(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ層とｎ層とを接触させて形成されるｐ−ｎヘテロ接合を有する半導体基板をエッチングするマイクロマシン加工方法であって、
前記半導体基板のｐ−ｎヘテロ接合に、ｐ−ｎ降伏電圧より低い逆バイアス電圧を印加するステップと、
化学反応性の陰イオンを含むプラズマを当てて前記ｎ層を下方へエッチングし、前記逆バイアスされたｐ−ｎヘテロ接合で下方エッチングを実質的に停止させるステップとを含むマイクロマシン加工方法。
【請求項２】
ｐ層とｎ層とを接触させて形成されるｐ−ｎヘテロ接合を有する半導体基板をエッチングするマイクロマシン加工方法であって、
前記半導体基板のｐ−ｎヘテロ接合に、ｐ−ｎ降伏電圧より低い逆バイアス電圧を印加するステップと、
前記半導体基板を浸食可能な保護材料で被覆して、前記半導体基板を下方へエッチングしながら、該半導体基板の側壁損傷を抑制するステップと、
化学反応性の陰イオンを含むプラズマを当てて前記ｎ層を下方へエッチングするステップと、
前記半導体基板のｐ−ｎ降伏電圧より低い逆バイアス電圧に維持される前記ｐ−ｎヘテロ接合で前記ｎ層のエッチングが実質的に停止するまで、前記被覆ステップおよび前記エッチングステップを繰り返すステップと、を含むマイクロマシン加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体材料を選択的にエッチングする方法に関する。特に、ドライエッチプロセスを用いて、電気的にバイアスされたエッチング停止用接合部（ストップジャンクション)を備えた基板をマイクロマシン加工することにより、エッチングの深さを制御する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超小型電気機械加工システム（ＭＥＭＳ）は、最新のセンサ、超小型流体制御装置または微細機械等に広く利用されるマイクロデバイスである。最新のＭＥＭＳセンサは、自動車、医療器具、プロセス制御などに応用され、圧力、温度、加速、気体濃度、およびその他の様々な物理的または化学的状態の正確な判定に利用される。超小型流体制御装置には、気体および液体処理用の微細バルブ、流量ゲージ、ならびにインクジェットノズルがある。一方、微細機械には、超小型アクチュエータ、可動マイクロミラーシステム、移動型触覚アセンブリ、および原子力顕微鏡検査用カンチレバー等がある。一般にマイクロデバイスは、集積回路製造に使用される半導体ウェハとして広く入手可能な結晶シリコンなどの半導体材料基板から作成される。
【０００３】
このように汎用されている材料を用いるため、半導体ウェハ基板からマイクロデバイスを作成するには、半導体処理産業において集積回路（ＩＣ）製造用に開発された表面エッチング技術およびバルクエッチング技術双方のこれまでの経験の蓄積を利用できる。ＩＣ製造過程では半導体ウェハへの薄い表面パターン作製に使用される表面エッチング技術を修正すれば、半導体材料からなる薄い層群を犠牲層としてアンダーカットエッチングして可動要素を作成できる。また、ＩＣ製造過程では異方性エッチング工程によってウェハに深い溝つまり穴の形成が必要な場合に一般的に行われるバルクエッチングは、マイクロデバイスの縁または溝を精度よく加工するのに利用できる。表面エッチングおよびバルクエッチングはどちらも、水酸化カリウム等の化学物質の水溶液を用いる、いわゆるウェット処理によってウェハから非マスク部分の材料除去を行う。マイクロデバイスの作成には、材料の結晶方向の違いに依存する異方性ウェット処理技術や、電気機械的エッチングストップを使用して、マイクロデバイス素子を加工する。残念ながら、ウェット処理を利用する場合は、複雑なマイクロデバイスの設計は自由に行えない。ウェット処理は、半導体結晶の方向、ならびに使用する材料およびエッチャントによる制約が大きい。さらに、マイクロデバイスが薄く延びる構造の場合、ウェット処理中に生じる流体力学上の力によって損傷を受けやすいという問題もある。
【０００４】
