JP2005105416A - チタンベース材料の選択的等方性エッチングプロセス - Google Patents
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Abstract
【課題】 半導体又はマイクロマシンシステムのデバイスにおけるチタンベース層のエッチングプロセスを提供する。
【解決手段】 機構中の犠牲層をエッチングするためのプロセスであって、機構は犠牲層のエッチングのための三フッ化窒素から引き出されるプラズマに曝露される。プロセスは窒化チタン及びチタンをエッチングしても隣接するに酸化シリコン又はアルミニウム層に影響を及ぼさないような選択性を呈する。プロセスの応用例は集積回路機構及びＭＥＮＳ機構の形成を含む。
【選択図】 図９
【解決手段】 機構中の犠牲層をエッチングするためのプロセスであって、機構は犠牲層のエッチングのための三フッ化窒素から引き出されるプラズマに曝露される。プロセスは窒化チタン及びチタンをエッチングしても隣接するに酸化シリコン又はアルミニウム層に影響を及ぼさないような選択性を呈する。プロセスの応用例は集積回路機構及びＭＥＮＳ機構の形成を含む。
【選択図】 図９
Description
本発明は、一般に半導体又はマイクロマシンシステムのデバイスにおけるエッチング材料層に関し、より具体的にはそのようなデバイスにおけるチタンベース層のエッチングプロセスに関する。
マイクロマシン（ＭＥＮ）システムは機構部品のような基体材料上に形成された集積超小型デバイスからなる。システムは、集積回路バッチ処理技術を用いて作製され、ナノメートルからミリメートルの大きさとなる。ＭＥＮＳデバイスは微細な規模で個別に検知、制御及び作動するように動作させることができ、又はマクロな規模で効果を生成するために群において機能することもできる。現在のＭＥＮＳデバイスの応用例には加速度センサ、慣性及び角度センサ、圧力センサ、化学及び流量センサ、小型光デバイス、光スキャナー、流体デバイス、化学検知及び化学送達システム、並びに、生物センサ等がある。応用例において、ＭＥＮＳデバイスは基体及び層で化学的及び生物的分析に使用される超小型チャネルとともにチャネル寸法に応じて形成される。
ＭＥＮＳデバイスは、さらに、機構的ＭＥＮＳデバイスと同じシリコンチップ上に形成される集積回路デバイスの形態の電子部品からなる。好都合なことに、ＭＥＮＳデバイスは機械及び電子機構システムの大きさ及び重量を従来の機構システムに比べて減少させることができる。
ＭＥＮＳデバイスの作製には集積回路の作製と同様の処理工程が多く用いられる。特に、ＭＥＮＳデバイスの形成は、複雑な微細機構を作るためにシリコンウエハ表面のような基体表面上の付着、薄膜パターン形成が関与する。一般的な(マイクロメートルオーダーかそれ以下の厚さに適用される)薄膜材料には二酸化シリコン、窒化シリコン、多結晶シリコン（poly）、アモルファスシリコン、アルミニウム、耐火性の材料、及び、シリサイド等がある。ＭＥＮＳデバイスに機械的動きを与えるために、機構の素子を乖離し、動く素子間のギャップを形成する必要がある。従って、動作機構に影響を及ぼすことなく材料を除去することによってギャップを形成するために選択的エッチングプロセスが用いられる。
材料層を付着した後に、フォトリソグラフマスキング、パターン形成及びエッチング工程が不要な材料を除去するために用いられる。一般にエッチングプロセスはウエットエッチングとドライエッチングの２つのカテゴリーに分類される。ウエットエッチング反応によると、機構は、不要な材料が除去されるまで、例えば緩衝液で処理されたＨＦ溶剤等のエッチング溶剤が入った液体反応容器に浸され又は曝される。より効果的なウエットエッチングのためにウエハはエッチング容器に浸漬している間に機械的に又は超音波で攪拌される。ウエットエッチングは除去される材料層とエッチング溶剤との間の接触を必要とする。１以上の曝露された表面又は材料層の縁に沿って接触がなされる。表面又は縁がエッチング剤に充分に接触しないと、材料層の下部まで伸びる開口部がその上層において形成されることになり、エッチング剤が流れて材料に接触してエッチングする経路ができる。ウエットエッチングのプロセスが完了すると、ウエハが濯がれ遠心乾燥される。
一般に、エッチング剤は、等方性エッチング剤と非等方性エッチング剤の２つの広いカテゴリーに分けられる。ウエット等方性エッチング剤は、これらは二酸化シリコン、ニトライド、アルミニウム、ポリシリコン、金及びシリコンに利用可能なものであるが、材料を全ての方向に実質的に同じレートで侵食し、フォトリソグラフ・エッチング・マスクの下で垂直及び水平に材料を除去する。応用例によっては、アンダーカットといわれる重大な望ましくない水平エッチングが等方性エッチングプロセス中に発生し得る。非等方性エッチング剤は材料を異なる方向に異なるレートで侵食し、材料の除去プロセス中の制御性又は幾何学上における選択性のさらなる達成のために適応される。
幾何学的選択性に加えて、エッチング剤はまた材料選択性であり、つまり、特定のエッチング反応が異なる材料を異なるエッチングレートでエッチングする。例えば、フッ化水素酸（ＨＦ）はシリコンを侵食することなく二酸化シリコンをエッチングする。しかし、二酸化シリコン及びシリコンの除去において効果的なウエットエッチング剤は一般にアルミニウムのような金属を保護するのに充分な選択性を呈さない。一般に、集積回路デバイスやＭＥＮＳ機構の作製において、隣接するアルミニウムや他の金属化された機構を実質的に侵食せずにシリコン又は二酸化シリコンを除去することは難しいとされてきた。
