JP2006332359A - Method of etching substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板に形成された被エッチング膜のエッチング方法に関し、特に所望の被エッチング膜を選択的にエッチングする方法に関する。 The present invention relates to a method for etching a film to be etched formed on a substrate, and more particularly to a method for selectively etching a desired film to be etched.
図7は、従来のこの種の基板を用いてなる構造体としての容量式センサの製造方法を示す概略断面図である。 FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a conventional method for manufacturing a capacitive sensor as a structure using this type of substrate.
このものは、基板10において互いに解放されている可動電極(可動部)16と固定電極(固定部)17とからなる一対の電極部を形成し、加速度などの力学量の印加によって可動電極16を変位させるようにした容量式センサである。
In this substrate, a pair of electrode parts composed of a movable electrode (movable part) 16 and a fixed electrode (fixed part) 17 which are released from each other on the
ここでは、図7(a)に示されるように、基板10としては、埋め込み酸化膜13を介して二つのシリコン基板、第1のシリコン基板11および第2のシリコン基板12が貼り合わされた貼り合わされてなるSOI(シリコン−オン−インシュレータ)基板10が示されている。
Here, as shown in FIG. 7A, the
次に、図7(b)に示されるように、この基板10に対して、その一面側すなわち第2のシリコン基板12側から、可動電極16および固定電極17を画定するための溝15をエッチングにて形成する。この溝15は、第2のシリコン基板12の表面から埋め込み酸化膜13まで到達する溝である。
Next, as shown in FIG. 7B, the
次に、図7(c)に示されるように、基板10の他面側すなわち第1のシリコン基板11側からシリコンエッチングを行ってキャビティ14を形成する。このキャビティエッチングの後、さらに、リリースエッチングを行ってキャビティ14内の電極部16、17の下部にある埋め込み酸化膜13を除去する。
Next, as shown in FIG. 7C, the
それにより、可動部である可動電極16が、溝15およびキャビティ14を介して支持部である第1のシリコン基板11から切り離されて開放された状態すなわちリリース状態となる。
As a result, the
ここで、キャビティ14のエッチングは、従来では、図8に示されるように行われている。図8は、図7に示される基板10におけるキャビティ14のエッチング方法を示す概略断面図である。
Here, the etching of the
図8(a)に示されるように、基板10の他面すなわち第1のシリコン基板11の表面におけるキャビティ14を形成しない部位に、シリコン窒化膜などからなるマスク20を形成する。
As shown in FIG. 8A, a
次に、図8(b)に示されるように、エッチング剤としてKOH(水酸化カリウム)やTMAH(Tetramethyl ammonium hydoroxide、水酸化テトラメチルアンモニウム)などのアルカリ液を用いた異方性エッチングを行い、基板10の他面側にて第1のシリコン基板11にキャビティ14を形成する。
Next, as shown in FIG. 8B, anisotropic etching using an alkaline solution such as KOH (potassium hydroxide) or TMAH (tetramethyl ammonium hydroxide) as an etchant is performed, A
ここまでの状態において、マスク20が被エッチング膜であり、この図8(b)の状態が、被エッチング膜20が形成された基板10の状態を示している。その後、図8(c)に示されるように、マスク20をフッ酸(HF)などを用いたドライエッチングにより除去する。そして、上述したように、さらに埋め込み酸化膜13のリリースエッチングを行う。
In the state so far, the
ところで、上記図8に示されるキャビティエッチングにおけるマスク20の除去は、従来ではドライエッチングで行っているが、このドライエッチングは、微細加工に適してはいるものの、物理的な衝撃を伴うため、マスク20の除去後における基板10の表面が荒れてしまう(図8(c)参照)。また、ドライエッチングは真空チャンバなどの真空設備が必要であり、高コストである。
By the way, the removal of the
ここで、このキャビティエッチングにおけるマスク20の除去を、ドライエッチングではなく、フッ酸を用いたウェットエッチングにより行うことが考えられる。このウェットエッチングはドライエッチングに比べて安価な方法である。
Here, it is conceivable to remove the
しかし、このウェットエッチングは、マスク20を構成するシリコン窒化膜と埋め込み酸化膜13を構成するシリコン酸化膜とのうち、シリコン窒化膜の方を選択的にエッチングすることができないため、マスク20の除去に適用することは困難である。また、ウェットエッチングでは、微細部へエッチング液が回り込みにくく、ドライエッチングに比べて微細加工が困難である。
However, since this wet etching cannot selectively etch the silicon nitride film of the silicon nitride film constituting the
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、基板に形成された被エッチング膜のエッチング方法であって、基板表面の荒れを抑制し選択性に優れた安価なエッチング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 above-described problems, and provides an etching method for a film to be etched formed on a substrate, which provides an inexpensive etching method that suppresses surface roughness of the substrate and has excellent selectivity. With the goal.
上記目的を達成するため、鋭意検討を行った結果、ミストエッチングを行うことに着目した。このミストエッチングは、フッ酸(HF)などのエッチング剤の水溶液を液滴(ミスト)として処理槽中に導入するものである。このミストエッチングのメカニズムは次のように推定される。 As a result of intensive studies in order to achieve the above object, attention was focused on performing mist etching. In this mist etching, an aqueous solution of an etching agent such as hydrofluoric acid (HF) is introduced as droplets (mist) into a treatment tank. The mechanism of this mist etching is estimated as follows.
