(57)【要約】      （修正有）【課題】ＭＥＭＳデバイス用のスパイクのない高アスペクト比リセス構造体をエッチングする。【解決手段】ＭＥＭＳデバイスウェハ内にリセス微小機械構造体５６を製造する方法であって、デバイスウェハの第１の垂直溝は、レベル構造体およびリセス構造体の両方の水平寸法を画定する。次いで、デバイスウェハの水平面および第１の垂直溝の垂直側壁を、セルフサポートマスク材料からなるセルフサポートエッチングマスクで覆い、セルフサポートマスクが堆積した側壁をエッチング除去しても、セルフサポートエッチングマスクは、堆積した位置に垂直に立ったまま残るほど十分剛性を有する。次いで、セルフサポートマスクの保護下でリセス溝をエッチングする。本方法により、第１の垂直溝の側壁を傷つけることなく、リセス溝の形成のために、スパイクを防止する積極的なエッチングを用いることができる。【選択図】図５ｎ
2019033247.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デバイスウェハ内に微小機械構造体を製造する方法であって、製造された前記構造体は、前記デバイスウェハの水平面に対して面一である少なくとも１つのレベル微小機械構造体と、前記デバイスウェハの前記水平面に対して凹んでいる少なくとも１つのリセス微小機械構造体とを含み、前記方法は、
ａ）レベルエッチングマスクが前記レベル微小機械構造体の少なくとも水平寸法を画定し、１つ以上のリセスエッチングマスクが、前記リセス微小機械構造体の少なくとも水平寸法を画定する、２つ以上のエッチングマスクを前記デバイスウェハの前記水平面にパターニングするステップと、
ｂ）前記レベルエッチングマスクまたは前記リセスエッチングマスクのいずれによっても保護されていない前記デバイスウェハの領域において、第１の垂直溝をエッチングするステップと、
ｃ）前記デバイスウェハの前記水平面から１つのリセスエッチングマスクを除去するステップとを含む方法であって、
ｄ）前記デバイスウェハの前記水平面および前記第１の垂直溝の垂直側壁を、セルフサポート材料からなるセルフサポートエッチングマスクで覆うステップと、
ｅ）前記デバイスウェハの水平面から前記セルフサポートエッチングマスクを除去して、前記セルフサポートエッチングマスクおよび１つのリセスエッチングマスクを除去した保護されていない水平領域が、リセス微小機械構造体の前記水平寸法を画定するステップと、
ｆ）前記保護されていない水平領域において第２の垂直溝をエッチングすることによって、前記第２の垂直溝の深さが、リセス微小機械構造体の凹み深さの少なくとも一部を形成するステップと、
ｇ）前記レベルエッチングマスクおよび前記セルフサポートエッチングマスクを、前記デバイスウェハから除去するステップとを含む
方法。
【請求項２】
前記セルフサポートマスクの材料は、二酸化ケイ素である
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記セルフサポートマスクの材料は、窒化ケイ素である
請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記セルフサポートマスクの材料は、金属材料である
請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記セルフサポートマスクの材料は、ポリマーである
請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の垂直溝を、前記デバイスウェハ全体にわたって進行する深掘り反応性イオンエッチング工程でエッチングする
請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記第２の垂直溝を、深掘り反応性イオンエッチング工程でエッチングする
請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第２の垂直溝を、等方性ドライエッチング工程またはウェットエッチング工程でエッチングする
請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の垂直溝を、深掘り反応性イオンエッチング工程で最初の第１の垂直溝深さまでエッチングし、次いで、第２の垂直溝も同時にエッチングする後続の深掘りエッチング工程でより深くエッチングする
請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記後続のエッチング工程もまた、深掘り反応性イオンエッチング工程である
請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
さらに、リセスエッチングマスクの数は、１より大きい整数Ｎであり、ステップｇ）に進む前に、
ｆ２）前記デバイスウェハの前記水平面から１つのリセスエッチングマスクを除去するステップと、
ｆ３）前記保護されていない水平領域において垂直溝をエッチングすることによって、前記垂直溝の深さが、リセス微小機械構造体の凹み深さの少なくとも一部を形成するステップとをＮ−１回繰り返して、Ｎ個の異なる凹み深さまでエッチングされた複数のリセス微小機械構造体を製造する
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記レベルエッチングマスクは、二酸化ケイ素のパターニングされた厚い層であり、第１のリセスエッチングマスクは、二酸化ケイ素のパターニングされた薄い層であり、第２のリセスエッチングマスクは、フォトレジスト材料のパターニングされた層である
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
さらに、リセスエッチングマスクの数は、１より大きい整数Ｎであり、ステップｇ）に進む前に、
ｆ２）前記デバイスウェハの前記水平面から前記レベルエッチングマスクの一部を除去するステップと、
ｆ３）前記保護されていない水平領域において垂直溝をエッチングすることによって、前記垂直溝の深さが、リセス微小機械構造体の凹み深さの少なくとも一部を形成するステップとをＮ−１回繰り返して、Ｎ個の異なる凹み深さまでエッチングされた複数のリセス微小機械構造体を製造する
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記レベルエッチングマスクは、二酸化ケイ素のパターニングされた厚い層であり、第１のリセスエッチングマスクは、パターニングされた金属層であり、第２のリセスエッチングマスクは、フォトレジスト材料のパターニングされた層である
請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、微小機械デバイス、より詳細には、デバイスウェハから微小機械デバイス層を製造するためのエッチング方法に関する。本開示は、さらに、当該エッチング方法で準備した微小機械デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
微小電気機械（ＭＥＭＳ）システムは、典型的には、エッチングによってデバイスウェハ内に形成される微小機械部分を備える。次いで、デバイスウェハは、ＭＥＭＳシステムの微小機械構造体が位置する、システムの構造層を形成する。ＭＥＭＳシステムによっては、デバイスウェハに対して部分的に可動の可動微小機械構造体と、同じデバイスウェハに対して不動の固定微小機械構造体とを必要とする。可動微小機械構造体を備えたＭＥＭＳシステムは、加速度センサ、ジャイロスコープ、マイクロミラー、光学スイッチおよびスキャナを含む。可動微小機械構造体は、慣性マスを含んでもよい。光学用途では、慣性マスは、ミラーを形成するように反射材でコーティングされてもよい。
【０００３】
慣性マスは、ばねまたは懸架部によって固定アンカ点から懸架されてもよい。ばねまたは懸架部は、マスをその指定動作領域内に保持するのに十分剛性を有するが、この領域内での動作を可能にするのに十分可撓性も有する。慣性マスは、作動力を生成する駆動変換器によって運動させてもよい。これらの変換器は、アクチュエータとも呼ばれ得るが、慣性マスに直接、またはその懸架部のいずれかに結合することができる。また、慣性マスは、外力によって運動させてもよい。慣性マスの動作は、必ずしもではないが、振動運動であってもよい。
【０００４】
慣性マスの運動は、感知変換器で感知されてもよく、感知変換器は、慣性マスの運動から生じる力を測定する。駆動変換器および感知変換器は、例えば、容量性変換器または圧電変換器であってもよい。時には、同じ変換器を、駆動変換器および感知変換器の両方として使用することができる。
【０００５】
容量性駆動変換器および容量性感知変換器は、相互嵌合櫛フィンガ電極などの微小機械構造体を備えてもよい。フィンガのうちのいくつかは、可動慣性マス上に形成してもよく、ロータフィンガと呼んでもよい。他のフィンガは、可動慣性マスに隣接する固定構造体上に形成してもよく、ステータフィンガと呼んでもよい。ロータフィンガおよびステータフィンガは、電気回路に接続された場合、容量性変換器を形成してもよい。ロータフィンガの動きにに伴い、ロータフィンガとステータフィンガとの間の静電容量が変化するため、変換器を感知変換器として使用する場合、静電容量測定を用いて、ロータフィンガの動き、ひいては慣性マスの動きを感知することができる。反対に、変換器を駆動変換器として使用する場合、フィンガ電極に印加された電圧により、慣性マスを運動させることができる。容量性駆動変換器および容量性感知変換器において、平行板などの他の電極形状でも可能である。
【０００６】
本開示に記載する方法は、例えば、ＭＥＭＳシステム内に容量性変換器電極または圧電アクチュエータを形成するために使用してもよい微小機械構造体の製造に関する。本開示では、「微小機械構造体」という用語は、ＭＥＭＳデバイスウェハの測定領域にある、小さな、高精度にパターニングされた特徴部を指す。容量性測定には極めて接近することが必要であるため、これらの小さなパターニングされた特徴部は、典型的には、慣性マスなどの可動部品とフレームなどの固定部品との間の狭い界面の両側に製造される。
【０００７】
