JP2666465B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置の製造方法、特に異方性エッチン
グを利用した半導体装置の製造方法に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

力学量を測定するために、各種のセンサが作製されて
おり、その中に、半導体加速度センサがある。半導体加
速度センサが他のセンサと構造を異にしている点は、こ
のセンサが重りを内蔵していることにある。一般に加速
度の検出は力学の法則であるＦ＝Ｍαの式を利用して行
われる。この性質に従って内蔵された重りによって加速
度を力に変換し、更にピエゾ抵抗効果によって電気信号
に変換する方式が用いられている。

従来、重りを作製する方法として、基板であるシリコ
ンを直接用いる方法、さらにその上に金属を付着させて
重さを増加させて用いる方法などがある。この場合、重
りは、シリコン基板をメサ状にエッチングすることによ
って作製される。そのため、適当な大きさの面積を持つ
エッチング用のマスクを用いてエッチングを行い、シリ
コンの重りを残していた。

一般に重りの重さは、センサの動特性を決定するため
大きさを正確に定める必要がある。正確に構造物の大き
さを定めたい場合には、異方性エッチングが用いられ
る。このエッチングは、水酸化カリウム、ヒドラジン、
EDPなどの溶液を用いて行われ、通常80から90度近辺の
温度にて行われる。異方性エッチング法を用いると、酸
化膜などより成るエッチングマスクパターン＜111＞軸
に平行に書く限りにおいて、正確にマスクパターンの外
をエッチングし、内側は残すということが原理的に可能
である。

しかし実際には、マスクパターン周囲をエッチングし
メサ状の形状を残す場合には、上記方法では種々の好ま
しくないサイドエッチングが起こる。正確なエッチング
を行うために、従来では、作製に用いられる基板の面方
位が（100）に対しては、刊行物「TRANSDUCERS'87予稿
集」のp126に記載されているように、補正法が考え出さ
れている。

この補正法は、第２図に示すように、最終的に目的と
する形状パターンと同じ形状の基本マスクパターン11の
各頂点に三角形のエッチングマスク12を更に付属させ
て、エッチング用の補正マスクパターンとしている。そ
のようにすると、エッチングの進行と共に補正マスク12
の突起部分の先端および周辺からエッチングが進行し、
ある時間の経過後に目的とする最初の形状パターンに戻
るため、ほぼ所望のエッチング形状を得ることができる
という原理に基づいている。

上記のように、（100）基板を用いた場合には＜212＞
方向からオーバーエッチングが進行するため、（210）
面に平行なラインを利用してエッチングの補正を行って
いる。

しかし、シリコンの基板として（110）面を主面に持
つ基板を用いてデバイスを作製した例は非常に少なく、
それに対応するエッチング形状最適化のための補正マス
クパターンは存在していなかった。

〔発明が解決しようとする課題〕

溶液を用いた異方性エッチングにおいて、（111）面
は異方性エッチング液の性質のためにエッチングされず
に残る性質を持つので、島状のエッチング形状を残した
い場合には、島の辺が（111）面上に在るように設計し
ておけば、（111）面に属する辺はエッチングされない
でメサ状の高造物が残るはずである。しかし、（111）
面と（111）面の接する点の原子は、どの面方位にも属
しているため、（111）面に特有な不動態化が起こら
ず、マスクパターンの頂点からエッチングが始まってし
まい、徐々にオーバーエッチングが進行する。結果的に
マスクの形状とは全く異なったエッチング形状となり、
所望の形状が得られないという問題が存在した。

また、種々の形状に対してオーバーエッチングを見越
して、適当な形状を持ったマスクパターンを求めること
は、非常に困難を伴う。

また、単純に比例拡大したマスクを用いると、エッチ
ング形状が斜めに傾き非常に汚くなるといった欠点があ
った。

本発明の目的は、（110）面を主面に持つ単結晶シリ
コン基板に異方性エッチングによって所望のメサ形状を
得る、半導体装置の製造方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、（100）面を主面に持つ単結晶シリコンか
ら成る半導体装置の製造方法において、基本マスクパタ
ーンの辺が（111）面と平行になるように設置された目
的とするエッチング形状を定める基本マスクパターン
と、この基本マスクパターンの少なくとも１つの頂点に
接続され、前記単結晶シリコンの（111）面に平行な辺
を有する補正マスクパターンとから成るマスクパターン
を、単結晶シリコン基板上に形成した後、異方性エッチ
ングを施し、前記目的とするエッチング形状を得ること
を特徴とする。

