JP2000508479A - 表面微細加工のための多重局所酸化処理 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 多重ＬＯＣＯＳ（局所的酸化）プロセスで基板の表面を加工して互いに垂直方向に分離された一連の平面領域群を形成する。或る実施例のプロセスでは各ＬＯＣＯＳ処理に対してそれぞれのハードマスク層を形成する。別の実施例のプロセスでは、窒化シリコンマスク層を形成し、このマスク層のパターンを反復的に変えてゆく。各パターン変更は形成される各平面領域に対応しており、各パターン変更の後マスク層の開口部に酸化層を成長させる。酸化層成長は基板の一部を消費し、そのパターンに対応する平面レベルとその上の平面レベルとが垂直方向に分離する。マスクパターンによって一度露出された基板の領域を露出されたままにすることによって、次のＬＯＣＯＳ処理の段階でもそれ以前に設定されたレベル間の分離が維持されることになる。ハードマスクは、ＬＯＣＯＳ処理を反復するうちに窒化シリコン層が酸化物に変わるのを防ぐポリシリコンを含み得る。

Description

【発明の詳細な説明】 表面微細加工のための多重局所酸化処理発明の背景 発明の分野 本発明は、半導体デバイスの製造、特に一体型微細加工センサの製造のための 半導体基板表面の加工プロセスに関するものである。関連技術の説明 局所酸化（ＬＯＣＯＳ）プロセスは、フィールド酸化層として知られている厚 い（通常５０００乃至１００００Å）の酸化物アイソレーション領域を形成する ためのよく知られた方法である。典型的なＬＯＣＯＳプロセスでは、シリコン基 板の表面上に形成された窒化シリコン層をパターニングして、基板の一部を露出 する開口部を形成する。次にこの基板を酸素の存在下で加熱して、開口部内にフ ィールド酸化層を成長させる。次に窒化物層を剥離して、トランジスタのような 従来型の集積回路素子を、フィールド酸化層によって互いに分離された基板の領 域の中及び上に形成する。 機械的要素を有する加速時計や圧力センサのようなマイクロマシンを、シリコ ン基板上の従来型の回路素子に一体的に組み込むことができる。このようなマイ クロマシーンの形成には、凹部及び／又はキャビティーを形成するための基板表 面の加工が必要になることが多い。凹部及びキャビティーを形成するための方法 の中には、例えば、水酸化カルシウム等方性シリコンエッチング又はドライプラ ズマエッチングによるシリコン基板のエッチングがあるが、これらの手順では、 通常表面に残留物が残ったり、表面が粗くなったり、若しくは表面欠陥が生じて 、その表面が能動集積回路素子や融着ボンディングのために不適切なものとなる 。従って、平滑で、欠陥の無い形状の表面を形成するための方法が必要となる。発明の要約 本発明によれば、局所酸化（ＬＯＣＯＳ）プロセスによって、基板の表面を加 工する。このＬＯＣＯＳプロセスは、基板表面上にマスク層を形成し、基板上の 凹部が必要な部分にマスク層に開口部を形成し、且つ基板上のマスク層によって 露出された部分を消費するプロセスで酸化領域を形成する。酸化領域の形成及び その除去の後、酸化領域が形成された領域に凹部が残る。この凹部における表面 は、平滑で比較的欠陥が無く、マイクロマシーンセンサや集積回路のための能動 領域の形成に適したものとなる。 本発明のある実施例によれば、複数回のＬＯＣＯＳプロセスで、基板の表面上 にレベル（高さ位置）の一組を形成する。各ＬＯＣＯＳプロセスでは、各レベル に関連するパターンを有するマスクを使用する。例えば、第１マスクパターンは 、最下位表面レベルに関連する基板の領域を露出する。この第１マスクによって 露出された領域において二酸化シリコンを成長させ、このマスク及び成長した二 酸化シリコンを除去して基板上に凹部を残す。次に第２マスクを形成し且つパタ ーニングして、前に形成した凹部に関連する基板の領域、及び次に高いレベルに 関連する基板の領域を露出させる。この第２マスクによって露出された領域にお いて二酸化シリコンを成長させ、第２マスク及び成長した二酸化シリコンを除去 して、少なくとも２つの異なる深さにおいて凹部を残す。このＬＯＣＯＳプロセ スを反復して、多数の異なるレベルを形成することができる。第１マスクパター ンによって露出された領域の全てが第２マスクパターンによっても露出されるよ うな２枚のマスクパターンを用いることにより、第１及び第２マスクによって露 出された領域に下位平面、第２マスクのみによって露出された領域に中位平面、 及び両マスクによってカバーされている領域に高位平面を形成する。 