JPH02280325A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置の製造方法、特に異方性エツチング
を利用した半導体装置の製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

力学量を測定するために、各種のセンサが作製されてお
り、その中に、半導体加速度センサがある。半導体加速
度センサが他のセンサと構造を異にしている点は、この
センサが重りを内蔵していることにある。一般に加速度
の検出は力学の法則であるＦ＝Ｍαの弐を利用して行わ
れる。この性質に従って内蔵された重りによって加速度
を力に変換し、更にピエゾ抵抗効果によって電気信号に
変換する方式が用いられている。

従来、重りを作製する方法として、基板であるシリコン
を直接用いる方法、さらにその上に金属を付着させて重
さを増加させて用いる方法などがある。この場合、重り
は、シリコン基板をメサ状にエツチングすることによっ
て作製される。そのため、適当な大きさの面積を持つエ
ツチング用のマスクを用いてエツチングを行い、シリコ
ンの重りを残していた。

一般に重りの重さは、センサの動特性を決定するため大
きさを正確に定める必要がある。正確に構造物の大きさ
を定めたい場合には、異方性エッチングが用いられる。

このエツチングは、水酸化カリウム、ヒドラジン、ＥＤ
Ｐなどの溶液を用いて行われ、通常８０から９０度近辺
の温度にて行われる。異方性エツチング法を用いると、
酸化膜などより成るエツチングマスクパターンを＜１１
１＞軸に平行に書く限りにおいて、正確にマスクパター
ンの外をエツチングし、内側は残すということが原理的
に可能である。

しかし実際には、マスクパターン周囲をエツチングしメ
サ状の形状を残す場合には、上記方法では種々の好まし
くないサイドエツチングが起こる。

正確なエツチングを行うために、従来では、作製に用い
られる基板の面方位が＜１００＞に対しては、刊行物ｒ
ＴＲＡＮｓＤＵｃＥＲｓ’　８７予稿集」のｐ１２６に
記載されているように、補正法が考え出されている。

この補正法は、第２図に示すように、最終的に目的とす
る形状パターンと同じ形状の基本マスクパターン１１の
各頂点に三角形のエツチングマスク１２を更に付属させ
て、エツチング用の補正マスクパターンとしている。そ
のようにすると、エツチングの進行と共に補正マスク１
２の突起部分の先端および周辺からエツチングが進行し
、ある時間の経過後に目的とする最初の形状パターンに
戻るため、はぼ所望のエツチング形状を得ることができ
るという原理に基づいている。

上記のように、＜１００＞基板を用いた場合には＜２１
２＞方向からオーバーエツチングが進行するため、＜２
１０＞面に平行なうインを利用してエツチングの補正を
行っている。

しかし、シリコンの基板として＜２０＞面を主面に持つ
基板を用いてデバイスを作製した例は非常に少なく、そ
れに対応するエツチング形状最適化のための補正マスク
パターンは存在していなかった。

（発明が解決しようとする課題） 溶液を用いた異方性エツチングにおいて、〈１１１〉面
は異方性エツチング液の性質のためにエツチングされず
に残る性質を持つので、島状のエツチング形状を残した
い場合には、島の辺がく１１１〉面上に在るように設計
しておけば、＜１１１〉面に属する辺はエツチングされ
ないでメサ状の構造物が残るはずである。しかし、＜１
１１＞面と＜１１１＞面の接する点の原子は、どの面方
位にも属しているため、＜１１１＞面に特有な不動態化
が起こらず、マスクパターンの頂点からエツチングが始
まってしまい、徐々にオーバーエツチングが進行する。

結果的にマスクの形状とは全（異なったエツチング形状
となり、所望の形状が得られないという問題が存在した
。

また、種々の形状に対してオーバーエツチングを見越し
て、適当な形状を持ったマスクパターンを求めることは
、非常に困難を伴う。

また、単純に比例拡大したマスクを用いると、エツチン
グ形状が斜めに傾き非常に汚くなるといった欠点があっ
た。

本発明の目的は、＜１１０＞面を主面に持つ単結晶シリ
コン基板に異方性エツチングによって所望のメサ形状を
得る、半導体装置の製造方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、＜１１０＞面を主面に持つ単結晶シリコンか
ら成る半導体装置の製造方法において、目的とするエツ
チング形状を定める基本マスクパターンと、この基本マ
スクパターンの少なくとも１つの頂点に接続され、前記
単結晶シリコンの＜１１１＞軸方向に平行な辺を有する
補正マスクパターンとから成るマスクパターンを、単結
晶シリコン基板上に形成した後、異方性エツチングを施
し、前記目的とするエツチング形状を得ることを特徴と
する。