〔作用〕

シリコンの単結晶にはアルカリ系のエッチング溶液で
エッチングを行った際に、（111）面と他の結晶面では
エッチング速度が非常に異なり、（111）面はエッチン
グを殆ど受けることなく残るという性質がある。その理
由については諸説入り乱れているが、Siの（111）結晶
面は原子密度の最高に高い面であり、非常に化学活性が
高いため、その表面に容易に不動態層が形成されるため
であると、ここでは考えておく。

（110）配向の半導体基板を用いた場合には、エッチ
ング用のマスクの辺が（111）面と平行になるように設
置すると、他の部分がエッチングによって削り取られて
行くにも拘わらず、その＜111＞軸で囲まれた領域は変
化せず、その辺の外側に垂直なエッチング面が形成され
るという性質がある。よって、その方向に平行で僅かに
間隙を設けた構造のエッチングマスクを設けてエッチン
グを施せば、非常に高い精度で深い溝を形成することが
可能である。また、必要とされるエッチングの形状が、
周辺をエッチングしてメサの様な台状の構造物を残す場
合には、台を成している平行四辺形の頂点の原子は全て
の面方位に属していると考えられ、（111）面とは異な
った面方位よりエッチングが進行し、結果的に（111）
面と平行な辺もエッチングされてしまう現象が起こる。
しかし、基礎的な実験より、（111）面に平行な辺の部
分は、その辺に属する頂点部分がエッチングされない限
り、残り続けることを見出した。

補正マスクパターンが、一定の幅を持つ同じ構造の延
長物であれば、エッチングの開始からの時間に拘わらず
補正マスクパターンが一定距離削り取られるのに必要と
される時間が一定である。よって、メサ形状を得るため
に必要とされる時間に補正マスクパターンがエッチング
される速度を掛けた値に等しい長さを補正マスクパター
ンに持たせることによって、特定の時間が過ぎた後に所
望のエッチング形状を残すことが可能となる。また、こ
の方法で得られたエッチング形状は、補正を行って余分
な形が初期状態にあるにも拘わらず、目的形状と全く同
じ物を作製することが可能であり、得られる面は非常に
垂直である。

〔実施例〕

第１図は、本発明の第１の実施例において用いられる
マスクパターンの形状を表している。

この実施例では、エッチングで作製される形状は、菱
形を例にとっている、マスクパターンは、この菱形のエ
ッチング形状と同一形状の基本マスクパターン１と、補
正マスクパターン２とから成っている。このような形状
を有し、酸化シリコンより成るマスクパターンを、（11
0）面を主面に持つ単結晶シリコン基板上に形成する。
このとき、基本マスクパターン１の各辺２は、（111）
面と平行になるように設置される。

一方、補正マスクパターン５は、基本マスクパターン
１の４つの頂点に接続された、それぞれ２つの細長平行
四辺形の補正マスク３から構成されている。この補正マ
スク３の各辺は、単結晶シリコン基板の（111）面に平
行であり、補正マスクはそれぞれ同じ幅、同じ長さを有
している。

次に、水酸化カリウム、ヒドラジン、EDPなどの溶液
を用いて異方性エッチングを施す。この異方性エッチン
グでは、基本マスクパターン１に細長平行四辺形状の補
正マスク３が余分に取り付けられているので、任意のエ
ッチング時間が過ぎた後に得られるエッチング形状を、
最初に作製を意図した四辺形すなわち菱形にすることが
可能である。

実際に異方性エッチングを実行する場合には適当に予
備実験を行って、最適な補正マスク３の長さと幅を決定
する。通常、エッチング速度は温度条件が一定に管理さ
れていれば、一定の値に保たれるため、最終的形状を得
るために必要とされる時間に一致した長さの補正マスク
を設ければ、良い結果が得られる。補正マスク３の幅が
非常に細い場合には、幅の広さにほぼ比例してエッチン
グ速度が変化する性質がある。その性質を用いることも
可能であり、エッチング時間の長い場合には太く長く
し、短い場合にはその逆に細く短くする。

次に、本発明の第２の実施例を説明する。第３図は、
本実施例において用いられるマスクパターンの形状を表
している。

この実施例では、エッチングの補正マスクパターン
が、できるだけ外側に広がらないように、狭い場所を用
いて、できるだけエッチング時間が長くできることを意
図して設計されている。すなわち菱形の基本マスクパタ
ーン１の各頂点に接続して形成された菱形枠状の補正マ
スク６と、補正マスク６の頂点を結び付ける細長平行四
辺形の補正マスク７とから形成されている。これら補正
マスク６、７の各辺は、単結晶シリコン基板の＜111＞
軸に平行になるように設置されている。

