JPH1051048A - 半導体基板のドライエッチング方法 - Google Patents
半導体基板のドライエッチング方法Info
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- JPH1051048A JPH1051048A JP9124005A JP12400597A JPH1051048A JP H1051048 A JPH1051048 A JP H1051048A JP 9124005 A JP9124005 A JP 9124005A JP 12400597 A JP12400597 A JP 12400597A JP H1051048 A JPH1051048 A JP H1051048A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 寸法精度の高いマイクロデバイスおよび微細
電気機械システムの製造に特に適しているドライエッチ
ング方法を提供することにある。 【解決手段】 ｐ層２８とｎ層２６とを接触させて形成
されるｐ−ｎヘテロ接合２９を有する半導体基板２４を
エッチングするドライエッチング方法は、ｐ−ｎヘテロ
接合２９にｐ−ｎ降伏電圧より低い逆バイアス電圧をか
ける。また、化学反応性イオン１４を含むプラズマ流１
２をｎ層２６に照射し、逆バイアス電圧がかけられたヘ
テロ接合２９で実質的に停止するまで、基板２４のマス
クしていない領域のエッチングを続ける。さらに、下方
エッチング進行中の基板２４への側壁損傷を抑制するた
めに、基板２４を冷却または浸食可能材料で定期的に再
被覆する。
電気機械システムの製造に特に適しているドライエッチ
ング方法を提供することにある。 【解決手段】 ｐ層２８とｎ層２６とを接触させて形成
されるｐ−ｎヘテロ接合２９を有する半導体基板２４を
エッチングするドライエッチング方法は、ｐ−ｎヘテロ
接合２９にｐ−ｎ降伏電圧より低い逆バイアス電圧をか
ける。また、化学反応性イオン１４を含むプラズマ流１
２をｎ層２６に照射し、逆バイアス電圧がかけられたヘ
テロ接合２９で実質的に停止するまで、基板２４のマス
クしていない領域のエッチングを続ける。さらに、下方
エッチング進行中の基板２４への側壁損傷を抑制するた
めに、基板２４を冷却または浸食可能材料で定期的に再
被覆する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体材料を選択
的にエッチングする方法に関する。特に、ドライエッチ
プロセスを用いて、電気的にバイアスされたエッチング
停止用接合部（ストップジャンクション)を備えた基板
をマイクロマシン加工することにより、エッチングの深
さを制御する方法に関する。
的にエッチングする方法に関する。特に、ドライエッチ
プロセスを用いて、電気的にバイアスされたエッチング
停止用接合部（ストップジャンクション)を備えた基板
をマイクロマシン加工することにより、エッチングの深
さを制御する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】超小型電気機械加工システム（ＭＥＭ
Ｓ）は、最新のセンサ、超小型流体制御装置または微細
機械等に広く利用されるマイクロデバイスである。最新
のＭＥＭＳセンサは、自動車、医療器具、プロセス制御
などに応用され、圧力、温度、加速、気体濃度、および
その他の様々な物理的または化学的状態の正確な判定に
利用される。超小型流体制御装置には、気体および液体
処理用の微細バルブ、流量ゲージ、ならびにインクジェ
ットノズルがある。一方、微細機械には、超小型アクチ
ュエータ、可動マイクロミラーシステム、移動型触覚ア
センブリ、および原子力顕微鏡検査用カンチレバー等が
ある。一般にマイクロデバイスは、集積回路製造に使用
される半導体ウェハとして広く入手可能な結晶シリコン
などの半導体材料基板から作成される。
Ｓ）は、最新のセンサ、超小型流体制御装置または微細
機械等に広く利用されるマイクロデバイスである。最新
のＭＥＭＳセンサは、自動車、医療器具、プロセス制御
などに応用され、圧力、温度、加速、気体濃度、および
その他の様々な物理的または化学的状態の正確な判定に
利用される。超小型流体制御装置には、気体および液体
処理用の微細バルブ、流量ゲージ、ならびにインクジェ
ットノズルがある。一方、微細機械には、超小型アクチ
ュエータ、可動マイクロミラーシステム、移動型触覚ア
センブリ、および原子力顕微鏡検査用カンチレバー等が
ある。一般にマイクロデバイスは、集積回路製造に使用
される半導体ウェハとして広く入手可能な結晶シリコン
などの半導体材料基板から作成される。
【０００３】このように汎用されている材料を用いるた
め、半導体ウェハ基板からマイクロデバイスを作成する
には、半導体処理産業において集積回路（ＩＣ）製造用
に開発された表面エッチング技術およびバルクエッチン
グ技術双方のこれまでの経験の蓄積を利用できる。ＩＣ
製造過程では半導体ウェハへの薄い表面パターン作製に
使用される表面エッチング技術を修正すれば、半導体材
料からなる薄い層群を犠牲層としてアンダーカットエッ
チングして可動要素を作成できる。また、ＩＣ製造過程
では異方性エッチング工程によってウェハに深い溝つま
り穴の形成が必要な場合に一般的に行われるバルクエッ
チングは、マイクロデバイスの縁または溝を精度よく加
工するのに利用できる。表面エッチングおよびバルクエ
ッチングはどちらも、水酸化カリウム等の化学物質の水
溶液を用いる、いわゆるウェット処理によってウェハか
ら非マスク部分の材料除去を行う。マイクロデバイスの
作成には、材料の結晶方向の違いに依存する異方性ウェ
ット処理技術や、電気機械的エッチングストップを使用
して、マイクロデバイス素子を加工する。残念ながら、
ウェット処理を利用する場合は、複雑なマイクロデバイ
スの設計は自由に行えない。ウェット処理は、半導体結
晶の方向、ならびに使用する材料およびエッチャントに
よる制約が大きい。さらに、マイクロデバイスが薄く延
びる構造の場合、ウェット処理中に生じる流体力学上の
力によって損傷を受けやすいという問題もある。
め、半導体ウェハ基板からマイクロデバイスを作成する
には、半導体処理産業において集積回路（ＩＣ）製造用
に開発された表面エッチング技術およびバルクエッチン
グ技術双方のこれまでの経験の蓄積を利用できる。ＩＣ
製造過程では半導体ウェハへの薄い表面パターン作製に
使用される表面エッチング技術を修正すれば、半導体材
料からなる薄い層群を犠牲層としてアンダーカットエッ
チングして可動要素を作成できる。また、ＩＣ製造過程
では異方性エッチング工程によってウェハに深い溝つま
り穴の形成が必要な場合に一般的に行われるバルクエッ
チングは、マイクロデバイスの縁または溝を精度よく加
工するのに利用できる。表面エッチングおよびバルクエ
ッチングはどちらも、水酸化カリウム等の化学物質の水
溶液を用いる、いわゆるウェット処理によってウェハか
ら非マスク部分の材料除去を行う。マイクロデバイスの
作成には、材料の結晶方向の違いに依存する異方性ウェ
ット処理技術や、電気機械的エッチングストップを使用
して、マイクロデバイス素子を加工する。残念ながら、
ウェット処理を利用する場合は、複雑なマイクロデバイ
スの設計は自由に行えない。ウェット処理は、半導体結
晶の方向、ならびに使用する材料およびエッチャントに