ステータ電極およびロータ電極を形成する微小機械構造体は、１つのエッチング工程でデバイスウェハから製造してもよい。デバイスウェハは、例えばシリコンウェハであってもよく、処理中、はるかにより厚いハンドルウェハに支持されてもよい。エッチングは、極めて重要な製造工程である。微小機械構造体における幾何学的パターンの凹凸は、測定誤差を招き、または、ＭＥＭＳデバイス内の測定または作動を完全に妨げる短絡を引き起こし得る。
【０００８】
エッチング工程は、多くのエッチングステップを含んでもよく、ほとんどのデバイスウェハは、完成する前に、いくつかの工程ステップを経る。エッチングは、典型的には、デバイスウェハ表面のいくつかの部分が、エッチング液に耐性を有するマスク材料によって、エッチング液から保護されている必要がある。エッチング液は、理想的には、マスクによって覆われていない領域において、垂直方向（ウェハの水平面に垂直）にのみデバイスウェハから材料を除去するべきである。複数のマスクが使用されてもよく、それらは異なるエッチング液に抵抗性を有してもよい。言いかえれば、第１のマスク材料を除去し、次いで第１のマスクの下にあるウェハ材料をエッチングするエッチング液は、第２のマスク材料、および第２のマスク材料の下にあるウェハ材料に影響を及ぼさなくてもよい。マスク材料は、エッチング耐性領域をフォトリソグラフィ法でパターニングすることができるフォトレジスト材料であってもよい。フォトレジストおよびフォトリソグラフィ法は、また、他のマスク材料をパターニングするために用いることができる。言いかえれば、フォトレジストマスク材料は、（表面エッチング工程で）デバイスウェハ上に堆積している層をパターニングするため、さらに、（深掘りエッチング工程で）デバイスウェハ自体をパターニングするために使用してもよい。
【０００９】
用途によっては、ロータおよびステータを形成する微小機械構造体は、高アスペクト比を有してもよい。例えば、デバイスウェハの一方の面と平行である、水平面における微小機械構造体の幅は、デバイスウェハのその面に垂直である、垂直方向のそれらの高さより、はるかに小さくてもよい。アスペクト比の高い垂直構造体には、深い溝が必要である。エッチング工程は、エッチングが進行するにつれ、水平方向横向きに広がり始めることが多いため、深い溝はエッチングするのが難しくなり得る。
【００１０】
本開示は、特に、レベル微小機械構造体およびリセス微小機械構造体の両方を含むデバイスウェハのエッチングに関する。本開示における「レベル」および「リセス」という用語の意味については、図１を参照しながら説明する。図１は、デバイスウェハ１１の断面を示す。ウェハは、図の端部を越えて延在してもよい。図の真ん中に、４つの微小機械構造体１２〜１５を示す。
【００１１】
デバイスウェハ１１は、第１の水平面１１１および第２の水平面１１２を有する。水平面１１１および１１２は、２つのｘｙ平面を画定し、垂直ｚ方向は、これらの平面に垂直である。微小機械構造体１２〜１５は、例えば、ステータ電極またはロータ電極であってもよい。微小機械構造体１２〜１５は、図１に示すｘｚ平面から遠ざかるように、正または負のｙ方向に延在する。微小機械構造体は、図１に示していない取付点で、慣性マスまたは固定フレームに取り付けてもよい。
【００１２】
図１から分かるように、微小機械構造体１２〜１５は、すべてｚ方向においてウェハと同じ垂直高さを有しているわけではなく、それらの垂直高さは、すべて互いに等しいわけではない。本開示のために、以下の専門用語を採用する。微小機械構造体１２は、第１の水平面１１１に対してレベル構造体である。微小機械構造体１２は、第２の水平面１１２に対してもレベル構造体である。微小機械構造体１３は、第１の水平面１１１に対してリセス構造体であり、第２の水平面１１２に対してレベル構造体である。微小機械構造体１４は、第１の水平面１１１に対してレベル構造体であり、第２の水平面１１２に対してリセス構造体である。微小機械構造体１５は、第１の水平面１１１に対してリセス構造体であり、第２の水平面１１２に対してもリセス構造体である。
【００１３】
言いかえれば、微小機械構造体は、デバイスウェハの水平面によって画定されるｘｙ平面まで延在する場合、その水平面に対して面一である。微小機械構造体は、デバイスウェハの水平面によって画定されるｘｙ平面まで延在しない場合、その水平面に対して凹んでいる。水平面から微小機械構造体までの垂直距離として定義される少なくとも１つの凹み深さＤは、リセス構造体ごとに定義することができる。水平面１１１に対する微小機械構造体１３の凹み深さＤを図１に示す。容量性変換器にリセスロータまたはリセスステータを使用する利点には、リセスロータまたはリセスステータによって、容量性応答がロータ変位量の高線形関数である差動容量測定が容易になることが挙げられる。複数の近接離間した高アスペクト比（ＨＡＲ）微小機械構造体を異なる垂直深さまでエッチングすることは、デバイスウェハが、連続する２つの深掘りエッチング、すなわち、レベル微小機械構造体およびリセス微小機械構造体の両方の水平寸法を画定し、ＨＡＲ構造体のエッチングを少なくとも開始する第１の深掘りエッチングと、リセス構造体をそれらの凹み深さまで少なくともエッチングする第２の深掘りエッチングとに曝されねばならない場合があるため、困難になり得る。
【００１４】
第１の深掘りエッチングで形成されたＨＡＲ微小機械構造体は、第２の深掘りエッチングで容易に損傷し得る。ＨＡＲ微小機械構造体は、典型的には、エッチングおよび堆積が交互の順序で進行する工程である、深掘り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）でエッチングされる。ポリマー堆積ステップの後に、ポリマーブレイクスルーステップおよびエッチングステップが続く。エッチングステップは、ほぼ等方性のプラズマエッチングを含んでもよい。次のエッチングステップを行う前に、エッチングした構造体上に新しいポリマー層を堆積させ、溝または穴の底部にあるポリマーをイオンスパッタリングによって除去してもよい。
【００１５】
第２の深掘りエッチングでは、凹むべき既存のＨＡＲ微小機械構造体に対して、このＤＲＩＥ工程を行う。これにより、リセス構造体の上縁部にスパイクを生成し得るダブルマスキング効果がしばしば生じる。この理由は、ポリマーブレイクスルーステップにおいて、リセス構造体上に堆積したポリマーがリセス構造体の縁部から完全には除去されないからである。エッチングおよび堆積が複数回連続する間に、ポリマー層が縁部の近くに蓄積すると、ポリマー層はエッチングマスクのように作用し、薄いシリコンスパイクが縁部の近くに生成し得る。この効果は、狭い領域が水平寸法の大きい開口領域に隣接してある場合、特に顕著になり得る。
【００１６】
図２は、まず、第１の深掘りエッチングでパターニングされ、次いで、第２の深掘りエッチングＤＲＩＥ工程で凹んだＨＡＲ微小機械構造体を概略的に示す。図示した微小機械構造体は、例えば、図１の構造１３または１５のいずれかであり得るであろう。リセスを生成する第２の深掘りエッチングでは、エッチングは、縁部領域２３および２４よりも中央領域２２でより強く作用した。
【００１７】
それによって、リセス微小機械構造体が第２のエッチングステップで凹んだ時に、両縁部にシリコンスパイク２１が生じた。図３は、ライトグレー色の目に見えるスパイク３１が各リセス微小機械構造体における上面の縁部上に存在するリセス微小機械構造体の顕微鏡画像である。
【００１８】
スパイクは、特に損傷すると、短絡し、微小電気機械構造体内の電気計測を妨害し得る。したがって、スパイクの除去は優先度が高い。スパイクを除去する１つの方法は、第２のＤＲＩＥステップを積極的に行うことであり、その結果、各エッチングステップは、垂直方向に強く進行することに加えて、水平方向にも比較的強くシリコンを除去する。積極的なエッチングにより、リセス構造体の端部にいかなるスパイクも生じない。
【００１９】
しかしながら、積極的なエッチングにより、第１の深掘りエッチングで生成された垂直側壁上に、望ましくない凹凸および損傷が容易に生じ得る。図１の参考番号１６〜１８は、ＨＡＲ微小機械構造体の垂直側壁を示す。側壁損傷には、機械的または熱的応力の下でシリコンの破片が脱落する場合がある、ストライエーション、穴および網状領域があり得る。これらの破片は、デバイスを短絡させて、電気計測を妨害し得る。第１のエッチングステップで高品質の滑らかな側壁表面を得ても、第２の深掘りエッチングを積極的なＤＲＩＥ工程として行う場合、その品質は第２のステップで著しく低下し得る。図４は、微小機械構造体の底面にある損傷した側壁穴と、側壁のストライエーションとを示す。
【００２０】
良好な側壁品質を維持しながら、ＭＥＭＳデバイス用のスパイクのない高アスペクト比リセス構造体をエッチングすることは困難である。設計において、スパイク形成、側壁損傷および短絡のリスクを考慮しなくてはならない場合があるため、これらの課題は、時にはＭＥＭＳデバイスに設計上の制約を課すことがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本開示の目的は、上記の課題を克服する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本開示の目的は、独立クレームに記載することを特徴とする方法によって達成される。本開示の好ましい実施形態については、従属クレームに開示する。
【００２３】
本開示は、第２のエッチングステップの前に、第１の深掘りエッチングで形成された垂直側壁をセルフサポートエッチングマスクで保護する考えに基づく。第２の深掘りエッチングステップが進行するにつれ、凹ませるべき微小機械構造体上に堆積したセルフサポートエッチングマスクの一部が、部分的に自立している垂直壁になる。これらの部分的に自立している垂直壁により、第２のステップで凹む微小機械構造体上にスパイクを形成することなく、このステップで緩やかなエッチングを用い易くなる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
以下に、本開示について、添付の図面を参照しながら好ましい実施の形態により詳述する。
【図１】図１は、レベル微小機械構造体およびリセス微小機械構造体を示す。
【図２】図２は、ＨＡＲ微小機械構造体におけるスパイク形成を示す。
【図３】図３は、目に見えるスパイクを有するリセス微小機械構造体の顕微鏡画像である。
【図４】図４は、微小機械構造体の底面の顕微鏡画像である。
