(57)【要約】【課題】高アスペクト比のホールやトレンチの多段構造を高い加工精度で容易に形成することができるシリコン構造体の製造方法を提供する。【解決手段】シリコンからなる基材１に凹部４の一部である初期凹部４ａを形成する初期凹部形成工程と、初期凹部４ａの内側面４２ａに保護膜５ａを形成する保護膜形成工程と、内側面４２ａの保護膜５ａを残存させた状態で、初期凹部４ａ及び初期凹部４ａに隣接する周回領域４Ｒの基材１を深さＤ１，Ｄ２方向に異方性エッチングするエッチング工程と、残存させた保護膜５ａを除去して凹部４の全体を形成し、凹部４の内側に深さＤ１，Ｄ２方向の段差４１ｇを形成する保護膜除去工程と、を有することを特徴とする。【選択図】図２
2009266869.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンからなる基材に凹部の一部である初期凹部を形成する初期凹部形成工程と、
前記初期凹部の内側面に保護膜を形成する保護膜形成工程と、
前記内側面の前記保護膜を残存させた状態で、前記初期凹部及び該初期凹部に隣接する周回領域の前記基材を深さ方向に異方性エッチングするエッチング工程と、
残存させた前記保護膜を除去して前記凹部の全体を形成し、前記凹部の内側に前記深さ方向の段差を形成する保護膜除去工程と、
を有することを特徴とするシリコン構造体の製造方法。
【請求項２】
前記保護膜形成工程は、前記初期凹部の前記内側面を酸化してシリコン酸化物からなる前記保護膜を形成することを特徴とする請求項１記載のシリコン構造体の製造方法。
【請求項３】
前記保護膜形成工程は、加熱による熱酸化により行うことを特徴とする請求項２記載のシリコン構造体の製造方法。
【請求項４】
前記保護膜形成工程は、前記初期凹部の底面及び前記内側面を酸化した後、前記底面に形成された酸化膜を除去することを特徴とする請求項２または請求項３記載のシリコン構造体の製造方法。
【請求項５】
前記底面の前記酸化膜の除去は、異方性のドライエッチングにより行うことを特徴とする請求項４記載のシリコン構造体の製造方法。
【請求項６】
前記保護膜形成工程と前記エッチング工程とをｎ回行って、前記凹部の内側にｎ段の段差を形成することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のシリコン構造体の製造方法。
【請求項７】
前記保護膜除去工程の前に、前記初期凹部の内表面を酸化する凹部酸化工程を有することを特徴とする請求項２ないし請求項６のいずれか一項に記載のシリコン構造体の製造方法。
【請求項８】
前記エッチング工程は、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ないし請求項７のいずれか一項に記載のシリコン構造体の製造方法。
【請求項９】
前記保護膜除去工程は、ウェットエッチングにより行うことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載のシリコン構造体の製造方法。
【請求項１０】
前記周回領域をハードマスクにより規定することを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載のシリコン構造体の製造方法。
【請求項１１】
前記ハードマスクはシリコン酸化物からなることを特徴とする請求項１０記載のシリコン構造体の製造方法。
【請求項１２】
前記ハードマスクを部分的に除去することにより前記周回領域を規定することを特徴とする請求項１０または請求項１１記載のシリコン構造体の製造方法。
【請求項１３】
前記ハードマスクを部分的に除去する工程は、前記保護膜形成工程と一括して行うことを特徴とする請求項１２に記載のシリコン構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、シリコン構造体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、微小機械部品と電子部品との融合による新しい機能のデバイス（Micro Electro Mechanical System：ＭＥＭＳ）が知られている。ＭＥＭＳでは、主にシリコン（Ｓｉ）のウェーハに微小な機械構造物を形成することで、例えば自動車部品（エアーバッグセンサ等）、インクジェットヘッド、画像投影装置等の市場向けの製品が量産されている。ＭＥＭＳでは、これらのデバイスのさらなる小型・高性能化が求められている。
例えば、加速度センサや角速度センサの力学的検出部は、主に基板上に形成された櫛歯状の梁構造体から構成されている。これらのセンサを小型・高性能化するためには、Ｓｉ基板のエッチングにより形成される溝の幅や穴の径と深さとのアスペクト比（深さ／溝幅、深さ／穴径）を高くする必要がある。