よる制約が大きい。さらに、マイクロデバイスが薄く延
びる構造の場合、ウェット処理中に生じる流体力学上の
力によって損傷を受けやすいという問題もある。
【０００４】ウェット処理よりもマイクロデバイスの設
計がはるかに自由に行えるエッチング処理として、ドラ
イエッチング処理が一般に知られている。この処理技術
は、マイクロデバイスのウェットエッチング処理の問題
点の多くを回避するもので、特に微細構造の異方性エッ
チングに適している。ドライエッチング処理には多くの
気相またはプラズマ相エッチング技術が利用される。す
なわち、ウェハに高エネルギの原子またはイオンを衝突
させてウェハの原子を蒸気相に転位させる（イオンビー
ムミリング等の）、異方性の高いスパッタリング工程か
ら、化学反応性イオンを含むプラズマ流をウェハに当て
て揮発性反応物を形成させる、やや等方性の低エネルギ
プラズマ技術まで様々な技術がある。高エネルギのスパ
ッタリング技術と低エネルギのプラズマ技術との中間に
位置する技術は、特に有用なドライエッチングプロセス
で、反応性イオンエッチングとして知られる。
計がはるかに自由に行えるエッチング処理として、ドラ
イエッチング処理が一般に知られている。この処理技術
は、マイクロデバイスのウェットエッチング処理の問題
点の多くを回避するもので、特に微細構造の異方性エッ
チングに適している。ドライエッチング処理には多くの
気相またはプラズマ相エッチング技術が利用される。す
なわち、ウェハに高エネルギの原子またはイオンを衝突
させてウェハの原子を蒸気相に転位させる（イオンビー
ムミリング等の）、異方性の高いスパッタリング工程か
ら、化学反応性イオンを含むプラズマ流をウェハに当て
て揮発性反応物を形成させる、やや等方性の低エネルギ
プラズマ技術まで様々な技術がある。高エネルギのスパ
ッタリング技術と低エネルギのプラズマ技術との中間に
位置する技術は、特に有用なドライエッチングプロセス
で、反応性イオンエッチングとして知られる。
【０００５】反応性イオンエッチングは、プラズマ流を
含むイオンを半導体ウェハに照射して、スパッタリング
とプラズマエッチングとを同時に行うものである。反応
性イオンエッチングは、スパッタリングに関連した異方
性の利点を残しつつ、反応性プラズマイオンの供給によ
り反応性プラズマイオンとウェハとの接触による蒸気相
反応生成物を形成できる。実際には、スパッタリング技
術または低エネルギプラズマ技術を単独で用いる場合に
比べて、ウェハ材料の除去速度が大幅に改善される。こ
のため、反応性イオンエッチングは、比較的高速の異方
性エッチングの速度を維持し、マイクロデバイス製造用
として優れたエッチング方法となりうる。
含むイオンを半導体ウェハに照射して、スパッタリング
とプラズマエッチングとを同時に行うものである。反応
性イオンエッチングは、スパッタリングに関連した異方
性の利点を残しつつ、反応性プラズマイオンの供給によ
り反応性プラズマイオンとウェハとの接触による蒸気相
反応生成物を形成できる。実際には、スパッタリング技
術または低エネルギプラズマ技術を単独で用いる場合に
比べて、ウェハ材料の除去速度が大幅に改善される。こ
のため、反応性イオンエッチングは、比較的高速の異方
性エッチングの速度を維持し、マイクロデバイス製造用
として優れたエッチング方法となりうる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、マイクロデバ
イスの製造者にとっては、反応性イオンエッチング等の
ドライエッチング技術は、半導体ウェハの高速異方性エ
ッチングを可能にする一方で、多くのマイクロデバイス
への適用においては精度の点でまだ十分とはいえない。
例えば、ウェハに一定の深さの溝を形成する場合、反応
性イオンエッチングや他の適当な技術によるドライエッ
チングでは、経験的に定められたある期間続行すること
が許された。タイムエッチストップ（time etch stop）
として知られるこの技術は、すべてのエッチングファク
タを一定にすれば、ウェハ全体にわたってどの溝も同じ
深さに彫るという前提に基づく。例えば、ウェハのどの
部分にあたるプラズマ流も同じで、ウェハ材料は均一で
一定の厚みをもち、反応生成物が同一速度で除去される
とすれば、ウェハ上の同一サイズおよび形状のすべての
溝は同じ深さに彫られるはずである。だが、これらのフ
ァクタは、通常、一定ではない。従って、プラズマ流の
変動、ウェハの厚みの不規則さ（通常、ウェハの各部で
３００ｎｍ程度の差がある）、材料や位置決めの差、お
よび反応生成物除去速度の差、といったファクタはすべ
て、エッチング精度に影響をおよぼす。溝の形状または
寸法が異なる場合は特に影響を受けやすく、一般に大き
い溝のほうが小さい溝より速くカットされる。これは溝
が小さくなるにつれ、蒸気相のイオン反応生成物の除去
速度が遅くなることが主な原因である。この対策とし
て、リアルタイムでエッチング速度を監視する等の様々
な方法がこれまで試みられてきたが、実際には、各構造
が隣接している場合でも溝の深さ精度を３００ｎｍ未満
に抑えることは非常に困難である。ウェハ上の大きな空
間構造、または、別々のウェハ上の微細構造のマイクロ
マシニング加工する際のエッチングの深さおよび厚み制
御は、通常、さらに困難である。
イスの製造者にとっては、反応性イオンエッチング等の
ドライエッチング技術は、半導体ウェハの高速異方性エ
ッチングを可能にする一方で、多くのマイクロデバイス
への適用においては精度の点でまだ十分とはいえない。
例えば、ウェハに一定の深さの溝を形成する場合、反応
性イオンエッチングや他の適当な技術によるドライエッ
チングでは、経験的に定められたある期間続行すること
が許された。タイムエッチストップ（time etch stop）
として知られるこの技術は、すべてのエッチングファク
タを一定にすれば、ウェハ全体にわたってどの溝も同じ
深さに彫るという前提に基づく。例えば、ウェハのどの
部分にあたるプラズマ流も同じで、ウェハ材料は均一で
一定の厚みをもち、反応生成物が同一速度で除去される
とすれば、ウェハ上の同一サイズおよび形状のすべての
溝は同じ深さに彫られるはずである。だが、これらのフ
ァクタは、通常、一定ではない。従って、プラズマ流の
変動、ウェハの厚みの不規則さ（通常、ウェハの各部で
３００ｎｍ程度の差がある）、材料や位置決めの差、お
よび反応生成物除去速度の差、といったファクタはすべ
て、エッチング精度に影響をおよぼす。溝の形状または
寸法が異なる場合は特に影響を受けやすく、一般に大き
い溝のほうが小さい溝より速くカットされる。これは溝
が小さくなるにつれ、蒸気相のイオン反応生成物の除去
速度が遅くなることが主な原因である。この対策とし
て、リアルタイムでエッチング速度を監視する等の様々
な方法がこれまで試みられてきたが、実際には、各構造
が隣接している場合でも溝の深さ精度を３００ｎｍ未満
に抑えることは非常に困難である。ウェハ上の大きな空
間構造、または、別々のウェハ上の微細構造のマイクロ
マシニング加工する際のエッチングの深さおよび厚み制
御は、通常、さらに困難である。
【０００７】上述のように、現在のマイクロデバイス製
造技術には大幅な制約があるため、材料の結晶方向また
は材料選択の制約がなく、厚みに関する制約がほとんど
なく、再現能力が高く、かつ既存の集積回路製造技術お