【図５ａ】図５ａは、一実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図５ｂ】図５ｂは、一実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図５ｃ】図５ｃは、一実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図５ｄ】図５ｄは、一実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図５ｅ】図５ｅは、一実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図５ｆ】図５ｆは、一実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図５ｇ】図５ｇは、一実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図５ｈ】図５ｈは、一実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図５ｉ】図５ｉは、一実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図５ｊ】図５ｊは、一実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図５ｋ】図５ｋは、一実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図５ｌ】図５ｌは、一実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図５ｍ】図５ｍは、一実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図５ｎ】図５ｎは、一実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図６ａ】図６ａは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図６ｂ】図６ｂは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図６ｃ】図６ｃは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図６ｄ】図６ｄは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図６ｅ】図６ｅは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図６ｆ】図６ｆは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図７ａ】図７ａは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図７ｂ】図７ｂは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図７ｃ】図７ｃは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図７ｄ】図７ｄは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図７ｅ】図７ｅは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図７ｆ】図７ｆは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図７ｇ】図７ｇは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図７ｈ】図７ｈは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図７ｉ】図７ｉは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図７ｊ】図７ｊは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図７ｋ】図７ｋは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図７ｌ】図７ｌは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図７ｍ】図７ｍは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図７ｎ】図７ｎは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図７ｏ】図７ｏは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図７ｐ】図７ｐは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図７ｑ】図７ｑは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図８】図８は、前述の実施形態に記載した方法を用いて、デバイスウェハの任意の領域に溝を形成する方法を示す。
【図９】図９は、前述の実施形態に記載した方法を用いて、デバイスウェハの任意の領域に溝を形成する方法を示す。
【図１０ａ】図１０ａは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図１０ｂ】図１０ｂは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図１０ｃ】図１０ｃは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図１０ｄ】図１０ｄは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図１０ｅ】図１０ｅは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図１０ｆ】図１０ｆは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図１０ｇ】図１０ｇは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図１０ｈ】図１０ｈは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図１０ｉ】図１０ｉは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図１０ｊ】図１０ｊは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図１０ｋ】図１０ｋは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図１０ｌ】図１０ｌは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図１０ｍ】図１０ｍは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図１０ｎ】図１０ｎは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図１０ｏ】図１０ｏは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図１０ｐ】図１０ｐは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図１０ｑ】図１０ｑは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図１０ｒ】図１０ｒは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図１０ｓ】図１０ｓは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図１１ａ】図１１ａは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図１１ｂ】図１１ｂは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図１１ｃ】図１１ｃは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図１１ｄ】図１１ｄは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図１１ｅ】図１１ｅは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図１１ｆ】図１１ｆは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図１１ｇ】図１１ｇは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【図１１ｈ】図１１ｈは、別の実施形態に係る工程シーケンスを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本開示では、「レベルエッチングマスク」という用語は、主に（しかし必ずしも限定されないが）デバイスウェハ上に堆積され、処理中、面一のまま残るべきウェハの水平領域を画定するエッチングマスクを意味する。これらの面一の水平領域は、レベル微小機械構造体、およびデバイスのより大きな領域の両方を含んでもよい。レベルエッチングマスクは、通常、しかし必ずしも常にではないが、最初にデバイスウェハ上に堆積させ、最後に除去する。「リセスエッチングマスク」という用語は、主に（しかし必ずしも限定されないが）デバイスウェハ上に堆積され、処理中に凹むべきウェハの水平領域を画定するエッチングマスクを意味する。リセスエッチングマスクは、レベルエッチングマスク上に、または、一部はレベルエッチングマスク上、そして一部はレベルエッチングマスクを除去した領域上に、堆積させてもよい。
【００２６】
