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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024081074
(43)【公開日】2024-06-17
(54)【発明の名称】半導体装置及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/822 20060101AFI20240610BHJP
H01L 21/306 20060101ALI20240610BHJP
【ＦＩ】
H01L27/04 C
H01L21/306 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022194527
(22)【出願日】2022-12-05
(71)【出願人】
【識別番号】000003997
【氏名又は名称】日産自動車株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】507308902
【氏名又は名称】ルノー エス．ア．エス．
【氏名又は名称原語表記】ＲＥＮＡＵＬＴ Ｓ．Ａ．Ｓ．
【住所又は居所原語表記】１２２－１２２ ｂｉｓ， ａｖｅｎｕｅ ｄｕ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｌｅｃｌｅｒｃ， ９２１００ Ｂｏｕｌｏｇｎｅ－Ｂｉｌｌａｎｃｏｕｒｔ， Ｆｒａｎｃｅ
(74)【代理人】
【識別番号】100083806
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 秀和
(74)【代理人】
【識別番号】100101247
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 俊一
(74)【代理人】
【識別番号】100095500
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 正和
(74)【代理人】
【識別番号】100098327
【弁理士】
【氏名又は名称】高松 俊雄
(72)【発明者】
【氏名】早見 泰明
(72)【発明者】
【氏名】丸井 俊治
(72)【発明者】
【氏名】倪 威
(72)【発明者】
【氏名】矢野 新也
(72)【発明者】
【氏名】松尾 健志
(72)【発明者】
【氏名】沼倉 啓一郎
【テーマコード（参考）】
5F038
5F043
【Ｆターム（参考）】
5F038AC04
5F038AC05
5F038AC07
5F038AC10
5F038CA11
5F038CA12
5F038EZ15
5F038EZ20
5F043AA02
5F043BB02
5F043FF01
5F043FF04
(57)【要約】 （修正有）
【課題】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。
【解決手段】半導体装置は、第１主面１ａと第１主面に対向する第２主面１ｃを有し、第１主面から第２主面まで貫通する溝２が形成された半導体基板１を備える。溝の長手方向を第１方向、溝の短手方向を第１方向と直交する第２方向、第１方向及び第２方向と直交し、且つ、第１主面及び第２主面に垂直な方向を第３方向として、第１方向と第３方向を含む平面及び第２方向と第３方向を含む平面である溝の側面がそれぞれ（１１１）面である。
【選択図】図２Ｂ
【解決手段】半導体装置は、第１主面１ａと第１主面に対向する第２主面１ｃを有し、第１主面から第２主面まで貫通する溝２が形成された半導体基板１を備える。溝の長手方向を第１方向、溝の短手方向を第１方向と直交する第２方向、第１方向及び第２方向と直交し、且つ、第１主面及び第２主面に垂直な方向を第３方向として、第１方向と第３方向を含む平面及び第２方向と第３方向を含む平面である溝の側面がそれぞれ（１１１）面である。
【選択図】図２Ｂ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１主面と前記第１主面に対向する第２主面を有し、前記第１主面から前記第２主面まで貫通する溝が形成された半導体基板を備え、
前記溝の長手方向を第１方向、前記溝の短手方向を前記第１方向と直交する第２方向、前記第１方向及び前記第２方向と直交し、且つ前記第１主面及び前記第２主面に垂直な方向を第３方向として、
前記第１方向と前記第３方向を含む平面、及び前記第２方向と前記第３方向を含む平面である前記溝の側面が（１１１）面である、
半導体装置。
前記溝の長手方向を第１方向、前記溝の短手方向を前記第１方向と直交する第２方向、前記第１方向及び前記第２方向と直交し、且つ前記第１主面及び前記第２主面に垂直な方向を第３方向として、
前記第１方向と前記第３方向を含む平面、及び前記第２方向と前記第３方向を含む平面である前記溝の側面が（１１１）面である、
半導体装置。
【請求項2】
前記第１主面の面法線方向から見て矩形状のチップに形成された半導体装置であって、
前記チップが、前記第１主面及び前記第２主面と直交して隣接し且つ（１１１）面に平行なチップ側面を有する、
請求項１に記載の半導体装置。
前記チップが、前記第１主面及び前記第２主面と直交して隣接し且つ（１１１）面に平行なチップ側面を有する、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項3】
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。
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項4】
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方向の長さは等しく、前記第１主面と前記第２主面の前記溝の前記第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。
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項5】
前記半導体基板はシリコン基板である、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項6】
前記第１主面は（１１０）面である、請求項５に記載の半導体装置。
【請求項7】
前記溝の内部に配置され、前記半導体基板に接する誘電膜と
前記溝の内部に配置され、前記誘電膜に積層された導電膜と、
前記半導体基板及び前記導電膜と電気的に接続する電極と
を更に備える、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置。
前記溝の内部に配置され、前記誘電膜に積層された導電膜と、
前記半導体基板及び前記導電膜と電気的に接続する電極と
を更に備える、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項8】
第１主面と前記第１主面に対向する第２主面を有する半導体基板を準備するステップと、
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するステップと、
前記マスク材をエッチング用のマスクに用いて、前記第１主面及び前記第２主面の両面から前記半導体基板をウェットエッチングによりエッチングして、前記第１主面から前記第２主面まで貫通する溝を形成するステップと
を備え、
前記溝の長手方向を第１方向、前記溝の短手方向を前記第１方向と直交する第２方向、前記第１方向及び前記第２方向と直交し、且つ前記第１主面及び前記第２主面に垂直な方向を第３方向として、前記第１方向と前記第３方向を含む平面、及び前記第２方向と前記第３方向を含む平面である前記溝の側面が（１１１）面となるように、前記マスク材の開口部のマスクパターンを形成する、
半導体装置の製造方法。
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するステップと、
前記マスク材をエッチング用のマスクに用いて、前記第１主面及び前記第２主面の両面から前記半導体基板をウェットエッチングによりエッチングして、前記第１主面から前記第２主面まで貫通する溝を形成するステップと
を備え、
前記溝の長手方向を第１方向、前記溝の短手方向を前記第１方向と直交する第２方向、前記第１方向及び前記第２方向と直交し、且つ前記第１主面及び前記第２主面に垂直な方向を第３方向として、前記第１方向と前記第３方向を含む平面、及び前記第２方向と前記第３方向を含む平面である前記溝の側面が（１１１）面となるように、前記マスク材の開口部のマスクパターンを形成する、
