JP3470467B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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Description
法に係り、特に、メンブレン構造を有する半導体装置の
製造方法に関する。
的な歪みを電気信号に変えて検出する加速度センサなど
においては、検出部を基板から分離させて橋のような構
造の上に形成する必要がある。この橋状構造のものをメ
ンブレンと呼ぶが、メンブレンを精度良く形成するため
には、通常、ヒドラジンや KOH などの異方性エッチン
グ液を用いてエッチングを行う。これらのエッチング液
は、(111)面のエッチング速度がその他の面のエッチン
グ速度に比べて遅いために、エッチングは(111)面が現
れたところで停止する。但し、一辺が(110)方向を向い
ている矩形状の開口部からエッチングを行った場合は、
開口部を底辺とする四角錐あるいは四角錐に近い形状の
空洞が形成されるのみで、メンブレンを形成することは
できない。従って、メンブレンを形成するためには何ら
かの工夫が必要となる。
例を示す(特開平2‐303048号)。この例においては、異
方性エッチングの前に、ドライエッチングによって、開
口部3からシリコン基板1に垂直の下穴7を形成する。
下穴7を開けると、該下穴側面からもエッチングが進行
するので、側面が「く」の字状になり、五角形の断面形
状が得られる。開口部3を所定の間隔で二つ形成する
と、隣合った(111)面が出会うくびれた部分4が形成さ
れる。この状態で熱酸化を施すと、くびれた部分4がす
べて熱酸化膜18になり、基板が電気的に上下に分離され
る。これによって、いわゆる SOI (Silicon On Insulat
or)構造が形成される。
赤外線検知素子にあっては、「隣り合ったエッチング領
域の(111)面が互いに離れている」構成になっていたた
め、基板が上下に分かれず、メンブレンの形成ができな
いという問題点があった。本発明の目的は、上記従来技
術の有していた課題を解決して、製造における工程数を
増加させることなく、全く新しいメンブレン構造の形成
方法を提供することにある。
方法とすることによって達成することができる。すなわ
ち、(1) 主表面の面方位が(100)の半導体基板の主表面
上にメンブレンとなる薄膜を形成する工程と、(2) 上記
メンブレンを貫通して上記半導体基板の主表面に到達す
る開口部を形成する工程と、(3) 上記開口部に下穴を形
成する工程と、(4) 異方性エッチングにより上記メンブ
レン下部の基板を除去する工程とからなる製造方法で、
上記メンブレンが幅W、長さAの矩形の形状で、上記開
口部が幅Y、長さYの上記メンブレンと同じ長手方向に
矩形の形状で、上記下穴の深さがdで、(100)面と(111)
面とのなす角度をθ(deg)とするとき、 W ≦ d × tan (90−θ) であることを特徴とする半導体装置の製造方法とするこ
とによって達成することができる。
体的な実施の形態によって説明する。
態を示す図で、(a)は平面図、(b)は断面図を示す。ま
ず、構成について説明すると、面方位が(100)であるシ
リコン基板1の表面上にメンブレン2となる SiN 薄膜
6が形成してあり、この薄膜6にはエッチング液を基板
に到達させるための開口部3が形成してある。上記メン
ブレン2の下部の基板はエッチングによって除去され
て、空洞5が形成されている。なお、空洞5の一部分は
ドライエッチングによる下穴7の形成の際に除去されて
いる。
2及び図3によって説明する。
0nm程度の SiN 薄膜6を形成し、異方性エッチング時に
開口部3になる部分を除去する。図2(c) この上に PSG
などの酸化膜8を厚さ約1μm形成し、下穴7になる部
分を除去する。図2(d) 酸化膜8をマスクとして、開口
部に下穴を形成する。図3(a) 酸化膜8を除去する。図
3(b) ヒドラジンなどを用いて、異方性エッチングす
る。開口部3で挾まれた中央の SiN 薄膜6下部の基板
は、サイドエッチ領域が両側から接するようになるの
で、基板が上下に離れ、(100)面が露出してくるため、
エッチングが継続する。図3(c) エッチングをさらに続
けると、最終的には、中央の部分の基板がなくなり、Si
N 薄膜のみからなるメンブレンが形成される。
まず、メンブレン2の幅Wと開口部3の幅Y及び下穴7
の深さdとの関係について示すと、シリコン基板1の面
方位は(100)であって、エッチストップ面となる(111)面
となす角度は約54°である。従って、深さdの下穴7を
開けた場合には、サイドエッチ領域9の幅は、X=0.5
×d×tan(90−54)°となる。両側からエッチングを行
