JP4518453B2 - エッチングプロセスを用いたシリコンの処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、請求項１の前提部に記載されたシリコン積層体のエッチング方法から出発する。
【０００２】
ドイツ国特許出願公開（Ａ１）第１９５３７８１４号明細書は、表面マイクロメカニックセンサーを製造できるシリコン層系の製造方法を開示している。このために、シリコン基板上にまず熱的酸化物を析出させ、その上に高いドーピング度のポリシリコンの薄膜を、埋め込まれた条導体として使用するために設置する。その後に、前記ポリシリコン層上にもう一つの酸化物層及びその上に例えば厚いエピポリシリコン層を析出させる。最後に、表面上のアルミニウムメタライジングの析出及び構造化を行う。引き続き遊離すべきセンサー構造体を有利にドイツ国特許第４２４１０４５号明細書に記載されたフッ素ベースのシリコンディープエッチング法を用いてエッチングにより作成する。このセンサ素子の遊離は犠牲層エッチングを用いて行われ、その際、フッ化水素酸含有媒体により蒸気エッチング法でセンサー領域の下方の酸化物を除去する。この下方エッチングの際の欠点は、遊離すべきセンサー領域の下方の酸化物を除去するだけでなく、ポリシリコン条導体の上方及び部分的に下方の酸化物も除去してしまうため、分流及び漏れ電流の危険が生じることにある。下方エッチングを防止する酸化物領域の例えば保護塗料による保護は、著しい費用を用いて可能であるにすぎない、それというのも、蒸気状のフッ化水素酸はほとんど全ての実用的なポリマー保護層を著しく迅速に浸食し、さらに著しく腐食作用があるためである。
【０００３】
異方性及び等方性プラズマエッチング技術の組合せによりセンサ構造体をシリコン中に製造するドライエッチング法は、ドイツ国特許出願公開（Ａ１）第４４２０９６２号明細書に開示されている。欠点のあるウェットエッチング工程又は蒸気相を用いるエッチングをこの場合必要としない。全プロセス工程は唯一のプラズマエッチング装置中で実施することができる。このために、まずドイツ国特許第４２４１０４５号明細書に記載の異方性ディープエッチング法を用いて垂直の側壁を有するセンサ構造体を製造する。その際、側壁にテフロン状のポリマーを析出させるデポジション工程と、それ自体等方性であるがエッチングの間の側壁ポリマーの進行により局所的に異方性に行われるフッ素ベースのエッチング工程を交互に行う。引き続き、フッ素ベースのエッチング工程を用いてシリコン基板を、センサ素子用のシリコン構造体が完全に遊離するまで等方性にエッチングする。しかし、この方法は、２つの重大な欠点を有する。一方は、いわゆる「マイクロローディング効果」の結果、幅の広いエッチング溝よりも幅の狭いエッチング溝がよりゆっくりとエッチングされ、このことは引き続く横側方向の下方エッチングの速度にも通用し、つまり、下方エッチングは幅の狭い溝の場合に幅の広い溝よりもよりゆっくりと進行してしまう。もう一方は、遊離すべき構造体がその下側もしくは底部からも攻撃される。このことは、広い幅のトレンチ溝により囲まれている構造体は、幅の狭いトレンチ溝により取り囲まれている構造体よりもよりわずかな残留高さを有し、このことは頻繁に製造されたセンサ素子の再生不能で不満足な機械特性を生じさせる。
【０００４】
本発明の課題は、まずシリコン層中にエッチングマスクを用いて定義されたトレンチ溝を異方性にエッチングすることができるシリコン又はシリコン層のエッチング方法を提供することであった。この場合、トレンチ溝中に達成されたエッチング深さはトレンチ溝の幅には依存せず、単にエッチング時間に依存するべきである。さらに、例えばセンサ素子の製造のために、特にトレンチ溝により包囲された遊離する構造体の定義された下方エッチングが可能であるべきである。下方エッチングの間に、さらに遊離すべき構造体の底部のエッチングは行われないべきである。
【０００５】
本発明の利点
特許請求の範囲の特徴部に記載された本発明による方法は、先行技術の方法と比較して、遊離する構造体を再現可能にかつ一定して製造できる定義された下方エッチングが可能であり、その際、全てのマイクロメカニック構造化工程は１つのエッチングチャンバ中で実施することができ、その間にシリコン成形体は取り出す必要がないという利点を有する。遊離する構造体の底部又は側壁から出発する遊離する構造体へのエッチングによる攻撃は行われない。さらに、全ての構造体は定義された高さを有し、この高さは設置されたシリコン層の厚さにより定義され、マイクロローディング効果、トレンチ溝の幅及び等方性の下方エッチングの程度に依存しないことが達成される。
【０００６】
その他に、本発明による方法により、例えばフッ化水素酸蒸気による腐食の問題及び条導体の下方エッチングによる電気的分流は回避される。埋設された導体層は十分な厚さの二酸化ケイ素層により完全に取り囲むことができ、下方エッチング及びエッチングによる攻撃から保護される。
【０００７】
本発明のもう一つの利点は、深い下方エッチングを実現することができ、ひいては構造体とシリコン基板層の間の大きな間隔が可能である。このことは、センサの場合に例えばセンサ素子がその下にある層に衝突し、過負荷の場合にさらに不可逆的に相互に付着する（いわゆる「スティッキング」）という危険を減少させる。センサ素子とシリコン層との間の間隔は、過負荷の場合であっても決して接触しないように選択することができる。
【０００８】
