(57)【要約】【課題】トレンチから配線等の金属までの距離が変化しても、トレンチ側面の均一性を保つことができる構造の半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】センサ構造体のうちシリコン層１２の表面に形成される表面構造部１３０について、表面が金属とされている部分を覆うように、低電気伝導部を構成する絶縁膜１４０を備える。これにより、トレンチ３０から金属までの距離が変化しても、トレンチ３０の側面の均一性を向上させることが可能となる。【選択図】図４Ｃ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置であって、
トレンチ（３０）が形成されたシリコン層（１２）と、
前記シリコン層の上において、前記トレンチから離れた位置に形成され、表面が金属（４０）とされている表面構造部（１３０）と、
前記金属の表面に形成され、少なくとも前記金属の上面のうち前記トレンチ側の部分を覆っている前記金属よりも電気伝導度が低い低電気伝導部（１４０）と、を有している半導体装置。
【請求項２】
前記低電気伝導部は、絶縁膜（１４０）で構成されている請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記絶縁膜は、酸化膜である請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記絶縁膜は、ＴＥＯＳ膜である請求項２に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記金属と前記トレンチとの距離が変化するように前記金属がレイアウトされており、
前記シリコン層における前記金属が配置されている側を前記トレンチの入口側として、前記トレンチの側面のうち前記入口側には縦キズで構成される凹部（３０ａ）が形成されており、前記トレンチのうち前記金属までの距離が異なった位置でも前記凹部の深さが等しくなっている請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記シリコン層に形成された前記トレンチにより、ＭＥＭＳ構造が構成されている請求項１ないし５のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項７】
前記ＭＥＭＳ構造として、前記シリコン層が前記トレンチにて形作られたセンサ構造体とされたセンサとされている請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
シリコン層（１２）に対してトレンチ（３０）が形成される半導体装置の製造方法であって、
前記シリコン層（１２）を用意することと、
前記シリコン層のうち、前記トレンチが形成される予定であるトレンチ形成予定領域から離れた位置の上に、表面が金属（４０）とされている表面構造部（１３０）を形成することと、
前記表面構造部および前記シリコン層の上にレジスト（２０）を形成することと、
前記レジストのうち前記トレンチ形成予定領域を除去したのち、前記レジストをマスクとしてボッシュプロセスにより前記シリコン層をエッチングすることで前記トレンチを形成することと、を含み、
さらに、前記表面構造部を形成することの後に、少なくとも前記金属の上面のうち前記トレンチ形成予定領域側の部分もしくは前記金属よりも前記トレンチ形成予定領域側、かつ、前記レジストの内側に前記金属よりも電気伝導度が低い低電気伝導部（１４０）を配置することを行い、
前記トレンチを形成することは、前記低電気伝導部が配置された状態で行われる半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンに対してトレンチを形成した半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリコンに対してトレンチを形成する手法としてボッシュプロセスが知られている（例えば、特許文献１参照）。ボッシュプロセスは、トレンチの側面を保護膜で保護しながらトレンチの底部をエッチングして掘り進めることで、アスペクト比の高いトレンチを形成する手法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１３９６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ボッシュプロセスでは、トレンチの加工側面が凹凸形状になったり、トレンチ底部がそれよりも上方と比較して横方向に広がったノッチと呼ばれる凹部が形成されたりするという問題がある。具体的には、ボッシュプロセスでは、側面を保護膜で保護してトレンチの底部をエッチングするということを繰り返し行うが、エッチングが完全に異方的に行われるのではなく等方的にも行われるため、エッチングを繰り返す毎に凹凸が形成される。このため、トレンチの加工側面が凹凸形状になる。また、ボッシュプロセスでは、エッチングガスのプラズマイオンを照射することでエッチングを行っており、プラスイオンがシリコンに衝突させられることでエッチングが進められる。ところが、エッチング時にトレンチの底部においてプラス電荷がチャージアップされ、エッチングガスのプラスイオンが反発されてしまい、横方向へエッチングが進むことでノッチが形成されてしまう。
