JP4033086B2 - Dry etching method - Google Patents
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Description
この発明は、MEMS(Micro−Electro−Mechanical System)等の微小構造体の製作に用いるに好適なドライエッチング方法に関し、特に厚いポリシリコン層又はアモルファスシリコン層の異方性エッチング方法に関するものである。 The present invention relates to a dry etching method suitable for use in manufacturing a microstructure such as a MEMS (Micro-Electro-Mechanical System), and more particularly to an anisotropic etching method for a thick polysilicon layer or an amorphous silicon layer.
従来、厚いシリコン材を選択的にドライエッチングする方法としては、等方性エッチングと被膜堆積とを交互に繰返すボッシュ(Bosch)法が知られている(例えば、非特許文献1参照)。 Conventionally, as a method of selectively dry-etching a thick silicon material, a Bosch method in which isotropic etching and film deposition are alternately repeated is known (for example, see Non-Patent Document 1).
また、ポリシリコン層を選択的にドライエッチングする方法としては、Cl2ガス又はHBrガスとO2ガスとの混合ガスをエッチングガスとして用いる方法も知られている。
上記したボッシュ法によると、等方性エッチングを使用するため、エッチング形状が深さ方向に垂直でなく、段付きとなる(異方性形状とならない)。また、新たな設備を導入する必要があり、コスト上昇を招く。 According to the above-described Bosch method, since isotropic etching is used, the etching shape is not perpendicular to the depth direction and is stepped (not an anisotropic shape). Moreover, it is necessary to introduce new equipment, resulting in an increase in cost.
一方、Cl2ガス又はHBrガスとO2ガスとの混合ガスをエッチングガスとして用いるドライエッチング方法によると、エッチング速度が遅いため、厚いシリコン材をエッチングする際には生産性の低下を免れない。また、エッチング形状が深さ方向に垂直とならず、順テーパー状となり、良好な異方性形状を得るのが困難である。 On the other hand, according to the dry etching method using Cl 2 gas or a mixed gas of HBr gas and O 2 gas as an etching gas, the etching rate is slow, so that a reduction in productivity is inevitable when etching a thick silicon material. Further, the etching shape does not become perpendicular to the depth direction, but becomes a forward taper shape, and it is difficult to obtain a good anisotropic shape.
この発明の目的は、ポリシリコン又はアモルファスシリコンからなる厚いシリコン層を寸法精度良く異方性形状に加工できる新規なドライエッチング方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a novel dry etching method capable of processing a thick silicon layer made of polysilicon or amorphous silicon into an anisotropic shape with high dimensional accuracy.
この発明に係るドライエッチング方法は、
少なくとも一方の主面が絶縁性を有する基板において該一方の主面に1〜15μmの厚さのポリシリコン又はアモルファスシリコンからなるシリコン層を形成する工程と、
前記シリコン層の上に前記シリコン層の厚さの1〜1.5倍の厚さのレジスト層をホトリソグラフィ処理により所定のパターンに従って形成する工程と、
塩素、酸素及びフッ素を含むエッチングガスを用い且つ前記レジスト層をマスクとするプラズマエッチング処理により前記シリコン層の被エッチング部の側壁に側壁保護膜を形成しつつ前記シリコン層を前記基板の一方の主面に達するまで異方性エッチングして前記シリコン層をパターニングする工程であって、前記側壁保護膜としては、前記レジスト層のエッチングにより再付着した炭素と前記エッチングガス中のフッ素とを含むCFポリマーを主成分とする膜を形成する工程と、
塩素及び酸素を含むがフッ素を含まないエッチングガスを用い且つ前記レジスト層をマスクとするプラズマエッチング処理により前記パターニングされたシリコン層をオーバーエッチングして該シリコン層の異方性形状を修正する工程と、
前記オーバーエッチングの後、前記レジスト層の残存部及び前記側壁保護膜の残存部を除去する工程と
を含むものである。
The dry etching method according to the present invention includes:
Forming a silicon layer made of polysilicon or amorphous silicon having a thickness of 1 to 15 μm on one main surface of the substrate having at least one main surface having an insulating property;
Forming a resist layer having a thickness of 1 to 1.5 times the thickness of the silicon layer on the silicon layer according to a predetermined pattern by a photolithography process;
The silicon layer is formed on one main surface of the substrate while forming a side wall protective film on the side wall of the etched portion of the silicon layer by plasma etching using an etching gas containing chlorine, oxygen, and fluorine and using the resist layer as a mask. A step of patterning the silicon layer by anisotropic etching until reaching the surface, wherein the sidewall protective film includes carbon polymer reattached by etching of the resist layer and fluorine in the etching gas Forming a film mainly composed of
Overetching the patterned silicon layer by a plasma etching process using an etching gas containing chlorine and oxygen but not fluorine and using the resist layer as a mask to correct the anisotropic shape of the silicon layer; ,
And removing the remaining portion of the resist layer and the remaining portion of the sidewall protective film after the overetching.