本発明による方法は、ドイツ国特許第４２４１０４５号明細書に記載されたシリコンディープエッチング装置において著しく有利に実施でき、その結果、付加的投資コストは生じない。この場合、まず基板に対してイオン促進を行わずに異方性プラズマドライエッチング法を用いて、エッチング工程の間にシリコン構造体を等方的にもエッチングし、遊離すべきシリコン構造体の下方エッチングを達成することができる。
【０００９】
エッチングプロセスの間に例えばフォトレジストマスクの形でシリコン層上に設置されるエッチングマスクは、全てのエッチングの完了後に除去されるため、例えばシリコン層の表面上のアルミニウム接触面はエッチングの間に、フッ素含有エッチングガスの場合に頻繁に回避できない腐食から完全に保護される。従って、特に有利な方法では、システムインテグレーション、つまり同一チップ上で集積回路を備えたセンサ素子の製造を達成することができる。さらに、本発明による方法は例えばセンサ素子の製造のためにＩＣ集積技術における方法工程と完全に互換性である。
【００１０】
本発明による方法によって導体層の下方エッチング及びエッチングされたシリコン層中でのエッチングポケットの制御不能な発生を回避できるため、ほとんど除去できずかつセンサ素子中での機械的及び電気的エラーにつながるポケット中への粒子の入り込みも方法技術的にすでに阻止される。
【００１１】
本発明のさらなる利点及び有利な実施態様は従属形式請求項に記載された手段から生じる。
【００１２】
本発明の実施例を図面及び次の記載により詳細に説明する。
【００１３】
実施例
図１は、以後他のシリコン層１７として表されるシリコン層を備え、前記シリコン層上にそれ自体複数の分離層断片１２，１４，１６からなる分離層が設置されているシリコン積層体を示す。第１の分離層断片１２は熱的に酸化されたシリコン（いわゆる二酸化ケイ素）からなる。この上に部分的に薄い、場合により構造化された、導電性の高いドーピング度のポリシリコンからなる導電層１３が存在し、これに、気相からシランの析出によって生じる二酸化ケイ素からなる第２の分離層断片１６が続く。図１によると導電層１３から離れた第３の分離層断片１４により占められる領域中で第１及び第２の分離層断片１２，１６を他のシリコン層１７に至るまで完全にエッチバックし、引き続き二酸化ケイ素からなる第３の分離層断片１４を同じ箇所に単に１０ｎｍ〜１００ｎｍの厚さで成長させる。分離層断片１２，１４，１６の上方にエピポリシリコンからなる第１のシリコン層１５が存在する。第１のシリコン層１５は表面上に金属被覆されており、エッチングマスク１０を用いて横側方向（lateral）の空白部２１の定義のために構造化されている。
【００１４】
図２は、交互のデポジション工程及びエッチング工程を伴う第１の異方性プラズマエッチングプロセスの結果を表し、このエッチングプロセスは横側方向の空白部２１の領域内でトレンチ溝２１′をエッチングし、その際、トレンチ溝２１′の側壁にはテフロン状の被膜２０が構築される。分離層断片１２，１４，１６に到達する際に、第１のエッチングプロセスはほぼ完全に停止される、それというのもこのエッチングプロセスは二酸化ケイ素に比べてケイ素に対して著しく高い選択性を有し、従って二酸化ケイ素はほとんどエッチングされないためである。トレンチ溝２１′の達成された深さは従って埋設された分離層断片１２，１４，１６の深さにより、つまり第１のシリコン層１５の厚さによって定義される。トレンチ溝２１′の底部には露出領域２３もしくは２４が存在する。
【００１５】
図３は、第２の、例えば異方性プラズマエッチングプロセスにおいて著しいイオン衝撃下で薄い第３の分離層断片１４の露出領域２３を突破し、もしくは除去することを説明する。導電層１３の上方の第２の分離層断片１６は露出する領域２４において第３の分離層断片１４よりも著しく厚く構成されているため、第２の層断片１６は分離層断片１４が突破される場合でも単にわずかに薄くなるだけである。それにより導電層１３は分離層断片１２，１６により完全に包囲されたままである。露出領域２３中で薄い第３の分離層断片１４が突破された後に、凹設部３１を作成するために他のシリコン層１７のもう１つの有利に等方性エッチングが行われる。この場合、下方エッチング及び分離層断片１４の材料からなる底部３０を有する遊離する構造体３２の作成が行われる。この底部３０は場合により第３の分離層断片１４の分離層残留部分２５並びにテフロン状の被膜２０と一緒になって遊離した構造体３２のエッチバック及び構造損傷を阻止する。
【００１６】
次に、ここの方法工程のさらなる詳細をこの順序に応じて例示的に詳説する。
【００１７】
まず、他のシリコン層１７上に厚い第１の分離層断片１２が析出される。この第１の分離層断片１２は有利に二酸化ケイ素、その他の酸化ケイ素、窒化ケイ素、ガラス、セラミック又はこれらの混合物を含有し、半導体技術からの自体公知の析出方法によって、特にドイツ国特許出願公開（ＤＥ−Ａ１）第１９５３７８１４号明細書の教示に従った熱的酸化により析出される。他のシリコン層１７はシリコンウェハーである。
【００１８】
分離層断片１２の厚さは例えば２．５μｍである。析出されかつ場合により構造化された薄い導電層１３は有利に導電性ポリシリコンを含有し、このポリシリコンは導電性の改善のために著しくドーピングされていてもよい。この層系上にもう一つの酸化物、有利に二酸化ケイ素が分離層断片１６として析出されている。この析出は例えばドイツ国特許出願公開（ＤＥ−Ａ１）第１９５３７８１４号明細書から公知の方法により、気相からシランを介して行われ、約１．５μｍの層厚を有する。この場合、導電層１３は有利に完全に包囲されるかもしくは埋設される。