【０００５】
このように、トレンチの加工側面が凹凸形状になったり、トレンチの底部にノッチが形成されたりすると、応力集中による破損などが生じ、半導体装置の信頼性が低くなるという課題が発生し得る。またトレンチ内壁面に防湿膜を形成するような構造とする場合であれば、防湿膜の膜質を均一にできないという課題も発生し得る。
【０００６】
また、トレンチの加工側面を平坦面にするために、ドライエッチングや水素アニールを追加実施する方法もある。しかしながら、シリコン表面に配線等の金属が形成されていると、使用可能なエッチング条件が狭くなる。また、実験により、トレンチから配線までの距離が異なっているとドライエッチング量が変わることも確認された。このように、場所によってトレンチ側面の粗さが変わってしまうために、最適化が困難であるし、追加プロセスが必要になるため、プロセス時間が増えて生産性を低下させるという課題もある。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みて、トレンチから配線等の金属までの距離が変化しても、トレンチ側面の均一性を保つことができる構造の半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の半導体装置は、トレンチ（３０）が形成されたシリコン層（１２）と、シリコン層の上において、トレンチから離れた位置に形成され、表面が金属（４０）とされている表面構造部（１３０）と、金属の表面に形成され、少なくとも金属の上面のうちトレンチ側の部分を覆っている金属よりも電気伝導度が低い低電気伝導部（１４０）と、を有している。
【０００９】
このように、シリコン層の表面に形成される表面構造部について、表面が金属とされている部分を覆うように低電気伝導部を備えるようにしている。これにより、トレンチから金属までの距離が変化しても、トレンチの側面の均一性を向上させることが可能となる。
【００１０】
また、請求項８に記載の半導体装置の製造方法は、シリコン層（１２）を用意することと、シリコン層のうち、トレンチが形成される予定であるトレンチ形成予定領域から離れた位置の上に、表面が金属（４０）とされている表面構造部（１３０）を形成することと、表面構造部およびシリコン層の上にレジスト（２０）を形成することと、レジストのうちトレンチ形成予定領域を除去したのち、レジストをマスクとしてボッシュプロセスによりシリコン層をエッチングすることでトレンチを形成することと、を含み、さらに、表面構造部を形成することの後に、少なくとも金属の上面のうちトレンチ形成予定領域側の部分もしくは金属よりもトレンチ形成予定領域側、かつ、レジスト膜の内側に金属よりも電気伝導度が低い低電気伝導部（１４０）を配置することを行い、トレンチを形成することは、低電気伝導部が配置された状態で行われる。
【００１１】
このように、ボッシュプロセスによりシリコン層をエッチングする前に、表面構造部のうち表面が金属とされている部分を覆うように低電気伝導部を備えるようにしている。これにより、トレンチから金属までの距離が変化しても、トレンチの側面の均一性を向上させることが可能となる。
【００１２】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態にかかる振動型角速度センサの斜視図である。
【図２】図１中のII−II断面図である。
【図３】図１中のIII−III断面図である。
【図４Ａ】図１に示す振動型角速度センサの製造工程中の断面図である。
【図４Ｂ】図４Ａに続く振動型角速度センサの製造工程中の断面図である。
【図４Ｃ】図４Ｂに続く振動型角速度センサの製造工程中の断面図である。
【図４Ｄ】図４Ｃに続く振動型角速度センサの製造工程中の断面図である。
【図５Ａ】金属を絶縁膜で覆っていない場合のエッチング中の様子を示した断面図である。
【図５Ｂ】金属を絶縁膜で覆った場合のエッチング中の様子を示した断面図である。
【図６】ＴＥＯＳ膜を１５０μｍ成膜した場合のトレンチの側面の様子を示した図であり、左図は写真画像、右図は左図を線図で示した図である。
