導体基板１は、図示しないが、トレンチ２Ｂの長さＬａ２、Ｌｂ２の一端側では垂直にエッチングされる。また、半導体基板１は、トレンチ２Ｂの幅Ｗａ、Ｗｂの他端側では、図８Ａに示すように、異方性エッチングにより半導体基板１の（１１１）面が露出し、斜面２ｄ１、２ｄ２が形成される。さらに、半導体基板１の第１主面１ａ及び第２主面１ｃが異方性エッチングされることでトレンチ２Ｂの中央部２ｅ１、２ｅ２が形成される。

次に、図８Ｂに示すように、トレンチ２Ｂの中央部２ｅ１、２ｅ２に対して、異方性エッチング処理をする。具体的には、第１主面１ａ及び第２主面１ｃの厚さ方向において、さらにウェットエッチングをして、トレンチ２Ｂの中央部２ｅ１、２ｅ２を完全にエッチングし貫通する。

次に、図８Ｃに示すように、トレンチ２Ｂの斜面２ｄ１、２ｄ２に対して、異方性エッチング処理をする。具体的には、半導体基板１の斜面２ｄ１、２ｄ２において、半導体基板１の斜面２ｄ１、２ｄ２の先端部からトレンチ２Ｂの幅Ｗａ２の他端まで、半導体基板１の平面方向にウェットエッチングされる。つまり、きっかけの貫通部の貫通後、斜面２ｄ１、２ｄ２において、半導体基板１の平面方向にエッチングが進む。最終的には、トレンチ２Ｂの幅Ｗａ２の他端の側面が（１１１）面である半導体基板１の第１主面１ａ及び第２主面１ｃに対して、垂直なトレンチ２Ｂが形成される。すなわち、図７Ａ～図８Ｃに示すように、第２主面１ｃにおけるトレンチ２Ｂのマスクパターンの長さＬｂＭ３であっても、形成されるトレンチ２Ｂの長さＬａ３、Ｌｂ３は、トレンチ２Ａのマスクパターンの長さＬａＭ３と略等しくなる。

以上に説明したように、第２実施形態における半導体基板１の第１主面１ａ及び第２主面１ｃのトレンチ２Ｂの領域に対して、トレンチ２Ｂの長さ方向と半導体基板１の（１１１）面とを合わし、ウェットエッチングを用いて、異方性エッチングで形成することにより、トレンチ２Ｂを形成することができる。

また、第１主面１ａにおけるトレンチ２Ｂのマスクパターンの長さ及び幅と、第２主面１ｃにおけるトレンチ２Ｂのマスクパターンの長さ及び幅とがズレていても、きっかけの貫通部が形成され、異方性エッチングにより貫通することで、トレンチ２Ｂを形成することができる。

さらに、所望のトレンチの長さを形成する場合、第１主面１ａにおけるトレンチ２Ｂのマスクパターンの長さ及び幅を基準とし、第２主面１ｃにおけるトレンチ２Ｂのマスクパターンの長さ及び幅を第１主面１ａにおけるトレンチ２Ｂのマスクパターンの長さ及び幅より短くすることで、所望のトレンチの長さを形成することができる。

（第３実施形態）
図９Ａ～図９Ｃを参照して第２実施形態に係る半導体装置１０の構成を説明する。第３実施形態に係る半導体装置１０は、図９Ａに示すように、トレンチの一例であるトレンチ２Ｃの長さＬａ４、トレンチ２Ｃの幅Ｗａ４が、第１実施形態のトレンチ２の長さＬａ、トレンチ２の幅Ｗａと略等しい。また、図示しないが、同様に、トレンチ２Ｃの長さＬｂ４、トレンチ２Ｃの幅Ｗｂ４が、第１実施形態のトレンチ２の長さＬｂ、トレンチ２の幅Ｗａと略等しい。第１実施形態との違いは、トレンチ２Ｃ形成時のマスクパターンである。第１実施形態と重複する構成については、符号を引用してその説明は省略する。以下、相違点を中心に説明する。