図9は、ミストエッチングの推定エッチングメカニズムを示す図である。ここでは、上記SOI基板における第2のシリコン基板12の下の埋め込み酸化膜13をエッチングする犠牲層エッチングの例を示している。
FIG. 9 is a diagram showing an estimated etching mechanism of mist etching. Here, an example of sacrificial layer etching for etching the buried
エッチング剤であるHFを水に溶かした水溶液を用意し、ノズルから噴霧することで水溶液のミスト30を発生させ、このミスト30を処理槽内に導入する。このミスト30は、たとえば数μmオーダーの径を有するものであり、シリコン基板12の溝15などの微細部に入り込む。そのため、ミストエッチングは、ドライエッチングと同様に微細加工に優れている。
An aqueous solution in which HF as an etching agent is dissolved in water is prepared and sprayed from a nozzle to generate a
また、図9に示されるように、ミスト30においては、その界面にてミスト30中のHFが蒸気31となって存在しており、この蒸気31が、被エッチング膜としての埋め込み酸化膜13を構成するSiO2と反応(図中、エッチング反応部として図示)し、当該埋め込み酸化膜13をエッチングする。
Further, as shown in FIG. 9, in the
このようにミストエッチングは微細加工に優れるとともに、ドライエッチングのような物理的な衝撃を伴わないエッチングメカニズムであるため、エッチング後の基板の表面荒れを抑制することができる。 Thus, mist etching is excellent in microfabrication and has an etching mechanism that does not involve physical impact like dry etching, so that surface roughness of the substrate after etching can be suppressed.
また、ミストエッチングは、ドライエッチングのような真空設備が不要であり、エッチング剤の水溶液を噴霧するだけであるので、ウェットエッチングと同程度のコストで済む。さらに、エッチング剤の使用量がウェットエッチングに比べて大幅に少ないというメリットもある。 In addition, mist etching does not require vacuum equipment such as dry etching, and only sprays an aqueous solution of an etching agent, so that the cost is comparable to that of wet etching. Furthermore, there is an advantage that the amount of the etching agent used is significantly less than that of wet etching.
このミストエッチングについて、さらに検討すすめたところ、加熱などによる温度制御や噴霧によるミスト径の制御などにより、ミスト30の水分量をコントロールできることがわかった。
Further examination of this mist etching has revealed that the water content of the
また、基板に形成された被エッチング膜においては、その材質によっては、エッチング雰囲気中の水分量を変えることにより、エッチングの選択性を持つことが知られている。つまり、被エッチング膜の材質によっては、当該水分量の多少により、エッチング剤と反応したり、反応しなかったりすることが知られている。また、被エッチング膜とエッチング剤との組み合わせによっては、両者の反応により水溶性物質が生成されることが知られている。 Further, it is known that a film to be etched formed on a substrate has etching selectivity by changing the amount of moisture in the etching atmosphere depending on the material. That is, depending on the material of the film to be etched, it is known that it reacts with the etching agent or does not react depending on the amount of moisture. In addition, depending on the combination of the film to be etched and the etching agent, it is known that a water-soluble substance is generated by the reaction between the two.
そのため、ミストエッチングにおいては、ミストの水分量をコントロールすれば、異なる種類の被エッチング膜を選択的にエッチングすることが可能になると考えた。本発明は、このような検討結果に基づいて創出されたものである。 For this reason, in mist etching, it was considered that different types of films to be etched can be selectively etched by controlling the amount of moisture in the mist. The present invention has been created based on such examination results.
すなわち、請求項1に記載の発明では、エッチング剤の水溶液がミスト状態で導入された処理槽(201)内に、被エッチング膜(20)が形成された基板(10)を設置し、被エッチング膜(20)を前記ミスト状態の水溶液にさらすことにより、被エッチング膜(20)を水溶性物質(21)に改質した後、基板(10)を水で洗浄することにより、被エッチング膜(20)をエッチングすることを特徴としている。 That is, in the invention according to claim 1, the substrate (10) on which the film to be etched (20) is formed is placed in the treatment tank (201) into which the aqueous solution of the etching agent is introduced in a mist state, The film (20) is exposed to the aqueous solution in the mist state to modify the film to be etched (20) into a water-soluble substance (21), and then the substrate (10) is washed with water to thereby form the film to be etched ( 20) is etched.
本発明によれば、ミストエッチングを採用しているため、ミスト(30)の水分量のコントロールが容易であり、この水分量をコントロールすることによって、所望の被エッチング膜(20)のみを選択的にエッチング剤と反応させ、水溶性物質(21)に改質することができる。 According to the present invention, since mist etching is employed, it is easy to control the moisture content of the mist (30). By controlling this moisture content, only a desired film (20) to be etched is selectively selected. It can be modified with a water-soluble substance (21) by reacting with an etching agent.
そして、被エッチング膜(20)のうち水溶性物質(21)となったものが、水による洗浄によって基板(10)から除去されるため、被エッチング膜(20)の選択的なエッチングが適切になされる。 And since the water-soluble substance (21) of the film to be etched (20) is removed from the substrate (10) by washing with water, the selective etching of the film to be etched (20) is appropriately performed. Made.
また、ミストエッチングの採用により、上述したように、従来のドライエッチングと同様に微細加工に優れるとともに、より安価なものにでき、また、エッチング後の基板(10)の表面の荒れを極力抑制することができる。 In addition, by employing mist etching, as described above, it is excellent in microfabrication as in the case of conventional dry etching, and can be made cheaper, and also suppresses surface roughness of the substrate (10) after etching as much as possible. be able to.
したがって、本発明によれば、基板(10)に形成された被エッチング膜(20)のエッチング方法であって、基板表面の荒れを抑制し選択性に優れた安価なエッチング方法を提供することができる。 Therefore, according to the present invention, it is an etching method for the etching target film (20) formed on the substrate (10), and it is possible to provide an inexpensive etching method that suppresses the roughness of the substrate surface and has excellent selectivity. it can.
