(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン層−絶縁層−シリコン基板と順次的に積層された構造のシリコン層を貫通する反応性イオンエッチング方法において、
（ａ）シリコン基板上に絶縁層を形成する段階と、
（ｂ）前記絶縁層上に前記シリコン基板を露出させるトレンチを形成する段階と、
（ｃ）前記絶縁層上に前記トレンチを充填するようにシリコン層を形成する段階と、
（ｄ）前記シリコン層を貫通する第１エッチング領域を形成するエッチング時に、前記トレンチ領域に充填された前記シリコン層を除去して前記シリコン基板を露出させるように前記シリコン層をパターニングする段階とを具備することを特徴とする反応性イオンエッチング方法。
【請求項２】
前記（ｄ）段階は、前記トレンチ間に対応する前記シリコン層に前記第１エッチング領域に比べて狭い第２エッチング領域をパターニングする段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の反応性イオンエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching、以下、ＲＩＥ）時に生じるノッチングの低減方法に係り、より詳細には、シリコン層−絶縁層−シリコン基板と積層された構造体において、前記シリコン層を貫通するＲＩＥ時にシリコン層の下部に生じるノッチングを減らす方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的にシリコン構造物をパターニングするためにＲＩＥ方法が利用されてきた。このようなエッチング方法でシリコン層−絶縁層−シリコン基板の積層構造においてシリコン層を貫通するエッチングをする場合、微細負荷効果（microloading effect）により図１に示されたように、エッチング速度が遅い開口部３４の狭い所の貫通エッチングが進行する間に、開口部３６の大きい所ではエッチングが速く進行して貫通エッチングされた領域にオーバーエッチングが起こる。すなわち、シリコン基板１０上の絶縁層２０を攻撃するエッチングイオンにより絶縁層２０の表面が帯電されて電位が形成され、これはエッチングイオンを反射させてシリコン層３０の下部に不要な側面エッチングを起こす。この側面エッチング、すなわちノッチング３２は構造物を薄くして表面を不均一にし、所望の機械的、電気的特性が得られないようにする。
【０００３】
このようなノッチング現象を改善するために、前記絶縁層上に金属層を形成して前記エッチングイオンを放電させる方法もあるが、これは金属層蒸着と陽極接合をさらに要求する問題点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の問題点を改善するために案出されたものであり、その目的は、シリコン層を貫通するＲＩＥ時にシリコン層の下部にて生じるノッチング現象を顕著に減らしうるノッチング低減方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のＲＩＥ時に生じるノッチング低減方法は、シリコン層−絶縁層−シリコン基板と順次的に積層された構造のシリコン層を貫通する反応性イオンエッチング方法において、（ａ）シリコン基板上に絶縁層を形成する段階と、（ｂ）前記絶縁層上に前記シリコン基板を露出させるトレンチを形成する段階と、（ｃ）前記絶縁層上に前記トレンチを充填するシリコン層を形成する段階と、（ｄ）前記シリコン層を貫通する第１エッチング領域が前記トレンチ領域を内包するように前記シリコン層をパターニングする段階とを具備する。
【０００６】
前記（ｄ）段階は、前記トレンチ間に対応する前記シリコン層に前記第１エッチング領域に比べて狭い第２エッチング領域をパターニングする段階を含むことが望ましい。
【０００７】
また、前記（ｄ）段階は、前記トレンチに充填された前記シリコンを除去して前記シリコン基板を露出させる段階を含むことが望ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、添付された図面を参照して本発明の実施形態によるＲＩＥ時に生じるノッチング低減方法を詳細に説明する。
【０００９】
図２は本発明により形成されたシリコン層−絶縁層−シリコン基板の積層構造を示す斜視図であり、図３は図２のIII−III’線に沿って切開した部分の断面図である。
【００１０】
図面を参照すれば、シリコン基板１００上にトレンチ２１０が形成された絶縁層２００が形成されており、絶縁層２００上にはシリコン層３００が形成されている。前記絶縁層２００のトレンチ２１０領域はそれに対応するシリコン層３００のエッチング領域３１０内に位置することが分かる。
【００１１】
図４Ａないし図４Ｅは本発明のＲＩＥ時に生じるノッチングを減らす方法を段階別に説明する概略断面図である。
【００１２】
まず、図４Ａに示されたように、シリコン基板１００上に所定の厚みの絶縁層２００を形成する。次に、図４Ｂに示されたように、パターニングを通じて前記絶縁層２００を貫通するトレンチ２１０を所定パターンに形成する。前記トレンチ２１０は貫通されてトレンチの下部にあるシリコン基板１００の表面が露出されている。
【００１３】