【００１９】
引き続き、後になって遊離する構造体３２が下方エッチングによって作成されることになる第３の分離層断片１４の領域内に存在する酸化物が約１０ｎｍ〜１００ｎｍの厚さにまで薄くされる。これは分離層断片１２及び１６の時間制御されたエッチバックによって行うことができる。もう一つの実施態様において、分離層断片１２及び１６のエッチバックを第３の分離層断片１４において完全に他のシリコン層１７に到達するまで行い、引き続き、例えば１０ｎｍ〜１００ｎｍの所望の厚さの第３の分離層断片１４を成長させる。第３の分離層断片１４のこの成長は、エッチバックされた領域内においてだけか又はエッチバックされた領域内及び残留する第２の分離層断片１６上で行うことができる、それというのも、成長された第３の分離層断片１４の厚さは第２の分離層断片１６の厚さと比較してほとんど無視できるためである。この完全なエッチバック及び引き続く成長を行う変法の場合、有利に、熱的に成長させた二酸化ケイ素からなる第３の分離層断片１４の厚さを著しく正確に定義できる。
【００２０】
第１の分離層断片１２は有利な実施態様において第２の分離層断片１６よりも厚い。さらに、第２の分離層断片１６の厚さはエッチバックされた分離層断片又は成長させた第３の分離層断片１４の厚さより著しく厚い、特に１０倍〜１０００倍厚いのが好ましい。第１及び第２の分離層断片１２もしくは１６の厚さはそれぞれ５００ｎｍ〜５０μｍ、特に１μｍ〜１０μｍの間にある。
【００２１】
引き続く方法工程で、分離層断片１２，１４，１６上に有利にエピポリシリコンからなる厚い第１のシリコン層１５を成長させ、この層は表面上に場合によりメタライジングされており、例えばエッチングマスク１０で横側方向の空白部２１の定義のために構造化される。第１のシリコン層１５はさらにドーピングすることができる。第１のシリコン層１５のメタライジングされた表面はアルミニウム接触層であることができ、この接触層は例えばフォトレジストマスクの形のエッチングマスク１０によって同時にフッ素含有ガスの攻撃から保護される。
【００２２】
その後、ドイツ国特許第４４１０４５号明細書又はドイツ国特許出願公開第４４２０９６２号明細書から自体公知の異方性のディープエッチングプロセスを用いて第１のエッチングプロセスとしてトレンチ溝２１′が横側方向の空白部２１の箇所にエッチングされる。この第１のエッチングプロセスは露出領域２３もしくは２４内の分離層断片１２，１４，１６に到達した際にほぼ完全に停止する、それというのもこの実施例に引用されるドイツ国特許第４２４１０４５号明細書から公知のエッチング方法は、二酸化ケイ素と比較して約２００〜３００：１の高い選択性を示し、これは有利に二酸化ケイ素からなる分離層断片１２，１４，１６上でほぼエッチストップ（Aetzstopp）が生じる。このエッチストップは分離層の組成の他に、特に選択されたエッチングプロセスにより決定される。方法パラメータの選択は、分離層断片１２，１４，１６の到達と共にほぼエッチストップが生じるように常に制御することができる。
【００２３】
ドイツ国特許第４２４１０４５号明細書による有利な第１のエッチングプロセスはドライエッチング法であり、その際、デポジション工程が等方性エッチング工程と交互に実施され、その際、デポジション工程の間にポリマーを形成するモノマーを供給するデポジションガス、有利にオクタフルオロシクロブタンＣ₄Ｆ₈又はペルフルオロプロピレンＣ₃Ｆ₆が高密度プラズマ、特にＰＩＥ−プラズマ（propagation ion etching）又はＩＣＰ−プラズマ（inductively coupled plasma）にさらされ、トレンチ溝２１′の側壁上に（ＣＦ₂）_nのテフロン状の被膜２０を形成させ、その際、エッチングプロセスの間にフルオロラジカルを供給するエッチングガス、特に六フッ化硫黄ＳＦ₆が使用され、廃ガス領域での硫黄の析出を抑制するために酸素を混入することができる。それ自体等方性のエッチング工程の間にテフロン状の側壁被膜２０が進行することにより、このエッチング工程は局所的に異方性となる。
【００２４】
第２のエッチング工程において、露出領域２３もしくは２４内の分離層断片１２，１４，１６は分離層組成のエッチングのために適したエッチングプロセスを用いて継続してエッチングされる。この継続エッチングは、露出領域２３内の分離層断片１４が完全に貫通エッチングされるまで行われる。この貫通エッチングは有利にドイツ国特許第４２４１０４５号明細書の教示によるエッチング装置を用いたプラズマエッチング方法により、エッチングガスＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆、Ｃ₃Ｆ₈、ＣＨＦ₃、Ｃ₃Ｆ₆又はＣ₄Ｆ₈を使用して、著しいイオン衝撃の使用下で、つまり高い基板バイアス電圧の使用下で行われる。特にフッ素濃度の高いエッチングガスＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆、Ｃ₃Ｆ₈又はＣＦ₄及びＣＨＦ₃の混合物の使用の際に、この酸化物エッチングプロセスは、引き続くシリコンエッチングプロセスに関してプラズマエッチングチャンバの状態にとって問題はない。例えば高い選択性の理由からフッ素濃度の低い酸化物エッチングガスＣＨＦ₃、Ｃ₃Ｆ₆又はＣ₄Ｆ₈を使用する場合、このチャンバ内での後続するシリコンエッチングが障害となる混入物（Querkontaminationen）によって被毒されるのを防止するために、プロセスパラメータは著しく注意深く最適化しなければならない。しかしながら、酸化物エッチングのために考慮された独自のエッチング装置中で酸化物エッチングを実施することも可能である。このために特に、１つの操作システムが複数のプラズマエッチングチャンバを操作し、かつシリコン成形体が常に真空中に保たれるクラスター装置が使用される。