この発明のドライエッチング方法では、1〜15μmの厚さを有するポリシリコン又はアモルファスシリコンからなる厚いシリコン層をエッチング対象とする。この場合、厚いシリコン層を構成するポリシリコン又はアモルファスシリコンには、ゲルマニウム又は炭素を含有させてもよい。レジスト層を形成する工程では、レジスト層の厚さをエッチング対象としてのシリコン層の厚さの1〜1.5倍の範囲内に設定する。レジスト層の厚さがシリコン層の厚さより薄いと、異方性エッチング(メインエッチング)中にレジスト層がなくなり、側壁保護膜を形成するための炭素の供給が不十分となる。レジスト層の厚さがシリコン層の厚さの1.5倍より厚いと、アスペクト比が大きくなり、狭スペース部にシリコンのエッチング残りが発生する。レジスト層の断面形状は、厚さ方向に垂直な形状か又はやや順テーパー形状が好ましい。 In the dry etching method of the present invention, a thick silicon layer made of polysilicon or amorphous silicon having a thickness of 1 to 15 μm is used as an etching target. In this case, germanium or carbon may be contained in the polysilicon or amorphous silicon constituting the thick silicon layer. In the step of forming the resist layer, the thickness of the resist layer is set within a range of 1 to 1.5 times the thickness of the silicon layer to be etched. If the thickness of the resist layer is smaller than the thickness of the silicon layer, the resist layer disappears during anisotropic etching (main etching), and the supply of carbon for forming the sidewall protective film becomes insufficient. When the thickness of the resist layer is greater than 1.5 times the thickness of the silicon layer, the aspect ratio becomes large, and silicon etching residue occurs in the narrow space portion. The cross-sectional shape of the resist layer is preferably a shape perpendicular to the thickness direction or a slightly tapered shape.
シリコン層をパターニングする工程では、エッチングガスとして塩素、酸素及びフッ素を含むガスを使用する。塩素及び酸素を含むエッチングガスに対してSF6等のフッ素含有ガスを添加すると、エッチング速度が増大し、基板(ウェハ)1枚当りの処理時間が短縮され、生産性が向上する。しかし、フッ素含有ガスを単に添加しただけでは側壁保護が不十分なためにエッチングが等方的に進み、寸法精度が低下すると共に深さ方向に垂直な形状に加工することができない。側壁保護膜としては、Fラジカルの進入を阻止しうる膜が必要であり、例えばエッチングガス中の酸素や被エッチング材中のシリコンを含む酸化物を主成分とする膜ではFラジカル耐性が不十分である。この発明では、レジスト層を積極的にエッチングし、レジスト層から供給される炭素とエッチングガス中のフッ素とを含む緻密で厚いCFポリマーを主成分とする側壁保護膜を形成しつつシリコン層を異方性エッチングするので、シリコン層のバルク部分を寸法精度良く異方性形状に加工することができる。 In the process of patterning the silicon layer, a gas containing chlorine, oxygen, and fluorine is used as an etching gas. When a fluorine-containing gas such as SF 6 is added to an etching gas containing chlorine and oxygen, the etching rate is increased, the processing time per substrate (wafer) is shortened, and the productivity is improved. However, when the fluorine-containing gas is simply added, the side wall protection is insufficient, so that etching proceeds isotropically, the dimensional accuracy is lowered, and it is impossible to process into a shape perpendicular to the depth direction. As the sidewall protective film, a film capable of preventing the entry of F radicals is necessary. For example, a film mainly composed of an oxide containing oxygen in an etching gas and silicon in an etching material has insufficient F radical resistance. It is. In this invention, the resist layer is positively etched to form a sidewall protective film mainly composed of a dense and thick CF polymer containing carbon supplied from the resist layer and fluorine in the etching gas. Since isotropic etching is performed, the bulk portion of the silicon layer can be processed into an anisotropic shape with high dimensional accuracy.