ってメンブレン形状にするためには、メンブレン幅Wが
W≦2×X=d×tan 36°の関係を満たす必要があ
る。言い換えれば、幅がWのメンブレン2を形成するた
めには、W/tan 36°よりも深い穴を形成する必要があ
る。
態を示す図で、この場合は、開口部の一部分のみの下穴
を形成することによって、開口部の外側にサイドエッチ
領域を生じさせることなく占有面積を減少させた場合の
例である。
(100)であるシリコン基板1の表面上に、メンブレン2
となる SiN 薄膜6が形成されている。また、この SiN
薄膜6にはエッチング液を基板に到達させるための開口
部3が形成されている。さらに、メンブレン2の下部の
基板はエッチングによって除去されていて、空洞5が形
成されている。なお、空洞の一部は、ドライエッチング
による下穴7の形成の際に除去されている。
ついて説明する。
0nm程度の SiN 薄膜6を形成し、異方性エッチング時の
開口部3になる部分を除去する。図6(c) この上に PSG
などの酸化膜8を厚さ約1μm形成し、下穴7になる部
分を除去する。なお、この酸化膜は従来例においても不
可欠な膜である。図6(d) 酸化膜8をマスクとして、開
口部3の一部分にのみ下穴7を形成する。図7(a) 酸化
膜8を除去する。図7(b) ヒドラジンなどで異方性エッ
チングする。メンブレン2下部の基板はサイドエッチ領
域が両側から接するようになるので、基板が上下に離れ
て(100)面が露出してくるため、エッチングが継続す
る。図7(c) エッチングをさらに続けると、最終的に、
(111)面を側面とする四角錐になり、SiN 薄膜のみから
なるメンブレンが形成される。
ンブレン2の幅Wと開口部3の幅Y及び下穴7の幅L、
深さdとの関係を示す図であるが、まず、図5(a) によ
って説明する。シリコン基板1の面方位は(100)であっ
て、エッチストップ面となる(111)面となす角度は約54
°である。従って、深さdの下穴7を開けた場合には、
サイドエッチ領域9の幅は X=0.5×d×tan 36°とな
る。両側からエッチングを行ってメンブレン形状にする
ためには、メンブレン幅Wが W≦2 X=d×tan 36°
の関係を満たす必要がある。言い換えれば、幅がWのメ
ンブレン2を形成するためには、W/tan36°よりも深い
穴を形成する必要がある。さらに、下穴7の幅Lにも条
件があり、L≦Y−Wに設定する必要がある。下穴7の
幅LをL>Y−Wとすると側面に角が生じ、図5(b)の
ようにサイドエッチ領域が生じるようになる。上記の条
件を守った場合、最終的には、一辺が W+2 Yの底面
を持ち、高さが(W/2+Y)×tan 36°の四角錐を逆さ
まにした形状の空洞5が形成される。
形成条件が存在する。B‐B'方向にも外側にサイドエ
ッチ領域を生じさせないようにするためには、A‐A'
方向と同様に、図8に示すように、開口部3の端からの
距離Zが Z>Wにする必要がある。
くことのできなかったサイドエッチング領域9を、工程
数を全く増加させることなく、除去することが可能とな
る。例えば、従来技術においては、20μm幅のメンブレ
ンを形成するときには、片側10μm、両側で20μm,すな
わちメンブレン幅と同等のサイドエッチング領域9を必
要としていたが、本例に示した条件とすることによっ
て、単体では勿論のこと、メンブレンを多数例えばアレ
イ状に形成するときには、非常に大きな領域の節約が可
能となるため、チップの小型化、高集積化に貢献するこ
とができる。
形態を示した図で、これは、メンブレンを十字状に形成
したときの例である。この場合、各部の寸法は、上記第
2の実施の形態の場合と同様に設定すればよく、上記例
で述べた図4のA‐A’方向に関する設定値を、直交す
る2方向に適用すればよい。
形態を示した図で、この例はサーモパイルに適用した場
合の例であり、メンブレン形成方法は第1の実施の形態
の場合と同じである。表面にはポリシリコン薄膜10と A
l 薄膜12とからなる熱電対が形成されていて、温接点13
がメンブレン2上に、冷接点11が基板上に配置されてい
る。また、表面に多数形成されている熱電対は相互に直
列接続され、高い出力電圧が得られるように工夫されて
いる。入射した赤外線は、メンブレン2中央の赤外線吸
収膜17によって吸収され、温接点13付近の温度を上昇さ
せる。冷接点11に伝わる熱はメンブレンだけで伝わるの
で、両者間の熱抵抗は非常に大きく、冷接点11の温度は
殆ど上昇せず、両者間に温度差が生じる。その結果、熱
電対に熱起電力が生じ、この熱起電力を測定することに
よって、入射赤外線の強度を測定することができる。
形態を示した図で、この例は、加速度センサに適用した
場合の例である。表面にはポリシリコン10からなるブリ