【００２５】
もう一つの変法において、分離層断片１２，１４，１６の露出領域２３もしくは２４の酸化物エッチングを湿式化学的に、例えばウェーハー上に製造された積層物をプラズマエッチングチャンバから取り出し、次いで露出領域２３もしくは２４内の二酸化ケイ素層を希釈されたフッ化水素酸又は十分に緩衝されたフッ化水素酸溶液でエッチングし、露出領域２３内を完全に除去することにより行うこともできる。しかしながら、本発明の有利な実施態様は、このエッチングをプラズマを用いた乾式化学的に行うことである、それというのも、この方法は特に底部３０及び分離層残留部２５の酸化物縁部をアンダーカットしないためである。
【００２６】
露出領域２３内の第３の分離層断片１４の貫通エッチングの間に、第２の分離層断片１６の露出領域２４内の分離層断片も部分的に取り去られる、それというのもこの第２のエッチングプロセスはマスクをせず、従って全面的に全ての露出領域２３もしくは２４上に行われるためである。しかしながら第２の分離層断片１６は第３の分離層断片１４の約５０ｎｍの厚さに比べて例えば厚さが１．５μｍと著しく厚いため、第２の分離層断片１６のこのエッチングは、薄い第３の分離層断片１４の露出領域の貫通エッチングの際に、プロセス安全性の理由から貫通エッチングの際に２倍にオーバーエッチングする場合でさえも問題とはならない。従って、特に埋設された導電層１３はあらゆる箇所で厚い損傷のない二酸化ケイ素層により保護されたままである。
【００２７】
露出領域２３内の第３の分離層断片１４の貫通エッチングが完了した後、図３により第３のエッチングプロセス中で他のシリコン層１７の等方性エッチングが行われる。このエッチングの前に、ドイツ国特許出願公開（ＤＥ−Ａ１）第４４２０９６２号明細書の教示に従ったテフロン状のプラズマポリマーを用いるトレンチ溝２１′の側壁の付加的パッシベーションは、側壁パッシベーションがすでに図２によりトレンチ溝２１′のエッチングの間に生じず、及び露出領域２３内の第３の分離層断片１４の貫通エッチングの間に損傷なく完全に維持される場合に行うことができる。他のシリコン層１７の等方性エッチングは有利に、領域３１内での遊離すべき構造体３２を遊離させる下方エッチングである。他のシリコン層１７のこのエッチングの間に、遊離する構造体３２の底部３０又は側壁のエッチングは行われない、それというのも底部３０は例えば第３の分離層断片１４からの薄い二酸化ケイ素層により保護されており、側壁はテフロン状の被膜２０によって保護されているためである。同様のことが第１のシリコン層１５におけるエッチバック又は導電層１３におけるエッチバックにも通用し、これらは同様に第２のエッチングプロセスにおいて貫通エッチングされない分離層残留部２５によって保護されている。
【００２８】
詳細には、他のシリコン層１７の等方性エッチングのための第３のエッチングプロセスは、まず場合によりなお他のシリコン層１７上に存在するフルオロポリマーの残留物を第３の分離層断片１４の貫通エッチングの後に除去することにより行われる。これは、短時間にアルゴン及び／又は酸素をエッチングチャンバ中へ導入し、プラズマを新たに生成することにより行われる。この場合、自体公知の方法でイオンの作用によりエッチング面上で選択的に著しく迅速なポリマー除去が達成され、その結果ポリマーを有していない他のシリコン層１７とさらにテフロン状の被膜２０による無傷な側壁パッシベーションが生じる。酸素の存在は、フルオロ炭化水素と酸素との間の化学反応を誘導することにより方向付けられたイオンによりこの物理的エッチング除去を促進する。その後、ドイツ国特許第４２４１０４５号明細書による自体公知の方法によりフルオロプラズマを用いる等方性シリコンエッチング法を実施し、その際、誘導性プラズマ源中でＳＦ₆プラズマが生成され、同時にドイツ国特許第４２４１０４５号明細書から公知の側壁被膜輸送メカニズムを高いプロセス圧を使用し、基板バイアス電圧を印加しないことにより阻止する。第３のエッチングプロセスのこの部分のために適したガス流は、例えば５０〜１００ｍＴｏｒｒの圧力でＳＦ₆ １００ｓｃｃｍである。このエッチングプロセスの変法において、他のシリコン層１７上のフルオロポリマーの残留物を初めに除去することは、ドイツ国特許第４２４１０４５号明細書によるシリコンエッチング方法をフルオロプラズマを用いて及び前記のパラメータを用いて数秒間、５０〜１００Ｗの高い基板バイアス電力を用いて開始し、次いで基板バイアス電力は完全に遮断することにより行うことができる。それにより、数秒間の間に他のシリコン層１７上のフルオロポリマーの残留物は除去され、テフロン状の側壁被膜２０はほぼ変化せずに残留する。
【００２９】
また、他のシリコン層１７の等方性エッチングのための第３のエッチングプロセスにおいて等方性のフルオロエッチング工程は、他のシリコン層１７上のフルオロポリマーの残留物の除去の後に、プラズマによる支援なしでも、公知のように露出したシリコン面を、揮発性四フッ化ケイ素の形成下で激しい反応において即座に等方的に攻撃するエッチングガス、例えばキセノンジフルオリド、クロロトリフルオリド、ブロモトリフルオリド又はヨードペンタフルオリドを用いて実施することができる。非−シリコンに対するこのガスの選択性は極端に高いため、最も薄いパッシベーション膜でもエッチングによる攻撃からの保護のために十分である。