よびその装置に適合するマイクロデバイスの設計および
製造方法が必要とされている。かかる方法では、マイク
ロデバイスをエッチング深さ精度約１００ｎｍ以内で作
成可能である。マイクロデバイスの製造歩留まりを最大
にするには、このエッチング深さ精度をウェハ基板全体
にわたって、かつ異なるウェハ同士でも維持しなければ
ならない。さらに、かかるマイクロマシン加工精度は、
加工するサイズに関係なく維持しなければならず、数μ
ｍ幅の小さな溝も１００μｍ以上の幅の大きな溝と同じ
精度で加工できなければならない。
造技術には大幅な制約があるため、材料の結晶方向また
は材料選択の制約がなく、厚みに関する制約がほとんど
なく、再現能力が高く、かつ既存の集積回路製造技術お
よびその装置に適合するマイクロデバイスの設計および
製造方法が必要とされている。かかる方法では、マイク
ロデバイスをエッチング深さ精度約１００ｎｍ以内で作
成可能である。マイクロデバイスの製造歩留まりを最大
にするには、このエッチング深さ精度をウェハ基板全体
にわたって、かつ異なるウェハ同士でも維持しなければ
ならない。さらに、かかるマイクロマシン加工精度は、
加工するサイズに関係なく維持しなければならず、数μ
ｍ幅の小さな溝も１００μｍ以上の幅の大きな溝と同じ
精度で加工できなければならない。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、ドライエッチ
ング・マイクロマシン加工方法を実現することにより、
上記の要求に対処するものである。この方法を使用する
には、異なる材料間に少なくとも１つのヘテロ接合を有
する基板が必要である。基板には半導体（シリコン、ゲ
ルマニウム、またはガリウム砒素など）を用いることが
でき、一方、異なる材料にはｐ型またはｎ型にドープさ
れた各種半導体を用いることができる。基板の少なくと
も１つのヘテロ接合にはバイアス電圧がかけられ、プラ
ズマを含むイオンが基板に照射されて基板をエッチング
する。バイアス電圧をかけるため、ヘテロ接合に達した
時点でエッチング速度が大幅に遅くなるか、または実質
的に停止する。
ング・マイクロマシン加工方法を実現することにより、
上記の要求に対処するものである。この方法を使用する
には、異なる材料間に少なくとも１つのヘテロ接合を有
する基板が必要である。基板には半導体（シリコン、ゲ
ルマニウム、またはガリウム砒素など）を用いることが
でき、一方、異なる材料にはｐ型またはｎ型にドープさ
れた各種半導体を用いることができる。基板の少なくと
も１つのヘテロ接合にはバイアス電圧がかけられ、プラ
ズマを含むイオンが基板に照射されて基板をエッチング
する。バイアス電圧をかけるため、ヘテロ接合に達した
時点でエッチング速度が大幅に遅くなるか、または実質
的に停止する。
【０００９】一実施形態においては、基板中にヘテロ接
合を形成するには、ｐ型半導体ウェハ上に該ウェハと同
一の広がりをもつかまたはパターンニングされたｎ型層
を、または逆にｎ型ウェハ上にｐ型層を、エピタキシャ
ル成長させて形成する。他の実施形態では、ヘテロ接合
の形成は、ｐ型とｎ型のシリコンウェハ同士を接合し
て、ｐ層とｎ層とを有するシリコン基板を形成して行
う。こうして形成されたシリコン基板は、そのｎ層が、
フッ化炭素プラズマ中のフッ素イオン等の化学反応性陰
イオン流と向き合うように、従来のドライエッチング装
置中に位置する。維持される逆バイアス電圧は、シリコ
ン中のｐ−ｎヘテロ接合の降伏電圧よりも低く、一般に
は約５０ボルトから約１００ボルトであるが、構成によ
っては３００ボルトまで高くなる場合もある。シリコン
ウェハの異方性エッチングを高め、かつ側壁の損傷を少
なくするために、エッチング工程を通じて被覆サイクル
を行う。つまり、浸食可能な保護材料（ポリマーコーテ
ィング等）を定期的にシリコン基板に塗布してｎ層の側
壁損傷を抑えながら、基板の下方へのエッチングを続行
する。また、このような被覆サイクルを省略し、所望す
る異方性エッチング速度を維持した状態で、基板を適当
に冷却し（一般には２０℃未満）、反応物質を適正に選
択することもできる。
合を形成するには、ｐ型半導体ウェハ上に該ウェハと同
一の広がりをもつかまたはパターンニングされたｎ型層
を、または逆にｎ型ウェハ上にｐ型層を、エピタキシャ
ル成長させて形成する。他の実施形態では、ヘテロ接合
の形成は、ｐ型とｎ型のシリコンウェハ同士を接合し
て、ｐ層とｎ層とを有するシリコン基板を形成して行
う。こうして形成されたシリコン基板は、そのｎ層が、
フッ化炭素プラズマ中のフッ素イオン等の化学反応性陰
イオン流と向き合うように、従来のドライエッチング装
置中に位置する。維持される逆バイアス電圧は、シリコ
ン中のｐ−ｎヘテロ接合の降伏電圧よりも低く、一般に
は約５０ボルトから約１００ボルトであるが、構成によ
っては３００ボルトまで高くなる場合もある。シリコン
ウェハの異方性エッチングを高め、かつ側壁の損傷を少
なくするために、エッチング工程を通じて被覆サイクル
を行う。つまり、浸食可能な保護材料（ポリマーコーテ
ィング等）を定期的にシリコン基板に塗布してｎ層の側
壁損傷を抑えながら、基板の下方へのエッチングを続行
する。また、このような被覆サイクルを省略し、所望す
る異方性エッチング速度を維持した状態で、基板を適当
に冷却し（一般には２０℃未満）、反応物質を適正に選
択することもできる。
【００１０】マイクロデバイスを規定パターンに加工す
るには、まずシリコン基板を、パターニングした保護層
でマスクする。この保護層（マスク）は、マスクされる
表面を定め、通常は処理中に浸食によって除去されず、
その下の基板をエッチングから保護する。保護層でマス
クされない基板部分がエッチング可能表面となる。実施
形態によっては、ドーパントを選択的に拡散または注入
してウェハ中へ導入し、例えばヘテロ接合のｐ層がその
上のｎ層と同一の広がりを持たないようにパターニング
されたヘテロ接合となるようなパターン制御も可能であ
る。ウェハ中で同一の広がりがなくまたは連続していな
いヘテロ接合の場合は、下方にヘテロ接合のないそれら
の領域では、基板を貫通する下方エッチングが可能であ
る。
るには、まずシリコン基板を、パターニングした保護層
でマスクする。この保護層（マスク）は、マスクされる
表面を定め、通常は処理中に浸食によって除去されず、
その下の基板をエッチングから保護する。保護層でマス
クされない基板部分がエッチング可能表面となる。実施
形態によっては、ドーパントを選択的に拡散または注入
してウェハ中へ導入し、例えばヘテロ接合のｐ層がその
上のｎ層と同一の広がりを持たないようにパターニング
されたヘテロ接合となるようなパターン制御も可能であ
る。ウェハ中で同一の広がりがなくまたは連続していな
いヘテロ接合の場合は、下方にヘテロ接合のないそれら
の領域では、基板を貫通する下方エッチングが可能であ
る。
【００１１】好ましい実施形態では、本発明の方法は、
従来のドライエッチング処理装置に基板保持用の新規な
固定器具を用いた装置を使用して実施できる。このドラ
イエッチング装置は、異なる材料からなる第一と第二の
層がヘテロ接合で接合された基板のマイクロマシン加工
に適している。この実施形態では、基板保持用の固定器
具は、第一および第二の層とそれぞれ接触するよう位置
決め可能な第一および第二の電気的コンタクトを備え
