JP2009266869A - Fabrication process of silicon structure - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、シリコン構造体の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a silicon structure.
従来から、微小機械部品と電子部品との融合による新しい機能のデバイス(Micro Electro Mechanical System:MEMS)が知られている。MEMSでは、主にシリコン(Si)のウェーハに微小な機械構造物を形成することで、例えば自動車部品(エアーバッグセンサ等)、インクジェットヘッド、画像投影装置等の市場向けの製品が量産されている。MEMSでは、これらのデバイスのさらなる小型・高性能化が求められている。
例えば、加速度センサや角速度センサの力学的検出部は、主に基板上に形成された櫛歯状の梁構造体から構成されている。これらのセンサを小型・高性能化するためには、Si基板のエッチングにより形成される溝の幅や穴の径と深さとのアスペクト比(深さ/溝幅、深さ/穴径)を高くする必要がある。
Conventionally, a device (Micro Electro Mechanical System: MEMS) having a new function by fusing micro mechanical parts and electronic parts is known. In MEMS, products for the market such as automobile parts (airbag sensors, etc.), inkjet heads, image projection devices, etc. are mass-produced mainly by forming minute mechanical structures on silicon (Si) wafers. . In MEMS, there is a demand for further miniaturization and higher performance of these devices.
For example, a mechanical detection unit of an acceleration sensor or an angular velocity sensor is mainly composed of a comb-like beam structure formed on a substrate. To reduce the size and performance of these sensors, increase the width of the groove formed by etching the Si substrate and the aspect ratio (depth / groove width, depth / hole diameter) between the hole diameter and depth. There is a need to.
Si基板にエッチングによって高いアスペクト比の穴や溝を形成するための方法としては、チャンバーに供給する材料ガスをエッチングプロセス毎に切り替える方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1では、(1)異方性の高いプラズマエッチングと、(2)ポリマー系の薄膜堆積と、の2ステップを交互に行うドライエッチング技術が開示されている。
しかしながら、上記従来の技術では、高いアスペクト比を有する多段の溝(トレンチ)や多段の穴(ホール)や、トレンチとホールとを組み合わせた多段構造の凹部を形成する場合には、以下のような課題がある。上記従来の技術では、上記の(1)のエッチング工程と上記の(2)のポリマー堆積工程のバランスの調整が極めて困難である。そのため、製造工程における各種パラメータの調整幅(プロセスマージン)が非常に狭くなり、製造工程の最適化が極めて困難になる。
例えば、Siの基材にエッチングによってホールやトレンチ等の凹部を形成する際に、深さの異なる底面を形成して凹部の内側に段差を形成する場合には、基材の表面からの深さが異なると到達するラジカルやイオンの量が異なってしまう。そのため、(1)の工程におけるエッチングレートや(2)の工程において堆積するポリマーの量は場所(深さ方向の位置)によって異なり、凹部の深さ方向の深い位置に最適な量の薄膜を堆積させるのは極めて困難である。
However, in the conventional technique, when forming a multi-stage groove (trench) having a high aspect ratio, a multi-stage hole (hole), or a multi-stage structure in which a trench and a hole are combined, the following is performed. There are challenges. In the conventional technique, it is extremely difficult to adjust the balance between the etching process (1) and the polymer deposition process (2). Therefore, the adjustment range (process margin) of various parameters in the manufacturing process becomes very narrow, and optimization of the manufacturing process becomes extremely difficult.
For example, when forming recesses such as holes and trenches by etching on a Si base material, the depth from the surface of the base material is formed when a bottom surface having a different depth is formed to form a step inside the recess. If they are different, the amount of reaching radicals and ions will be different. Therefore, the etching rate in the step (1) and the amount of polymer deposited in the step (2) vary depending on the location (position in the depth direction), and an optimum amount of thin film is deposited at a deep position in the depth direction of the recess. It is extremely difficult to do.
また、発明者らは、このような凹部の段差を形成する際に、次のような課題が発生することを見出した。
(2)の工程で凹部の内側面に堆積したポリマーの膜厚が薄過ぎる場合には、(1)の工程でその部分の側壁がテーパ状に形成されてしまう。反対に、(2)の工程で堆積した薄膜の厚さが厚過ぎる場合には、凹部の段差に基材が突起状に残存してしまう。また、(1)の工程で凹部の最深部の底面が荒れた状態になった場合には、(2)の工程で薄膜を堆積させると、凹部の最深部の角の近傍においてポリマーが均一に堆積されず、凹部の内側面も(1)の工程で荒れた状態になってしまう。
したがって、従来の方法では、高アスペクト比の凹部に高い加工精度で段差を形成することが困難であった。
Further, the inventors have found that the following problems occur when forming the step of such a recess.
When the film thickness of the polymer deposited on the inner surface of the recess in the step (2) is too thin, the side wall of the portion is formed in a tapered shape in the step (1). On the other hand, when the thickness of the thin film deposited in the step (2) is too thick, the base material remains in a protruding shape at the step of the recess. In addition, when the bottom surface of the deepest part of the recess becomes rough in the step (1), when the thin film is deposited in the process (2), the polymer is uniformly in the vicinity of the corner of the deepest part of the recess. It is not deposited, and the inner surface of the recess is also roughened in the step (1).
Therefore, with the conventional method, it is difficult to form a step with high processing accuracy in a high aspect ratio recess.
そこで、この発明は、内部に段差を有する高アスペクト比の凹部を高い加工精度で容易に形成することができるシリコン構造体の製造方法を提供するものである。 Therefore, the present invention provides a method for manufacturing a silicon structure, which can easily form a high aspect ratio recess having a step inside with high processing accuracy.
