(57)【要約】【課題】  半導体基板の異方性エッチングにより形成されるマイクロミラーを有する半導体装置の製造方法において、簡易な製造プロセスにより高品質のマイクロミラー形成を実現する。【解決手段】半導体基板１０１の異方性エッチングを行う際のエッチングマスクとして、シリコン酸化膜等の膜よりも異方性エッチング液に対するエッチング耐性の優れる常温形成のＴｉＮ膜１０２を用いる。異方性エッチングマスクのパターン精度が向上するため、マイクロミラー形成の精度も向上し、より平坦性の高いマイクロミラーが形成可能となる。ＴｉＮ膜１０２は、異方性エッチング後の除去を容易に行うことが可能なため、異方性エッチング後にひさし状に残るエッチングマスク除去のための工程を追加する必要がなく、製造工程の増加を招くことなく高品位のマイクロミラー形成が実現可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上にＴｉＮ膜を成膜する工程と、
前記ＴｉＮ膜を選択的にエッチング除去してパターン形成する工程と、
前記パターン形成されたＴｉＮ膜をエッチングマスクとして前記半導体基板をアルカリ性エッチング液による異方性のエッチングを行う工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記ＴｉＮ膜の成膜は、常温で行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記ＴｉＮ膜のパターン形成は、ドライエッチングにより行うことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記異方性のエッチングを行った後、基板洗浄により前記ＴｉＮ膜を除去する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の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、半導体装置の製造方法、特に半導体基板の異方性エッチングにより形成されるマイクロミラーを有する半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ）やＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）等の光ディスク分野において、パソコン等への内蔵やポータブル機器が広く普及してきている。そこで、光ディスクの記録再生装置の基幹部である光ピックアップにも小型・軽量化が要求されている。
【０００３】
これに対し、例えば、半導体レーザ、受光素子、マイクロミラーなどの個別部品を集積化した集積デバイス（レーザダイオードホログラムユニット：ＬＤＨＵ）により、光ピックアップの小型・軽量化を実現している。
【０００４】
ＬＤＨＵ用半導体基板の基本構成の一例を図３に示す。半導体基板１０上に、回路素子２０や、光ディスク（図示せず）からの光信号を電気信号に変換するための受光素子３０、半導体レーザ４０からの出射光を垂直に立ち上げ光ディスクへ入射させるためのマイクロミラー５０が形成されている。
【０００５】
一般に、半導体レーザ４０の搭載部６０は、半導体基板１０を深さ数十μｍ程度に異方性エッチングすることにより形成され、この凹部領域の斜面のひとつをマイクロミラー５０として用いる。この異方性エッチングには、主にアルカリ性エッチング液を用いるが、この際のエッチングマスク材料としては、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜などの絶縁膜が広く用いられている。
【０００６】
上記に示すような半導体基板の異方性エッチングについて、従来の半導体装置の製造方法の一例を図４に示す。
【０００７】
まず、図４（ａ）に示すように、Ｓｉ基板３０１の表面を熱酸化し、シリコン酸化膜３０２を形成する。その後、図４（ｂ）に示すように、シリコン酸化膜３０２上にフォトレジスト（図示せず）を塗布し、所定の異方性エッチング領域３０３にパターン形成を行い、異方性エッチング領域３０３のシリコン酸化膜３０２をエッチング除去した後、フォトレジストを除去する。
【０００８】