本開示では、「セルフサポートエッチングマスク」という用語は、２つ以上の連続する深掘りエッチング工程でリセス構造体をエッチングすることを可能にするエッチングマスクを意味する。セルフサポートエッチングマスクは、スパイクも側壁損傷も引き起こさない連続深掘りエッチングステップを容易にする。また、セルフサポートエッチングマスクによって、第２および後続の深掘りエッチングで用いるエッチング方法をより多様に選択することができる。
【００２７】
本開示は、デバイスウェハ内に微小機械構造体を製造する方法に関し、製造された構造体は、デバイスウェハの水平面に対して面一である少なくとも１つのレベル微小機械構造体と、デバイスウェハの水平面に対して凹んでいる少なくとも１つのリセス微小機械構造体とを含む。
【００２８】
方法は、２つ以上のエッチングマスクをデバイスウェハの水平面にパターニングするステップを含み、レベルエッチングマスクは、レベル微小機械構造体の少なくとも水平寸法を画定し、１つ以上のリセスエッチングマスクは、リセス微小機械構造体の少なくとも水平寸法を画定する。
【００２９】
方法は、さらに、第１のマスクまたはリセスエッチングマスクのいずれによっても保護されていないデバイスウェハの領域において、第１の垂直溝をエッチングするステップと、デバイスウェハの水平面から１つのリセスエッチングマスクを除去するステップとを含む。
【００３０】
方法は、さらに、デバイスウェハの水平面および第１の垂直溝の垂直側壁を、セルフサポート材料からなるセルフサポートエッチングマスクで覆うステップと、デバイスウェハの水平面からセルフサポートエッチングマスクを除去し、その結果、セルフサポートエッチングマスクおよび１つのリセスエッチングマスクを除去した保護されていない水平領域が、リセス微小機械構造体の水平寸法を画定するステップとを含む。
【００３１】
方法は、さらに、保護されていない領域において第２の垂直溝をエッチングし、それによって、第２の垂直溝の深さが、リセス微小機械構造体の凹み深さの少なくとも一部を形成するステップを含む。次いで、レベルエッチングマスクおよびセルフサポートエッチングマスクは、デバイスウェハから除去してもよく、または、複数のリセス構造体を複数の深さまでエッチングすべき場合、以下に記載するように、工程を継続してもよい。
【００３２】
図５ａ〜図５ｎは、一実施形態に係る工程シーケンスを示す。図５ａは、初期のデバイスウェハ５１を示し、これは、シリコンウェハであってもよい。デバイスウェハは、第１の水平面５１１および第２の水平面５１２を有する。図５ｂでは、デバイスウェハ５１の一方の水平面をレベルエッチングマスク材料５２０でコーティングし、レベルエッチングマスク材料５２０は、例えば二酸化ケイ素、窒化ケイ素またはアルミニウムであってもよい。エッチングマスク材料は、典型的には、いくつかのエッチング液に耐性を有するが、他の化学薬品またはエッチング液で除去可能である。以下に記載するエッチングステップに対してエッチング液を選択する場合、各エッチングマスクに使用する材料を考慮しなければならない。
【００３３】
次いで、図５ｃに示すように、レベルエッチングマスク材料５２０上に、フォトレジスト材料５３をコーティングおよびパターニングしてもよい。第１の表面エッチングステップによって、フォトレジストパターンで保護されないままの領域からレベルエッチングマスク材料５２０を除去してもよく、その結果、対応するパターンを有するレベルエッチングマスク５２が、図５ｄのデバイスウェハの表面上に形成される。図５ｅでは、フォトレジスト材料５３を除去した。図５ｆでは、レベルエッチングマスク５２上に、リセスエッチングマスク材料５４０をコーティングおよびパターニングする。このリセスエッチングマスク材料は、上記図５ｃの５３と同じフォトレジスト材料であってもよい。図５ｆ〜図５ｇに示すように、リセスエッチングマスク材料５４０のギャップにわたって、第２の表面エッチングステップでレベルエッチングマスクをさらにパターニングしてもよい。図５ｇは、結果として生じる構造を示し、レベルエッチングマスク５２およびリセスエッチングマスク５４のパターンは、第１の垂直溝および第２の垂直溝をエッチングすべき領域に垂直に整列している。さらなるリセスエッチングマスクを同じ手順で追加してもよい。
【００３４】
図５ｇでは、水平面５１１上の領域５５３は、レベルエッチングマスク５２またはリセスエッチングマスク５４のいずれによっても保護されていない。領域５２３は、レベルエッチングマスク５２によって保護され、領域５４３は、リセスエッチングマスク５４によって保護されている。後続の工程ステップにおいて、領域５５３は、第１の深掘りエッチングでエッチングされる第１の垂直溝を画定し、領域５２３は、第２の深掘りエッチングでエッチングされる第２の垂直溝を画定する。領域５２３は、第１の水平面５１１に対して面一のまま残り、領域５４３は第１の水平面に対して凹み、領域５５３はデバイスウェハ全体にわたってエッチングされることになる。リセスエッチングマスクの数が１より大きい場合、領域５４３は、すべてのリセスエッチングマスク全体によって決まってもよく、リセスエッチングマスクを除去する順により、いずれのリセス微小機械構造体が最も凹み、いずれが２番目に凹むかなど決まってもよい。図５ａ〜図５ｎは、１つのみのリセスエッチングマスクを使用する工程を示す。
【００３５】
図５ｈでは、デバイスウェハ上で第１の深掘りエッチングを行い、第１の垂直溝５５を形成した。この場合、第１の垂直溝５５は、デバイスウェハ全体にわたって延在する。第１の深掘りエッチングは、デバイスウェハの第１の水平面上で行う深掘り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）工程であってもよい。図５ｈに示すように、このＤＲＩＥにより、レベルエッチングマスク５２の上部からリセスエッチングマスク材料の一部を除去してもよいが、リセスエッチングマスク５４は、領域５４３を保護する。図５ｉでは、デバイスウェハの水平面からリセスエッチングマスク５４を除去した。
【００３６】
図５ｉでは、微小機械構造体５７は、第１の水平面５１１に対して面一のまま残ることが意図される構造体であり、微小機械構造体５６は、第１の水平面５１１に対して凹んでいることが意図される構造体である。図５ｊに示すように、少なくとも、デバイスウェハの第１の水平面および垂直側壁上に、セルフサポートエッチングマスク５８を堆積させる。セルフサポートエッチングマスク５８は、デバイスウェハの第２の水平面上にも堆積させてもよい。それによって、デバイスウェハの水平面および第１の垂直溝の垂直側壁は、セルフサポートエッチングマスクによって覆われる。
【００３７】
セルフサポートエッチングマスクの材料は、セルフサポートエッチングマスクが十分な厚さまで堆積した時にセルフサポートするように選択される。本開示では、「セルフサポート」という用語は、セルフサポートエッチングマスクを垂直側壁上に堆積させた時に、マスクが堆積した側壁をエッチング除去しても、マスクは、堆積した位置に垂直に立ったまま残るほど十分剛性を有することを意味する。言いかえれば、デバイスウェハフォームの材料は、セルフサポートエッチングマスク材料を堆積させる初期の垂直側壁を形成してもよい。この材料を第２の深掘りエッチングで徐々に除去すると、セルフサポートエッチングマスクは、初期の垂直側壁が立っていた位置に垂直に立ったまま残る。
【００３８】
セルフサポートエッチングマスク材料は、例えば二酸化ケイ素であってもよく、例えば、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）を前駆体として使用する化学蒸着工程で堆積させてもよい。あるいは、セルフサポートエッチングマスク材料は、化学蒸着工程またはスピンオングラス工程で堆積させる二酸化ケイ素または窒化ケイ素であってもよい。セルフサポートエッチングマスクの材料はまた、ＰＶＤ工程で堆積させる、アルミニウムなどの金属材料であってもよい。他の選択肢には、蒸着またはスプレーコーティングによって堆積させる、ポリイミドなどのポリマーまたはフォトレジストがある。
【００３９】
セルフサポート壁を形成するためのセルフサポートエッチングマスク材料に必要な厚さは、使用する材料に依存するが、例えば、０．１μｍ〜１０μｍの範囲であってもよい。微小機械構造体５６および５７の横幅は、セルフサポートエッチングマスク材料を堆積させる側壁間の距離に相当し、０．１μｍと小さくてもよい。第１の垂直溝５５の横幅は０．３μｍと小さくてもよいが、その横幅はまた、微小機械構造体が大きな開口領域の隣りに位置し得るため、極めてはるかにより大きくてもよい。
【００４０】
図５ｊでは、デバイスウェハの全面にセルフサポートエッチングマスク材料５８０を堆積させた。次いで、図５ｋに示すように、例えば、デバイスウェハの第１の水平面上で行うドライエッチング工程で、セルフサポートエッチングマスク材料５８０を部分的に除去してもよい。それによって、図５ｎに示すように、デバイスウェハの第１の水平面と同じ方向に面するデバイスウェハの水平面から、セルフサポートエッチングマスク材料を除去する。セルフサポートエッチングマスク材料の縦断面は、ドライエッチング工程で薄くしてもよいが、そのまま残ることになる。セルフサポートエッチングマスク材料はまた、デバイスウェハの第２の水平面上に残ってもよい。ここで、セルフサポートエッチングマスク材料の残存部分がセルフサポートエッチングマスク５８を形成する。デバイスウェハの第１の水平面上で現在保護されていない領域５９３は、リセスエッチングマスク５４を除去し、続いてセルフサポートエッチングマスク材料５８０も除去した領域である。リセス微小機械構造体の水平寸法を画定する。
【００４１】
次いで、図５ｌに示すように、デバイスウェハの第１の水平面上で第２の深掘りエッチングを行い、第２の垂直溝５９を形成してもよい。第２の垂直溝はリセス溝であり、デバイスウェハの第１の水平面に対する第２の垂直溝の深さは、デバイスウェハのこの面に対する微小機械構造体５６の凹み深さＤＲを画定する。
【００４２】
第２の垂直溝５９をエッチングしても、セルフサポートエッチングマスク５８は立ったまま残り、確実に、スパイクなくリセス微小機械構造体５６が形成される。さらに、セルフサポートエッチングマスク５８は、第２の深掘りエッチング中、第１の垂直溝５５の側壁を損傷から保護する。
【００４３】