【００３０】
二酸化ケイ素は等方性の下方エッチングの際に遊離させる構造体３２の底部３０に残留するため、例えばセンサ素子として使用できる遊離する構造体３２の機械特性に不利な影響を及ぼさないために、第３の分離層断片１４はできる限り薄くなければならない。この厚さの実際上の下限は約１０ｎｍである。遊離する構造体３２の底部３０の二酸化ケイ素層により、さらに底部３０が上側にわずかに湾曲する圧縮応力が引き起こされる。この湾曲は、約１０ｎｍの層厚の場合たいていの場合無視できる。しかしながら、第１のシリコン層１５の上側のドーピングにより完全に補償することも可能である。
【００３１】
本発明による方法により、遊離する構造体３２は特に第１のシリコン層１５の厚さにより規定される高さを有し、マイクロローディング効果、異方性エッチングもしくは下方エッチングの程度及びトレンチ溝幅に依存しない。
【００３２】
プラズマエッチング装置から取り出した後、エッチングされたシリコン成形体は酸素プラズマストリッパー中でエッチングマスク１０、例えばフォトレジストマスク及び残留するパッシベーションされたテフロン状の被膜２０を半導体技術的に自体公知の酸素プラズマアッシングプロセスを用いて除去される。この段階でようやく、第１のシリコン層１５のメタライジングされた表面及びそこに場合により設置されたアルミニウム接触面が露出され、これらは今まで腐食及びエッチングによる攻撃からエッチングマスク１０のもとで完全に保護されていた。従って、この接触面の各後処理は行わなくてよい。特に、付属する集積回路が同一ウェハー上に設置されている遊離した構造体を有するセンサ素子の製造方法が適している。
【００３３】
テフロン状の被膜２０はシリコンとシリコンとの接触の際に微小機械的構造体の不可逆な貼り付き（スティッキング）を回避するのに優れた材料であるため、多くの用途に対して有利であり、酸素アッシングプロセスでのエッチングマスク１０の除去の際に一緒に除去されるこのテフロン状の被膜２０は、後から新たなテフロン被覆によって再度被覆される。これはすでに酸素プラズマストリッパー中で、引き続き酸素の代わりに短時間テフロン形成するモノマーを提供するガス、例えばＣ₃Ｆ₆、Ｃ₄Ｆ₈又はＣＨＦ₃を導入し、プラズマを新たに生成させることにより行うことができる。しかしながら、それにより、シリコン層１５の表面でのアルミニウムメタライジング部もテフロンで覆われ、後の接触の際に問題となりえる。本発明の特に有利な実施態様において、従ってテフロン状被膜２０は酸素アッシングプロセスの後にすでにドイツ国特許第４２４１０４５号明細書から公知のデポジション工程でエッチング反応器中で全ての到達可能なシリコン表面上に再度全面に設置され、引き続き短時間の強いイオン衝撃により垂直方向のイオン入射に対して到達可能な面上で再び除去され、その結果、テフロン状の被膜２０は遊離する構造体３２の側壁、底部３０及びイオン入射が到達しない全てのシリコン表面又は二酸化ケイ素表面上で維持される。特に、それにより接触面は不所望なテフロン層が取り除かれる。また、垂直方向のイオン入射に対して到達可能な全ての箇所上のテフロン状の被膜を後になって除去する代わりに、すでに、ドイツ国特許第４２４１０４５号明細書によりテフロン被膜を設置する間にエッチング反応基中でイオン入射を行うことも著しく有利であり、その結果、特に接触面上のテフロン状の被膜を全く形成されない（側壁の選択的被覆）。
【００３４】
図４、５及び６は、他の実施例として図１〜３を用いて記載した実施例の変法を示し、この実施例は図１〜３の実施例とは、第３の分離層１４上に第１のシリコン層１５を成長させる前にまず自体公知の析出方法及び構造化方法を介して付加的に中間層を他のシリコン層として設置し、引き続きこの層の表面及び側面を他の分離層１４′で取り囲む点で異なっている。犠牲層として使用される中間層１７′は必要な形状に応じて構造化することができる。この変法において第３の分離層１４は厚さ及び組成に関して第１の分離層断片１２と一致することが特に有利である、それというのも、この場合、他の分離層１４′は図１〜３による実施例からの第３の分離層断片１４の役割を担うためである。従って、この他の分離層１４′は特に、１０ｎｍ〜１００ｎｍの厚さを有する熱的に成長された二酸化ケイ素からなる。この点で、図１〜３による実施例で説明したように他のシリコン層１７に達するまでの完全なエッチバックの後で第３の分離層断片１４をエッチバックすること又は第３の分離層１４を成長させることもはや必要ではない、それというのも、第３の分離層断片１４ではなく他の分離層１４′が第２のエッチングプロセスで貫通エッチングされ、第３のエッチングプロセスでは他のシリコン層として中間層１７′のエッチングが行われるためである。中間層１７′はもはやポリシリコンからなる導電層１３からも構造化できるため、中間層１７′の成長のための付加的プロセス工程は行われないことが特に有利である。
【００３５】