次に、パターン形成されたシリコン酸化膜３０２をエッチングマスクとして、異方性エッチングによりＳｉ基板３０１に凹部領域３０４を形成する（図４（ｃ）参照）。この際、異方性エッチング領域３０３のパターン端部には、Ｓｉ基板３０１のサイドエッチングの進行により、エッチングマスクであるシリコン酸化膜３０２がひさし状に残る。後工程で形成される各種膜の段切れ防止のために、このシリコン酸化膜によるひさし３０５を除去する必要があるが、一般的に、シリコン酸化膜などの絶縁膜は半導体装置の層間膜や保護膜として用いられることが多く、容易に除去することはできない。そのため、フォトレジスト（図示せず）によりシリコン酸化膜によるひさし３０５を除去するためのパターン形成を行い、シリコン酸化膜によるひさし３０５をエッチング除去する（図４（ｄ）参照）。
【０００９】
また、上記以外にも、絶縁膜に比べて半導体装置の構成材として使われる頻度が低いことからエッチングマスク材料としての使用が比較的容易なＴｉ膜や、ピンホール発生の抑制が可能な加熱スパッタ法による金属膜をエッチングマスク材料として用いる方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２５９７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記の半導体装置の製造方法において、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜などの絶縁膜では、異方性エッチング液に対するエッチング耐性は十分ではなく、異方性エッチング時のエッチング起点の後退によりマイクロミラーとして用いる斜面に段差が発生し、平坦性が低下してしまう。また、Ｔｉ膜も異方性エッチング液に対する十分なバリア性を有しておらず、その結果、異方性エッチングにより形成されるマイクロミラーの品質低下を招いてしまう。また、加熱スパッタ法による金属膜では、半導体基板の加熱により異方性エッチングのマスクとして用いる金属膜の結晶配向に変化を与えるため、加熱時の基板面内の温度ばらつきの影響を受けやすい。そのため、結晶性の均一な膜とならず、膜質ばらつきの影響によりマスクパターン形成時のパターン形成精度や異方性エッチング時のマスク能力にばらつきが生じてしまう。さらに、この場合、半導体基板の加熱・冷却に時間を要することからスループットの低下を招き、結果的に製造コストが増加するという問題もある。
【００１１】
したがって、本発明は、このような問題を解決しようとなされたものであって、半導体基板の異方性エッチングにより形成されるマイクロミラーを有する半導体装置において、工数の増大を招くことなく、簡易な製造プロセスにより高品質のマイクロミラー形成を実現する半導体装置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】
【００１２】
上記の目的を達成するために、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上にＴｉＮ膜を成膜する工程と、前記ＴｉＮ膜を選択的にエッチング除去してパターン形成する工程と、前記パターン形成されたＴｉＮ膜をエッチングマスクとして前記半導体基板をアルカリ性エッチング液による異方性のエッチングを行う工程とを含むことを特徴とする。
【００１３】
この半導体装置の製造方法によれば、ＴｉＮ膜をエッチングマスク材料として選択することで、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜などの絶縁膜やＴｉ膜に比べ、アルカリ性エッチング液に対するエッチング耐性が優れることから、エッチングマスクのパターン形成精度が向上し、その結果、高品位のマイクロミラーを容易に実現することができる。
【００１４】
また、上記の構成において、ＴｉＮ膜の成膜は常温で行うことが好ましい。上記構成によれば、ＴｉＮ膜を常温形成するため、基板加熱による温度ばらつきの影響により結晶性の均一性が損なわれるといったことがない。そのため、マスクパターン形成精度も低下することなく、高品位のマイクロミラーの形成が可能となる。
【００１５】
また、上記の構成において、ＴｉＮ膜のパターン形成はドライエッチングにより行うことが好ましい。上記方法によれば、ウエットエッチングなどに比べパターン形成精度の高いドライエッチングによりパターン形成を行うことで、容易にマスクパターン形成精度を向上することができる。これにより、高品位のマイクロミラーを容易に形成することができる。
【００１６】