上記の課題を解決するために、シリコンからなる基材に凹部の一部である初期凹部を形成する初期凹部形成工程と、前記初期凹部の内側面に保護膜を形成する保護膜形成工程と、前記内側面の前記保護膜を残存させた状態で、前記初期凹部及び該初期凹部に隣接する周回領域の前記基材を深さ方向に異方性エッチングするエッチング工程と、前記保護膜を除去して前記凹部の全体を形成し、前記凹部の内側に前記深さ方向の段差を形成する保護膜除去工程と、を有することを特徴とする。 In order to solve the above problems, an initial recess forming step of forming an initial recess that is a part of the recess in a base material made of silicon, and a protective film forming step of forming a protective film on the inner surface of the initial recess, An etching step of anisotropically etching the base material in the circumferential region adjacent to the initial recess and the initial recess while the protective film on the inner surface remains, and removing the protective film And forming a step in the depth direction inside the recess, and a protective film removing step.
このように製造することで、まず、基材に凹部の最深部の形状である初期凹部が形成される。次いで、その初期凹部の底面が掘り下げられるとともに、周回領域の基材が新たに掘り下げられ、基材の表面側に凹部の新たな底面が形成される。これにより、深さの異なる底面の間に深さ方向の段差を有する多段状の凹部を形成することができる。
このとき、本発明では、初期凹部の内側面に保護膜が形成され、エッチング工程において初期凹部の内側面が保護される。これにより、エッチング工程において段差がテーパ状になったり、段差に基材が突起状に残存したりすることを防止できる。
したがって、本発明のシリコン構造体の製造方法によれば、高アスペクト比の多段状の凹部を高い加工精度で容易に形成することができる。
By manufacturing in this way, first, an initial concave portion that is the shape of the deepest portion of the concave portion is formed on the base material. Next, the bottom surface of the initial concave portion is dug down, and the base material in the surrounding region is dug down to form a new bottom surface of the concave portion on the surface side of the base material. Thereby, the multistage recessed part which has the level | step difference of a depth direction between the bottom faces from which depth differs can be formed.
At this time, in the present invention, a protective film is formed on the inner surface of the initial recess, and the inner surface of the initial recess is protected in the etching process. Thereby, it can prevent that a level | step difference becomes a taper shape in an etching process, or a base material remains in the shape of a protrusion at a level | step difference.
Therefore, according to the method for manufacturing a silicon structure of the present invention, it is possible to easily form a multi-step concave portion having a high aspect ratio with high processing accuracy.
また、本発明のシリコン構造体の製造方法は、前記保護膜形成工程は、前記初期凹部の前記内側面を酸化してシリコン酸化物からなる前記保護膜を形成することを特徴とする。
また、前記保護膜形成工程は、加熱による熱酸化により行うことを特徴とする。
The method for manufacturing a silicon structure according to the present invention is characterized in that the protective film forming step forms the protective film made of silicon oxide by oxidizing the inner surface of the initial recess.
Further, the protective film forming step is performed by thermal oxidation by heating.
このように製造することで、前の工程で形成された初期凹部の内側面が酸化されて保護膜に加工され、エッチング工程において初期凹部の内側面が保護される。このため、従来よりも凹部の製造工程におけるパラメータ調整等が容易になるだけでなく、保護膜の膜厚を従来のポリマー堆積による薄膜の膜厚よりも均一に形成することができる。これにより、エッチング工程において段差がテーパ状になったり、段差に基材が突起状に残存したりすることを防止できる。
また、保護膜除去工程において、シリコン酸化物とシリコンとの材質の差異を利用して、保護膜を選択的に除去することができる。
また、保護膜の形成を熱酸化により行うことで、保護膜の膜厚の調整を容易にして、凹部の内側面に均一な膜厚の保護膜を形成することができる。
By manufacturing in this way, the inner surface of the initial recess formed in the previous process is oxidized and processed into a protective film, and the inner surface of the initial recess is protected in the etching process. For this reason, not only can the parameter adjustment in the manufacturing process of the recesses be facilitated, but also the protective film can be formed more uniformly than the thin film formed by conventional polymer deposition. Thereby, it can prevent that a level | step difference becomes a taper shape in an etching process, or a base material remains in the shape of a protrusion at a level | step difference.
Further, in the protective film removing step, the protective film can be selectively removed using the difference in material between silicon oxide and silicon.
Further, by forming the protective film by thermal oxidation, it is possible to easily adjust the thickness of the protective film and form a protective film having a uniform thickness on the inner surface of the recess.
また、本発明のシリコン構造体の製造方法は、前記保護膜形成工程は、前記初期凹部の底面及び前記内側面を酸化した後、前記底面に形成された酸化膜を除去することを特徴とする。 In the method for manufacturing a silicon structure according to the present invention, the protective film forming step includes removing the oxide film formed on the bottom surface after oxidizing the bottom surface and the inner side surface of the initial recess. .
このように製造することで、前の工程で形成された初期凹部の内表面を一括して酸化させることが可能になる。したがって、初期凹部の内側面のみを部分的に酸化させて保護膜を形成する場合と比較して、保護膜の形成を容易にすることができる。 By manufacturing in this way, it becomes possible to oxidize the inner surface of the initial recessed part formed at the previous process collectively. Therefore, the protective film can be easily formed as compared with the case where the protective film is formed by partially oxidizing only the inner surface of the initial recess.
また、本発明のシリコン構造体の製造方法は、前記底面の前記酸化膜の除去は、異方性のドライエッチングにより行うことを特徴とする。 The method for producing a silicon structure according to the present invention is characterized in that the removal of the oxide film on the bottom surface is performed by anisotropic dry etching.
このように製造することで、初期凹部の側面に形成された保護膜を残存させ、初期凹部の底面に形成された酸化膜を選択的に除去することができる。 By manufacturing in this way, the protective film formed on the side surface of the initial recess can remain, and the oxide film formed on the bottom surface of the initial recess can be selectively removed.