パターニングされたシリコン層の異方性形状を修正する工程では、エッチングガスとして塩素及び酸素を含むがフッ素を含まないガスを用いる。フッ素含有ガスを添加しないのは、エッチング速度を遅くして微細な修正を可能にするためである。このようなエッチングガスを用いるプラズマエッチング処理によりオーバーエッチングを行なうと、シリコン層の側壁にノッチを発生させることなくシリコンのエッチング残りやシリコン層下部の裾引き形状等をなくすことができ、シリコン層の側壁に垂直形状を持たせることができる。 In the step of correcting the anisotropic shape of the patterned silicon layer, a gas containing chlorine and oxygen but not fluorine is used as an etching gas. The reason for not adding the fluorine-containing gas is to slow down the etching rate and enable fine correction. When over-etching is performed by plasma etching using such an etching gas, it is possible to eliminate the etching residue of the silicon and the bottom shape of the lower part of the silicon layer without generating a notch on the side wall of the silicon layer. The side wall can have a vertical shape.
この発明のドライエッチング方法において、前記レジスト層を形成する工程では前記基板の一方の主面におけるレジストの占有面積が10〜40%になるように前記基板の一方の主面に前記シリコン層を覆って前記レジスト層とは別の追加レジスト層を前記ホトリソグラフィ処理により形成し、前記シリコン層をパターニングする工程及び前記パターニングされたシリコン層の異方性形状を修正する工程では前記シリコン層が前記追加レジスト層で覆われた状態でプラズマエッチング処理をそれぞれ行ない、前記除去する工程では前記追加レジスト層の残存部を除去するようにしてもよい。このようにすると、パターニング用のレジスト層だけでは側壁保護膜を形成するための炭素の供給が不十分である場合にも十分な炭素を供給することができる。基板の一方の主面におけるレジストの占有面積が10%より小さいと、炭素供給不足により十分な側壁保護効果が得られず、寸法及び形状の制御性が悪化する。基板の一方の主面におけるレジストの占有面積が40%を越えると、基板(ウェハ)1枚当りのチップ数が減少し、コスト上昇を招く。 In the dry etching method of the present invention, in the step of forming the resist layer, the silicon layer is covered on one main surface of the substrate so that the area occupied by the resist on one main surface of the substrate is 10 to 40%. Forming an additional resist layer different from the resist layer by the photolithography process, and in the step of patterning the silicon layer and the step of correcting the anisotropic shape of the patterned silicon layer, the silicon layer is added Plasma etching may be performed in a state covered with the resist layer, and the remaining portion of the additional resist layer may be removed in the removing step. In this way, even when the patterning resist layer alone is insufficient to supply carbon for forming the sidewall protective film, sufficient carbon can be supplied. When the area occupied by the resist on one main surface of the substrate is smaller than 10%, a sufficient side wall protection effect cannot be obtained due to insufficient carbon supply, and the controllability of dimensions and shapes deteriorates. If the area occupied by the resist on one main surface of the substrate exceeds 40%, the number of chips per substrate (wafer) decreases, leading to an increase in cost.
この発明によれば、塩素、酸素及びフッ素を含むエッチングガスを用い且つレジスト層をマスクとするプラズマエッチング処理により1〜15μmの厚さのポリシリコン又はアモルファスシリコンからなるシリコン層を異方性エッチングする際にCFポリマーを主成分とする側壁保護膜をシリコン層の被エッチング部の側壁に形成しつつエッチングを行ない、この後塩素及び酸素を含むがフッ素を含まないエッチングガスを用いるプラズマエッチング処理によりオーバーエッチングを行なうようにしたので、シリコン層を寸法精度良く異方性形状に加工できる効果が得られる。また、新たな設備を導入する必要がないので、コスト上昇を招かない利点もある。 According to the present invention, a silicon layer made of polysilicon or amorphous silicon having a thickness of 1 to 15 μm is anisotropically etched by plasma etching using an etching gas containing chlorine, oxygen and fluorine and using a resist layer as a mask. At this time, etching is performed while forming a side wall protective film containing CF polymer as a main component on the side wall of the etched portion of the silicon layer, and then over-etched by a plasma etching process using an etching gas containing chlorine and oxygen but not fluorine. Since etching is performed, an effect that the silicon layer can be processed into an anisotropic shape with high dimensional accuracy can be obtained. In addition, since there is no need to introduce new equipment, there is an advantage that the cost is not increased.