また、上記の構成において、異方性のエッチングを行った後、基板洗浄により前記ＴｉＮ膜を除去する工程をさらに含むことが好ましい。半導体基板の異方性エッチングを行うと、半導体基板のサイドエッチングの進行により、パターン端部にはエッチングマスクによるひさしが生じる。例えば絶縁膜を異方性エッチングマスクとして用いた場合、ひさし除去のためのマスク工程が必要となるが、上記構成によれば、ひさし除去のためのマスク工程が不要となる。そのため、製造コストを低減しながらも、高精度・高品位のマイクロミラー形成を実現することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明による半導体装置の製造方法によれば、簡易な製造プロセスで高精度のマスクパターン形成を行うことができる。その結果、高品位のマイクロミラーを容易に形成することが可能となる。そのため、例えば光ピックアップ装置などにおいて、低コストで高品質の光ピックアップ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の半導体装置の製造方法の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１９】
まず、図１（ａ）に示すように、周知のスパッタ法により、半導体基板となるＰ型Ｓｉ基板１０１上に常温でＴｉＮ膜１０２を形成する。次に、周知のリソグラフィ技術、エッチング技術を利用して、前記ＴｉＮ膜１０２を異方性エッチング領域１０３のみ選択的にエッチング除去し、パターン形成を行う。
【００２０】
このとき、ＴｉＮ膜１０２の選択エッチングは、ドライエッチングによりパターン形成を行うことが好ましい。これにより、ウエットエッチングなどの方法に比べパターン形成精度が向上するため、容易に高精度のマスクパターン形成が可能となる。
【００２１】
次に、図１（ｂ）に示すように、パターン形成されたＴｉＮ膜１０２をエッチングマスクとして、アルカリ性エッチング液を用いた異方性エッチングによりＰ型Ｓｉ基板１０１に凹部領域１０４を形成する。なお、このアルカリ性エッチング液には、例えば、２０ｗｔ％の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液を用い、Ｐ型Ｓｉ基板１０１にエッチング深さ５０μｍの凹部領域１０４を形成するものとする。
【００２２】
本実施の形態によれば、ＴｉＮ膜１０２は、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜といった絶縁膜やＴｉ膜に比べ、ＫＯＨ水溶液などのアルカリ性エッチング液に対するエッチング耐性に優れるため、ＴｉＮ膜１０２を異方性エッチングマスクとして用いることでパターン形成精度を容易に向上することができる。
【００２３】
例えば、熱酸化により形成されたシリコン酸化膜をエッチングマスクとしてＳｉ基板の異方性エッチングを行う場合、２０ｗｔ％のＫＯＨ水溶液に対してシリコン酸化膜は３〜４ｎｍ／ｍｉｎ程度のエッチングレートを有する。また、Ｓｉ基板のエッチングレートは１０００ｎｍ／ｍｉｎ程度であり、選択比としては十分であるが、例えば、エッチング深さ５０μｍの凹部領域１０４形成のためには、５０〜６０分の異方性エッチングが必要となる。これによれば、シリコン酸化膜のエッチングマスクでは、マスクパターンのサイドエッチングにより２００ｎｍ前後のマスクパターン後退が生じることとなる。その結果、異方性エッチング時にエッチング起点の後退によりマイクロミラーとして用いる斜面に段差が発生し、マイクロミラーの平坦性が著しく低下してしまう。
【００２４】
一方、ＴｉＮ膜１０２の場合は、２０ｗｔ％のＫＯＨ水溶液に対するエッチングレートをほとんど有しておらず、エッチングマスクのパターン後退が発生しない。このため、異方性エッチングマスクとして有効に作用し、その結果、マイクロミラーの平坦性向上に繋がる。
【００２５】
また、例えば、図２に示すように、スパッタ法により形成されたＴｉ膜２０２の場合、エッチング耐性や膜の緻密性が不十分なことからピンホールが多発し、エッチングマスクとして十分な機能を果たさない。例えば、図２（ａ）に示すように、半導体基板２０１上にＴｉ膜２０２を形成する際に、半導体基板２０１上にパーティクル２０３が存在すると、Ｔｉ膜２０２はパーティクル２０３を覆うように形成されるものの、パーティクル２０３による遮光部の膜厚は他よりも薄くなる。この状態で、異方性エッチングを行うと、Ｔｉ膜２０２は膜厚の薄い遮光部より徐々にエッチングされ、Ｔｉ膜２０２には図２（ｂ）に示すようなピンホール２０４が発生する。その結果、異方性エッチングの進行に伴い、図２（ｃ）に示すように、ピンホール２０４へのエッチングによる凹部領域２０５が発生し、結果としてパターン形成精度の低下を招く。