図９Ｂ及び図９Ｃに示すように、第１主面１ａにおける第１方向であるトレンチ２Ｃのマスクパターンの長さＬａＭ４は、第２主面１ｃにおける第１方向であるトレンチ２Ｃのマスクパターンの長さＬｂＭ４と略等しい。また、第１主面１ａにおける第２方向であるトレンチ２Ｃのマスクパターンの幅ＷａＭ４は、第２主面１ｃにおける第２方向であるトレンチ２Ｃのマスクパターンの幅ＷｂＭ４より大きい。すなわち、第１主面１ａ及び第２主面１ｃの第１方向であるトレンチ２Ｃのマスクパターンの長さＬａＭ４、ＬｂＭ４は等しく、それぞれの第１方向であるトレンチ２Ｃのマスクパターンの長さＬａＭ４、ＬｂＭ４は、半導体基板１の厚さｔの√２倍以上となれば、きっかけの貫通部が形成され、第１主面１ａ及び第２主面１ｃに対し、垂直なトレンチ２Ｃが形成される。また、トレンチ２Ｃの幅は、マスクパターンの幅ＷａＭ４とマスクパターンの幅ＷｂＭ４のうち、マスクパターンの幅の大きい方になる。なお、製造方法については、断面図の説明が第１実施形態と同じため省略する。

以上に説明したように、第３実施形態における半導体基板１の第１主面１ａ及び第２主面１ｃのトレンチ２Ｃの領域に対して、トレンチ２Ｃの長さ方向と半導体基板１の（１１１）面とを合わし、ウェットエッチングを用いて、異方性エッチングで形成することにより、トレンチ２Ｃを形成することができる。

また、第１主面１ａにおけるトレンチ２Ｃのマスクパターンの長さ及び幅と、第２主面１ｃにおけるトレンチ２Ｃのマスクパターンの長さ及び幅とがズレていても、きっかけの貫通部が形成され、異方性エッチングにより貫通することで、トレンチ２Ｃを形成することができる。

（第４実施形態）
図１０Ａ～図１０Ｃを参照して第４実施形態に係る半導体装置１０の構成を説明する。第４実施形態に係る半導体装置１０は、図１０Ａに示すように、トレンチの一例であるトレンチ２Ｄの長さＬａ５、トレンチ２Ｄの幅Ｗａ５が、第１実施形態のトレンチ２の長さＬａ、トレンチ２の幅Ｗａと略等しい。また、図示しないが、同様に、トレンチ２Ｄの長さＬｂ５、トレンチ２Ｄの幅Ｗｂ５が、第１実施形態のトレンチ２の長さＬｂ、トレンチ２の幅Ｗａと略等しい。第１実施形態との違いは、トレンチ２Ｄ形成時のマスクパターンである。第１実施形態と重複する構成については、符号を引用してその説明は省略する。以下、相違点を中心に説明する。

図１０Ｂ及び図１０Ｃに示すように、第１主面１ａにおける第１方向であるトレンチ２Ｄのマスクパターンの長さＬａＭ５は、第２主面１ｃにおける第１方向であるトレンチ２Ｄのマスクパターンの長さＬｂＭ５よりも長い。同様に、図１０Ｃに示すように、第１主面１ａにおける第２方向であるトレンチ２Ｄのマスクパターンの幅ＷａＭ５は、第２主面１ｃにおける第２方向であるトレンチ２Ｄのマスクパターンの幅ＷｂＭ５よりも大きい。すなわち、第１主面１ａにおける第１方向であるトレンチ２Ｄのマスクパターンの長さＬａＭ５と第１主面１ａにおける第２方向であるトレンチ２Ｄの幅ＷａＭ５は、第２主面１ｃにおける第１方向であるトレンチ２Ｄのマスクパターンの長さＬｂＭ５と第２主面１ｃにおける第２方向であるトレンチ２Ｄのマスクパターンの幅ＷｂＭ５よりそれぞれ大きい。また、第１主面１ａにおける第１方向であるトレンチ２Ｄのマスクパターンの長さＬａＭ５と、第２主面１ｃにおける第１方向であるトレンチ２Ｄのマスクパターンの長さＬｂＭ５との合計が、半導体基板１の厚さｔの２√２倍以上となれば、きっかけの貫通部が形成され、第１主面１ａ及び第２主面１ｃに対し、垂直なトレンチ２Ｄが形成される。また、トレンチ２Ｄの長さは、マスクパターンの長さＬａＭ５とマスクパターンの長さＬｂＭ５のうち、マスクパターンの長さの長い方になる。さらに、トレンチ２Ｄ幅は、マスクパターンの幅ＷａＭ５とマスクパターンの幅ＷｂＭ５のうち、マスクパターンの幅の大きい方になる。なお、製造方法については、断面図の説明が第２実施形態と同じため省略する。