【０００３】
Ｓｉ基板にエッチングによって高いアスペクト比の穴や溝を形成するための方法としては、チャンバーに供給する材料ガスをエッチングプロセス毎に切り替える方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、（１）異方性の高いプラズマエッチングと、（２）ポリマー系の薄膜堆積と、の２ステップを交互に行うドライエッチング技術が開示されている。
【特許文献１】米国特許第５５０１８９３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術では、高いアスペクト比を有する多段の溝（トレンチ）や多段の穴（ホール）や、トレンチとホールとを組み合わせた多段構造の凹部を形成する場合には、以下のような課題がある。上記従来の技術では、上記の（１）のエッチング工程と上記の（２）のポリマー堆積工程のバランスの調整が極めて困難である。そのため、製造工程における各種パラメータの調整幅（プロセスマージン）が非常に狭くなり、製造工程の最適化が極めて困難になる。
例えば、Ｓｉの基材にエッチングによってホールやトレンチ等の凹部を形成する際に、深さの異なる底面を形成して凹部の内側に段差を形成する場合には、基材の表面からの深さが異なると到達するラジカルやイオンの量が異なってしまう。そのため、（１）の工程におけるエッチングレートや（２）の工程において堆積するポリマーの量は場所（深さ方向の位置）によって異なり、凹部の深さ方向の深い位置に最適な量の薄膜を堆積させるのは極めて困難である。
【０００５】
また、発明者らは、このような凹部の段差を形成する際に、次のような課題が発生することを見出した。
（２）の工程で凹部の内側面に堆積したポリマーの膜厚が薄過ぎる場合には、（１）の工程でその部分の側壁がテーパ状に形成されてしまう。反対に、（２）の工程で堆積した薄膜の厚さが厚過ぎる場合には、凹部の段差に基材が突起状に残存してしまう。また、（１）の工程で凹部の最深部の底面が荒れた状態になった場合には、（２）の工程で薄膜を堆積させると、凹部の最深部の角の近傍においてポリマーが均一に堆積されず、凹部の内側面も（１）の工程で荒れた状態になってしまう。
したがって、従来の方法では、高アスペクト比の凹部に高い加工精度で段差を形成することが困難であった。
【０００６】
そこで、この発明は、内部に段差を有する高アスペクト比の凹部を高い加工精度で容易に形成することができるシリコン構造体の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、シリコンからなる基材に凹部の一部である初期凹部を形成する初期凹部形成工程と、前記初期凹部の内側面に保護膜を形成する保護膜形成工程と、前記内側面の前記保護膜を残存させた状態で、前記初期凹部及び該初期凹部に隣接する周回領域の前記基材を深さ方向に異方性エッチングするエッチング工程と、前記保護膜を除去して前記凹部の全体を形成し、前記凹部の内側に前記深さ方向の段差を形成する保護膜除去工程と、を有することを特徴とする。
【０００８】
このように製造することで、まず、基材に凹部の最深部の形状である初期凹部が形成される。次いで、その初期凹部の底面が掘り下げられるとともに、周回領域の基材が新たに掘り下げられ、基材の表面側に凹部の新たな底面が形成される。これにより、深さの異なる底面の間に深さ方向の段差を有する多段状の凹部を形成することができる。
このとき、本発明では、初期凹部の内側面に保護膜が形成され、エッチング工程において初期凹部の内側面が保護される。これにより、エッチング工程において段差がテーパ状になったり、段差に基材が突起状に残存したりすることを防止できる。
したがって、本発明のシリコン構造体の製造方法によれば、高アスペクト比の多段状の凹部を高い加工精度で容易に形成することができる。
【０００９】
また、本発明のシリコン構造体の製造方法は、前記保護膜形成工程は、前記初期凹部の前記内側面を酸化してシリコン酸化物からなる前記保護膜を形成することを特徴とする。
また、前記保護膜形成工程は、加熱による熱酸化により行うことを特徴とする。
【００１０】
このように製造することで、前の工程で形成された初期凹部の内側面が酸化されて保護膜に加工され、エッチング工程において初期凹部の内側面が保護される。このため、従来よりも凹部の製造工程におけるパラメータ調整等が容易になるだけでなく、保護膜の膜厚を従来のポリマー堆積による薄膜の膜厚よりも均一に形成することができる。これにより、エッチング工程において段差がテーパ状になったり、段差に基材が突起状に残存したりすることを防止できる。
また、保護膜除去工程において、シリコン酸化物とシリコンとの材質の差異を利用して、保護膜を選択的に除去することができる。