ドライエッチングプロセスでは、標準的には主たるエッチング剤としてウエット反応や洗浄を伴わずにガスを用いる。ドライエッチングプロセスはウエットプロセスよりは強力ではなく、機構にダメージを与える危険が減るのでより小さく繊細な機構をウエハ表面に形成することができる。
ドライエッチングの１つであるダウンストリーム・プラズマエッチングはプラズマエネルギーを気体に印加し、材料エッチングを行う化学反応を開始する。プラズマエッチングシステムはチャンバー、真空システム、ガス供給、電力供給及びマイクロ波励磁電極からなる。チャンバーの圧力は真空にするために減圧されガス(又は混合ガス)がマイクロ波プラズマ管に導入される。例えば、二酸化シリコンをエッチングしている時に、ＣＦ４が酸素に混合され、これが不活性化剤として作用する。ガス混合物がチャンバーに流入すると、マイクロ波源はプラズマ管にエネルギーを供給し、ＣＦ４をフッ素及び炭素の基の群の中に解離する。この状態においては、フッ素は二酸化シリコンを侵食してエッチングし、それを真空システムによってチャンバーから除去される揮発性成分に変換する。
上述の材料及び方向の選択性に加えて、ウエット及びドライエッチング技術双方に共通の制約事項は寸法や大きさの変動、即ち、エッチングされる機構における線密度、臨界寸法、空き領域割合及び膜厚によるエッチングレートの変動を補償できないことである。例えば、大きい臨界寸法の基体領域は小さい臨界寸法の領域よりも一般に高いエッチングレートが施される。概して高いエッチングレートの領域は材料層を介してエッチングし、遅いエッチングレートを有する領域に先立って下にある層をエッチングし始めてしまう。この問題を克服するために、エッチングプロセスの継続時間は通常、領域に対して施される最も遅いエッチングレートによって決まり、それによりエッチングされる材料の完全な除去がなされる。また、臨界でない特性は構造寸法に基づいてエッチング変動に対処する物理的レイアウトにおいて補償され、所望の最終構造寸法が得られる。
図１Ａ、１Ｂ及び２はシリコン基体１０上にＭＥＮＳデバイスを形成するための従来の技術を図示するものである。図１Ａに示すように、基体１０上に(一般的には二酸化シリコンの)犠牲層１２が形成される。ＭＥＮＳデバイスが上層の(一般的にはポリシリコンの)機構層１４において形成される。この例においては、上面図である図１Ｂに図示されるような延長メンバー１５を生成するために、機構層１４がマスキング、パターン成形及びエッチングされる。機構層１４から延長メンバー１５を形成するために公知のいずれのドライ又はウエットエッチングプロセスが用いられる。そして、犠牲層１２の大部分を除去するためにウエハがウエットエッチングされ、図２に示すように、片持ち梁１６を形成するために延長メンバー１５を浮かせる。領域１２Ａが片持ち梁１６の支持として残るように、ウエハは犠牲層１２全体のエッチングが完了する前にエッチング槽から取り除かれる。従って、犠牲層１２の部分的除去が延長メンバー１５を基体１０から分離する。
図３Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤに図示されるように、部分的に閉じた空間からなるＭＥＮＳデバイスはまた基体１０の表面上に作製できる。犠牲層は基体１０上に配置されてエッチングされ、ＭＥＮＳ空間の容積を決める犠牲メサ２０を形成する。図３Ａが参照される。ポリシリコン層２２は、図３Ｂに図示されるように、基体１０及びメサ２０上に配置される。次に、開口部２４がポリシリコン層２２を貫通して(一般的には反応性イオンドライエッチングにより)エッチングされる。図３Ｃが参照される。そして、ウエハはウエットエッチング溶剤に浸漬され、メサ２０を除去し、空洞部２６を残す。
従来技術によると、エッチング材料の選択性の問題によってＭＥＮＳ機構及び集積回路デバイスの材料が制限される。公知のエッチング反応は好適とされる材料に対して充分な選択性を呈さない。犠牲層へエッチング剤を到達させることもまた、適切な大きさの開口部を介した、又は、基体の縁に沿った到達が犠牲層とのエッチング接触を必要とするため問題がある。
基体に形成された材料層の選択的エッチングのプロセスが記載される。フッ素ベースのプラズマが形成され、機構の温度が約１００℃より高く保持される。材料層は、機構の表面から材料層へ伸びる開口部を介したフッ素ベースのプラズマへの曝露によってエッチングされる。
積層関係にある複数の材料層からなる機構であって、第１の材料層、犠牲層及び第２の材料層からなり、第１の材料層の開口部が犠牲層へ伸びる。開口部に導入されたエッチング剤が犠牲層の少なくとも一部を除去する。
本発明の特徴は、付随する図面とともに下記の本発明のより詳しい記載から明らかにされる。なお、記載において、図面を通じて同じ符号は一貫して同じ要素を指すもとする。図面は必ずしも寸法通りではなく、その代わりに、本発明の主眼となるところの図示は強調されている。
本発明による独自のエッチングプロセスの詳細な説明の前に、本発明は主に要素と処理工程の新規な組み合わせに主眼が置かれていることが注目されるべきことである。従って、要素は図面において一般的な要素によって代表され、当業者なら直ちに分かるような構造上の詳細事項で本開示を不明瞭なものとしないように、ここに記載する利益のある本発明の核心に関係する特定の詳細のみを示すものである。