【図７】第１実施形態の変形例で説明する振動型角速度センサにおけるトレンチ形成予定領域近傍の断面図である。
【図８Ａ】第２実施形態にかかる振動型角速度センサの製造工程中の断面図である。
【図８Ｂ】図８Ａに続く振動型角速度センサの製造工程中の断面図である。
【図８Ｃ】図８Ｂに続く振動型角速度センサの製造工程中の断面図である。
【図９Ａ】第２実施形態の変形例で説明する振動型角速度センサにおけるトレンチ形成予定領域近傍の断面図である。
【図９Ｂ】第２実施形態の変形例で説明する振動型角速度センサにおけるトレンチ形成予定領域近傍の断面図である。
【図１０】Ｔｉ膜を１５０μｍ成膜した場合のトレンチの側面の様子を示した図であり、左図は写真画像、右図は左図を線図で示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
【００１５】
（第１実施形態）
第１実施形態について説明する。ここでは、シリコンに対してトレンチを形成する半導体装置として振動型角速度センサ、いわゆるジャイロセンサを例に挙げて説明する。振動型角速度センサは、物理量として角速度を検出するためのセンサであり、例えば車両の上下方向に平行な中心線周りの回転角速度の検出に用いられるが、勿論、車両用以外に適用されても良い。
【００１６】
以下、図１〜図３を参照して、本実施形態にかかる振動型角速度センサについて説明する。
【００１７】
振動型角速度センサのセンサ素子１は、図１中のｘｙ平面が車両水平方向に向けられ、ｚ軸方向が車両の上下方向と一致するようにして車両に搭載される。振動型角速度センサのセンサ素子１は、板状の基板１０を用いて形成されている。本実施形態では、基板１０は、支持基板１１とシリコン層１２とで犠牲層となる埋込酸化膜１３を挟み込んだ構造とされたＳＯＩ（Silicon on insulatorの略）基板にて構成されている。
【００１８】
基板１０の平面の一方向がｘ軸、この平面上におけるｘ軸に対する垂直方向がｙ軸、この平面の法線方向かつｘ軸およびｙ軸に対する垂直方向がｚ軸となり、この基板１０の平面がｘｙ平面と平行な平面をなしている。このような基板１０を用いてセンサ素子１が構成されており、例えばシリコン層１２側をセンサ構造体のパターンにエッチングしたのち埋込酸化膜１３を部分的に除去し、センサ構造体の一部をリリースすることで構成されている。センサ構造体のパターンを構成するためのエッチングがシリコン層１２の周囲にトレンチを形成するためのエッチングであり、このときのエッチングがボッシュプロセスを用いて行われている。
【００１９】
なお、図１中では支持基板１１を簡略化して記載してあるが、実際には平面板状で構成されている。また、図１は断面図ではないが、図を見やすくするために、支持基板１１および埋込酸化膜１３にハッチングを示してある。
【００２０】
シリコン層１２は、固定部１００と梁部１１０および可動部１２０にパターニングされている。固定部１００は、少なくともその裏面の一部に埋込酸化膜１３が残されており、支持基板１１からリリースされることなく、埋込酸化膜１３を介して支持基板１１に固定された状態とされている。梁部１１０および可動部１２０は、センサ素子１における振動子を構成するものである。可動部１２０は、その裏面側において埋込酸化膜１３が除去されており、支持基板１１からリリースされている。梁部１１０は、可動部１２０を支持すると共に角速度検出を行うために可動部１２０をｘｙ平面上において変位させるものである。
【００２１】
具体的には、梁部１１０は、支持梁１１１、支持部材１１２、検出梁１１３および駆動梁１１４を有した構成とされている。また、可動部１２０は、検出錘１２１と駆動錘１２２を有した構成とされている。
【００２２】
上面形状が四角形状の固定部１００の一辺から片持ちの支持梁１１１が形成されており、この支持梁１１１に対して垂直方向に支持部材１１２が延設され、支持部材１１２の中央位置において、支持梁１１１が連結されている。そして、支持部材１１２を挟んで支持梁１１１と反対側には検出梁１１３が形成され、その先端に検出錘１２１が備えられていると共に、支持部材１１２の両端において支持梁１１１と同方向に駆動梁１１４が形成され、その先端に駆動錘１２２が備えられている。
【００２３】
このような構造とされることで、支持梁１１１の一端側が固定部１００に固定され、他端側に支持部材１１２を介して検出梁１１３や検出錘１２１および駆動梁１１４や駆動錘１２２が支持されることで、固定部１００に各部が片持ち支持される。
【００２４】
また、駆動梁１１４には駆動部１３１が形成されていると共に制御部１３２が形成されており、検出梁１１３には振動検出部１３３が形成されている。これら駆動部１３１、制御部１３２および振動検出部１３３が外部に備えられた図示しない制御装置に電気的に接続されることで、振動型角速度センサの駆動が行われるようになっている。