また、保護膜の形成を熱酸化により行うことで、保護膜の膜厚の調整を容易にして、凹部の内側面に均一な膜厚の保護膜を形成することができる。
【００１１】
また、本発明のシリコン構造体の製造方法は、前記保護膜形成工程は、前記初期凹部の底面及び前記内側面を酸化した後、前記底面に形成された酸化膜を除去することを特徴とする。
【００１２】
このように製造することで、前の工程で形成された初期凹部の内表面を一括して酸化させることが可能になる。したがって、初期凹部の内側面のみを部分的に酸化させて保護膜を形成する場合と比較して、保護膜の形成を容易にすることができる。
【００１３】
また、本発明のシリコン構造体の製造方法は、前記底面の前記酸化膜の除去は、異方性のドライエッチングにより行うことを特徴とする。
【００１４】
このように製造することで、初期凹部の側面に形成された保護膜を残存させ、初期凹部の底面に形成された酸化膜を選択的に除去することができる。
【００１５】
また、本発明のシリコン構造体の製造方法は、前記保護膜形成工程と前記エッチング工程とをｎ回行って、前記凹部の内側にｎ段の段差を形成することを特徴とする。
【００１６】
このように製造することで、凹部の内側にｎ段の段差を有する多段状の凹部を形成することができる。
【００１７】
また、本発明のシリコン構造体の製造方法は、前記保護膜除去工程の前に、前記初期凹部の内表面を酸化する凹部酸化工程を有することを特徴とする。
【００１８】
このように製造することで、保護膜除去工程までに初期凹部の内側面や底面が荒れた状態となった場合であっても、その荒れた部分を酸化して保護膜除去工程においてその荒れた部分を除去することができる。
したがって、凹部の内表面の全体を平滑化し、内側に段差を有する凹部を高い加工精度で形成することができる。
【００１９】
また、本発明のシリコン構造体の製造方法は、前記エッチング工程は、ドライエッチングにより行うことを特徴とする。
また、本発明のシリコン構造体の製造方法は、前記保護膜除去工程は、ウェットエッチングにより行うことを特徴とする。
【００２０】
このように製造することで、基材をドライエッチングにより深さ方向に選択的にエッチングすることができる。
また、保護膜をウェットエッチングにより選択的に除去することができる。
【００２１】
また、本発明のシリコン構造体の製造方法は、前記周回領域をハードマスクにより規定することを特徴とする。
また、前記ハードマスクはシリコン酸化物からなることを特徴とする。
【００２２】
このように製造することで、周回領域及び初期凹部の底面以外の領域をハードマスクにより保護した状態で、周回領域及び初期凹部の底面の基材をエッチングすることができる。
また、シリコン酸化物からなるハードマスクを用いることで、異方性のドライエッチングによって基材をエッチングする際に、ハードマスクと基材との選択比を利用して凹部を段階的にエッチングすることができる。したがって、凹部を多段状に形成することが可能となる。また、シリコン酸化物からなるハードマスクを用いることで、保護膜がシリコン酸化物により形成されている場合には、保護膜除去工程と一括してハードマスクを除去することが可能となる。
【００２３】
また、本発明のシリコン構造体の製造方法は、前記ハードマスクを部分的に除去することにより前記周回領域を規定することを特徴とする。
また、前記ハードマスクを部分的に除去する工程は、前記保護膜形成工程と一括して行うことを特徴とする。
【００２４】
このように製造することで、ハードマスクが除去された部分により周回領域を規定することができる。
また、ハードマスクの部分的な除去を保護膜形成工程と一括して行うことで、製造工程を簡略化し、生産性を向上させることができる。特に、保護膜形成工程において凹部の内側面と底面とが一括して酸化され、底面に酸化膜が形成されている場合には、酸化膜の除去とハードマスクの部分的な除去とを一括して行うことができる。これにより、工程数を減少させて生産性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
＜第一実施形態＞
以下、本発明の第一実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各図面では、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材ごとに縮尺を適宜変更している。
本実施形態では、シリコンからなる基材に、内側に段差を有する多段状の凹部（ホール、トレンチ等）を形成し、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）等の分野で用いられるシリコン構造体を製造する方法について説明する。ここでは、基材をエッチングして内側に段差を有する凹部を備えたシリコン構造体を製造するために、まず、基材の表面に凹部の形状に対応したハードマスクを形成する。
