JPH04354332A - シリコンのエッチング方法 - 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】

【０００１】〔発明の目的〕

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばセンサ用シリコ
ンウェハ等の製作に適用されるシリコンのエッチング方
法に係り、特にシリコンに深さの異なる複数の溝、孔な
どの凹部を能率よく形成できるシリコンのエッチング方
法に関する。

【０００３】

【従来の技術】従来、シリコンウェハまたはシリコンチ
ップにエッチングにより溝を形成し、これにより薄肉化
した部分を利用して、圧力センサや加速度センサ等を構
成することが知られている。このようなセンサにおいて
、例えば１枚のシリコンウェハまたはシリコンチップ上
に、種類の異なる複数のセンサを形成することが考えら
れる。例えば圧力センサと加速度センサとを同一チップ
上に形成するような場合である。この場合、圧力センサ
用の溝と加速度センサ用溝とのエッチング深さは、互い
に異なる深さとなる。

【０００４】このように、シリコンに深さの異なる複数
の溝を形成する場合、従来では例えば図１２（Ａ）〜（
Ｄ）に示す手順でエッチングを行うのが一般的である。

【０００５】すなわち同図（Ａ）に示すように、まずシ
リコン１の表面に酸化膜等からなるマスク層２を形成し
ておき、このマスク層２にパターニングを施して、一の
溝を形成すべき位置に開口部３を形成する。

【０００６】次に同図（Ｂ）に示すように、第１のエッ
チングを施し、マスク層２の開口部３に沿う例えば浅い
溝４を形成する。

【０００７】その後、同図（Ｃ）に示すように、溝４の
内面を覆う酸化膜等のマスク層２ａを形成するとともに
、マスク層２に再度パターニングを施して、他の溝を形
成すべき位置に開口部５を形成する。

【０００８】そして最終的に同図（Ｄ）に示すように、
第２のエッチングを施して、例えば深い溝６を形成する
ものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した従
来の方法では、マスク層の形成およびパターニング、シ
リコンのエッチング操作等を、深さの異なる溝の数に対
応して複数回行っている。つまり、レジスト塗布、露光
等も複数回、繰返して行っている。したがって、マスク
層パターニングと同様に、時間を要する溝加工のエッチ
ングも複数回行う必要があり、前処理を含め多くの時間
がかかるという問題があった。

【００１０】また、例えば２回目のマスク層パターニン
グ工程のレジスト塗布の際には、１回目の加工で形成さ
れた溝の凹凸のため、均一な厚さにレジストを塗布する
ことが困難であり、そのため、マスク層となる酸化膜層
のパターニングが適切に行えない場合があり、意図した
エッチング加工が必ずしも確実に行えない等の問題もあ
った。

【００１１】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、エッチング部の深さの異なる加工を１回のエッ
チング工程で効率よく行え、しかも意図した溝形状が確
実に形成できるシリコンのエッチング方法を提供するこ
とを目的とする。 〔発明の構成〕

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、シリ
コンに深さを異ならせて複数の溝などの凹部を形成する
シリコンのエッチング方法において、前記シリコンの特
定の凹部形成位置に、エッチング速度を他の凹部形成位
置と異ならせるエッチング速度調整層を形成しておき、
各凹部形成位置へのエッチング処理を同時に施すことに
より、エッチング速度の差に基づいて凹部深さを異なら
せることを特徴とする。

【００１３】請求項２の発明は、シリコンに深さを異な
らせて複数の凹部を形成するシリコンのエッチング方法
において、前記シリコンの特定の凹部形成位置の表面側
を、エッチャントに一定時間で溶解するマスク層によっ
て被覆しておき、各凹部形成位置へのエッチング処理を
同時に施すことにより、エッチング開始時期を前記マス
ク層の溶解時間に基づいて異ならせ、このエッチング開
始時期の差によって凹部深さを異ならせることを特徴と
する。

【００１４】

【作用】請求項１の発明において、エッチング速度調整
層はシリコンの組成変化または不純物濃度設定等により
形成できる。このエッチング速度調整層としては、エッ
チング速度を低下させるもの、またはエッチング速度を
高めるもの等が適用できる。そして、エッチング速度調
整層を少なくとも一の溝形成位置に適用して、同一エッ
チング処理を行えば、エッチング速度が高い部位では深
い溝が形成され、エッチング速度が低い部位では浅い溝
が形成される。