また、本発明のシリコン構造体の製造方法は、前記保護膜形成工程と前記エッチング工程とをn回行って、前記凹部の内側にn段の段差を形成することを特徴とする。 The method for producing a silicon structure according to the present invention is characterized in that the protective film forming step and the etching step are performed n times to form n steps in the concave portion.
このように製造することで、凹部の内側にn段の段差を有する多段状の凹部を形成することができる。 By manufacturing in this way, it is possible to form a multistage recess having n steps in the recess.
また、本発明のシリコン構造体の製造方法は、前記保護膜除去工程の前に、前記初期凹部の内表面を酸化する凹部酸化工程を有することを特徴とする。 The method for manufacturing a silicon structure according to the present invention is characterized in that the method further includes a recess oxidation step for oxidizing the inner surface of the initial recess before the protective film removal step.
このように製造することで、保護膜除去工程までに初期凹部の内側面や底面が荒れた状態となった場合であっても、その荒れた部分を酸化して保護膜除去工程においてその荒れた部分を除去することができる。
したがって、凹部の内表面の全体を平滑化し、内側に段差を有する凹部を高い加工精度で形成することができる。
By manufacturing in this way, even when the inner side surface and bottom surface of the initial recess are in a rough state by the protective film removing step, the rough portion is oxidized and the roughened portion in the protective film removing step The part can be removed.
Therefore, the entire inner surface of the recess can be smoothed, and a recess having a step inside can be formed with high processing accuracy.
また、本発明のシリコン構造体の製造方法は、前記エッチング工程は、ドライエッチングにより行うことを特徴とする。
また、本発明のシリコン構造体の製造方法は、前記保護膜除去工程は、ウェットエッチングにより行うことを特徴とする。
In the method for producing a silicon structure according to the present invention, the etching step is performed by dry etching.
The method for producing a silicon structure according to the present invention is characterized in that the protective film removing step is performed by wet etching.
このように製造することで、基材をドライエッチングにより深さ方向に選択的にエッチングすることができる。
また、保護膜をウェットエッチングにより選択的に除去することができる。
By manufacturing in this way, the substrate can be selectively etched in the depth direction by dry etching.
Further, the protective film can be selectively removed by wet etching.
また、本発明のシリコン構造体の製造方法は、前記周回領域をハードマスクにより規定することを特徴とする。
また、前記ハードマスクはシリコン酸化物からなることを特徴とする。
Further, the silicon structure manufacturing method of the present invention is characterized in that the circular region is defined by a hard mask.
The hard mask is made of silicon oxide.
このように製造することで、周回領域及び初期凹部の底面以外の領域をハードマスクにより保護した状態で、周回領域及び初期凹部の底面の基材をエッチングすることができる。
また、シリコン酸化物からなるハードマスクを用いることで、異方性のドライエッチングによって基材をエッチングする際に、ハードマスクと基材との選択比を利用して凹部を段階的にエッチングすることができる。したがって、凹部を多段状に形成することが可能となる。また、シリコン酸化物からなるハードマスクを用いることで、保護膜がシリコン酸化物により形成されている場合には、保護膜除去工程と一括してハードマスクを除去することが可能となる。
By manufacturing in this way, the base material on the bottom surface of the circumferential region and the initial recess can be etched in a state where the region other than the circumferential region and the bottom surface of the initial recess is protected by the hard mask.
In addition, by using a hard mask made of silicon oxide, when etching the base material by anisotropic dry etching, the recesses are etched stepwise using the selection ratio between the hard mask and the base material. Can do. Therefore, it becomes possible to form a recessed part in multiple steps. In addition, by using a hard mask made of silicon oxide, when the protective film is formed of silicon oxide, the hard mask can be removed together with the protective film removing step.
また、本発明のシリコン構造体の製造方法は、前記ハードマスクを部分的に除去することにより前記周回領域を規定することを特徴とする。
また、前記ハードマスクを部分的に除去する工程は、前記保護膜形成工程と一括して行うことを特徴とする。
Further, the silicon structure manufacturing method of the present invention is characterized in that the circumferential region is defined by partially removing the hard mask.
In addition, the step of partially removing the hard mask is performed together with the protective film forming step.
このように製造することで、ハードマスクが除去された部分により周回領域を規定することができる。
また、ハードマスクの部分的な除去を保護膜形成工程と一括して行うことで、製造工程を簡略化し、生産性を向上させることができる。特に、保護膜形成工程において凹部の内側面と底面とが一括して酸化され、底面に酸化膜が形成されている場合には、酸化膜の除去とハードマスクの部分的な除去とを一括して行うことができる。これにより、工程数を減少させて生産性を向上させることができる。
By manufacturing in this way, the circulation area can be defined by the portion from which the hard mask has been removed.
Further, by partially removing the hard mask together with the protective film forming step, the manufacturing process can be simplified and the productivity can be improved. In particular, when the inner surface and the bottom surface of the recess are collectively oxidized in the protective film forming step and the oxide film is formed on the bottom surface, the removal of the oxide film and the partial removal of the hard mask are collectively performed. Can be done. Thereby, the number of processes can be reduced and productivity can be improved.
<第一実施形態>
以下、本発明の第一実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各図面では、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材ごとに縮尺を適宜変更している。
本実施形態では、シリコンからなる基材に、内側に段差を有する多段状の凹部(ホール、トレンチ等)を形成し、MEMS(Micro Electro Mechanical System)等の分野で用いられるシリコン構造体を製造する方法について説明する。ここでは、基材をエッチングして内側に段差を有する凹部を備えたシリコン構造体を製造するために、まず、基材の表面に凹部の形状に対応したハードマスクを形成する。
図1(a)〜図1(h)、図2(a)〜図2(e)は、本実施形態のシリコン構造体の製造工程を示す断面図である。
<First embodiment>
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the scale is appropriately changed for each layer and each member so that each layer and each member can be recognized on the drawing.