図１（ａ）〜図１（ｈ）、図２（ａ）〜図２（ｅ）は、本実施形態のシリコン構造体の製造工程を示す断面図である。
【００２６】
（ハードマスク形成工程）
図１（ａ）に示すように、シリコンからなる基材１の表面１ａに、例えばＳｉＯ２等のシリコン酸化物からなるハードマスク２を形成する。ハードマスク２の形成は、例えば、基材１の表面１ａを熱酸化させて形成したり、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等により基材１の表面１ａに成膜したりすることができる。
【００２７】
次に、図１（ｂ）に示すように、ハードマスク２の表面２ａにフォトレジスト３を形成する。
次いで、図１（ｃ）に示すように、フォトレジスト３を露光・現像してパターニングし、後述する多段状の凹部４（図２（ｅ）参照）の形成領域４Ａ（凹部形成領域）に対応する領域に開口部３１を形成する。
【００２８】
次いで、図１（ｄ）に示すように、ドライエッチングにより開口部３１に露出されたハードマスク２をエッチングする。そして、ハードマスク２の膜厚Ｔを、後述する凹部４の基材１の１段目の底面４１ｂ（図２（ｅ）参照）と最深部の底面４２ｂとの深さＤ１，Ｄ２の差に対応した膜厚Ｔ１に薄膜化する。ドライエッチングのエッチャント（エッチングガス）としては、例えば、ＣＦ系等のガスを用いることができる。
これにより、凹部４の形成領域４Ａが規定される。ここで、膜厚Ｔ１は、後述する工程により薄膜化される膜厚を考慮して調整する。
【００２９】
次に、図１（ｅ）に示すように、薄膜化したハードマスク２を覆ってフォトレジスト３を再形成する。
次いで、図１（ｆ）に示すように、多段状の凹部４（図２（ｅ）参照）の最深部の底面４２ｂの平面形状に対応して、フォトレジスト３をパターニングして開口部３２を形成する。
次いで、図１（ｇ）に示すように、開口部３２に露出されたハードマスク２をエッチングして、開口部２２を形成する。ハードマスク２のエッチングは、例えば、上述のドライエッチングにより行うことができる。これにより、膜厚がＴ１に形成された領域が、後述の初期凹部形成工程において形成される初期凹部４ａ（図２（ａ）参照）に隣接する周回領域４Ｒとして規定される。
【００３０】
次に、図１（ｈ）に示すように、フォトレジスト３を除去する。
以上により、基材１の表面１ａの凹部４の形成領域４Ａに凹部４の最深部の形状に対応した開口部２２を有するハードマスク２が形成される。また、凹部４の最深部の底面４２ｂの平面形状に対応した開口部２２と、底面４１ｂと底面４２ｂの深さＤ１，Ｄ２との差に対応した膜厚Ｔ１を有する多段状のハードマスク２が形成される。また、ハードマスク２により凹部４の形成領域４Ａと周回領域４Ｒが規定される。
【００３１】
（初期凹部形成工程）
次に、図２（ａ）に示すように、ハードマスク２の開口部２２を介して基材１をエッチングして、基材１に凹部４の一部である初期凹部４ａを形成する。ここでは、例えばＳＦ６等のフッ素系のガスと酸素を用いたエッチングステップと、Ｃ４Ｆ８ガスを用いたポリマー堆積ステップとによる異方性のドライエッチングにより初期凹部４ａを形成する。このとき、ドライエッチングの条件によっては、ハードマスク２もエッチングされて膜厚Ｔ，Ｔ１が若干、薄膜化される場合がある。
ここで、ハードマスク２の膜厚Ｔ１は、後述する保護膜形成工程において初期凹部４ａの底面４２ｂに形成される酸化膜５ｂ（図２（ｂ）参照）の膜厚ｔとの関係を考慮して、例えば膜厚ｔとの差が大きくなりすぎないように調整する。
【００３２】
（保護膜形成工程）
次に、図２（ｂ）に示すように、初期凹部４ａの内側面４２ａと底面４２ｂとを含む内表面を酸化して保護膜５ａ及び酸化膜５ｂを形成する。初期凹部４ａの内表面の酸化は、例えば初期凹部４ａの内表面を高温に加熱して酸化する熱酸化により行うことができる。保護膜５ａ及び酸化膜５ｂの膜厚ｔは、熱酸化における温度や加熱時間等を調整することにより制御することができる。
【００３３】
次いで、図２（ｃ）に示すように、初期凹部４ａの底面４２ｂに形成された酸化膜５ｂを除去する。このとき、基材１の表面１ａのハードマスク２も一括してエッチングすることで、ハードマスク２の膜厚Ｔ，Ｔ１を減少させ、膜厚Ｔ１に薄膜化された薄膜部を除去する。このような底面４２ｂの酸化膜５ｂの除去及びハードマスク２の薄膜部の除去は、例えば異方性のドライエッチングにより行うことができる。
以上により、初期凹部４ａの内表面（内側面４２ａ及び底面４２ｂ）が酸化（加工）され、内側面４２ａに保護膜５ａが形成される。また、初期凹部４ａの底面４２ｂ及び凹部４の形成領域４Ａの基材１の表面１ａが、酸化膜５ｂ及びハードマスク２からそれぞれ露出される。
【００３４】
（エッチング工程）