図４は集積回路やＭＥＮＳデバイスの形成における使用に適した代表的な層状機構５０を示すものである。機構５０は、積層関係において、(単結晶、アモルファス及び多結晶の構造における)シリコン、二酸化シリコン、窒化シリコン及びアルミニウム等のいくつかの異なる材料のタイプのいずれか１つから形成される基体５２、アルミニウム層５４、犠牲窒化チタン層５６、二酸化シリコン層５８及び層６０からなる。機構５０はさらに複数の経路６１からなる。当業者には解るように、経路は一般的に、例えばエッチングプロセス中における下層への経路確保や導電性材料で充填されて集積回路の内部接続層間の導電性内部接続機構の付設等の意図する機能に応じた断面寸法の垂直の開口部又は円形若しくは長方形の空洞部からなる。
本発明の教示によると、機構５０は低圧（即ち、減圧）で約５００ｍＴから約５００００ｍＴの範囲において三フッ化窒素（ＮＦ３）のプラズマエッチング剤に曝露される。圧力を可変として、本発明によって達成し得る結果に影響を及ぼすことができる。１つの実施例によると、機構５０の表面が約１００℃より高く、好ましくは約１４０℃に保持される。エッチングプロセス中に窒化チタン層５６が経路６１を通して横方向にエッチングされ、図５に示すような空間６２を形成する。曝露時間によって除去される材料の量、即ち、空間６２の横方向の伸長を決める。曝露時間を延ばすとより多くの窒化チタン層５６がエッチングされ、空間６２が伸長される。充分に長い曝露によってエッチング剤が窒化チタン層５６を完全に除去することになるであろう。図５は機構５０内のいくつかの空間６２を示すものであり、本発明によるプロセスが持続し繰り返されることを示している。
本発明のガスによる低圧エッチング条件の結果として、エッチングガスが経路６１を通じて犠牲層に接触するので微細な窒化チタン層５６のような犠牲層が効果的に除去される。１つの代表的機構５０では、窒化チタン層５６の厚さは約５５０オングストロームである。
他の実施例において、機構５０における実質的に水平な溝（図示せず）によってエッチングガスが犠牲層に接触するための気流経路ができる。所定の相補型酸化金属電界効果トランジスタ（ＣＭＯＳ）機構は物理的境界としての集積回路チップの縁で、及び、所定のフォトリソグラフ配列構造において、溝を含む。ＭＥＮＳデバイスにとって、そのような溝及び他の広い領域は一般的である。下にある溝への接触を与える開口部及び溝を介して、埋められた溝の複雑な整列を形成させ、この配列は化学的及び生物的応用例並びにセンサのために使用されるＭＥＮＳデバイスに特に有利である。
他の実施例では、上方に曲げて空間６２の垂直寸法を増加するために窒化チタン層５６が完全に除去され、上層の機構を可能とし、二酸化シリコン層５８及び材料層６０を含む。
さらに他の実施例では、層５６Ａ及び層５６Ｂが除去される一方、層５６は残され、層５６が層５４及び層５８間を移動できるようになる。
窒化チタン犠牲層に関して上述したが、他の実施例において、本発明の教示はチタン原子及び他のチタン化合物とその合金から形成される材料層を除去するのに適応可能である。本発明によるプロセスはまた、チタンベースの層が隣接するアルミニウム、タングステン、二酸化シリコン、窒化シリコン及び(単結晶、アモルファス及びポリシリコンの)シリコン材料層に影響を及ぼすことなく除去されるような比較的高い選択性を呈する。本発明の教示はまたＭＥＮＳ機構を作製するための代表的プロセスに適用できる。チタンベースの材料は犠牲層としての役割を担う。下層にあたる材料層は(例えば、窒化シリコン、二酸化シリコン等の)シリコンからなり、及び、上層はアルミニウムからなる。本発明の教示によるプロセスを採用すると、犠牲層は上層や下層にダメージを与えることなく除去できる。本発明はガスによるエッチングプロセスを利用するので、選択性の小さいウエットエッチングプロセスによって損傷するか除去されてしまうであろうより繊細で小さな寸法の構造の形成を可能にする。
本発明は図１Ａの犠牲層１２を除去するために用いることができる。この応用例では、犠牲層１２は窒化チタン、チタン原子又は他のチタン合金からなる。片持ち梁１６及び基体１０の材料はアルミニウム、二酸化シリコン、窒化シリコン、タングステン又は(単結晶、アモルファス又はポリシリコンの)シリコンからなる。従って、ＭＥＮＳ機構の製造において、本発明の材料選択性の特性によって、エッチングプロセスにおける適切な材料選択性の欠如のためにこれまでは組み合わせては使用できなかった材料の使用(及びエッチング)を可能とする。
また、本発明の材料選択性の特性によって、集積回路デバイスの作製におけるそのような材料の使用が可能となる。例えば、隣接するアルミニウム、二酸化シリコン、窒化シリコン、タングステン又は(単結晶、アモルファス又はポリシリコンの)シリコンからなる層を破壊することなく窒化チタン又はチタン膜をエッチングすることができる。
経路又は開口部のアスペクト比は機構の直径又は幅に対する機構の高さ又は厚さの比で定義される。高いアスペクト比の開口部を介して下層をエッチングしようとすると、高いアスペクト比の開口部と除去される材料層との間の接触が充分でない場合があるので、よく知られる困難に直面し得る。低圧三フッ化窒素（ＮＦ３）エッチングガスにおける反応性イオンの長〜中程度の自由経路によって、他のエッチングガスにおける中程度の(長さの)自由経路の場合に比べてエッチングガスがそのような開口部を貫流できるので、本発明のプロセスは高いアスペクト比の開口部を介して材料層をエッチングするように上手く利用することができる。約５０よりも大きいアスペクト比が簡単に本発明の教示に適応される。
