JPH06163511A - エッチングマスクパターンとこのエッチングマスクパターンを用いた微細装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エッチング溶液による基本マスクパターンと
補償マスクパターンを用いた微細装置のエッチングにお
いて、補償マスクパターンを小さくすること。 【構成】 エッチング溶液による基板１の｛１００｝面
１１のエッチングにおいて、基端部分３１を構成する辺
が基板１の｛１１１｝面内に形成されたＴ字形を含む補
償マスクパターン３の前記基端部分３１を基本マスクパ
ターン２のコーナー２１に連結しているので、前記補償
マスクパターン３の先端部分３２から前記基端部分３１
までがサイドエッチングによって消滅しにくくなる。こ
のため前記基本マスクパターン２に忠実な形状を前記基
板１の｛１００｝面１１のエッチングによって形成する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エッチングマスクパタ
ーンとこのエッチングマスクパターンを用いた微細装置
の製造方法に関し、特に補償マスクパターンを改良した
エッチングマスクパターンとこのエッチングマスクパタ
ーンを用いた微細装置の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、エッチング溶液により基板をエッ
チングする際に、基本マスクパターンに忠実な形状にエ
ッチングするために、補償マスクパターンが用いられて
いた。例えば単結晶シリコンを材料とする加速度センサ
の錘部の形成には、アルカリ性エッチング溶液中による
異方性エッチング技術が一般的に利用されていた。この
場合、錘部の重さが加速度センサの特性を決定するた
め、錘部を目標形状に加工することが必要である。しか
し、この錘部の目標形状と同じ形状のエッチングマスク
を用いてエッチングすると、この錘部のエッチングマス
クの凸状コーナーにサイドエッチング現象が生じるの
で、この錘部の最終形状が前記目標形状よりも小さくな
ってしまう。このため前記凸状コーナーに、補償マスク
パターンを連結することにより、この錘部を目標形状に
加工する方法が用いられていた。

【０００３】図８は、従来の補償マスクパターンを示し
ている。図８において、シリコン基板６の｛１００｝表
面６１上に、シリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜に
より基本マスクパターン７１、補償マスクパターン７２
及び側縁マスクパターン７３が形成されている。なお一
般的に｛１００｝面は（１００）面及びこの面に立方対
称な面を含む。また基本マスクパターン７１は、上述の
加速度センサの錘部を形成するためのものである。補償
マスクパターン７２の先端部７２１は、〈２１０〉方向
のライン７２３を利用して鋭角状に形成されている。な
お一般的に〈２１０〉方向は、〔２１０〕方向及びこの
方向と等価な８方向全ての方向を含む。一方補償マスク
パターン７２の基底部７２２は基本マスクパターン７１
の４ヶ所のコーナー７１１に連結されている。図９〜図
１２は、前記図８に示された補償マスクパターン７２を
使用してエッチング溶液によりエッチングする工程を示
す。図９に示すように、エッチング工程の初期において
は、補償マスクパターン７２はほぼ原型のままである。
つぎに図１０に示すように、エッチングが少し進むと、
補償マスクパターン７２の先端部７２１がサイドエッチ
ングによって消滅する。更に図１１に示すように、エッ
チングが更に進むと、補償マスクパターン７２は、｛２
１１｝面７２４に直交する軸方向にサイドエッチングさ
れて、その基底部７２２が残るのみとなる。なお一般的
に｛２１１｝面は、（２１１）面及びこの面と立方対称
の面を含む。図１２は、エッチングが所定の深さまで達
した状態を示す。この状態では、補償マスクパターン７
２が完全に消滅し、更に基本マスクパターン７１もその
コーナー７１１に近い部分が大きく削られている。この
ため基本マスクパターン７１に忠実な形状を半導体基板
６の｛１００｝表面６１上に形成することができなかっ
た。なおエッチング深さは、梁部６４の表面６４１まで
である。このため貫通孔になっている溝部６３を形成す
るために、半導体基板６の裏面からもエッチングしてい
る。