【００１５】したがって、請求項１の発明によれば、深
さの異なる溝が一度のエッチングで形成できるので、従
来に比して加工時間および必要手間等が大幅に減少でき
る。また、凹凸形成後のレジスト塗布等も不要となるの
で、マスク層となる酸化膜層のパターニング等が適切に
行え、意図したエッチング加工が確実に行える。

【００１６】また、請求項２の発明においては、溝形成
位置を被覆するマスク層の肉厚または材質等によって、
シリコンのエッチング開始時期を設定することができる
。そして、マスク層の有無により、またはマスク層の肉
厚または材質の差等に応じて溝深さの差を設定すること
ができる。

【００１７】したがって、請求項２の発明によっても、
深さの異なる溝が一度のエッチングで形成できるので、
前記同様に、加工時間および必要手間等の減少、また意
図したエッチング加工の確実な実施が可能となる。

【００１８】なお本発明における凹部は、円形、矩形、
溝形状、孔形状、場合によっては貫通孔等、その形状を
問わないものである。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００２０】図１および図２は第１実施例を示している
。本実施例は請求項１の発明の方法を使用して、シリコ
ン（１１０）面ウェハに、深さの異なる二つの溝を、異
方性エッチングにより形成する場合についてのものであ
る。

【００２１】図１（Ａ）〜（Ｄ）は本実施例の工程を示
している。

【００２２】まず図１（Ａ）に示すように、シリコン１
１の表面を酸化し、酸化膜層によるマスク層１２を形成
する。

【００２３】次に同図（Ｂ）に示すように、マスク層１
２にパターニングを施し、浅い一方の溝となる溝成位置
に開口部１３を形成する。そして、この開口部１３によ
って表出するシリコン１１の表面に、エッチング速度を
低下させるエッチング速度調整層として、ｐ型の高濃度
層１４を形成する。この高濃度層１４の形成は、ボロン
等をドープしたオキサイドからの拡散や、イオン注入等
によって行う。

【００２４】高濃度層１４の形成後、同図（Ｃ）に示す
ように、マスク層１２にパターニングを施し、深い他方
の溝となる溝形成位置に開口部１５を形成する。この開
口部１５の位置にはエッチング速度調整層を形成しない
。

【００２５】そして最終的に、異方性エッチング用のエ
ッチャント、例えばＫＯＨを用いてエッチングを行い、
これによりマスク層１２の各開口部１３，１５に沿う溝
１６，１７をそれぞれ形成する。この場合、ｐ型の高濃
度層１４部分は、シリコン１１自体の材料部分に比べて
エッチング速度が低いことから、このエッチング速度の
差に基づいて、同図（Ｄ）に示すように、ｐ型の高濃度
層１４があった部分の一方の溝１６は浅く、またシリコ
ン１１自体の材料であった部分の他方の溝１７は深く形
成される。

【００２６】図２は、ｐ型の高濃度層におけるボロン含
有率とエッチング速度との関係を示す特性図である（Ｐ
ｒｏｃ．　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ
　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔ
ｅＳｅｎｓｏｒｓ　ａｎｄ　Ａｃｔｕａｔｏｒｓ−Ｔｒ
ａｎｓｄｕｃｅｒｓ’８７，ｐｐ．１２３　より引用）
。同図から明らかなように、ｐ型の高濃度層では、異方
性エッチング用エッチャントであるＫＯＨによるエッチ
ング速度が著しく低下する。したがって、各溝１６，１
７の深さの差は、同図で示される特性等に基づき、ｐ型
高濃度層１４の濃度や厚さ、またエッチング時間等によ
り設定する。

【００２７】なお、マスク層１２である酸化膜層は、エ
ッチャントとしてのＫＯＨに溶解するので、エッチング
終了まで消失しない膜厚を設定しておく。

【００２８】以上の第１実施例によれば、シリコン１１
に深さの異なる溝１６，１７が一度のエッチングで形成
できるので、従来に比して加工時間および必要手間等が
大幅に減少できる。また、凹凸形成後のレジスト塗布等
も不要となるので、マスク層１２となる酸化膜層のパタ
ーニング等が適切に行え、意図したエッチング加工が確
実に行える。

