JPH0845897A - 異方性エッチングにおけるアンダーエッチング補正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体基板に角形環状の凹溝を形成し、この
凹溝の内側に長方台形部を形成するための異方性エッチ
ングにおいて、長方台形部の角に発生するアンダーエッ
チング量を軽減する異方性エッチングにおけるアンダー
エッチング補正方法を提案する。 【構成】 長方台形部７を形成するためのマスク２Ｂの
短辺又は長辺の端部から凹溝１１の深さにほぼ等しい突
出量を持つ補正マスク１３を形成し、この補正マスクの
先端の辺の端部から、枠体５を形成するためのマスク２
Ａに向って細条マスク１４を形成し、この細条マスクの
存在によって補正マスク１３の下側に喰い込むアンダー
エッチングの発生時期を遅らせ、この遅延動作によって
長方台形部の角に発生するアンダーエッチング量を抑制
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は例えば半導体によって
各種のセンサ等を製造する場合に利用することができる
異方性エッチングにおけるアンダーエッチング補正方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】はじめに図７及び図８を用いて［１０
０］面を使用した異方性エッチングについて説明する。
先ず例えばシリコンのような半導体基板１の［１００］
面上にエッチングマスク２により長方形のマスク穴３を
形成する。マスク穴３の各辺は半導体基板１の［１１
０］面と平行になるように作成する。このエッチングマ
スク２を用いてエッチングすると、半導体基板１には図
８に示すように下向に突出した三角形状の穴４が形成さ
れる。穴４は各面が傾斜面４Ａで囲まれ、各傾斜面４Ａ
は［１１１］面とされる。その理由は［１１１］面のエ
ッチングレートが他の結晶面のエッチングレートと比較
して遅いことによるものである。

【０００３】ここでマスク穴３の幅をＸ（図７参照）と
すると、 （Ｘ／２）／ｔａｎ（９０°−５４．７４°） の深さで穴４の周囲が［１１１］面となり、エッチング
は自動的に停止する。従ってエッチングによって貫通孔
を形成する場合にはマスク穴３の幅Ｘを図７の状態より
大きい値に選定しなければならない。半導体基板１の厚
みをｔ、貫通穴を形成するために必要なマスク穴３の幅
をＸ_A とすると （Ｘ_A ／２）／ｔａｎ（９０°−５４．７４°）＝ｔ により、Ｘ_A ＝２ｔ・ｔａｎ（９０°−５４．７４°）
＝１．４１ｔ＝√２ｔ となる。

【０００４】つまり、厚みｔの半導体基板１に貫通穴を
形成する場合はマスク穴３の幅Ｘ_AはＸ_A ≧√２ｔに選
定する必要がある。ところで、センサの一つの例として
図９に示すような構造の加速度センサが考えられてい
る。この加速度センサは枠体５の中にバネ部材６Ａ〜６
Ｄを介して重り７を支持し、バネ材６Ａ〜６Ｄに歪みセ
ンサ８を被着形成した構造とされる。

【０００５】重り７の面と直交する向に加速度が与えら
れることにより、バネ部材６Ａ〜６Ｄがたわみ、そのた
わみ量を歪みセンサ８で検出することにより、与えられ
た加速度に対応した電気信号を発信させることができ
る。この構造の加速度センサを小形で、然も高感度に作
るために、枠体５と重り７及びバネ部材６Ａ〜６Ｄを１
枚の半導体基板から形成することが行なわれている。

【０００６】この構造を採る加速度センサを製造するた
めに先に説明した異方性エッチングが利用されている。
図１０乃至図１２を用いてその製法を説明する。半導体
基板１にエッチングマスク２を被せる。エッチングマス
ク２を角形の環状に除去し、角形環状マスク穴９を形成
する。角形環状マスク穴９の各辺は半導体基板１の［１
１０］面と平行に形成する。角形環状マスク穴９を形成
することによってエッチングマスク２は枠体５を形成す
るためのマスク２Ａと重り７を形成するためのマスク２
Ｂに分離される。