In the present embodiment, a silicon structure used in a field such as MEMS (Micro Electro Mechanical System) is manufactured by forming multi-stage recesses (holes, trenches, etc.) having steps inside on a substrate made of silicon. A method will be described. Here, in order to manufacture a silicon structure having a recess having a step inside by etching the substrate, first, a hard mask corresponding to the shape of the recess is formed on the surface of the substrate.
1 (a) to 1 (h) and FIGS. 2 (a) to 2 (e) are cross-sectional views showing a manufacturing process of the silicon structure of the present embodiment.
(ハードマスク形成工程)
図1(a)に示すように、シリコンからなる基材1の表面1aに、例えばSiO2等のシリコン酸化物からなるハードマスク2を形成する。ハードマスク2の形成は、例えば、基材1の表面1aを熱酸化させて形成したり、真空蒸着法、スパッタリング法、CVD法等により基材1の表面1aに成膜したりすることができる。
(Hard mask formation process)
As shown in FIG. 1 (a), on the
次に、図1(b)に示すように、ハードマスク2の表面2aにフォトレジスト3を形成する。
次いで、図1(c)に示すように、フォトレジスト3を露光・現像してパターニングし、後述する多段状の凹部4(図2(e)参照)の形成領域4A(凹部形成領域)に対応する領域に開口部31を形成する。
Next, as shown in FIG. 1B, a
Next, as shown in FIG. 1 (c), the
次いで、図1(d)に示すように、ドライエッチングにより開口部31に露出されたハードマスク2をエッチングする。そして、ハードマスク2の膜厚Tを、後述する凹部4の基材1の1段目の底面41b(図2(e)参照)と最深部の底面42bとの深さD1,D2の差に対応した膜厚T1に薄膜化する。ドライエッチングのエッチャント(エッチングガス)としては、例えば、CF系等のガスを用いることができる。
これにより、凹部4の形成領域4Aが規定される。ここで、膜厚T1は、後述する工程により薄膜化される膜厚を考慮して調整する。
Next, as shown in FIG. 1D, the
Thereby, the
次に、図1(e)に示すように、薄膜化したハードマスク2を覆ってフォトレジスト3を再形成する。
次いで、図1(f)に示すように、多段状の凹部4(図2(e)参照)の最深部の底面42bの平面形状に対応して、フォトレジスト3をパターニングして開口部32を形成する。
次いで、図1(g)に示すように、開口部32に露出されたハードマスク2をエッチングして、開口部22を形成する。ハードマスク2のエッチングは、例えば、上述のドライエッチングにより行うことができる。これにより、膜厚がT1に形成された領域が、後述の初期凹部形成工程において形成される初期凹部4a(図2(a)参照)に隣接する周回領域4Rとして規定される。
Next, as shown in FIG. 1E, a
Next, as shown in FIG. 1 (f), the
Next, as shown in FIG. 1G, the
次に、図1(h)に示すように、フォトレジスト3を除去する。
以上により、基材1の表面1aの凹部4の形成領域4Aに凹部4の最深部の形状に対応した開口部22を有するハードマスク2が形成される。また、凹部4の最深部の底面42bの平面形状に対応した開口部22と、底面41bと底面42bの深さD1,D2との差に対応した膜厚T1を有する多段状のハードマスク2が形成される。また、ハードマスク2により凹部4の形成領域4Aと周回領域4Rが規定される。
Next, as shown in FIG. 1H, the
Thus, the
(初期凹部形成工程)
次に、図2(a)に示すように、ハードマスク2の開口部22を介して基材1をエッチングして、基材1に凹部4の一部である初期凹部4aを形成する。ここでは、例えばSF6等のフッ素系のガスと酸素を用いたエッチングステップと、C4F8ガスを用いたポリマー堆積ステップとによる異方性のドライエッチングにより初期凹部4aを形成する。このとき、ドライエッチングの条件によっては、ハードマスク2もエッチングされて膜厚T,T1が若干、薄膜化される場合がある。
ここで、ハードマスク2の膜厚T1は、後述する保護膜形成工程において初期凹部4aの底面42bに形成される酸化膜5b(図2(b)参照)の膜厚tとの関係を考慮して、例えば膜厚tとの差が大きくなりすぎないように調整する。
(Initial recess formation process)
Next, as shown in FIG. 2A, the
Here, the film thickness T1 of the
(保護膜形成工程)
次に、図2(b)に示すように、初期凹部4aの内側面42aと底面42bとを含む内表面を酸化して保護膜5a及び酸化膜5bを形成する。初期凹部4aの内表面の酸化は、例えば初期凹部4aの内表面を高温に加熱して酸化する熱酸化により行うことができる。保護膜5a及び酸化膜5bの膜厚tは、熱酸化における温度や加熱時間等を調整することにより制御することができる。
(Protective film formation process)
Next, as shown in FIG. 2B, the
次いで、図2(c)に示すように、初期凹部4aの底面42bに形成された酸化膜5bを除去する。このとき、基材1の表面1aのハードマスク2も一括してエッチングすることで、ハードマスク2の膜厚T,T1を減少させ、膜厚T1に薄膜化された薄膜部を除去する。このような底面42bの酸化膜5bの除去及びハードマスク2の薄膜部の除去は、例えば異方性のドライエッチングにより行うことができる。
以上により、初期凹部4aの内表面(内側面42a及び底面42b)が酸化(加工)され、内側面42aに保護膜5aが形成される。また、初期凹部4aの底面42b及び凹部4の形成領域4Aの基材1の表面1aが、酸化膜5b及びハードマスク2からそれぞれ露出される。
Next, as shown in FIG. 2C, the
As described above, the inner surface (the
(エッチング工程)
次に、図2(d)に示すように、上記の工程で形成した保護膜5aを残存させた状態で、露出された初期凹部4aの底面42bと、初期凹部4aに隣接する周回領域4Rの基材1の表面1aとを上述の異方性のドライエッチングによりエッチングする。そして、表面1aからの深さD1が底面42bの深さD2と異なる新たな底面41bを形成する。ここでは、基材1のエッチングは、ハードマスク2を介して異方性のドライエッチングにより行う。