犠牲層として使用される中間層１７′は例えば他のシリコン層１７と同様の組成である。この中間層は導電層１３又は第１のシリコン層１５に応じてポリシリコン又はエピポリシリコンからなることもできる。従って第１のエッチングプロセスは先行する実施例に応じて他の分離層１４′露出領域２３′内及び露出領域２４上で停止する。第２のエッチングプロセスは図５及び６に従って新たに異方性プラズマエッチングプロセスにおいて先行する実施例に応じて著しいイオン衝撃下でこの薄い他の分離層１４′は露出領域２３′内で突破される。引き続き図６に示したように、先行する実施例の応じた第３のエッチングプロセスにより、さらに犠牲層として使用された中間層１７′の異方性エッチングを行い、このプロセスが図３による実施例における凹設部３１の形成のための他のシリコン層１７の等方性エッチングに相当する。この実施例において中間層１７′はまず分離層１４′もしくは第３の分離層断片１４により完全に取り囲まれていることにより、第３のエッチングプロセスにおけるエッチングは自動的に犠牲層として使用された中間層１７′の完全な除去エッチングの後に停止し、その結果、一方で定義された底部３０及び定義された側壁を備えた遊離する構造体３２が生じ、他方で構造化もしくは他の分離層１４′の形状及び厚さによって横側方向及び垂直方向が正確に定義された縁部３３を備えた凹設部３１′が生じる。
【００３６】
図４、５及び６による実施例と他は十分に同様でありかつ図７を用いて詳説されるもう一つの実施例は、まず、他のシリコン層１７上の分離層１２，１４，１６が一貫して同じ厚さで構成されており、場合により構造化された導電層１３はその中に封入されていることが考慮される。この分離層１２，１４，１６上には次いで図４及び前記の実施例と同様に公知の析出方法及び構造化方法により付加的に中間層が他のシリコン層として設置されており、引き続きこの中間層は他の分離層１４′により表面及び側面が取り囲まれており、この分離層１４′は例えば二酸化ケイ素層の熱的成長により製造される。この他の分離層１４′の組成及びその厚さは有利に第３の分離層断片１４の組成及び厚さに一致する。中間層１７′は特に他のシリコン層１７、導電層１３又は第１のシリコン層１５と同様の組成である。
【００３７】
本発明による方法のこの変法を用いて、従って電極面を活性なもしくは遊離する構造体の下側に設置することができ、その際、遊離する構造体３２を作成するために除去される犠牲層として中間層１７′を備えた場合により構造化された平面が提供され、並びにその下に存在する、分離層断片１２，１４，１６により特にエッチング攻撃から保護された電極形状及び導波路形状を備えた平面が提供される。従って、両方の平面中では相互に独立した構造化が行われる。さらに、全体の電気的に機能的に構造化された導電層１３は中間層１７′の除去の後でもなお全ての側面でなお完全に電気的に絶縁されている。
【００３８】
本発明のもう一つの有利な実施態様は、実施例として図８〜１１につき説明され、その際、多様なエッチングプロセス、層組成及び層厚がすでに前記の実施例において説明したのと同様に選択される。この例は、もちろん図７の実施態様である（図８参照）が、他の分離層１４′及び第３の分離層断片１４は、中間層１７′を他の分離層１４′の適当な自体公知の構造化により完全には取り囲んでいない。
【００３９】
図示された積層体の層構造は、詳細には前記の実施例において記載したように実現した。その後、図９に示したように第１のエッチングプロセスにおいてトレンチ溝２１′が、テフロン状の被膜２０による側壁パッシベーションを同時に構築しながら作成され、その際、第１のエッチングプロセスはトレンチ溝２１′の底部２３′に達する。ついて、第２のエッチングプロセスにおいて、トレンチ溝２１′の底部２３′の薄いもう一つの分離層１４′が突破される。この際に、同時に底部２３の第３の分離層断片１４はその上に他の分離層１４′がない箇所でエッチングされる。しかしながら、このエッチングは他の分離層１４′のわずかな厚さ及び第３の分離層断片１４の下側に存在する第２の分離層断片１６を考慮して無視できる。
【００４０】
特に、本発明の有利な実施態様のこの実施例において、第３の分離層断片１４はなくてもよい、それというのも、第３の分離層断片１４の役割は、他の分離層１４′及び第２の分離層断片１６によって担うことができるためである。トレンチ溝２１′の底部２３′での他の分離層１４′の突破の後に、第２のエッチングプロセスは停止される。その後、犠牲層として利用される中間層１７′のエッチングを行う、すでに前記した第３のエッチングプロセスを続ける。第３のエッチングプロセス中でのエッチング攻撃は、この場合、薄い他の分離層１４′及び第３の分離層断片１４又は第２の分離層断片１６により定義される領域に限定され、その際、この実施例において図７とは異なり、他の分離層１４′の構造化により、著しく有利にウェブ４０の内側へ下方からのエッチングを行うことができる。ウェブ４０中のエッチングフロントの進行はこの場合テフロン状の被膜２０による側壁パッシベーションにより及びエッチングマスク１０によるウェブ４０の上側のパッシベーションにより定義され、その結果、ウェブ４０は十分にくり抜かれるかもしくは進行するエッチングの際に局所的に妨げられる。従って、本発明のこの実施例によって、他の分離層１４′の選択的取り去り又は定義された構造化により第３のエッチングプロセスにおける下からのエッチング攻撃を意図的に行うことができる。それにより、例えば図１１に示されたように、著しく有利に例えば、第１のシリコン層１５において表面上に存在する、誘電的に絶縁された導波路の形で構成されているアルミニウムメタライジング部の下方に最初に作成されたシリコンブリッジ部を、下側からのエッチング攻撃により選択的に分離することができる。従って少なくとも局所的に、更なる接触のために提供される露出した導波路が得られ、並びに周囲のシリコンから遊離した構造体の電気的に絶縁が得られる。従って、この実施例は、特に集積の観点から、つまり電気的回路技術と微小機械との関係について、新たな可能性及び利点を提供する。