本発明によるプロセスはまた必ずしも(図４又５の経路６１のような空間、溝又は経路のような)機構上の開口部に曝されていない犠牲層を除去するのにも使用できる。そのような応用例では、エッチング剤は犠牲層に犠牲層の露出した縁で接触する。図６を参照すると、プラズマが層５６に機構７１の縁６８に沿って接触する時に層５６の領域７０が除去される。
エッチング継続時間は窒化チタン層５６を完全に除去するために延長される。結果としてできる空間によってアルミニウム層５４と二酸化シリコン層５８との構造的分離がなされる。従って、ＭＥＮＳのデバイス及び機構の形成において並びに半導体デバイスの作製において好適に利用できるプロセスでこれら２つの層は完全に分離される。後者の応用例では、２つの対向する空間の表面上に導電材料を形成することによってコンデンサが作られる。前者の応用例では、歯車のようなＭＥＮＳ微細加工要素が機構に動きを与えるために２つの層間の分離を必要とする。
本発明の他の実施例によると、犠牲層をエッチングするために他のフッ素含有化学材料を使用できる。例えば、ＣｘＦｙ及びＣｘＨｙＦｚの化学物質は本発明の教示による使用のために適用できる。
集積回路デバイスの接触抵抗は導電経路のような内部接続機構と基体のドーピングされた領域との間の抵抗値である。標準的な集積回路は相当数のそのような接触部を含むので、エッチング接触の抵抗を減らすことにより内部接続抵抗全体を大幅に低減することができる。従来技術では、接触表面積を増やすこと、即ち、導電経路の断面を広げることによって接触抵抗が低減されている。しかし、経路の大きさの増大によって不都合なことにデバイス全体の大きさが増してしまう。本発明の実施例によると、低減された接触抵抗は集積回路デバイスにおいて以下のように形成される。
図７Ａに図示されるように、経路７２は基体７５のドーピングされた領域７４上に形成される。従来技術では、ドーピングされた領域７４と電気的接触における導電経路を形成するために経路７２は導電材料で充填される。導電経路の上表面は集積回路の他の内部接続機構に接続される。導電経路とドーピングされた領域７４との間の接触抵抗は接触表面積によってある程度決まる。
本発明の教示によると、経路７２の形成後に犠牲層７７の領域が上述のようにエッチングによって除去される。犠牲層７７が犠牲層７７の他の領域にもある場合、それらの領域はエッチング剤への曝露から保護される。図７Ｂに示すように、経路７２を通って又は縁７９に沿って犠牲層７７に接触してエッチング剤は層７７を除去する。導電インターフェイス８０は犠牲層７７の除去によって作られた開口部内に形成される（図７Ｃ参照）。導電インターフェイス８０では、導電経路との接触面積よりもドーピングされた領域７４との接触面積が大きいのでデバイスの大きさを増すことなく接触抵抗を低減できる。そして、経路７２は公知の処理工程に従って(タングステンのような)導電材料で充填される。
さらに他の実施例では、本発明の教示を超小型電子デバイス又はＭＥＮＳデバイスのための凹部のプロファイルを形成するために用いることができる。機構１００は図８Ａに示され、二酸化シリコン層１０１、窒化チタン層１０２、窒化チタン部１０４Ａ及び１０４Ｂ、アルミニウム内部接続層１０５Ａ及び１０５Ｂ、チタン層１０６Ａ及び１０６Ｂ並びに二酸化シリコン層１０８を含む。
図８Ｂに示すように、経路１１２は、一般的なプロセスによって形成され、二酸化シリコン層１０８の上表面１１４から窒化チタン層１０２に伸びる。本発明の教示は、窒化チタン層１０２及び１０６の領域１１６をエッチングするために用いられ、凹部構造１１８を形成する。図８Ｃが参照される。エッチング継続時間は除去される窒化チタンの量、即ち、凹部構造の寸法を決める。
導電材料が凹部構造１１８内に配置されて１以上のコンデンサを形成する。例えば、二酸化シリコン層１０８Ａ及び１０８Ｂが容量性誘電体材料として作用し、各々は領域１１８Ａ及び１１８Ｂで形成された電極板とともに作用できる。なお、上述のように窒化チタン層１０６Ａ及び１０６Ｂの部分が除去されている。図８Ｄが参照される。各コンデンサの第２の電極板は領域１１９Ａ及び１１９Ｂに形成され、二酸化シリコン層１０８Ａ及び１０８Ｂの上にそれぞれ配置される。コンデンサの第２の対は容量性誘電体材料としての役割を持つ二酸化シリコン層１０１の下にある領域１１９Ｃ及び１１９Ｄに配置される導電材料によって形成される。コンデンサの第２の対の対向する電極板は領域１１８Ｃ及び１１８Ｄに形成される。なお、窒化チタン層１０２の部分は除去されている。さらに他のコンデンサ構成では、アルミニウム内部接続層１０５Ａ及び１０５Ｂが領域１１８Ｅを挟む誘電体材料とともにコンデンサ電極板としての役割を持つ。１つの好適な誘電体材料は空気である。他の実施例では、誘電体材料が領域１１８Ｅに形成され容量性誘電体として作用する。上述のコンデンサは誘電体材料や電極板の間隔等の種々の要素の特性に依存する容量値の範囲を持つ。一般に、直前に述べた構成の容量は比較的小さく、それゆえ、基体上に形成された他のコンデンサに対して小さい容量を加えたり減じたりして調整するために利用される。そのように形成されたコンデンサはまたマイクロマシンデバイス内のセンサデバイスとして動作することができる。さらに、図８Ｄは垂直断面図を示すものであるが、コンデンサの種々の導電又は誘電体層は紙のような水平面に伸長でき、曲部又は曲部構成での伸長も含み、コンデンサの物理的寸法、構成及び容量に影響を与える。
