シリコン構造体の製造方法
【課題】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。
【解決手段】寸法Ｗまたは形状が異なる複数の開口部２１ａ〜２１ｆ，２２を備えたマスクパターン２を形成するマスクパターン形成工程と、複数の開口部２１ａ〜２１ｆ，２２に露出された基材１を同時に深さｄ１，ｄ２方向に異方性ドライエッチングして、深さｄ１，ｄ２の異なる初期凹部１１，１２を形成するエッチング工程と、複数の初期凹部１１，１２の内表面を酸化することにより、初期凹部１１，１２の各々の間に隔壁１ｗとして残存した基材１の全体を酸化して酸化部を形成する酸化部形成工程と、酸化部を除去して、凹部４を形成する酸化部除去工程と、を有することを特徴とする。
【解決手段】寸法Ｗまたは形状が異なる複数の開口部２１ａ〜２１ｆ，２２を備えたマスクパターン２を形成するマスクパターン形成工程と、複数の開口部２１ａ〜２１ｆ，２２に露出された基材１を同時に深さｄ１，ｄ２方向に異方性ドライエッチングして、深さｄ１，ｄ２の異なる初期凹部１１，１２を形成するエッチング工程と、複数の初期凹部１１，１２の内表面を酸化することにより、初期凹部１１，１２の各々の間に隔壁１ｗとして残存した基材１の全体を酸化して酸化部を形成する酸化部形成工程と、酸化部を除去して、凹部４を形成する酸化部除去工程と、を有することを特徴とする。
【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、（１）のエッチング工程と上記の（２）の薄膜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系の薄膜の量は場所（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薄膜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薄膜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、本発明のシリコン構造体の製造方法は、シリコンからなる基材に、内側に深さ方向の段差を有する凹部が形成されたシリコン構造体の製造方法であって、寸法または形状が異なる複数の開口部を備えたマスクパターンを形成するマスクパターン形成工程と、前記複数の開口部に露出された前記基材を同時に深さ方向に異方性ドライエッチングして、深さの異なる複数の初期凹部を形成するエッチング工程と、前記複数の初期凹部の内表面を酸化することにより、前記初期凹部の各々の間に隔壁として残存した前記基材の全体を酸化して酸化部を形成する酸化部形成工程と、前記酸化部を除去して、前記凹部を形成する酸化部除去工程と、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、エッチング工程において、基材に開口部の寸法または形状が異なる各初期凹部が異なるエッチング速度でエッチングされる。これにより、初期凹部が複数の異なる深さに形成される。この際、各初期凹部の内側面を構成する基材が各初期凹部の間に初期凹部同士を隔離する隔壁として残存した状態で、各初期凹部が形成される。そして、酸化部形成工程において、各初期凹部の内表面と、各初期凹部の間に残存した隔壁とが酸化されて酸化部となる。さらに、酸化部除去工程においてこの酸化部が除去されて凹部の全体の形状が形成される。これにより、凹部の内表面が平滑化されるとともに、深さの異なる初期凹部の間の隔壁が除去されて、凹部の内側に深さ方向の段差が１段以上複数段形成される。
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、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。
【０００９】
また、本発明のシリコン構造体の製造方法は、前記マスクパターン形成工程において前記開口部の前記寸法または前記形状を調整することで、前記エッチング工程において前記初期凹部の深さを制御することを特徴とする。
【００１０】
このように製造することで、エッチング工程において初期凹部の開口部の寸法を大きくして基材のエッチング速度を上昇させることができる。また、初期凹部の開口部の寸法を小さくして基材のエッチング速度を低下させることができる。また、初期凹部の開口部の形状を調整して基材のエッチング速度を調整することができる。