半導体装置の製造方法。
【請求項9】
前記半導体基板を（１１１）面のチップ側面をそれぞれ含む複数のチップに分割するステップを更に備え、
前記溝を含む半導体装置がそれぞれ形成された複数の前記チップに前記半導体基板を分割する、
請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
前記溝を含む半導体装置がそれぞれ形成された複数の前記チップに前記半導体基板を分割する、
請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項10】
オリエンテーション・フラットが（１１１）面である前記半導体基板を準備するステップと、
前記第１主面における切断線を前記オリエンテーション・フラットと平行に決定するステップと、
前記切断線に沿って前記半導体基板を切断し、前記半導体基板を（１１１）面のチップ側面をそれぞれ含む複数のチップに分割するステップと
を更に備え、
前記溝を含む半導体装置がそれぞれ形成された複数の前記チップに前記半導体基板を分割する、
請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
前記第１主面における切断線を前記オリエンテーション・フラットと平行に決定するステップと、
前記切断線に沿って前記半導体基板を切断し、前記半導体基板を（１１１）面のチップ側面をそれぞれ含む複数のチップに分割するステップと
を更に備え、
前記溝を含む半導体装置がそれぞれ形成された複数の前記チップに前記半導体基板を分割する、
請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項11】
前記溝の内部に誘電膜を形成するステップと、
前記溝の内部において、前記誘電膜に導電膜を積層するステップと、
前記半導体基板及び前記導電膜と電気的に接続する電極を形成するステップと
を更に備える、請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
前記溝の内部において、前記誘電膜に導電膜を積層するステップと、
前記半導体基板及び前記導電膜と電気的に接続する電極を形成するステップと
を更に備える、請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項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、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８に記載の半導体装置の製造方法。
請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項13】
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方向の長さは等しく、
前記第１主面と前記第２主面の前記マスクパターンの前記第１方向の長さは、前記半導体基板の厚さの√２倍以上である、
請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
前記第１主面と前記第２主面の前記マスクパターンの前記第１方向の長さは、前記半導体基板の厚さの√２倍以上である、
請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項14】
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方向の長さより長い、請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項15】
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８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項16】
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方向の長さより長く、
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８に記載の半導体装置の製造方法。
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８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項17】
前記半導体基板はシリコン基板である、請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項18】
前記第１主面は（１１０）面である、請求項１７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項19】
前記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である、請求項１８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項20】
前記マスク材は窒化膜を含む、請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体基板の溝の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形成した溝の内部に誘電膜と導電膜を積層して形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特表２００２－５０３３９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
半導体コンデンサの容量を大きくするために、半導体基板に深い溝を形成する必要がある。
【0005】
本発明の実施形態は、深い溝が形成された半導体基板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。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一態様に係る半導体装置は、第１主面と第１主面に対向する第２主面を有し、第１主面から第２主面まで貫通する溝が形成された半導体基板を備える。溝の長手方向を第１方向、溝の短手方向を第１方向と直交する第２方向、第１方向及び第２方向と直交し、且つ第１主面及び第２主面に垂直な方向を第３方向として、第１方向と第３方向を含む平面、及び第２方向と第３方向を含む平面である溝の側面がそれぞれ（１１１）面である。
【発明の効果】
【0007】
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。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
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。
【0010】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る半導体装置１０の半導体基板１を示す平面図である。半導体基板１は、第１主面１ａと第１主面１ａに対向する第２主面１ｃを有する。以下において、第１主面１ａと第２主面１ｃのそれぞれを限定しない場合は、主面と表記する。図２Ａは、図１に示した半導体装置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。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の主面と平行な平面を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方向とする。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。
図１は、第１実施形態に係る半導体装置１０の半導体基板１を示す平面図である。半導体基板１は、第１主面１ａと第１主面１ａに対向する第２主面１ｃを有する。以下において、第１主面１ａと第２主面１ｃのそれぞれを限定しない場合は、主面と表記する。図２Ａは、図１に示した半導体装置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。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の主面と平行な平面を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方向とする。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。