ＭＥＮＳの応用例において、加速度センサのレバーアームを絶縁された空洞中に形成することができる。機構１２０が図９Ａに示され、二酸化シリコン層１２１、窒化チタン層１２２、窒化チタン部１２４Ａ及び１２４Ｂ、アルミニウム層１２５Ａ及び１２５Ｂ、チタン層１２６Ａ及び１２６Ｂ並びに二酸化シリコン層１２８を含む。図９Ａに示すような材料層に関していくつかの進歩的な実施例が説明されてきたが、当業者であれば本発明の教示はここに示されたもの以外の構成や配向を持つ他の材料層にも使用できることは認識できる。
図９Ｂに示すように、経路１３２は、一般的なプロセスによって形成され、二酸化シリコン層１２８の上表面１３４から窒化チタン層１２２に伸びる。本発明の教示は、窒化チタン層１２２、１２６Ａ及び１２６Ｂの領域１３６をエッチングするために用いられ、図９Ｃのレバーアーム１３７を形成する。エッチング継続時間によって除去される窒化チタンの量、即ち、レバーアーム１３７の開放された部分の長さを決める。
図１０はガス供給源から三フッ化窒素を取り込むための入口１４０を有する本発明の利用に好適なプラズマチャンバー１４０を示すものである。チャンバー１４０内で三フッ化窒素のプラズマを生成するために電源１４４は高周波エネルギーを電極１４６に供給する。プラズマチャンバー１４０は約５００ｍＴから約５００００ｍＴの範囲の低圧に保たれる。代替の実施例では、ヘリウム又はアルゴンのような不活性キャリアガスが入口１４０を介してガスフローに加えられる。プラズマが１以上のウエハ１５０がプラットフォーム１５２上に配置される(約５００〜３５００ｍＴの圧力に保たれた)反応チャンバー１４８に供給される。反応チャンバーに入った時のプラズマの温度は約１００℃から約２００℃の範囲である。ウエハ１５０はまた約１００℃から約２００℃の温度に保たれる。プラズマは、上述のように図４の窒化チタン層５６のようなチタン又は窒化チタン犠牲膜を選択的にエッチングする。
窒化チタン層に関して上述したが、本発明によるプロセスは、チタン、窒化チタン若しくは他のチタン化合物又はそれらの合金の犠牲層を、２つのシリコン層（例えば、シリコン化合物を含むポリシリコン、アモルファスシリコン及び単結晶シリコン）、２つの二酸化シリコン層、２つの窒化シリコン層、２つのアルミニウム層（アルミニウム原子及びアルミニウム化合物並びに合金）、２つのタングステン層又はそれらの材料の組み合わせから除去するために様々な実施例において用いることができる。本発明によるエッチングプロセスは他の材料層に変化を与えずにチタンベースの層だけを除去するのに選択的である。さらに、このプロセスは、高いアスペクト比の開口部である場合もあるような開口部を介して材料をエッチングするのに効果的である。
一般的なエッチング化学材料を基にここに言及した様々な材料の代表的エッチング比は、チタン：シリコンが約１０：１より大きいもの、チタン：二酸化シリコンが約１０：１より大きいもの、窒化チタン：アルミニウムが５０：１より大きいもの、チタン：窒化シリコンが１０：１より大きいもの等がある。本発明によって提供されたエッチングの選択性は過剰なエッチング条件の効果を低減するものである。
本発明の１つの応用例では、図９Ｃに示すレバーアーム１３７のようなＭＥＮＳ機構が集積回路動作デバイスを載せる基体上のアルミニウムで形成される。アルミニウムは約４００℃以下の温度で基体上に曝されるので、既に形成された集積回路デバイスはアルミニウムの付着ステップ中に不都合な影響を受けることはない。
そのようなＭＥＮＳ機構を形成するために、１以上の犠牲層が基体材料における動作回路デバイスの形成の後に付着されパターン加工される。アルミニウムが付着され、本発明の技術がアルミニウムと下層の基体の間に配置された犠牲層を除去するのに用いられる。犠牲層又は層のエッチングプロセスは、上述のように、相対的に小さいアスペクト比の開口部を介して、基体の溝と介して、又は、基体の端面での犠牲層の露出部のエッチングによって達成できる。従って、本発明は集積回路デバイスと同じ基体上のアルミニウムからＭＥＮＳデバイスを形成することを可能とする技術を提供するものである。
他の実施例では、この技術によってマイクロミラー機構を集積回路基体上に形成できる。図１１Ａ及び１１Ｂは窒化チタン層１６４及び基体１６６の上に配置されるミラー材料１６２からなるマイクロミラー１６０の上面及び側面図をそれぞれ示すものである。マイクロミラー１６０は基体１６６における開口部１６７を介して本発明の教示による窒化チタンのエッチングプロセスに曝されて窒化チタン層１６４を除去する。結果としてできる機構が図１２Ａ及び１２Ｂに示される。窒化チタン層１６４の除去によって形成されるギャップ１６８によって、ミラー材料１６２の移動可能な又は回転可能な部分１７０が当業者に公知の技術によって制御可能に回転又はアーム１７１について回転できるようになる。