ウェット処理よりもマイクロデバイスの設計がはるかに自由に行えるエッチング処理として、ドライエッチング処理が一般に知られている。この処理技術は、マイクロデバイスのウェットエッチング処理の問題点の多くを回避するもので、特に微細構造の異方性エッチングに適している。ドライエッチング処理には多くの気相またはプラズマ相エッチング技術が利用される。すなわち、ウェハに高エネルギの原子またはイオンを衝突させてウェハの原子を蒸気相に転位させる（イオンビームミリング等の）、異方性の高いスパッタリング工程から、化学反応性イオンを含むプラズマ流をウェハに当てて揮発性反応物を形成させる、やや等方性の低エネルギプラズマ技術まで様々な技術がある。高エネルギのスパッタリング技術と低エネルギのプラズマ技術との中間に位置する技術は、特に有用なドライエッチングプロセスで、反応性イオンエッチングとして知られる。
【０００５】
反応性イオンエッチングは、プラズマ流を含むイオンを半導体ウェハに照射して、スパッタリングとプラズマエッチングとを同時に行うものである。反応性イオンエッチングは、スパッタリングに関連した異方性の利点を残しつつ、反応性プラズマイオンの供給により反応性プラズマイオンとウェハとの接触による蒸気相反応生成物を形成できる。実際には、スパッタリング技術または低エネルギプラズマ技術を単独で用いる場合に比べて、ウェハ材料の除去速度が大幅に改善される。このため、反応性イオンエッチングは、比較的高速の異方性エッチングの速度を維持し、マイクロデバイス製造用として優れたエッチング方法となりうる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、マイクロデバイスの製造者にとっては、反応性イオンエッチング等のドライエッチング技術は、半導体ウェハの高速異方性エッチングを可能にする一方で、多くのマイクロデバイスへの適用においては精度の点でまだ十分とはいえない。例えば、ウェハに一定の深さの溝を形成する場合、反応性イオンエッチングや他の適当な技術によるドライエッチングでは、経験的に定められたある期間続行することが許された。タイムエッチストップ（time etch stop）として知られるこの技術は、すべてのエッチングファクタを一定にすれば、ウェハ全体にわたってどの溝も同じ深さに彫るという前提に基づく。例えば、ウェハのどの部分にあたるプラズマ流も同じで、ウェハ材料は均一で一定の厚みをもち、反応生成物が同一速度で除去されるとすれば、ウェハ上の同一サイズおよび形状のすべての溝は同じ深さに彫られるはずである。だが、これらのファクタは、通常、一定ではない。従って、プラズマ流の変動、ウェハの厚みの不規則さ（通常、ウェハの各部で３００ｎｍ程度の差がある）、材料や位置決めの差、および反応生成物除去速度の差、といったファクタはすべて、エッチング精度に影響をおよぼす。溝の形状または寸法が異なる場合は特に影響を受けやすく、一般に大きい溝のほうが小さい溝より速くカットされる。これは溝が小さくなるにつれ、蒸気相のイオン反応生成物の除去速度が遅くなることが主な原因である。この対策として、リアルタイムでエッチング速度を監視する等の様々な方法がこれまで試みられてきたが、実際には、各構造が隣接している場合でも溝の深さ精度を３００ｎｍ未満に抑えることは非常に困難である。ウェハ上の大きな空間構造、または、別々のウェハ上の微細構造のマイクロマシニング加工する際のエッチングの深さおよび厚み制御は、通常、さらに困難である。
【０００７】
上述のように、現在のマイクロデバイス製造技術には大幅な制約があるため、材料の結晶方向または材料選択の制約がなく、厚みに関する制約がほとんどなく、再現能力が高く、かつ既存の集積回路製造技術およびその装置に適合するマイクロデバイスの設計および製造方法が必要とされている。かかる方法では、マイクロデバイスをエッチング深さ精度約１００ｎｍ以内で作成可能である。マイクロデバイスの製造歩留まりを最大にするには、このエッチング深さ精度をウェハ基板全体にわたって、かつ異なるウェハ同士でも維持しなければならない。さらに、かかるマイクロマシン加工精度は、加工するサイズに関係なく維持しなければならず、数μｍ幅の小さな溝も１００μｍ以上の幅の大きな溝と同じ精度で加工できなければならない。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ドライエッチング・マイクロマシン加工方法を実現することにより、上記の要求に対処するものである。