【００２５】
駆動部１３１は、図１に示すように、各駆動梁１１４のうち支持部材１１２との連結部近傍に備えられており、各場所に２本ずつ所定距離を空けて配置され、ｙ軸方向に延設されている。図２に示すように、駆動部１３１は、駆動梁１１４を構成するシリコン層１２の表面に下層電極１３１ａと駆動用薄膜１３１ｂおよび上層電極１３１ｃが順に積層された構造とされている。下層電極１３１ａおよび上層電極１３１ｃは、例えばＡｌ電極などによって構成されている。これら下層電極１３１ａおよび上層電極１３１ｃは、図１に示した支持部材１１２および検出梁１１３を経て固定部１００まで引き出された配線部１３１ｄ、１３１ｅを通じて、図示しない駆動用電圧の印加用のパッドやＧＮＤ接続用のパッドに接続されている。また、駆動用薄膜１３１ｂは、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）膜によって構成されている。
【００２６】
このような構成において、下層電極１３１ａと上層電極１３１ｃとの間に電位差を発生させることで、これらの間に挟まれた駆動用薄膜１３１ｂを変位させ、駆動梁１１４を強制振動させることで駆動錘１２２をｘ軸方向に沿って駆動振動させる。例えば、各駆動梁１１４のｘ軸方向の両端側に１本ずつ駆動部１３１を備えるようにし、一方の駆動部１３１の駆動用薄膜１３１ｂを圧縮応力で変位させると共に他方の駆動部１３１の駆動用薄膜１３１ｂを引張応力で変位させる。このような電圧印加を各駆動部１３１に対して交互に繰り返し行うことで、駆動錘１２２をｘ軸方向に沿って駆動振動させている。
【００２７】
制御部１３２は、図１および図２に示すように、各駆動梁１１４のうち支持部材１１２との連結部近傍に備えられており、当該場所に２本ずつ配置された駆動部１３１の間において、各駆動部１３１から所定距離空けて配置され、ｙ軸方向に延設されている。図２に示すように、制御部１３２は、駆動梁１１４を構成するシリコン層１２の表面に下層電極１３２ａと制御用薄膜１３２ｂおよび上層電極１３２ｃが順に積層された構造とされている。下層電極１３２ａおよび上層電極１３２ｃや制御用薄膜１３２ｂは、それぞれ、駆動部１３１を構成する下層電極１３１ａおよび上層電極１３１ｃや駆動用薄膜１３１ｂと同様の構成とされている。下層電極１３２ａおよび上層電極１３２ｃは、図１に示した支持部材１１２および検出梁１１３を経て固定部１００まで引き出された配線部１３２ｄ、１３２ｅを通じて、図示しない制御用電圧の印加用のパッドやＧＮＤ接続用のパッドに接続されている。
【００２８】
このような構成において、下層電極１３２ａと上層電極１３２ｃとの間に電位差を発生させることで、これらの間に挟まれた制御用薄膜１３２ｂを変位させ、駆動梁１１４に対して所望の振動を印加できる。これにより、駆動錘１２２の振動を制御でき、不要振動を抑制する振動を印加することが可能となっている。
【００２９】
振動検出部１３３は、図１および図３に示すように、検出梁１１３のうちの固定部１００との連結部近傍に備えられており、検出梁１１３におけるｘ軸方向の両側それぞれに設けられ、ｙ軸方向に延設されている。図３に示すように、振動検出部１３３は、検出梁１１３を構成する層１２の表面に下層電極１３３ａと検出用薄膜１３３ｂおよび上層電極１３３ｃが順に積層された構造とされている。下層電極１３３ａおよび上層電極１３３ｃや検出用薄膜１３３ｂは、それぞれ、振動検出部１３３を構成する下層電極１３１ａおよび上層電極１３１ｃや駆動用薄膜１３１ｂと同様の構成とされている。下層電極１３３ａおよび上層電極１３３ｃは、図１に示した固定部１００まで引き出された配線部１３３ｄ、１３３ｅを通じて、図示しない検出信号出力用のパッドに接続されている。
【００３０】
このように、シリコン層１２の表面上に、駆動部１３１や制御部１３２および振動検出部１３３、さらには各配線部１３１ｄ、１３１ｅ、１３２ｄ、１３２ｅ、１３３ｄ、１３３ｅなどの表面構造が構成されている。以下、これらを総称して表面構造部１３０と言う。そして、この表面構造部１３０の上には、図２および図３に示すように、絶縁膜１４０が形成されている。より詳しくは、表面構造部１３０のうち表面から金属が露出している部分を絶縁膜１４０で覆っている。表面構造部１３０のうち表面から金属が露出している部分としては、駆動部１３１の上層電極１３１ｃ、制御部１３２の上層電極１３２ｃ、振動検出部１３３の上層電極１３３ｃ、各配線部１３１ｄ、１３１ｅ、１３２ｄ、１３２ｅ、１３３ｄ、１３３ｅが挙げられる。
【００３１】