【0011】
半導体装置１０は、図２Ｂに示すように、第１主面１ａから第２主面１ｃまで貫通する溝であるトレンチ２が形成された半導体基板１を備える。
【0012】
半導体基板１は、図１に示すように、オリエンテーション・フラット（以下、オリフラ面と称する。）であるオリフラ面１ｂを有する。第１主面１ａ及び第２主面１ｃは、（１１０）面である。また、オリフラ面１ｂは、第１主面１ａ及び第２主面１ｃの（１１０）面と垂直となる（１００）面である。
【0013】
半導体基板１は、結晶構造がダイヤモンド構造を有する。半導体基板１は、例えば、シリコン基板であってもよい。半導体基板１の厚さtは、例えば、６２５～６６５μｍ程度である。入手しやすいシリコン基板を半導体基板１に使用することにより、低コストで半導体装置１０を製造できる。更に、半導体装置１０が半導体キャパシタを含む場合に、シリコン基板の不純物濃度を高くすることにより、半導体キャパシタの電極となる半導体基板１の低抵抗化を実現できる。これにより、キャパシタの電気特性に対する寄生抵抗の影響を低減することができる。
【0014】
半導体基板１には、主面の面法線方向から見て（以下、「平面視」とも称する。）ストライプパターンのトレンチ２が形成されている。トレンチ２は、図２Ｂに示すように、第１主面１ａから第２主面１ｃまで貫通している。トレンチ２は、第１主面１ａにおいて、長手方向に沿った長さがＬａの一端（以下、「Ｌａ」と表記）と、長手方向と直交する短手方向に沿った長さがＷａの他端（以下、「Ｗａ」と表記）を有する。トレンチ２は、第２主面１ｃにおいて、長手方向に沿った長さがＬｂの一端（以下、「Ｌｂ」と表記）と、長手方向と直交する短手方向に沿った長さがＷｂの他端（以下、「Ｗｂ」と表記）を有する。以下の説明において、トレンチ２の長手方向の一端の長さをトレンチ２の長さ、トレンチ２の短手方向の他端の長さをトレンチ２の幅とも称する。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（トレンチ２の深さ方向）を第３方向とする。第３方向は、第１方向及び第２方向と直交し、且つ第１主面１ａ及び第２主面１ｃに垂直な方向である。
【0015】
トレンチ２は、平面視において半導体基板１の（１１１）面とトレンチ２の長手方向の一端（以下において、「長手側端部」とも称する。）が平行になるように形成されている。また、トレンチ２は、平面視において、半導体基板１の（１１１）面とトレンチ２の短手方向の他端（以下において、「短手側端部」とも称する。）が垂直になるように形成されている。第１主面１ａ及び第２主面１ｃが（１１０）面であり、オリフラ面１ｂが（１００）面である場合、オリフラ面１ｂに対して、３５．３°の角度θ１を有する面が半導体基板１の（１１１）面である。すなわち、図２Ａに示すＸＹ平面に垂直でＸ軸方向に延伸する（１００）面に対して、角度θ１をなして交差する面が（１１１）面である。
【0016】
トレンチ２は、図２Ｂに示すように、半導体基板１の主面に対して側面が垂直に貫通している。第１方向と第３方向を含む平面である長手側の側面２ｂ１は、（１１１）面である。また、第２方向と第３方向を含む平面である短手側の側面２ｂ２は、（１１１）面である。なお、トレンチ２の長さＬａ、Ｌｂと、半導体基板１の厚さtとの関係について後述する。
【0017】
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でのトレンチ２の形成の一例であり、これ以外のウェットエッチングによる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、図１４Ａ～図１５Ｃの説明において詳述する。
【0018】
先ず、図３Ａに示すように、第１主面１ａ及び第２主面１ｃが（１１０）面の半導体基板１を準備する。
【0019】
次に、図２Ａに示すようにトレンチ２の長手方向を半導体基板１の（１１１）面に合わせた後、図３Ｂ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のトレンチ２の領域に対して、第１主面１ａと第２主面１ｃの両面からウェットエッチングによる異方性エッチング処理をする。半導体基板１のウェットエッチングに用いるエッチング液は、例えばアルカリ性水溶液である。アルカリ性水溶液の一例として、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）などが挙げられる。ＫＯＨやＴＭＡＨなどの比較的入手しやすく安価なエッチング液によりシリコン基板をエッチングすることにより、低コストでの半導体装置１０の製造を実現することができる。
【0020】
アルカリ性水溶液でのエッチング処理により、異方性のウェットエッチングを実現できる。すなわち、厚さ方向において、半導体基板１は、長さＬａ、Ｌｂのトレンチ２の長手側端部では主面と垂直にエッチングされる。一方、幅Ｗａ、Ｗｂのトレンチ２の短手側端部では、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、第１斜面２ｄ１と第２斜面２ｄ２が形成される。このとき、第１主面１ａ及び第２主面１ｃの両面からエッチングが進むことにより、半導体基板１をトレンチ２が貫通する途中で、第１主面１ａ及び第２主面１ｃから半導体基板１の厚さ方向に後退した中央部２ｅ１、２ｅ２を両面とする中間領域が形成される。中央部２ｅ１、２ｅ２は（１１０）面であり、第１斜面２ｄ１と第２斜面２ｄ２にそれぞれ連結する。
【0021】
次に、第１主面１ａ及び第２主面１ｃから更にウェットエッチングを進めて、図３Ｃに示すように中央部２ｅ１、２ｅ２を有する中間領域をエッチング除去し、トレンチ２の中央が第１主面１ａから第２主面１ｃまで貫通する。このように、半導体基板１の第１主面１ａ及び第２主面１ｃに対して側面が垂直なトレンチ２を形成するには、第１主面１ａと第２主面１ｃからウェットエッチングによりそれぞれ形成された溝同士が連通して、中間領域が貫通する必要がある。以下の説明において、トレンチ２の中央部２ｅ１、２ｅ２を両面とする中間領域を貫通する領域を、「きっかけの貫通部」とも称する。このきっかけの貫通部の形成については、図４を参照して後述する。
【0022】
きっかけの貫通部が形成された後は、図３Ｄに示すように、貫通した部分の両側の斜面部において、基板平面方向にエッチングが進む。すなわち、トレンチ２の第１斜面２ｄ１と第２斜面２ｄ２が異方性エッチングされる。具体的には、きっかけの貫通部を形成した後、半導体基板１の第１斜面２ｄ１と第２斜面２ｄ２の先端部からトレンチ２の幅Ｗａ、幅Ｗｂの短手側端部まで、第１斜面２ｄ１と第２斜面２ｄ２のエッチングが進む。最終的には、第１斜面２ｄ１と第２斜面２ｄ２がすべてエッチング除去され、（１１１）面であるトレンチ２の幅Ｗａ、Ｗｂの短手側の側面２ｂ２が半導体基板１の主面に対して垂直なトレンチ２が形成される。
【0023】
以上に説明したように、半導体装置１０の製造方法では、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の領域について、トレンチ２の長手方向と半導体基板１の（１１１）面とを平行又は垂直に設定する。そしてし、ウェットエッチングを用いた異方性エッチングにより、側面が半導体基板１の主面と垂直なトレンチ２を形成することができる。第１主面１ａ又は第２主面１ｃのいずれか一方のみから半導体基板１をウェットエッチングによりエッチングした場合には、（１１１）面の斜面が形成され、主面に対して側面が垂直なストライプタイプのトレンチ２を形成することが困難である。しかし、上記の製造方法によれば、第１主面１ａと第２主面１ｃの両面からウェットエッチングにより半導体基板１をエッチングすることにより、主面に対して側面が垂直なストライプタイプのトレンチ２を形成することができる。
【0024】
次に、第１主面１ａと第２主面１ｃの両面に対するウェットエッチングを用いた異方性エッチング処理を用いた場合の、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。きっかけの貫通部を形成することにより、きっかけの貫通部からウェットエッチングにより基板平面方向にエッチングが進み、最終的に、側面が主面と垂直な（１１１）面である、ストライプパターンのトレンチ２が形成される。