以上に説明したように、第４実施形態における半導体基板１の第１主面１ａ及び第２主面１ｃのトレンチ２Ｄの領域に対して、トレンチ２Ｄの長さ方向と半導体基板１の（１１１）面とを合わし、ウェットエッチングを用いて、異方性エッチングで形成することにより、トレンチ２Ｄを形成することができる。

また、第１主面１ａにおけるトレンチ２Ｄのマスクパターンの長さ及び幅と、第２主面１ｃにおけるトレンチ２Ｄのマスクパターンの長さ及び幅とがズレていても、きっかけの貫通部が形成され、異方性エッチングにより貫通することで、トレンチ２Ｄを形成することができる。

さらに、所望のトレンチの長さを形成する場合、第１主面１ａにおけるトレンチ２Ｄのマスクパターンの長さ及び幅を基準とし、第２主面１ｃにおけるトレンチ２Ｄのマスクパターンの長さ及び幅を第１主面１ａにおけるトレンチ２Ｄのマスクパターンの長さ及び幅より短くすることで、所望のトレンチの長さを形成することができる。

（第１マスク方法）
以下に、図面を参照して、第１～第４実施形態に係る半導体装置１０の第１マスク方法を説明する。ここでは、ウェットエッチングを用いたトレンチ２形成のプロセスフローの一例を説明する。第１マスク方法では、マスク材の一例である窒化膜３を備える。

先ず、図１１Ａに示すように、第１主面１ａ及び第２主面１ｃにマスク材の一例である窒化膜３を形成する。具体的には、半導体基板１は、例えば、シリコン基板である。また、半導体基板１の第１主面１ａは、例えば、（１１０）面である。半導体基板１の第１主面１ａ及び第２主面１ｃ上に、例えば、化学的気相堆積法（以下、ＣＶＤ法と称する。）を用いて成膜する。なお、窒化膜３の形成において、窒化膜３が成膜できればよく、ＣＶＤ法に限定しない。

次に、図１１Ｂに示すように、第１主面１ａ及び第２主面１ｃにおいて、窒化膜３上にレジスト４を形成する。具体的には、第１主面１ａ及び第２主面１ｃにおいて、窒化膜３上の全面にレジストを塗布する。塗布した後、露光及び現像してレジスト４をパターニングする。

次に、図１１Ｃに示すように、第１主面１ａ及び第２主面１ｃにおいて、レジスト４をマスクにして窒化膜３をエッチングする。具体的には、第１主面１ａ及び第２主面１ｃにおいて、例えば、ドライエッチング法を用いて、窒化膜３をエッチングしてもよい。

次に、図１１Ｄに示すように、第１主面１ａ及び第２主面１ｃにおいて、レジスト４を除去する。具体的には、第１主面１ａ及び第２主面１ｃにおいて、例えば、プラズマアッシング法を用いて、酸素アッシングして除去してもよい。

次に、図１１Ｅに示すように、第１主面１ａ及び第２主面１ｃにおいて、窒化膜３をマスクとして半導体基板１をウェットエッチングする。具体的には、例えば、ウェットエッチングを用いて、窒化膜３をマスクにして、半導体基板１を異方性エッチングする。ここで、ウェットエッチングを用いるエッチング液は、アルカリ水溶液である。具体的には、アルカリ水溶液は、例えば、ＫＯＨまたはＴＭＡＨが適応可能である。以下の工程は、一般的な既知の工程フローのため省略する。

以上に説明したように、マスク材に窒化膜３を用いることで、工程を簡素化でき、工期の短縮及びコスト低減することができる。

（第２マスク方法）
以下に、図面を参照して、第１～第４実施形態に係る半導体装置１０の第２マスク方法を説明する。ここでは、ウェットエッチングを用いたトレンチ２形成のプロセスフローの一例を説明する。

第２マスク方法と第１マスク方法の違いは、マスク材である。第２マスク方法では、マスク材の一例であるレジスト４を備える。ここで、レジスト４は、耐エッチング液の性能を持つレジストが適用可能である。