また、請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の基板のエッチング方法において、前記ミスト状態の水溶液を気体と混合して、処理槽(201)内に導入することを特徴としている。 According to a second aspect of the present invention, in the substrate etching method according to the first aspect, the mist aqueous solution is mixed with a gas and introduced into the treatment tank (201).
それによれば、気体を加熱するなどにより気体の温度をコントロールすることにより、ミストの水分量をコントロールすることができる。 According to this, the moisture content of the mist can be controlled by controlling the temperature of the gas by heating the gas or the like.
さらに、請求項3に記載の発明のように、請求項2に記載の基板のエッチング方法においては、基板(10)は、シリコン窒化膜(20)とシリコン酸化膜(13)とが形成されたものであり、前記エッチング剤はフッ酸であり、前記気体は加熱された窒素であり、シリコン窒化膜(20)を前記被エッチング膜として選択的にエッチングするものにできる。 Furthermore, as in the invention described in claim 3, in the substrate etching method according to claim 2, the silicon nitride film (20) and the silicon oxide film (13) are formed on the substrate (10). The etching agent is hydrofluoric acid, the gas is heated nitrogen, and the silicon nitride film (20) can be selectively etched as the film to be etched.
本発明者の検討によれば、シリコン窒化膜(20)はミストの水分量の多少に関わらず、エッチング剤としてのフッ酸によって水溶性物質に改質され、その後の水洗によりエッチングされるが、一方、シリコン酸化膜(13)は、水分の存在がフッ酸との反応に不可欠であるため、ミストの水分量が少ないと水溶性物質にならず、ミストの水分量が多い場合に水溶性物質となってエッチングが可能であることがわかった。 According to the inventor's study, the silicon nitride film (20) is modified into a water-soluble substance by hydrofluoric acid as an etchant regardless of the amount of moisture in the mist, and is etched by subsequent water washing. On the other hand, since the presence of moisture is indispensable for the reaction with hydrofluoric acid, the silicon oxide film (13) does not become a water-soluble material when the amount of moisture in the mist is small, and the water-soluble material when the amount of moisture in the mist is large. It was found that etching is possible.
そのため、本発明のように、エッチング剤としてフッ酸を用い、気体として加熱された窒素を用いれば、フッ酸水溶液からなるミストの水分量を極力少ないものにでき、実質的にシリコン窒化膜(20)のみを水溶性物質に改質することができるため、シリコン酸化膜(13)はほとんどエッチングされず、シリコン窒化膜(20)を被エッチング膜として選択的にエッチングすることができる。 Therefore, if hydrofluoric acid is used as an etching agent and heated nitrogen is used as a gas as in the present invention, the amount of water in the mist made of hydrofluoric acid aqueous solution can be reduced as much as possible, and the silicon nitride film (20 Since the silicon oxide film (13) is hardly etched, the silicon nitride film (20) can be selectively etched as a film to be etched.
また、請求項4に記載の発明では、請求項3に記載の基板のエッチング方法において、シリコン窒化膜(20)は低温プラズマCVD法により形成されたものであることを特徴としている。 According to a fourth aspect of the present invention, in the substrate etching method according to the third aspect, the silicon nitride film (20) is formed by a low temperature plasma CVD method.
それによれば、シリコン窒化膜(20)の水溶性物質への改質を、より容易に行うことができ、好ましい。 According to this, the modification of the silicon nitride film (20) to a water-soluble substance can be performed more easily, which is preferable.
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, parts that are the same or equivalent to each other are given the same reference numerals in the drawings for the sake of simplicity.
本実施形態では、基板に形成された被エッチング膜のエッチング方法によって製造された製造物として、容量式加速度センサを例にとって説明するが、本発明のエッチング方法の適用例は、これに限定されるものではない。 In this embodiment, a capacitive acceleration sensor will be described as an example of a product manufactured by an etching method for a film to be etched formed on a substrate. However, application examples of the etching method of the present invention are limited to this. It is not a thing.
[容量式加速度センサの構成等]
図1は、本発明の実施形態に係る容量式加速度センサ100の概略断面図である。まず、センサ構成の概略を述べておく。