【0025】
トレンチ２の形成において第１主面１ａと第２主面１ｃからのウェットエッチングによってそれぞれ形成される溝の一例を図４に示す。第１主面１ａから形成される溝の長さがＬａ、溝の深さがＤａであり、第２主面１ｃから形成される溝の長さがＬｂ、溝の深さがＤｂである。図４に示すように、第１斜面２ｄ１の平面視の長さをＬａｅ、第２斜面２ｄ２の平面視の長さをＬｂｅとし、きっかけの貫通部の長さをＬｔとする。また、溝の深さ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、以下の式（１）、式（２）、及び式（３）で表される。
【0026】
Ｌａ＝２Ｌａｅ＋Ｌｔ （１）
Ｌｂ＝２Ｌｂｅ＋Ｌｔ （２）
Ｄａ＋Ｄｂ＝ｔ （３）
半導体基板１の結晶構造がダイヤモンド構造である場合、ウェットエッチングにより形成される（１１１）面の斜面の長さＬａｅ、Ｌｂｅと、エッチングの深さＤａ、Ｄｂの関係は、式（４）、（５）で表される。
Ｌｂ＝２Ｌｂｅ＋Ｌｔ （２）
Ｄａ＋Ｄｂ＝ｔ （３）
半導体基板１の結晶構造がダイヤモンド構造である場合、ウェットエッチングにより形成される（１１１）面の斜面の長さＬａｅ、Ｌｂｅと、エッチングの深さＤａ、Ｄｂの関係は、式（４）、（５）で表される。
【0027】
Ｌａｅ＝√２Ｄａ （４）
Ｌｂｅ＝√２Ｄｂ （５）
第１主面１ａのトレンチ２の長さＬａと第２主面１ｃのトレンチ２の長さＬｂの合計は、上記の式（１）～式（５）により、式（６）で表される。
Ｌｂｅ＝√２Ｄｂ （５）
第１主面１ａのトレンチ２の長さＬａと第２主面１ｃのトレンチ２の長さＬｂの合計は、上記の式（１）～式（５）により、式（６）で表される。
【0028】
Ｌａ＋Ｌｂ＝２√２ｔ＋２Ｌｔ （６）
したがって、きっかけの貫通部の長さＬｔは、式（７）である。
したがって、きっかけの貫通部の長さＬｔは、式（７）である。
【0029】
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である必要がある。そのため、式（７）から、以下の式（８）の関係が得られる。
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である必要がある。そのため、式（７）から、以下の式（８）の関係が得られる。
【0030】
Ｌｔ＝（Ｌａ＋Ｌｂ）／２－√２ｔ＞０ （８）
式（８）から、トレンチ２の長さＬａ、Ｌｂの合計は、以下の式（９）で表される。
式（８）から、トレンチ２の長さＬａ、Ｌｂの合計は、以下の式（９）で表される。
【0031】
Ｌａ＋Ｌｂ＞２√２ｔ （９）
つまり、第１主面１ａの第１方向のトレンチ２の長さＬａと、第２主面１ｃの第１方向のトレンチ２の長さＬｂとの合計が、半導体基板１の厚さｔの２√２倍以上であれば、きっかけの貫通部が形成される。
つまり、第１主面１ａの第１方向のトレンチ２の長さＬａと、第２主面１ｃの第１方向のトレンチ２の長さＬｂとの合計が、半導体基板１の厚さｔの２√２倍以上であれば、きっかけの貫通部が形成される。
【0032】
なお、図２Ｂのように、第１主面１ａのトレンチ２の長さＬａと第２主面１ｃのトレンチ２の長さＬｂが等しい場合（Ｌａ＝Ｌｂ＝Ｌ）、式（９）から以下の式（１０）の関係が得られる。このため、長さＬａと長さＬｂが等しい場合のトレンチ２の長さＬの条件は、以下の式（１１）で表される。
【0033】
Ｌａ＋Ｌｂ＝２Ｌ＞２√２ｔ （１０）
Ｌ＞√２ｔ （１１）
式（１０）、式（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倍以上であれば、きっかけの貫通部が形成され、主面に対して側面が垂直なトレンチ２が形成される。例えば、第１主面１ａと第２主面１ｃのトレンチ２又はトレンチ２のマスクパターンの長さが等しい場合のトレンチ２の条件は、トレンチ２又はトレンチ２のマスクパターンの長さが、半導体基板１の厚さｔの√２倍以上である。「マスクパターン」は、ウェットエッチングに使用するエッチング用のマスク（以下、単に「マスク」とも称する。）の開口部の形状である。マスクパターンに露出した部分が、ウェットエッチングによってエッチングされる。
Ｌ＞√２ｔ （１１）
式（１０）、式（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倍以上であれば、きっかけの貫通部が形成され、主面に対して側面が垂直なトレンチ２が形成される。例えば、第１主面１ａと第２主面１ｃのトレンチ２又はトレンチ２のマスクパターンの長さが等しい場合のトレンチ２の条件は、トレンチ２又はトレンチ２のマスクパターンの長さが、半導体基板１の厚さｔの√２倍以上である。「マスクパターン」は、ウェットエッチングに使用するエッチング用のマスク（以下、単に「マスク」とも称する。）の開口部の形状である。マスクパターンに露出した部分が、ウェットエッチングによってエッチングされる。
【0034】
上記のように、第１主面１ａに形成されるマスクパターンの長さと第２主面１ｃに形成されるマスクパターンの長さとを同一にすることにより、同一のマスクパターンで第１主面１ａと第２主面１ｃのエッチングが可能である。これにより、マスクパターンの設計及びマスク材の調達を容易にできると共に、第１主面１ａと第２主面１ｃの両面から同じ深さまで半導体基板１をエッチングすることになり、エッチング時間を短くすることができる。
【0035】
以上に説明したように、第１実施形態に係る半導体装置１０のトレンチ２の形成は、ウェットエッチングにより実現できる。一方、半導体基板１に深いトレンチ２を形成するために、反応性の気体（エッチングガス）やイオン、ラジカルによって材料をエッチングするドライエッチングも使用可能である。しかし、ドライエッチングは、ウェハを１枚ずつ処理する枚葉式のエッチング処理であるため、スループットが低く、高コストである。これに対し、ウェットエッチングにおいては、複数のウェハをウェハケースに格納し、ウェハケースごとエッチング液に浸すことでエッチング処理が行われる。このため、ウェットエッチングによれば、複数のウェハを同時に処理することが可能で、ドライエッチングと比較して製造コストを低減できる。
【0036】
ウェットエッチングによれば、結晶面によってエッチングレートが異なることを利用して、トレンチを形成することができる。具体的には、相対的にエッチングされやすい結晶面と相対的にエッチングされにくい結晶面があることを利用して、低コストで深いトレンチを形成することができる。例えば、第１主面１ａ及び第２主面１ｃが（１１０）面、オリフラ面１ｂが（１００）面の半導体基板１において、主面からのウェットエッチングにより、オリフラ面１ｂとなす角度θ１が３５．３度のストライプパターンの深いトレンチ２を形成することができる。この場合、トレンチ２の側面は（１１１）面である。
【0037】
なお、ウェットエッチングによって（１１０）面の主面から半導体基板１をエッチングすると、ストライプパターンのトレンチ２の端部の底部において（１１１）面の斜面が形成される。しかし、第１実施形態に係る半導体装置１０の製造方法では、第１主面１ａと第２主面１ｃの両面からウェットエッチングにより溝を形成して、きっかけの貫通部を形成する。そして、きっかけの貫通部から基板平面方向にエッチングが進むことにより、ドライエッチングで形成されるトレンチと同様に、ストライプパターンの全体にわたって深さ方向に側面が主面に対して垂直なトレンチ２を形成することができる。その結果、例えばトレンチ２を半導体キャパシタとして用いる場合、トレンチ２の側面の面積を広くしてキャパシタ容量を増大させることができる。
【0038】
以下において、半導体基板１を複数のチップに分割して半導体装置１０を製造する方法を検討する。以下では、オリフラ面１ｂを基準にして半導体基板１を矩形状に分割する方法を例示的に説明する。オリフラ面１ｂを基準にする場合、オリフラ面１ｂに平行及び垂直に半導体基板１を切断する切断線を設定する。切断線に沿って半導体基板１を分割したチップのそれぞれに、トレンチ２を含む半導体装置１０が形成されている。
【0039】
まず、半導体基板１が、図５Ａに示すように第１主面１ａ及び第２主面１ｃが（１１０）面でありオリフラ面１ｂが（１００）面である、ダイヤモンド構造のウェハである場合を検討する。この場合、オリフラ面１ｂに平行及び垂直に設定した切断線に沿って半導体基板１を分割して得られる矩形状のチップ１０１は、図５Ｂに示すように、オリフラ面１ｂに平行な、（１００）面のチップ側面１０１Ｓを有する。チップ１０１の含むトレンチ２の長手方向は、チップ側面１０１Ｓに対して３５．３°の角度θ１で交差する。