本発明の別の実施例によれば、１枚のマスク層を形成して、次に複数回のパタ ーニングを行う。このマスク層のための第１パターンは、基板の表面の第１又は 最下位レベルが必要な部分に開口部を有する。第１パターンのために形成したマ スク層の開口部において酸化層を成長させることにより、基板表面の最下位レベ ルが必要な基板上の部分が消費される。このマスク層のための第２パターンは、 第１パターンのためのマスク層を通して形成された開口部を拡大し、若しくはこ のマスク層を貫通する新たな開口部をつくり出す。第２パターンによって露出さ れているが第１パターンによっては露出されていない追加の基板上の領域は、基 板表面の第２レベル領域を確定する。このマスク層のための第２パターンを形成 した後、酸化層を成長させることによって、最下位レベル及び第２レベルの領域 の双方において基板が更に消費される。このマスク層のパターニング及び酸化層 の成長のためのプロセスは、所望の数の表面レベルが形成されるまで反復するこ とができる。 典型的な応用例では、このマスク層は窒化シリコンからなる。窒化シリコンは 酸化成長の際に部分的に二酸化シリコンに変わる。従って、窒化シリコン層の厚 みは、この窒化シリコン層が用いられるマスクパターン（又はＬＯＣＯＳプロセ ス）の数に応じて調節することができる。別の方法では、非常に厚い窒化シリコ ン層を形成するのを避けるために、初めにマスク層が窒化シリコン層の上に被着 されたポリシリコンの層を含むようにすることができる。酸化成長によってＬＯ ＣＯＳプロセスの際にポリシリコン層が消費されるが、このポリシリコンによっ て窒化シリコンの消費が防止される。ポリシリコン層の厚みは、このポリシリコ ンが完全に二酸化シリコンに変わるように選択することができる。基板から成長 した二酸化シリコンを除去する同じエッチング処理によってマスク層におけるポ リシリコンから形成された二酸化シリコンも除去され る。 本発明による或るプロセスの場合は、マスク層の１つのパターンに対する酸化 成長／除去の後に、次のパターンに対する酸化物を成長させ、各パターンに対し て成長した酸化物の厚みが、１つのパターンによって確定されたレベルと、次の パターンによって確定されたレベルとの間の垂直方向の分離を決定する。別のプ ロセスでは、一連のパターンに対する複数の酸化物成長工程における各酸化成長 が蓄積してゆく。図面の簡単な説明 第１図は、本発明の実施例による微細加工用センサの断面図である。 第２Ａ図〜第２Ｉ図は、複数のマスクと複数回のＬＯＣＯＳ処理を用いて基板 の表面を加工するプロセスにおける半導体基板の断面図である。 第３Ａ図乃至第３Ｃ図は、１枚のマスクと複数回のＬＯＣＯＳ処理を用いて基 板の表面を加工するプロセスにおける半導体基板の断面図である。 第４Ａ図及び第４Ｂ図は、１回又はそれ以上の回数のＬＯＣＯＳ処理で消費さ れるポリシリコン層が初めに設けられているハードマスクの断面図である。 各図面において類似の、又は同一の要素には同一の符号を付している。好適実施例の詳細な説明 本発明の或る実施例によれば、基板の表面がＬＯＣＯＳ（局所的酸化）プロセ スを用いて加工される。ＬＯＣＯＳプロセスは、能動集積回路素子の形成、及び 融着ボンディングに適した平滑で欠陥の無い表面を形成する。本発明によるプロ セスの１つでは、シリコン基板を加工して３枚以上の平面レベルを形成する。こ のプロセスは、複数回の酸化物成長ステップのため、複数回パターニングされる １枚の窒化物マスク層を用いる。この窒化物層の第１のパターンは１又は２以上 の開口部を有し、こ の開口部上が基板の表面の最下位レベルとなる。酸化物をこの開口部において成 長させ除去すると、シリコン基板に凹部が残る。次に、次回の酸化物成長のため 、窒化シリコンマスク層の開口部を新たに加えるか拡大することができる。酸化 物の成長及び除去により、以前に形成された凹部は深くなり、また追加或いは拡 大された開口部の部分では新たな浅い凹部が形成される。この開口部の追加或い は拡大された部分が、次の更に上の基板表面のレベルを確定する。マスク層の連 続的なパターン形成及び酸化物の成長及び除去により一連の表面レベルが形成さ れる。 第１図が示すのは、シリコン基板１１０の中及び上に形成されたセンサ１００ である。