このようなマスクパターンを用いた異方性エッチング
により、最初に作製を意図した菱形のエッチング形状が
得られる。

本実施例のように基本マスクパターン１の各頂点に設
けた補正マスクを菱形枠状にせず、第４図に示したよう
に菱形状の補正マスク８にした場合には、エッチングは
補正マスクの中心から最も遠いところから進行せず、途
中からエッチングが起こってしまい、所望の時間が得ら
れない。また、エッチング終了後の目的形状物の壁面が
垂直では無くなり好ましくない結果を与える。

次に、本発明の第３の実施例を説明する。第５図は、
本実施例において用いられるマスクパターンの形状を表
している。

この実施例は、第３図に示した第２の実施例におい
て、基本マスクパターン１の各頂点に形成された菱形枠
状補正マスクの内側も全てエッチングマスクとしたもの
である。図では、この補正マスクを９で示している。こ
のようにすると非常に長いエッチング時間に対応するこ
とが可能となる。この場合に補正マスク９の各頂点を結
び付ける補正マスク７を取り除いても構わないが、最後
に残されるエッチング形状が汚いもととなり、好ましい
結果は得られにくい。

このようなマスクパターンを用いた異方性エッチング
により、最初に作製を意図した菱形のエッチング形状が
得られる。

以上本発明の各種実施例を、基本マスクパターンが四
辺形の場合についてのみ示したが、原理的にはどのよう
な画数の基本マスクパターンであっても本発明により補
正可能である。

また上記実施例においては、エッチングマスクのパタ
ーンの形成は酸化シリコンを用いているが、異方性エッ
チング液に耐蝕性を持つような物であれば、窒化膜、金
属膜、レジスト膜など何でも利用可能である。

更に本発明では、エッチングに用いる手段が水酸化カ
リウム、ヒドラジン、EDPなどの液状の場合のみなら
ず、気相のエッチングにおいても用いることが可能であ
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来あまり実用的に用いられること
の少なかった＜110＞配向の単結晶シリコン基板を用い
た場合に、異方性エッチングによって所望のメサ形状を
得るための、適切な補正方法が得られる。そのため従来
では不可能であったエッチングマスクの補正が、任意の
エッチング時間に対して行えるようになった。

また、この方法では、エッチングに用いられるマスク
のパターンを、得たい形状のパターンと比較して、僅か
に変形させるだけであるため、何等の作業の複雑さも増
加させない。また、エッチングの補正に用いるための補
正マスクパターンの大きさは簡単な計算によって、容易
に求められる。

また、更に補正マスクのパターン形状を工夫すること
によって、更に長い時間におけるエッチングの補正にも
用いることが可能である。

エッチングの補正マスクパターンは、少なくとも最終
的に得ようとしているパターンに対しては、＜111＞軸
に平行になるように接続されている必要があるが、その
他の部分は、必ずしも＜111＞軸に平行でなくても、同
様な効果を出すことが可能である。

更に重要な効果として、エッチング終了後のメサの壁
面の形状を垂直にできるということである。これは本発
明以外のエッチングの補正方法を用いると実現できな
い。

以上のように本発明では、シリコンのメサ形状が容易
に作製できるため、加速度センサに用いるための重りを
非常に正確に作製する場合にも利用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例におけるマスクパター
ンを示す図、 第２図は、従来の製造方法におけるマスクパターンを示
す図、 第３図および第４図は、本発明の第２の実施例を説明す
るためのマスクパターンを示す図、 第５図は、本発明の第３の実施例におけるマスクパター
ンを示す図である。 １……基本マスクパターン ２……基本マスクパターンの辺 3,6,7,9……補正マスク ５……補正マスクパターン

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（110）面を主面に持つ単結晶シリコンか
   ら成る半導体装置の製造方法において、基本マスクパタ
   ーンの辺が（111）面と平行になるように設置された目
   的とするエッチング形状を定める基本マスクパターン
   と、この基本マスクパターンの少なくとも１つの頂点に
   接続され、前記単結晶シリコンの（111）面に平行な辺
   を有する補正マスクパターンとから成るマスクパターン
   を、単結晶シリコン基板上に形成した後、異方性エッチ
   ングを施し、前記目的とするエッチング形状を得ること
   を特徴とする半導体装置の製造方法。