【００２６】
一方、ＴｉＮ膜１０２の場合も図２（ａ）のＴｉ膜２０２と同様に、パーティクル２０３の存在により膜厚の薄い遮光部は発生するが、Ｔｉ膜２０２に比べ、膜の緻密性も高くエッチング耐性も優れるため、ピンホールの発生には至らず、エッチングマスクとしての機能を十分果たすことができる。
【００２７】
また、本実施の形態によれば、ＴｉＮ膜１０２を常温形成するため、基板加熱時の温度ばらつきの影響により膜の結晶性の均一性が損なわれるといったこともなく、結晶性の不均一によるマスクパターン形成精度低下の心配もない。さらに、加熱スパッタ法のように基板の加熱・冷却に要する時間のロスがなく、スループットの低下を招くこともない。
【００２８】
次に、図１（ｃ）に示すように、異方性エッチングによる凹部領域１０４の形成後、Ｐ型Ｓｉ基板１０１上のＴｉＮ膜１０２をアンモニア過酸化水素水により除去する。
【００２９】
通常、Ｐ型Ｓｉ基板１０１の異方性エッチングによる凹部領域形成を行うと、Ｐ型Ｓｉ基板１０１のサイドエッチングの進行により、パターン端部にはエッチングマスクであるＴｉＮ膜によるひさし１０５が生じる。このＴｉＮ膜によるひさし１０５は、割れてパーティクル発生要因となったり、後工程で形成される各種膜の段切れが発生するのを防止するため、除去しておく必要がある。
【００３０】
例えば、絶縁膜をエッチングマスクとして用いた場合には、同種の膜が半導体装置の層間膜や保護膜として多く用いられることもあり、容易には除去できず、新たにマスク工程を追加してひさしの除去を行わなければならない。
【００３１】
一方、ＴｉＮ膜１０２をエッチングマスクとして用いれば、例えば上述のような処理によっても容易にＴｉＮ膜１０２の除去が可能であるので、新たなマスク工程を追加することなくＴｉＮ膜によるひさし１０５の除去ができる。さらに、ＴｉＮ膜１０２の除去に上述のようにアンモニア過酸化水素水など用いれば、異方性エッチング後のアルカリイオンや有機物除去のための基板洗浄を兼ねることができる。したがって、本発明によれば、製造コストを削減しながら高精度のマイクロミラー形成を実現することが可能となる。
【００３２】
なお、上記実施の形態において、各工程にて用いる方法について、上記に限定されるものではない。例えば、異方性エッチング液としてＫＯＨ水溶液を挙げたが、エチレンジアミンや水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）など、他の異方性エッチング液を用いて任意の深さの異方性エッチングを行ってもよい。また、例えば、異方性エッチング後のＴｉＮ膜の除去についても、アンモニア過酸化水素水に限定されるものではない。
【００３３】
また、上記実施の形態において、異方性エッチング領域のみの構造を例示したが、これ以外にトランジスタや抵抗・容量・受光素子などの回路素子を同一基板上に形成した構成であってもよい。また、レーザなどの発光素子を搭載してもよい。
【００３４】
また、上記実施の形態において、半導体基板としてＳｉ基板を用いたが、必ずしもＳｉ基板に限られるものではなく、化合物半導体基板や、ゲルマニウム基板などであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
以上説明したように、本発明にかかる半導体装置の製造方法は、簡易な製造プロセスで高品位のマイクロミラーを形成することができるため、低コストで高品質な光ピックアップ装置を提供することができる。特に、高精度の光軸位置調整が必要とされるモノリシック２波長高出力半導体レーザ搭載の光ピックアップ装置などに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態における半導体装置の製造工程の断面図
【図２】Ｔｉ膜をエッチングマスクとして用いた半導体装置の製造工程の断面図
【図３】ＬＤＨＵ用半導体基板の基本構成の一例を示す斜視図
【図４】従来の半導体装置の製造工程の断面図
【符号の説明】
【００３７】
１０１  Ｐ型Ｓｉ基板（半導体基板）
１０２  ＴｉＮ膜
１０３  異方性エッチング領域
１０４  異方性エッチングによる凹部領域
１０５  ＴｉＮ膜によるひさし
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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