[Configuration of capacitive acceleration sensor, etc.]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a
本センサ100は、本発明でいう基板としてのSOI(シリコン−オン−インシュレータ)基板10を備えている。このSOI基板10は、第1のシリコン基板11と第2のシリコン基板12とが、シリコン酸化膜(SiO2)からなる埋め込み酸化膜13を介して積層されたものである。
The
SOI基板10の中央部では、埋め込み酸化膜13および第1のシリコン基板11が除去されてなるキャビティ14が形成されている。このキャビティ14に対応した第2のシリコン基板12には、その上面からキャビティ14へと厚み方向に貫通する溝15が形成されている。
In the central portion of the
この溝15により、第2のシリコン基板12は、加速度の印加により変位する可動部としての可動電極16と、固定部としての固定電極17とに区画されている。
By this
図1に示される例では、可動電極16と固定電極17とは交互に配置され、溝15を介して互いに隣り合っている。そして、可動電極16は、キャビティ14を介してSOI基板10の支持部である第1のシリコン基板11からリリースされた状態となり、第1のシリコン基板11に対して可動状態となっている。
In the example shown in FIG. 1, the
図示しないが、具体的には、固定電極17は、埋め込み酸化膜13を介して第1のシリコン基板11に支持固定されており、可動電極16は、第1のシリコン基板11に対して梁などを介して弾性的に支持される等により可動となっている。
Although not shown, specifically, the fixed
これら、可動および固定電極16、17は、たとえば、よく知られている櫛歯状の梁構造体にすることができる。この場合、たとえば、図1中の左右方向に沿った加速度の印加に伴い、可動電極16が同方向に沿って変位し、それによって、溝15を隔てて対向する可動電極16と固定電極17との間の距離が変化する。
These movable and fixed
そして、たとえば、この距離変化に基づく両電極16、17間の容量変化を検出することで、印加加速度を求めることができる。このように、本実施形態では、容量式加速度センサ100が構成されている。
For example, the applied acceleration can be obtained by detecting a change in capacitance between the
[製造方法等]
次に、本実施形態の加速度センサ100の製造方法について、図2、図3を参照して説明する。なお、図2、図3では、電極部16、17の数など、一部を上記図1からアレンジしてあるが、実質的に上記図1のセンサ100と同様である。
[Manufacturing method]
Next, the manufacturing method of the
図2(a)〜(d)、図3(a)〜(d)は、本実施形態に係る容量式加速度センサ100の製造方法を示す概略断面図である。特に、図3は、本実施形態に係る基板のエッチング方法を示す概略断面図である。本製造方法を経て、最終的に上記図1に示されるセンサ100が製造される。
2A to 2D and FIGS. 3A to 3D are schematic cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the
まず、図2(a)、(b)に示されるように、上記SOI基板10を用意し、この基板10に対して、その上面すなわち第2のシリコン基板12の上面側から可動電極(可動部)16を画定するための上記溝15を、エッチングにより形成する(トレンチ溝形成工程)。ここでは、溝15は、第2のシリコン基板12の上面から埋め込み酸化膜13まで到達する溝である。
First, as shown in FIGS. 2A and 2B, the
このトレンチ溝形成工程は、通常のホト、エッチング工程で行うことができる。具体的には、電極部16、17を形成するために、ホトレジストにより形成したパターンを用いたドライエッチング等を行う。
This trench groove forming step can be performed by a normal photo etching process. Specifically, in order to form the
このドライエッチングは、たとえばSF6ガスなどのエッチングガスを用いて行うことができる。そして、このエッチングによって残された部分が電極部16、17として形成される。その後、ホトレジストを通常の方法で除去する。SOI基板10を用いた本例では、埋め込み酸化膜13でエッチングをストップさせることにより、制御性に優れたものになる。
This dry etching can be performed using an etching gas such as SF 6 gas. The portions left by this etching are formed as
次に、図2(c)、(d)に示されるように、さらにSOI基板10の下面すなわち第1のシリコン基板11の下面側から、シリコンエッチングを行ってキャビティ14を形成する(キャビティ形成工程)。
Next, as shown in FIGS. 2C and 2D, the
具体的には、図2(c)に示されるように、第1のシリコン基板11の下面におけるキャビティ14を形成しない部位に、被エッチング膜であるシリコン窒化膜などからなるマスク20を形成する。本例では、マスク20はCVD法などにより形成されたシリコン窒化膜20である。なお、このシリコン窒化膜20は、低温プラズマCVDにより成膜されたものとすることが好ましい。
Specifically, as shown in FIG. 2C, a
その後、図2(d)に示されるように、SOI基板10の下面側から、所定の領域をアルカリ液等を用いた異方性ウェットエッチングによりシリコンエッチングを行って除去し、第1のシリコン基板11にキャビティ14を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 2D, a predetermined region is removed from the lower surface side of the
ここで、上記アルカリ液としては、KOH(水酸化カリウム)やTMAH(Tetramethyl ammonium hydoroxide、水酸化テトラメチルアンモニウム)などが用いられる。このキャビティエッチングの場合も、SOI基板10を用いた本例では、埋め込み酸化膜13でエッチングをストップさせることによって制御性に優れる。
Here, as the alkali solution, KOH (potassium hydroxide), TMAH (tetramethyl ammonium hydroxide, tetramethylammonium hydroxide), or the like is used. Also in the case of this cavity etching, in this example using the
なお、このキャビティエッチングの実行前には、上記マスク20以外にも、SOI基板10の上面側をレジストなどにより覆っておくものであり、このレジストは、たとえばキャビティエッチング終了後に除去する。
Before the cavity etching is performed, the upper surface side of the
この図2(d)に示される状態において、マスク20が被エッチング膜であり、被エッチング膜20が形成された基板10が示されている。さらに言うならば、本例では、基板10は、マスクであるシリコン窒化膜20と埋め込み酸化膜であるシリコン酸化膜13とが形成されたSOI基板10である。
In the state shown in FIG. 2D, the
次に、本製造方法においては、図3に示されるように、ミストエッチングを用いて、被エッチング膜としてのシリコン窒化膜からなるマスク20を選択的にエッチングして除去する。