図1〜4は、この発明のドライエッチング方法を採用した微小構造体の製法の一例を示すもので、各々の図に対応する工程(1)〜(4)を順次に説明する。 1 to 4 show an example of a manufacturing method of a microstructure employing the dry etching method of the present invention, and steps (1) to (4) corresponding to the respective drawings will be described sequentially.
(1)例えば単結晶シリコンからなる半導体基板10の一方の主面(上面)には、絶縁膜12を形成する。図6は、図1の基板断面に直交する基板断面を示すもので、図6において基板10の被接続部10aの左側のX−X’線断面が図1のポリシリコン層14の一部14Aの断面に対応する。絶縁膜12としては、図6に示すように第1〜第3の絶縁膜12a〜12cを含む3層構造のものを形成することができる。絶縁膜12aは、パッド膜として用いられるもので、例えば50〜400nmの厚さのシリコン酸化膜からなっている。このシリコン酸化膜は、熱酸化法又はCVD(ケミカル・ベーパー・デポジション)法により形成する。
(1) An
絶縁膜12bは、エッチングストッパ膜として用いられるもので、例えば100〜200nmの厚さのシリコン窒化膜からなっている。このシリコン窒化膜は、CVD法等により形成する。絶縁膜12cは、犠牲膜として用いられるもので、例えば1〜4μmの厚さのシリコン酸化膜からなっている。このシリコン酸化膜は、CVD法等により形成する。絶縁膜12cとしては、PSG(リン・シリケートガラス)膜又はBPSG(ボロン・リン・シリケートガラス)膜等を用いてもよい。
The
次に、図6に示すように絶縁膜12cには被接続部10aに対応する接続孔15aを選択的等方性エッチング処理により形成する。そして、絶縁膜12a〜12cの積層には接続孔15aに連続し且つ被接続部10aを露呈する接続孔15bを選択的異方性エッチング処理により形成する。この後、図1,6に示すように接続孔15a,15b及び絶縁膜12を覆ってポリシリコンを堆積して1〜15μm(好ましくは2〜5μm)の厚さの導電性ポリシリコン(ドープトポリシリコン)層14を形成する。ポリシリコン層14は、図6に示すように接続孔15a,15bを介して被接続部10aに達するように形成される。ポリシリコン層14を形成する際には、ポリシリコンに対してリン又はボロン等の抵抗低減不純物を該不純物/シリコンのモル比率0.05〜0.20の範囲内でインサイチュでドープする。これは、ポリシリコン層14の抵抗率を低減すると共に、ポリシリコン層14中の残留応力の緩和を容易にするためである。成膜後のポリシリコン層14のシート抵抗は、ポリシリコン層14の厚さを3μmとした場合、5〜15Ω/□程度である。
Next, as shown in FIG. 6, a
なお、ポリシリコン層14の代りに、アモルファスシリコン層を形成してもよい。ポリシリコン層14又はアモルファスシリコン層には、ゲルマニウム又は炭素等を含有させてもよい。この場合、ポリシリコンとほぼ同等の条件にてエッチングを行なうには、ゲルマニウムの含有量を30mol%以下とし、炭素の含有量を10mol%以下とする。
Instead of the
次に、ポリシリコン層14に応力緩和のためのアニール処理を施す。アニール処理としては、ランプアニール装置等を用いてRTA(Rapid Thermal Annealing)処理を行なう。RTA処理は、炉アニール処理に比べて処理時間が短いためスループットが向上すること、基板10にトランジスタ等の素子が形成されていても特性変動を回避できることなどの利点がある。
Next, the
次に、ポリシリコン層14の上にホトリソグラフィ処理により所定の電極又は配線パターンに従ってレジスト層16a〜16cを形成する。レジスト層16a〜16cは、図5に示す基板(ウェハ)10の上面において、1つのセンサ領域20a内に形成されたパターニング用の多数のレジスト層のうちの一部のレジスト層である。センサ領域20aは、例えば加速度センサ等が形成される領域であり、基板10の上面には、このようなセンサ領域が多数並置されたセンサ領域並置部20が存在する。各センサ領域毎にレジスト層16a〜16cと同様にパターニング用のレジスト層が形成される。
Next, resist
図5に示す基板10の上面において、センサ領域並置部20内のパターニング用レジスト層だけではレジストの占有面積として10〜40%(好ましくは20〜35%)が確保できないときは、センサ領域並置部20の周囲に追加レジスト層16を設けることにより基板10の上面におけるレジストの占有面積を10〜40%(好ましくは20〜35%)の範囲内に設定する。追加のレジスト層16は、レジスト層16a〜16c等のパターニング用レジスト層を形成するためのホトリソグラフィ処理を流用して形成される。