〔作用〕

シリコンの単結晶にはアルカリ系のエツチング溶液でエ
ツチングを行った際に、＜ｔ　ｘ　ｔ＞面と他の結晶面
ではエツチング速度が非常に異なり、＜１１１＞面はエ
ツチングを殆ど受けることなく残るという性質がある。

その理由については諸説入り乱れているが、Ｓｉの＜１
１１＞結晶面は原子密度の最高に高い面であり、非常に
化学活性が高いため、その表面に容易に不動態層が形成
されるためであると、ここでは考えてお（。

＜１１０＞配向の半導体基板を用いた場合には、エツチ
ング用のマスクの辺が＜１１１＞面と平行になるように
設置すると、他の部分がエツチングによって削り取られ
て行くにも拘わらず、その＜１１１＞軸で囲まれた領域
は変化せず、その辺の外側に垂直なエツチング面が形成
されるという性質がある。よって、その方向に平行で僅
かに間隙を設けた構造のエツチングマスクを設けてエツ
チングを施せば、非常に高い精度で深い溝を形成するこ
とが可能である。また、必要とされるエツチングの形状
が、周辺をエツチングしてメサの様な台状の構造物を残
す場合には、台を成している平行四辺形の頂点の原子は
全ての面方位に属していると考えられ、＜１１１＞面と
は異なった面方位よりエツチングが進行し、結果的に＜
１１１＞面と平行な辺もエツチングされてしまう現象が
起こる。しかし、基礎的な実験より、＜１１１＞面に平
行な辺の部分は、その辺に属する頂点部分がエツチング
されない限り、残り続けることを見出した。

補正マスクパターンが、一定の幅を持つ同じ構造の延長
物であれば、エツチングの開始からの時間に拘わらず補
正マスクパターンが一定距離削り取られるのに必要とさ
れる時間が一定である。よって、メサ形状を得るために
必要とされる時間に補正マスクパターンがエツチングさ
れる速度を掛けた値に等しい長さを補正マスクパターン
に持たせることによって、特定の時間が過ぎた後に所望
のエツチング形状を残すことが可能となる。また、この
方法で得られたエツチング形状は、補正を行って余分な
形が初期状態にあるにも拘わらず、目的形状と全く同じ
物を作製することが可能であり、得られる面は非常に垂
直である。

〔実施例〕

第１図は、本発明の第１の実施例において用いられるマ
スクパターンの形状を表している。

この実施例では、エツチングで作製される形状は、菱形
を例にとっている。マスクパターンは、この菱形のエツ
チング形状と同一形状の基本マスクパターン１と、補正
マスクパターン２とから成っている。このような形状を
有し、酸化シリコンより成るマスクパターンを、＜１１
０＞面を主面に持つ単結晶シリコン基板上に形成する。

このとき、基本マスクパターンｌの各辺２は、＜１１１
＞面と平行になるように設置される。

一方、補正マスクパターン５は、基本マスクパターン１
の４つの頂点に接続された、それぞれ２つの細長平行四
辺形の補正マスク３から構成されている。この補正マス
ク３の各辺は、単結晶シリコン基板の＜１１１＞面に平
行であり、補正マスクはそれぞれ同じ幅、同じ長さを有
している。

次に、水酸化カリウム、ヒドラジン、ＥＤＰなとの溶液
を用いて異方性エツチングを施す。この異方性エツチン
グでは、基本マスクパターン１に細長平行四辺形状の補
正マスク３が余分に取り付けられているので、任意のエ
ツチング時間が過ぎた後に得られるエンチング形状を、
最初に作製を意図した四辺形すなわち菱形にすることが
可能である。

実際に異方性エツチングを実行する場合には適当に予備
実験を行って、最適な補正マスク３の長さと幅を決定す
る。通常、エツチング速度は温度条件が一定に管理され
ていれば、一定の値に保たれるため、最終的形状を得る
ために必要とされる時間に一致した長さの補正マスクを
設ければ、良い結果が得られる。補正マスク３の幅が非
常に細い場合には、幅の広゛さにほぼ比例してエツチン
グ速度が変化する性質がある。その性質を用いることも
可能であり、エツチング時間の長い場合には太く長くし
、短い場合にはその逆に細く短くする。

次に、本発明の第２の実施例を説明する。第３図は、本
実施例において用いられるマスクパターンの形状を表し
ている。

この実施例では、エツチングの補正マスクパターンが、
できるだけ外側に広がらないように、狭い場所を用いて
、できるだけエツチング時間が長くできることを意図し
て設計されている。すなわち菱形の基本マスクパターン
１の各頂点に接続して形成された菱形枠状の補正マスク
６と、補正マスフ６の頂点を結び付ける細長平行四辺形
の補正マスク７とから形成されている。これら補正マス
ク６．７の各辺は、単結晶シリコン基板の＜１１１〉軸
に平行になるように設置されている。

