JP2006210485A

JP2006210485A - ドライエッチング方法

Info

Publication number: JP2006210485A
Application number: JP2005018062A
Authority: JP
Inventors: Kenichiro Hori; 健一郎堀; Tomoya Maeda; 知哉前田; Shinji Hirata; 信治平田; Tsutomu Nakanishi; 努中西
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-01-26
Filing date: 2005-01-26
Publication date: 2006-08-10

Abstract

【課題】微細加工を行うドライエッチング方法に関し、エッチング反応生成物が堆積して精度良くエッチングできないという課題を解決し、精度良くエッチングできるドライエッチング方法を提供することを目的とする。
【解決手段】Ｓｉ基板１上に形成されたパターニング膜面側に耐エッチング膜をパターニングしてＳｉ基板１をエッチングするドライエッチング方法において、上記耐エッチング膜が形成されていない側の面に導電性材料からなるエッチングストッパー層４を設けてからエッチングする方法により、エッチングストッパー層４までエッチングが進行しても、エッチングストッパー層４がＳｉ基板１と同電位になるために側壁付着物が堆積せず、かつエッチングストッパー層４が導電性材料のために剥離が容易であり、精度良く、かつ安価にエッチングができる。
【選択図】図１

Description

本発明は圧電素子、焦電素子、ＭＥＭＳ（micro electro mechanical systemsの略）のアクチュエータ、各種センサ等に使用されるデバイスの微細加工を行うためのドライエッチング方法に関するものである。

図４（ａ）、（ｂ）はこの種の従来のドライエッチング方法を説明するために示した被エッチング体の加工前の断面図と加工後の断面図であり、図４において、８はＳｉ層、９はこのＳｉ層８間に設けられたＳｉＯ₂からなる絶縁性ストッパー層、２はＳｉ層８上に少なくとも１層がパターニングされたパターン形成膜、３はこのパターン形成膜２のマスクとなるレジスト膜であり、このようにして被エッチング体１０が構成されているものである。

図５（ａ）、（ｂ）は従来の他の構成の被エッチング体の加工前の断面図と加工後の断面図であり、図５において、１はＳｉ基板、２はこのＳｉ基板１上に少なくとも１層がパターニングされたパターン形成膜、３はこのパターン形成膜２のマスクとなるレジスト膜であり、５はこのように構成されたＳｉ基板１を支持基板６に固定するための接着層であり、このようにして被エッチング体１１が構成されているものである。

このように構成された被エッチング体１０、１１は、上記レジスト膜３に覆われていない領域のＳｉ層８またはＳｉ基板１をエッチングすることにより、図４（ｂ）または図５（ｂ）に示すようなエッチング加工を行うものであった。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特公平６−１２７６７号公報

しかしながら上記従来のドライエッチング方法では、図４に示した被エッチング体１０において、Ｓｉ層８のエッチングが絶縁性ストッパー層９まで進行すると、Ｓｉ層８が絶縁性ストッパー層９と接する部分がオーバーエッチングされ、いわゆるノッチ１２と呼ばれる切り欠き部が形成されるため、精度の良いエッチングができないという問題があった。

これは、図６（ａ）、（ｂ）のエッチング途中の被エッチング体１０の断面図に示すように、Ｓｉ層８はプラズマイオン１３によりプラズマ電荷を帯びており、エッチングが絶縁性ストッパー層９まで進行すると図６（ｂ）に示すように絶縁性ストッパー層９はマイナスの電荷を帯びることになる。このために、Ｓｉ層８と絶縁性ストッパー層９との境界のエッチングが急速に進行し、ノッチ１２ができてしまうためである。

また、図５に示した被エッチング体１１において、Ｓｉ基板１のエッチングが接着層５まで達すると、接着層５のエッチング反応生成物がＳｉ基板１のエッチング側壁に堆積して側壁付着物１４が形成されるために精度の良いエッチングができないという問題があった。