When 10 to 40% (preferably 20 to 35%) of the resist occupying area cannot be secured by the patterning resist layer alone in the sensor
(2)次に、レジスト層16,16a〜16cをマスクとするプラズマエッチング処理によりポリシリコン層14のバルク部分に異方性エッチング(メインエッチング)を施す。すなわち、開口スペースが比較的大きい領域(アスペクト比が1.0以上の領域[ポリシリコン層14の厚さが3.0μmの場合、開口スペースが3.0μm以上の領域])で下地膜としての絶縁膜(シリコン酸化膜)12cが露呈するまで異方性エッチングを行なうことによりポリシリコン層14をパターニングし、複数のポリシリコン層14a〜14cを得る。エッチング条件としては、積極的にレジスト層16,16a〜16cをエッチングし、レジストの再付着物(炭素)とエッチングガス中のフッ素とを含むCFポリマーを主成分とする側壁保護膜18a〜18cがポリシリコン層14a〜14cの側壁に形成されるような条件を選ぶことによって寸法及び形状の制御性を確保する。レジスト層16,16a〜16cは、エッチングされるため、図2に示すように薄くなる。
(2) Next, anisotropic etching (main etching) is performed on the bulk portion of the
具体的には、レジスト/ポリシリコンのエッチング速度比が0.8〜1.0となるようにエッチングチャンバ内の圧力、RFパワー、マイクロ波パワー等のパラメータを調整する。ウェハ保持下部電極は特に低温にする必要はないが、圧力は低圧高密度プラズマとしては高め、RFパワーは高め、マイクロ波パワーはやや高め(上げすぎない)などの領域が適している。 Specifically, parameters such as pressure in the etching chamber, RF power, and microwave power are adjusted so that the resist / polysilicon etching rate ratio is 0.8 to 1.0. The wafer holding lower electrode is not particularly required to be at a low temperature, but a region where the pressure is increased as low-pressure high-density plasma, the RF power is increased, and the microwave power is slightly increased (not increased too much) is suitable.
一例としてECR(Electron Cyclotron Resonance)プラズマ源を備えた高密度プラズマドライエッチング装置を用いた場合、エッチング条件は、
ガス種:Cl2/O2/SF6
ガス流量比:Cl2:O2:SF6=10:1〜2:0.1〜2.0
(好ましくは0.8〜1.2)
RFパワー:60〜80W(高イオンエネルギー側)
マイクロ波パワー:1000〜1400W(中プラズマ密度側)
圧力:3〜8mTorr(高密度プラズマ源としては高圧側)
主コイル1電流:35A
主コイル2電流:35A
磁場調整コイル電流:10A
ウェハ保持下部電極温度:10〜20℃
自動終点検出あり
とすることができる。高密度プラズマドライエッチング装置としては、ICP(誘導結合)形のもの又はヘリコン波を利用したもの等を使用してもよい。
As an example, when using a high-density plasma dry etching apparatus equipped with an ECR (Electron Cyclotron Resonance) plasma source, the etching conditions are:
Gas type: Cl 2 / O 2 / SF 6
Gas flow ratio: Cl 2 : O 2 : SF 6 = 10: 1 to 2: 0.1 to 2.0
(Preferably 0.8 to 1.2)
RF power: 60-80W (high ion energy side)
Microwave power: 1000-1400W (medium plasma density side)
Pressure: 3-8 mTorr (High-pressure side as a high-density plasma source)
Main coil 1 current: 35A
Main coil 2 current: 35A
Magnetic field adjustment coil current: 10A
Wafer holding lower electrode temperature: 10 to 20 ° C.