【０００７】この角形環状マスク穴９の形状によってエ
ッチングを行なうと、図１１及び図１２に示すような凹
溝１１が形成される。凹溝１１は両側には［１１１］面
が露出した傾斜面１０が形成される。凹溝１１の外側に
枠体５が形成され、内側に重り７（重り７の部分は長方
形で台形となることから以下この部分を長方台形部と呼
ぶことにする）が形成される。凹溝１１の底面の厚みが
所望値に達した状態（図１２の状態）でエッチングを一
時停止し、バネ部材６Ａ〜６Ｄとして残すべき部分にマ
スクを被せ、再びエッチングを施すことにより、バネ部
材６Ａ〜６Ｄを残して他の部分を貫通させる。このよう
にエッチングによりバネ部材６Ａ〜６Ｄを形成すること
により極めて薄いバネ部材６Ａ〜６Ｄを形成することが
でき、長方台形部７に掛る加速度に対して大きくたわむ
ことができるバネ部材を得ることができる。この結果バ
ネ部材６Ａ〜６Ｄに歪みセンサ８を形成することにより
検出感度が高い加速度センサを得ることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図１０乃至図１２に示
した製造過程において、凹溝１１を形成する工程で長方
台形７の各角の部分において、図１３に点線で示すよう
にマスク２Ｂの下側までエッチングが進行してしまう現
象が起きる。この現象を以下ではアンダーエッチングと
称することにする。このアンダーエッチングが起きるこ
とにより長方台形部７は四隅において角が削り取られて
しまうため、その削り取られてしまった分だけ重量が減
少し、加速度センサとしての検出感度が低下してしまう
不都合が生じる。ここで長方台形部７の重量を補充乃至
増強するために重りを付加することも考えられるが、枠
体５及び長方台形部７は半導体ウエハーに多数形成さ
れ、その形状も極めて小さいため、重りを貼付ける作業
は極めて面倒な作業となる。

【０００９】このため従来より図１４に示すように長方
台形部７を形成するためのマスク２Ｂの四隅に補正マス
ク２Ｃを形成し、この補正マスク２Ｃを形成することに
よってアンダーエッチングの発生を抑えている。補正マ
スク２Ｃの寸法はアンダーエッチングの進む量ｙ（図１
３参照）によって決められる。つまり補正マスク２Ｃは
アンダーエッチング量ｙの２倍２ｙを対角線の長さと
し、対角線の交点がマスク２Ｂの角に位置する形状（図
１４参照）に設定する。

【００１０】アンダーエッチングのエッチングレートは
［１００］のエッチング量（深さ方向）と比較して約
２．３倍程度となる。このために補正マスク２Ｃの突出
量Ｘ_BはＸ_B ≒２．３ｔとなる。この突出量Ｘ_B は先に
説明した貫通穴を形成するに必要な溝幅Ｘ_A に対してＸ
_A ＜Ｘ_B の関係となる。この結果貫通穴を形成するに必
要な溝幅Ｘ_A に対し、アンダーエッチングを補正するに
必要な突出量Ｘ_B を持つ補正マスク２Ｃを形成したとす
ると、図１５に示す状態となる。この図１５に示した状
態でエッチングを行なっても、凹溝１１は環状に連続し
て形成されないことになり補正マスク２Ｃは本来の補正
マスクとして作用しないことになる。このため、従来は
凹溝１１の溝幅を本来必要な溝幅Ｘ_A より大きく、然も
補正マスク２Ｃの突出量Ｘ_B よりも大きい溝幅Ｘ_C に選
定しなければならないことになる。

【００１１】このように凹溝１１の溝幅を本来必要な溝
幅Ｘ_A より大きいＸ_c （Ｘ_A ＜Ｘ_B＜Ｘ_C ）に選定しな
ければならないことから、加速度センサを小形化する上
で障害になっている。また従来の補正マスク２Ｃの形状
によれば長方台形部７の形状を小形化のために細長の形
状に選定したとすると、図１６に示すように、補正マス
ク２Ｃ同士が重なり合う状態となる。この場合には［１
００］のエッチング量が設定値に達したときに、補正マ
スク２Ｃの下部に生じるアンダーエッチングが点線で示
す形状になってしまうため凹溝１１が形成できなくなる
不都合が生じる。この場合長方台形部７の幅ａはアンダ
ーエッチングの発生量をｙとした場合、ａ＞√２ｙに選
定しなくてはならない。よってこの点でも加速度センサ
の形状を小形化できない不都合がある。

【００１２】この発明の目的は長方台形部に対するアン
ダーエッチングの発生を極力抑えることと、凹溝１１の
溝幅を貫通穴を形成するに必要な最小値に採ることがで
きる異方性エッチングにおけるアンダーエッチング補正
方法を提案するものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明では、半導体基
板に角形環状の凹溝を形成し、凹溝の外側に枠体を形成
し、凹溝の内側に長方台形部を形成するための異方性エ
ッチングにおいて、長方台形部を形成するための長方形
のマスクの各角から枠体を形成するためのマスクに向っ
て凹溝の深さ寸法にほぼ等しい突出量で形成した短冊状
の補正マスクと、この補正マスクの先端の辺の両端から
枠体を形成するためのマスクに向って形成した２条の細
条マスクとを設け、この２条の細条マスクによって補正
マスクの下に喰い込むアンダーエッチングの開始時期を
遅らせ、長方台形部の角に喰い込むアンダーエッチング
の量を抑えることができるようにした異方性エッチング
におけるアンダーエッチング補正方法を提案するもので
ある。