る。これら第一および第二の電気的コンタクトは相互に
電気的に分離した状態に維持され、第一の電気的コンタ
クトには電源が接続され、基板のヘテロ接合に電圧電位
をかける。ここでは電気的コンタクトは各１つずつ使用
するが、一般には複数のコンタクトを用いて、基板のヘ
テロ接合により均一にバイアス電圧をかけるようにす
る。このことは当業者であれば理解できるはずである。
従来のドライエッチング処理装置に基板保持用の新規な
固定器具を用いた装置を使用して実施できる。このドラ
イエッチング装置は、異なる材料からなる第一と第二の
層がヘテロ接合で接合された基板のマイクロマシン加工
に適している。この実施形態では、基板保持用の固定器
具は、第一および第二の層とそれぞれ接触するよう位置
決め可能な第一および第二の電気的コンタクトを備え
る。これら第一および第二の電気的コンタクトは相互に
電気的に分離した状態に維持され、第一の電気的コンタ
クトには電源が接続され、基板のヘテロ接合に電圧電位
をかける。ここでは電気的コンタクトは各１つずつ使用
するが、一般には複数のコンタクトを用いて、基板のヘ
テロ接合により均一にバイアス電圧をかけるようにす
る。このことは当業者であれば理解できるはずである。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施に適したド
ライエッチング処理装置１０の一実施形態の概略図であ
る。一部空気を抜いた反応物質ガスを含む反応室中で、
電極１６と１８に異なる電圧をかけると、イオン１４を
含むプラズマ流１２が発生する。イオン１４は通常はフ
ッ素イオン（Ｆ- ）等の陰イオンだが、実施形態によっ
ては陽イオンでもよい。電極１６は第一の電源２０（通
常は負の高周波数電源）に接続され、一方、電極１８は
第二の電源２２に接続され、電圧差を生じるようになっ
ている。陰イオン１４を用いる場合は、第二の電源２２
のほうを高い電圧または接地に維持し、電極１６（カソ
ードとして作用する）から電極１８（アノードとして作
用する）へイオンが流れるようにする。従って、陽イオ
ン１４を用いる場合は、これとは逆に第二の電源２２を
第一の電源２０より低い電圧に維持しなければならな
い。この場合、電極１６がアノードとして作用し、電極
１８がカソードとして作用する。
ライエッチング処理装置１０の一実施形態の概略図であ
る。一部空気を抜いた反応物質ガスを含む反応室中で、
電極１６と１８に異なる電圧をかけると、イオン１４を
含むプラズマ流１２が発生する。イオン１４は通常はフ
ッ素イオン（Ｆ- ）等の陰イオンだが、実施形態によっ
ては陽イオンでもよい。電極１６は第一の電源２０（通
常は負の高周波数電源）に接続され、一方、電極１８は
第二の電源２２に接続され、電圧差を生じるようになっ
ている。陰イオン１４を用いる場合は、第二の電源２２
のほうを高い電圧または接地に維持し、電極１６（カソ
ードとして作用する）から電極１８（アノードとして作
用する）へイオンが流れるようにする。従って、陽イオ
ン１４を用いる場合は、これとは逆に第二の電源２２を
第一の電源２０より低い電圧に維持しなければならな
い。この場合、電極１６がアノードとして作用し、電極
１８がカソードとして作用する。
【００１３】プラズマ流１２とイオン１４との組み合わ
せは、半導体ウェハ２４などの基板へ照射される。ウェ
ハ２４は、図１に例示するｎ層２６およびｐ層２８のよ
うな少なくとも２枚のヘテロ層を含み、これらの層の間
にはｐ−ｎヘテロ接合２９が設けられる。ウェハ２４は
ウェハ固定器具３０によって定位置に固定される。ウェ
ハ固定器具３０は別途設けられる低温源を含むかまたは
そこに接続されてもよい。または該固定器具３０に、ウ
ェハ２４を室温以下、好適には約２０℃〜−１４０℃に
冷却できる適当な冷却機構を設けて、処理条件を修正し
異方性反応を促進するようにしてもよい。このようにウ
ェハ２４を物理的に保持し、かつ任意で温度制御を行う
ことに加えて、固定器具３０はウェハ２４を第一および
第二の電気的コンタクト３２および３４に接続させるこ
とができる。これらコンタクト３２および３４は、図１
に示すように固定器具３０と一体成形してウェハ２４を
保持するようにしてもよいし、または単にウェハをコン
タクト３２および３４にアクセスさせるように固定器具
３０を設計してもよい。コンタクト３２および３４は互
いに電気的に分離されており、第一のコンタクト３２は
ｎ層２６と、第二のコンタクト３４はｐ層２８と、それ
ぞれ電気的に接続される。
せは、半導体ウェハ２４などの基板へ照射される。ウェ
ハ２４は、図１に例示するｎ層２６およびｐ層２８のよ
うな少なくとも２枚のヘテロ層を含み、これらの層の間
にはｐ−ｎヘテロ接合２９が設けられる。ウェハ２４は
ウェハ固定器具３０によって定位置に固定される。ウェ
ハ固定器具３０は別途設けられる低温源を含むかまたは
そこに接続されてもよい。または該固定器具３０に、ウ
ェハ２４を室温以下、好適には約２０℃〜−１４０℃に
冷却できる適当な冷却機構を設けて、処理条件を修正し
異方性反応を促進するようにしてもよい。このようにウ
ェハ２４を物理的に保持し、かつ任意で温度制御を行う
ことに加えて、固定器具３０はウェハ２４を第一および
第二の電気的コンタクト３２および３４に接続させるこ
とができる。これらコンタクト３２および３４は、図１
に示すように固定器具３０と一体成形してウェハ２４を
保持するようにしてもよいし、または単にウェハをコン
タクト３２および３４にアクセスさせるように固定器具
３０を設計してもよい。コンタクト３２および３４は互
いに電気的に分離されており、第一のコンタクト３２は
ｎ層２６と、第二のコンタクト３４はｐ層２８と、それ
ぞれ電気的に接続される。
【００１４】本実施形態では、第一のコンタクト３２
は、接地またはそれ以外の所望の電圧に維持可能な第二
の電源２２に接続される。第二のコンタクト３４は第三
の電源３６に接続される。この第三の電源３６は、イオ
ン１４が陰の場合は第二の電源２２より低い電圧に、イ
オン１４が陽の場合は第二の電源２２より高い電圧に維
持される。ｐ−ｎヘテロ接合２９を逆バイアスに維持し
ようとする場合は、第三の電源３６は１００ボルト未
満、一般的には２５〜５０ボルトの直流電源とすること
ができる。
は、接地またはそれ以外の所望の電圧に維持可能な第二
の電源２２に接続される。第二のコンタクト３４は第三
の電源３６に接続される。この第三の電源３６は、イオ
ン１４が陰の場合は第二の電源２２より低い電圧に、イ
オン１４が陽の場合は第二の電源２２より高い電圧に維
持される。ｐ−ｎヘテロ接合２９を逆バイアスに維持し
ようとする場合は、第三の電源３６は１００ボルト未
満、一般的には２５〜５０ボルトの直流電源とすること
ができる。
【００１５】図１に示すように、ウェハ２４を覆うエッ
チングマスク４５によって、幅広溝４０および細溝４２
がそれぞれ規定される。電極１６−１８間に示すボック
スは、各種のガスを放出してプラズマの組成、圧力また
は配分を変えることのできるガス試薬ユニット５２を示
す。プラズマを生成するガス試薬の放出および監視は、
ドライエッチング装置の運転において極めて重要であ
り、様々なガス放出機構が実用化されている。またガス
試薬ユニット５２は、エッチング処理時に保護コーティ
ングとして作用するポリマー材料等の保護膜剤を、任意
で定期的に供給することも可能である。プラズマの状態