好都合なことに、比較的低い温度での本発明のエッチングプロセスの導入によって、低い温度のエッチングプロセスは既に形成された集積回路デバイスに強い影響を及ぼすことはないということから、集積回路デバイスに類似のＭＥＮＳ機構の形成が可能となる。従来技術のＭＥＮＳプロセスにおいて高温でダメージを受ける可能性があった温度に敏感な材料でも、本発明の教示によると、高温のステップを回避しているのでＭＥＮＳデバイスを形成するために用いることができる。
プロセスが基体の層をエッチングするのに有用なものとして記載されてきた。特定の応用例及び発明の代表例が図示され述べられてきたが、ここに開示された原理は様々な方法において並びに様々な集積回路及びＭＥＮＳ機構において発明を実施するための基礎を提供するものである。数値の変更は本発明の範疇において可能である。発明は特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
５０ 機構
５２ 基体
５４ アルミニウム層
５６ 窒化チタン層
５８ 二酸化シリコン層
６０ 材料層
６１ 経路
６２ 空間
６８ 縁
７０ 領域
７１ 機構
７２ 経路
７４ ドーピングされた領域
７５ 基体
７７ 犠牲層
７９ 縁
８０ 導電インターフェイス
１００ 機構
１０１ 二酸化シリコン層
１０２ 窒化チタン層
１０４ 窒化チタン部
１０５ アルミニウム内部接続層
１０６ チタン層
１０８ 二酸化シリコン層
１１２ 経路
１１４ 上表面
１１６ 領域
１１８ 凹部構造
１１９ 領域
１２０ 機構
１２１ 二酸化シリコン層
１２２ 窒化チタン層
１２４ 窒化チタン部
１２５ アルミニウム層
１２６ 窒化チタン層
１２８ 二酸化シリコン層
１３７ レバーアーム
１６０ マイクロミラー
１６２ ミラー材料
１６４ 窒化チタン層
１６６ 基体
１６７ 開口部
１６８ ギャップ
１７０ 回転可能な部分
１７１ アーム
５２ 基体
５４ アルミニウム層
５６ 窒化チタン層
５８ 二酸化シリコン層
６０ 材料層
６１ 経路
６２ 空間
６８ 縁
７０ 領域
７１ 機構
７２ 経路
７４ ドーピングされた領域
７５ 基体
７７ 犠牲層
７９ 縁
８０ 導電インターフェイス
１００ 機構
１０１ 二酸化シリコン層
１０２ 窒化チタン層
１０４ 窒化チタン部
１０５ アルミニウム内部接続層
１０６ チタン層
１０８ 二酸化シリコン層
１１２ 経路
１１４ 上表面
１１６ 領域
１１８ 凹部構造
１１９ 領域
１２０ 機構
１２１ 二酸化シリコン層
１２２ 窒化チタン層
１２４ 窒化チタン部
１２５ アルミニウム層
１２６ 窒化チタン層
１２８ 二酸化シリコン層
１３７ レバーアーム
１６０ マイクロミラー
１６２ ミラー材料
１６４ 窒化チタン層
１６６ 基体
１６７ 開口部
１６８ ギャップ
１７０ 回転可能な部分
１７１ アーム
Claims (51)
- 機構中に形成された材料層を選択的にエッチングするプロセスであって、
フッ素含有ガスからプラズマを形成するステップ、
該機構の温度を約１００℃よりも高く保持するステップ、
該機構の表面から該材料層に伸びる開口部を形成するステップ、及び、
該材料層をエッチングするために該材料層を該プラズマに該開口部を介して曝露するステップ
からなるプロセス。 - 請求項１記載のプロセスにおいて、該フッ素含有ガスがＮＦ３からなることを特徴とするプロセス。
- 請求項１記載のプロセスにおいて、該開口部は、実質的に垂直な経路の開口部と実質的に水平な経路の開口部から選択されることを特徴とするプロセス。
- 請求項１記載のプロセスにおいて、該開口部が少なくとも５０：１の相対的に高いアスペクト比を呈することを特徴とするプロセス。
- 請求項１記載のプロセスにおいて、該曝露するステップがさらに、該材料層のエッチングの伸長を制御するために曝露継続時間を調節するステップからなることを特徴とするプロセス。
- 請求項１記載のプロセスにおいて、該材料層は犠牲層からなることを特徴とするプロセス。
- 請求項１記載のプロセスにおいて、該材料層がチタン、窒化チタン、チタン化合物及びチタン合金の中から選択されることを特徴とするプロセス。
- 請求項１記載のプロセスにおいて、該機構が、二酸化シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、単結晶シリコン、窒化シリコン、タングステン、アルミニウム原子及びアルミニウム合金の中から選択された層からなることを特徴とするプロセス。
- 請求項１記載のプロセスにおいて、該機構が、二酸化シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、単結晶シリコン、窒化シリコン、タングステン、アルミニウム原子及びアルミニウム合金の中から選択される上層及び下層からなり、該材料層が該下層及び該上層間に配置された犠牲層からなり、該材料層がチタン、窒化チタン、チタン化合物及びチタン合金の中から選択されることを特徴とするプロセス。
- 請求項１記載のプロセスにおいて、該機構の温度を該保持するステップが、さらに、該機構の温度を約１００℃から２００℃の間に保持するステップからなることを特徴とするプロセス。
- 請求項１記載のプロセスにおいて、該機構が、該材料層を挟む上層及び下層からなり、該材料層が犠牲層からなり、該曝露するステップの後に該上層及び該下層が分離されることを特徴とするプロセス。
- 請求項１記載のプロセスにおいて、該機構が上層及び下層からなり、該材料層が犠牲層からなり、該曝露するステップの後に該材料層の１以上の領域が除去されることを特徴とするプロセス。