Next, in this manufacturing method, as shown in FIG. 3, the
ここで、このミストエッチングに用いられるミストエッチング装置200について、図4を参照して説明しておく。図4は、当該ミストエッチング装置200の概略構成を示す図である。
Here, the
この装置200は、被エッチング膜20を有する基板10を収納し、その内部でエッチングが行われる処理槽201を備えている。この処理槽201は、その内部に外部とは区画された空間を形成するものではあるが、ドライエッチング装置のチャンバのように真空容器として機能するものでなくてもよい。
The
処理槽201の内部には、保持部材202が設けられており、この保持部材202によってSOI基板10が保持固定されている。処理槽201の外部には、ミスト発生室203が設けられている。
A holding
ミスト発生室203の下部には、このエッチング剤の水溶液32が貯留されている。本例では、エッチング剤である薬品としてフッ酸(HF)を用いる。このフッ酸水溶液32を以下、エッチング液32ということにする。
In the lower part of the
そして、ミスト発生室203内には、ミスト発生器204が設けられている。このミスト発生器204は、エッチング液32をミスト状態とし、このミスト30を処理槽201へ導入するためのものである。ミスト発生器204は、たとえば、エッチング液32を吸い上げるとともに、噴霧用の窒素(N2)ガスを用いてエッチング液32を噴霧し、ミスト30を発生させるものである。
A
また、ミスト発生室203と処理槽201の内部とを連通するミスト導入菅205が設けられている。そして、ミスト発生室203内の上部において、ミスト発生器204から噴霧されたミスト30は、気体である上記噴霧用窒素と混合された状態で、このミスト導入菅205内に入り込み、ミスト導入菅205の先端から処理槽201内へ放出されるようになっている。
In addition, a
ここにおいて、このミスト導入菅205の途中部には、ミスト30を加熱するためのミスト加熱装置206が設けられている。このミスト加熱装置206は、本例では、ヒータを通過して加熱された窒素ガスをミスト導入菅205へ導入することにより、ミスト30を加熱するものである。
Here, a
なお、このミスト加熱装置206から供給される加熱窒素の流量は常時一定としており、処理槽201内へ導入されるミスト30の供給量を決定するのは、上記ミスト発生器204による噴霧用窒素の流量である。つまり、この噴霧用窒素の流量を多くすれば、ミスト供給量も多くなる。
Note that the flow rate of the heated nitrogen supplied from the
そして、このミストエッチング装置200においては、噴霧用窒素の流量によってミスト供給量を制御しながら、ミスト発生器204から発生したミスト30を、ミスト加熱装置206にて加熱し、処理槽201に導入するようになっている。そして、導入されたミスト30により、処理槽201内の基板10における被エッチング膜20が加工されるようになっている。
In the
かかるミストエッチング装置200を用いて、被エッチング膜20のエッチングを行う。まず、図3(a)に示されるように、処理槽201内に、マスク20およびキャビティ14が形成されたSOI基板10を設置するとともに、処理槽201内にエッチング液のミスト30を導入する。
Using the
たとえば、ミスト加熱装置206からミスト導入菅205へ導入される加熱窒素の温度は、数十℃程度であり、ミスト導入菅205の先端から放出されるミスト30と窒素との比率は約1:2程度であり、ミスト30は、その径が1〜5μm程度のマイクロミスト(微粒子)である。
For example, the temperature of the heated nitrogen introduced from the
数十℃(たとえば40℃)程度の加熱窒素と混合したミスト30は、ミスト30中の水分量が大幅に少なくなる。このようなミスト30中にさらされたSOI基板10においては、被エッチング膜であるマスク20としてのシリコン窒化膜20は水溶性物質21に改質されるが、埋め込み酸化膜としてのシリコン酸化膜13は改質されない(被エッチング膜改質工程)。
これは、フッ酸(HF)との反応において、シリコン窒化膜20は水の存在に関係なく反応が進行するのに対し、シリコン酸化膜13は水の存在が不可欠であるためである。このシリコン窒化膜20とシリコン酸化膜13とにおいて水溶性物質21に改質される、されないことの理由やそのメカニズムの詳細などについては、後述する。
This is because in the reaction with hydrofluoric acid (HF), the
このように、本例のエッチング方法によれば、水分量の少ないミスト30にさらすことにより、実質的に、被エッチング膜であるシリコン窒化膜20のみを水溶性物質21に改質することができる。
As described above, according to the etching method of this example, only the
続いて、SOI基板10を処理槽201から取り出し、図3(c)に示されるように、水41が入った水槽40に入れるなどの方法により、基板10に対して水による洗浄を行う(水洗工程)。
Subsequently, the
それにより、図3(d)に示されるように、水溶性物質21がエッチングされ基板10から除去される。つまり、本エッチング方法は上記被エッチング膜改質工程と水洗工程を有するものであり、このような方法によれば、シリコン酸化膜13とシリコン窒化膜20とで、マスク20であるシリコン窒化膜20を被エッチング膜として選択的にエッチングすることができる。
Thereby, the water-
その後、キャビティ14を介して露出する電極部16、17の下部にある埋め込み酸化膜13をドライエッチングによって除去する。それにより、可動電極16が第1のシリコン基板11から切り離されリリースされる(可動部リリース工程)。
Thereafter, the buried
こうして、埋め込み酸化膜13のエッチングを行って可動電極16を第1のシリコン基板11から切り離すことにより、可動電極16を可動状態とする、すなわち印加加速度によって変位し容量変化可能な状態とすることができ、上記した容量式加速度センサ100ができあがる。
In this way, by etching the buried
[エッチング選択性の発現について]
水分量の少ないミスト30にさらすことにより、シリコン窒化膜20は水溶性物質21に改質されるが、シリコン酸化膜13は改質されないことの理由や、そのメカニズムなどについて述べる。
[About the expression of etching selectivity]
The reason why the
上述したように、被エッチング膜の材質によっては、水分量の多少により、エッチング剤と反応して水溶性物質となったり、ならなかったりする。シリコン酸化膜(SiO2)、シリコン窒化膜(SixNyHz)について、フッ酸(HF)によるエッチング反応は、それぞれ次の化学式に示される。 As described above, depending on the material of the film to be etched, depending on the amount of moisture, it may or may not become a water-soluble substance by reacting with the etching agent. The etching reaction with hydrofluoric acid (HF) for the silicon oxide film (SiO 2 ) and the silicon nitride film (SixNyHz) is represented by the following chemical formulas.