絶縁膜１４０は、低電気伝導部を構成するものであり、表面構造部１３０の表面に備えられる金属よりも電気伝導度が低い材料で構成され、好ましくは当該金属よりも低熱伝導率の材料で構成される。このような材料としては、例えばＳｉＯ２、ＳｉＯＣ、ＳｉＣ、ＳｉＮ、Ａｌ２Ｏ３などが挙げられる。ここでは、絶縁膜１４０を、テトラエトキシシラン（以下、ＴＥＯＳという）と呼ばれる溶液を用いてプラズマＣＶＤ（chemical vapor deposition）によって成長させたＳｉＯ２膜であるＴＥＯＳ膜で構成している。
【００３２】
このように、表面構造部１３０の上に絶縁膜１４０で覆うことで、表面構造部１３０が外部からの電気的な影響や熱的な影響を受けにくくなるようにできる。例えば、電気ノイズに対する耐性や温特やＳＮ比の改善を図ることが可能となる。したがって、センサ特性の安定化を図ることが可能となる。
【００３３】
以上のようにして、本実施形態にかかる振動型角速度センサが構成されている。このような構成の振動型角速度センサは、駆動梁１１４に備えられた駆動部１３１に対して駆動用電圧の印加を行うことで作動させられる。具体的には、下層電極１３１ａと上層電極１３１ｃとの間に電位差を発生させることで、これらの間に挟まれた駆動用薄膜１３１ｂを変位させる。そして、２本並んで設けられた２つの駆動部１３１のうち、一方の駆動部１３１の駆動用薄膜１３１ｂを圧縮応力で変位させると共に他方の駆動部１３１の駆動用薄膜１３１ｂを引張応力で変位させる。このような電圧印加を各駆動部１３１に対して交互に繰り返し行うことで、駆動錘１２２をｘ軸方向に沿って駆動振動させる。これにより、各駆動梁１１４によって支持された駆動錘１２２が検出錘１２１を挟んでｘ軸方向において互いに逆方向に移動させられる駆動モードとなる。つまり、駆動錘１２２が共に検出錘１２１が近づく状態と遠ざかる状態とが繰り返されるモードとなる。
【００３４】
この駆動振動が行われているときに、振動型角速度センサに対して角速度が印加されると、検出錘１２１がＸＹ平面上において振動する検出モードとなる。したがって、検出梁１１３も変位し、この検出梁１１３の変位に伴って、振動検出部１３３に備えられた検出用薄膜１３３ｂが変形すると共に、下層電極１３３ａと上層電極１３３ｃとの間の電気信号が変化する。具体的には、振動型角速度センサを定電圧駆動とする場合には電気信号として電流値、定電流駆動とする場合には電気信号として電流値が変化する。この電気信号の変化が、角速度を示す検出信号として、図示しない検出信号出力用のパッドを通じて外部に出力され、外部に備えられる図示しない制御装置などに入力されることで、発生した角速度を検出することが可能となる。
【００３５】
ここで、上記の振動型角速度センサは、例えばシリコン層１２に対して表面構造部１３０に含まれる各部を形成したのち、シリコン層１２をパターニングしてセンサ構造体を形作り、埋込酸化膜１３の不要部分を除去することで形成される。シリコン層１２のパターニングは、センサ構造体とする部分の周囲をエッチングによりトレンチとすることにより行われる。
【００３６】
このとき、トレンチ側面の均一性を保ち、平坦面となるようにすることで、センサ構造体の信頼性の低下を抑制でき、振動型角速度センサの信頼性を確保することが可能となる。すなわち、トレンチ側面が凹凸形状となっていたり、トレンチの底部にノッチが形成されたりすると、応力集中による破損が生じて、振動型角速度センサの信頼性が低下し得るが、トレンチ側面の均一性を保つことで、振動型角速度センサの信頼性を確保できる。
【００３７】
また、ここではセンサ構造体の表面を保護膜で覆った構造としていないが、保護膜で覆うことでセンサ構造体の各部の保護、例えば表面構造部１３０の保護を行う構造とすることもできる。その場合にも、トレンチ側面の均一性が保たれていれば、保護膜の膜質を均一にでき、より振動型角速度センサの信頼性を向上させることが可能になる。このため、本実施形態では、トレンチ形成工程を図４Ａ〜図４Ｄのようにして行っている。なお、本実施形態にかかる振動型角速度センサの製造方法について、トレンチ形成工程以外については、従来の製造方法と変わらないため、ここではトレンチ形成工程についてのみ説明する。また、図４Ａ以降の図については、支持基板１１については省略してある。
【００３８】
〔図４Ａに示す工程〕
まず、支持基板１１とシリコン層１２との間に埋込酸化膜１３を挟み込んだＳＯＩ基板を用意し、シリコン層１２の上に、表面構造部１３０を形成する。
【００３９】
〔図４Ｂに示す工程〕