第２の深掘りエッチングは、第１の深掘りエッチングのようにＤＲＩＥ工程であってもよく、セルフサポートエッチングマスク５８が側壁を保護するため、積極的なＤＲＩＥ工程であってもよい。しかしながら、さらに、セルフサポートエッチングマスク５８により、等方性ドライエッチングまたはウェットエッチングなどの他の方法を、第２および後続の深掘りエッチングに使用することができる。デバイスウェハの材料がシリコンである場合、ＫＯＨ／ＴＭＡＨエッチング液でウェットエッチングを行ってもよい。
【００４４】
図５ｍに示すように、第２の垂直溝を所望の深さまでエッチングした後、第３のマスク５８を除去してもよい。その後、レベルエッチングマスク５２も除去してもよく、これにより、図５ｎに示す、リセス微小機械構造体５６およびレベル微小機械構造体５７を有するデバイス構造体が生じる。図５ｎの部分５６７などの、デバイスのいくつかの部分は、リセス構造体およびレベル構造体を共に備え、リセス構造体は、凹み深さＤＲで別個の棚部を形成する。
【００４５】
図５ａ〜図５ｎに示した例では、図５ｈにおいて、第１の水平面５１１から第２の水平面５１２まで、デバイスウェハ５１全体にわたって進行する深掘り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）で、第１の垂直溝をエッチングした。しかしながら、本開示に記載する方法は、デバイスウェハの厚さよりも小さい最初の第１の垂直溝深さＤＴまでのみ、第１の垂直溝を最初にエッチングすることによっても利用することができる。スパイク形成を防ぐことができ、第１の垂直溝をデバイスウェハの全厚にわたって最初にエッチングしなくても、良い側壁品質を維持することができる。この場合、第１の垂直溝を、深掘り反応性イオンエッチング工程で最初の第１の垂直溝深さまでエッチングし、次いで、第２の垂直溝も同時にエッチングする後続の深掘りエッチング工程でより深くエッチングする。
【００４６】
図６ａ〜図６ｅは、第１の垂直溝を、デバイスウェハの厚さより小さい最初の第１の垂直溝深さＤＴまでのみ、第１の深掘りエッチング工程で最初にエッチングする方法を示す。図６ａは、デバイスウェハ６１、レベルエッチングマスク６２、リセスエッチングマスク６４、および第１の垂直溝６５を示す。図６ａに示す段階の前の工程ステップは、図５ａ〜図５ｇに示した工程ステップと同じである。図６ａの第１の垂直溝６５を、最初の第１の垂直溝深さＤＴまでエッチングし、次いで、第１のエッチングを停止する。次いで、図６ｂに示すように、リセスエッチングマスク６４を除去してもよく、セルフサポートエッチングマスク材料６８０をデバイスウェハ６１の全面に堆積させてもよい。セルフサポートエッチングマスク材料は、セルフサポート材料である。
【００４７】
次いで、図６ｃに示すように、セルフサポートエッチングマスク材料６８０を、例えば、デバイスウェハの第１の水平面と同じ方向に面する、デバイスウェハの水平面から材料６８０を除去するドライエッチング工程で部分的に除去してもよい。セルフサポートエッチングマスク材料の縦断面は、ドライエッチング工程で薄くしておいてもよいが、そのまま残ることになる。セルフサポートエッチングマスク材料はまた、デバイスウェハの第２の水平面６１２上に残ってもよい。ここで、セルフサポートエッチングマスク材料のこれらの残存部分がセルフサポートエッチングマスク６８を形成する。保護されていない領域６９３は、第１の深掘りエッチングで最初の第１の垂直溝深さＤＴまで凹んだ第１の垂直溝６５の水平寸法と、さらに、第２の深掘りエッチングで凹む微小機械構造体６６の水平寸法とに相当する。
【００４８】
次いで、図６ｄが示すように、第２の深掘りエッチングをデバイスウェハの第１の水平面６１１上で行い、第２の垂直溝６９を形成してもよく、第２の垂直溝６９は、リセス微小機械構造体６６のリセス溝である。それらの深さは、デバイスウェハの第１の面６１１に対する微小機械構造体６６の凹み深さＤＲを画定する。また、第２の深掘りエッチングは、第１の垂直溝６５のエッチングを継続し、それらの深さをデバイスウェハ内へより深く延在させる。第２の深掘りエッチング後、図６ｄに示すように、第１の垂直溝６５は、デバイスウェハ全体にわたって延在してもよい。第２の深掘りエッチングは、ＤＲＩＥ工程であってもよい。
【００４９】
第２の垂直溝６９をエッチングしても、セルフサポートエッチングマスク６８は垂直マスク壁として立ったまま残る。前述同様、これによって、側壁損傷なく確実にリセス微小機械構造体６６を積極的にエッチングすることができる。それによって、スパイクなくリセス溝を形成することができる。セルフサポートエッチングマスク６８はまた、最初の第１の垂直溝深さＤＴまでの第１の垂直溝６５の側壁を保護する。
【００５０】
図６ｅに示すように、第２の垂直溝６９をそれらの所望の深さまでエッチングし、第１の垂直溝６５をデバイスウェハ全体にわたってエッチングした後、第３のマスク６８を除去してもよい。その後、レベルエッチングマスク６２も除去してもよく、これにより、図６ｆに示す、リセス微小機械構造体６６およびレベル微小機械構造体６７を有するデバイス構造体が生じる。デバイスウェハのいくつかの部分は、接合されたリセス構造体およびレベル構造体を備えてもよく、リセス構造体は、棚部を形成する。
【００５１】
図６ｃでは、第１の深掘りエッチング後、第１の垂直溝６５の側壁上の第３のマスク６８により、第１の垂直溝６５の保護されていない領域６９３の横幅が、第１の垂直溝６５の最初の幅よりわずかに狭くなる。したがって、第２の深掘りエッチングは、第１の深掘りエッチングよりも、第１の垂直溝６５のわずかに狭い領域に作用する。したがって、図６ｅおよび図６ｆに示すように、第２の深掘りエッチングにより、最初の第１の垂直溝深さＤＴで、第１の垂直溝の各側壁に小さなバンプ６５１が残ってもよい。
【００５２】
上述した方法と同じ方法を利用して、デバイスウェハの第１の水平面とは異なるいくつかの凹み深さまで凹んでいる微小機械構造体を生じさせることも可能である。微小機械構造体を、図５ａ〜図５ｎのデバイスウェハ５１１の第１の水平面に対して２つの異なる深さまで凹ませる場合、リセスエッチングマスク５４の数を２まで増加させてもよい。本開示のために、これらの２つのリセスエッチングマスクは、第１のリセスエッチングマスクＡおよび第２のリセスエッチングマスクＢと呼んでもよい。それらは異なる材料または異なる厚さからなるべきであり、その結果、それらの少なくとも一方は、他方を除去するエッチング液に耐性を有する。第１のリセスエッチングマスクＡおよび第２のリセスエッチングマスクＢは、別々に堆積させ、パターニングしてもよい。
【００５３】
より一般的には、リセスエッチングマスクの数は、１より大きい整数Ｎであってもよい。第２の深掘りエッチング工程後であるが、レベルエッチングマスクおよびセルフサポートエッチングマスクを除去する前に、以下のステップをＮ−１回繰り返して、Ｎ個の異なる凹み深さまでエッチングされた複数のリセス微小機械構造体を製造してもよい。Ｉ）デバイスウェハの水平面から、１つのリセスエッチングマスクまたはレベルエッチングマスクの一部を除去し、ＩＩ）第３の深掘りエッチングステップ（および、Ｎ＞３の場合は後続の深掘りエッチングステップ）で、保護されていない水平領域において垂直溝をエッチングし、それによって、垂直溝の深さは、リセス微小機械構造体の凹み深さの少なくとも一部を形成する。ステップＩ）では、図７ｅに示すように、リセスエッチングマスクをデバイスウェハ上に直接堆積させた場合、除去するマスクはリセスエッチングマスクであってもよい。一方、図１０ｃ〜図１０ｅに示すように、リセスエッチングマスクをレベルエッチングマスク上にパターニングする場合、このステップで除去するマスクはレベルエッチングマスクであってもよい。
【００５４】
図７ａ〜図７ｑは、複数のレベルまで凹んだ複数の微小機械構造体をエッチングする１つの方法をより詳細に示す。図７ａは、レベルエッチングマスク材料７２０によって覆われたデバイスウェハ７１を示し、レベルエッチングマスク材料７２０は、二酸化ケイ素のパターニングされた層であってもよい。この材料を、パターニング可能なフォトレジスト材料７３１でレベルエッチングマスク７２にパターニングする。これらのステップは、先に図５ａ〜図５ｅに示したステップに相当するが、先述の方法よりも図７ａ〜図７ｑに示す方法の方が、レベルエッチングマスク７２をより厚い層として準備してもよいことに留意する。レベルエッチングマスク材料７２０の層は、以下に記載する第１のリセスエッチングマスク材料７４０Ａの層と比較して、厚い二酸化ケイ素層であることを特徴としてもよい。
【００５５】
図７ｅでは、レベルエッチングマスク７２に形成されたギャップ７５１は、第１のリセスエッチングマスク材料７４０Ａの層で充填されている。ギャップ（当然、複数のギャップがあってもよい）７５１は、第１のリセスエッチングマスクを配置すべき水平領域を画定する。この層は、最終的には第１のリセスエッチングマスク７４Ａを形成する。説明のために、層７４０Ａを、層７２０および層７２の色と異なる色で描いたが、この場合、第１のリセスエッチングマスク材料７４０Ａは、レベルエッチングマスク材料７２０と同じ材料、例えば二酸化ケイ素であってもよい。材料層７４０Ａと材料層７２０との主な違いは、それらの厚さである。第１のリセスエッチングマスク材料７４０Ａの層は、レベルエッチングマスク材料７２０の層と比較して、薄い二酸化ケイ素層であることを特徴としてもよい。第１のリセスエッチングマスク材料７４０Ａを堆積させると、レベルエッチングマスク７２が少し厚くなる。
【００５６】
図７ｆ〜図７ｈでは、レベルエッチングマスク７２上、および第１のリセスエッチングマスク７４Ａ上に、フォトレジスト材料７３２の新しい層をパターニングする。レベルエッチングマスクおよびリセスエッチングマスクにギャップ７５２を生じさせるパターニングの後、レベルエッチングマスク７２およびリセスエッチングマスク７４Ａは共に、レベル微小機械構造体の水平寸法と、第１のより浅い凹み深さＤＲ１まで凹む微小機械構造体の水平寸法とを少なくとも画定する。
【００５７】
図７ｉでは、第２のリセスエッチングマスク材料７４０Ｂを、デバイスウェハ上に堆積させ、パターニングする。この第２のリセスエッチングマスク材料は、図７ｂの７３１および図７ｆの７３２と同じフォトレジスト材料であってもよい。図７ｊ〜図７ｋに示すように、レベルエッチングマスク７２および第１のリセスエッチングマスク７４Ａは、さらに、別の表面エッチングステップで、第２のリセスエッチングマスク材料７４０Ｂのギャップにわたってパターニングしてもよい。結果として生じる構造体において、レベルエッチングマスク７２、ならびにリセスエッチングマスク７４Ａおよび７４Ｂのパターンが、第１の垂直溝および第２の垂直溝をエッチングすべき領域に垂直に整列する。