次に、図２（ｄ）に示すように、上記の工程で形成した保護膜５ａを残存させた状態で、露出された初期凹部４ａの底面４２ｂと、初期凹部４ａに隣接する周回領域４Ｒの基材１の表面１ａとを上述の異方性のドライエッチングによりエッチングする。そして、表面１ａからの深さＤ１が底面４２ｂの深さＤ２と異なる新たな底面４１ｂを形成する。ここでは、基材１のエッチングは、ハードマスク２を介して異方性のドライエッチングにより行う。
なお、上述のエッチングでは、底面４１ｂの深さＤ１方向の位置が、保護膜５ａの末端（初期凹部４ａの最深部側の端部）と略一致するように行う。
【００３５】
（保護膜除去工程）
次に、図２（ｅ）に示すように、上述の工程で残存させた保護膜５ａと、基材１の表面１ａのハードマスク２を一括して除去する。これにより、凹部４の全体の形状が形成され、凹部４の内側の深さの異なる底面４１ｂ，４２ｂの間に深さＤ１，Ｄ２方向の段差４１ｇが形成される。ここでは、保護膜５ａ及びハードマスク２の除去は、エッチング液を用いたウェットエッチングにより行う。
以上の工程により、基材１の凹部４の形成領域４Ａに、基材１の表面１ａからの深さＤ１，Ｄ２が異なる底面４１ｂ，４２ｂの間に段差４１ｇを有する多段構造の凹部４が形成される。
【００３６】
次に、本実施形態の作用について説明する。
本実施形態の製造方法では、図２（ａ）に示すように基材１に凹部４の一部である初期凹部４ａが形成され、図２（ｄ）に示すようにその初期凹部４ａの底面４２ｂが掘り下げられるとともに、初期凹部４ａに隣接する周回領域４Ｒの基材１が新たに掘り下げられて、底面４２ｂの深さＤ２よりも浅い深さＤ１（基材の表面側）に新たな底面４１ｂが形成される。
【００３７】
このとき、図２（ｃ）に示すように初期凹部４ａの内側面４２ａを酸化することでシリコン酸化物からなる保護膜５ａが形成される。したがって、保護膜５ａの膜厚ｔを従来のポリマーの膜厚よりも均一に形成することができる。また、保護膜５ａにより、内側面４２ａが横方向（深さＤ１，Ｄ２方向と垂直な方向）にエッチングされることを防止できる。
【００３８】
また、底面４２ｂを掘り下げる際に内側面４２ａのポリマーを堆積させる深さＤ２方向の範囲が狭くなる。したがって、従来よりも異方性のドライエッチングのポリマー堆積ステップにおけるパラメータ調整等が容易になる。
【００３９】
ここで、図４（ａ）〜（ｂ）及び図５（ａ）〜（ｃ）に、従来の製造方法の問題点を説明する断面図を示す。図４（ａ）は、従来の製造方法により形成した凹部４０の模式的な断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ部の拡大図である。
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、従来の製造方法では、凹部４０の内側面４０２ａの段差Ｇの近傍に凹凸が形成され、内側面４０２ａの凸部４０２ｃの影響により、内側面４０２ａへのポリマーの堆積が阻害される場合がある。このような場合には、凹部４０の段差Ｇの近傍の内側面４０２ａに薄膜が形成されなかったり、その部分の薄膜の膜厚が薄くなったりしてしまう場合がある。
【００４０】
また、従来の製造方法では、凹部４０の最深部の形状を形成した後、凹部４０の最深部の底面４０２ｂと、基材１０の凹部形成領域４０Ａとを一括してエッチングする際に、凹部の最深部におけるポリマーを堆積させる深さ方向の範囲が大きくなる。そのため、ポリマーを堆積させる工程における各種パラメータの調整幅（プロセスマージン）が非常に狭くなり、薄膜の膜厚を均一にすることが非常に困難である。
【００４１】
その結果、凹部４０の内側面４０２ａの段差Ｇの近傍に堆積した薄膜の膜厚が薄過ぎる場合には、横方向（深さ方向と垂直な方向）にエッチングが進行し、図５（ａ）に示すように凹部４０の段差Ｇの角Ｃがエッチングされる。そして、凹部４０の最深部の内側面４０２ａがテーパ状に形成されてしまう。
【００４２】
反対に、凹部４０の内側面４０２ａの薄膜の膜厚が厚過ぎる場合には、図４（ｂ）に示すように凸部４０２ｃの影となった部分が、異方性のドライエッチングのエッチングステップにおいて残存する場合がある。このような場合には、図５（ｂ）に示すように、凹部４０の段差Ｇに基材１０が突起状に残存してしまう。
【００４３】
また、図５（ｃ）に示すように、エッチングによって凹部４０の最深部の底面４０２ｂが荒れた状態になった場合には、薄膜を堆積させる工程において凹部４０の最深部の角Ｃｂ（底面４０２ｂと内側面４０２ａとの境界）の近傍においてポリマーが均一に堆積されず、エッチングにより凹部４０の最深部の内側面４０２ａも荒れた状態になってしまう。
【００４４】
ここで、図３は、本実施形態の製造工程を模式的に示す断面図であり、（ａ）は初期凹部形成工程を、（ｂ）は保護膜形成工程を、（ｃ）はエッチング工程を示している。