With automatic end point detection. As the high-density plasma dry etching apparatus, an ICP (inductive coupling) type apparatus or an apparatus using helicon waves may be used.
上記した異方性エッチング処理によれば、図2に示すように広スペース部ではポリシリコン層14a,14cの側壁がほぼ垂直形状に加工される。また、狭スペース部ではポリシリコン層14a〜14cの下部が裾引き形状を呈したり、底部にシリコンのエッチング残りが存在したりするが、これらの裾引き形状やエッチング残りは、図3のオーバーエッチング工程で除去できる。図2のプラズマエッチング処理では、Cl2/O2混合ガス系にSF6ガスを添加したことでポリシリコン層のエッチング速度が増大し、ウェハ1枚当りの処理時間が短縮され,生産性が向上する。 According to the anisotropic etching process described above, the side walls of the polysilicon layers 14a and 14c are processed into a substantially vertical shape in the wide space portion as shown in FIG. Further, in the narrow space portion, the lower portions of the polysilicon layers 14a to 14c have a skirt shape, or there are silicon etching residues at the bottom portion. These skirt shapes and etching residues are shown in FIG. Can be removed in the process. In the plasma etching process of FIG. 2, the etching rate of the polysilicon layer is increased by adding SF 6 gas to the Cl 2 / O 2 mixed gas system, the processing time per wafer is shortened, and the productivity is improved. To do.
(3)次に、レジスト層16,16a〜16cをマスクとするプラズマエッチング処理によりポリシリコン層14a〜14cにインサイチュでオーバーエッチングを施す。すなわち、上記したプラズマエッチング処理においてSF6ガスの流量をゼロとし、ガス系をCl2/O2混合ガス系に変更すると共にRFパワーをやや下げることによりエッチング速度を遅くする。このようなエッチング条件でオーバーエッチングを行なうことにより開口スペースの比較的狭い領域(アスペクト比が1.0以下の領域[ポリシリコン層14の厚さが3.0μmの場合、開口スペースが3.0μm以下の領域])でシリコンのエッチング残りやポリシリコン層下部の裾引き形状を除去し、図3に示すようにポリシリコン層14a〜14cの異方性形状を修正する。
(3) Next, overetching is performed in situ on the polysilicon layers 14a to 14c by plasma etching using the resist
一例として、図2のメインエッチングに用いた高密度プラズマエッチング装置を用いてオーバーエッチングを行なう場合、エッチング条件は、
ガス種:Cl2/O2
ガス流量比:Cl2:O2=10:0.1〜2.0(好ましくは0.8〜
1.2)
RFパワー:30〜60W(メインエッチングより低イオンエネルギー側)
マイクロ波パワー:1000〜1400W(中プラズマ密度側)
圧力:3〜8mTorr(高密度プラズマ源としては高圧側)
主コイル1電流:35A
主コイル2電流:35A
磁場調整コイル電流:10A
ウェハ保持下部電極温度:10〜20℃
とすることができる。O2流量は、メインエッチングに比べて減少させた方が良い。これは、下地膜としての絶縁膜(シリコン酸化膜)12cからもO2が供給されるので、O2の供給過剰によりエッチング形状が悪化するのを防ぐためである。
As an example, when performing over-etching using the high-density plasma etching apparatus used for the main etching in FIG.
Gas type: Cl 2 / O 2
Gas flow ratio: Cl 2 : O 2 = 10: 0.1 to 2.0 (preferably 0.8 to
1.2)
RF power: 30-60W (low ion energy side from main etching)
Microwave power: 1000-1400W (medium plasma density side)
Pressure: 3-8 mTorr (High-pressure side as a high-density plasma source)
Main coil 1 current: 35A
Main coil 2 current: 35A
Magnetic field adjustment coil current: 10A
Wafer holding lower electrode temperature: 10 to 20 ° C.
It can be. The O 2 flow rate should be reduced as compared with the main etching. This is because O 2 is supplied also from the insulating film (silicon oxide film) 12c as a base film, so that the etching shape is prevented from deteriorating due to excessive supply of O 2 .