シリコン基板１１０の表面は、３つの平面レベル、即ち柔軟な構造体１ ５０が融着されている高位平面１１６、柔軟な構造体１５０の動きの影響を受け る能動領域が形成される中位平面１１４、及びその中及び上に従来型の集積回路 素子が形成される低位平面１１２を含む。「融着された柔軟な構造体を備えた半 導体センサ（SemiconductorSensor with a Fusion Bonded Flexible Structure ）」なる名称の米国特許 を本明細書と一体に参照されたい。この米国 特許には、センサ１００に類似したセンサ及びこのようなセンサを形成するため に必要な融着ボンディングのようなプロセスが記載されている。 高位平面１１６と低位平面１１２との間の垂直方向の分離Ｓ１は、センサ１０ ０の製造の際に重要である。特に、高位平面１１６は、融着ボンディングのため に利用可能な表面の最も高い位置でなければならず、また融着ボンディングの前 に基板１１０の上に形成される全ての回路素子は、高位平面１１６のレベルより 下に設けられなければならない。更に、柔軟な構造体１５０の壊れやすい部分へ の損傷を避けるため、９００℃以上の環境温度が必要な半導体製造工程は融着ボ ンディングプロセスの前に完了しておくべきである。このような目的を達成する ため。垂 直方向の分離Ｓ１は、高温のプロセスによって下位平面１１２の中及び上に形成 されるフィールド酸化層１２０及びポリシリコン領域１３０及び１３２のような 構造体の厚みの分を収めるものでなければならない。典型的な応用例では、フィ ールド酸化層１２０は８５００Åの厚みを有し、下側平面１１２より上に４５０ ０Å突出し得る。典型的な応用例におけるポリシリコン層は５０００Åの厚みを 有し得、トランジスタの相互接続領域１３２及びゲート領域１３０、及び下位平 面１１２に形成される他の能動回路を形成する。下位平面１１２と高位平面１１ ６との間の分離Ｓ１は、相互接続（領域１３２）がフィールド酸化層１２０の上 層をなし得ることから、フィールド酸化層１２０と相互接続領域１３２とが重な った最も高いレベルより大きいものであるべきである。従って、典型的な分離Ｓ １は、約１ｍｍである。 高位平面１１６と中位平面１１４との間の垂直方向の分離Ｓ２は、センサ１０ ０の動作に関して重要である。分離Ｓ２は、キャビティー１４０のサイズ及び中 位平面１１４の中に形成される能動領域と柔軟な構造体１５０との間の距離を確 定する。分離Ｓ２は、微細加工用センサ１００の性能を最適化するように選択さ れるべきである。より具体的には、分離Ｓ２は、柔軟な構造体１５０のキャビテ ィー１４０内への最大延出部を収めるものであるべきであり、キャビティー１４ ０の底部に形成された能動領域を、柔軟な構造体１５０から最適な距離に位置さ せるようにすべきである。典型的なセンサでは、分離Ｓ２は約２４００Åである 。 第２Ａ図乃至第２１図に示すのは、シリコン基板１１０の表面加工及び能動回 路素子群のアイソレーションのためのフィールド酸化領域１２０を形成するプロ セスである。第２Ａ図に示すのは窒化シリコンマスク層２３０の形成及びパター ニングの後の基板１１０であり、窒化シリコンマスク層２３０は、基板１１０の 表面のそれでカバーされた部分を後 続の酸化プロセスから保護するだけの十分な厚みを有する。窒化シリコン層２３ ０は、低圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）又はプラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）を用いて、 通常約１００〜５００Åの厚みのパッド酸化層２２０上に、約１０００〜３００ ０Åの厚みに被着することができる。パッド酸化層２２０は、窒化シリコン層２ ３０をパターニングし窒化シリコン層２３０とシリコン基板１１０との境界面に おける応力を低下させるエッチングプロセスから基板１１０を保護する。窒化シ リコンマスク層２３０は、フォトレジスト及び従来型のフォトリソグラフィー技 術を用いてマスキング及びエッチングによりパターニングされ、シリコン基板１ １０の領域２１２の上に窒化シリコン層２３０に開けられた開口部２３２を形成 する。領域２１２は、基板１１０の外形形成が一度終了したときに残っている基 板１１０表面の最下位レベルである。 