【0040】
既に説明したように、トレンチ２の第１主面１ａの第１方向の長さＬａと第２主面１ｃの第１方向の長さＬｂとの合計が、半導体基板１の厚さｔの２√２倍以上であれば、きっかけの貫通部が形成される。しかし、図５Ｂに示すチップ１０１の角領域１０１Ｃでは、長さＬａ及び長さＬｂが短い。このため、第１主面１ａと第２主面１ｃの両面からウェットエッチングにより半導体基板１の異方性エッチングを行っても、図５ＢのＶＣ－ＶＣ方向に沿った断面図である図５Ｃに示すように、きっかけの貫通部が形成されない。すなわち、第１主面１ａに形成される第１溝２０１の内部に第１斜面２ｄ１が露出し、第２主面１ｃに形成される第２溝２０２の内部に第２斜面２ｄ２が露出した後、中央部２ｅ１、２ｅ２が形成されない。その結果、第１溝２０１の底部と第２溝２０２の底部は連通せず、きっかけの貫通部が形成されない。このため、角領域１０１Ｃでは、ウェットエッチングを用いて主面に対して側面が垂直なトレンチ２を形成することができない。一方、角領域１０１Ｃを除いた領域であって、長さＬａと長さＬｂの合計が厚さｔの２√２倍以上である領域では、きっかけの貫通部が形成される。その結果、図５ＢのＶＤ－ＶＤ方向に沿った断面図である図５Ｄに示すように、第１主面１ａ及び第２主面１ｃに垂直な側面を有するトレンチ２が形成される。しかしながら、図５Ａに示す半導体基板１の分割方法では、チップ１０１にきっかけの貫通部が形成されない領域があるため、半導体装置１０の製造効率が低下する。
【0041】
次に、半導体基板１が、図６Ａに示すように第１主面１ａ及び第２主面１ｃが（１１０）面でありオリフラ面１ｂが（１１１）面である、ダイヤモンド構造のウェハである場合を検討する。半導体基板１を複数の矩形状のチップ１０１に分割するために、オリフラ面１ｂを基準にして、オリフラ面１ｂに平行及び垂直に第１主面１ａにおける切断線を決定する。オリフラ面１ｂが（１１１）面であるため、半導体基板１のオリフラ面１ｂに平行な切断面は（１１１）面である。そして、この切断線に沿って半導体基板１を切断し、半導体基板１を複数のチップ１０１に分割する。
【0042】
上記のようにオリフラ面１ｂが（１１１）面である半導体基板１を分割して得られる、平面視で矩形状のチップ１０１は、図６Ｂに示すように、（１１１）面のチップ側面１０１Ｓを含む。このため、図６Ｂに示すように、トレンチ２の長手方向をチップ１０１のチップ側面１０１Ｓと平行にすることができる。言い換えると、第１主面１ａ及び第２主面１ｃと直交して隣接し、且つ第１方向に平行なチップ側面１０１Ｓを有するチップ１０１に形成された、半導体装置１０が得られる。
【0043】
図６Ａに示す半導体基板１を分割したチップ１０１では、チップ１０１の主面の全面に渡って、トレンチ２の第１主面１ａの第１方向の長さＬａと第２主面１ｃの第１方向の長さＬｂとの合計を、半導体基板１の厚さｔの２√２倍以上にできる。このため、チップ１０１の全面で、トレンチ２にきっかけの貫通部が形成される。その結果、図６Ｃに示すように第１主面１ａ及び第２主面１ｃに垂直な側面を有するトレンチ２を、チップ１０１の全面に形成することができる。
【0044】
上記のように、オリフラ面１ｂが（１１１）面である半導体基板１を、オリフラ面１ｂを基準にして複数のチップ１０１に分割することにより、チップ１０１の面積を有効に活用することができる。例えば、オリフラ面１ｂが（１１１）面の半導体基板１を用いて半導体装置１０を製造することにより、大きな容量密度のキャパシタを有する半導体装置１０の製造効率を向上させることができる。なお、上記ではトレンチ２の長手方向がオリフラ面１ｂと平行である場合を説明したが、トレンチ２の長手方向がオリフラ面１ｂと垂直であってもよい。
【0045】
図６Ａ～図６Ｃを用いた説明では、オリフラ面１ｂが（１１１）面である半導体基板１を準備し、切断線をオリフラ面１ｂと平行及び垂直に決定する場合を例示的に説明した。この切断線に沿って半導体基板１を切断することにより、半導体基板１は、（１１１）面のチップ側面１０１Ｓをそれぞれ含む複数のチップ１０１に分割される。しかし、オリフラ面１ｂの結晶面に関わらず、半導体基板１の切断面が（１１１）面となるように第１主面１ａにおける切断線を決定してもよい。つまり、切断線を（１１１）面と平行に決定し、切断線に沿って半導体基板１を切断することにより、半導体基板１は、（１１１）面のチップ側面１０１Ｓをそれぞれ含む複数のチップ１０１に分割される。例えば、図７に示すように、オリフラ面１ｂが１００面である半導体基板１について、オリフラ面１ｂと角度θ１で交差するように切断線の方向ＣＣを設定してもよい。
【0046】
（第１実施形態の変形例）
図８Ａ～図９Ｃ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。図８Ａに示す半導体装置１０は、トレンチ２Ａの第１主面１ａにおける長さＬａ２、幅Ｗａ２が、第１実施形態のトレンチ２の第１主面１ａにおける長さＬａ、幅Ｗａと異なる。図示しないが、トレンチ２Ａの第２主面１ｃにおける長さＬｂ２、幅Ｗｂ２が、第１実施形態のトレンチ２の第２主面１ｃにおける長さＬｂ、幅Ｗｂと異なる。第１実施形態の変形例に係る半導体装置１０の第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、第１実施形態の変形例と第１実施形態の相違点を中心に説明する。
図８Ａ～図９Ｃ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。図８Ａに示す半導体装置１０は、トレンチ２Ａの第１主面１ａにおける長さＬａ２、幅Ｗａ２が、第１実施形態のトレンチ２の第１主面１ａにおける長さＬａ、幅Ｗａと異なる。図示しないが、トレンチ２Ａの第２主面１ｃにおける長さＬｂ２、幅Ｗｂ２が、第１実施形態のトレンチ２の第２主面１ｃにおける長さＬｂ、幅Ｗｂと異なる。第１実施形態の変形例に係る半導体装置１０の第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、第１実施形態の変形例と第１実施形態の相違点を中心に説明する。
【0047】
図８Ｂ及び図８Ｃに示すように、第１主面１ａにおける第１方向のトレンチ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方向のトレンチ２Ａのマスクパターンの長さＬｂＭ２よりも短い。同様に、図８Ｃに示すように、第１主面１ａにおける第２方向のトレンチ２のマスクパターンの幅ＷａＭ２は、第２主面１ｃにおける第２方向のトレンチ２のマスクパターンの幅ＷｂＭ２よりも小さい。第１主面１ａにおける第１方向のトレンチ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方向に沿ったトレンチ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倍以上であれば、きっかけの貫通部が形成される。その結果、第１主面１ａ及び第２主面１ｃに対して側面が垂直なトレンチ２Ａが形成される。なお、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、長い方になる。すなわち、形成後のトレンチ２Ａの長さＬａ２及び長さＬｂ２は、マスクパターンの長さＬｂＭ２と略等しくなる。
【0048】
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。
【0049】
先ず、図８Ｃに示すように、トレンチ２Ａの長手方向と半導体基板１の（１１１）面とを平行に合わせた状態にする。又は、トレンチ２Ａの長手方向と半導体基板１の（１１１）面とを垂直に合わせてもよい。そして、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から半導体基板１の厚さ方向に向かって、半導体基板１は、長さＬａ２、Ｌｂ２のトレンチ２Ａの長手側端部では主面と垂直にエッチングされる。一方、幅Ｗａ、Ｗｂのトレンチ２Ａの短手側端部では、図９Ａ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、第１斜面２ｄ１と第２斜面２ｄ２が形成される。そして、半導体基板１の第１主面１ａ及び第２主面１ｃから異方性エッチングが進むことにより、第１主面１ａ及び第２主面１ｃから半導体基板１の厚さ方向に後退した中央部２ｅ１、２ｅ２を両面とする中間領域が形成される。
【0050】