本発明はこのような従来の課題を解決し、ノッチが発生することなく、また側壁付着物が発生することなく、エッチング後の形状を精度良くすることができるドライエッチング方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために本発明は、Ｓｉ基板上に形成されたパターニング膜面側にマスクとなる耐エッチング膜をパターニングし、この耐エッチング膜に覆われていない領域のＳｉ基板をエッチングするドライエッチング方法において、上記マスクとなる耐エッチング膜が形成されていない側の面に耐エッチング膜として機能する導電性材料からなるエッチングストッパー層を設けてからＳｉ基板のエッチングを行うようにしたものである。

以上のように本発明によるドライエッチング方法は、エッチングがエッチングストッパー層まで進行しても、エッチングストッパー層が導電性材料で形成されているためにＳｉ基板と同電位になり、このためにＳｉ層が絶縁性ストッパー層と接する部分がオーバーエッチングされてノッチが発生したり、あるいはエッチング側壁に側壁付着物が堆積したりするということもなくなり、かつエッチングストッパー層が導電性材料で形成されているために剥離が容易であり、精度が良く、かつ安価にエッチングを行うことができるという効果が得られるものである。

（実施の形態）
以下、実施の形態を用いて、本発明の特に全請求項に記載の発明について説明する。なお、上記背景技術の項で説明したものと同じ構成のものについては同一の符号を付与してその詳細な説明は省略する。

図１（ａ）、（ｂ）は本発明の一実施の形態によるドライエッチング方法を説明するために示した被エッチング体の加工前の断面図と加工後の断面図であり、図１において、１はＳｉ基板、２はこのＳｉ基板１上に少なくとも１層がパターニングされたパターン形成膜、３はこのパターン形成膜２のマスクとなるレジスト膜、４はＳｉ基板１の裏面（レジスト膜３が形成されていない側の面）に形成された導電性材料からなるエッチングストッパー層、５はこのように構成されたＳｉ基板１を支持基板６に固定するための接着層であり、このようにして被エッチング体７が構成されているものである。

図２は本実施の形態によるドライエッチング方法で使用するエッチング装置の構成を示した概念図であり、図２において１５は処理室を示し、この処理室１５にはエッチング処理に用いるガスを供給するガス供給部１６と、処理室１５内を所定の圧力に排気するための真空ポンプ２５、２６と、ガスを供給した時に所定のガス圧に保つためのオリフィスバルブ２４と、被エッチング体７を吸着載置させるための静電チャック２０を備えた載置電極２１と、この載置電極２１に高周波電力を印加するバイアス電源２２がマッチング回路２３を介して接続されている。さらに、プラズマを発生させるために、アンテナ１９とマッチング回路１７と高周波電源１８が設けられて構成されたものである。

このように構成されたエッチング装置の処理室１５内に設けられた静電チャック２０上に被エッチング体７を載置して吸着させた後、オリフィスバルブ２４を全開にして処理室１５を高真空、例えば１０^-3Ｐａ以上に排気した後、オリフィスバルブ２４を絞り、処理室１５内にガス供給部１６からエッチングガスとしてＳＦ₆ガスを導入する。この時、処理室１５内のガス圧を０．５Ｐａとなるようにオリフィスバルブ２４をコントロールする。

次に、バイアス電源２２で５００ｋＨｚの周波数で４００Ｗの電力を印加すると共に、高周波電源１８により１３．５６ＭＨｚの周波数を１０００Ｗの電力で印加し、処理室１５内にブラズマを発生させる。これにより、このプラズマによって被エッチング体７のレジスト膜３で覆われていない部分のＳｉ基板１がエッチングされ、図１（ｂ）に示すように加工されるものである。

図３（ａ）、（ｂ）は上記エッチング途中の被エッチング体７の断面図であり、同図に示すように、Ｓｉ基板１はプラズマイオン１３によりプラス電荷を帯びている。従って、この段階ではエッチングストッパー層４がどのような材質であろうとエッチング状態は従来例と何ら変わらないものであるが、エッチングがエッチングストッパー層４まで進行した場合に、本実施の形態によるエッチングストッパー層４は導電性材料により形成されているためにプラスの電荷を帯びることになり、これによりＳｉ基板１の電荷と同電位に帯電されるためにエッチングに変化が起きることがなく、良好な形状のエッチングを行うことができるようになるものである。

