(57)【要約】【課題】半導体基板の絶縁膜除去をドライエッチングで行う場合に、基板面内におけるエッチングレートの均一性を向上させる。【解決手段】本発明のドライエッチング方法は、半導体基板に設けられた絶縁膜をドライエッチングする方法において、ドライエッチングする際に使用する混合ガスの中のＡｒのガス比率を、４０％以下に設定することを特徴とするものである。このドライエッチング方法によれば、ドライエッチングが進行しても半導体基板が帯電し難くなり、基板面内におけるエッチングレートの均一性が向上する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に設けられた絶縁膜をドライエッチングするドライエッチング方法において、
ドライエッチングする際に使用する混合ガスの中のＡｒのガス比率を通常よりも小さくことを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項２】
前記混合ガスの中のＡｒのガス比率を、４０％以下に設定することを特徴とする請求項１記載のドライエッチング方法。
【請求項３】
前記混合ガスの中のＡｒのガス比率を、３５％に設定することを特徴とする請求項１または２記載のドライエッチング方法。
【請求項４】
前記半導体基板に帯電された電荷を放出させる除電工程を備え、
前記ドライエッチングする工程を複数回実行すると共に、前記ドライエッチングする工程の間に前記除電工程を実行するように構成したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のドライエッチング方法。
【請求項５】
前記半導体基板としてＳＯＩ基板を用いることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のドライエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体加速度センサや半導体角速度センサ等の半導体センサを製造する場合に好適するドライエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路や半導体センサを製造する際にＳＯＩ基板を使用することが多くなりつつある。これは、半導体集積回路の場合、絶縁耐圧を高くすることが可能となることから、より高電圧、高電流対応のパワーデバイスを製造可能となるためである。また、半導体センサの場合は、可動電極や固定電極等の微細な構造体（センシング部）を作る過程で、ＳＯＩ基板の埋め込み酸化膜（絶縁膜）をエッチング除去用の犠牲層として利用できるためである。
【０００３】
尚、上記ＳＯＩ基板の酸化膜除去に対しては、従来より、フッ酸等を用いたウェットエッチングが主に用いられてきた。しかし、ウェットエッチングを実行した場合、液体の表面張力によって構造体同士がくっついてしまう現象、いわゆるスティッキング（固着）現象が発生しやすい。このスティッキング現象の発生を避けるため、最近では、ＳＯＩ基板の酸化膜除去に、プラズマを用いたドライエッチングが用いられるようになった。
【０００４】
このドライエッチングでは、平行平板電極が設けられた処理室を有する装置を用意し、平板電極の一方の電極上にＳＯＩ基板を配置し、処理室内にエッチングガスを導入すると共に、平行電極に高周波電力を印加してプラズマを発生させるように構成している。このプラズマによって分解されたイオンやラジカル（活性種）が基板と反応することにより、エッチングが進行して酸化膜が除去されるように構成されている。
【０００５】
しかしながら、ドライエッチングによってＳＯＩ基板の酸化膜除去を行うと、ＳＯＩ基板面内においてエッチングレートが不均一になるという問題が発生した。この問題が発生する原因としては、次に述べるようなことが考えられた。即ち、ＳＯＩ基板上の各素子がトレンチ分離等により絶縁分離された構造となっているため、プラズマによって分解されたイオンやラジカルが基板と反応してエッチングが進むときに、ＳＯＩ基板（ウエハ）がチャージアップ（帯電）し易い状態となっている。更に、プラズマにより生成される電荷の偏りから、ウエハ面内においてチャージアップによる帯電量の分布が発生する。この結果、エッチレート分布に偏りができ、エッチレートの均一性が悪化するという現象が発生すると考えられる。尚、この技術分野に関連する技術の一例として、下記の特許文献１が知られている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−３５１９０４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
さて、上記した問題点を解消するためには、エッチング時間の経過と共に発生する帯電を除去すれば良い。この帯電を除去する方法として、従来より、エッチングの途中でウエハから帯電を除去するステップ、即ち、除電ステップを挿入する方法と、エッチングの途中でウエハを大気開放して帯電を除去する方法とが考えられていた。しかし、上記２つの方法を実行すると、エッチングに要するトータルの時間が長くなり、生産性を阻害するという問題点があった。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体基板の絶縁膜除去をドライエッチングで行う場合において、基板面内におけるエッチングレートの均一性を向上させることができるドライエッチング方法を提供するにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば、ドライエッチングする際に使用する混合ガスの中のＡｒのガス比率を通常よりも小さくしたので、エッチングが進行しても半導体基板が帯電し難くなり、基板面内におけるエッチングレートの均一性が向上する。