(シリコン酸化膜の反応)
SiO2 +2HF2 - + 2H+ + H2O ⇒ SiF4 +3H2O
(シリコン窒化膜の反応)
SixNyHz + aHF ⇒ bH2SiF6 + c(NH4)2SiF6
上記反応式から、シリコン酸化膜のフッ酸によるエッチング反応は、水分(H2O)が存在しないと開始しないが、シリコン窒化膜のフッ酸によるエッチング反応は、水分が存在しても存在しなくても開始すると考えられる。
(Reaction of silicon oxide film)
SiO 2 + 2HF 2 − + 2H + + H 2 O ⇒ SiF 4 + 3H 2 O
(Reaction of silicon nitride film)
SixNyHz + aHF ⇒ bH 2 SiF 6 + c (NH 4) 2 SiF 6
From the above reaction equation, the etching reaction of the silicon oxide film with hydrofluoric acid does not start unless moisture (H 2 O) is present, but the etching reaction of the silicon nitride film with hydrofluoric acid does not exist even if moisture exists. I think it will start.
つまり、シリコン窒化膜20はミスト30の水分量の多少に関わらず、フッ酸によって水溶性物質21に改質され、その後の水洗によりエッチングされるが、一方のシリコン酸化膜13は、水分の存在がフッ酸との反応に不可欠であるため、ミスト30の水分量が少ないと水溶性物質にならず、ミスト30の水分量が多い場合に水溶性物質となってエッチングが可能である。
That is, the
また、シリコン窒化膜のエッチング反応の生成物であるシリコンのフッ化アンモニウム塩((NH4)2SiF6)は、水溶性物質である。本発明者が、EDX分析やイオンクロマトグラフ分析を行った結果、上記図3に示されるエッチングにおいて、シリコン窒化膜をミスト30にさらすことで改質した水溶性物質21は、シリコンのフッ化アンモニウム塩であることを確認した。
Further, silicon fluoride ammonium salt ((NH 4 ) 2 SiF 6 ), which is a product of the etching reaction of the silicon nitride film, is a water-soluble substance. As a result of the inventor's EDX analysis and ion chromatographic analysis, the water-
そして、本例では、上述したように、基板10はシリコン窒化膜20とシリコン酸化膜13とが形成されたものであるが、エッチング剤としてフッ酸を用い、そのフッ酸のエッチング液のミスト30を用い、さらに、ミスト30と混合される気体として加熱された窒素を用いている。
In this example, as described above, the
それにより、上記被エッチング膜改質工程では、フッ酸水溶液からなるミスト30の水分量を極力少ないものにでき、実質的にシリコン窒化膜20のみを水溶性物質に改質することができる。
Accordingly, in the film to be etched modification step, the water content of the
そのため、上記水洗工程によって、水溶性ではないシリコン酸化膜13はほとんどエッチングされず、シリコン窒化膜20の改質物である水溶性物質21を選択的に除去してエッチングできる。
Therefore, the water washing step hardly etches the
図5、図6を用いて、上記各膜13、20の具体的なエッチングの様子を示す。本発明者は、ミスト30中の水分量を変えるべく、ミスト30の加熱を行った場合と行わなかった場合とについて、上記各膜13、20のエッチング速度を調査した。
A specific etching state of each of the
図5は、シリコン酸化膜13におけるミストの導入量とエッチング速度との関係を示す図であり、図6は、シリコン窒化膜20におけるミストの導入量とエッチング速度との関係を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the amount of mist introduced into the
これら図5、図6において、「ミスト室温」は、上記ミストエッチング装置200において、ミスト加熱装置206による加熱を行わず、当該加熱装置206から室温の窒素を供給することによって、処理槽201に導入されるミスト30を室温とした場合を示すものである。
In FIG. 5 and FIG. 6, “mist room temperature” is introduced into the
「ミスト加熱有」は、上記したエッチング例と同様、ミスト加熱装置206からミスト導入菅205へ導入される加熱窒素の温度を40℃とすることにより、ミスト30を加熱して、処理槽201へ導入した場合を示すものである。
“With mist heating” means that the temperature of the heated nitrogen introduced from the
また、「ミスト発生N2流量」は、上記ミスト発生器204による噴霧用窒素の流量であり、単位はリットル/分(L/min)である。処理槽201へ導入されるミスト30の導入量は、この「ミスト発生N2流量」にほぼ比例する。
The “mist generation N 2 flow rate” is a flow rate of atomizing nitrogen by the
また、図5におけるシリコン酸化膜のエッチング速度の単位はnm/minであり、1分間当たりにミストエッチングによって除去されたシリコン酸化膜13の厚さ分を示すものである。
Further, the unit of the etching rate of the silicon oxide film in FIG. 5 is nm / min, which indicates the thickness of the
また、図6におけるシリコン窒化膜のエッチング速度も、その単位はnm/minである。これは、エッチング前のシリコン窒化膜20の厚さから上記水洗工程後において薄くなったシリコン窒化膜20の厚さを差し引くことにより、求められたものであり、実質的には、1分間当たりにミストエッチングによって生成された水溶性物質21の厚さに相当する。
Also, the unit of the etching rate of the silicon nitride film in FIG. 6 is nm / min. This is obtained by subtracting the thickness of the
図5に示されるように、シリコン酸化膜13の場合には、「ミスト室温(白丸プロット)」では「ミスト発生N2流量」すなわちミスト導入量の増加に伴ってエッチング速度が速くなっているが、「ミスト加熱有(白四角プロット)」ではミスト導入量を増加させても、ほとんどエッチング速度は0に近い。
As shown in FIG. 5, in the case of the
それに対して、図6に示されるように、シリコン窒化膜20の場合には、「ミスト室温(白丸プロット)」および「ミスト加熱有(白四角プロット)」の両方において、ほぼ同じように「ミスト発生N2流量」の増加に伴ってエッチング速度が速くなっている。
On the other hand, as shown in FIG. 6, in the case of the