続いて、表面構造部１３０のうちの表面に露出している金属を覆うように絶縁膜１４０を形成し、パターニングすることで少なくともトレンチ形成予定領域から離れた位置で絶縁膜１４０が終端するようにする。ここでは表面構造部１３０の表面全面に絶縁膜１４０が残るようにしている。なお、ここでいう「離れた位置」とは、絶縁膜１４０のうち後工程で形成されるトレンチ３０側の端部とトレンチ３０の側面との間に距離があることを意味している。すなわち、絶縁膜１４０のうちトレンチ３０側の端部とトレンチ３０の側面とが同一平面となるのではなく、絶縁膜１４０の端部がトレンチ３０よりも外側に位置していて、絶縁膜１４０がトレンチ３０の形成用マスクになっていないことを意味している。
【００４０】
〔図４Ｃに示す工程〕
シリコン層１２や絶縁膜１４０を含めた表面構造部１３０の全体を覆うようにレジスト２０を成膜する。レジスト２０としては、例えば熱硬化型の厚膜レジストなどのように、導電性レジストではない一般的なポジ型レジストを用いている。そして、露光によりレジスト２０をパターニングし、トレンチ形成予定領域のレジスト２０を除去する。これにより、レジスト２０にてセンサ構造体などシリコン層１２のうちの除去しない部分が覆われた状態となる。また、絶縁膜１４０をトレンチ形成予定領域から離れた位置で終端させるようにしているため、トレンチ形成予定領域側の開口端はすべてレジスト２０で構成され、絶縁膜１４０は露出していない状態となる。
【００４１】
〔図４Ｄに示す工程〕
レジスト２０をマスクとして、ボッシュプロセスに基づくエッチングを行うことで、トレンチ３０を形成する。例えば、トレンチ３０の側面を図示しない保護膜で覆いながらプラズマイオンエッチングなどを行ってトレンチ３０の底部を掘り進めていくことでトレンチ３０を形成し、埋込酸化膜１３が露出するまでエッチングを行う。
【００４２】
ここで、比較例として絶縁膜１４０が備えられていない場合と本実施形態のように絶縁膜１４０が備えられている場合それぞれのエッチングについて想定してみる。
【００４３】
プラズマイオンエッチングによってエッチングを行う場合、エッチング対象を設置電極上に載せ、エッチングガスを導入しながら高周波バイアスを掛け、ガスプラズマを発生させる。これにより、トレンチ３０の底部にガスプラズマのプラスイオンが照射され、エッチングが進められることになる。
【００４４】
このとき、本来であれば、ガスプラズマのプラスイオンがシリコン層１２の表面に対する法線方向に、つまりトレンチ３０の深さ方向に向かって照射される。しかしながら、トレンチ形成予定領域の近傍にレジスト２０以外に覆われていない金属が存在していると、プラスイオンが横方向成分を持つようになって斜めに照射され、トレンチ３０の側面にも衝突するようになることが確認された。これは、トレンチ３０の側面のうちのトレンチ３０の入口寄りにスキャロップと呼ばれる縦キズでなる凹部が形成されることから確認できる。このメカニズムについては明らかではないが、以下のようなメカニズムになっていると推定される。
【００４５】
図５Ａに示すように、レジスト２０の表面には元々マガスプラズマのマイナスイオンがチャージアップされるが、金属４０のプラス帯電に基づいて、よりレジスト２０の表面へのチャージアップが増加する。このため、レジスト２０にチャージアップされたマイナスイオンにプラスイオンが引っ張られ、横方向成分を持つようになって斜めに照射されると想定される。
【００４６】
実験によれば、金属４０からトレンチ３０までの距離が近いほどスキャロップと呼ばれる縦キズでなる凹部３０ａが深くなっており、距離が離れるほど凹部３０ａが浅くなっていた。これは、プラス帯電された金属４０がトレンチ形成予定領域の近くにあるほど、レジスト２０の表面にチャージアップされたマイナスイオンの量がトレンチ形成予定領域の近傍で多くなり、その影響が大きくなるためと考えられる。
【００４７】
これに対して、図５Ｂに示すように、本実施形態と同様の構造、つまり金属４０の表面に絶縁膜１４０を配置した構造としてからレジスト２０を成膜し、レジスト２０をマスクとしてエッチングを行った。この場合には、凹部３０ａが軽度にしか形成されておらず、その深さが浅くなっていた。また、金属４０からトレンチ３０までの距離にかかわらず、凹部３０ａの深さの差がほとんど無い等しいものとなった。
【００４８】
これは、絶縁膜１４０で金属４０の表面を覆うことで、金属４０のプラス帯電が生じていたとしても、絶縁膜１４０によって遮られ、レジスト２０の表面のマイナスイオンのチャージアップの増加を抑制することが可能になるためと考えられる。つまり、レジスト２０の表面のマイナスイオンのチャージアップの増加が抑制できるため、ガスプラズマのプラスイオンの横方向成分を減らすことができ、トレンチ３０の側面に凹部３０ａが形成されることを抑制できたと考えられる。
【００４９】