【００４１】
特に、表面のアルミニウムメタライジングが、付加的に適当に構造化された、例えば二酸化ケイ素からなる電気的に絶縁された中間層によって、本来の第１のシリコン層１５と隔てられており、その際この中間層が第３のエッチングプロセスでエッチングされない場合、選択的に、電気的接続、及び特に第１のシリコン層１５を介してセンサと電気的評価回路の結合が達成され、これは橋のように深淵上に架けられており、下側から電気的に絶縁された、第３のエッチングプロセスによってエッチングされない中間層により支持されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 エッチングマスクを備えたシリコン積層体の構造の断面図
【図２】 トレンチ溝を備えた図１によるシリコン積層体の断面図
【図３】 トレンチ溝の露出領域から出発する下方エッチング部を備えた図１及び図２によるシリコン積層体の断面図
【図４】 犠牲層として完全に包囲された中間層を備えたシリコン積層体の構造の断面図
【図５】 エッチングされたトレンチ溝を備えた図４によるシリコン積層体の断面図
【図６】 分離層により横側方向及び垂直方向に定義されているトレンチ溝の露出領域から出発する下方エッチング部を備えた図４又は図５によるシリコン積層体の断面図
【図７】 分離層中に包囲された構造化された薄い導電層を備えた分離層が一貫して構成されている図６に応じたシリコン積層体の改良された構造を示す断面図
【図８】 中間層から出発して遊離する構造体中への下方エッチングを意図的に行うことができる図７による実施例の実施態様としてのもう一つの実施例を示す断面図
【図９】 中間層から出発して遊離する構造体中への下方エッチングを意図的に行うことができる図７による実施例の実施態様としてのもう一つの実施例を示す断面図
【図１０】 中間層から出発して遊離する構造体中への下方エッチングを意図的に行うことができる図７による実施例の実施態様としてのもう一つの実施例を示す断面図
【図１１】 中間層から出発して遊離する構造体中への下方エッチングを意図的に行うことができる図７による実施例の実施態様としてのもう一つの実施例を示す断面図
【符号の説明】
１５ 第１のシリコン層、１０ エッチングマスク、２１ 横側方向の空白部、２１′ トレンチ溝、１７，１７′ 他のシリコン層、１２，１４，１４′，１６ 分離層、２３，２３′ 露出領域

Claims (36)

1. 横側方向の空白部（２１）を定義するためにエッチングマスクが設けられている第１のシリコン層（１５）を有するシリコン積層体をエッチングするにあたり、第１のエッチングプロセスにおいてプラズマを用いて操作し、横側方向の空白部（２１）の領域内で異方性エッチングによりトレンチ溝（２１′）を作成するシリコン積層体のエッチング方法において、第１のシリコン層（１５）と他のシリコン層（１７，１７′）との間に少なくとも１つの分離層（１２，１４，１４′，１６）が埋設されており、前記の分離層に到達した際に第１のエッチングプロセスがほぼ停止し、その後、露出領域（２３，２３′）内の分離層（１２，１４，１４′，１６）を第２のエッチングプロセスにより貫通エッチングし、引き続き第３のエッチングプロセスで他のシリコン層（１７，１７′）のエッチングを行うことを特徴とするシリコン積層体のエッチング方法。
2. 少なくとも２つのトレンチ溝（２１′）間で、第３のエッチングプロセスにより完全に等方性の下方エッチングを行い、遊離する構造体（３２）を作成する、請求項１記載の方法。
3. 第１のエッチングプロセスがドライエッチング法であり、その際、デポジション工程を公知の等方性エッチング工程と交互に実施し、デポジション工程の間にポリマー形成するモノマーを提供するデポジションガスを高密度プラズマにさらし、トレンチ溝（２１′）の側壁上に（ＣＦ₂）_nのポリテトラフルオロエチレン状の被膜（２０）を構築し、エッチングプロセスの間にフルオロラジカルを提供するエッチングガスを、混入した酸素と共に使用する、請求項１記載の方法。
4. 前記デポジションガスは、オクタフルオロシクロブタンＣ ₄ Ｆ ₈ 又はペルフルオロプロピレンＣ ₃ Ｆ ₆ であり、前記高密度プラズマは、ＰＩＥ−プラズマ又はＩＣＰ−プラズマであり、前記エッチングガスは、六フッ化硫黄ＳＦ ₆ である、請求項３記載の方法。
5. トレンチ溝（２１′）の第１の異方性エッチング工程が二酸化ケイ素に対して高い選択性を示す、請求項１記載の方法。
6. 分離層（１２，１４，１４′，１６）が少なくとも１つの第１の分離層断片（１２）及び第２の分離層断片（１６）から構成されており、その際、第１の分離層断片（１２）は二酸化ケイ素、その他の酸化ケイ素、窒化ケイ素、ガラス、セラミック又はこれらの混合物を含有し、これらは半導体技術から公知の析出法により析出され、その際、第２の分離層断片（１６）は二酸化ケイ素層である、請求項１記載の方法。
7. 第２のエッチングプロセスを、トレンチ溝（２１′）の露出領域（２３，２３′）内の分離層（１２，１４，１４′，１６）の貫通エッチングのために乾式化学的に行う、請求項１記載の方法。
8. 前記の第２のエッチングを、プラズマエッチングを用いて行う、請求項７記載の方法。
9. プラズマエッチングを著しいイオン衝撃下でかつエッチングガスを用いて行う、請求項８記載の方法。
10. 前記エッチングガスが、ＣＦ ₄ 、Ｃ ₂ Ｆ ₆ 、Ｃ ₃ Ｆ ₈ 、ＣＨＦ ₃ 、Ｃ ₃ Ｆ ₆ 又はＣ ₄ Ｆ ₈ である、請求項９記載の方法。