また、エッチングが完了すると、被エッチング体７を処理室１５から取り出し、接着層５を外して導電性材料からなるエッチングストッパー層４を露出させた後、レジスト膜３を剥離する溶液でエッチングストッパー層４も同時に剥離するようにしたものであり、このようにしてエッチングされた部分が貫通したデバイスとなるものである。

なお、ここで導電性材料からなるエッチングストッパー層４をアルミニウム、またはアルミニウムを主成分とする合金としたのは、例えばＮａＯＨ等のアルカリ系薬液で容易に除去することができ、しかもこのアルカリ系薬液はエッチングで露出した部分の材料に対して安定であるという理由からである。

また、例えば混酸（燐酸＋酢酸＋硝酸、あるいは燐酸＋酢酸＋硝酸＋純水、あるいは燐酸＋硝酸）または単体の酸（塩酸、硫酸）に代表される酸系でも同様の効果があるものである。従って、このように容易に除去できる材料で、かつ、被エッチング体７を侵食する等の悪影響を与えない導電性材料であれば、どのような材料であっても構わないものである。さらに、Ｓｉ基板１との相互拡散等があり、水溶液で容易に除去できない材料をどうしても使用しなければならない場合には、エッチングストッパー層４の除去はドライエッチング方法を用いて行うことも可能である。

なお、本実施の形態においては、エッチング装置として誘導結合型プラズマ装置を例にして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、容量結合型プラズマ装置、電子サイクロトロン共鳴型プラズマ装置、ヘリコン波型プラズマ装置、表面波プラズマ装置等でも良く、装置の形態に限定されるものではない。

本発明によるドライエッチング方法は、精度の良いエッチングを安価に行うことができるという効果を有し、焦電素子、ＭＥＭＳのアクチュエータ、各種センサ等に使用されるデバイスの微細加工を行うためのドライエッチング方法として有用である。

（ａ）本発明の一実施の形態によるドライエッチング方法を説明するために示した被エッチング体の加工前の断面図、（ｂ）同加工後の断面図同ドライエッチング方法で使用するエッチング装置の構成を示した概念図（ａ）、（ｂ）同エッチング途中の被エッチング体を示した断面図（ａ）従来のドライエッチング方法を説明するために示した被エッチング体の加工前の断面図、（ｂ）同加工後の断面図（ａ）従来のドライエッチング方法を説明するために示した他の構成の被エッチング体の加工前の断面図、（ｂ）同加工後の断面図（ａ）、（ｂ）従来のエッチング途中の被エッチング体を示した断面図

符号の説明

１Ｓｉ基板
２パターン形成膜
３レジスト膜
４エッチングストッパー層
５接着層
６支持基板
７被エッチング体
１３プラズマイオン
１５処理室
１６ガス供給部
１７、２３マッチング回路
１８高周波電源
１９アンテナ
２０静電チャック
２１載置電極
２２バイアス電源
２４オリフィスバルブ
２５、２６真空ポンプ

Claims

Ｓｉ基板上に形成されたパターニング膜面側にマスクとなる耐エッチング膜をパターニングし、この耐エッチング膜に覆われていない領域のＳｉ基板をエッチングするドライエッチング方法において、上記マスクとなる耐エッチング膜が形成されていない側の面に耐エッチング膜として機能する導電性材料からなるエッチングストッパー層を設けてからＳｉ基板のエッチングを行うようにしたドライエッチング方法。
耐エッチング膜として機能する導電性材料からなるエッチングストッパー層として、アルミニウム、またはアルミニウムを主成分とする合金を用いた請求項１に記載のドライエッチング方法。
エッチングストッパー層に達するまでエッチングを行った後、エッチングストッパー層を除去することによりＳｉ基板に貫通孔を形成するようにした請求項１に記載のドライエッチング方法。
エッチングストッパー層の除去を、マスクとなる耐エッチング膜の除去と同時に行うようにした請求項３に記載のドライエッチング方法。
エッチングストッパー層を水溶液によるウェット処理で除去するようにした請求項３または４に記載のドライエッチング方法。
エッチングストッパー層をドライエッチングで除去するようにした請求項３または４に記載のドライエッチング方法。