本実施形態では、図３（ａ）に示すように、初期凹部形成工程において基材１に初期凹部４ａを形成し、図３（ｂ）に示すように、初期凹部４ａの内表面（内側面４２ａ，底面４２ｂ）を酸化（加工）することでシリコン酸化物からなる保護膜５ａが形成されている。
【００４５】
そのため、保護膜５ａの膜厚ｔを従来のポリマーの膜厚よりも均一に形成することができる。また、図３（ｃ）に示すように、初期凹部４ａの内側面４２ａに保護膜５ａを残存させた状態で、初期凹部４ａの底面４２ｂと周回領域４Ｒの基材１の表面１ａを深さＤ１，Ｄ２方向にエッチングすることで、凹部４の深い部分と浅い部分とを分離してエッチングすることができる。さらに、保護膜５ａにより内側面４２ａが横方向（深さＤ１，Ｄ２と垂直な方向）にエッチングされることを防止できる。
これにより、図２（ｅ）に示すように凹部４の深い部分の内側面４２ａがテーパ状になることを防止できる。また、図２（ｅ）に示すように、保護膜除去工程において突起状に残存した保護膜５ａを取り除くことで、段差４１ｇに基材１が突起状に残存することを防止できる。
【００４６】
したがって、本実施形態のシリコン構造体の製造方法によれば、高アスペクト比の多段状の凹部４を高い加工精度で容易に形成することができる。
また、初期凹部４ａの内表面（内側面４２ａ，底面４２ｂ）を一括して酸化させることで、初期凹部４ａの内側面４２ａのみを部分的に酸化させて保護膜５ａを形成する場合と比較して、保護膜５ａの形成を容易にすることができる。
【００４７】
また、初期凹部４ａの内側面４２ａを酸化（加工）してシリコン酸化物からなる保護膜５ａを形成することで、保護膜除去工程においてシリコン酸化物とシリコンとの材質の差異を利用して、保護膜５ａを選択的に除去することができる。
また、熱酸化により保護膜５ａを形成することで、保護膜５ａの膜厚ｔの調整を容易にして、凹部４の内側面４２ａに均一な膜厚ｔの保護膜５ａを形成することができる。
【００４８】
また、初期凹部４ａの内側面４２ａと底面４２ｂとを酸化させて保護膜５ａと酸化膜５ｂとをそれぞれ形成した後、異方性のドライエッチングにより酸化膜５ｂをエッチングしている。これにより、初期凹部４ａの内側面４２ａに形成された保護膜５ａを残存させ、初期凹部４ａの底面４２ｂに形成された酸化膜５ｂを選択的に除去することができる。
【００４９】
さらに、保護膜形成工程において、初期凹部４ａの底面４２ｂに形成された酸化膜５ｂと一括してハードマスク２の膜厚Ｔ１の部分を除去することで、製造工程を簡略化し、工程数を削減して生産性を向上させることができる。
また、基材１のエッチングを異方性のドライエッチングにより行うことで、基材１を深さ方向に選択的にエッチングすることができる。
【００５０】
また、エッチング工程をシリコン酸化物からなるハードマスク２を介して行うことで、異方性のドライエッチングによって基材１をエッチングする際に、ハードマスク２と基材１との選択比により凹部４を段階的にエッチングすることができる。したがって、凹部４を多段状に形成することが可能となる。
【００５１】
また、シリコン酸化物からなるハードマスク２を用いることで、保護膜５ａがシリコン酸化物により形成されている場合には、保護膜除去工程において一括してハードマスク２を除去することが可能となる。この際、保護膜除去工程をウェットエッチングにより行うことで、基材１にほぼ影響を与えることなく保護膜５ａとハードマスク２とを一括して選択的に除去することができる。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態のシリコン構造体の製造方法によれば、内側に段差４１ｇを有する高アスペクト比の凹部４を高い加工精度で容易に形成することができる。
したがって、内側に複数の段差を有する多段のトレンチ、多段のホールや、トレンチとホールの組合せの構造等の複雑な構造においても、高い加工精度で安定的にシリコンを加工できる。
【００５３】
また、凹部４の形状が崩れたり、不安定な形状になったりすることを防止することができるため、再現性の良好なシリコンの加工が可能になる。さらに、エッチング工程におけるプロセスの変動（製造に影響するパラメータ等の変動）を最小限にすることができるため、大きなプロセスマージン（製造工程におけるパラメータの変動幅）を確保することができる。加えて、高い加工精度で安定してシリコンを加工できることにより、ＭＥＭＳの小型・高性能化、高信頼性化を実現することができる。
【００５４】
＜第二実施形態＞
次に、本発明の第二実施形態について、図１及び図２を援用して説明する。本実施形態では、凹部４の内側に２段以上のｎ段の段差４１ｇ，４２ｇ，…，４ｎｇを形成する点で、上述の第一実施形態で説明したシリコン構造体の製造方法と異なっている。その他の点は第一実施形態と同様であるので、同一の部分には同一の符号を付して説明は省略する。