先ず、図１２Ａに示すように、第１主面１ａ及び第２主面１ｃにおいて、半導体基板１上にマスク材の一例であるレジスト４を形成する。具体的には、半導体基板１は、例えば、シリコン基板である。また、半導体基板１の第１主面１ａは、例えば、（１１０）面である。また、第１主面１ａ及び第２主面１ｃにおいて、半導体基板１上の全面にレジストを塗布する。

次に、図１２Ｂに示すように、第１主面１ａ及び第２主面１ｃにおいて、レジスト４をパターニングする。具体的には、露光及び現像してレジスト４をパターニングする。

次に、図１２Ｃに示すように、第１主面１ａ及び第２主面１ｃにおいて、レジスト４をマスクとして半導体基板１をウェットエッチングする。具体的には、例えば、ウェットエッチングを用いて、レジスト４をマスクにして、半導体基板１を異方性エッチングする。ここで、ウェットエッチングを用いるエッチング液は、アルカリ水溶液である。具体的には、アルカリ水溶液は、例えば、ＫＯＨまたはＴＭＡＨが適応可能である。以下の工程は、一般的な既知の工程フローのため省略する。

第２マスク方法は、マスク材において、レジスト４を用いることにより、第１マスク方法に比べ、形成プロセスを削減して、工程数を低減することができる。また、第２マスク方法は、第１マスク方法に比べ、低コストを実現できる。

上記のように、本発明の実施形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば、トレンチ２は、１つのトレンチ２を用いた場合を説明したが、図１３に示すように、複数のトレンチ２を用いて、ストライプパターンを用いてもよい。なお、トレンチ２は、例えば、半導体基板１上に選択的に形成してもよい。

また、図１４Ａ及び図１４Ｂに示すように、第１～第４の実施形態に係る半導体装置１０を含むトレンチ２を備えた半導体キャパシタであってもよい。具体的な半導体キャパシタの例を図１４Ａ及び図１４Ｂを参照して説明する。

図１４Ａに示すように、半導体キャパシタは、トレンチ２内及び半導体基板１の第１主面１ａ及び第２主面１ｃ上に接する絶縁膜６をさらに備える。また、絶縁膜６上に接する誘電膜５をさらに備える。また、絶縁膜６と誘電膜５との構造は、１層ずつ積層して形成した構造である。さらに、半導体基板１及び誘電膜５と電気的に接続する電極１１をさらに備える。

図１４Ｂに示すように、半導体キャパシタは、絶縁膜６と誘電膜５との構造が、３層ずつ積層して形成した構造である。さらに、半導体基板１及び２層目の誘電膜５を電気的に接続している電極１１を備える。

絶縁膜６は、例えば、酸化膜が適用可能である。誘電膜５は、例えば、ポリシリコンが適応可能である。また、絶縁膜６及び誘電膜５は、トレンチ２の内部に配置される。電極１１は、例えば、アルミニウムなどが適用可能である。

第１～第４の実施形態に係る半導体装置１０を含むトレンチ２を備えた半導体キャパシタは、（１１１）面の斜面を側面に有するトレンチに比べ、垂直に深いトレンチを形成することができるため、側面の面積は大きくなり、キャパシタの容量が大きくなる。また、キャパシタの容量は、図１４Ｂに示す３層の積層構造にすることで、図１４Ａに示す１層より大きくすることができる。

１ 半導体基板
２ 溝
３ 窒化膜
４ レジスト
５ 誘電膜
６ 絶縁膜
１１ 電極
１ａ 第１主面
１ｃ 第２主面
２ｄ１、２ｄ２ 斜面
２ｅ１、２ｅ２ 中央部
Ｌａ、Ｌａ２、Ｌａ３、Ｌａ４、Ｌａ５ 溝の長さ
Ｌｂ、Ｌｂ２、Ｌｂ３、Ｌｂ４、Ｌｂ５ 溝の長さ
Ｗａ、Ｗａ２、Ｗａ３、Ｗａ４、Ｗａ５ 溝の幅
Ｗｂ、Ｗｂ２、Ｗｂ３、Ｗｂ４、Ｗｂ５ 溝の幅
ＬａＭ２、ＬａＭ３、ＬａＭ４、ＬａＭ５ マスクパターンの長さ
ＬｂＭ２、ＬｂＭ３、ＬｂＭ４、ＬｂＭ５ マスクパターンの長さ
ＷａＭ２、ＷａＭ３、ＷａＭ４、ＷａＭ５ マスクパターンの幅
ＷｂＭ２、ＷｂＭ３、ＷｂＭ４、ＷｂＭ５ マスクパターンの幅