【００１４】この発明では更に請求項２で請求するよう
に補正マスクの幅を長方台形部の短辺の幅を等しく選定
し、この補正マスクを凹溝の溝幅より短かく突出させる
と共に補正マスクの先端の辺の面端から枠体を形成する
ためのマスクに向って細条マスクを形成し、この２条の
細条マスクによって補正マスクの下に喰い込むアンダー
エッチングの開始時期を遅らせ異方性エッチングにおけ
るアンダーエッチング補正方法をも提案する。

【００１５】この発明の異方性エッチングにおけるアン
ダーエッチング補正方法によれば細条マスクを設けたこ
とにより、細条マスクの下にエッチングレートが最も遅
い［１１１］面で形成される山が形成される。この山が
［１１１］面のエッチングレートで削られて崩れるまで
の間補正マスクの下に喰い込むアンダーエッチングの開
始時期を遅らせることができる。よって長方台形部に喰
い込むアンダーエッチングの開始時期も遅らせることが
でき、長方台形部に形成されるアンダーエッチングの量
も少なくすることができる。この結果補正マスクの突出
量を短かくすることができるから、凹溝の溝幅を貫通穴
を形成するに必要な最小限の溝幅に選定することができ
る。

【００１６】またこの発明によれば長方台形部の幅に等
しい補正マスクを長方台形部の両方の短辺から突出させ
ると共に、この補正マスクの先端の辺の両端部から細条
マスクを突出させたアンダーエッチング補正方法を提案
した。このアンダーエッチング補正方法によっても上述
と同様の作用効果が得られる。

【００１７】

【実施例】図１はこの発明の請求項１で提案する異方性
エッチングにおけるアンダーエッチング補正方法の実施
例を示す。図中１は例えばシリコンウェハのような半導
体基板を示す。半導体基板１の一方の面にマスク２Ａと
２Ｂを被着形成する。マスク２Ａは図９に示した枠体５
を形成するためのマスク、２Ｂは図９に示した長方台形
部（重り）７を形成するためのマスクを示す。９はマス
クを除去して形成した角形環状マスク穴を示す。このマ
スク穴９によって角形で環状の凹溝１１を形成する。

【００１８】この発明においては長方台形部７を形成す
るためのマスク２Ｂの各角から枠体５を形成するための
マスク２Ａに向って凹溝１１を形成するためのマスク穴
９の溝幅Ｌより短かく凹溝１１の深さにほぼ等しい程度
に突出形成した補正マスク１３と、この補正マスク１３
の先端の両端部と枠体５を形成するためのマスク２Ａと
の間に形成した２条の細条マスク１４とを設けたアンダ
ーエッチング補正方法を提案するものである。図１に示
した実施例では補正マスク１３をマスク２Ｂの短辺１２
の両端に形成した場合を示したが、長辺側の両端に形成
してもよい。また長辺の端部（角）と、短辺の端部に交
互に形成してもよい。

【００１９】角形環状マスク穴９の各辺の向を半導体基
板１の［１１０］面と平行する向に選定することによ
り、細条マスク１４で囲まれる部分では図３に示すよう
に穴１５が形成される。この穴１５は比較的浅い位置で
［１１１］面で囲まれるため、エッチングはその位置で
自動的に停止される。細条マスク１４の外側には図３に
示すように［１１１］面が露出した傾斜面１６が形成さ
れつつある。穴１５を取囲む傾斜面も全て［１１１］面
となる。このために補正マスク１３及び細条マスク１４
に接する部分では他の部分（凹溝１１を形成するための
他の部分）に対してエッチングの進行はほぼ停止し、他
の部分のエッチングだけが進行する。

【００２０】ところで［１１１］面が露出した状態でエ
ッチングは自動的に停止すると説明したが実際には［１
１１］面であってもエッチング速度はゼロではなく［１
００］面の約１／４０程度の速度でエッチングが進む。
従って図３に示す細条マスク１４の下部においては［１
１１］面が露出されているから、２条の細条マスク１４
の下部に形成されている２つの山は他の部分の深さ方向
のエッチングレートの約１／４０程度のエッチングレー
トで序々に細くなる方向にエッチングされることとな
る。山の頂面が細条マスク１４の裏面から離れると、山
の頂面には［１００］面が露出し、下向のエッチングが
開始される。