【００５５】
（ハードマスク形成工程）
本実施形態のシリコン構造体の製造方法では、第一実施形態において説明したハードマスク形成工程においてハードマスク２に初期凹部４ａの底面の平面形状に対応する開口部を形成するとともに、深さの異なる各底面の深さに応じた多段状に形成する。
すなわち、図１（ａ）〜図１（ｄ）に示すように、ハードマスク２の凹部４の形成領域４Ａを、最も浅い位置に形成される底面４１ｂの深さＤ１と凹部４の最深部の底面４ｘｂの深さＤｘとの差に対応した膜厚Ｔ１（一段目）に薄膜化する。次に、図１（ｅ）に示すようにフォトレジスト３を再形成した後、図１（ｆ）に示すように、底面４１ｂよりも１段深い位置に形成する底面４２ｂの平面形状に応じてフォトレジスト３を開口させる。そして、開口部３２に露出されたハードマスク２を、底面４２ｂと凹部４の最深部の底面４ｘｂとの深さＤ２，Ｄｘの差に応じた膜厚Ｔ２（二段目）に薄膜化する（図示略）。
【００５６】
これを繰り返すことで、凹部４の最深部の底面４ｘｂよりも、１段浅い位置に形成する底面４ｎｂの平面形状に対応する領域を、底面４ｘｂ，４ｎｂの深さＤｘ，Ｄｎの差に対応する膜厚Ｔｎ（ｎ段目）まで薄膜化する（図示略）。これにより、ハードマスク２の凹部４の形成領域４Ａの膜厚Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｎを、各底面４１ｂ，４２ｂ，…，４ｎｂ，４ｘｂの間の深さＤ１，Ｄ２，…，Ｄｎ，Ｄｘの差に応じたｎ段の多段状の膜厚に形成する。
【００５７】
そして、多段状に形成されたハードマスク２を覆うフォトレジスト３を、図１（ｆ）に示すように、初期凹部４ａの最初に形成する底面４ｘｂの平面形状に対応して開口させ、開口部３ｘを形成する（図示略）。
次いで、図１（ｇ）に示すように、ハードマスク２を開口させて最初に形成する初期凹部４ａの底面４ｘｂの平面形状に対応する開口部２ｘを形成し（図示略）、図１（ｈ）に示すようにフォトレジスト３を除去する。
これにより、凹部４の形成領域４Ａに、凹部４の最深部の底面４ｘｂの平面形状に対応する開口部２ｘを有するとともに、多段状の凹部４の各底面４１ｂ，４２ｂ，…，４ｎｂ，４ｘｂの間の深さＤ１，Ｄ２，…，Ｄｎ，Ｄｘの差に応じた、ｎ段の多段状の膜厚Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｎを有するハードマスク２が形成される（図示略）。
【００５８】
（初期凹部形成工程）
次いで、図２（ａ）に示すように、ｎ段の多段状の膜厚Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｎを有するハードマスク２の開口部２ｘを介して、第一実施形態と同様に基材１をエッチングして、基材１に凹部４の最深部の形状に対応する初期凹部４ａを形成し、底面４ｘｂを形成する（図示略）。
【００５９】
（保護膜形成工程）
次に、図２（ｂ）に示すように、第一実施形態と同様に初期凹部４ａの内側面４ｘａと底面４ｘｂとを含む内表面を酸化して保護膜５ａを形成する。
次いで、図２（ｃ）に示すように、第一実施形態と同様に初期凹部４ａの底面４ｘｂに形成された酸化膜５ｂを除去するとともに、ハードマスク２の膜厚Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｎを減少させ、初期凹部４ａの底面４ｘｂとそれよりも１段浅い底面４ｎｂとの間の深さＤｘ，Ｄｎの差に対応する膜厚Ｔｎに形成された部分を除去する。
【００６０】
（エッチング工程）
次に、図２（ｄ）に示すように、第一実施形態と同様に保護膜５ａを残存させた状態で、露出された初期凹部４ａの底面４ｘｂとそれよりも１段浅い底面４ｎｂに対応する周回領域４Ｒの基材１とをエッチングする。
本実施形態では、この保護膜形成工程とエッチング工程とを、この順で２回以上ｎ回繰り返し行って、初期凹部４ａの底面４１ｂ，４２ｂ，…，４ｎｂ，４ｘｂを２段以上ｎ段の多段状に形成する。
【００６１】
（凹部酸化工程）
また、本実施形態では、初期凹部４ａの底面４１ｂ，４２ｂ，…，４ｎｂ，４ｘｂをｎ段の多段状に形成した後、第一実施形態で説明した保護膜除去工程の前に、初期凹部４ａの内表面を酸化する。
すなわち、図２（ｄ）に示すように、初期凹部４ａの底面４１ｂ，４２ｂ，…，４ｎｂ，４ｘｂをエッチングにより深さＤ１，Ｄ２，…，Ｄｎ，Ｄｘの異なる多段状に形成した後、初期凹部４ａの内側面４１ａ，４２ａ，…，４ｘａ及び底面４１ｂ，４２ｂ，…，４ｎｂ，４ｘｂ（内表面）を酸化して初期凹部４ａの内表面全体に保護膜５ａ及び酸化膜５ｂと同様の酸化膜を形成する（図示略）。
【００６２】
（保護膜除去工程）