- 請求項１２記載のプロセスにおいて、該犠牲層がチタン、窒化チタン、チタン化合物及びチタン合金の中から選択され、該上層及び該下層の１つがアルミニウムからなることを特徴とするプロセス。
- 請求項１記載のプロセスにおいて、該プラズマを形成するステップが、さらに、約５００ｍＴから約５００００ｍＴの範囲の低圧でプラズマを形成するステップからなることを特徴とするプロセス。
- マイクロマシンデバイス及び１以上の半導体デバイスからなる機構において形成される犠牲層を選択的にエッチングするプロセスであって、
フッ素含有ガスからプラズマエッチング剤を形成するステップ、
該機構の温度を約１００℃より高く保持するステップ、
該機構の表面から該犠牲層に伸びる開口部を形成するステップ、及び、
該半導体デバイスの集積度を低下させることなく該犠牲層の領域を除去するために該犠牲層をプラズマエッチング剤に曝露するステップ
からなるプロセス。 - 請求項１５記載のプロセスにおいて、該エッチング剤のエッチング比は少なくとも１０：１であることを特徴とするプロセス。
- 請求項１５記載のプロセスにおいて、該マイクロマシンデバイスは積層関係にある第１、第２及び第３の材料層からなり、該第２の材料層は犠牲層からなり、チタン、窒化チタン及びチタン合金の中から選択されることを特徴とするプロセス。
- 請求項１７記載のプロセスにおいて、該第１及び該第３の材料層は二酸化シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、単結晶シリコン、窒化シリコン、タングステン、アルミニウム原子及びアルミニウム合金の中から選択されることを特徴とするプロセス。
- 請求項１５記載のプロセスにおいて、該開口部が少なくとも５０：１の相対的に高いアスペクト比を呈することを特徴とするプロセス。
- 請求項１５記載のプロセスにおいて、該機構の温度を該保持するステップが、さらに、該機構の温度を約１００℃から２００℃の間に保持するステップからなることを特徴とするプロセス。
- 請求項１５記載のプロセスにおいて、該マイクロマシンデバイスが、該材料層を挟む上層及び下層からなり、該材料層が犠牲層からなり、該曝露するステップの後に該上層及び該下層が分離されることを特徴とするプロセス。
- 半導体基体において導電経路及びドーピングされた領域間に接触部を形成するためのプロセスであって、
犠牲層を該ドーピングされた領域上に形成するステップ、
材料層を該犠牲層上に形成するステップ、
該材料層において開口部を形成するステップであって、該開口部は該犠牲層の領域に面しているステップ、
少なくとも該犠牲層の一部分をエッチングするステップ、
該犠牲層の該エッチングされた部分において導電材料を形成するステップ、及び、
該導電材料を該開口部に形成するステップ
からなるプロセス。 - 請求項２２記載のプロセスにおいて、該エッチングするステップが、さらに、
フッ素含有ガスからプラズマを形成するステップ、
該基体の温度を約１００℃よりも高く保持するステップ、及び、
該犠牲層をエッチングするために該犠牲層をプラズマに曝露するステップ
からなるプロセス。 - 請求項２３記載のプロセスにおいて、該曝露するステップが、さらに、
該犠牲層を該プラズマに該開口部を介して曝露するステップからなるプロセス。 - 請求項２２記載のプロセスにおいて、該開口部が少なくとも５０：１の相対的に高いアスペクト比を呈することを特徴とするプロセス。
- 基体に凹部構造を形成するプロセスであって、
積層関係にある第１の材料層、第１の犠牲層、第２の材料層、第２の犠牲層及び第３の材料層からなる基体を形成するステップ、
該第２の材料層において該第１及び第２の犠牲層にブリッジしている実質的に垂直な犠牲材料の領域を形成するステップ、
該第３の材料層、該第２の犠牲層及び該第２の材料層を通る開口部を形成するステップであって、該開口部は該ブリッジしている犠牲材料に結合され該第１の犠牲層を曝露するステップ、及び、
該開口部付近の該第１及び該第２の犠牲層の部分を横方向にエッチングするとともに該ブリッジしている犠牲材料を垂直方向にエッチングするステップ
からなるプロセス。 - 請求項２６記載のプロセスにおいて、該エッチングするステップが、さらに、該基体をフッ素含有ガスに曝露するステップからなることを特徴とするプロセス。
- 請求項２６記載のプロセスにおいて、該開口部が少なくとも５０：１の相対的に高いアスペクト比を呈することを特徴とするプロセス。
- 請求項２６記載のプロセスにおいて、該第１及び該第２の犠牲層並びに該ブリッジしている犠牲層の材料が、チタン、窒化チタン、チタン化合物及びチタン合金の中から選択されることを特徴とするプロセス。
- 請求項２６記載のプロセスにおいて、該第１、第２及び第３の材料層が二酸化シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、単結晶シリコン、窒化シリコン、タングステン、アルミニウム原子及びアルミニウム合金の中から選択されることを特徴とするプロセス。
- 請求項２６記載のプロセスにおいて、該エッチングするステップが、さらに、該基体の温度を約１００℃から２００℃の間に保持するステップからなることを特徴とするプロセス。
- 請求項２６記載のプロセスにおいて、該第１の材料層が誘電体材料層からなり、該プロセスが、さらに、
該第１の犠牲層のエッチングされた領域に第１のコンデンサ用電極を形成するステップ、及び、