上記したオーバーエッチング処理によれば、図3に示すように、ポリシリコン層14a〜14cの側壁に垂直形状を持たせることができる。また、ポリシリコン層14a〜14cの側壁にノッチを発生させることがなく、レジスト層16a〜16cの残り量にもマージンを確保することができる。
According to the over-etching process described above, the sidewalls of the polysilicon layers 14a to 14c can have a vertical shape as shown in FIG. Further, a notch is not generated on the side walls of the polysilicon layers 14a to 14c, and a margin can be secured for the remaining amounts of the resist
(4)次に、130バッファードフッ酸処理と硫酸/過酸化水素水洗浄処理とによりレジスト層16,16a〜16cの残存部及び側壁保護膜18a〜18cの残存部を除去し、パターニングされたポリシリコン層14a〜14cを残存させる。図7には、図6に示した基板部分においてポリシリコン層14aの図4の除去処理後の状態が示されている。ポリシリコン層14aは、接続孔15a,15bを介して基板10の被接続部10aに接続される接続部14Pと、この接続部の上部に連続して絶縁膜12の上へ延長する延長部14Qとを有する。図1に関して前述したアニール処理は、図4の除去処理後に行なうようにしてもよい。
(4) Next, the remaining portions of the resist
図8の工程では、ウェットエッチング処理により絶縁膜(犠牲膜)12cを除去する。このとき、絶縁膜12bは、エッチングストッパ膜として作用する。ポリシリコン層14aは、接続孔15bを介して基板10の被接続部10aに接続される接続部14Pと、この接続部の上部に連続し且つ絶縁膜12bから離間して絶縁膜12bの上方へ延長する延長部14Qとを有する状態になる。
In the step of FIG. 8, the insulating film (sacrificial film) 12c is removed by wet etching. At this time, the insulating
図7に示した微小構造体において、導電部材としてのポリシリコン層14aは、固定電極又は配線として用いることができる。また、図8に示した微小構造体において、ポリシリコン層14aは、加速度センサ等において片持ち梁形式の可動電極として用いることができ、接続部14Pと同様の接続部を追加すれば両持ち梁形式の可動電極として用いることもできる。
In the microstructure shown in FIG. 7, the
上記した微小構造体の製法によれば、図2の異方性エッチング工程において、1〜15μmの厚さを有するポリシリコン又はアモルファスシリコンからなる厚いシリコン層14を寸法精度良く異方性形状に加工することができる。また、エッチング速度が速いので、生産性が向上する。その上、図3のオーバーエッチング工程では、ポリシリコン層14a〜14cの異方性形状を一層良好にすることができ、図4の除去工程では、レジスト層16a〜16cや側壁保護膜18a〜18cを簡単に除去することができる。従って、新たな設備を追加せずに、低コストで微小構造体を製作することができる。
According to the manufacturing method of the microstructure described above, in the anisotropic etching step of FIG. 2, the
この発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、種々の改変形態で実施可能である。例えば、次のような変更が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in various modifications. For example, the following changes are possible.
(イ)抵抗低減不純物がドープされたポリシリコン又はアモルファスシリコンからなるシリコン層をエッチング対象としたが、抵抗低減不純物がドープされていないポリシリコン又はアモルファスシリコンからなるシリコン層をエッチング対象とすることもできる。 (A) Although a silicon layer made of polysilicon or amorphous silicon doped with resistance-reducing impurities is targeted for etching, a silicon layer made of polysilicon or amorphous silicon that is not doped with resistance-reducing impurities may be etched. it can.
(ロ)エッチング対象としてのシリコン層を構成するポリシリコン又はアモルファスシリコンにゲルマニウム(Ge)又は炭素(C)を含有させる場合、Geの含有量は1〜30mol%(好ましくは5〜15mol%)とし、Cの含有量は0.5〜10mol%(好ましくは1〜5mol%)とすることができる。Geは、Siと任意の組成で固溶体を形成する。Geを含有させることでRTAの温度を下げるなどして低温形成が可能となるので、ポリシリコン又はアモルファスシリコン層の歪がなくなり、反りを防止することができる。また、Cはポリシリコン又はアモルファスシリコン層内でSi−C結合を形成するので、微小構造体が硬くなり、反りを防止することができる。 (B) When germanium (Ge) or carbon (C) is included in polysilicon or amorphous silicon constituting the silicon layer to be etched, the Ge content is 1 to 30 mol% (preferably 5 to 15 mol%). , C content can be 0.5 to 10 mol% (preferably 1 to 5 mol%). Ge forms a solid solution with an arbitrary composition with Si. By including Ge, the temperature of the RTA can be lowered, for example, so that the polysilicon or the amorphous silicon layer is not distorted and warpage can be prevented. In addition, since C forms a Si—C bond in the polysilicon or amorphous silicon layer, the microstructure becomes hard and warpage can be prevented.