【００２１】この状態は図４で示すように細条マスク１
４が除去されて、補正マスク１３だけの状態になったこ
とと等価となる。このために補正マスク１３の先端の角
ＡとＢからアンダーエッチングが点線とで示すよう
に始まる。エッチングとがＣ点に達すると、エッチ
ングはとの形状となり、長方台形部７を形成するた
めのマスク２Ｂに近ずく、エッチングとがマスク２
Ｂに接する位置に達すると、エッチングは［１１１］
面に突き当って停止するが、エッチングは設定した
［１００］のエッチング深さに達したとき、の位置に
なっている。エッチングの喰い込み量ＺはＺ＝Ｗ１＋
Ｗ２／２となり、Ｗ２を小さく採る程、アンダーエッチ
ングの喰い込み量Ｚを小さくすることができる。

【００２２】細条マスク１４の下面から山の頂面が離れ
るときの断面形状は図３のようになる。細条マスク１４
で囲まれる部分に形成される穴１５にはエッチングの残
差が残る事になる。この残差は補正マスク１３の幅Ｗ２
を小さくする程顕著になる。この残差の形状は、図３に
点線１７で示す深さまでは面が決まらずにエッチングが
進行することになるので、エッチング液にさらされてい
るシリコンの中で最も速くエッチングされることにな
る。

【００２３】エッチングレートが最も速いと考えられる
面（アンダーエッチングで出現する面）のエッチングレ
ートと、この残差がエッチングされるエッチングレート
とが同一と考えれば、補正マスク１３の突出長Ｌ１は Ｌ１＝エッチング深さ（凹溝１１の深さ） となるように設定すればよいことになる。

【００２４】因みに補正マスク１３の突出長Ｌ１を凹溝
１１の深さＤと同じにまた細条マスク１４の下部の山が
細る方向のエッチングレートを深さ方向のそれの１／４
０程度、補正マスク１３の先端側から長方台形部７に向
うエッチングレートを深さ方向の２．３倍程度とする
と、深さ方向のエッチングが図５に示すように（１．３
／２．３）Ｄに達したとき、補正マスク１３の先端から
のエッチングが開始されなければならない。つまり、こ
のことはエッチングの深さが（１．３／２．３）Ｄに達
するまでに細条マスク１４の下の山の頂面がエッチング
液に露出しなければならない。よって細条マスク１４の
幅Ｗ１は山の両側からエッチングが進むから Ｗ１＝（１．３／２．３）Ｄ×（１／４０）×２ ＝（２．６／４６）Ｄ となる。

【００２５】上述したように細条マスク１４の幅Ｗ１
は、各方向のエッチングレートにより導かれるので上記
のようなエッチングレートの比で、エッチング深さＤが
Ｄ＝４００μｍとすれば、細条マスク１４の幅Ｗ１は Ｗ１＝２２．６μｍ となる。

【００２６】補正マスク１３の幅Ｗ２は突出長Ｌ１の部
分が消滅する間に、細条マスク１４の下のエッチング残
差が消滅するように補正マスク１３の突出長Ｌ１を設定
しているので解像度が許す限り小さくできる。図６はこ
の出願が請求項２で請求するアンダーエッチング補正方
法の実施例を示す。請求項２では長方台形部７を形成す
るためのマスク２Ｂの短辺１２から、この短辺１２と同
等の幅を持つ補正マスク１３を突出形成し、この補正マ
スク１３の先端の角からマスク２Ａに向って細条マスク
１４を形成した構成としたものである。

【００２７】この構成とした場合も、細条マスク１４の
下部において、［１１１］面が露出した山が形成され、
この山が崩れるまでの間補正マスク１３の角の部分から
始まるアンダーエッチングの開始時期が遅らせる。この
遅延動作によって長方台形部７に喰い込むアンダーエッ
チングの量を少なくすることができる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
細条マスク１４を設けたことにより、補正マスク１３の
先端から始まるアンダーエッチングの開始時期を遅らせ
ることができる。この結果凹溝１１が形成される時期
と、補正マスク１３の下のアンダーエッチングの終了時
期を合致させることができるから、補正マスク１３の下
のアンダーエッチングの終了時期をエッチング終了時点
に採ることができる。従って補正マスク１３の下のアン
ダーエッチングが終了した後に、凹溝１１のエッチング
の終了を待たなくて済むから長方台形部７の角に喰い込
むアンダーエッチング量を小さくすることができる。特
に長方台形部７に喰い込むアンダーエッチングの喰い込
み量ＺはＺ＝Ｗ１＋Ｗ２／２であから、補正マスク１３
の幅Ｗ２を小さく採ることにより長方台形部７の角に喰
い込むアンダーエッチング量Ｚを小さくすることがで
き、長方台形部７の重量の軽減量を小さくでき加速度セ
ンサの感度を確保することができる。