Claims (18)

1. 第１主面と前記第１主面と対向する第２主面を有する半導体基板と、
   前記第１主面の平面視において、前記第２主面まで貫通する溝と、
   前記溝の内部に配置され、前記半導体基板上に接する絶縁膜と、
   前記溝の内部に配置され、前記絶縁膜上に接する誘電膜と、
   前記半導体基板及び前記誘電膜と電気的に接続する電極と、
   を備え、
   前記溝は、
   第１方向に前記溝の長手方向があり、
   前記第１方向と直交する第２方向に前記溝の短手方向があり、
   前記第１方向及び前記第２方向と直交し、前記半導体基板に垂直方向を第３方向とし、
   前記第１方向と前記第３方向との平面、及び前記第２方向と前記第３方向との平面である前記溝の側面が（１１１）面を備える、
   半導体装置。
2. 前記第１主面の前記溝の前記第１方向の長さと、前記第２主面の前記溝の前記第１方向の長さとの合計が、前記半導体基板の厚さの2√2倍以上である、
   請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記第１主面及び前記第２主面の前記溝の前記第１方向の長さは、等しく、それぞれの前記溝の前記第１方向の長さは、前記半導体基板の厚さの√2倍以上である、
   請求項１に記載の半導体装置。
4. 前記半導体基板は、シリコン基板を備える、
   請求項１に記載の半導体装置。
5. 前記第1主面は、（１１０）面を備える、
   請求項３に記載の半導体装置。
6. 第１主面と前記第１主面と対向する第２主面を有する半導体基板に、ウェットエッチングにて溝を形成する半導体装置の製造方法において、
   前記半導体基板の前記第１主面及び前記第２主面の両面にマスク材を形成し、
   前記マスク材は、
   第１方向に前記溝の前記溝の長手方向があり、
   前記第１方向と直交する第２方向に前記溝の短手方向があり、
   前記第１方向及び前記第２方向と直交し、前記半導体基板に垂直方向を第３方向とし、
   前記第１方向と前記第３方向との平面、及び前記第２方向と前記第３方向との平面である前記溝の側面が（１１１）面となるように前記溝のマスクパターンを形成する、
   半導体装置の製造方法。
7. 前記溝の内部において、前記半導体基板上に絶縁膜を形成し、
   前記溝の内部において、前記絶縁膜上に誘電膜を形成し、
   前記半導体基板及び前記誘電膜と電気的に接続する電極を形成する、
   請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
8. 前記第１主面の前記マスクパターンの前記第１方向の長さと、前記第２主面の前記マスクパターンの前記第１方向の長さとの合計が、前記半導体基板の厚さの2√2倍以上である、
   請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
9. 前記第１主面及び前記第２主面のマスクパターンの前記第１方向の長さは等しく、それぞれの前記マスクパターンの前記第１方向の長さは、前記半導体基板の厚さの√2倍以上である、
   請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
10. 前記第１主面の前記溝の前記マスクパターンの前記第１方向の長さは、
    前記第２主面の前記溝の前記マスクパターンの前記第１方向の長さより長い、
    請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
11. 前記第１主面の前記マスクパターンの前記第２方向の幅は、
    前記第２主面の前記マスクパターンの前記第２方向の幅より大きい、
    請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
12. 前記第１主面の前記マスクパターンの前記第１方向の長さと第２方向の幅は、
    前記第２主面の前記マスクパターンの前記第１方向の長さと第２方向の幅よりそれぞれ大きい、
    請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
13. 前記半導体基板は、シリコン基板を備える、
    請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
14. 前記第1主面は、（１１０）面を備える、
    請求項１３に記載の半導体装置の製造方法。
15. ウェットエッチングに用いるエッチング液は、アルカリ性水溶液を含む、
    請求項１４に記載の半導体装置の製造方法。
16. 前記アルカリ性水溶液は、水酸化カリウムまたは水酸化テトラメチルアンモニウムを含む、
    請求項１５に記載の半導体装置の製造方法。
17. 前記マスク材は、窒化膜を備える、
    請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
18. 前記マスク材は、耐エッチング液の性能を持つレジストを備える、
    請求項６に記載の半導体装置の製造方法。