【００２９】図３は第２実施例を示している。本実施例
も請求項１の発明の方法を使用して、シリコン（１１０
）面ウェハに、深さの異なる二つの溝を、異方性エッチ
ングにより形成する場合についてのものであり、図３（
Ａ）〜（Ｄ）に示す手順で加工を行う。

【００３０】本実施例が前記第１実施例と異なる点は、
シリコン１１に予めｐ型の高濃度層１４を形成し（図３
（Ａ））、その後シリコン１１の表面を酸化して、酸化
膜層によるマスク層１２を形成し（同図（Ｂ））、さら
にその後、マスク層１２の各溝形成位置へのパターニン
グによる開口部１３、１５の形成を同時に行う（同図（
Ｃ））点である。他の点は前記第１実施例と略同様であ
るから、図３の対応箇所に図１と同一符号を付して、そ
の説明を省略する。

【００３１】本実施例によっても、シリコン１１に深さ
の異なる溝１６，１７が一度のエッチングで形成できる
ので（同図（Ｄ））、加工時間および必要手間等が大幅
に減少できるとともに、意図したエッチング加工が確実
に行える。しかも本実施例では、マスク層１２の各溝形
成位置へのパターニングによる開口部１３、１５の形成
を同時に行なうので（同図（Ｃ））、パターニング操作
が一度で済み、作業能率を一層向上できる利点がある。 また、高濃度層１４の形成後にマスク層１２を形成し、
その後に溝１６形成用のパターニングを施すので、マス
ク層１２の幅を溝パターンとしての開口部１３より大き
くしてもよく、したがって高濃度層１４の形成も比較的
容易に行える。

【００３２】なお、以上の各実施例においては、シリコ
ン１１に深さの異なる一対の溝１６，１７を形成したが
、本発明はこれに限らず、多数の溝形成についても適用
できるものである。その場合には、複数の溝形成位置に
対して、それぞれ溝深さに対応するエッチング速度調整
層を形成すればよい。なお、エッチング速度調整層を高
濃度層とする場合、速度差を設定する手段としては、濃
度差付与または層厚差付与のいずれも選択できる。

【００３３】また、前記各実施例では、マスク層１２を
シリコン酸化膜層としたが、このマスク層１２は他の材
料組成、例えばｐ型の高濃度層としてもよい。さらに前
記エッチャントに溶解しにくい材料、例えばシリコンナ
イトライド等としてもよい。溶解しにくいシリコンナイ
トライド等をマスク層とした場合には、溝深さが大きい
場合でも、マスク層厚さを小さくすることができる。

【００３４】また、前記各実施例では、エッチング速度
調整層をｐ型の高濃度層１４としたが、このエッチング
速度調整層は他の材料組成としてもよい。例えばシリコ
ンに酸素をイオン注入後、アニールを行い、これによっ
て形成される酸化シリコン層としてもよい。この場合に
は、エッチャントとして、酸化シリコン層を溶解できる
ものを選定すればよい。

【００３５】さらに、前記各実施例では、エッチング速
度調整層をエッチング速度を低下させる材料組成とした
が、このエッチング速度調整層は前記と逆に、エッチン
グ速度を向上させる材料組成としてもよい。その場合に
は、エッチング速度調整層の側に深い溝が形成される。

【００３６】さらにまた、前記各実施例では、本発明の
方法を異方性エッチングについて適用したが、本発明は
等方性エッチングについても適用できる。等方性エッチ
ングの場合には、ｐ型の高濃度層によってエッチング速
度を低下させることはできない。この場合には逆に、低
濃度層によってエッチング速度が低下するので、これを
エッチング速度調整層として利用すればよい。

【００３７】図４は本発明の第３実施例を示している。 本実施例は請求項２の発明の方法を使用して、シリコン
（１１０）面ウェハに、深さの異なる二つの溝を、異方
性エッチングにより形成する場合についてのものであり
、図３（Ａ）〜（Ｄ）に示す手順で加工を行う。