【００５８】
図７ｌでは、第１の深掘りエッチングを行い、第１の垂直溝７５を生成した。この第１の深掘りエッチング工程は、図５ａ〜図５ｎを参照して説明した深掘りエッチング工程に相当してもよい。図７ｍでは、第２のリセスエッチングマスク７４Ｂを除去し、その結果、レベルエッチングマスク７２および第１のリセスエッチングマスク７４Ａのみが残る。
【００５９】
図７ｎでは、セルフサポートエッチングマスク材料７８０をデバイスウェハの全面に堆積させた。前述同様、次いで、セルフサポートエッチングマスク材料７８０を、デバイスウェハの第１の水平面と同じ方向に面する、デバイスウェハの水平面から除去してもよい。結果として生じるセルフサポートエッチングマスク７８を図７ｏに示す。セルフサポートエッチングマスクは、図５ａ〜図５ｎを参照して上で説明したように機能し、その結果、セルフサポートエッチングマスク材料の縦断面はそのまま残り、第２の深掘りエッチングをガイドする。しかしながら、図７ａ〜図７ｑに示した工程は、第２の深掘りエッチング後に第３の深掘りエッチングを行う点で、図５ａ〜図５ｎに示した工程と異なる。
【００６０】
図７ｏでは、セルフサポートエッチングマスク材料７８０を水平面から除去して第２の垂直溝を形成した後の保護されないままの水平領域７９１上で、第２の深掘りエッチングを行った。しかし、第１のリセスエッチングマスク７４Ａは依然として、後にリセス微小機械構造体になる領域の一部を保護する。第２の垂直溝７９１は、第２の深掘りエッチングで最初の凹み深さＤＲ０までエッチングしてもよい。この最初の凹み深さは、それらの最後の凹み深さと異なる。
【００６１】
図７ｐでは、第１のリセスエッチングマスク７４Ａを水平面７９２から除去した。この除去は、第１のリセスエッチングマスク７４Ａおよびレベルエッチングマスク７２の両方からマスク材料を除去する表面エッチングステップで行ってもよい。しかしながら、第１のリセスエッチングマスク７４Ａは、レベルエッチングマスク７２より薄いため、表面エッチングを適切なタイミングで停止すると、十分厚い保護層をレベルエッチングマスク７２内に依然として残したまま、第１のリセスエッチングマスク７４Ａを完全に除去できる。
【００６２】
図７ｑでは、今回は、第１のリセスエッチングマスク７４Ａを除去した後の保護されないままの水平領域７９１および７９２において第３の深掘りエッチングを行った。言いかえれば、この第３の深掘りエッチングは、領域７９１において第２の深掘りエッチングで開始されたエッチングを継続し、領域７９２において新たな深掘りエッチングを開始する。第３の深掘りエッチングは、ＤＲＩＥ工程、ドライエッチング工程またはウェットエッチング工程であってもよい。
【００６３】
残りのエッチングマスクをすべて除去すると、レベル微小機械構造体、ならびに、凹み深さＤＲ１を有する第１のリセス微小機械構造体７６１および異なる凹み深さＤＲ２を有する第２のリセス微小機械構造体７６２を含むデバイスとなる。凹み深さＤＲ２は、関係式ＤＲ２＝ＤＲ０＋ＤＲ１によって決まる。
【００６４】
レベルエッチングマスクとして厚い酸化物、１つの第１のリセスエッチングマスクＡとして薄い酸化物、および、第２のリセスエッチングマスクＢとしてフォトレジスト材料を使用する同じ工程を用いて、第１の垂直溝より幅広いリセス領域を形成してもよい。これを図８〜図９に概略的に示す。図８は、レベルエッチングマスク８２が、面一のまま残るべき領域を覆い、第１のリセスエッチングマスク８４Ａが、リセス領域の形成される領域を覆い、第２のリセスエッチングマスク８４Ｂが、リセス微小機械構造体の形成される領域を覆うデバイスウェハを示す。図９は、レベル微小機械構造体８７、リセス微小機械構造体８６およびリセス領域８８を有する、エッチングを行った後の構造体を示す。工程ステップは、図７ａ〜図７ｑを参照して上で説明した工程ステップに相当する。リセス領域８８は、図８〜図９が概略的に示す微小機械構造体と比較して、はるかに幅広くてもよい。リセス領域８８は、例えば５０μｍ〜１００μｍの幅であってもよく、微小機械構造体８６および８７、ならびに垂直溝８５の幅は、わずか数マイクロメートルであってもよい。
【００６５】
図１０ａ〜図１０ｓは、複数のレベルまで凹んだ複数の微小機械構造体をエッチングする別の方法を示す。この方法では、第１のリセスエッチングマスク材料Ａは、金属、例えばアルミニウムであってもよい。図１０ａのデバイスウェハ１０１上に堆積しているレベルエッチングマスク材料１０２０の層は、先述の例のように、この場合も厚い二酸化ケイ素層を備えてもよい。図１０ｂでは、レベルエッチングマスクをパターニングする前に、第１のリセスエッチングマスク材料１０４０Ａの層をレベルエッチングマスク材料の層の上に堆積させる。第１のリセスエッチングマスク材料１０４０Ａの層は、アルミニウムを備えてもよい。
【００６６】
図１０ｃ〜図１０ｅでは、第１のリセスエッチングマスク材料１０４０Ａの層を、図１０ｅで除去しているフォトレジスト材料１０３１のパターニングされた層によってドライエッチング工程でパターニングする。それによって、レベルエッチングマスク材料１０２０の層の上に第１のリセスエッチングマスク１０４Ａを形成した。あるいは、第１のリセスエッチングマスク材料１０４０Ａをリフトオフ工程（図示せず）でパターニングしてもよい。
【００６７】
図１０ｅ〜図１０ｆでは、フォトレジスト材料１０３２のパターニングされた層によって、表面エッチング工程でレベルエッチングマスク材料１０２０をパターニングする。それによって、レベルエッチングマスク１０２も、デバイスウェハの第１の水平面上にパターニングする。フォトレジスト材料１０３２の層を除去した図１０ｈでは、デバイスウェハは、レベルエッチングマスク１０２で部分的に覆われており、レベルエッチングマスクは、第１のリセスエッチングマスク１０４Ａで部分的に覆われている。言いかえれば、第１のリセスエッチングマスク１０４Ａで覆われていないレベルエッチングマスク１０２上の領域１０９２がある。
【００６８】
図１０ｉでは、別の第２のリセスエッチングマスク１０４Ｂを、デバイスウェハの第１の水平面上に堆積させ、フォトリソグラフィ法でパターニングした。この第２のリセスエッチングマスクの材料は、フォトレジスト材料であってもよい。図１０ｊでは、表面アルミニウムエッチングを行い、２つの第２のマスク１０４Ａと１０４ｂとを位置合わせし、図１０ｋでは、表面酸化物エッチングを行い、第１のマスク１０２と２つの第２のマスク１０４Ａおよび１０４Ｂとを位置合わせした。
【００６９】
図１０ｋでは、保護されていない領域が、第１の垂直溝の水平寸法を画定し、この場合、第１の垂直溝を、第１の深掘りエッチングでデバイスウェハ全体にわたってエッチングする。領域１０９３などの、第２のリセスエッチングマスク１０４Ｂによってのみ保護された領域が、まず第２の深掘りエッチングで最初の凹み深さＤＲ０まで、次いで第３の深掘りエッチングでより深い凹み深さまでエッチングされる微小機械構造体の水平寸法を画定する。図１０ｋの領域１０９４などの、第１のリセスエッチングマスク１０４Ａではなく、レベルエッチングマスク１０２および第２のリセスエッチングマスク１０４Ｂによって保護された領域は、第３の深掘りエッチングで、ある凹み深さまでエッチングされる微小機械構造体の水平寸法を画定する。最後に、図１０ｋの領域１０９５などの、レベルエッチングマスク１０２によって、さらにリセスエッチングマスク１０４Ａおよび１０４Ｂの両方によって保護された領域は、面一のまま残る水平寸法を画定する。
【００７０】
図１０ｌは、第１の深掘りエッチングを行い、第１の垂直溝６５を形成した後のデバイスウェハを示す。図１０ｍでは、第２のリセスエッチングマスク１０４Ｂを除去した。次いで、図１０ｍに示すように、セルフサポートエッチングマスク材料１０８０をデバイスウェハの表面に堆積させる。先述の例のように、セルフサポートエッチングマスク材料１０８０をデバイスウェハの第１の水平面上の水平面から除去して、セルフサポートエッチングマスク１０８をそのままにしておき、第１の垂直溝の垂直側壁を保護し、リセス微小機械構造体に垂直側壁を形成する。
【００７１】
図１０ｏに示すように、第２のリセスエッチングマスク１０４Ｂによってこれまで保護されていた領域は、ここでは保護されていない。図１０ｐは、第２の深掘りエッチングを行い、第２の垂直溝１０９１を最初の凹み深さＤＲ０までエッチングした後のデバイスウェハを示す。
【００７２】
図１０ｐに示すように、第１のリセスエッチングマスク１０４Ａを領域１０９２に堆積させなかった。したがって、ここで表面エッチングを行い、この領域からレベルエッチングマスク材料を除去することができる。第１のリセスエッチングマスク１０４Ａは、この表面エッチング中、レベルエッチングマスクの他の部分を保護する。図１０ｑでは、レベルエッチングマスク材料を領域１０９２から除去し、デバイスウェハの保護されていない領域をそのままにしておく。次いで、図１０ｒに示すように、第３の深掘りエッチングを行い、凹み深さＤＲ１を有する第１のリセス微小機械構造体１０６１と、異なる凹み深さＤＲ２を有する第２のリセス微小機械構造体１０６２とを形成してもよい。凹み深さＤＲ２は、この場合も、関係式ＤＲ２＝ＤＲ０＋ＤＲ１によって決まる。図１０ｓは、エッチングマスクをすべて除去した後のデバイスウェハを示す。デバイスは、２つの異なる凹み深さまで凹ませたリセス構造体、およびレベル構造を備える。
【００７３】
第２のリセスエッチングマスク１０４Ｂに使用することができるであろういくつかの材料は、図１０ｊと図１０ｋとの間のエッチングステップでわずかに侵食される場合があり、ここで、第２のリセスエッチングマスクは、第１の垂直溝１０５をエッチングすべき領域をきれいにするために使用される。第２のリセスエッチングマスク１０４Ｂの侵食は、第１の垂直溝の不正確なエッチングを招き、これによって、静電容量測定の精度不良をもたらし得る。
【００７４】