11. 第２のエッチングプロセスを、トレンチ溝（２１′）の露出領域（２３，２３′）内の分離層（１２，１４，１４′，１６）の貫通エッチングのために湿式化学的に実施し、特に希釈フッ化水素酸又はフッ化水素酸溶液を用いて行う、請求項１記載の方法。
12. 遊離する構造体（３２）が底部（３０）を有し、この底部は第３のエッチングプロセスにおけるエッチング、特に下方エッチングの際に少なくとも十分にエッチングの攻撃が行われない、請求項１記載の方法。
13. 第３のエッチングプロセスの前又はその間に、トレンチ溝（２１′）の側壁を下方エッチングの前に選択的にポリテトラフルオロエチレン状の被膜（２０）の製造のためにプラズマポリマーで被覆する、請求項１記載の方法。
14. 他のシリコン層（１７）上に第１の分離層断片（１２）を設置し、その上に少なくとも例えば１つの導電性の高いドーピング度のポリシリコンからなる導電層（１３）を析出させ、構造化し、その後、この導電層（１３）上に第２の分離層断片（１６）を析出させる、請求項６記載の方法。
15. 第１及び第２の分離層断片（１２，１６）の析出を、導電層（１３）が完全に包囲されるように行う、請求項１４記載の方法。
16. 第２の分離層断片（１６）を気相から、シランの分解により析出させる、請求項６又は１４記載の方法。
17. 熱的に成長する二酸化ケイ素からなる第１の分離層断片（１２）を生成させる、請求項６又は１４記載の方法。
18. 分離層断片（１２）及び（１６）はそれぞれ５００ｎｍ〜５０μｍの厚さを有する、請求項６記載の方法。
19. 分離層断片（１２）及び（１６）はそれぞれ１μｍ〜１０μｍの厚さを有する、請求項６記載の方法。
20. 第１及び／又は第２の分離層断片（１２，１６）を、少なくとも１つのトレンチ溝（２１′）又は遊離する構造体（３２）の周囲で、１０ｎｍ〜１００ｎｍの厚さを有するエッチバックされる分離層断片上のエッチバックにより薄くするか又は完全に除去し、その代わりに引き続き、二酸化ケイ素からなるより薄い厚さの第３の分離層断片（１４）を成長させる、請求項６記載の方法。
21. １０ｎｍ〜１００ｎｍの厚さを有する第３の分離層断片（１４）を作成する、請求項２０記載の方法。
22. 第２の分離層断片（１６）及びエッチバックされる分離層断片又は分離層断片（１６）及び成長させた第３の分離層断片（１４）上に第１のシリコン層（１５）を成長させる、請求項２０記載の方法。
23. 第２の分離層断片（１６）はエッチバックされる分離層断片又は第３の分離層断片（１４）よりも厚い、請求項２０，２１又は２２記載の方法。
24. 第２の分離層断片（１６）はエッチバックされる分離層断片又は第３の分離層断片（１４）よりも１０倍から１０００倍厚い、請求項２０，２１又は２２記載の方法。
25. 第１のシリコン層（１５）がエピポリシリコンからなり、これは場合によりドーピングされ及び／又は表面上にメタライジングされ及び／又は構造化されている、請求項１記載の方法。
26. 第１のケイ素層（１５）のメタライジングされた表面がアルミニウム接触層であり、これをエッチングマスク（１０）としてフォトレジストマスクによりフッ素含有ガスの攻撃から保護する、請求項２５記載の方法。
27. 第１のエッチングプロセスにおいてエッチングされたトレンチ溝（２１′）の深さは、トレンチ溝（２１′）の幅対深さの割合に依存せず、第１の分離層断片（１６）、成長させた第３の分離層断片（１４）又は他の分離層（１４′）の露出領域（２３，２３′）の達成までのエッチング時間により調節される、請求項１から２６までのいずれか１項記載の方法。
28. 全てのエッチングプロセスを唯一のエッチングチャンバ中で実施し、特にシリコン積層体はエッチングプロセスの間にエッチングチャンバ中にとどまる、請求項１記載の方法。
29. エッチングされたシリコン積層体から引き続き酸素プラズマストリッパー中でエッチングマスク（１０）及び残留するポリテトラフルオロエチレン状の被膜（２０）を酸素アッシングプロセスにより除去する、請求項１記載の方法。
30. 残留するテフロン状の被膜の除去後に、テフロン状の被覆を遊離する構造体（３２）の側壁、トレンチ溝（２１′）の側壁及び垂直方向のイオン入射を遮蔽する全ての面上に設置し、その際、特に電気的接触面はテフロン状の被覆を施さないままにする、請求項２９記載の方法。
31. 成長させた第３の分離層断片（１４）又はエッチバックした分離層断片上に第１のシリコン層（１５）を成長させる前に、まず犠牲層として他のシリコン層を形成する中間層（１７′）を構築し、この中間層（１７′）を引き続き他の分離層（１４′）で少なくとも露出領域（２３，２３′）を遮蔽する、請求項２２記載の方法。
32. シリコン、エピポリシリコン、ポリシリコン又は導電性の及び／又はドーピングされたポリシリコンからなる中間層（１７′）を成長させる、請求項３１記載の方法。
33. 熱的に成長させた二酸化ケイ素からなる他の分離層（１４′）を作成する、請求項３１記載の方法。
34. 他の分離層（１４′）が１０ｎｍ〜１００ｎｍの厚さを有する、請求項３３記載の方法。
35. 中間層（１７′）が他の分離層（１４′）の構造化により、他の分離層（１４′）及び分離層断片（１４，１６）により完全には取り囲まれていない、請求項３１から３４までのいずれか１項記載の方法。
36. 遊離する構造体（３２）を備えたセンサ素子を製造するための請求項１から３５までのいずれか１項記載の方法。

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