なお、上述のエッチングでは、底面41bの深さD1方向の位置が、保護膜5aの末端(初期凹部4aの最深部側の端部)と略一致するように行う。
(Etching process)
Next, as shown in FIG. 2D, the exposed
Note that the above-described etching is performed so that the position of the
(保護膜除去工程)
次に、図2(e)に示すように、上述の工程で残存させた保護膜5aと、基材1の表面1aのハードマスク2を一括して除去する。これにより、凹部4の全体の形状が形成され、凹部4の内側の深さの異なる底面41b,42bの間に深さD1,D2方向の段差41gが形成される。ここでは、保護膜5a及びハードマスク2の除去は、エッチング液を用いたウェットエッチングにより行う。
以上の工程により、基材1の凹部4の形成領域4Aに、基材1の表面1aからの深さD1,D2が異なる底面41b,42bの間に段差41gを有する多段構造の凹部4が形成される。
(Protective film removal process)
Next, as shown in FIG. 2E, the
Through the above steps, the multi-step recess 4 having a
次に、本実施形態の作用について説明する。
本実施形態の製造方法では、図2(a)に示すように基材1に凹部4の一部である初期凹部4aが形成され、図2(d)に示すようにその初期凹部4aの底面42bが掘り下げられるとともに、初期凹部4aに隣接する周回領域4Rの基材1が新たに掘り下げられて、底面42bの深さD2よりも浅い深さD1(基材の表面側)に新たな底面41bが形成される。
Next, the operation of this embodiment will be described.
In the manufacturing method of the present embodiment, an initial
このとき、図2(c)に示すように初期凹部4aの内側面42aを酸化することでシリコン酸化物からなる保護膜5aが形成される。したがって、保護膜5aの膜厚tを従来のポリマーの膜厚よりも均一に形成することができる。また、保護膜5aにより、内側面42aが横方向(深さD1,D2方向と垂直な方向)にエッチングされることを防止できる。
At this time, as shown in FIG. 2C, the
また、底面42bを掘り下げる際に内側面42aのポリマーを堆積させる深さD2方向の範囲が狭くなる。したがって、従来よりも異方性のドライエッチングのポリマー堆積ステップにおけるパラメータ調整等が容易になる。
Further, when the
ここで、図4(a)〜(b)及び図5(a)〜(c)に、従来の製造方法の問題点を説明する断面図を示す。図4(a)は、従来の製造方法により形成した凹部40の模式的な断面図であり、図4(b)は図4(a)のB部の拡大図である。
図4(a)及び図4(b)に示すように、従来の製造方法では、凹部40の内側面402aの段差Gの近傍に凹凸が形成され、内側面402aの凸部402cの影響により、内側面402aへのポリマーの堆積が阻害される場合がある。このような場合には、凹部40の段差Gの近傍の内側面402aに薄膜が形成されなかったり、その部分の薄膜の膜厚が薄くなったりしてしまう場合がある。
Here, FIGS. 4A to 4B and FIGS. 5A to 5C are cross-sectional views for explaining the problems of the conventional manufacturing method. 4A is a schematic cross-sectional view of a
As shown in FIG. 4A and FIG. 4B, in the conventional manufacturing method, unevenness is formed in the vicinity of the step G on the
また、従来の製造方法では、凹部40の最深部の形状を形成した後、凹部40の最深部の底面402bと、基材10の凹部形成領域40Aとを一括してエッチングする際に、凹部の最深部におけるポリマーを堆積させる深さ方向の範囲が大きくなる。そのため、ポリマーを堆積させる工程における各種パラメータの調整幅(プロセスマージン)が非常に狭くなり、薄膜の膜厚を均一にすることが非常に困難である。
Further, in the conventional manufacturing method, after forming the shape of the deepest portion of the
その結果、凹部40の内側面402aの段差Gの近傍に堆積した薄膜の膜厚が薄過ぎる場合には、横方向(深さ方向と垂直な方向)にエッチングが進行し、図5(a)に示すように凹部40の段差Gの角Cがエッチングされる。そして、凹部40の最深部の内側面402aがテーパ状に形成されてしまう。
As a result, when the film thickness of the thin film deposited in the vicinity of the step G on the
反対に、凹部40の内側面402aの薄膜の膜厚が厚過ぎる場合には、図4(b)に示すように凸部402cの影となった部分が、異方性のドライエッチングのエッチングステップにおいて残存する場合がある。このような場合には、図5(b)に示すように、凹部40の段差Gに基材10が突起状に残存してしまう。
On the other hand, when the film thickness of the
また、図5(c)に示すように、エッチングによって凹部40の最深部の底面402bが荒れた状態になった場合には、薄膜を堆積させる工程において凹部40の最深部の角Cb(底面402bと内側面402aとの境界)の近傍においてポリマーが均一に堆積されず、エッチングにより凹部40の最深部の内側面402aも荒れた状態になってしまう。
Further, as shown in FIG. 5C, when the
ここで、図3は、本実施形態の製造工程を模式的に示す断面図であり、(a)は初期凹部形成工程を、(b)は保護膜形成工程を、(c)はエッチング工程を示している。
本実施形態では、図3(a)に示すように、初期凹部形成工程において基材1に初期凹部4aを形成し、図3(b)に示すように、初期凹部4aの内表面(内側面42a,底面42b)を酸化(加工)することでシリコン酸化物からなる保護膜5aが形成されている。
Here, FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the manufacturing process of the present embodiment, where (a) shows an initial recess forming process, (b) shows a protective film forming process, and (c) shows an etching process. Show.