図１１ａ〜図１１ｈは、第２のリセスエッチングマスクの材料が上述した状況の侵食に影響を受ける場合に用いることができる代替方法を示す。図１１ａ〜図１１ｈのレベルエッチングマスク１１２、ならびにリセスエッチングマスク１１４Ａおよび１１４Ｂの材料はそれぞれ、図１０ａ〜図１０ｓに示す例のマスク１０２、１０４Ａおよび１０４Ｂの材料と同じ材料であってもよい。第１のリセスマスク１１４Ａは、アルミニウムからなってもよく、ドライエッチング工程またはリフトオフ工程によってパターニングすることができる。図１１ａ〜図１１ｂに示す工程ステップは、図１０ａ〜図１０ｅに示す工程ステップに相当する。しかしながら、この場合、第２のリセスエッチングマスクを堆積させる前に、第１のリセスエッチングマスク１１４Ａのパターンに基づいて、第１の垂直溝をエッチングすべき領域１０９５を画定する表面エッチングが図１１ｃで既に済んでいる。
【００７５】
次いで、図１１ｄでは、デバイスウェハ１１１上にフォトレジスト材料１１３を堆積させ、パターニングし、図１１ｅに示すように、表面エッチングで第１のリセスエッチングマスク１１４Ａの一部を、保護されていない領域１１９１から除去する。この表面エッチングは、例えば、ウェットエッチング工程またはドライエッチング工程であってもよい。次いで、図１１ｆに示すように、フォトレジスト１１３を除去してもよく、次いで、これもまたフォトレジスト材料であってもよい第２のリセスエッチングマスク１１４Ｂを、デバイス基板上にパターニングすることができる。これにより、図１１ｇに示す構造体となる。
【００７６】
図１１ｇでは、保護されていない領域が、第１の垂直溝の水平寸法を画定し、第１の垂直溝を、第１の深掘りエッチングでデバイスウェハ１１１全体にわたってエッチングしてもよい。領域１１９３などの、第２のリセスエッチングマスク１１４Ｂによってのみ保護された領域は、まず第２の深掘りエッチングで最初の凹み深さＤＲ０まで、次いで第３の深掘りエッチングでより深い凹み深さまでエッチングされる微小機械構造体の水平寸法を画定する。図１１ｇの領域１１９４などの、レベルエッチングマスク１１２によってのみ保護された領域は、第３の深掘りエッチングで、ある凹み深さまでエッチングされる微小機械構造体の水平寸法を画定する。最後に、図１１ｇの領域１１９５など、レベルエッチングマスク１１２、さらに第１のリセスエッチングマスク１１４Ａによって保護された領域は、面一のまま残る水平寸法を画定する。
【００７７】
次いで、前述の実施形態と同様にエッチング工程が進行する。言いかえれば、第１の深掘りエッチングを行って、第１の垂直溝をエッチングし、第２のリセスエッチングマスク１１４Ｂを除去し、次いでセルフサポートエッチングマスクを堆積させる。その後、第２の深掘りエッチングを領域１１９３において行う。次いで、第１のリセスエッチングマスク１１４Ａによって保護されていないレベルエッチングマスク１１２の一部を領域１１９４から除去し、第３の深掘りを領域１１９３および１１９４において同時に行い、リセス溝を完成させる。これらのステップは、図には個別に示していない。図１１ｈは、完成した微小機械デバイス構造体を示し、微小機械構造体１１６１および１１６２は、異なる深さまで凹んでいる。
【００７８】
図５ａ〜図５ｎ、図６ａ〜図６ｆ、図７ａ〜図７ｑ、図８、図９、図１０ａ〜図１０ｓおよび図１１ａ〜図１１ｈに示した実施形態のうちのいずれにおいても、第２の垂直溝の凹み深さ（ＤＲ０、ＤＲ１およびＤＲなど）は、例えば、５μｍより大きく、１０μｍより大きく、１５μｍより大きく、または２０μｍより大きくてもよい。
【００７９】
凹み深さは、５μｍから、基板の厚さの９９％までの範囲にあってもよい。例えば、デバイスウェハが５０μｍの厚さである場合、凹み深さは、５μｍ〜４９．５μｍの範囲にあってもよい。あるいは、凹み深さは、５μｍから、基板の厚さの９５％までの、または１０μｍから、基板の厚さの９５％までの範囲にあってもよい。セルフサポートエッチングマスクを使用しない場合、凹み深さが深いほど、スパイク関連の問題のリスクが大きい。
【００８０】
図５ａ〜図５ｎ、図６ａ〜図６ｆ、図７ａ〜図７ｑ、図８、図９、図１０ａ〜図１０ｓおよび図１１ａ〜図１１ｈに示した実施形態のうちのいずれにおいても、第２の垂直溝の高さ対幅のアスペクト比（水平面における幅で割った垂直方向の高さ）は、例えば、２より大きく、３より大きく、５より大きく、１０より大きく、１５より大きく、２５より大きく、または４０より大きくてもよい。セルフサポートエッチングマスクを使用しない場合、第２の垂直溝のアスペクト比を増加させると、スパイク関連の問題のリスクが高まる。
【００８１】
図５ａ〜図５ｎ、図６ａ〜図６ｆ、図７ａ〜図７ｑ、図８、図９、図１０ａ〜図１０ｓおよび図１１ａ〜図１１ｈに示した実施形態のうちのいずれにおいても、レベル微小機械構造体およびリセス微小機械構造体は、エッチング後に、５００という高いアスペクト比（垂直方向の高さと水平面における幅との間の）を示してもよい。あるいは、それらのアスペクト比は、例えば、５〜５０または１０〜４０の範囲にあってもよい。
【００８２】
図７ａ〜図７ｑ、図８、図９、図１０ａ〜図１０ｓおよび図１１ａ〜図１１ｈに示した実施形態のうちのいずれにおいても、複数の微小機械構造体を、２つを超える別個の凹み深さまで凹ますべき場合、リセスエッチングマスクＡ、Ｂ、Ｃ…の数を増加させることができる。
【００８３】
さらに、上述した方法を用いて、デバイスウェハの両方の水平面に対して凹んでいる微小機械構造体、または、リセス微小機械構造体が第１の水平面に対して凹んでいたり、第２の水平面に対して凹んでいたりするデバイスをエッチングしてもよい。これには、デバイスウェハの第２の水平面もマスキングする必要があり、デバイスウェハの両面上で第２の深掘りエッチングを行う必要がある。
【図１】
2019033247.tif 000003
【図２】
2019033247.tif 000004
【図３】
2019033247.tif 000005
【図４】
2019033247.tif 000006
【図５ａ】
2019033247.tif 000007
【図５ｂ】
2019033247.tif 000008
【図５ｃ】
2019033247.tif 000009
【図５ｄ】
2019033247.tif 000010
【図５ｅ】
2019033247.tif 000011
【図５ｆ】
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【図５ｇ】
2019033247.tif 000013
【図５ｈ】
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【図５ｉ】
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【図５ｊ】
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【図５ｋ】
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【図５ｌ】
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【図５ｍ】
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【図５ｎ】
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【図６ａ】
2019033247.tif 000021
【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図６ｄ】
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【図６ｅ】
2019033247.tif 000025
【図６ｆ】
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【図７ａ】
2019033247.tif 000027
【図７ｂ】
2019033247.tif 000028
【図７ｃ】
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【図７ｄ】
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【図７ｅ】
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【図７ｆ】
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【図７ｇ】
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【図７ｈ】
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【図７ｉ】
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【図７ｊ】
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【図７ｋ】
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【図７ｌ】
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【図７ｍ】
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【図７ｎ】
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【図７ｏ】
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【図７ｐ】
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【図７ｑ】
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【図８】
2019033247.tif 000044
【図９】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１０ｃ】
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【図１０ｄ】
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【図１０ｅ】