この方法を使用するには、異なる材料間に少なくとも１つのヘテロ接合を有する基板が必要である。基板には半導体（シリコン、ゲルマニウム、またはガリウム砒素など）を用いることができ、一方、異なる材料にはｐ型またはｎ型にドープされた各種半導体を用いることができる。基板の少なくとも１つのヘテロ接合にはバイアス電圧がかけられ、プラズマを含むイオンが基板に照射されて基板をエッチングする。バイアス電圧をかけるため、ヘテロ接合に達した時点でエッチング速度が大幅に遅くなるか、または実質的に停止する。
【０００９】
一実施形態においては、基板中にヘテロ接合を形成するには、ｐ型半導体ウェハ上に該ウェハと同一の広がりをもつかまたはパターンニングされたｎ型層を、または逆にｎ型ウェハ上にｐ型層を、エピタキシャル成長させて形成する。他の実施形態では、ヘテロ接合の形成は、ｐ型とｎ型のシリコンウェハ同士を接合して、ｐ層とｎ層とを有するシリコン基板を形成して行う。こうして形成されたシリコン基板は、そのｎ層が、フッ化炭素プラズマ中のフッ素イオン等の化学反応性陰イオン流と向き合うように、従来のドライエッチング装置中に位置する。維持される逆バイアス電圧は、シリコン中のｐ−ｎヘテロ接合の降伏電圧よりも低く、一般には約５０ボルトから約１００ボルトであるが、構成によっては３００ボルトまで高くなる場合もある。シリコンウェハの異方性エッチングを高め、かつ側壁の損傷を少なくするために、エッチング工程を通じて被覆サイクルを行う。つまり、浸食可能な保護材料（ポリマーコーティング等）を定期的にシリコン基板に塗布してｎ層の側壁損傷を抑えながら、基板の下方へのエッチングを続行する。また、このような被覆サイクルを省略し、所望する異方性エッチング速度を維持した状態で、基板を適当に冷却し（一般には２０℃未満）、反応物質を適正に選択することもできる。
【００１０】
マイクロデバイスを規定パターンに加工するには、まずシリコン基板を、パターニングした保護層でマスクする。この保護層（マスク）は、マスクされる表面を定め、通常は処理中に浸食によって除去されず、その下の基板をエッチングから保護する。保護層でマスクされない基板部分がエッチング可能表面となる。実施形態によっては、ドーパントを選択的に拡散または注入してウェハ中へ導入し、例えばヘテロ接合のｐ層がその上のｎ層と同一の広がりを持たないようにパターニングされたヘテロ接合となるようなパターン制御も可能である。ウェハ中で同一の広がりがなくまたは連続していないヘテロ接合の場合は、下方にヘテロ接合のないそれらの領域では、基板を貫通する下方エッチングが可能である。
【００１１】
好ましい実施形態では、本発明の方法は、従来のドライエッチング処理装置に基板保持用の新規な固定器具を用いた装置を使用して実施できる。このドライエッチング装置は、異なる材料からなる第一と第二の層がヘテロ接合で接合された基板のマイクロマシン加工に適している。この実施形態では、基板保持用の固定器具は、第一および第二の層とそれぞれ接触するよう位置決め可能な第一および第二の電気的コンタクトを備える。これら第一および第二の電気的コンタクトは相互に電気的に分離した状態に維持され、第一の電気的コンタクトには電源が接続され、基板のヘテロ接合に電圧電位をかける。ここでは電気的コンタクトは各１つずつ使用するが、一般には複数のコンタクトを用いて、基板のヘテロ接合により均一にバイアス電圧をかけるようにする。このことは当業者であれば理解できるはずである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施に適したドライエッチング処理装置１０の一実施形態の概略図である。一部空気を抜いた反応物質ガスを含む反応室中で、電極１６と１８に異なる電圧をかけると、イオン１４を含むプラズマ流１２が発生する。イオン１４は通常はフッ素イオン（Ｆ- ）等の陰イオンだが、実施形態によっては陽イオンでもよい。電極１６は第一の電源２０（通常は負の高周波数電源）に接続され、一方、電極１８は第二の電源２２に接続され、電圧差を生じるようになっている。陰イオン１４を用いる場合は、第二の電源２２のほうを高い電圧または接地に維持し、電極１６（カソードとして作用する）から電極１８（アノードとして作用する）へイオンが流れるようにする。従って、陽イオン１４を用いる場合は、これとは逆に第二の電源２２を第一の電源２０より低い電圧に維持しなければならない。この場合、電極１６がアノードとして作用し、電極１８がカソードとして作用する。