や組成を変えるためには、必ずしも該ユニット５２から
放出される反応物質ガスを変える必要はない。本発明の
多くの実施形態においては、例えば反応室の圧力を上げ
たり電極１６−１８間の電圧差を減じたりして電気的状
態や圧力などを調整することによってプラズマの組成を
変えて、保護コーティングポリマーまたは保護膜層のプ
ラズマ介在による蒸着を行うことができる。
チングマスク４５によって、幅広溝４０および細溝４２
がそれぞれ規定される。電極１６−１８間に示すボック
スは、各種のガスを放出してプラズマの組成、圧力また
は配分を変えることのできるガス試薬ユニット５２を示
す。プラズマを生成するガス試薬の放出および監視は、
ドライエッチング装置の運転において極めて重要であ
り、様々なガス放出機構が実用化されている。またガス
試薬ユニット５２は、エッチング処理時に保護コーティ
ングとして作用するポリマー材料等の保護膜剤を、任意
で定期的に供給することも可能である。プラズマの状態
や組成を変えるためには、必ずしも該ユニット５２から
放出される反応物質ガスを変える必要はない。本発明の
多くの実施形態においては、例えば反応室の圧力を上げ
たり電極１６−１８間の電圧差を減じたりして電気的状
態や圧力などを調整することによってプラズマの組成を
変えて、保護コーティングポリマーまたは保護膜層のプ
ラズマ介在による蒸着を行うことができる。
【００１６】動作時には、プラズマ１２に含まれるイオ
ン１４は、マスク４５によって保護されていない基板部
分を下向きにエッチングする。ヘテロ接合２９にバイア
ス電圧がかけられていなければ、イオンエッチングは基
板下部へ進行し、最終的にはウェハを貫通してしまう。
しかし本発明では、エッチングはバイアスされたヘテロ
接合２９に達すると実質的に停止する。これはヘテロ接
合が該接合の降伏に必要な電圧より低いバイアス電圧に
維持されており、そのバイアス電圧より実質的に高レベ
ルのエネルギをイオンが持たないことによる。ｐ−ｎシ
リコンウェハの場合、降伏電圧は約５０〜１００ボルト
である。当然ながら、これ以外の材料から構成されるヘ
テロ接合は、当業者に公知のそれぞれ異なる降伏電圧を
持つ。従って、本発明の動作においては、固定器具３
０、ならびに関連の第一および第二の電気的コンタクト
３２，３４は、基板のヘテロ接合の降伏電圧より低いバ
イアス電圧を印加しなければならず、かつイオン１４の
エネルギレベルも通常は該エネルギレベル以下に維持し
なければならない。
ン１４は、マスク４５によって保護されていない基板部
分を下向きにエッチングする。ヘテロ接合２９にバイア
ス電圧がかけられていなければ、イオンエッチングは基
板下部へ進行し、最終的にはウェハを貫通してしまう。
しかし本発明では、エッチングはバイアスされたヘテロ
接合２９に達すると実質的に停止する。これはヘテロ接
合が該接合の降伏に必要な電圧より低いバイアス電圧に
維持されており、そのバイアス電圧より実質的に高レベ
ルのエネルギをイオンが持たないことによる。ｐ−ｎシ
リコンウェハの場合、降伏電圧は約５０〜１００ボルト
である。当然ながら、これ以外の材料から構成されるヘ
テロ接合は、当業者に公知のそれぞれ異なる降伏電圧を
持つ。従って、本発明の動作においては、固定器具３
０、ならびに関連の第一および第二の電気的コンタクト
３２，３４は、基板のヘテロ接合の降伏電圧より低いバ
イアス電圧を印加しなければならず、かつイオン１４の
エネルギレベルも通常は該エネルギレベル以下に維持し
なければならない。
【００１７】本発明は、実用化されている各種ドライエ
ッチング処理装置のうち、上述の条件に適応可能なもの
を利用できる。本発明に適したドライエッチング装置
は、一般に、真空ポンプシステムで所望の圧力レベルま
で空気を抜くことができる１つ以上のエッチングチャン
バを備える。さらに、反応物質ガスの範囲の測定および
制御が可能で、高周波電源に接続された電圧調整可能な
電極などの適当なプラズマ源を備え、グロー放電プラズ
マを生成できる装置が適している。エッチングチャンバ
内の状態を能動的にモニタするには、各種の光、圧力、
電気、温度、または流量センサを使用する。本発明の実
施用に変形可能な、特に好適なドライエッチング装置の
一つは、Surface Technology System, Ltd. (STS)発売
のMultiplexICPである。この装置の操作は、J.K.Bhardw
aj およびH.Ashraf著の論文“Advanced Silicon Etchin
g Using High Density Plasmas”, 224 SPIE Vol.2639
に詳述されている、アドバンスト・シリコンエッチング
(ASE)手順に一部従って行われる。また、Alcatel Corp.
発売のAlcatec Micromachining Etch Tool (A602E)も、
本発明の実施用に変形可能な特に好適なドライエッチン
グ処理装置の一つである。この装置の操作は、Craven e
t al.著の論文“Etching Technology and Applications
for“through-the-wafer”Silicon Etching”, SPIE,
Vol. 2639, pp.259-263、およびCraven et al.著の会議
議事録“Anisotoropic High-Aspect Ratio Etching in
a High-Density Plasma”, SPIE Conference on Microm
achining and Microfabrication, October 1995に記載
された手順に一部従って行われる。Alcatel方法で、誘
導結合された高密度プラズマ（１０11〜１０13ions/cm
2）が、下流のウェハ基板で発生し、また、反応温度２
０℃〜−１４０℃でＳＦ6反応物質種をウェハ全体に流
す。ウェハは低温冷却した固定器具によってこのような
低い温度に保たれ、固定器具の温度は基板を高異方性エ
ッチングするのに最適な反応条件となるように必要に応
じて最適化される。これ以外の製造業者のドライエッチ
ング装置も、適当に変形することによって使用可能であ
る。
ッチング処理装置のうち、上述の条件に適応可能なもの
を利用できる。本発明に適したドライエッチング装置
は、一般に、真空ポンプシステムで所望の圧力レベルま
で空気を抜くことができる１つ以上のエッチングチャン
バを備える。さらに、反応物質ガスの範囲の測定および
制御が可能で、高周波電源に接続された電圧調整可能な
電極などの適当なプラズマ源を備え、グロー放電プラズ
マを生成できる装置が適している。エッチングチャンバ
内の状態を能動的にモニタするには、各種の光、圧力、
電気、温度、または流量センサを使用する。本発明の実
施用に変形可能な、特に好適なドライエッチング装置の
一つは、Surface Technology System, Ltd. (STS)発売
のMultiplexICPである。この装置の操作は、J.K.Bhardw
aj およびH.Ashraf著の論文“Advanced Silicon Etchin
g Using High Density Plasmas”, 224 SPIE Vol.2639
に詳述されている、アドバンスト・シリコンエッチング
(ASE)手順に一部従って行われる。また、Alcatel Corp.