【００１０】
この構成の場合、請求項２の発明のように、前記混合ガスの中のＡｒのガス比率を４０％以下に設定することが好ましい。また、請求項３の発明のように、前記混合ガスの中のＡｒのガス比率を、３５％に設定することがより一層好ましい構成である。
【００１１】
請求項４の発明によれば、半導体基板に帯電された電荷を放出させる除電工程を備え、前記ドライエッチングする工程を複数回実行すると共に、前記ドライエッチングする工程の間に前記除電工程を実行するように構成したので、エッチングが進行したときの半導体基板の帯電をより一層防止することができ、従って、エッチングレートの均一性を向上させることができる。
【００１２】
また、上記各構成の場合、請求項５の発明のように、前記半導体基板としてＳＯＩ基板を用いると、請求項１乃至４に記載の効果をより大きくすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例について、図面を参照しながら説明する。まず、図１は、本実施例のドライエッチング方法を実行する際に用いるエッチング装置１の断面構成を示す。また、本実施例では、ドライエッチングを施す半導体基板として例えばＳＯＩ基板２０（図２参照）を用いており、このＳＯＩ基板２０は半導体力学量センサ、例えば、半導体加速度センサや半導体角速度センサ等の製造工程の途中のものである。
【００１４】
即ち、上記ＳＯＩ基板２０は、図２に示すように、半導体力学量センサの製造工程のうち、活性層２０ａ（シリコンからなる）に可動電極及び固定電極等からなる構造体を構成する工程と、支持層２０ｂ（シリコンからなる）に酸化膜（絶縁膜）２０ｃまで達する開口部２０ｄを形成する工程とを施したものである。
【００１５】
例えば、活性層２０ａを選択的にエッチングし、酸化膜２０ｃまで達するトレンチ２０ｅを形成することによって構造体が構成され、支持層２０ｂをＫＯＨ水溶液等によって選択的にエッチングすることで、酸化膜２０ｃまで達する開口部２０ｄが形成される。このような構造のＳＯＩ基板２０の酸化膜２０ｃを図１に示すエッチング装置１によってドライエッチングする。以下、エッチング装置１について具体的に説明する。
【００１６】
図１に示すように、エッチング装置１には処理室２が備わっており、この処理室２内で上記ＳＯＩ基板２０のドライエッチングが行われる。上記処理室２内には、一対の電極３、４が配置されている。この一対の電極３、４にうちの下部電極３は、ドライエッチングを施すＳＯＩ基板２０が配置される電極であり、上部電極（対向電極）４は上記下部電極３と対向するように配置されている。下部電極３の上面（上部電極４側の面）には、例えば石英等からなる絶縁性の板３ａが設けられている。この絶縁性の板３ａの上面に、前記ＳＯＩ基板２０を固定するように構成されている。
【００１７】
また、上記下部電極３には、高周波電源５より例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力（ＲＦ電力）が印加できるように構成されている。上部電極４は、下部電極３と対向する側において等間隔に配置された複数のガス供給孔４ａを有しており、これらガス供給孔４ａからエッチングガス（混合ガス）をシャワー状に流せるように構成されている。尚、下部電極３と上部電極４は、図示しない冷却水によって冷却可能な構成となっている。
【００１８】
また、エッチング装置１には、エッチングガスを構成する各種ガスを供給するためのガス導入口６が設けられている。このガス導入口６は、上部電極４の上方に配置されており、このガス導入口６から供給された各種ガスは、上部電極４のガス供給孔４ａを通じて処理室２内に供給されるようになっている。
【００１９】
上記ガス導入口６には、バルブ７ａが設けられたガス導入管７が接続されている。このガス導入管７には、各種ガスの供給源８、９、１０に接続された複数本、本実施例では３本のガス導入管８ａ、９ａ、１０ａが接続されている。本実施例の場合、各ガスの供給源８、９、１０からＣＨＦ３ガス、ＣＦ４ガス、Ａｒガスがそれぞれ供給されるように構成されている。また、上記３本のガス導入管８ａ、９ａ、１０ａには、各ガス導入管８ａ、９ａ、１０ａの開閉を行うバルブ８ｂ、９ｂ、１０ｂと、ガス流量調節のためのマスフローコントローラ８ｃ、９ｃ、１０ｃとがそれぞれ設けられている。
【００２０】
一方、処理室２の下部には、排気管１１が接続されている。この排気管１１を通じて、処理室２内を真空ポンプ等の真空引き手段１２によって減圧できるように構成されている。このような構成により、ガス供給源８、９、１０から各種ガスを供給した状態で、処理室２内を例えば数１０ｍＴｏｒｒ程度の真空度に保持できるように構成されている。
【００２１】
このように構成されたドライエッチング装置１を用い、次に述べるようにしてドライエッチングを行う。まず、ＳＯＩ基板２０の一面側（活性層２０ａ側）を下部電極３側に向けて、下部電極３（及び絶縁性の板３ａ）上に配置する。そして、バルブ８ｂ〜１０ｂを全て開き、処理室２内にＣＨＦ３／ＣＦ４／Ａｒの混合ガス、即ち、エッチングガスを導入する。このとき、マスフローコントローラ８ｃ〜１０ｃによって各ガスの流量を制御する。また、真空引き手段１２によって処理室２内のガス圧力を所定の値となるように設定する。
【００２２】