【００１３】
プラズマ流１２とイオン１４との組み合わせは、半導体ウェハ２４などの基板へ照射される。ウェハ２４は、図１に例示するｎ層２６およびｐ層２８のような少なくとも２枚のヘテロ層を含み、これらの層の間にはｐ−ｎヘテロ接合２９が設けられる。ウェハ２４はウェハ固定器具３０によって定位置に固定される。ウェハ固定器具３０は別途設けられる低温源を含むかまたはそこに接続されてもよい。または該固定器具３０に、ウェハ２４を室温以下、好適には約２０℃〜−１４０℃に冷却できる適当な冷却機構を設けて、処理条件を修正し異方性反応を促進するようにしてもよい。このようにウェハ２４を物理的に保持し、かつ任意で温度制御を行うことに加えて、固定器具３０はウェハ２４を第一および第二の電気的コンタクト３２および３４に接続させることができる。これらコンタクト３２および３４は、図１に示すように固定器具３０と一体成形してウェハ２４を保持するようにしてもよいし、または単にウェハをコンタクト３２および３４にアクセスさせるように固定器具３０を設計してもよい。コンタクト３２および３４は互いに電気的に分離されており、第一のコンタクト３２はｎ層２６と、第二のコンタクト３４はｐ層２８と、それぞれ電気的に接続される。
【００１４】
本実施形態では、第一のコンタクト３２は、接地またはそれ以外の所望の電圧に維持可能な第二の電源２２に接続される。第二のコンタクト３４は第三の電源３６に接続される。この第三の電源３６は、イオン１４が陰の場合は第二の電源２２より低い電圧に、イオン１４が陽の場合は第二の電源２２より高い電圧に維持される。ｐ−ｎヘテロ接合２９を逆バイアスに維持しようとする場合は、第三の電源３６は１００ボルト未満、一般的には２５〜５０ボルトの直流電源とすることができる。
【００１５】
図１に示すように、ウェハ２４を覆うエッチングマスク４５によって、幅広溝４０および細溝４２がそれぞれ規定される。電極１６−１８間に示すボックスは、各種のガスを放出してプラズマの組成、圧力または配分を変えることのできるガス試薬ユニット５２を示す。プラズマを生成するガス試薬の放出および監視は、ドライエッチング装置の運転において極めて重要であり、様々なガス放出機構が実用化されている。またガス試薬ユニット５２は、エッチング処理時に保護コーティングとして作用するポリマー材料等の保護膜剤を、任意で定期的に供給することも可能である。プラズマの状態や組成を変えるためには、必ずしも該ユニット５２から放出される反応物質ガスを変える必要はない。本発明の多くの実施形態においては、例えば反応室の圧力を上げたり電極１６−１８間の電圧差を減じたりして電気的状態や圧力などを調整することによってプラズマの組成を変えて、保護コーティングポリマーまたは保護膜層のプラズマ介在による蒸着を行うことができる。
【００１６】
動作時には、プラズマ１２に含まれるイオン１４は、マスク４５によって保護されていない基板部分を下向きにエッチングする。ヘテロ接合２９にバイアス電圧がかけられていなければ、イオンエッチングは基板下部へ進行し、最終的にはウェハを貫通してしまう。しかし本発明では、エッチングはバイアスされたヘテロ接合２９に達すると実質的に停止する。これはヘテロ接合が該接合の降伏に必要な電圧より低いバイアス電圧に維持されており、そのバイアス電圧より実質的に高レベルのエネルギをイオンが持たないことによる。ｐ−ｎシリコンウェハの場合、降伏電圧は約５０〜１００ボルトである。当然ながら、これ以外の材料から構成されるヘテロ接合は、当業者に公知のそれぞれ異なる降伏電圧を持つ。従って、本発明の動作においては、固定器具３０、ならびに関連の第一および第二の電気的コンタクト３２，３４は、基板のヘテロ接合の降伏電圧より低いバイアス電圧を印加しなければならず、かつイオン１４のエネルギレベルも通常は該エネルギレベル以下に維持しなければならない。
【００１７】