【０００４】他の従来例が特開平２−２８０３２５号公
報に開示されている。図１３はこの他の従来例を示す。
図１３においては、エッチング溶液により半導体基板の
｛１１０｝面をエッチングする場合に、基本マスクパタ
ーン８１の４ヶ所のコーナー８１１に、｛１１１｝面に
平行に伸びる辺を有する帯状補償マスクパターン８２が
連結されている。なお一般的には｛１１０｝面は（１１
０）面及びこの面と立方対称の面を含み、｛１１１｝面
は（１１１）面及びこの面と立方対称な面を含む。この
場合のシリコン異方性エッチング液として水酸化カリウ
ム（ＫＯＨ）溶液がよく用いられていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このＫＯＨ溶液は、サ
イドエッチングが小さいため、前記補償マスクパターン
を小さくできた。しかし、このＫＯＨ溶液は、半導体装
置の特性を劣化させるアルカリ金属イオンの一種のカリ
ウムイオン（Ｋ⁺ ）を含むため、半導体集積回路と一体
化したセンサには不利であった。アルカリ金属イオンを
含まないエッチング液として、テトラメチルアンモニウ
ムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）溶液があった。しか
しこのＴＭＡＨ溶液は、サイドエッチングが大きいた
め、前記補償マスクパターンが大きなものになるという
欠点があった。このため上述の加速度センサの錘部６５
を形成する場合には、この錘部６５の幅６５１あるいは
前記錘部６５の周囲の溝部６３（この溝部６３に相当す
る部分に前記補償マスクパターン７２を形成する。）の
幅６３１が小さいときには、前記ＴＭＡＨ溶液を使用で
きないという欠点があった。また上述の他の従来例は、
半導体基板の｛１１０｝面をエッチングする場合である
が、この場合においても、限られた半導体基板の｛１１
０｝表面上のスペース内に必要なエッチング時間に対応
した補償マスクパターンを形成できず、補償マスクパタ
ーンを大きくすると、微細装置（例えば加速度センサ
ー）自体を大きくしなければならないという欠点があっ
た。したがって本発明の課題は、上述の従来例の欠点を
なくし、前記補償マスクパターンを小さくすることがで
きるエッチングマスクパターンとこのエッチングマスク
パターンを用いた微細装置の製造方法を提供することで
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の構成の第１のものは、基本マスクパターン
及び補償マスクパターンからなり、エッチング溶液を用
いて基板の｛１００｝面を所望の形状にエッチングする
際に用いられるエッチングマスクパターンにおいて、前
記補償マスクパターンをＴ字形を含む形状とし、このＴ
字形を含む補償マスクパターンの基端部分を構成する辺
を前記基板の｛１１１｝面内に形成し、この基端部分を
前記基本マスクパターンのコーナーに連結したことであ
る。更に本発明の構成の第２のものは、基板の｛１０
０｝面上に、目標形状の基本マスクパターン及び、基端
部分を構成する辺が前記基板の｛１１１｝面内に形成さ
れかつ前記基端部分が前記基本マスクパターンのコーナ
ーに連結されたＴ字形を含む補償マスクパターンを形成
する第１工程と、前記基本マスクパターン及び補償マス
クパターンをエッチングマスクパターンとして前記基板
の｛１００｝面をエッチング溶液によりエッチングして
前記基本マスクパターンに忠実な形状を形成する第２工
程とを具備するエッチングマスクパターンを用いた微細
装置の製造方法である。

【０００７】

【作用】本発明のエッチングマスクパターンでは、基本
マスクパターンのコーナーから補償マスクパターンが伸
びている。ここで、補償マスクパターンの基端部分であ
って基本マスクパターンのコーナーに連結されている部
分は、｛１１１｝面内に伸びる辺で構成され、更にこの
補償マスクパターンの先端部分はＴ字状に分岐してい
る。なおこのＴ字状の分岐は１つ以上あればよい。この
ように補償マスクパターンをＴ字形ないしＴ字形の連鎖
とすると、限られたスペースの中にサイドエッチングが
進行していく距離を確保できる。また基端部分の辺を
｛１１１｝面内に形成し、この基端部分からＴ字状に分
岐させていくと、全部の辺がエッチング速度の遅い｛１
１１｝面内に形成される。このため補償マスクパターン
は、先端側からサイドエッチングされることになり、側
方からサイドエッチングされることがない。更に補償マ
スクパターンがＴ字形又はその連鎖とすると、補償マス
クパターンの途中に凸状コーナーが形成されないので、
補償マスクパターンの途中からサイドエッチングが進行
することもない。このようにして本発明によると、限ら
れたスペースのなかで、サイドエッチングを遅らせるた
めの距離を確保することが可能となり、サイドエッチン
グを起こしやすいＴＭＡＨ溶液等を用いても、微細な形
状を忠実に形成できる。