発売のAlcatec Micromachining Etch Tool (A602E)も、
本発明の実施用に変形可能な特に好適なドライエッチン
グ処理装置の一つである。この装置の操作は、Craven e
t al.著の論文“Etching Technology and Applications
for“through-the-wafer”Silicon Etching”, SPIE,
Vol. 2639, pp.259-263、およびCraven et al.著の会議
議事録“Anisotoropic High-Aspect Ratio Etching in
a High-Density Plasma”, SPIE Conference on Microm
achining and Microfabrication, October 1995に記載
された手順に一部従って行われる。Alcatel方法で、誘
導結合された高密度プラズマ（１０11〜１０13ions/cm
2）が、下流のウェハ基板で発生し、また、反応温度２
０℃〜−１４０℃でＳＦ6反応物質種をウェハ全体に流
す。ウェハは低温冷却した固定器具によってこのような
低い温度に保たれ、固定器具の温度は基板を高異方性エ
ッチングするのに最適な反応条件となるように必要に応
じて最適化される。これ以外の製造業者のドライエッチ
ング装置も、適当に変形することによって使用可能であ
る。
【００１８】本発明を実施するために修正可能な動作要
因は、反応物質ガス、イオン種、圧力、温度およびイオ
ンエネルギ範囲などである。これら動作要因の正しい組
み合わせは時間の経過とともに変化し、また使用するド
ライエッチング装置の特徴、基板、要求されるエッチン
グ速度、必要な異方性、および当業者に公知のその他の
要因に非常に大きく左右される。反応物質ガスには、塩
素、臭素またはフッ素ベースのプラズマ反応物質が使用
可能であるが、これら以外にも必要に応じてよりエキゾ
チックな反応性化学物質を用いてもよい。例えば、シリ
コン、アモルファスシリコン、およびポリシリコン製の
基板には、カーボンテトラフルオライドＣＦ4等のフル
オロカーボン、カーボンテトラクロライド（ＣＣｌ4）
等のクロロカーボン、ＣＦ4と２価酸素（Ｏ2）との組み
合わせ、ＣＦ3Ｃｌ、ＳＦ6、ＳＦ6／Ｃｌ、Ｃｌ2＋
Ｈ2、Ｃ2ＣｌＦ5／Ｏ2、ＮＦ3、ＢＣｌ3、およびその他
の様々な反応物質ガスを単独または組み合わせて使用可
能である。反応物質ガス濃度、ガス分布、圧力レベル、
エネルギレベル、さらには基板の熱力学も（基板の低温
冷却などによって）、エッチングの最適化のために調整
可能である。実施形態によっては、側壁エッチングの抑
制および異方性エッチング促進のため、プラズマ反応物
質が保護膜剤を含む場合さえある。
因は、反応物質ガス、イオン種、圧力、温度およびイオ
ンエネルギ範囲などである。これら動作要因の正しい組
み合わせは時間の経過とともに変化し、また使用するド
ライエッチング装置の特徴、基板、要求されるエッチン
グ速度、必要な異方性、および当業者に公知のその他の
要因に非常に大きく左右される。反応物質ガスには、塩
素、臭素またはフッ素ベースのプラズマ反応物質が使用
可能であるが、これら以外にも必要に応じてよりエキゾ
チックな反応性化学物質を用いてもよい。例えば、シリ
コン、アモルファスシリコン、およびポリシリコン製の
基板には、カーボンテトラフルオライドＣＦ4等のフル
オロカーボン、カーボンテトラクロライド（ＣＣｌ4）
等のクロロカーボン、ＣＦ4と２価酸素（Ｏ2）との組み
合わせ、ＣＦ3Ｃｌ、ＳＦ6、ＳＦ6／Ｃｌ、Ｃｌ2＋
Ｈ2、Ｃ2ＣｌＦ5／Ｏ2、ＮＦ3、ＢＣｌ3、およびその他
の様々な反応物質ガスを単独または組み合わせて使用可
能である。反応物質ガス濃度、ガス分布、圧力レベル、
エネルギレベル、さらには基板の熱力学も（基板の低温
冷却などによって）、エッチングの最適化のために調整
可能である。実施形態によっては、側壁エッチングの抑
制および異方性エッチング促進のため、プラズマ反応物
質が保護膜剤を含む場合さえある。
【００１９】本発明の実施において、反応物質ガスから
プラズマを発生させるのに利用される機構は多岐にわた
る。その中には、従来の反応性イオンエッチング装置
（ＲＩＥ）、磁気エンハンス型ＲＩＥ（ＭＥＲＩＥ）、
電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）、誘導結合型プラズ
マ（ＩＣＰ）、バレルエッチシステム、下流エッチング
装置、磁気イオンエッチング装置（ＭＩＥ）、パラレル
またはスタック型パラレルプレートエッチング装置、円
柱形バッチエッチング装置（六極管型エッチング装
置）、または選択種のイオンを所望のエネルギ範囲内で
ターゲット基板に供給可能な他の適当なプラズマベース
のドライエッチング方法に関連した機構がある。上述の
とおり、本発明の好適な一実施形態では、アドバンスト
・シリコンエッチング(ASE)手順に従って動作する、Sur
face Technology System, Ltd.(STS)発売のMultiplex I
CP（誘導結合型プラズマ）ドライエッチング装置を利用
する。また、Alcatelを利用するもう一方の好適な実施
形態も、誘導結合型プラズマを用いて高密度プラズマを
供給して異方性エッチングを行う。
プラズマを発生させるのに利用される機構は多岐にわた
る。その中には、従来の反応性イオンエッチング装置
（ＲＩＥ）、磁気エンハンス型ＲＩＥ（ＭＥＲＩＥ）、
電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）、誘導結合型プラズ
マ（ＩＣＰ）、バレルエッチシステム、下流エッチング
装置、磁気イオンエッチング装置（ＭＩＥ）、パラレル
またはスタック型パラレルプレートエッチング装置、円
柱形バッチエッチング装置（六極管型エッチング装
置）、または選択種のイオンを所望のエネルギ範囲内で
ターゲット基板に供給可能な他の適当なプラズマベース
のドライエッチング方法に関連した機構がある。上述の
とおり、本発明の好適な一実施形態では、アドバンスト
・シリコンエッチング(ASE)手順に従って動作する、Sur
face Technology System, Ltd.(STS)発売のMultiplex I
CP（誘導結合型プラズマ）ドライエッチング装置を利用
する。また、Alcatelを利用するもう一方の好適な実施
形態も、誘導結合型プラズマを用いて高密度プラズマを
供給して異方性エッチングを行う。
【００２０】本発明とともに使用するのに適した基板の
組成および構造も多岐にわたる。パターニングされた拡
散層、イオン注入された部分、またはエピタキシャルコ
ーティングから形成されるヘテロ接合をもつ半導体ウェ
ハは、どれも使用可能である。半導体ウェハはウェハ同
士をつなぎ合わせたものでもよいし、組成の異なる複数
のエピタキシャル層をもつ半導体ウェハのエッチングも
可能である。バイアス電圧を印加可能なヘテロ接合の形
成に適した半導体材料には、純粋、または（通常はＩＩ
Ｉ族−Ｖ族ドーパントによって）適切にドープされた材
料、例えばシリコン、ポリシリコン、アモルファスシリ
コン、ゲルマニウム、ガリウム砒素、ゲルマニウム砒
素、ＧａＰ、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＡｌＡｓ、Ｚ
ｎＴｅ、ＧａＰ、ＧａＳｂ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ、および
これら以外の当業者に公知の様々な一般的材料が含まれ
る。
組成および構造も多岐にわたる。パターニングされた拡
散層、イオン注入された部分、またはエピタキシャルコ
ーティングから形成されるヘテロ接合をもつ半導体ウェ
ハは、どれも使用可能である。半導体ウェハはウェハ同
士をつなぎ合わせたものでもよいし、組成の異なる複数