本発明は、実用化されている各種ドライエッチング処理装置のうち、上述の条件に適応可能なものを利用できる。本発明に適したドライエッチング装置は、一般に、真空ポンプシステムで所望の圧力レベルまで空気を抜くことができる１つ以上のエッチングチャンバを備える。さらに、反応物質ガスの範囲の測定および制御が可能で、高周波電源に接続された電圧調整可能な電極などの適当なプラズマ源を備え、グロー放電プラズマを生成できる装置が適している。エッチングチャンバ内の状態を能動的にモニタするには、各種の光、圧力、電気、温度、または流量センサを使用する。本発明の実施用に変形可能な、特に好適なドライエッチング装置の一つは、Surface Technology System, Ltd. (STS)発売のMultiplex ICPである。この装置の操作は、J.K.Bhardwaj およびH.Ashraf著の論文“Advanced Silicon Etching Using High Density Plasmas”, 224 SPIE Vol.2639に詳述されている、アドバンスト・シリコンエッチング(ASE)手順に一部従って行われる。また、Alcatel Corp.発売のAlcatec Micromachining Etch Tool (A602E)も、本発明の実施用に変形可能な特に好適なドライエッチング処理装置の一つである。この装置の操作は、Craven et al.著の論文“Etching Technology and Applications for“through-the-wafer”Silicon Etching”, SPIE, Vol. 2639, pp.259-263、およびCraven et al.著の会議議事録“Anisotoropic High-Aspect Ratio Etching in a High-Density Plasma”, SPIE Conference on Micromachining and Microfabrication, October 1995に記載された手順に一部従って行われる。Alcatel方法で、誘導結合された高密度プラズマ（１０11〜１０13ions/cm2）が、下流のウェハ基板で発生し、また、反応温度２０℃〜−１４０℃でＳＦ6 反応物質種をウェハ全体に流す。ウェハは低温冷却した固定器具によってこのような低い温度に保たれ、固定器具の温度は基板を高異方性エッチングするのに最適な反応条件となるように必要に応じて最適化される。これ以外の製造業者のドライエッチング装置も、適当に変形することによって使用可能である。
【００１８】
本発明を実施するために修正可能な動作要因は、反応物質ガス、イオン種、圧力、温度およびイオンエネルギ範囲などである。これら動作要因の正しい組み合わせは時間の経過とともに変化し、また使用するドライエッチング装置の特徴、基板、要求されるエッチング速度、必要な異方性、および当業者に公知のその他の要因に非常に大きく左右される。反応物質ガスには、塩素、臭素またはフッ素ベースのプラズマ反応物質が使用可能であるが、これら以外にも必要に応じてよりエキゾチックな反応性化学物質を用いてもよい。例えば、シリコン、アモルファスシリコン、およびポリシリコン製の基板には、カーボンテトラフルオライドＣＦ4等のフルオロカーボン、カーボンテトラクロライド（ＣＣｌ4）等のクロロカーボン、ＣＦ4と２価酸素（Ｏ2）との組み合わせ、ＣＦ3Ｃｌ、ＳＦ6、ＳＦ6／Ｃｌ、Ｃｌ2＋Ｈ2、Ｃ2ＣｌＦ5／Ｏ2、ＮＦ3、ＢＣｌ3、およびその他の様々な反応物質ガスを単独または組み合わせて使用可能である。反応物質ガス濃度、ガス分布、圧力レベル、エネルギレベル、さらには基板の熱力学も（基板の低温冷却などによって）、エッチングの最適化のために調整可能である。実施形態によっては、側壁エッチングの抑制および異方性エッチング促進のため、プラズマ反応物質が保護膜剤を含む場合さえある。
【００１９】