(ハ)フッ素含有ガスとしては、SF6に限らず、CHF3,CF4,C2F8等を用いてもよい。 (C) The fluorine-containing gas is not limited to SF 6 , and CHF 3 , CF 4 , C 2 F 8, etc. may be used.
(ニ)導電部材としてのポリシリコン層14aは、基板10の被接続部10aに接続する代りに、基板10を覆う絶縁膜の上に設けたポリシリコン等の導電層に接続するようにしてもよい。この場合、絶縁膜12は、導電層を覆って形成され、ポリシリコン層14aは、絶縁膜12に設けた接続孔15a,15b(又は15bのみ)を介して導電層の被接続部に接続される。なお、一方の主面に絶縁膜(導電層の下の絶縁膜)が形成された基板10の代りに絶縁性基板を用いてもよい。
(D) The
10:基板、10a:被接続部、12:絶縁膜、14,14a〜14c:ポリシリコン層、14P:接続部、14Q:延長部、15a,15b:接続孔、16,16a〜16c:レジスト層、18a〜18c:側壁保護膜、20a:センサ領域、20:センサ領域並置部。 10: substrate, 10a: connected portion, 12: insulating film, 14, 14a to 14c: polysilicon layer, 14P: connecting portion, 14Q: extended portion, 15a, 15b: connecting hole, 16, 16a to 16c: resist layer , 18a to 18c: side wall protective film, 20a: sensor region, 20: sensor region juxtaposed portion.
Claims (2)
前記シリコン層の上に前記シリコン層の厚さの1〜1.5倍の厚さのレジスト層をホトリソグラフィ処理により所定のパターンに従って形成する工程と、
塩素、酸素及びフッ素を含むエッチングガスを用い且つ前記レジスト層をマスクとするプラズマエッチング処理により前記シリコン層の被エッチング部の側壁に側壁保護膜を形成しつつ前記シリコン層を前記基板の一方の主面に達するまで異方性エッチングして前記シリコン層をパターニングする工程であって、前記側壁保護膜としては、前記レジスト層のエッチングにより再付着した炭素と前記エッチングガス中のフッ素とを含むCFポリマーを主成分とする膜を形成する工程と、
塩素及び酸素を含むがフッ素を含まないエッチングガスを用い且つ前記レジスト層をマスクとするプラズマエッチング処理により前記パターニングされたシリコン層をオーバーエッチングして該シリコン層の異方性形状を修正する工程と、
前記オーバーエッチングの後、前記レジスト層の残存部及び前記側壁保護膜の残存部を除去する工程と
を含むドライエッチング方法。 Forming a silicon layer made of polysilicon or amorphous silicon having a thickness of 1 to 15 μm on one main surface of the substrate having at least one main surface having an insulating property;
Forming a resist layer having a thickness of 1 to 1.5 times the thickness of the silicon layer on the silicon layer according to a predetermined pattern by a photolithography process;
The silicon layer is formed on one main surface of the substrate while forming a side wall protective film on the side wall of the etched portion of the silicon layer by plasma etching using an etching gas containing chlorine, oxygen, and fluorine and using the resist layer as a mask. A step of patterning the silicon layer by anisotropic etching until reaching the surface, wherein the sidewall protective film includes carbon polymer reattached by etching of the resist layer and fluorine in the etching gas Forming a film mainly composed of
Overetching the patterned silicon layer by a plasma etching process using an etching gas containing chlorine and oxygen but not fluorine and using the resist layer as a mask to correct the anisotropic shape of the silicon layer; ,
A step of removing the remaining portion of the resist layer and the remaining portion of the sidewall protective film after the over-etching.
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