フォトレジストの除去及びクリーニング工程の後、基板１１０を、大気圧の下 、酸素か湿った酸素か、又は酸素−水素混合物の存在の下で約１０００〜１２０ ０℃に加熱し、開口部２３２に酸化領域２２２を厚さｔ１まで成長させる。酸化 成長のための温度、圧力、環境、及び時間は、所望な厚みｔ１が得られるように 調節する。例えば厚みｔ１が１７０００Åである場合、大気圧の下、酸素と水素 の存在下で、約３００００秒間、約１１５０℃の温度を適用することができる。 よく知られているように、二酸化シリコンの成長では、約０．４５×二酸化シリ コン領域２２２の厚みｔ１の深さまでシリコンを消費する。二酸化シリコン領域 ２２２の成長は、窒化シリコン層２３０の下にも延びる。従って、開口部２３２ の境界は、領域２１２の所望の境界から（酸化層の厚みの約８５％まで）オフセ ットする。 第２Ｃ図に示すのは、窒化シリコン層２３０、二酸化シリコン領域２２２、及 びパッド酸化層２２０の除去の後の基板１１０である。窒化シ リコン層２３０は、二酸化シリコンに対して選択的な高温のリン酸又はドライプ ラズマエッチングを用いて剥離することができる。次に、二酸化シリコン領域２ ２２及びパッド層２２０を、シリコンに対して選択的なフッ化水素酸又は緩衝酸 化エッチングを用いて除去することができる。シリコンに対して選択的な濃縮フ ッ化水素酸によって、窒化シリコンと二酸化シリコンを同時に剥離することもで きる。第２Ｃ図に示す点でも、シリコン基板１１０は領域２１２において、厚み 約０．４５×ｔ１の深さの凹部を有する。この実施例の場合は、厚みｔ１が１７ ０００Å、凹部の深さが約７６００Åである。 第２のＬＯＣＯＳ処理のための第２のマスクの形成のため、第２Ｄ図に示すよ うな窒化シリコン層２５０及びパッド酸化層２４０が基板１１０上に形成される 。従来のマスク及びエッチングプロセスにより窒化シリコン層２５０をパターニ ングして、基板１１０の領域２１２及び２１４に、第２Ｅ図に示すような開口部 ２５２及び２５４を形成する。開口部２５４は、下位平面１１２の一つ上のレベ ルである中位平面１１４の境界を制御する。開口部２５２は、基板１１０に以前 に形成された凹部を露出する。基板１１０は、再び酸素の存在下で高温処理を受 け、第２Ｆ図に示すように、開口部２５２及び２５４のそれぞれに二酸化シリコ ン領域２４２及び２４４が成長する。酸化成長のために用いられる時間、温度、 及び圧力によって領域２４２及び２４４の厚みｔ２が決まり、シリコン基板１１ ０の一部が、約０．４５×厚みｔ２の深さまで消費される。 第２Ｇ図に示すのは、窒化シリコン層２５０及び二酸化シリコン領域２４２及 び２４４を除去した後の基板１１０である。基板１１０の両ＬＯＣＯＳ処理の間 にカバーされていた部分は、概ねもとの基板１１０の表面のレベルにあり、高位 平面１１６を形成する。二酸化シリコン領域 ２４４の除去によって、高位平面１１６から垂直方向に分離Ｓ２だけオフセット した中位平面１１４が形成される。分離Ｓ２は二酸化シリコン領域２４４におい て形成される際に使われるシリコンの量によって決まり、その大きさは約０．４ ×厚さｔ２である。この実施例では、厚みｔ２は約５３００Åであり、中位平面 １１４は高位平面１１６から約２４００Åオフセットされている。酸化領域２４ ２の形成及び除去により、領域２１２に以前に形成された凹部の深さが深くなる 。低位平面１１２は、二酸化シリコン領域２４２の除去によって、より深くなっ た凹部の底部の位置である。高位平面１１６から低位平面１１２までの垂直方向 の分離Ｓ１は、二酸化シリコン領域２２２及び２４２の形成において消費さるシ リコンの全厚みによって決まる。領域２４２の形成及び除去により、厚みｔ１と ｔ２の合計×０．４５の全深さにするために、酸化領域２４２の厚みの約４５％ まで、領域２１２における凹部の深さを深くする。厚みｔ１が約１７０００Åで 厚みｔ２が約５３００Åである実施例では、低位平面１１２が高位平面１１６か ら約１ｍｍオフセットされる。 本発明の或る実施例によれば、酸化領域の厚みｔ１及びｔ２は、基板１１０の 表面上の平面レベル間の垂直方向の所望の分離によって選択される。特に厚みｔ １は、下位平面１１２と中位平面１１４との間の所望の分離（Ｓ１−Ｓ２）を、 基板１１０の消費によって生じた酸化領域２４２の厚みの率（０．４５）で除し た大きさである。厚みｔ２は、中位平面１１４と高位平面１１６との間の所望の 分離（Ｓ２）を、基板１１０の消費によって生じた酸化領域２４４の厚みの率（ ０．４５）で除した大きさである。