In the present embodiment, as shown in FIG. 3 (a), the
そのため、保護膜5aの膜厚tを従来のポリマーの膜厚よりも均一に形成することができる。また、図3(c)に示すように、初期凹部4aの内側面42aに保護膜5aを残存させた状態で、初期凹部4aの底面42bと周回領域4Rの基材1の表面1aを深さD1,D2方向にエッチングすることで、凹部4の深い部分と浅い部分とを分離してエッチングすることができる。さらに、保護膜5aにより内側面42aが横方向(深さD1,D2と垂直な方向)にエッチングされることを防止できる。
これにより、図2(e)に示すように凹部4の深い部分の内側面42aがテーパ状になることを防止できる。また、図2(e)に示すように、保護膜除去工程において突起状に残存した保護膜5aを取り除くことで、段差41gに基材1が突起状に残存することを防止できる。
Therefore, the film thickness t of the
Thereby, as shown in FIG.2 (e), it can prevent that the
したがって、本実施形態のシリコン構造体の製造方法によれば、高アスペクト比の多段状の凹部4を高い加工精度で容易に形成することができる。
また、初期凹部4aの内表面(内側面42a,底面42b)を一括して酸化させることで、初期凹部4aの内側面42aのみを部分的に酸化させて保護膜5aを形成する場合と比較して、保護膜5aの形成を容易にすることができる。
Therefore, according to the method for manufacturing the silicon structure of the present embodiment, the multi-step concave portion 4 having a high aspect ratio can be easily formed with high processing accuracy.
Also, the inner surface (
また、初期凹部4aの内側面42aを酸化(加工)してシリコン酸化物からなる保護膜5aを形成することで、保護膜除去工程においてシリコン酸化物とシリコンとの材質の差異を利用して、保護膜5aを選択的に除去することができる。
また、熱酸化により保護膜5aを形成することで、保護膜5aの膜厚tの調整を容易にして、凹部4の内側面42aに均一な膜厚tの保護膜5aを形成することができる。
Further, by oxidizing (processing) the
Further, by forming the
また、初期凹部4aの内側面42aと底面42bとを酸化させて保護膜5aと酸化膜5bとをそれぞれ形成した後、異方性のドライエッチングにより酸化膜5bをエッチングしている。これにより、初期凹部4aの内側面42aに形成された保護膜5aを残存させ、初期凹部4aの底面42bに形成された酸化膜5bを選択的に除去することができる。
Further, after oxidizing the
さらに、保護膜形成工程において、初期凹部4aの底面42bに形成された酸化膜5bと一括してハードマスク2の膜厚T1の部分を除去することで、製造工程を簡略化し、工程数を削減して生産性を向上させることができる。
また、基材1のエッチングを異方性のドライエッチングにより行うことで、基材1を深さ方向に選択的にエッチングすることができる。
Further, in the protective film forming process, the manufacturing process is simplified and the number of processes is reduced by removing the portion of the thickness T1 of the
Moreover, the
また、エッチング工程をシリコン酸化物からなるハードマスク2を介して行うことで、異方性のドライエッチングによって基材1をエッチングする際に、ハードマスク2と基材1との選択比により凹部4を段階的にエッチングすることができる。したがって、凹部4を多段状に形成することが可能となる。
In addition, by performing the etching process through the
また、シリコン酸化物からなるハードマスク2を用いることで、保護膜5aがシリコン酸化物により形成されている場合には、保護膜除去工程において一括してハードマスク2を除去することが可能となる。この際、保護膜除去工程をウェットエッチングにより行うことで、基材1にほぼ影響を与えることなく保護膜5aとハードマスク2とを一括して選択的に除去することができる。
Further, by using the
以上説明したように、本実施形態のシリコン構造体の製造方法によれば、内側に段差41gを有する高アスペクト比の凹部4を高い加工精度で容易に形成することができる。
したがって、内側に複数の段差を有する多段のトレンチ、多段のホールや、トレンチとホールの組合せの構造等の複雑な構造においても、高い加工精度で安定的にシリコンを加工できる。
As described above, according to the silicon structure manufacturing method of the present embodiment, the high aspect ratio concave portion 4 having the
Therefore, silicon can be stably processed with high processing accuracy even in a complicated structure such as a multi-stage trench having a plurality of steps inside, a multi-stage hole, or a combination of a trench and a hole.
また、凹部4の形状が崩れたり、不安定な形状になったりすることを防止することができるため、再現性の良好なシリコンの加工が可能になる。さらに、エッチング工程におけるプロセスの変動(製造に影響するパラメータ等の変動)を最小限にすることができるため、大きなプロセスマージン(製造工程におけるパラメータの変動幅)を確保することができる。加えて、高い加工精度で安定してシリコンを加工できることにより、MEMSの小型・高性能化、高信頼性化を実現することができる。 In addition, since the shape of the concave portion 4 can be prevented from collapsing or becoming an unstable shape, silicon with good reproducibility can be processed. Furthermore, since process variations (variations in parameters and the like affecting production) in the etching process can be minimized, a large process margin (variation width of parameters in the production process) can be ensured. In addition, since silicon can be processed stably with high processing accuracy, the MEMS can be reduced in size, performance, and reliability.