【０００８】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。図１は本発明に係わるエッチングマスクパタ
ーンの第１実施例の全体を示し、図２〜図６はこの第１
実施例を用いた微細装置の製造方法を示す。図１におい
て、単結晶半導体基板（例えば単結晶シリコン基板）１
の｛１００｝面１１上に、エッチング溶液を用いたエッ
チング用のマスクパターンとして基本マスクパターン
２、４個の補償マスクパターン３及び側縁マスクパター
ン４が形成されている。なお一般的に｛１００｝面は、
立方対称の（１００）面、（０１０）面、（００１）面
等を含んでいる。また前記エッチングマスクパターン
２，３，４は、シリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜
等で形成される。基本マスクパターン２は、後述する加
速度センサのほぼ長方形の錘部２２に相当するものであ
り、基本マスクパターン２の四隅に凸状コーナー２１が
形成されている。各補償マスクパターン３はＴ字状に形
成されている。前記基本マスクパターン２の各凸状コー
ナー２１に各補償マスクパターン３の基端部分３１が連
結されている。この基端部分３１の辺は｛１１１｝面内
に伸びている。なお一般的には｛１１１｝面は（１１
１）面及びこの面に立方対称の面を含む。また補償マス
クパターン３の一対の先端部分３２も、Ｔ字状に分岐し
ているために、｛１１１｝面内の辺を有する。なお３３
は補償マスクパターン３のＴ字の分岐部分である。この
ようにすると、後述する図３に示すように補償マスクパ
ターン３の基端部分３１と先端部分３２の側面にエッチ
ング速度の遅い｛１１１｝面３４が現れる。このためサ
イドエッチングが補償マスクパターン３の側方から進行
することがない。またＴ字状の両先端部分３２を除いて
凸状コーナーがないために、サイドエッチングは両方の
先端部分３２から下端部分３１へと進行することにな
る。側縁マスクパターン４は前記半導体基板１の｛１０
０｝面１１の側縁部分をマスクするものである。前記
｛１００｝面１１の内前記基本マスクパターン２及び側
縁マスクパターン４にて覆われていない部分がエッチン
グ部分１２となる。この場合、補償マスクパターン３で
覆われている部分はエッチング工程において、後述する
ようにサイドエッチングによってエッチングされること
になる。

【０００９】図２〜図６は、前記第１実施例に係わるエ
ッチングマスクパターンを用いて半導体基板１の｛１０
０｝面１１をエッチングする方法を示している。この場
合エッチング液として、ＴＭＡＨ溶液、ＫＯＨ溶液、ヒ
ドラジン（Ｎ₂ Ｈ₄ ）溶液、エチレンジアミン・ピロカ
テコール（ＥＤＰ）溶液、水酸化アンモニウム（ＮＨ₄
ＯＨ）溶液等を使用できる。まず図２に示すように、エ
ッチング工程の初期においては、エッチング部分１２は
各マスクパターン２，３，４で覆われていない部分であ
る。次に図３に示すように、エッチングが少し進むと、
補償マスクパターン３の内一対の先端部分３２がサイド
エッチングにより消滅する。このため補償マスクパター
ン３の内消滅した部分で覆われていた部分も、エッチン
グ部分１２に含まれることになる。図４に示すように、
エッチングが進むと、補償マスクパターン３の内サイド
エッチングによって消滅する部分が増加し、それだけエ
ッチング部分１２の面積が増加する。図５に示すよう
に、エッチングが更に進むと、補償マスクパターン３の
内サイドエッチングによって消滅する部分が更に増加
し、下端部分３１のみがわずかに残っていることにな
る。図６はエッチング工程が終了した状態を示してい
る。この状態では、補償マスクパターン３は完全に消滅
しているので、基本マスクパターン２と側縁マスクパタ
ーン４で覆われていない部分がエッチング部分１２にな
っている。このように一対の先端部分３２を起点として
補償マスクパターン３で覆われた部分のサイドエッチン
グが進行するため、このサイドエッチング経路を長くす
ることができる。このため半導体基板１の｛１００｝面
１１に、加速度センサの島状錘部２２の形状が基本マス
クパターン２の形状に忠実に形成されることになる。な
おこの場合、エッチング深さは梁部２３の表面２３１ま
でである。このため錘部２２の周囲の溝部１３を貫通孔
状に形成するために、半導体基板１の裏面からもエッチ
ングしている。なお２２１は錘部２２の幅、１３１は溝
部１３の幅である。