そして、図２（ｅ）に示すように、第一実施形態と同様に、上述の工程で残存させた保護膜５ａと、基材１の表面１ａのハードマスク２とを一括して除去する。このとき、上述の凹部酸化工程により形成された初期凹部４ａの内表面の酸化膜も除去されて凹部４の全体の形状が形成される。
以上の工程により、基材１の凹部４の形成領域４Ａに、基材１の表面１ａからの深さＤ１，Ｄ２，…，Ｄｎ，Ｄｘが異なる底面４１ｂ，４２ｂ，…，４ｎｂ，４ｘｂが形成され、各底面４１ｂ，４２ｂ，…，４ｎｂ，４ｘｂの間に段差４１ｇ，４２ｇ，…，４ｎｇを有するｎ段の多段状の凹部４が形成される。
【００６３】
次に、本実施形態の作用について説明する。
本実施形態では、上述の第一実施形態の効果に加え、上述のように保護膜形成工程とエッチング工程とをｎ回行うことで、凹部４の内側をｎ段の多段状に形成することができる。
また、エッチング工程までの工程により、初期凹部４ａの内側面４１ａ，４２ａ，…，４ｎａ，４ｘａや底面４１ｂ，４２ｂ，…，４ｎｂ，４ｘｂが荒れた状態となった場合であっても、凹部酸化工程によりその荒れた部分を酸化し、保護膜除去工程においてその荒れた部分を除去することで、凹部４の内表面を平滑化することができる。
【００６４】
また、凹部酸化工程により初期凹部４ａの内表面を酸化することで、深さＤ１，Ｄ２，…，Ｄｎ，Ｄｘが異なる底面４１ｂ，４２ｂ，…，４ｎｂ，４ｘｂを形成する際に、保護膜５ａの下端と各底面４１ｂ，４２ｂ，…，４ｎｂの深さＤ１，Ｄ２，…，Ｄｎ方向の位置とが多少ずれた場合であっても、そのずれによる段差や突起等を酸化させて除去し、凹部４の内表面を平坦化することができる。
したがって、凹部４の内表面の全体を平滑化し、多段状の凹部４を高精度に形成することができる。
【００６５】
尚、この発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、ハードマスクはシリコン酸化物ではなく、シリコン窒化物により形成してもよい。また、保護膜も凹部の内表面を窒化してシリコン窒化物により形成してもよい。
【００６６】
また、上述の実施形態では、多段状のハードマスクを用いて基材をエッチングすることで多段状の凹部を形成したが、ハードマスクは多段状のものに限られない。例えば、均一な膜厚のハードマスクを用いて凹部の最深部の底面を形成し、凹部の内側面に保護膜を形成した後、最深部の底面よりも１段浅い底面の形状に合わせた開口部を有するマスクを介して、凹部の底面と凹部の形成領域の基材とをエッチングしてもよい。
【００６７】
また、保護膜形成工程において、凹部の内表面に保護膜を形成し、ドライエッチング等により底面の保護膜が除去されたときに、凹部の形成領域のハードマスクが基材の表面に残っている場合には、その部分をウェットエッチング等により除去してもよい。
また、第二実施形態において説明した凹部酸化工程は、第一実施形態においても行うことができる。
また、上述の実施形態では、凹部内側の段差が階段状に形成されている場合について説明したが、凹部内側の段差は、浅い部分と深い部分が交互に形成された凹凸状であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】（ａ）〜（ｈ）は、本発明の第一実施形態係るハードマスク形成工程を説明する断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第一実施形態係るシリコン構造体の製造工程を説明する断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第一実施形態係るシリコン構造体の製造工程を説明する断面図である。
【図４】（ａ）は従来のシリコン構造体の製造工程を説明する断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ部の拡大図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は従来のシリコン構造体の製造工程における問題点を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００６９】
１  基材、４  凹部、４ａ  初期凹部、４Ａ  形成領域（凹部形成領域）、４Ｅ  周回領域、４１ａ，４２ａ，４ｎａ，４ｘａ  内側面（内表面）、４１ｂ，４２ｂ，４ｎｂ，４ｘｂ  底面（内表面）、４１ｇ，４２ｇ，４ｎｇ  段差、５ａ  保護膜、５ｂ  酸化膜
【図１】
2009266869.tif 000003
【図２】
2009266869.tif 000004
【図３】
2009266869.tif 000005
【図４】
2009266869.tif 000006
【図５】
2009266869.tif 000007