次に、図９Ｂに示すように、トレンチ２Ａの中央部２ｅ１、２ｅ２を貫通するきっかけの貫通部を形成するように、異方性エッチング処理をする。具体的には、半導体基板１の厚さ方向に更にウェットエッチングをして、中央部２ｅ１、２ｅ２を完全にエッチング除去し、きっかけの貫通部を形成する。
【0051】
次に、図９Ｃに示すように、第１斜面２ｄ１と第２斜面２ｄ２の先端部から幅Ｗａ２の短手側端部まで、ウェットエッチングされる。つまり、きっかけの貫通部の形成後、第１斜面２ｄ１と第２斜面２ｄ２において、半導体基板１の基板平面方向にエッチングが進む。最終的には、幅Ｗａ２のトレンチ２Ａの短手側の側面２ｂ２が、第１主面１ａ及び第２主面１ｃに対して垂直に形成される。すなわち、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が第２主面１ｃにおけるトレンチ２Ａのマスクパターンの長さＬｂＭ２と異なっていても、形成されるトレンチ２Ａの長さＬａ２及び長さＬｂ２は、マスクパターンの長さＬｂＭ２と略等しくなる。更に、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が第２主面１ｃにおけるトレンチ２Ａのマスクパターンの幅ＷｂＭ２と異なっていても、形成されるトレンチ２Ａの幅Ｗａ２及び幅Ｗｂ２は、マスクパターンの幅ＷｂＭ２と略等しくなる。
【0052】
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装置１０では、トレンチ２Ａの長手方向と半導体基板１の（１１１）面とを平行又は垂直に合わせた状態においてウェットエッチングを用いた異方性エッチングによりトレンチ２Ａを形成する。トレンチ２Ａの側面は、主面に対して垂直である。
【0053】
第１実施形態の変形例における半導体装置１０によれば、第１主面１ａにおけるトレンチ２Ａのマスクパターンの位置と、第２主面１ｃにおけるトレンチ２Ａのマスクパターンの位置とが、平面視でズレが生じていても、主面に対して垂直な側面を有するトレンチ２Ａを形成することができる。すなわち、きっかけの貫通部を形成した後に、ウェットエッチングによる異方性エッチングを進めることにより、（１１１）面の側面を有するトレンチ２Ａを形成できる。マスクパターンの位置に平面視でズレが生じている場合、トレンチ２Ａの形成される範囲は、第１主面１ａのマスクパターンと第２主面１ｃのマスクパターンを平面視で重ねた領域を含む形状である。つまり、トレンチ２Ａの平面視のサイズは、マスクパターンの平面視のサイズより大きい。
【0054】
（第２実施形態）
図１０Ａ～図１１Ｃ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、トレンチ２Ｂの第１主面１ａにおける長さＬａ３、幅Ｗａ３が、第１実施形態のトレンチ２の第１主面１ａにおける長さＬａ、幅Ｗａと略等しい。また、トレンチ２Ｂの第２主面１ｃにおける長さＬｂ３、幅Ｗｂ３が、第１実施形態のトレンチ２の第２主面１ｃにおける長さＬｂ、幅Ｗｂと略等しい。第２実施形態に係る半導体装置１０の第１実施形態との違いは、トレンチ形成時のマスクパターンである。第２実施形態の第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、第１実施形態と第２実施形態の相違点を中心に説明する。
図１０Ａ～図１１Ｃ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、トレンチ２Ｂの第１主面１ａにおける長さＬａ３、幅Ｗａ３が、第１実施形態のトレンチ２の第１主面１ａにおける長さＬａ、幅Ｗａと略等しい。また、トレンチ２Ｂの第２主面１ｃにおける長さＬｂ３、幅Ｗｂ３が、第１実施形態のトレンチ２の第２主面１ｃにおける長さＬｂ、幅Ｗｂと略等しい。第２実施形態に係る半導体装置１０の第１実施形態との違いは、トレンチ形成時のマスクパターンである。第２実施形態の第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、第１実施形態と第２実施形態の相違点を中心に説明する。
【0055】
図１０Ｂ及び図１０Ｃに示すように、第１主面１ａにおける第１方向のトレンチ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方向のトレンチ２Ｂのマスクパターンの長さＬｂＭ３よりも長い。一方、図１０Ｃに示すように、第１主面１ａにおける第２方向のトレンチ２Ｂのマスクパターンの幅ＷａＭ３は、第２主面１ｃにおける第２方向のトレンチ２Ｂのマスクパターンの幅ＷｂＭ３と略等しい。トレンチ２Ｂの第１主面１ａにおけるマスクパターンの長さＬａＭ３と第２主面１ｃにおける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倍以上であれば、きっかけの貫通部が形成される。その結果、主面に対して側面が垂直なトレンチ２Ｂが、ウェットエッチングによって形成される。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、長い方になる。すなわち、形成後のトレンチ２Ｂの長さＬａ３及び長さＬｂ３は、マスクパターンの長さＬａＭ３と略等しくなる。
【0056】
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。
【0057】
先ず、図１０Ｃに示すように、トレンチ２Ｂの長手方向と半導体基板１の（１１１）面とを平行に合わせた状態にする。又は、トレンチ２Ｂの長手方向と半導体基板１の（１１１）面とを垂直に合わせた状態にしてもよい。そして、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、両面からウェットエッチングによる異方性エッチング処理をする。このウェットエッチングにより、第１主面１ａ及び第２主面１ｃから半導体基板１の厚さ方向に向かって、半導体基板１は、長さＬａ２、Ｌｂ２のトレンチ２Ｂの長手側端部では主面と垂直にエッチングされる。一方、幅Ｗａ、Ｗｂのトレンチ２Ｂの短手側端部では、図１１Ａ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、第１斜面２ｄ１と第２斜面２ｄ２が形成される。そして、半導体基板１の第１主面１ａ及び第２主面１ｃから異方性エッチングが進むことにより、第１主面１ａ及び第２主面１ｃから半導体基板１の厚さ方向に後退した中央部２ｅ１、２ｅ２を両面とする中間領域が形成される。
【0058】
次に、図１１Ｂ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、半導体基板１の厚さ方向に更にウェットエッチングをして、中央部２ｅ１、２ｅ２をエッチング除去し、きっかけの貫通部が形成される。
【0059】
次に、図１１Ｃに示すように、第１斜面２ｄ１と第２斜面２ｄ２の先端部から幅Ｗａ２のトレンチ２Ｂの短手側端部まで、半導体基板１の基板平面方向に更にウェットエッチングする。つまり、きっかけの貫通部の形成後、第１斜面２ｄ１と第２斜面２ｄ２において、半導体基板１の基板平面方向にエッチングが進む。最終的には、幅Ｗａ２の短手側の側面２ｂ２が半導体基板１の主面に対して垂直なトレンチ２Ｂが形成される。すなわち、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が第１主面１ａにおけるトレンチ２Ｂのマスクパターンの長さＬａＭ２と異なっていても、形成されるトレンチ２Ｂの長さＬａ３、Ｌｂ３は、マスクパターンの長さＬａＭ３と略等しくなる。
【0060】
第２実施形態における半導体装置１０では、トレンチ２Ｂの長手方向と半導体基板１の（１１１）面とを平行又は垂直に合わせた状態において、ウェットエッチングを用いた異方性エッチングにより、トレンチ２Ｂを形成する。すなわち、きっかけの貫通部を形成し、きっかけの貫通部の形成後に異方性エッチングを進めてトレンチ２Ｂが形成される。
【0061】
第２実施形態における半導体装置１０によれば、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が異なっていても、主面に対して垂直な側面を有するトレンチ２Ｂを形成することができる。
【0062】
更に、第２実施形態における半導体装置１０によれば、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を基準としてトレンチ２Ｂを形成することができる。すなわち、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より短くすることで、基準の長さのトレンチ２Ｂを形成できる。