本発明の実施において、反応物質ガスからプラズマを発生させるのに利用される機構は多岐にわたる。その中には、従来の反応性イオンエッチング装置（ＲＩＥ）、磁気エンハンス型ＲＩＥ（ＭＥＲＩＥ）、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）、バレルエッチシステム、下流エッチング装置、磁気イオンエッチング装置（ＭＩＥ）、パラレルまたはスタック型パラレルプレートエッチング装置、円柱形バッチエッチング装置（六極管型エッチング装置）、または選択種のイオンを所望のエネルギ範囲内でターゲット基板に供給可能な他の適当なプラズマベースのドライエッチング方法に関連した機構がある。上述のとおり、本発明の好適な一実施形態では、アドバンスト・シリコンエッチング(ASE)手順に従って動作する、Surface Technology System, Ltd.(STS)発売のMultiplex ICP（誘導結合型プラズマ）ドライエッチング装置を利用する。また、Alcatelを利用するもう一方の好適な実施形態も、誘導結合型プラズマを用いて高密度プラズマを供給して異方性エッチングを行う。
【００２０】
本発明とともに使用するのに適した基板の組成および構造も多岐にわたる。パターニングされた拡散層、イオン注入された部分、またはエピタキシャルコーティングから形成されるヘテロ接合をもつ半導体ウェハは、どれも使用可能である。半導体ウェハはウェハ同士をつなぎ合わせたものでもよいし、組成の異なる複数のエピタキシャル層をもつ半導体ウェハのエッチングも可能である。バイアス電圧を印加可能なヘテロ接合の形成に適した半導体材料には、純粋、または（通常はＩＩＩ族−Ｖ族ドーパントによって）適切にドープされた材料、例えばシリコン、ポリシリコン、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素、ゲルマニウム砒素、ＧａＰ、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＡｌＡｓ、ＺｎＴｅ、ＧａＰ、ＧａＳｂ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ、およびこれら以外の当業者に公知の様々な一般的材料が含まれる。
【００２１】
基板の保持には様々なタイプの固定器具を使用できる。本発明の実施においては、固定器具は、２層以上からなりヘテロ接合を規定する基板を確実に固定できなければならない。基板の固定には、バネ、つかみ、クランプまたはその他の従来の保持機構を利用できる。基板の動きを規制することに加えて、本発明に適した固定器具はヘテロ接合の各層との電気的接触を可能にし、この電気的接触が固定器具によって絶対に短絡しないことが要求される。一実施形態では、固定器具は２つ以上の異なる部品からなり、各部品同士は電気的に確実に絶縁するように、絶縁した中間部品を介してのみ分離および接続される。当業者には理解できると考えるが、市場で入手可能な各種固定器具（Alcatel A620E ドライエッチング装置で使用されるような低温冷却固定器具など）を変形して、必要な電気的接触を設けるようにしてもよいし、または要求される電気的特性を満足させるカスタム設計の固定器具を使用してもよい。
【００２２】
図２から図６に、本発明の一実施形態の動作の概略図を示す。図２はｎ層１２６とｐ層１２８との間にｐ−ｎヘテロ接合１２９をもつ二層基板１２４の概略図である。ｐ層１２８は負の電源１３６に接続され、ｎ層１２６は接地に接続され、ｐ−ｎヘテロ接合１２９に逆バイアス電圧が印加される。電源１３６は、ｐ−ｎヘテロ接合１２９に降伏を引き起こすには不十分な電圧レベルに維持される。基板１２４はエッチングを防ぐための従来のポジレジストマスク層１４５を備え、そこに幅広溝用ギャップ１４０と細溝用ギャップ１４２とが形成される。
【００２３】
動作時は、図２に示すように、イオン含有プラズマが基板１２４に対して照射され、溝ギャップ１４０および１４２から下向きにエッチングが開始される。図３に示すように、一般に幅広ギャップ１４０の下向きエッチングのほうが細溝ギャップ１４２のエッチングより速く進行する。この理由は、主に、細溝用ギャップ１４２からイオン反応生成物を除去するのが困難なためである。一定時間が経過すると、下向きエッチングは一時的に中断され、ポリマー等の浸食可能材料からなる保護層１５０で基板１２４およびマスク１４５が被覆される。
【００２４】