<第二実施形態>
次に、本発明の第二実施形態について、図1及び図2を援用して説明する。本実施形態では、凹部4の内側に2段以上のn段の段差41g,42g,…,4ngを形成する点で、上述の第一実施形態で説明したシリコン構造体の製造方法と異なっている。その他の点は第一実施形態と同様であるので、同一の部分には同一の符号を付して説明は省略する。
<Second embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment differs from the silicon structure manufacturing method described in the first embodiment in that two or
(ハードマスク形成工程)
本実施形態のシリコン構造体の製造方法では、第一実施形態において説明したハードマスク形成工程においてハードマスク2に初期凹部4aの底面の平面形状に対応する開口部を形成するとともに、深さの異なる各底面の深さに応じた多段状に形成する。
すなわち、図1(a)〜図1(d)に示すように、ハードマスク2の凹部4の形成領域4Aを、最も浅い位置に形成される底面41bの深さD1と凹部4の最深部の底面4xbの深さDxとの差に対応した膜厚T1(一段目)に薄膜化する。次に、図1(e)に示すようにフォトレジスト3を再形成した後、図1(f)に示すように、底面41bよりも1段深い位置に形成する底面42bの平面形状に応じてフォトレジスト3を開口させる。そして、開口部32に露出されたハードマスク2を、底面42bと凹部4の最深部の底面4xbとの深さD2,Dxの差に応じた膜厚T2(二段目)に薄膜化する(図示略)。
(Hard mask formation process)
In the method for manufacturing a silicon structure according to the present embodiment, the opening corresponding to the planar shape of the bottom surface of the
That is, as shown in FIGS. 1A to 1D, the formation region 4 </ b> A of the concave portion 4 of the
これを繰り返すことで、凹部4の最深部の底面4xbよりも、1段浅い位置に形成する底面4nbの平面形状に対応する領域を、底面4xb,4nbの深さDx,Dnの差に対応する膜厚Tn(n段目)まで薄膜化する(図示略)。これにより、ハードマスク2の凹部4の形成領域4Aの膜厚T1,T2,…,Tnを、各底面41b,42b,…,4nb,4xbの間の深さD1,D2,…,Dn,Dxの差に応じたn段の多段状の膜厚に形成する。
By repeating this, a region corresponding to the planar shape of the bottom surface 4nb formed at a position shallower by one step than the bottom surface 4xb of the deepest portion of the recess 4 corresponds to the difference between the depths Dx and Dn of the bottom surfaces 4xb and 4nb. The film thickness is reduced to a film thickness Tn (nth stage) (not shown). Thereby, the film thickness T1, T2,..., Tn of the
そして、多段状に形成されたハードマスク2を覆うフォトレジスト3を、図1(f)に示すように、初期凹部4aの最初に形成する底面4xbの平面形状に対応して開口させ、開口部3xを形成する(図示略)。
次いで、図1(g)に示すように、ハードマスク2を開口させて最初に形成する初期凹部4aの底面4xbの平面形状に対応する開口部2xを形成し(図示略)、図1(h)に示すようにフォトレジスト3を除去する。
これにより、凹部4の形成領域4Aに、凹部4の最深部の底面4xbの平面形状に対応する開口部2xを有するとともに、多段状の凹部4の各底面41b,42b,…,4nb,4xbの間の深さD1,D2,…,Dn,Dxの差に応じた、n段の多段状の膜厚T1,T2,…,Tnを有するハードマスク2が形成される(図示略)。
Then, as shown in FIG. 1 (f), a
Next, as shown in FIG. 1G, an opening 2x corresponding to the planar shape of the bottom surface 4xb of the
As a result, the
(初期凹部形成工程)
次いで、図2(a)に示すように、n段の多段状の膜厚T1,T2,…,Tnを有するハードマスク2の開口部2xを介して、第一実施形態と同様に基材1をエッチングして、基材1に凹部4の最深部の形状に対応する初期凹部4aを形成し、底面4xbを形成する(図示略)。
(Initial recess formation process)
Next, as shown in FIG. 2A, the
(保護膜形成工程)
次に、図2(b)に示すように、第一実施形態と同様に初期凹部4aの内側面4xaと底面4xbとを含む内表面を酸化して保護膜5aを形成する。
次いで、図2(c)に示すように、第一実施形態と同様に初期凹部4aの底面4xbに形成された酸化膜5bを除去するとともに、ハードマスク2の膜厚T1,T2,…,Tnを減少させ、初期凹部4aの底面4xbとそれよりも1段浅い底面4nbとの間の深さDx,Dnの差に対応する膜厚Tnに形成された部分を除去する。
(Protective film formation process)
Next, as shown in FIG. 2B, the
Next, as shown in FIG. 2C, the
(エッチング工程)
次に、図2(d)に示すように、第一実施形態と同様に保護膜5aを残存させた状態で、露出された初期凹部4aの底面4xbとそれよりも1段浅い底面4nbに対応する周回領域4Rの基材1とをエッチングする。
本実施形態では、この保護膜形成工程とエッチング工程とを、この順で2回以上n回繰り返し行って、初期凹部4aの底面41b,42b,…,4nb,4xbを2段以上n段の多段状に形成する。
(Etching process)
Next, as shown in FIG. 2D, the exposed bottom surface 4xb of the
In the present embodiment, the protective film forming step and the etching step are repeated twice or more and n times in this order, so that the bottom surfaces 41b, 42b,. To form.