つまり、シリコン酸化膜13の場合、ミスト30の加熱によりミスト30の水分をコントロールして少なくしてやれば、エッチングを抑制することができるが、シリコン窒化膜20の場合、エッチング剤であるフッ酸さえ存在すれば、ミスト30の水分量に関係なく、エッチングを行うことができる。このことは、上記したエッチング反応式にかなうものである。
That is, in the case of the
そして、上記図3に示されるエッチングの例では、シリコン酸化膜13およびシリコン窒化膜20ともに、図5および図6における「ミスト加熱有」の場合を適用しているため、シリコン酸化膜13はエッチングされず、シリコン窒化膜20を選択的にエッチングできる。
In the example of etching shown in FIG. 3, since the case of “with mist heating” in FIGS. 5 and 6 is applied to both the
なお、上記現象を利用すれば、選択エッチングが不要であり、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜の両方をエッチングしてもよい場合には、室温にて水分量の多いミスト30を導入することにより、両方の膜をエッチングすることができる。
If the above phenomenon is used, selective etching is unnecessary, and when both the silicon oxide film and the silicon nitride film may be etched, by introducing a
[効果等]
ところで、本実施形態によれば、フッ酸などのエッチング剤の水溶液であるエッチング液32がミスト30の状態で導入された処理槽201内に、シリコン窒化膜などの被エッチング膜20が形成された基板10を設置し、被エッチング膜20をミスト状態のエッチング液32すなわち上記ミスト30にさらすことにより、被エッチング膜20を水溶性物質21に改質した後、基板10を水41で洗浄して水溶性物質21を除去することにより、被エッチング膜20をエッチングすることを特徴とする基板のエッチング方法が提供される。
[Effects]
By the way, according to the present embodiment, the
本エッチング方法によれば、ミストエッチングを採用しているため、加熱などによる温度制御や噴霧によるミスト径の制御などにより、ミスト30の水分量のコントロールが容易である。
According to this etching method, since the mist etching is adopted, the moisture amount of the
そして、被エッチング膜の材質によっては、当該水分量の多少により、エッチング剤と反応して水溶性物質となったり、ならなかったりするため、この水分量をコントロールすることによって、所望の被エッチング膜20のみを選択的にエッチング剤と反応させ、水溶性物質21に改質することができる。
Depending on the material of the film to be etched, depending on the amount of the moisture, it may or may not become a water-soluble substance by reacting with the etching agent. Only 20 can be selectively reacted with the etching agent to be modified into the water-
そして、被エッチング膜20のうち水溶性物質21となったものが、水41による洗浄によって基板10から除去されるため、被エッチング膜の選択的なエッチングが適切になされる。
Then, since the water-
上記例では、本エッチング方法において、エッチング液のミスト30を窒素などの気体と混合して、処理槽201内に導入している。それによれば、混合される気体を加熱するなどによって当該気体の温度をコントロールすることにより、ミスト30の水分量をコントロールすることができる。
In the above example, in this etching method, the
特に、上記例では、本エッチング方法において、基板10をシリコン酸化膜13と被エッチング膜であるシリコン窒化膜20とが形成されたものとし、エッチング剤はフッ酸とし、気体は加熱された窒素としている。
In particular, in the above example, in this etching method, it is assumed that the
上述したように、シリコン窒化膜20はミスト30の水分量の多少に関わらず、フッ酸によって水溶性物質21に改質され、その後の水洗によりエッチングされるが、シリコン酸化膜13は、ミスト30の水分量が少ないとフッ酸による反応が進行せず水溶性物質にならない。
As described above, the
そのため、エッチング剤としてフッ酸を用い、気体として加熱された窒素を用いれば、フッ酸水溶液からなるミスト30の水分量を極力少ないものにでき、実質的にシリコン窒化膜20のみをフッ酸と反応させて水溶性物質21に改質することができるため、シリコン窒化膜20を被エッチング膜として選択的にエッチングすることができる。
Therefore, if hydrofluoric acid is used as the etching agent and heated nitrogen is used as the gas, the amount of water in the
また、本実施形態のエッチング方法は、ミストエッチングを採用することにより、上述したように、従来のドライエッチングと同様に微細加工に優れたものにできるため、本エッチング方法は、本容量式加速度センサ100のようなマイクロ構造体の加工に対して、好適である。 In addition, as described above, the etching method of this embodiment can be made excellent in microfabrication as in the case of the conventional dry etching by using mist etching. It is suitable for processing a microstructure such as 100.
さらに、本エッチング方法は、上記図9にも示したように、ドライエッチングのような物理的な衝撃を伴わないエッチングメカニズムであるため、エッチング後のSOI基板10の表面荒れを極力抑制することができる。
Furthermore, as shown in FIG. 9 above, this etching method is an etching mechanism that does not involve a physical impact as in dry etching, so that surface roughness of the
また、本実施形態では、ミストエッチングを採用することで、ドライエッチングのような真空設備が不要となり、エッチング剤の使用量をウェットエッチングに比べて大幅に少なくできるため、より安価なエッチング方法にできるというメリットもある。 Further, in this embodiment, by employing mist etching, vacuum equipment such as dry etching is not required, and the amount of etching agent used can be significantly reduced compared to wet etching, so that a cheaper etching method can be achieved. There is also a merit.