したがって、マスクパターンの開口部の寸法または形状を調整して各初期凹部のエッチング速度を調整し、各初期凹部の深さを制御することで、凹部の内側に所望の寸法及び形状の段差を高精度に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、前記マスクパターン形成工程において前記開口部の間隔を調整することで、前記エッチング工程において前記初期凹部の間の前記隔壁の厚さを前記酸化部形成工程において完全に酸化される厚さに調整することを特徴とする。
【００１２】
このように製造することで、酸化部除去工程において初期凹部の間に残存させた隔壁の全体を酸化させ、より確実かつ容易に除去することができる。
【００１３】
また、本発明のシリコン構造体の製造方法は、前記マスクパターン形成工程において、隣接する複数の前記開口部の寸法および形状を均一に形成することを特徴とする。
【００１４】
このように製造することで、隣接する複数の初期凹部の深さが均一に形成される。そして、酸化部除去工程においてこれら初期凹部の間の隔壁を除去することによって、凹部の底面を所望の寸法、形状に形成することができる。
【００１５】
また、本発明のシリコン構造体の製造方法は、前記エッチング工程において、前記複数の開口部のうち、平面視で最も外側に位置する前記開口部は、前記基材が前記酸化部として前記酸化部除去工程において除去される厚さ分、前記凹部の内側面よりも前記凹部の内側に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、初期凹部の内表面の基材が、最終的な凹部が形成される領域の境界まで酸化されて酸化部となる。そして、その酸化部が酸化部除去工程において除去される。したがって、凹部の内側面、幅寸法または径寸法等を高い加工精度で加工することができる。
【００１７】
また、本発明のシリコン構造体の製造方法は、前記マスクパターン形成工程において前記開口部の前記寸法または前記形状を調整することで、前記初期凹部の深さを、前記基材が前記酸化部として前記酸化部除去工程において除去される厚さ分、前記凹部の深さよりも浅く形成することを特徴とする。
【００１８】
このように製造することで、初期凹部の底面の基材が、最終的な凹部が形成される領域の境界まで酸化されて酸化部となる。そして、その酸化部が酸化部除去工程において除去される。したがって、凹部の底面、深さ等を高い加工精度で加工することができる。
【００１９】
また、本発明のシリコン構造体の製造方法は、前記マスクパターン形成工程において、前記開口部の形状は、溝形状またはホール形状であることを特徴とする。
【００２０】
このように製造することで、エッチング工程において、溝形状の初期凹部とホール形状の初期凹部とを形成し、それぞれ異なる深さに形成することができる。また、溝形状の初期凹部の各々の開口部の幅寸法を異ならせて、これらを異なる深さに形成することができる。また、ホール形状の初期凹部の開口部の各々の径寸法を異ならせて、これらを異なる深さに形成することができる。
【００２１】
また、本発明のシリコン構造体の製造方法は、前記酸化部形成工程は、加熱による熱酸化により行うことを特徴とする。
【００２２】
このように製造することで、初期凹部の内表面の酸化部の厚さを均一にすることができる。また、酸化部の厚さを加熱温度及び加熱時間等を調整することで制御することができる。
【００２３】
また、本発明のシリコン構造体の製造方法は、前記酸化部除去工程は、ウェットエッチングにより行うことを特徴とする。
【００２４】
このように製造することで、凹部の形状にほとんど影響を与えることなく、酸化部を除去することができる。したがって、凹部を所望の形状に高精度に加工することができる。
【００２５】
また、本発明のシリコン構造体の製造方法は、前記マスクパターンはシリコン酸化物からなることを特徴とする。
【００２６】
このように製造することで、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、マスクパターンと基材との選択比を利用して基材を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、酸化部除去工程と一括してマスクパターンを除去することが可能となる。したがって、工程数を削減し、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】