のエピタキシャル層をもつ半導体ウェハのエッチングも
可能である。バイアス電圧を印加可能なヘテロ接合の形
成に適した半導体材料には、純粋、または（通常はＩＩ
Ｉ族−Ｖ族ドーパントによって）適切にドープされた材
料、例えばシリコン、ポリシリコン、アモルファスシリ
コン、ゲルマニウム、ガリウム砒素、ゲルマニウム砒
素、ＧａＰ、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＡｌＡｓ、Ｚ
ｎＴｅ、ＧａＰ、ＧａＳｂ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ、および
これら以外の当業者に公知の様々な一般的材料が含まれ
る。
【００２１】基板の保持には様々なタイプの固定器具を
使用できる。本発明の実施においては、固定器具は、２
層以上からなりヘテロ接合を規定する基板を確実に固定
できなければならない。基板の固定には、バネ、つか
み、クランプまたはその他の従来の保持機構を利用でき
る。基板の動きを規制することに加えて、本発明に適し
た固定器具はヘテロ接合の各層との電気的接触を可能に
し、この電気的接触が固定器具によって絶対に短絡しな
いことが要求される。一実施形態では、固定器具は２つ
以上の異なる部品からなり、各部品同士は電気的に確実
に絶縁するように、絶縁した中間部品を介してのみ分離
および接続される。当業者には理解できると考えるが、
市場で入手可能な各種固定器具（Alcatel A620E ドライ
エッチング装置で使用されるような低温冷却固定器具な
ど）を変形して、必要な電気的接触を設けるようにして
もよいし、または要求される電気的特性を満足させるカ
スタム設計の固定器具を使用してもよい。
使用できる。本発明の実施においては、固定器具は、２
層以上からなりヘテロ接合を規定する基板を確実に固定
できなければならない。基板の固定には、バネ、つか
み、クランプまたはその他の従来の保持機構を利用でき
る。基板の動きを規制することに加えて、本発明に適し
た固定器具はヘテロ接合の各層との電気的接触を可能に
し、この電気的接触が固定器具によって絶対に短絡しな
いことが要求される。一実施形態では、固定器具は２つ
以上の異なる部品からなり、各部品同士は電気的に確実
に絶縁するように、絶縁した中間部品を介してのみ分離
および接続される。当業者には理解できると考えるが、
市場で入手可能な各種固定器具（Alcatel A620E ドライ
エッチング装置で使用されるような低温冷却固定器具な
ど）を変形して、必要な電気的接触を設けるようにして
もよいし、または要求される電気的特性を満足させるカ
スタム設計の固定器具を使用してもよい。
【００２２】図２から図６に、本発明の一実施形態の動
作の概略図を示す。図２はｎ層１２６とｐ層１２８との
間にｐ−ｎヘテロ接合１２９をもつ二層基板１２４の概
略図である。ｐ層１２８は負の電源１３６に接続され、
ｎ層１２６は接地に接続され、ｐ−ｎヘテロ接合１２９
に逆バイアス電圧が印加される。電源１３６は、ｐ−ｎ
ヘテロ接合１２９に降伏を引き起こすには不十分な電圧
レベルに維持される。基板１２４はエッチングを防ぐた
めの従来のポジレジストマスク層１４５を備え、そこに
幅広溝用ギャップ１４０と細溝用ギャップ１４２とが形
成される。
作の概略図を示す。図２はｎ層１２６とｐ層１２８との
間にｐ−ｎヘテロ接合１２９をもつ二層基板１２４の概
略図である。ｐ層１２８は負の電源１３６に接続され、
ｎ層１２６は接地に接続され、ｐ−ｎヘテロ接合１２９
に逆バイアス電圧が印加される。電源１３６は、ｐ−ｎ
ヘテロ接合１２９に降伏を引き起こすには不十分な電圧
レベルに維持される。基板１２４はエッチングを防ぐた
めの従来のポジレジストマスク層１４５を備え、そこに
幅広溝用ギャップ１４０と細溝用ギャップ１４２とが形
成される。
【００２３】動作時は、図２に示すように、イオン含有
プラズマが基板１２４に対して照射され、溝ギャップ１
４０および１４２から下向きにエッチングが開始され
る。図３に示すように、一般に幅広ギャップ１４０の下
向きエッチングのほうが細溝ギャップ１４２のエッチン
グより速く進行する。この理由は、主に、細溝用ギャッ
プ１４２からイオン反応生成物を除去するのが困難なた
めである。一定時間が経過すると、下向きエッチングは
一時的に中断され、ポリマー等の浸食可能材料からなる
保護層１５０で基板１２４およびマスク１４５が被覆さ
れる。
プラズマが基板１２４に対して照射され、溝ギャップ１
４０および１４２から下向きにエッチングが開始され
る。図３に示すように、一般に幅広ギャップ１４０の下
向きエッチングのほうが細溝ギャップ１４２のエッチン
グより速く進行する。この理由は、主に、細溝用ギャッ
プ１４２からイオン反応生成物を除去するのが困難なた
めである。一定時間が経過すると、下向きエッチングは
一時的に中断され、ポリマー等の浸食可能材料からなる
保護層１５０で基板１２４およびマスク１４５が被覆さ
れる。
【００２４】図４は、図３の二層基板に幅広溝および細
溝１４０，１４２の両方をさらに下方へエッチングし、
この時、側壁１５２は浸食可能材料からなる保護層１５
０によって保護されている状態を示す概略図である。図
４に示すように、溝を形成するエッチングは、側壁１５
２を実質的にエッチングせずにさらに下方へしばらく続
行し、異方性の高いエッチングを行う。側壁保護層１５
０が完全に浸食除去されてしまう前に、エッチングは停
止し、図３に示すように保護層１５０を新たに塗布して
エッチング工程を繰り返す。こうしてエッチング深さが
数百ミクロンになるには、一般的にはエッチング・再被
覆サイクルを何百回も繰り返す。本発明に特に好適な方
法は、上述したSTS ASEトレンチプロセスである。
溝１４０，１４２の両方をさらに下方へエッチングし、
この時、側壁１５２は浸食可能材料からなる保護層１５
０によって保護されている状態を示す概略図である。図
４に示すように、溝を形成するエッチングは、側壁１５
２を実質的にエッチングせずにさらに下方へしばらく続
行し、異方性の高いエッチングを行う。側壁保護層１５
０が完全に浸食除去されてしまう前に、エッチングは停
止し、図３に示すように保護層１５０を新たに塗布して
エッチング工程を繰り返す。こうしてエッチング深さが
数百ミクロンになるには、一般的にはエッチング・再被
覆サイクルを何百回も繰り返す。本発明に特に好適な方
法は、上述したSTS ASEトレンチプロセスである。
【００２５】本発明の主たる利点は、図５に示すように
下向きのエッチングが幅広溝用ギャップ１４０ではヘテ
ロ接合１２９にかけられる逆バイアスのために、実質的
に停止した後でも、エッチング速度の遅い細溝用ギャッ
プ１４２でエッチングが続行できることである。図６に
示すように、エッチング工程は、幅広溝と細溝とがほぼ
同じ寸法精度に形成されてエッチングが完了するまで続
く。幅広溝および細溝１４０，１４２は、エッチング速
度に差があり、また基板の局所的厚みが異なる場合で
も、ほぼ同一の深さとなる点が有利である。
下向きのエッチングが幅広溝用ギャップ１４０ではヘテ
ロ接合１２９にかけられる逆バイアスのために、実質的
に停止した後でも、エッチング速度の遅い細溝用ギャッ
プ１４２でエッチングが続行できることである。図６に
示すように、エッチング工程は、幅広溝と細溝とがほぼ
同じ寸法精度に形成されてエッチングが完了するまで続
く。幅広溝および細溝１４０，１４２は、エッチング速
度に差があり、また基板の局所的厚みが異なる場合で
も、ほぼ同一の深さとなる点が有利である。
【００２６】図７から図１０は、本発明に従って作製可
能な片持バネのマイクロデバイス構造の他の実施形態を
示す概略図である。図７は、レジスト２０５で部分的に
マスクされ、ｐ型にドープされた領域２１０をもつｎ型
シリコン基板２００を２つの直角方向で切った断面図を
示す。ｐ型ドーピングを行うには、拡散、注入、または
その他の適当な技術を利用する。こうして形成されたｐ