窒化シリコン層の形成及びパターニング、窒 化シリコン層の開口部によって露出されたシリコンの酸化、形成された酸化領域 の除去は、２、３、或いはそれ以上の回数反復し、基板１１０の表面上 に３、４、又はそれ以上の異なる平面レベルを形成することができる。エッチン グマスクが以前に形成された凹部を露出する場合には、酸化領域の形成及び除去 によって、以前のレベル間の垂直方向の分離は保存される。これは、全ての露出 された領域における凹部の深さが同じ量だけ増加するためである。 基板１１０の表面上に所望の外形を形成した後、従来のプロセスによって、ア イソレーションウェル（図示せず）及びフィールド酸化領域を形成することがで きる。第２Ｈ図、及び第２Ｉ図に示すのは、フィールド酸化領域１２０を形成す るＬＯＣＯＳプロセスである。このＬＯＣＯＳプロセスにおいて、パッド酸化層 ２６０及び窒化シリコン層２７０は、基板１１０の加工された表面上に形成され る。次に窒化シリコン層２７０をパターニングして、フィールド酸化領域１２０ が必要な場所に開口部２７２を形成する。次にフィールド酸化領域１２０を開口 部において成長させ、その後窒化シリコン層２７０を除去する。 ボンド／ゲート酸化層１２２は、後に行われる柔軟な構造体１５０の高位平面 １６６への融着ボンディングのために形成される。従来のプロセシングでは、低 位平面１１２及び中位平面１１４に、若しくは中位平面１１４又は低位平面１１ ２における微細加工センサ用の能動領域に能動回路を形成することができる。ひ とたび能動回路の形成のために必要な高温プロセスが完了すると、柔軟な構造体 １５０が高位平面１１６に融着される。ＬＯＣＯＳ処理を用いて基板１１０を加 工することの利点は、高位平面１１６から低位平面１１２又は中位平面１１４へ の移行部分に生ずる角部が丸くなる点である。丸くなった角部によって、柔軟な 構造体１５０が湾曲した際に生ずる応力が低下する。また、各層や境界構造は丸 い角部の外形に容易に従い、直角で角の尖ったレベル間の移行部分を横断する相 互接続構造と比較して信頼性の高いレベル間相互接続 構造が形成される。 第２Ａ図乃至第２Ｉ図に関連して説明した各ＬＯＣＯＳ処理のための個別のマ スク層を形成するための別法として、窒化シリコン層２３０を複数回のＬＯＣＯ Ｓ処理のために複数回パターニングすることができる。この別プロセスの初めの ステップは、第２Ａ図及び第２Ｂ図を参照して上述したものと同じである。しか しこの別プロセスでは、第２Ｃ図に示すような窒化シリコン層２３０の除去の代 わりに酸化領域２２２を除去し、第３Ａ図に示すように窒化シリコン層３２０は 保持して再度パターニングする。シリコン及び窒化シリコンに対して選択的な緩 衝フッ化水素酸（ＢＨＦ）や緩衝酸化エッチング（ＢＯＥ）のようなエッチング 処理を第２Ｂ図の構造に施して、第３Ａ図の構造が得られる。この点において、 シリコン基板１１０は領域２１２に約０．４５×厚みｔ１の深さの凹部を有する 。 局所酸化領域２２２の除去の後、窒化シリコン層２３０は、従来のマスキング ／エッチングプロセスによって再パターニングされ、基板１１０の領域２１４の 上に、窒化シリコン層２３０の開口部３３４が形成される。開口部３３４は下位 平面１１２から次の上のレベルの中位平面１１４の境界を制御する。中位平面１ １４のレベルにおける工程が低位平面１１２の隣接部分で必要だった場合には、 窒化シリコン層２３０を再パターニングして開口部２３２を拡大し、領域２１２ の凹部に隣接する基板１１０の一部分を露出することができる。 窒化シリコンマスク層２３０を再パターニングした後、基板１１０を酸素の存 在下で再び加熱して、第３Ｃ図に示すように開口部２３２及び３３４のそれぞれ に二酸化シリコン領域３４２及び３４４を成長させる。酸化成長に用いられる時 間、温度、及び気圧によって、領域３４２及び３４４の厚みｔ２を調節する。酸 化領域３４２の形成及び除去により、 領域３４２によって領域２１２に以前に形成された凹部の深さを深くする。低位 平面１１２における２回のＬＯＣＯＳ処理の位置合わせ不良は生じない。これは 、開口部２３２が酸化領域２２２と３４２の双方の境界を決めているためである 。 窒化シリコン層２３０のパターニング、窒化シリコン層２３０の開口部によっ て露出されたシリコンの酸化、及び形成された酸化領域の除去は２、３、又はそ れ以上の回数反復して、基板１１０の表面上に３、４、又はそれ以上の異なる平 面レベルを形成することができる。