(凹部酸化工程)
また、本実施形態では、初期凹部4aの底面41b,42b,…,4nb,4xbをn段の多段状に形成した後、第一実施形態で説明した保護膜除去工程の前に、初期凹部4aの内表面を酸化する。
すなわち、図2(d)に示すように、初期凹部4aの底面41b,42b,…,4nb,4xbをエッチングにより深さD1,D2,…,Dn,Dxの異なる多段状に形成した後、初期凹部4aの内側面41a,42a,…,4xa及び底面41b,42b,…,4nb,4xb(内表面)を酸化して初期凹部4aの内表面全体に保護膜5a及び酸化膜5bと同様の酸化膜を形成する(図示略)。
(Recess oxidation process)
Further, in this embodiment, after the bottom surfaces 41b, 42b,..., 4nb, 4xb of the
That is, as shown in FIG. 2D, after the bottom surfaces 41b, 42b,..., 4nb, 4xb of the
(保護膜除去工程)
そして、図2(e)に示すように、第一実施形態と同様に、上述の工程で残存させた保護膜5aと、基材1の表面1aのハードマスク2とを一括して除去する。このとき、上述の凹部酸化工程により形成された初期凹部4aの内表面の酸化膜も除去されて凹部4の全体の形状が形成される。
以上の工程により、基材1の凹部4の形成領域4Aに、基材1の表面1aからの深さD1,D2,…,Dn,Dxが異なる底面41b,42b,…,4nb,4xbが形成され、各底面41b,42b,…,4nb,4xbの間に段差41g,42g,…,4ngを有するn段の多段状の凹部4が形成される。
(Protective film removal process)
Then, as shown in FIG. 2E, as in the first embodiment, the
Through the above steps, bottom surfaces 41b, 42b,..., 4nb, 4xb having different depths D1, D2,..., Dn, Dx from the
次に、本実施形態の作用について説明する。
本実施形態では、上述の第一実施形態の効果に加え、上述のように保護膜形成工程とエッチング工程とをn回行うことで、凹部4の内側をn段の多段状に形成することができる。
また、エッチング工程までの工程により、初期凹部4aの内側面41a,42a,…,4na,4xaや底面41b,42b,…,4nb,4xbが荒れた状態となった場合であっても、凹部酸化工程によりその荒れた部分を酸化し、保護膜除去工程においてその荒れた部分を除去することで、凹部4の内表面を平滑化することができる。
Next, the operation of this embodiment will be described.
In the present embodiment, in addition to the effects of the first embodiment described above, the protective film forming step and the etching step are performed n times as described above, so that the inside of the recess 4 can be formed in an n-stage multistage shape. it can.
Further, even if the
また、凹部酸化工程により初期凹部4aの内表面を酸化することで、深さD1,D2,…,Dn,Dxが異なる底面41b,42b,…,4nb,4xbを形成する際に、保護膜5aの下端と各底面41b,42b,…,4nbの深さD1,D2,…,Dn方向の位置とが多少ずれた場合であっても、そのずれによる段差や突起等を酸化させて除去し、凹部4の内表面を平坦化することができる。
したがって、凹部4の内表面の全体を平滑化し、多段状の凹部4を高精度に形成することができる。
Further, when the
Therefore, the entire inner surface of the recess 4 can be smoothed, and the multistage recess 4 can be formed with high accuracy.
尚、この発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、ハードマスクはシリコン酸化物ではなく、シリコン窒化物により形成してもよい。また、保護膜も凹部の内表面を窒化してシリコン窒化物により形成してもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, the hard mask may be formed of silicon nitride instead of silicon oxide. The protective film may also be formed of silicon nitride by nitriding the inner surface of the recess.
また、上述の実施形態では、多段状のハードマスクを用いて基材をエッチングすることで多段状の凹部を形成したが、ハードマスクは多段状のものに限られない。例えば、均一な膜厚のハードマスクを用いて凹部の最深部の底面を形成し、凹部の内側面に保護膜を形成した後、最深部の底面よりも1段浅い底面の形状に合わせた開口部を有するマスクを介して、凹部の底面と凹部の形成領域の基材とをエッチングしてもよい。 Further, in the above-described embodiment, the multistage recess is formed by etching the base material using a multistage hard mask, but the hardmask is not limited to the multistage. For example, after forming the bottom surface of the deepest portion of the recess using a hard mask having a uniform film thickness and forming a protective film on the inner surface of the recess, the opening is adjusted to the shape of the bottom surface one step shallower than the bottom surface of the deepest portion You may etch the bottom face of a recessed part and the base material of the formation area of a recessed part through the mask which has a part.
また、保護膜形成工程において、凹部の内表面に保護膜を形成し、ドライエッチング等により底面の保護膜が除去されたときに、凹部の形成領域のハードマスクが基材の表面に残っている場合には、その部分をウェットエッチング等により除去してもよい。
また、第二実施形態において説明した凹部酸化工程は、第一実施形態においても行うことができる。
また、上述の実施形態では、凹部内側の段差が階段状に形成されている場合について説明したが、凹部内側の段差は、浅い部分と深い部分が交互に形成された凹凸状であってもよい。
Also, in the protective film forming step, when the protective film is formed on the inner surface of the recess and the bottom protective film is removed by dry etching or the like, the hard mask in the recess forming region remains on the surface of the base material In that case, the portion may be removed by wet etching or the like.
Moreover, the recessed part oxidation process demonstrated in 2nd embodiment can be performed also in 1st embodiment.
Further, in the above-described embodiment, the case where the step inside the recess is formed in a step shape has been described, but the step inside the recess may be an uneven shape in which shallow portions and deep portions are alternately formed. .
1 基材、4 凹部、4a 初期凹部、4A 形成領域(凹部形成領域)、4E 周回領域、41a,42a,4na,4xa 内側面(内表面)、41b,42b,4nb,4xb 底面(内表面)、41g,42g,4ng 段差、5a 保護膜、5b 酸化膜
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記初期凹部の内側面に保護膜を形成する保護膜形成工程と、
前記内側面の前記保護膜を残存させた状態で、前記初期凹部及び該初期凹部に隣接する周回領域の前記基材を深さ方向に異方性エッチングするエッチング工程と、
残存させた前記保護膜を除去して前記凹部の全体を形成し、前記凹部の内側に前記深さ方向の段差を形成する保護膜除去工程と、
を有することを特徴とするシリコン構造体の製造方法。 An initial recess forming step for forming an initial recess that is a part of the recess in a base material made of silicon;
A protective film forming step of forming a protective film on the inner surface of the initial recess;
An etching step of anisotropically etching the base material in the circumferential region adjacent to the initial concave portion and the initial concave portion with the protective film on the inner surface remaining, and
Removing the remaining protective film to form the whole of the recess, and a protective film removing step of forming a step in the depth direction inside the recess;
A method for producing a silicon structure, comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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