【００２７】
＜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マスクパターンを形成する。
【００２８】
図１〜図３は、本実施形態のシリコン構造体の製造工程を示す図である。図１（ａ）は基材の断面図及び凹部形成領域の拡大平面図を、図１（ｂ）は凹部形成領域の拡大平面図を示している。図２（ａ）〜（ｃ）及び図３（ａ）は基材の断面図、（ｂ）は基材の断面図及び凹部の拡大平面図である。
【００２９】
（マスクパターン形成工程）
図１（ａ）に示すように、まず、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（マスクパターン）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。
次に、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、フォトレジスト３を露光・現像してパターニングする。そして、平面視で略同心円環状に配置された溝形状の開口部３１と、平面視で略円形状のホール形状の開口部３２とを形成する。
【００３０】
ここで、溝形状の開口部３１は、図１（ｂ）に示すように、幅Ｗ方向に隣接する複数（例えば６つ）の開口部３１ａ〜３１ｆを略同心円環状の均一な形状に形成する。また、溝形状の開口部３１ａ〜３１ｆは、各々の幅Ｗ方向の寸法が略等しくなるように均一にパターニングする。
また、開口部３１ａ〜３１ｆ，３２の各々の間には、後述するエッチング工程において隔壁１ｗ（図２（ｃ）参照）として残存させる基材１の厚さＴｗ分の間隔を幅Ｗ方向にあけておく。
【００３１】
また、フォトレジスト３のパターニング時には、開口部３１，３２の形状や、開口部３１の幅Ｗ方向の寸法及び開口部３２の径Ｒ方向の寸法を、例えば次のように調整する。
まず、後述するエッチング工程において形成される初期凹部１１，１２の深さｄ１，ｄ２と、開口部５１，５２（図２（ｃ）参照）の寸法及び形状と基材１のエッチング速度との関係に応じて調整する。
このとき、初期凹部１１，１２の深さｄ１，ｄ２が、最終的に形成される凹部４の深さＤ１，Ｄ２よりも、後述する酸化部除去工程において酸化部Ｏｘ（図３（ａ）参照）として除去される基材１の厚さＴｏ１分、浅く（凹部４の内側に）なるように調整する。
【００３２】
さらに、平面視で略同心円状に形成された溝状の開口部３１の最も外側の開口部３１ｆの外縁は、最終的に形成される凹部４（図３（ｂ）参照）の内側面４ａ１よりも、基材１が酸化部Ｏｘとして除去される厚さＴｏ１分、凹部４の内側に形成する。また、ホール状の開口部３２の径Ｒは、最終的に形成される凹部４の段差Ｇ１の内側面４ａ２よりも、基材１が酸化部Ｏｘとして除去される厚さＴｏ１分、凹部４の内側に形成する。
すなわち、開口部３１，３２の形状や、開口部３１の幅Ｗ方向の寸法及び開口部３２の径Ｒ方向の寸法は、初期凹部１１，１２が酸化部Ｏｘとして除去される基材１の厚さＴｏ１分、凹部４よりも小さく（凹部４の内側に）なるように調整する。
【００３３】
本実施形態では、最終的に形成する凹部４（図３（ｂ）参照）の寸法は例えば以下の通りである。開口部５の径Ｒ１は約６０μｍ、段差Ｇ１の内側の径Ｒ２は約２０μｍ、段差Ｇ１の上側（浅い側）の底面４ｂ１までの深さＤ１は約４０μｍ、段差Ｇ１の下側（深い側）の底面４ｂ２までの深さＤ２は約６０μｍである。
このとき、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すフォトレジスト３の開口部３１，３２の形状や、開口部３１の幅Ｗ方向の寸法及び開口部３２の径Ｒ方向の寸法の調整は、例えば次のように行う。
【００３４】
まず、最終的に形成する凹部４の深さＤ１，Ｄ２を目標として、後述する初期凹部１１，１２の開口部５１，５２の寸法及び形状とエッチング速度との関係から、初期凹部１１の開口部５１の幅Ｗ方向の寸法と、初期凹部１２の開口部５２の径Ｒ方向の寸法を算出する。
次に、後述する酸化部除去工程において酸化部Ｏｘ（図３（ａ）参照）の厚さＴｏを設定し、初期凹部１１，１２の内表面から除去される基材１の厚さＴｏ１を算出する。酸化部Ｏｘとして除去される基材１の厚さＴｏ１は、酸化部Ｏｘの厚さＴｏの約０．４５倍程度である。
【００３５】
本実施形態では、酸化部Ｏｘの厚さＴｏを例えば約４μｍに設定し、除去される基材１の厚さＴｏ１を約１．８μｍとする。