隣接するレベル間の垂直方向の分離が十分に 厚い酸化領域の成長が実現不可能であるほど大きい場合は、酸化成長及び除去処 理シーケンスを、窒化シリコン層２３０の再パターニングなしに反復することが できる。開口部における二酸化シリコン領域の複数回の成長及び除去によって、 複数の二酸化シリコン領域の積層した厚みを有する一層の二酸化シリコン領域を 成長させ、かつ除去することによって形成される凹部と、同じ深さを有する凹部 が形成される。 二酸化シリコン領域３４２及び３４４を形成する前に、二酸化シリコン領域２ ２２を除去する別法では、二酸化シリコン領域２２２を損なわないようにしたま ま、窒化シリコン層２３０を再パターニングし、且つ二酸化シリコン領域３４４ を成長させることができる。ここでは、二酸化シリコン領域２２２が厚くなると 共に、二酸化シリコン領域３４４が成長する。エッチング工程をなくすことによ って、基板１１０の表面を加工するのに必要なプロセシングステップの数を減ら すことができる。後続の酸化プロセスの前に酸化領域を再除去しないことの利点 は、酸化層の成長速度が既に成長した酸化層の厚みによって決まり、酸化領域２ ２２の厚みが、酸化領域３４４の厚みｔ２より薄い大きさまでしか厚くならない という点である。下位平面１１２と中位平面１１４の間の所望 の分離を得るのに必要な厚みｔ１の決定は、何回かの酸化成長プロセスを通して 酸化領域が損なわれずに残る場合ますます複雑になる酸化成長の速度の変化を説 明できるものでなければならない。 第３Ｃ図の窒化シリコン層２３０、二酸化シリコン領域３４２及び３４４、及 びパッド酸化層２２０の除去の後、基板１１０は第２Ｇ図に示すものと同じ外形 を有し、基板１１０のプロセシングは、第２Ｈ図及び第２Ｉ図について説明した ように続行することができる。第３Ａ図乃至第３Ｃ図に示すプロセスステップは 、第２Ｃ図乃至第２Ｆ図に示すプロセスステップと比較して、各ＬＯＣＯＳ処理 に対して追加の窒化シリコン層及びパッド酸化層を設ける必要がないという利点 を有する。しかし、窒化シリコン層２３０は第３Ａ図乃至第３Ｃ図のプロセスの ためにより厚くなければならない。これは各ＬＯＣＯＳ処理が窒化シリコン層２ ３０をある程度酸化していまうためである。例えば、二酸化シリコン領域２２２ を１７０００Åの厚みまで成長させるために、約７００Åの窒化シリコン層２３ ０を二酸化シリコンに変える、酸素−水素環境下での１１５０℃で約５１０分間 の処理が必要である。約５４００Åの厚みまで領域３４４を形成するための後続 の酸化処理には、更に約５０Åの窒化シリコンを二酸化シリコンに変える、酸素 −水素環境下での１０００℃で約１０５分の処理が必要である。２つの酸化処理 を受けることに加えて、窒化シリコン層２３０は、領域２２２を除去する酸化エ ッチング処理も受ける。従って、第２Ｃ図乃至第２Ｆ図のプロセスステップのた めに、窒化シリコン層２３０の厚みとしては約１０００Å及び１２００Åで十分 であるが、第３Ａ図乃至第３Ｃ図に示すステップを含むプロセスのためには、窒 化シリコン層２３０は２回の酸化処理に耐えるために約１５００Å以上の厚みで あるべきである。層２３０が２回以上再パターニングされる場合には更に厚い窒 化シリコンが必要である。 本発明の別の実施例によれば、必要な窒化シリコンの厚みを薄くするために、 マスク層が窒化シリコン層の上に被着されたポリシリコン層を含む。第４Ａ図に 示すのは、基板１１０上にパッド酸化層２２０を被着又は成長させ、パッド酸化 層２２０の上に窒化シリコン層２３０を被着し、且つ窒化シリコン層２３０の上 にポリシリコン層４３０を被着することによって形成されたマスク層である。典 型的なポリシリコン被着はＬＰＣＶＤによって行われ、ポリシリコン層４３０の 厚みは、このポリシリコン層４３０が酸化によって完全に消費されるが、その後 窒化シリコン層２３０が二酸化シリコンに変換することを防止するように選択さ れる。例えば、ポリシリコン層４３０は、約０．４５×基板１１０上に形成され た局所酸化層の厚みより僅かに薄い厚みとすることができる。 ポリシリコン層４３０及び窒化シリコン層２３０は、フォトレジストの１枚の マスク層を用いてパターニングされる。ポリシリコン及び窒化シリコンのための 典型的なエッチングは、ポリシリコン層のために６フッ化イオウ及び酸素、窒化 シリコンのためにフレオン（ＣＦ₄）及び酸素を用いるドライプラズマエッチン グである。 