【００３８】まず図４（Ａ）に示すように、シリコン２
１の表面を酸化し、酸化膜層からなるマスク層２２を形
成する。酸化膜層は前述したように、ＫＯＨ等のエッチ
ャントで溶解する。本実施例ではマスク層２２の厚さを
１μｍとした。

【００３９】次に同図（Ｂ）に示すように、マスク層２
２にパターニングを施す。本実施例では、深い一方の溝
となる溝形成位置を貫通させて開口部ａを形成するとと
もに、浅い他方の溝となる溝成位置に例えば厚さ０．３
μｍの残留部がある凹部ｂを形成し、かつ非溝形成位置
ｃは全厚さ分である１μｍを残留させた。

【００４０】そして最終的に、異方性エッチング用のエ
ッチャントであるＫＯＨ水溶液を用いてａ，ｂ部分にエ
ッチングを施す。

【００４１】ＫＯＨ水溶液は他の異方性エッチングのエ
ッチャントに比べて酸化膜のエッチング速度は速く、水
溶液濃度３０％、温度９０°Ｃの条件下で、酸化膜層を
約０．０１μｍ／ｍｉｎのエッチング速度で溶解し、ま
たシリコン（１１０）面ウェハを厚さ方向つまり＜１１
０＞方向に約３μｍ／ｍｉｎのエッチング速度で溶解す
る。

【００４２】本実施例では、５０分間エッチングを行っ
た。この結果、同図（Ｃ）に示すように、開口部ａによ
りシリコン層が表出している部分ではエッチング開始と
同時に溝形成が行われ、１５０μｍ深さの溝２３が形成
された。また、厚さ０．３μｍの残留部があるマスク層
２２の凹部ｂの位置では、まず０．３μｍのマスク層で
ある酸化膜が３０分でエッチングされて除去され、この
後シリコン層のエッチングが開始され、深さ６０μｍの
溝２４が形成された。つまり、エッチング開始時期をマ
スク層２２で異ならせることにより、同時に行われるエ
ッチング処理で、シリコン２１に深さ１５０μｍの深い
溝２３と、深さ６０μｍの浅い溝２４とが形成できた。 なお、非溝形成位置ｃでマスク層２２が厚さ１μｍ残留
した部分では、エッチングによりマスク層の厚さが０．
５μｍとなった。

【００４３】以上のように本実施例によれば、シリコン
に一度のエッチング処理を施すだけで、エッチング開始
時期の差によって深さが異る複数の溝２３，２４が形成
できるので、加工時間および必要手間等が大幅に減少で
きるとともに、意図したエッチング加工が確実に行える
。

【００４４】なお、実施例３では、シリコン２１に一対
の溝２３，２４を形成したが、これよりも多数の溝形成
についても適用できることはもちろんである。この場合
には、エッチング時間と、エッチング開始時期調整用の
マスク層の厚さを種々調整することにより、各溝の深さ
を異ならせることができる。

【００４５】また、エッチャントで溶解するエッチング
開始時期調整用のマスク層は、溝形成位置を被覆するも
のだけでよく、非溝形成位置被覆用のマスク層はエッチ
ングの最後まで残存するので、エッチャントで溶解しな
い材料組成で構成するようにしてもよい。

【００４６】例えば図５に示すように、酸化シリコンか
らなるマスク層２２の表面側の非溝形成位置を、ＫＯＨ
水溶液には殆ど溶解しないナイトライド層２５で被覆し
てもよい。

【００４７】また、図６に示すように、酸化シリコンか
らなるマスク層２２の表面側の非溝形成位置を、ＫＯＨ
水溶液には殆ど溶解しないＡｕ等の金属層２６で被覆し
てもよい。

【００４８】さらに、図７に示すように、シリコン２１
表面の非溝形成位置をナイトライド層２５で被覆し、溝
形成位置の必要部位にのみ酸化シリコンからなるマスク
層２２を嵌め込むようにしてもよい。

【００４９】なお、以上の各実施例では、シリコン２１
の一側面だけに溝を形成したが、図８に示すように、両
面に溝２３，２４，２７を形成することも可能である。

【００５０】また、図９に示すように、シリコン２１の
両面側から深さおよび幅が異なる溝２８ａ，２８ｂ，２
９ａ，２９ｂを形成することも可能である。

【００５１】さらに、以上の各実施例では、シリコン（
１１０）面ウェハをＫＯＨでエッチングすることにより
、溝を垂直方向に形成したが、本発明はこれに限らず、
シリコン（１００）面ウェハを対象として前記同様のエ
ッチングを施し、これにより傾斜した溝を形成する場合
についても実施することができる。