【００１０】図７は、本発明に係わるエッチングマスク
パターンの第２実施例の全体を示している。図２におい
ては、上述の第１実施例における補償マスクパターン３
の代わりに補償マスクパターン５が用いられている。こ
の補償マスクパターン５は、補償マスクパターン３を改
良したものである。その他の部分は、上述の第１実施例
と同じである。補償マスクパターン５においては、帯状
下端部分５１を構成する辺が、半導体基板１の｛１１
１｝面内に形成されている。更に帯状部分５２を構成す
る辺が｛１１１｝面内に形成され、この帯状部分５２が
この下端部分５１の先端に直交するように連結されてい
る。更に帯状部分５３を構成する辺及び帯状部分５４を
構成する辺が｛１１１｝面内に形成され、この帯状部分
５３が前記帯状部分５２の一端に直交するように連結さ
れ、一方この帯状部分５２の他端に、前記帯状部分５４
が直交するように連結されている。このようにして、帯
状下端部分５１と帯状部分５２とで第１のＴ字状部分を
形成し、帯状部分５２と帯状部分５３とで第２のＴ字状
部分を形成し、更に帯状部分５２と帯状部分５４とで第
３のＴ字状部分を形成している。即ちＴ字形の連鎖を形
成している。また前記下端部分５１は、基本マスクパタ
ーン２の４ヶ所のコーナー２１に連結されている。

【００１１】以上の構成により、第１のＴ字状部分の先
端に第２及び第３のＴ字状部分が連結されていることに
なる。このため、上述の第１実施例よりも補償マスクパ
ターン５がサイドエッチングによって消滅しにくくなる
ので、基本マスクパターン２に忠実な形状を半導体基板
１の｛１００｝面１１に形成することができる。このた
め上述の第１実施例よりも補償マスクパターン５の下端
部分５１を短くできるので、加速度センサの溝部１３
（エッチング部分１２に相当する。）の幅１３１を狭く
できる。なお本発明は、上述の加速度センサ以外のシリ
コン基板をメサ状に形成する必要があるセンサもしくは
アクチュエータに適用可能である。

【００１２】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明のエ
ッチングマスクパターンとこのエッチングマスクパター
ンを用いた半導体装置の製造方法によれば、小さな補償
マスクパターンによって基本マスクパターンに忠実な形
状を半導体基板の｛１００｝表面に形成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のエッチングマスクパターンの第１実施
例の斜視図である。

【図２】前記第１実施例を用いた半導体装置の製造方法
の説明図である。

【図３】前記第１実施例を用いた半導体装置の製造方法
の説明図であって、図２の続きを示すものである。

【図４】前記第１実施例を用いた半導体装置の製造方法
の説明図であって、図３の続きを示すものである。

【図５】前記第１実施例を用いた半導体装置の製造方法
の説明図であって、図４の続きを示すものである。

【図６】前記第１実施例を用いた半導体装置の製造方法
の説明図であって、図５の続きを示すものである。

【図７】本発明のエッチングマスクパターンの第２実施
例の斜視図である。

【図８】従来例の斜視図である。

【図９】従来例の製造方法の説明図である。

【図１０】前記従来例の製造方法の説明図であつて、図
９の続きを示すものである。

【図１１】前記従来例の製造方法の説明図であつて、図
１０の続きを示すものである。

【図１２】前記従来例の製造方法の説明図であつて、図
１１の続きを示すものである。

【図１３】他の従来例の斜視図である。

【符号の説明】

１ 半導体基板 １１ 半導体基板の｛１００｝面 １２ エッチング部分 ２ 基本マスクパターン ２１ 基本マスクパターンのコーナー ３ 補償マスクパターン ３１ 補償マスクパターンの下端部分

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基本マスクパターン及び補償マスクパタ
   ーンからなり、エッチング溶液を用いて基板の｛１０
   ０｝面を所望の形状にエッチングする際に用いられるエ
   ッチングマスクパターンにおいて、 前記補償マスクパターンをＴ字形を含む形状とし、この
   Ｔ字形を含む補償マスクパターンの基端部分を構成する
   辺を前記基板の｛１１１｝面内に形成し、この基端部分
   を前記基本マスクパターンのコーナーに連結したことを
   特徴とするエッチングマスクパターン。
2. 【請求項２】 基板の｛１００｝面上に、目標形状の基
   本マスクパターン及び、基端部分を構成する辺が前記基
   板の｛１１１｝面内に形成されかつ前記基端部分が前記
   基本マスクパターンのコーナーに連結されたＴ字形を含
   む補償マスクパターンを形成する第１工程と、 前記基本マスクパターン及び補償マスクパターンをエッ
   チングマスクパターンとして前記基板の｛１００｝面を
   エッチング溶液によりエッチングして前記基本マスクパ
   ターンに忠実な形状を形成する第２工程とを具備するこ
   とを特徴とするエッチングマスクパターンを用いた微細
   装置の製造方法。