このようなマスクパターンを用いた異方性エツチングに
より、最初に作製を意図した菱形のエツチング形状が得
られる。

本実施例のように基本マスクパターン１の各頂点に設け
た補正マスクを菱形枠状にせず、第４図に示したように
菱形状の補正マスク８にした場合には、エツチングは補
正マスクの中心から最も遠いところから進行せず、途中
からエツチングが起こってしまい、所望の時間が得られ
ない。また、エツチング終了後の目的形状物の壁面が垂
直では無くなり好ましくない結果を与える。

次に、本発明の第３の実施例を説明する。第５図は、本
実施例において用いられるマスクパターンの形状を表し
ている。

この実施例は、第３図に示した第２の実施例において、
基本マスクパターン１の各頂点に形成された菱形枠状補
正マスクの内側も全てエツチングマスクとしたものであ
る。図では、この補正マスクを９で示している。このよ
うにすると非常に長いエツチング時間に対応することが
可能となる。

この場合に補正マスク９の各頂点を結び付ける補正マス
ク７を取り除いても構わないが、最後に残されるエツチ
ング形状が汚いものとなり、好ましい結果は得られにく
い。

このようなマスクパターンを用いた異方性エツチングに
より、最初に作製を意図した菱形のエツチング形状が得
られる。

以上本発明の各種実施例を、基本マスクパターンが四辺
形の場合についてのみ示したが、原理的にはどのような
画数の基本マスクパターンであっても本発明により補正
可能である。

また上記実施例においては、エツチングマスクのパター
ンの形成は酸化シリコンを用いているが、異方性エツチ
ング液に耐蝕性を持つような物であれば、窒化膜、金属
膜、レジスト膜など何でも利用可能である。

更に本発明では、エツチングに用いる手段が水酸化カリ
ウム、ヒドラジン、ＥＤＰなどの液状の場合のみならず
、気相のエツチングにおいても用いることが可能である
。

（発明の効果〕 本発明によれば、従来あまり実用的に用いられることの
少なかった＜１１０＞配向の単結晶シリコン基板を用い
た場合に、異方性エツチングによって所望のメサ形状を
得るための、適切な補正方法が得られる。そのため従来
では不可能であったエンチングマスクの補正が、任意の
エツチング時間に対して行えるようになった。

また、この方法では、エツチングに用いられるマスクの
パターンを、得たい形状のパターンと比較して、僅かに
変形させるだけであるため、何等の作業の複雑さも増加
させない。また、エツチングの補正に用いるための補正
マスクパターンの大きさは簡単な計算によって、容易に
求められる。

また、更に補正マスクのパターン形状を工夫することに
よって、更に長い時間におけるエツチングの補正にも用
いることが可能である。

エツチングの補正マスクパターンは、少なくとも最終的
に得ようとしているパターンに対しては、＜１１１＞軸
に平行になるように接続されている必要があるが、その
他の部分は、必ずしも〈１１１〉軸に平行でなくても、
同様な効果を出すことが可能である。

更に重・要な効果として、エツチング終了後のメサの壁
面の形状を垂直にできるということである。

これは本発明以外のエツチングの補正方法を用いると実
現できない。

以上のように本発明では、シリコンのメサ形状が容易に
作製できるため、加速度センサに用いるための重りを非
常に正確に作製する場合にも利用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例におけるマスクパター
ンを示す図、 第２図は、従来の製造方法におけるマスクパターンを示
す図、 第３図および第４図は、本発明の第２の実施例を説明す
るためのマスクパターンを示す図、第５図は、本発明の
第３の実施例におけるマスクパターンを示す図である。 １・・・・・基本マスクパターン ２・・・・・基本マスクパターンの辺 ３．６，７．９・・・補正マスク ５・・・・・補正マスクパターン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）＜１１０＞面を主面に持つ単結晶シリコンから成
   る半導体装置の製造方法において、 目的とするエッチング形状を定める基本マスクパターン
   と、この基本マスクパターンの少なくとも１つの頂点に
   接続され、前記単結晶シリコンの＜１１１＞軸方向に平
   行な辺を有する補正マスクパターンとから成るマスクパ
   ターンを、単結晶シリコン基板上に形成した後、異方性
   エッチングを施し、前記目的とするエッチング形状を得
   ることを特徴とする半導体装置の製造方法。