ここで、本実施例の場合、上記混合ガスのガス条件、即ち、上記混合ガスの総ガス流量中のＡｒガス比率（質量流量）を４０％以下に、具体的には、３５％に設定している。ちなみに、従来構成においては、上記Ａｒガス比率を５０％前後に設定することが通常である。
【００２３】
この後、上部電極４をアース電位にし、高周波電源５から例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を下部電極３に印加し、ＲＦパワーが例えば２．５ｋＷとなるように設定する。これにより、処理室２内の気体がグロー放電を起こして上部電極４と下部電極３との間にプラズマが発生し、このプラズマによって各種ガスが荷電イオンやラジカル、電子に分解され、ＳＯＩ基板２０の酸化膜２０ｃがＳＯＩ基板２０の他面側（支持層２０ｂ側）からドライエッチングされる。
【００２４】
ここで、上記ドライエッチングを実行するときに、エッチングガスのガス条件を、従来構成とは変えた理由について説明する。従来構成のガス条件、即ち、Ａｒガス比率を５０％前後に設定した場合には、ドライエッチングを進めていくと、正荷電イオンの飛来によって絶縁分離された活性層２０ａが部分的に周りに対して相対的に＋に帯電するようになる。その結果、電気的な反発力によって正荷電イオンが酸化膜２０ｃに到達できなくなり、エッチングレートが遅くなるという不具合が発生する。また、ＳＯＩ基板２０における帯電の分布により、エッチングレートの均一性が低下してしまうという問題点も生ずる。具体的には、図３（ａ）に示すように、連続エッチング時間が７分から１４分に長くなると、エッチレート均一性が４．３５％から９．０３％に悪化する。
【００２５】
このような問題点を解決するために、本発明者らは、エッチング実行時の正荷電イオンの飛来量を少なくしてみようと考えた。そして、正荷電イオンは、主にＡｒイオンから構成されている。そこで、エッチングガスの総ガス流量中のＡｒガス比率を小さく設定、具体的には、３５％に設定してみたのである。
【００２６】
そして、このガス条件でエッチレート均一性を測定してみたところ、図３（ｂ）に示すような結果を得ることができた。即ち、図３（ｂ）に示すように、連続エッチング時間が７分から１４分に長くなっても、エッチレート均一性は３．２６％から２．７９％に変化するだけであり、誤差の範囲を考慮すると、ほとんど変化していないとみなすことができる。つまり、本実施例によれば、エッチングレートの均一性の低下を防止できることがわかる。
【００２７】
また、本実施例においては、上述したようにエッチングレートの均一性の低下を防止できているのであるが、エッチングの品質をより一層向上させるために、連続エッチングの時間を比較的短く（例えば１０分程度）すると共に、従来構成（特許文献１）に開示されている除電工程（除電ステップ）を実行するように構成することが好ましい。この場合、除電工程を例えば１分程度実行する。そして、本実施例では、上記エッチング工程と上記除電工程とからなる１サイクルのエッチングを例えば４回繰り返すようになっている。尚、最後のサイクルの除電工程は省略することができる。
【００２８】
ところで、Ａｒガス比率を５０％に設定する従来構成においては、連続エッチング時間が７分のエッチング工程と１分の除電工程とからなる１サイクルのエッチングを例えば８回繰り返すように構成されている。従って、本実施例の方が、ドライエッチングに要するトータルの時間を大幅に短縮できることがわかる。
【００２９】
このような構成の本実施例によれば、エッチングレートのばらつきが小さいドライエッチングを行うことができるため、可動電極や固定電極の間隔が均一となり、良好な特性の半導体力学量センサ（半導体加速度センサや半導体角速度センサ等）を製造することができる。
【００３０】
尚、上記実施例においては、エッチングガス（混合ガス）の総ガス流量中のＡｒガス比率を３５％に設定したが、本発明者らの検討によれば、上記Ａｒガス比率を４０％以下に設定すれば、エッチングレートの均一性の低下を防止できることがわかっている。また、理論的には、上記Ａｒガス比率を通常（５０％）よりも小さく設定すれば、正電荷イオンが少なくなることから、有効な効果が得られることがわかる。更に、上述したエッチングガス（混合ガス）は一例を示すものであり、所望のエッチング選択比が確保できると共に、Ａｒガスを含むものであれば、どのような組成のエッチングガス（混合ガス）を用いても良い。
【００３１】
一方、上記実施例では、エッチングガス中のＡｒガス比率の設定値を調節する点だけが従来構成と相違することから、エッチング装置１としては、従来構成の装置、例えば、特開２００１−３５１９０４号公報や特開２００１−３５１９０５号公報や特開２００１−３５１８８０号公報等に記載された各エッチング装置を適宜用いるように構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】エッチング装置の概略構成を示す断面図
【図２】ＳＯＩ基板の断面図
【図３】（ａ）はＡｒガス比率が５０％のときの連続エッチング時間とエッチレート均一性との関係を示す図、（ｂ）はＡｒガス比率が３５％のときの連続エッチング時間とエッチレート均一性との関係を示す図
【符号の説明】
１はエッチング装置、２は処理室、３は下部電極、４は上部電極、５は高周波電源、６はガス導入口、７はガス導入管、８、９、１０は供給源を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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