【００５２】例えば図１０は、シリコン（１００）面ウ
ェハを用いて前記同様のエッチングを行い、シリコン３
１に傾斜状の深さの異なる複数の溝３２，３３を形成し
、圧力センサのダイヤフラム加工を行なったものである
。つまり、各溝３２，３３の深さの差により、異なる肉
厚となった溝底部の壁部分、すなわちダイアフラム３１
ａ，３１ｂは、例えば異なる感度の圧力検出用センサ部
ｄ１　，ｄ２　として利用できる。

【００５３】また、図１１は、１枚のシリコン（１００
）面ウェハを用いて前記同様のエッチングを行い、シリ
コン３１に傾斜状の深さの異なる複数の溝３２，３３と
透孔３４とを形成したものである。透孔３４で一定の領
域３５を舌片状に切込む形状とすれば、この部分を可撓
性の加速度センサｅとして適用できる。したがって、溝
３２部を圧力センサｄとすれば、種類の異なる複数のセ
ンサｄ，ｅを同一シリコンに同時に形成することができ
る。そして、この場合にも前記各実施例と同様に製作の
容易性および確実な溝加工が行える等の効果が奏される
。

【００５４】さらに、以上の各実施例では１枚のシリコ
ンのエッチングについて説明したが、本発明の方法は、
複数のシリコンを対象とし、これをまとめて同時にエッ
チングする方法としても実施できるものであり、その場
合にも深さの異なる溝加工を同時に行えるものである。

【００５５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、シリコ
ンにエッチング速度を異ならせるエッチング速度調整層
、またはエッチング開始時期を異ならせるマスク層を形
成することにより、エッチング部の深さの異なる加工を
１回のエッチング工程で効率よく行え、しかも意図した
溝形状が確実に形成できる等の効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）〜（Ｄ）は本発明の第１実施例を手順に
従って示す工程図。

【図２】前記実施例のエッチング速度を示す特性図。

【図３】（Ａ）〜（Ｄ）は本発明の第２実施例を手順に
従って示す工程図。

【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の第３実施例を手順に
従って示す工程図。

【図５】前記第３実施例のマスク層の変形例を示す図。

【図６】前記第３実施例のマスク層の他の変形例を示す
図。

【図７】前記第３実施例のマスク層のさらに他の変形例
を示す図。

【図８】本発明により形成される溝の変形例を示す図。

【図９】本発明により形成される溝の他の変形例を示す
図。

【図１０】本発明により形成される溝の別の変形例を示
す図。

【図１１】本発明により形成される溝のさらに別の変形
例を示す図。

【図１２】（Ａ）〜（Ｄ）は従来例を手順に従って示す
工程図。

【符号の説明】

１１，２１，３１　　シリコン １４　　ｐ型の高濃度層（エッチング速度調整層）１６
，１７，２３，２４，２７，２８，２９，３２，３３，
３４　　溝

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　シリコンに深さを異ならせて複数の凹
   部を形成するシリコンのエッチング方法において、前記
   シリコンの特定の凹部形成位置に、エッチング速度を他
   の凹部形成位置と異ならせるエッチング速度調整層を形
   成しておき、各凹部形成位置へのエッチング処理を同時
   に施すことにより、エッチング速度の差に基づいて凹部
   深さを異ならせることを特徴とするシリコンのエッチン
   グ方法。
2. 【請求項２】　　シリコンに深さを異ならせて複数の凹
   部を形成するシリコンのエッチング方法において、前記
   シリコンの特定の凹部形成位置の表面側を、エッチャン
   トに一定時間で溶解するマスク層によって被覆しておき
   、各凹部形成位置へのエッチング処理を同時に施すこと
   により、エッチング開始時期を前記マスク層の溶解時間
   に基づいて異ならせ、このエッチング開始時期の差によ
   って凹部深さを異ならせることを特徴とするシリコンの
   エッチング方法。