ハードマスク層のパターニングの後、この構造体をクリーニングして、熱酸化 層を所望の厚みまで成長させる。第４Ｂ図に示すのは、ＬＯＣＯＳ処理によって ポリシリコン層４３０が完全に消費され、窒化シリコン層２３０上に二酸化シリ コン領域４４０が残るような厚みまで二酸化シリコン層を成長させた例である。 二酸化シリコン領域４４０及び２２２は、例えば緩衝又は希釈フッ化水素酸で除 去される。或る実施例では、ポリシリコン層４３０が基板１１０から消費される シリコンの厚みより薄く、二酸化シリコン４４０が概ねパッド酸化層２２０の厚 み（約１００乃至５００Å）の分だけ薄くなっている。制御された酸化エッチン グにより、後続の窒化シリコン層２３０のパターニングの際に基板１１０ を保護する酸化層が残される。酸化領域２２２及び４４０の除去により、第３Ａ 図に示すような構造が形成され、この構造は前に説明したように更にプロセシン グすることができる。 本発明の特定の実施例を引用して説明したが、この説明は本発明の実施例の一 つにすぎず、本発明がこれに限定されるものではない。例えば、本発明によるプ ロセスでは、微細加工センサ形成のための例をとって説明したが、本発明の他の 用途には、任意の目的で基板の表面を加工することも一般的に含まれる。ここに 開示した実施例の特徴の種々の他のアレンジや組み合わせは、以下の請求の範囲 に記載の本発明の範囲に含まれる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．基板の表面を加工するための方法であって、 前記表面の最下位レベルが必要な領域の上に開口部を有する第１ハードマスク を形成する過程と、 前記第１ハードマスクの開口部の下の基板領域において第１酸化領域を成長さ せる過程と、 前記基板の表面に凹部を形成するべく前記第１酸化領域を除去する過程とを含 むことを特徴とする基板表面の加工方法。 ２．前記第１ハードマスクを除去する過程と、 前記基板の中位レベルが必要な領域の上に開口部を有する第２ハードマスクを 形成する過程と、 前記第２ハードマスクの開口部の下の基板領域において第２酸化領域を成長さ せる過程と、 前記基板の表面に凹部を形成するべく前記第２酸化層を除去する過程とを更に 含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。 ３．前記第２ハードマスクを除去する過程を更に含み、前記第１ハードマスク、 前記第２ハードマスク、及び前記酸化領域の除去によって、酸化成長の際に前記 第１ハードマスク及び前記第２ハードマスクによってカバーされた領域において 最高位レベルを有し、酸化成長の際に前記第２ハードマスクにおける開口部の下 で且つ前記第１ハードマスクによってカバーされた領域において中位レベルを有 し、また酸化成長の際に前記第１ハードマスク及び前記第２ハードマスクの開口 部の下の領域において最下位レベルを有する基板の表面を形成することを特徴と する請求項２に記載の方法。 ４．前記基板の表面の前記最下位レベルに半導体デバイスの能動領域を形成する 過程を更に含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。 ５．前記表面の最高位レベルに構造体を融着ボンディングする過程を更に含むこ とを特徴とする請求項３に記載の方法。 ６．前記基板の中位レベルに半導体デバイスの能動領域を形成する過程を更に含 むことを特徴とする請求項３に記載の方法。 ７．能動領域がセンシングデバイスの領域を含み、且つ柔軟な構造体を前記最高 位平面に融着ボンディングする過程を更に含み、且つ前記柔軟な構造体が、前記 中位レベル層において前記能動領域と相互作用することを特徴とする請求項６に 記載の方法。 ８．前記基板の表面の最下位レベルが必要な領域の上に前記第２マスクが開口部 を有することを特徴とする請求項２に記載の方法。 ９．前記第１ハードマスクを形成する過程が、 前記基板の表面上に窒化シリコン層を被着する過程と、 前記開口部を形成するべく前記窒化シリコン層をパターニングする過程とを含 むことを特徴とする請求項１に記載の方法。 １０．前記第１ハードマスクを形成する過程が、前記窒化シリコン層上にシリコ ン層を被着する過程を更に含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。 １１．