このように、本実施形態によれば、基板10に形成された被エッチング膜20のエッチング方法であって、基板表面の荒れを抑制し選択性に優れた安価なエッチング方法を提供することができる。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide an etching method for the
また、上述したが、本実施形態のエッチング方法においては、シリコン窒化膜20は低温プラズマCVD法により形成されたものが好ましいとしている。
As described above, in the etching method of the present embodiment, the
本発明者の実験検討によれば、シリコン窒化膜20の成膜を、低温プラズマCVD(たとえば成膜温度350℃程度)と高温熱CVD(たとえば成膜温度800℃程度)とで行ったところ、低温プラズマCVDによるシリコン窒化膜20の方が、水溶性物質21が生成しやすくエッチング速度が速かった。
According to the inventor's experimental study, when the
このことについて、詳細は不明であるが、形成されたシリコン窒化膜中の水素(H)の量が異なることが関係していると考えられる。具体的には低温プラズマCVDの方が膜中の水素量が多いことから、シリコン窒化膜20の水溶性物質21への改質が行われやすくなっているのではないかと考えられる。
Although details are unknown about this, it is considered that the amount of hydrogen (H) in the formed silicon nitride film is different. Specifically, since the amount of hydrogen in the film is higher in the low temperature plasma CVD, it is considered that the
(他の実施形態)
なお、上記実施形態では、処理槽201にて被エッチング膜の改質を行った後、基板10を処理槽201から取り出して、水槽40にて水洗を行ったが、この水洗はミストエッチング装置200の処理槽201内で行ってもよい。たとえば、処理槽201内に、水供給用のノズルを設ければ、改質工程後において基板10を保持部材202に保持したまま、処理槽201内にて水洗を行える。
(Other embodiments)
In the above embodiment, after the film to be etched is modified in the
また、エッチング液のミスト30と混合されて処理槽201へ導入される気体としては、上記の窒素以外にもヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスなどでもよい。
Further, the gas introduced into the
また、被エッチング膜としては、エッチング液のミストにさらされて水溶性物質になるものであれば、上記したシリコン窒化膜以外のものでもよい。また、選択エッチングの例として、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜との組み合わせを述べたが、これ以外の組み合わせでもよい。 The film to be etched may be other than the above silicon nitride film as long as it becomes a water-soluble substance when exposed to the mist of the etching solution. Further, as an example of selective etching, a combination of a silicon nitride film and a silicon oxide film has been described, but other combinations may be used.
また、基板としては、上記したSOI基板に限定されるものではなく、それ以外のシリコン基板などの半導体基板、さらには、たとえばセラミック、金属、樹脂などの基板でもよい。また、基板としては、単なる板状でなくてもよく、たとえばブロック状など任意の形状でもよい。 Further, the substrate is not limited to the above-described SOI substrate, and may be a semiconductor substrate such as a silicon substrate other than that, or a substrate made of ceramic, metal, resin, or the like. Further, the substrate may not be a simple plate, but may be an arbitrary shape such as a block.
また、本発明は、上記の容量式加速度センサへの適用に限定されるものではなく、基板に形成された被エッチング膜をエッチングする工程を有する構造体であるならば、適用可能である。たとえば、本発明は、角速度センサや圧力センサなど、上記加速度センサと同様のキャビティ加工を行う種々のセンサ装置、さらには、各種の半導体装置などに対して広く適用することができる。 The present invention is not limited to application to the capacitive acceleration sensor described above, and can be applied to any structure having a step of etching a film to be etched formed on a substrate. For example, the present invention can be widely applied to various sensor devices that perform cavity processing similar to the acceleration sensor, such as an angular velocity sensor and a pressure sensor, and various semiconductor devices.
要するに、本発明は、エッチング剤の水溶液がミスト状態で導入された処理槽内に、被エッチング膜が形成された基板を設置し、被エッチング膜をミスト状態の水溶液にさらして被エッチング膜を水溶性物質に改質した後、基板を水で洗浄することにより、被エッチング膜をエッチングすることを要部としたものであり、その他の部分については、適宜変更が可能である。 In short, in the present invention, a substrate on which an etching target film is formed is placed in a processing tank into which an aqueous solution of an etching agent is introduced in a mist state, and the etching target film is exposed to a mist state aqueous solution to make the etching target film water-soluble. The main part is that the film to be etched is etched by washing the substrate with water after the modification to the active substance, and other parts can be appropriately changed.
10…基板としてのSOI基板、13…埋め込み酸化膜としてのシリコン酸化膜、
20…被エッチング膜でありマスクであるシリコン窒化膜、21…水溶性物質、
201…処理槽。
10 ... SOI substrate as substrate, 13 ... Silicon oxide film as buried oxide film,
20 ... Silicon nitride film which is a film to be etched and is a mask, 21 ... Water-soluble substance,
201 ... treatment tank.
Claims (4)
前記基板(10)を水で洗浄することにより、前記被エッチング膜(20)をエッチングすることを特徴とする基板のエッチング方法。 A substrate (10) on which an etching target film (20) is formed is placed in a treatment tank (201) into which an aqueous solution of an etching agent is introduced in a mist state, and the etching target film (20) is placed in the mist state aqueous solution. After the film to be etched (20) is modified to a water-soluble substance (21) by exposing to water,
A method for etching a substrate, comprising: etching the film to be etched (20) by washing the substrate (10) with water.
前記エッチング剤はフッ酸であり、
前記気体は加熱された窒素であり、
前記シリコン窒化膜(20)を前記被エッチング膜として選択的にエッチングすることを特徴とする請求項2に記載の基板のエッチング方法。 The substrate (10) has a silicon nitride film (20) and a silicon oxide film (13) formed thereon,
The etchant is hydrofluoric acid,
The gas is heated nitrogen;
The method for etching a substrate according to claim 2, wherein the silicon nitride film (20) is selectively etched as the film to be etched.
The method for etching a substrate according to claim 3, wherein the silicon nitride film (20) is formed by a low temperature plasma CVD method.
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JP2009071058A (en) * | 2007-09-13 | 2009-04-02 | Oki Electric Ind Co Ltd | Mis-type fet and manufacturing method thereof |
-
2005
- 2005-05-26 JP JP2005154268A patent/JP2006332359A/en not_active Withdrawn
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