次に、図４Ｃに示されたように、前記絶縁層２００上に前記トレンチ２１０を覆うシリコン層３００を形成する。次に、図４Ｄに示されたように、前記シリコン層３００をＲＩＥ方法によりエッチングする。この時、開口の広い所３０６のエッチング速度が開口の狭い所３０４より速いので、開口の広い所３０６のシリコン層３００が貫通されたのに対し、開口の狭い所３０４は底面までエッチングされなかった。
【００１４】
従って、開口の狭い所も貫通させるためには、 図４Ｅに示されたように、エッチングを続ければ、開口の広い所３０６のシリコン層３００のエッチング領域の下部の絶縁層２００に形成されたシリコン層３００がエッチングされてシリコン基板１００の表面が露出される。従って、開口の広い所３０６のオーバーエッチングによるエッチングイオンはシリコン基板１００を通じて外部に放電される。
【００１５】
一方、シリコン層３００の開口の広い所３０６と共に開口の狭い所３０４をＲＩＥする場合、前記開口の狭い所３０４の下部に位置する絶縁層２００にトレンチ２１０を形成する過程を省略することもできる。
【００１６】
実験例
図５は従来のトレンチのない絶縁層上のシリコン層を貫通するＲＩＥを行った後、シリコン層を分離してその下部から見た走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真であり、図６は３μｍの開口のトレンチが形成された絶縁層上のシリコン層を貫通するＲＩＥを行った後、シリコン層を分離してその下部から見たＳＥＭ写真であり、図７は６μｍの開口のトレンチが形成された絶縁層上のシリコン層を貫通するＲＩＥを行った後、シリコン層を分離してその下部から見たＳＥＭ写真である。
【００１７】
この実験例では２．５μｍの厚みのＴＥＯＳ絶縁層上に形成された５２μｍの厚みのシリコン層構造を使用した。まず、絶縁層にトレンチを形成しない絶縁層と、それぞれ３μｍ、６μｍの開口のトレンチが形成された絶縁層上にシリコン層を形成した。約８μｍの開口を有するようにシリコン層をＲＩＥする時、ノッチングを起こすために３０％ほどオーバーエッチングした。その結果のＳＥＭ写真は図５ないし図７の通りである。
【００１８】
絶縁層にトレンチが形成されていない場合のＳＥＭ写真である図５から明らかなように、前記オーバーエッチングによりシリコン層の底面にノッチングがかなり形成されていた。また、３μｍのトレンチが形成された絶縁層の場合にも、図６から明らかなように、オーバーエッチングにより底面にノッチングがある程度形成されていた。
【００１９】
しかし、６μｍのトレンチが形成された絶縁層の場合には、図７から明らかなように、ノッチング現象が顕著に減少した。従って、シリコン層の下部に生じるノッチングはシリコン層の下部の壁において生じるためにその壁と近い所での放電が重要であり、前記壁とトレンチ間の間隔を狭めるほどノッチング現象が減少する。
【００２０】
本発明は図面を参照して実施形態を参考にして説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当分野で通常の知識を持った者ならば、これから多様な変形及び均等な実施形態が可能であるということが理解されうる。従って、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求の範囲に限って決められねばならない。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、ＲＩＥ方法により貫通されるシリコン層を有する積層構造を製造する場合にも、ノッチングを減らすために追加的な金属層の蒸着をせずとも、ノッチングを顕著に減らすのでＲＩＥが必要な多くの素子の製造に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来のＲＩＥ方法によりノッチングが形成されたことを示す図面である。
【図２】  本発明の望ましい実施形態による構造を示す斜視図である。
【図３】  図２のIII−III’線に沿って切開した部分の断面図である。
【図４Ａ】  本発明の望ましい実施形態によるＲＩＥ時に生じるノッチングを減らす方法を段階別に説明する概略断面図である。
【図４Ｂ】  本発明の望ましい実施形態によるＲＩＥ時に生じるノッチングを減らす方法を段階別に説明する概略断面図である。
【図４Ｃ】  本発明の望ましい実施形態によるＲＩＥ時に生じるノッチングを減らす方法を段階別に説明する概略断面図である。
【図４Ｄ】  本発明の望ましい実施形態によるＲＩＥ時に生じるノッチングを減らす方法を段階別に説明する概略断面図である。
【図４Ｅ】  本発明の望ましい実施形態によるＲＩＥ時に生じるノッチングを減らす方法を段階別に説明する概略断面図である。
【図５】  従来の方法でシリコン層を貫通するＲＩＥ後のシリコン層の下部のＳＥＭ写真である。
【図６】  ３μｍの開口のトレンチが形成された絶縁層上のシリコン層を貫通するＲＩＥ後のシリコン層の下部のＳＥＭ写真である。
【図７】  ６μｍの開口のトレンチが形成された絶縁層上のシリコン層を貫通するＲＩＥ後のシリコン層の下部のＳＥＭ写真である。
【符号の説明】
１００  シリコン基板
２００  絶縁層
２１０  トレンチ
３００  シリコン層
３１０  エッチング領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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