該第１の材料層の下層に第２のコンデンサ用電極を形成するステップであって、該第１及び第２のコンデンサ用電極に介在する該誘電体材料層がコンデンサ用誘電体からなるステップ
からなることを特徴とするプロセス。 - 請求項２６記載のプロセスにおいて、該第２の材料層が誘電体材料層からなり、該プロセスが、さらに、
該第２の犠牲層のエッチングされた領域に第１のコンデンサ用電極を形成するステップ、及び、
該第３の材料層の上層に第２のコンデンサ用電極を形成するステップであって、該第１及び第２のコンデンサ用電極に介在する該誘電体材料層がコンデンサ用誘電体からなるステップ
からなることを特徴とするプロセス。 - 請求項２６記載のプロセスにおいて、該第２の材料層が、該開口部によって分離された第１及び第２の部分からなり、該第２の材料層が導電材料層からなり、該第１及び該第２の部分は第１及び第２のコンデンサ用電極として動作し、かつ、コンデンサ用誘電体は該ブリッジしている犠牲材料がエッチングされた領域からなることを特徴とするプロセス。
- 請求項３４記載のプロセスであって、さらに、該ブリッジしている犠牲材料がエッチングされた該領域において誘電体材料を形成するステップであって、該コンデンサの容量が該誘電体材料に依存することを特徴とするプロセス。
- 積層関係にある複数の材料層からなる機構であって、
第１の材料層、
犠牲層、
第２の材料層、及び、
該犠牲層へ伸びる該第１の材料層における開口部であって、該犠牲層の少なくとも一部分を除去するためにエッチング剤が該開口部に導入される開口部からなるプロセス。 - 請求項３６記載のプロセスにおいて、該開口部が少なくとも５０：１の相対的に高いアスペクト比を呈することを特徴とするプロセス。
- 請求項３６記載のプロセスにおいて、該犠牲層がチタン、窒化チタン、チタン化合物及びチタン合金の中から選択されることを特徴とするプロセス。
- 請求項３６記載のプロセスにおいて、該第１及び第２の材料層が二酸化シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、単結晶シリコン、窒化シリコン、タングステン、アルミニウム原子及びアルミニウム合金の中から選択されることを特徴とするプロセス。
- 請求項３６記載のプロセスにおいて、該第１及び該第２の材料層が該犠牲層の除去された部分で分離されることを特徴とするプロセス。
- 請求項３６記載のプロセスにおいて、該第２の材料層が、該犠牲層から該犠牲層の除去された部分で分離された第１の端部、及び、該犠牲層に固着した第２の端部を有するメンバーからなることを特徴とするプロセス。
- 請求項４１記載のプロセスにおいて、該第２の材料層が片持ち梁構造からなることを特徴とするプロセス。
- マイクロミラー機構であって、
基体、
該基体の上層の犠牲層
該犠牲層の上層の回転可能な領域からなる反射材料、及び、
該基体及び該犠牲層へ伸びる該反射材料の少なくとも１つにおける開口部であって、該犠牲層の少なくとも一部分を除去するためにエッチング剤が該開口部に導入される開口部からなる機構。 - 請求項４３記載の機構において、該開口部が少なくとも５０：１の相対的に高いアスペクト比を呈することを特徴とする機構。
- 請求項４３記載の機構において、該犠牲層がチタン、窒化チタン、チタン化合物及びチタン合金の中から選択され、該基体が二酸化シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、単結晶シリコン、窒化シリコン、タングステン、アルミニウム原子及びアルミニウム合金の中から選択されることを特徴とする機構。
- 請求項４３記載の機構において、該犠牲層の除去された部分が該回転可能な領域の該基体に対する回転を可能とすることを特徴とする機構。
- マイクロマシンデバイス及び１以上の半導体デバイスからなる機構であって、該機構が、
該１以上の半導体デバイスからなる基体、
該基体の上層の犠牲層、
該犠牲層の上層の材料層であって、該マイクロマシンデバイスが該材料層に形成される材料層、及び、
該基体及び該犠牲層へ伸びる該材料層の少なくとも１つにおける開口部であって、該マイクロマシンデバイスを形成するために該犠牲層の少なくとも一部分を除去するためにエッチング剤が該開口部に導入される開口部
からなる機構。 - 請求項４７記載の機構において、該開口部が少なくとも５０：１の相対的に高いアスペクト比を呈することを特徴とする機構。
- 請求項４７記載の機構において、該犠牲層がチタン、窒化チタン、チタン化合物及びチタン合金の中から選択され、該基体及び該材料層が二酸化シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、単結晶シリコン、窒化シリコン、タングステン、アルミニウム原子及びアルミニウム合金の中から選択されることを特徴とする機構。
- 請求項４７記載の機構において、該犠牲層の除去された部分が該マイクロマシンの該基体に対する動きを可能とすることを特徴とする機構。
- 請求項４７記載の機構において、該材料層は
該犠牲層に対して空間で仕切られた両端に張り付けられた機構、及び、該空間で仕切られた両端と該除去された部分の上層に介在する領域からなり、該介在する領域が該基体に対して移動可能なことを特徴とする機構。
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