図４は、図３の二層基板に幅広溝および細溝１４０，１４２の両方をさらに下方へエッチングし、この時、側壁１５２は浸食可能材料からなる保護層１５０によって保護されている状態を示す概略図である。図４に示すように、溝を形成するエッチングは、側壁１５２を実質的にエッチングせずにさらに下方へしばらく続行し、異方性の高いエッチングを行う。側壁保護層１５０が完全に浸食除去されてしまう前に、エッチングは停止し、図３に示すように保護層１５０を新たに塗布してエッチング工程を繰り返す。こうしてエッチング深さが数百ミクロンになるには、一般的にはエッチング・再被覆サイクルを何百回も繰り返す。本発明に特に好適な方法は、上述したSTS ASEトレンチプロセスである。
【００２５】
本発明の主たる利点は、図５に示すように下向きのエッチングが幅広溝用ギャップ１４０ではヘテロ接合１２９にかけられる逆バイアスのために、実質的に停止した後でも、エッチング速度の遅い細溝用ギャップ１４２でエッチングが続行できることである。図６に示すように、エッチング工程は、幅広溝と細溝とがほぼ同じ寸法精度に形成されてエッチングが完了するまで続く。幅広溝および細溝１４０，１４２は、エッチング速度に差があり、また基板の局所的厚みが異なる場合でも、ほぼ同一の深さとなる点が有利である。
【００２６】
図７から図１０は、本発明に従って作製可能な片持バネのマイクロデバイス構造の他の実施形態を示す概略図である。図７は、レジスト２０５で部分的にマスクされ、ｐ型にドープされた領域２１０をもつｎ型シリコン基板２００を２つの直角方向で切った断面図を示す。ｐ型ドーピングを行うには、拡散、注入、またはその他の適当な技術を利用する。こうして形成されたｐ−ｎヘテロ接合には逆バイアス電圧が印加され、図８に示すようにｎ型シリコン２００のマスクされていない部分がドライエッチングによって除去され、ｐ型にドープされた領域２１０のエッチングはバイアス電圧のために停止する。こうして図９に示すようにマスク２０５をエッチング除去すると、図１０の斜視図で示すように複雑な片持バネ構造が残る。
【００２７】
図１１および図１２はそれぞれ、本発明を利用可能な他のマイクロデバイス構造を示す平面図および断面図であり、ｐ型にドープされた複数の領域３１０をもつｎ型シリコン基板３００を示す。ドーピング方法は、拡散、注入、またはその他の適当な技術を利用して行う。当業者には理解できるように、本発明の技術に従ってｎ層をエッチング除去すると、ｐ型にドープされた領域から複雑な階段状構造３１２またはコイル構造３１６を、それぞれ一度のエッチング工程で形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施に有用な基板と基板保持用固定器具とを示す概略図である。
【図２】  ヘテロ接合およびマスク層を有する二層基板の概略図である。
【図３】  基板上に浸食可能材料を塗布した状態を示す概略図である。
【図４】  コーティングによってエッチングから側壁が保護されている状態を示す概略図である。
【図５】  細溝のエッチングが進行している状態を示す概略図である。
【図６】  ほぼ同じ寸法精度でエッチング速度が完成した状態を示す概略図である。
【図７】  片持バネのマイクロデバイス構造を示す断面図である。
【図８】  片持バネのマイクロデバイス構造を示す断面図である。
【図９】  片持バネのマイクロデバイス構造を示す断面図である。
【図１０】  片持バネのマイクロデバイス構造を示す断面図である。
【図１１】  同一の広がりをもたないパターンのｐ層（図示用に大幅に拡大）の平面図である。
【図１２】  同一の広がりをもたないパターンのｐ層（図示用に大幅に拡大）の断面図である。
【符号の説明】
１０  ドライエッチング装置、１２  プラズマ流、１４  イオン、１６, １８電極、２０，２２，３６  電源、２４  半導体ウェハ、２６  ｎ層、２８  ｐ層、２９  ヘテロ接合、３０  固定器具、３２，３４  電気的コンタクト、４０幅広溝、４２  細溝、４５  マスク。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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