【0063】
（第３実施形態）
図１２Ａ～図１２Ｃを参照して第３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、トレンチ２Ｃの第１主面１ａにおける長さＬａ４、幅Ｗａ４が、第１実施形態のトレンチ２の第１主面１ａにおける長さＬａ、幅Ｗａと略等しい。また、第２主面１ｃにおけるトレンチ２Ｃの長さＬｂ４、幅Ｗｂ４が、第１実施形態のトレンチ２の第２主面１ｃにおける長さＬｂ、幅Ｗｂと略等しい。第３実施形態に係る半導体装置１０の第１実施形態との違いは、トレンチ形成時のマスクパターンである。第３実施形態の第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、第１実施形態と第３実施形態の相違点を中心に説明する。
図１２Ａ～図１２Ｃを参照して第３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、トレンチ２Ｃの第１主面１ａにおける長さＬａ４、幅Ｗａ４が、第１実施形態のトレンチ２の第１主面１ａにおける長さＬａ、幅Ｗａと略等しい。また、第２主面１ｃにおけるトレンチ２Ｃの長さＬｂ４、幅Ｗｂ４が、第１実施形態のトレンチ２の第２主面１ｃにおける長さＬｂ、幅Ｗｂと略等しい。第３実施形態に係る半導体装置１０の第１実施形態との違いは、トレンチ形成時のマスクパターンである。第３実施形態の第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、第１実施形態と第３実施形態の相違点を中心に説明する。
【0064】
図１２Ｂ及び図１２Ｃに示すように、第１主面１ａにおける第１方向のトレンチ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方向のトレンチ２Ｃのマスクパターンの長さＬｂＭ４と略等しい。一方、第１主面１ａにおける第２方向のトレンチ２Ｃのマスクパターンの幅ＷａＭ４は、第２主面１ｃにおける第２方向のトレンチ２Ｃのマスクパターンの幅ＷｂＭ４より長い。トレンチ２Ｃのマスクパターンの長さＬａＭ４と長さＬｂＭ４の合計が、半導体基板１の厚さｔの√２倍以上であれば、きっかけの貫通部が形成される。その結果、主面に対して側面が垂直なトレンチ２Ｃが形成される。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、長い方である。すなわち、トレンチ２Ｃの幅Ｗａ４及び幅Ｗｂ４は、マスクパターンの幅ＷａＭ４と略等しくなる。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。
【0065】
第３実施形態における半導体装置１０では、トレンチ２Ｃの長手方向と半導体基板１の（１１１）面とを平行又は垂直に合わせた状態において、ウェットエッチングを用いた異方性エッチングによりトレンチ２Ｃを形成する。第３実施形態における半導体装置１０によれば、第１主面１ａにおけるトレンチ２Ｃのマスクパターンの幅と、第２主面１ｃにおけるトレンチ２Ｃのマスクパターンの幅が異なっていても、主面に対して垂直な側面を有するトレンチ２Ｃを形成できる。すなわち、きっかけの貫通部を形成した後にウェットエッチングによる異方性エッチングを進めることにより、トレンチ２Ｃが形成される。
【0066】
更に、第３実施形態における半導体装置１０によれば、第１主面１ａにおけるトレンチ２Ｂのマスクパターンの幅を基準としてトレンチ２Ｂを形成することができる。すなわち、第２主面１ｃにおけるトレンチ２Ｂのマスクパターンの幅を第１主面１ａにおけるトレンチ２Ｂのマスクパターンの幅より小さくすることで、基準の長さのトレンチ２Ｂを形成できる。
【0067】
（第４実施形態）
図１３Ａ～図１３Ｃ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、トレンチの一例であるトレンチ２Ｄの第１主面１ａにおける長さＬａ５、幅Ｗａ５が、第１実施形態のトレンチ２の第１主面１ａにおける長さＬａ、幅Ｗａと略等しい。また、トレンチ２Ｄの第２主面１ｃにおける長さＬｂ５、幅Ｗｂ５が、第１実施形態のトレンチ２の第２主面１ｃにおける長さＬｂ、幅Ｗｂと略等しい。第４実施形態に係る半導体装置１０の第１実施形態との違いは、トレンチ形成時のマスクパターンである。第４実施形態の第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１３Ａ～図１３Ｃ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、トレンチの一例であるトレンチ２Ｄの第１主面１ａにおける長さＬａ５、幅Ｗａ５が、第１実施形態のトレンチ２の第１主面１ａにおける長さＬａ、幅Ｗａと略等しい。また、トレンチ２Ｄの第２主面１ｃにおける長さＬｂ５、幅Ｗｂ５が、第１実施形態のトレンチ２の第２主面１ｃにおける長さＬｂ、幅Ｗｂと略等しい。第４実施形態に係る半導体装置１０の第１実施形態との違いは、トレンチ形成時のマスクパターンである。第４実施形態の第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。
【0068】
図１３Ｂ及び図１３Ｃに示すように、第１主面１ａにおける第１方向のトレンチ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方向のトレンチ２Ｄのマスクパターンの長さＬｂＭ５よりも長い。更に、図１３Ｃに示すように、第１主面１ａにおける第２方向のトレンチ２Ｄのマスクパターンの幅ＷａＭ５は、第２主面１ｃにおける第２方向のトレンチ２Ｄのマスクパターンの幅ＷｂＭ５よりも大きい。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ＬａＭ５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ＬｂＭ５との合計が、半導体基板１の厚さｔの２√２倍以上であれば、きっかけの貫通部が形成される。その結果、第１主面１ａ及び第２主面１ｃに対して側面が垂直なトレンチ２Ｄが形成される。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、長い方になる。すなわち、形成後のトレンチ２Ｄの長さＬａ５及び長さＬｂ５は、マスクパターンの長さＬａＭ５と略等しくなる。更に、トレンチ２Ｄの幅は、マスクパターンの幅ＷａＭ５とマスクパターンの幅ＷｂＭ５のうち、長い方になる。すなわち、形成後のトレンチ２Ｄの幅Ｗａ５及び幅Ｗｂ５は、マスクパターンの幅ＷａＭ５と略等しくなる。なお、第４実施形態に係る半導体装置１０の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。
【0069】
第４実施形態における半導体装置１０では、トレンチ２Ｄの長手方向と半導体基板１の（１１１）面とを平行又は垂直に合わせた状態において、ウェットエッチングを用いた異方性エッチングによりトレンチ２Ｄを形成する。
【0070】
第４実施形態における半導体装置１０によれば、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が異なっていても、主面に対して垂直な側面を有するトレンチ２Ｄを形成することができる。すなわち、きっかけの貫通部を形成した後にウェットエッチングによる異方性エッチングを進めることにより、（１１１）面の側面を有するトレンチ２Ｄが形成される。
【0071】
更に、第４実施形態における半導体装置１０によれば、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て、トレンチ２Ｄを形成できる。すなわち、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小さくすることで、基準の長さ及び幅のトレンチ２Ｄを形成できる。
【0072】
（第１のマスク形成方法）
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の製造に使用するエッチング用のマスクを形成するための第１のマスク形成方法を説明する。以下では、ウェットエッチングを用いたトレンチ２を形成するプロセスフローのステップの一例を説明する。