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【図１０ｆ】
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【図１０ｇ】
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【図１０ｈ】
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【図１０ｉ】
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【図１０ｊ】
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【図１０ｋ】
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【図１０ｌ】
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【図１０ｍ】
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【図１０ｎ】
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【図１０ｏ】
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【図１０ｐ】
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【図１０ｑ】
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【図１０ｒ】
2019033247.tif 000063
【図１０ｓ】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１１ｃ】
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【図１１ｄ】
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【図１１ｅ】
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【図１１ｆ】
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【図１１ｇ】
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【図１１ｈ】
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【外国語明細書】
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2019033247.tif 000074
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2019033247.tif 000097
【図１】
2019033247.tif 000098
【図２】
2019033247.tif 000099
【図３】
2019033247.tif 000100
【図４】
2019033247.tif 000101
【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
2019033247.tif 000105
【図５ｅ】
2019033247.tif 000106
【図５ｆ】
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【図５ｇ】
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【図５ｈ】
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【図５ｉ】
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【図５ｊ】
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【図５ｋ】
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【図５ｌ】
2019033247.tif 000113
【図５ｍ】
2019033247.tif 000114
【図５ｎ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図６ｄ】
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【図６ｅ】
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【図６ｆ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図７ｄ】
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【図７ｅ】
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【図７ｆ】
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【図７ｇ】
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【図７ｈ】
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【図７ｉ】
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【図７ｊ】
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【図７ｋ】
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【図７ｌ】
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【図７ｍ】
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【図７ｎ】
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【図７ｏ】
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【図７ｐ】
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【図７ｑ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０ａ】
2019033247.tif 000141
【図１０ｂ】
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【図１０ｃ】
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【図１０ｄ】
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【図１０ｅ】
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【図１０ｆ】
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【図１０ｇ】
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【図１０ｈ】
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【図１０ｉ】
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【図１０ｊ】
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【図１０ｋ】
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【図１０ｌ】
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【図１０ｍ】
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【図１０ｎ】
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【図１０ｏ】
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【図１０ｐ】
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【図１０ｑ】
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【図１０ｒ】
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【図１０ｓ】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１１ｃ】
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【図１１ｄ】
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【図１１ｅ】
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【図１１ｆ】
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【図１１ｇ】
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【図１１ｈ】
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