このように、表面構造部１３０のうちの表面が金属とされている部分を絶縁膜１４０で覆うことにより、トレンチ３０の側面の均一性を向上させることが可能となる。したがって、センサ構造体の信頼性の低下を抑制でき、振動型角速度センサの信頼性を確保することが可能となる。参考として、絶縁膜１４０としてＴＥＯＳ膜を用いた場合の効果について実験により検証した。実験では、ＴＥＯＳ膜の厚みを１０μｍ、８０μｍ、１５０μｍ、２１０μｍで変化させて、凹部３０ａがどの程度形成されたかについて確認した。その結果、ＴＥＯＳ膜を用いた場合には、どの膜厚とした場合にも、殆ど凹部３０ａが確認されなかった。図６はＴＥＯＳ膜を１５０μｍ成膜した場合のトレンチ３０の側面の様子を示した図であり、左図は写真画像、右図は左図を線図で示したものである。この図に示されるように、凹部３０ａは、殆ど形成されていない状態となっている。このように、絶縁膜１４０を形成しておくことで、凹部３０ａが形成されることを抑制できていることが判る。なお、ここではＴＥＯＳ膜を１５０μｍ成膜した場合の結果を示したが、１０μｍ、８０μｍ、２１０μｍの場合も１５０μｍの場合と同様の結果であった。
【００５０】
また、このようにしてトレンチ３０を形成した後は、等方性エッチングによって埋込酸化膜１３の不要部分を除去してセンサ構造体の固定部１００以外の部分を浮遊状態とし、さらにレジスト２０を除去することで振動型角速度センサが完成する。また、必要に応じて、図示しない保護膜で覆うことでセンサ構造体の各部の保護、例えば駆動部１３１、制御部１３２および検出部１３３の各電極や各種配線の保護を行う構造としても良い。このような構造とする場合にも、トレンチ側面の均一性が保たれていれば、保護膜の膜質を均一化できる。よって、より振動型角速度センサの信頼性を向上させることが可能になる。
【００５１】
以上説明したように、本実施形態では、センサ構造体のうちシリコン層１２の表面に形成される表面構造部１３０について、表面が金属とされている部分を覆うように絶縁膜１４０を備えるようにしている。これにより、トレンチ３０から金属までの距離が変化しても、トレンチ３０の側面の均一性を向上させることが可能となる。すなわち、本実施形態のような振動型角速度センサでは、表面構造部１３０とされる各部からトレンチ３０までの距離が均一では無く、様々に変化することになるが、このような構造であっても、トレンチ３０の側面の均一性を向上させられる。したがって、センサ構造体の信頼性の低下を抑制でき、振動型角速度センサの信頼性を確保することが可能となる。
【００５２】
（第１実施形態の変形例）
上記第１実施形態では、表面構造部１３０のうちの上面全面に絶縁膜１４０が形成されるようにしているが、図７に示すように、表面構造部１３０の上面のうち少なくともトレンチ形成予定領域側が絶縁膜１４０で覆われていれば良い。また、図７に示したように、表面構造部１３０のうちのトレンチ形成予定領域側の端部も絶縁膜１４０で覆われるようにすると、より金属４０のプラス帯電の影響を少なくできるため好ましい。
【００５３】
（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対してトレンチ形成工程を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００５４】
本実施形態では、表面構造部１３０に接するように絶縁膜１４０を直接形成するのではなく、表面構造部１３０から離れるようにして絶縁膜１４０を形成する。具体的には、第１実施形態で説明した図４Ａに示す工程を行った後、図８Ａに示すように、表面構造部１３０を覆うように、レジスト２０のうちの一部となる第１レジスト部２１を形成する。そして、露光により第１レジスト部２１をパターニングする。このとき、少なくともトレンチ形成予定領域を開口させつつ、表面構造部１３０の表面全面が覆われた状態となるように第１レジスト部２１を残す。
【００５５】
続いて、図８Ｂに示すように、第１レジスト部２１の上に絶縁膜１４０を成膜し、さらにこれをパターニングして、表面構造部１３０と対応する位置に残す。これにより、表面構造部１３０から離れた位置に絶縁膜１４０が形成され、かつ、絶縁膜１４０によって表面構造部１３０が覆われた状態となる。さらに、図８Ｃに示すように、レジスト２０の残りとなる第２レジスト部２２を成膜したのち、露光により第２レジスト部２２をパターニングし、トレンチ形成予定領域を開口させる。この後は、第１実施形態で説明した図４Ｄと同様に、シリコン層１２をエッチングしてトレンチ３０を形成する。
【００５６】
このように、絶縁膜１４０が表面構造部１３０から離れた状態であっても、トレンチ３０を形成する際のエッチング時には、絶縁膜１４０が第１実施形態と同様に作用し、トレンチ３０の側面の均一化を図ることが可能となる。
【００５７】