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の製造に使用するエッチング用のマスクを形成するための第１のマスク形成方法を説明する。以下では、ウェットエッチングを用いたトレンチ２を形成するプロセスフローのステップの一例を説明する。
【0073】
先ず、図１４Ａ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。例えば、半導体基板１は、ダイヤモンド構造のシリコン基板であり、第１主面１ａ及び第２主面１ｃは（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。）を用いて窒化膜３を成膜する。なお、窒化膜３を形成するステップでは、窒化膜３が成膜できる方法であればよく、ＣＶＤ法に限定しない。
【0074】
次に、図１４Ｂ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４を塗布する。レジスト４を塗布した後、フォトリソグラフィ技術を用いた露光及び現像によりレジスト４をパターニングする。
【0075】
次に、図１４Ｃ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。例えば、ドライエッチングを用いて窒化膜３をエッチングしてもよい。
【0076】
次に、図１４Ｄ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。例えば、プラズマアッシング法を用いて、レジスト４を酸素アッシングにより除去してもよい。
【0077】
次に、図１４Ｅに示すように、窒化膜３をマスクとして第１主面１ａ及び第２主面１ｃの両面から半導体基板１をエッチングする。具体的には、窒化膜３をマスクに用いたウェットエッチングによって、半導体基板１を異方性エッチングする。ウェットエッチングに用いるエッチング液は、アルカリ性水溶液であってもよい。アルカリ性水溶液は、例えば、ＫＯＨ又はＴＭＡＨを使用可能である。半導体基板１を異方性エッチングしてトレンチ２を形成する以下の工程は、一般的な既知の工程フローのため省略する。
【0078】
第１のマスク形成方法では、ＫＯＨ液に対して溶けない耐性を持つ窒化膜３をエッチング用のマスクに用いて半導体基板１をエッチングすることにより、マスクパターンに則ったトレンチ２の形成が可能である。第１のマスク形成方法によれば、低コストのウェットエッチングを使用してトレンチ２を形成することで、半導体装置１０の製造工程を簡素化でき、工期の短縮及びコスト低減することができる。
【0079】
（第２のマスク形成方法）
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の製造に使用するエッチング用のマスクを形成するための第２のマスク形成方法を説明する。以下では、ウェットエッチングを用いたトレンチ２を形成するプロセスフローのステップの一例を説明する。
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の製造に使用するエッチング用のマスクを形成するための第２のマスク形成方法を説明する。以下では、ウェットエッチングを用いたトレンチ２を形成するプロセスフローのステップの一例を説明する。
【0080】
第２のマスク形成方法と第１のマスク形成方法の違いは、マスク材である。第２のマスク形成方法では、マスク材として窒化膜３を使用せず、エッチング液に溶けない耐性を有するレジスト４をマスク材として使用する。
【0081】
先ず、図１５Ａに示すように、第１主面１ａ及び第２主面１ｃにレジスト４を形成する。例えば、半導体基板１は、ダイヤモンド構造のシリコン基板であり、第１主面１ａ及び第２主面１ｃは（１１０）面である。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４を塗布する。
【0082】
次に、図１５Ｂに示すように、第１主面１ａ及び第２主面１ｃに形成したレジスト４をパターニングする。具体的には、フォトリソグラフィ技術を用いた露光及び現像によりレジスト４をパターニングする。
【0083】
次に、図１５Ｃに示すように、レジスト４をエッチング用のマスクとして第１主面１ａ及び第２主面１ｃの両面から半導体基板１をエッチングする。具体的には、レジスト４をマスクに用いたウェットエッチングによって、半導体基板１を異方性エッチングする。ウェットエッチングに用いるエッチング液は、アルカリ性水溶液であってもよい。アルカリ性水溶液は、例えば、ＫＯＨ又はＴＭＡＨを使用可能である。半導体基板１を異方性エッチングしてトレンチ２を形成する以下の工程は、一般的な既知の工程フローのため省略する。
【0084】
第２のマスク形成方法では、マスク材に窒化膜３を使用しないため、マスク材に使用する窒化膜などのパターニングに必要なフォトリソグラフィ工程及びエッチング工程を、レジストのフォトリソグラフィ工程のみにすることができる。このため、第２のマスク形成方法によれば、第１のマスク形成方法に比べ、半導体装置１０の製造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のマスク形成方法は、第１のマスク形成方法に比べ、製造コストを抑制できる。
【0085】
（その他の実施形態）
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。
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。
【0086】
例えば、上記では、１つのトレンチ２を表示して説明したが、図１６に示すように、ストライプパターンの複数のトレンチ２を形成してもよい。トレンチ２は、半導体基板１に選択的に形成してもよい。
【0087】
また、第１～第４実施形態に係る半導体装置１０が、トレンチ２を半導体キャパシタに用いた構成であってもよい。半導体キャパシタは、トレンチ２の内部に誘電膜と導電膜が配置されている。具体的な半導体キャパシタの例を図１７Ａ及び図１７Ｂを参照して説明する。
【0088】
図１７Ａに示す半導体キャパシタは、トレンチ２の内部及び半導体基板１の主面に接する誘電膜６を備える。また、半導体キャパシタは、誘電膜６に積層された導電膜５を備える。図１７Ａに示した半導体キャパシタは、誘電膜６と導電膜５を１層ずつ積層した構造である。半導体キャパシタは、半導体基板１と電気的に接続する第１電極１１Ａと、導電膜５と電気的に接続する第２電極１１Ｂを備える。
【0089】
図１７Ｂに示す半導体キャパシタは、誘電膜６と導電膜５を交互に３層ずつ積層した構造である。半導体キャパシタは、半導体基板１と２層目の導電膜５と電気的に接続する第１電極１１Ａと、１層目と３層目の導電膜５と電気的に接続する第２電極１１Ｂを備える。
【0090】
【0091】
誘電膜６に、例えば、酸化膜が使用可能である。導電膜５に、例えば、ポリシリコン膜が使用可能である。第１電極１１Ａ及び第２電極１１Ｂに、例えば、アルミニウム膜などが使用可能である。
【0092】
トレンチ２の内部に形成され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、側面が主面に垂直である深いトレンチ２を形成することができる。このため、トレンチ２の側面の面積が大きくなり、キャパシタの容量が大きくなる。また、図１７Ｂに示すように誘電膜６と導電膜５を多層の積層構造にすることで、図１７Ａに示す誘電膜６と導電膜５の積層が１層の半導体キャパシタよりもキャパシタの容量を大きくすることができる。
【符号の説明】
【0093】
１ 半導体基板
２、２Ａ～２Ｄ トレンチ
３ 窒化膜
４ レジスト
５ 導電膜
６ 誘電膜
１０ 半導体装置
１１Ａ 第１電極
１１Ｂ 第２電極
１ａ 第１主面
１ｂ オリフラ面
１ｃ 第２主面
２ｂ１、２ｂ２ 側面
２ｄ１ 第１斜面
２ｄ２ 第２斜面
２ｅ１、２ｅ２ 中央部
１０１ チップ
１０１Ｓ チップ側面
２、２Ａ～２Ｄ トレンチ
３ 窒化膜
４ レジスト
５ 導電膜
６ 誘電膜
１０ 半導体装置
１１Ａ 第１電極
１１Ｂ 第２電極
１ａ 第１主面
１ｂ オリフラ面
１ｃ 第２主面
２ｂ１、２ｂ２ 側面
２ｄ１ 第１斜面
２ｄ２ 第２斜面
２ｅ１、２ｅ２ 中央部
１０１ チップ
１０１Ｓ チップ側面
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図12A】
【図12B】
【図12C】
【図13A】
【図13B】
【図13C】
【図14A】
【図14B】
【図14C】
【図14D】
【図14E】
【図15A】
【図15B】
【図15C】
【図16】
【図17A】
【図17B】