−ｎヘテロ接合には逆バイアス電圧が印加され、図８に
示すようにｎ型シリコン２００のマスクされていない部
分がドライエッチングによって除去され、ｐ型にドープ
された領域２１０のエッチングはバイアス電圧のために
停止する。こうして図９に示すようにマスク２０５をエ
ッチング除去すると、図１０の斜視図で示すように複雑
な片持バネ構造が残る。
能な片持バネのマイクロデバイス構造の他の実施形態を
示す概略図である。図７は、レジスト２０５で部分的に
マスクされ、ｐ型にドープされた領域２１０をもつｎ型
シリコン基板２００を２つの直角方向で切った断面図を
示す。ｐ型ドーピングを行うには、拡散、注入、または
その他の適当な技術を利用する。こうして形成されたｐ
−ｎヘテロ接合には逆バイアス電圧が印加され、図８に
示すようにｎ型シリコン２００のマスクされていない部
分がドライエッチングによって除去され、ｐ型にドープ
された領域２１０のエッチングはバイアス電圧のために
停止する。こうして図９に示すようにマスク２０５をエ
ッチング除去すると、図１０の斜視図で示すように複雑
な片持バネ構造が残る。
【００２７】図１１および図１２はそれぞれ、本発明を
利用可能な他のマイクロデバイス構造を示す平面図およ
び断面図であり、ｐ型にドープされた複数の領域３１０
をもつｎ型シリコン基板３００を示す。ドーピング方法
は、拡散、注入、またはその他の適当な技術を利用して
行う。当業者には理解できるように、本発明の技術に従
ってｎ層をエッチング除去すると、ｐ型にドープされた
領域から複雑な階段状構造３１２またはコイル構造３１
６を、それぞれ一度のエッチング工程で形成できる。
利用可能な他のマイクロデバイス構造を示す平面図およ
び断面図であり、ｐ型にドープされた複数の領域３１０
をもつｎ型シリコン基板３００を示す。ドーピング方法
は、拡散、注入、またはその他の適当な技術を利用して
行う。当業者には理解できるように、本発明の技術に従
ってｎ層をエッチング除去すると、ｐ型にドープされた
領域から複雑な階段状構造３１２またはコイル構造３１
６を、それぞれ一度のエッチング工程で形成できる。
【図１】 本発明の実施に有用な基板と基板保持用固定
器具とを示す概略図である。
器具とを示す概略図である。
【図２】 ヘテロ接合およびマスク層を有する二層基板
の概略図である。
の概略図である。
【図３】 基板上に浸食可能材料を塗布した状態を示す
概略図である。
概略図である。
【図４】 コーティングによってエッチングから側壁が
保護されている状態を示す概略図である。
保護されている状態を示す概略図である。
【図５】 細溝のエッチングが進行している状態を示す
概略図である。
概略図である。
【図６】 ほぼ同じ寸法精度でエッチング速度が完成し
た状態を示す概略図である。
た状態を示す概略図である。
【図７】 片持バネのマイクロデバイス構造を示す断面
図である。
図である。
【図８】 片持バネのマイクロデバイス構造を示す断面
図である。
図である。
【図９】 片持バネのマイクロデバイス構造を示す断面
図である。
図である。
【図１０】 片持バネのマイクロデバイス構造を示す断
面図である。
面図である。
【図１１】 同一の広がりをもたないパターンのｐ層
（図示用に大幅に拡大）の平面図である。
（図示用に大幅に拡大）の平面図である。
【図１２】 同一の広がりをもたないパターンのｐ層
（図示用に大幅に拡大）の断面図である。
（図示用に大幅に拡大）の断面図である。
１０ ドライエッチング装置、１２ プラズマ流、１４
イオン、１６, １８電極、２０，２２，３６ 電源、
２４ 半導体ウェハ、２６ ｎ層、２８ ｐ層、２９
ヘテロ接合、３０ 固定器具、３２，３４ 電気的コン
タクト、４０幅広溝、４２ 細溝、４５ マスク。
イオン、１６, １８電極、２０，２２，３６ 電源、
２４ 半導体ウェハ、２６ ｎ層、２８ ｐ層、２９
ヘテロ接合、３０ 固定器具、３２，３４ 電気的コン
タクト、４０幅広溝、４２ 細溝、４５ マスク。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョエル エイ カービィ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 ロチェ スター スプリング バレー ドライブ 63
Claims (3)
- 【請求項１】 ｐ層とｎ層とを接触させて形成されるｐ
−ｎヘテロ接合を有する半導体基板をエッチングするマ
イクロマシン加工方法であって、 前記半導体基板のｐ−ｎヘテロ接合に、ｐ−ｎ降伏電圧
より低い逆バイアス電圧を印加するステップと、 化学反応性の陰イオンを含むプラズマを当てて前記ｎ層
を下方へエッチングし、前記逆バイアスされたｐ−ｎヘ
テロ接合で下方エッチングを実質的に停止させるステッ
プとを含むマイクロマシン加工方法。 - 【請求項２】 ｐ層とｎ層とを接触させて形成されるｐ
−ｎヘテロ接合を有する半導体基板をエッチングするマ
イクロマシン加工方法であって、 前記半導体基板のｐ−ｎヘテロ接合に、ｐ−ｎ降伏電圧
より低い逆バイアス電圧を印加するステップと、 前記半導体基板を浸食可能な保護材料で被覆して、前記
半導体基板を下方へエッチングしながら、該半導体基板
の側壁損傷を抑制するステップと、 化学反応性の陰イオンを含むプラズマを当てて前記ｎ層
を下方へエッチングするステップと、 前記半導体基板のｐ−ｎ降伏電圧より低い逆バイアス電
圧に維持される前記ｐ−ｎヘテロ接合で前記ｎ層のエッ
チングが実質的に停止するまで、前記被覆ステップおよ
び前記エッチングステップを繰り返すステップと、を含
むマイクロマシン加工方法。 - 【請求項３】 少なくとも１つのヘテロ接合を有する基
板をマイクロマシン加工するドライエッチング方法であ
って、 前記基板の前記少なくとも１つのヘテロ接合にバイアス
電圧を印加するステップと、 前記基板にプラズマを当てて前記基板をエッチングする
ステップと、を含むドライエッチング方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/670,117 | 1996-06-25 | ||
| US08/670,117 US5637189A (en) | 1996-06-25 | 1996-06-25 | Dry etch process control using electrically biased stop junctions |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1051048A true JPH1051048A (ja) | 1998-02-20 |
| JP4202443B2 JP4202443B2 (ja) | 2008-12-24 |
Family
ID=24689070
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12400597A Expired - Fee Related JP4202443B2 (ja) | 1996-06-25 | 1997-05-14 | マイクロマシン加工方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5637189A (ja) |
| EP (1) | EP0817250B1 (ja) |
| JP (1) | JP4202443B2 (ja) |
| DE (1) | DE69737431T2 (ja) |
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| JP2013021192A (ja) * | 2011-07-12 | 2013-01-31 | Tokyo Electron Ltd | プラズマエッチング方法 |
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