なお、本実施形態のように、絶縁膜１４０が表面構造部１３０から離れた状態であると、最終的にレジスト２０を除去したときに表面構造部１３０の上に絶縁膜１４０が残っていない状態となる。このため、振動型角速度センサとしては、絶縁膜１４０が残されている場合の効果を得ることができないが、少なくともトレンチ３０をエッチングで形成する際に、トレンチ３０の側面の均一化を図ることができる。
【００５８】
（第２実施形態の変形例）
上記第２実施形態では、表面構造部１３０から離れた状態の絶縁膜１４０を形成する場合の一例を示したが、他の手法でも良い。
【００５９】
例えば、図９Ａに示すように、金属４０を覆っていなくても、金属４０よりもトレンチ３０側において絶縁膜１４０を配置した構造とされていても良い。
【００６０】
また、絶縁膜１４０の形成方法については、第２実施形態に示す方法と異なる方法であっても良く、絶縁膜１４０でなく、低電気伝導度の他の材質のもので構成されていても良いし、膜状のものでなくても良い。例えば、レジスト２０に対してレーザ照射を行うことでレジスト２０を変質させ、この変質部分によって低電気伝導部が構成されるようにしても良い。
【００６１】
さらに、図９Ｂに示すように、第１レジスト部２１内に絶縁材料を混入させ、絶縁材料が点在させられることで低電気伝導部が構成されるようにし、その上に絶縁材料が混入されていない第２レジスト部２２を成膜するようにしても良い。
【００６２】
（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
【００６３】
例えば、上記実施形態では、ボッシュプロセスによってトレンチ３０が形成される半導体装置の一例として振動型角速度センサを挙げたが、他の半導体装置に対しても本発明を適用できる。例えば、振動型角速度センサ等のようにＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）構造の半導体装置に適用すると好ましい。例えば、圧力センサ、加速度センサ、ＭＥＭＳミラー、ｐＭＵＴ（圧電超音波トランスデューサ）構造などのように、トレンチよりセンサ構造体が形作られたセンサ等の半導体装置が挙げられる。これら他の半導体装置に関しても、シリコン層の表面に形成される表面構造部からトレンチまでの距離が様々に変化した構造となることから、上記各実施形態を適用することで、上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６４】
また、上記実施形態では、スキャロップと呼ばれる縦キズである凹部３０ａが形成される場合について説明したが、上記実施形態の製造方法により、凹部３０ａが形成されないようにすることも可能となる。その場合、凹部３０ａが形成されていない平坦な側面とすることが可能となり、さらにトレンチ３０の側面の均一性を向上させることが可能となる。
【００６５】
さらに、凹部３０ａの形成を抑制するための低電気伝導部を絶縁膜１４０で構成する場合について説明したが、低電気伝導部として他の材料を用いることもできる。具体的には、低電気伝導部として、金属の中でも電気伝導率の低いもの、すなわち配線や電極材料として一般的に用いられるＡｌやＡｌＳｉ等よりも電気伝導率が低い材料、例えばＴｉ（チタン）などを用いることができる。
【００６６】
実験により、低電気伝導部をＴｉ膜で構成した場合について、凹部３０ａの形成のされ方を調べた。実験では、Ｔｉ膜の厚みを１０μｍ、８０μｍ、１５０μｍ、２１０μｍで変化させて、凹部３０ａがどの程度形成されたかについて確認した。その結果、Ｔｉ膜を用いた場合には、形成していなかった場合と比較して、凹部３０ａの深さを小さくできることが確認され、Ｔｉ膜の厚みを厚くするほど凹部３０ａの深さをより小さくできることが確認された。図１０はＴｉ膜を１５０μｍ成膜した場合のトレンチ３０の側面の様子を示した図であり、左図は写真画像、右図は左図を線図で示したものである。この図に示されるように、凹部３０ａは、形成されていたものの、小さくなっていた。また、Ｔｉ膜を２１０μｍ成膜した場合には、殆ど凹部３０ａが無くなっていた。このように、Ｔｉ膜などの電気伝導率の低い金属を用いても、凹部３０ａが形成されることを抑制できる。
【符号の説明】
【００６７】
１      センサ素子
１２    シリコン層
３０    トレンチ
３０ａ  凹部
１３０  表面構造部
１４０  絶縁膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
2019186478.tif 000009
【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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