前記シリコン層が、前記酸化領域の成長によってシリコン層が二酸化シリ コンに変わるような厚みを有することを特徴とする請求項１０に記載の方法。 １２．前記シリコン層が、多結晶シリコンを含むことを特徴とする請求項１０に 記載の方法。 １３．基板の表面を加工するための方法であって、 前記基板の表面をカバーするマスク層を形成する過程と、 前記基板の第１部分の上に開口部を形成するべく前記マスク層をパターニング する過程と、 前記基板の第１部分の上に酸化層を成長させる過程と、 前記基板の第２部分の上に開口部を形成するべく前記マスク層を再パターニン グする過程と、 前記マスク層のパターニング及び再パターニングによって露出された、前記基 板の前記第１部分及び前記第２部分の上に酸化層を成長させる過程と、 前記基板の表面から酸化領域を除去する過程とを含むことを特徴とし、 前記酸化層の除去によって、酸化領域の成長において消費された基板の一部に よって生じた前記基板表面における凹部が残ることを特徴とする基板表面の加工 方法。 １４．前記基板の前記第１部分の上に酸化層を成長させた後、前記基板の第１及 び第２部分の上に酸化層を成長させる前に、前記基板の第１部分から酸化層を除 去する過程を更に含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。 １５．前記基板の前記第１部分及び前記第２部分の上に酸化層を成長させること によって、前記基板の前記第１部分の上に以前に成長させた酸化層を厚くするこ とを特徴とする請求項１３に記載の方法。 １６．前記基板がシリコンを含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。 １７．前記マスク層を形成する過程が、前記シリコン基板の上層をなす窒化シリ コンの層を形成する過程を含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。 １８．前記マスク層を形成する過程が、前記窒化シリコン層の上層をなすポリシ リコン層を形成する過程を更に有することを特徴とする請求項１７に記載の方法 。 １９．前記ポリシリコン層の厚みが、このポリシリコン層が酸化層成長 の工程において完全に消費されるような厚みであることを特徴とする請求項１８ に記載の方法。 ２０．前記酸化層を成長させる過程が、酸素の成長の下で基板を加熱する過程を 含むことを特徴とし、 前記マスク層が、酸化層の成長を、前記マスク層の開口部が形成された領域に 制限することを特徴する請求項１３に記載の方法。 ２１．前記マスク層をパターニングする過程が、前記マスク層における開口部の 第１の組を形成する過程を含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。 ２２．前記マスク層を再パターニングする過程が、前記マスク層が開口部の第１ の組、及び開口部の第２の組を有するパターンを有するように、前記マスク層に おける開口部の第２の組を形成する過程を含むことを特徴とする請求項２１に記 載の方法。 ２３．前記マスク層を再パターニングする過程が、前記第１の組の開口部の中の 少なくとも１つを拡大する過程を含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法 。 ２４．前記マスク層を再パターニングする過程が、前記マスク層における開口部 の第２の組を形成する過程を更に含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法 。 ２５．基板の表面を加工するための方法であって、 基板の表面上にマスク層を形成する過程と、 前記マスク層の一部をエッチングする過程と、 前記マスク層のエッチングによって露出した前記基板の部分の上に酸化層を形 成するべく、酸素の存在下で基板を加熱する過程と、 前記酸化層を除去して前記基板に凹部が残るようにする過程と、 同じマスク層を用いて、エッチング、加熱、及び除去の各過程を１又 は２回以上反復する過程とを含むことを特徴とする基板表面の加工方法。 ２６．前記エッチング、加熱、及び除去過程のそれぞれが、基板の表面上の所望 のレベルに対応し、且つ各加熱過程によって、その加熱過程を含む反復に対応す る所望のレベルと、基板の表面上の次に高い所望のレベルとの間の所望の分離に 比例する厚みの酸化層を形成することを特徴とする請求項２５に記載の方法。