【００２９】また補正マスク１３の突出長Ｌ１は凹溝１
１の深さＤと同等でよいから、凹溝１１の溝幅Ｌと比較
して小さくすることができる。よって凹溝１１の溝幅Ｌ
を貫通穴を形成するに必要最小限の溝幅Ｘ_A に採れば済
むから、全体の形状を小さく作ることができる利点も得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この出願の請求項１で提案するアンダーエッチ
ング補正方法に対応する実施例を説明するための平面
図。

【図２】この発明によるアンダーエッチング補正方法の
要部を拡大して示す平面図。

【図３】この発明の要部の動作を説明するための断面
図。

【図４】図３と同様の平面図。

【図５】図３と同様の断面図。

【図６】この出願の請求項２で提案するアンダーエッチ
ング補正方法を説明するための平面図。

【図７】異方性エッチングを説明するための平面図。

【図８】図７に示したＡ−Ａ線上の断面図。

【図９】異方性エッチングによって作られるセンサの一
例を示す斜視図。

【図１０】図９に示したセンサの製造方法を説明するた
めの平面図。

【図１１】図１０に示した状態から異方性エッチングが
進行した状態を説明するための平面図。

【図１２】図１１に示したＢ−Ｂ線上の断面図。

【図１３】従来の技術の不都合を説明するための拡大平
面図。

【図１４】従来のアンダーエッチング補正方法を説明す
るための拡大平面図。

【図１５】従来のアンダーエッチング補正方法の不都合
を説明するための拡大平面図。

【図１６】図１５と同様の拡大平面図。

【符号の説明】

１ 半導体基板 ２Ａ 枠体を形成するためのマスク ２Ｂ 長方台形部を形成するためのマスク ５ 枠体 ７ 長方台形部 ９ 角形環状マスク穴 １１ 凹溝 １３ 補正マスク １４ 細条マスク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田井 富茂 東京都渋谷区道玄坂１丁目21番６号 日本 航空電子工業株式会社内 (72)発明者 ▲高▼山 清 東京都渋谷区道玄坂１丁目21番６号 日本 航空電子工業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板に角形環状の凹溝を形成し、
   凹溝の外側に枠体を形成し、凹溝の内側に長方台形部を
   形成するための異方性エッチングにおいて、 長方台形部を形成するための長方形のマスクの各角から
   上記枠体を形成するためのマスクに向って上記凹溝の深
   さ寸法にほぼ等しい突出量で形成した短冊状の補正マス
   クと、この補正マスクの先端の辺の両端から上記枠体を
   形成するためのマスクに向って形成した２条の細条マス
   クとを設け、この２条の細条マスクによって上記補正マ
   スクの下に喰い込むアンダーエッチングの開始時期を遅
   らせて上記長方台形部の角に喰い込むアンダーエッチン
   グの量を抑えることを特徴とする異方性エッチングにお
   けるアンダーエッチング補正方法。
2. 【請求項２】 半導体基板に角形環状の凹溝を形成し、
   凹溝の外側に枠体を形成し、凹溝の内側に長方台形部を
   形成するための異方性エッチングにおいて、 長方台形部を形成するための長方形のマスクの短辺か
   ら、このマスクと同等の幅を持つ補正マスクを上記枠体
   を形成するためのマスクに向って上記凹溝の深さ寸法に
   ほぼ等しい突出量で形成すると共に、その補正マスクの
   先端の辺の両端から上記枠体を形成するためのマスクに
   向って形成した２条の細条マスクとを設け、この２条の
   細条マスクによって上記補正マスクの下に喰い込むアン
   ダーエッチングの開始時期を遅らせて上記長方台形部の
   角に喰い込むアンダーエッチングの量を抑えることを特
   徴とする異方性エッチングにおけるアンダーエッチング
   補正方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の角形環状の凹溝の
   各辺は半導体基板の［１１０］面と平行し、半導体基板
   の表面と平行する面が［１００］面に選定したことを特
   徴とする異方性エッチングにおけるアンダーエッチング
   補正方法。