ッジ回路が形成されており、二つのブリッジ端子1(14)
の間に一定の電流を流しておく。通常時は、ブリッジは
バランスしているので、ブリッジ端子2(15)の間には電
位差は現れないが、加速度が加わると、中央にあるおも
り16に力が加わるために、メンブレン2とポリシリコン
10に歪みが加わり、その結果ブリッジのバランスが崩れ
て、ブリッジ端子2(15)の両端に電位差が生じる。この
電位差は印加される加速度に依存するので、電位差を測
定することによって加速度を計測することが可能とな
る。
製造方法を本発明構成の製造方法とすることによって、
従来技術の有していた課題を解決して、製造における工
程数を増加させることなく、全く新しいメンブレン構造
の形成方法を提供することができた。すなわち、メンブ
レン幅Wすなわち開口部の間隔を、開口部の少なくとも
一辺のできるサイドエッチ領域幅Xの2倍よりも小さく
することによって、異方性エッチングで形成される空洞
部が互いにオーバーラップし、メンブレン下部の基板を
除去できる構成としたため、全く新しいメンブレン構造
の形成方法を、従来技術の方法に対して工程数を増加さ
せることなく、提供することができた。
図。
図。
明するための図。
くびれ部分、5…空洞、6… SiN 薄膜、7…下穴、8
…酸化膜、9…サイドエッチ領域、10…ポリシリコン薄
膜、11…冷接点、12… Al 薄膜、13…オン接点、14…ブ
リッジ端子1、15…ブリッジ端子2、16…おもり、17…
赤外線吸収膜、18…熱酸化膜。
Claims (2)
- 【請求項1】下記の工程からなり、かつ、メンブレンの
幅Wが下式の条件を満たすことを特徴とする半導体装置
の製造方法。 (1)主表面の面方位が(100)の半導体基板の主表
面上にメンブレンとなる薄膜を形成する工程、 (2)上記メンブレンを貫通して上記半導体基板の主表
面に到達する開口部を形成する工程、 (3)上記開口部に下穴を形成する工程、 (4)異方性エッチングにより上記メンブレン下部の基
板を除去する工程。上記メンブレンが幅W、長さAの矩
形の形状で、上記開口部が幅Y、長さAの上記メンブレ
ンと同じ長手方向に矩形の形状で、上記下穴の深さがd
で、(100)面と(111)とのなす角度をθ(de
g)とするとき、 W≦d×tan(90−θ) - 【請求項2】(1)主表面の面方位が(100)の半導
体基板の主表面上にメンブレンとなる薄膜を形成する工
程、 (2)上記メンブレンを貫通して上記半導体基板の主表
面に到達する開口部を形成する工程、 (3)上記開口部に下穴を形成する工程、 (4)異方性エッチングにより上記メンブレン下部の基
板を除去する工程、 を有し、 かつ、上記開口部に下穴を形成する工程が該開口部の一
部分のみに下穴を形成する工程であり、 上記メンブレンが幅W、長さAの矩形の形状で、上記下
穴が幅L、長さBの上記メンブレンと同じ長手方向に矩
形の形状で、上記開口部が幅Y、長さAの上記メンブレ
ンと同じ長手方向に矩形の形状で、 L≦Y−W かつ W≦(A−B)/2 であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23963095A JP3470467B2 (ja) | 1995-09-19 | 1995-09-19 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23963095A JP3470467B2 (ja) | 1995-09-19 | 1995-09-19 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0982680A JPH0982680A (ja) | 1997-03-28 |
JP3470467B2 true JP3470467B2 (ja) | 2003-11-25 |
Family
ID=17047579
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23963095A Expired - Lifetime JP3470467B2 (ja) | 1995-09-19 | 1995-09-19 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3470467B2 (ja) |
-
1995
- 1995-09-19 JP JP23963095A patent/JP3470467B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0982680A (ja) | 1997-03-28 |
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