そして、算出した初期凹部１１，１２の開口部５１，５２の寸法を、その除去される厚さＴｏ１分、小さくする。その小さくした寸法を、フォトレジスト３の開口部３１，３２の寸法とする。
これにより、フォトレジスト３の溝形状の開口部３１ａ〜３１ｆの幅Ｗがそれぞれ約２．１μｍに調整され、ホール形状の開口部３２の径Ｒが約１６．４μｍに調整される。
【００３６】
また、初期凹部１１，１２の内表面から除去される基材１の厚さＴｏ１から、後述するエッチング工程において隔壁１ｗとして残存させる基材１の厚さＴｗを決定する。また、隔壁１ｗの厚さＴｗは、後述する酸化部形成工程において酸化されて増加する厚さを考慮して、隣接する隔壁１ｗ同士が酸化後に緩衝しないように決定する。
ここで、隔壁１ｗの厚さＴｗは、除去される基材１の厚さＴｏ１の２倍未満とすることが望ましい。より好ましくは、酸化部Ｏｘとして除去される基材１の厚さＴｏ１の約０．９倍未満とする。
【００３７】
本実施形態では、後述するエッチング工程において初期凹部１１ａ〜１１ｆの間に残存させる隔壁１ｗの厚さＴｗを約１．２５μｍとする。そして、開口部３１ａ〜３１ｆ，３２の各々の幅Ｗ方向の間隔を、厚さＴｗと等しい約１．２５μｍの間隔に設定する。
ここで、溝形状の初期凹部１１ａ〜１１ｆの幅Ｗをそれぞれ約２．１μｍに設定しているので、残存させる隔壁１ｗ同士の中心間隔は約３．３５μｍ程度に調整される。
【００３８】
次に、フォトレジスト３の開口部３１，３２に露出されたハードマスク２をドライエッチングによりエッチングして、図２（ａ）に示すように開口部２１，２２を形成する。これにより、上述のように調整されたフォトレジスト３の開口部３１，３２の形状及び寸法と、ハードマスク２の開口部２１，２２の形状及び寸法とが略同一に形成される。ここで、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。
【００３９】
次に、ハードマスク２の表面２ａのフォトレジスト３を除去して、図２（ｂ）に示すように、ハードマスク２を露出させる。
以上により、基材１の表面１ａを覆い、初期凹部１１，１２の形成領域の基材１を露出させる開口部２１，２２を備えたハードマスク２が形成される。
【００４０】
（エッチング工程）
次に、図２（ｃ）に示すように、ハードマスク２の開口部２１，２２に露出された基材１を深さ方向に異方性エッチングして、基材１に複数の略円環状の溝形状の初期凹部１１ａ〜１１ｆと、略円筒形状のホール形状の初期凹部１２とを一括して形成する。
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を交互に行う異方性のドライエッチングを用いて基材１をエッチングする。
【００４１】
そして、初期凹部１１ａ〜１１ｆ，１２の各々の間に基材１を隔壁１ｗとして残存させた状態で、基材１に開口部５１ａ〜５１ｆ，５２の寸法及び形状が異なる複数の初期凹部１１ａ〜１１ｆ，１２を一括して形成する。
ことのき、後述するマイクロローディング効果により、基材１が初期凹部１１，１２の開口部５１，５２の寸法及び形状に応じた異なるエッチング速度でエッチングされる。そして、初期凹部１１，１２が異なる深さｄ１，ｄ２に一括して形成される。
【００４２】
また、初期凹部１１，１２の開口部５１，５２は、ハードマスク２の開口部２１，２２と略同一の寸法及び形状に形成される。すなわち、上述のように調整されたフォトレジスト３の開口部３１，３２の寸法及び形状と略同一に形成される。そのため、初期凹部１１，１２の深さｄ１，ｄ２が所定の値に制御される。
【００４３】
そして、初期凹部１１，１２は、後述する工程において基材１が酸化部Ｏｘとして除去される厚さＴｏ１分、最終的に形成される凹部４よりも小さく形成される。換言すると、凹部４の内表面よりも凹部４の内側に形成される。また、上述のように形成されたハードマスク２により、初期凹部１１ａ〜１１ｆ，１２の各々の間に、隔壁１ｗが、後述する酸化部形成工程において完全に酸化される厚さＴｗで残存する。本実施形態では、隔壁１ｗの厚さＴｗが約１．２５μｍに形成される。
【００４４】
また、ハードマスク２の開口部２１ａ〜２１ｆの各々は、フォトレジスト３の開口部３１ａ〜３１ｆの各々と略同一の形状及び寸法に形成されている。したがって、ハードマスク２の開口部２１ａ〜２１ｆの各々は、幅Ｗ方向（図１（ｂ）参照）の寸法が略同一に形成されている。また、すべてが略同等の円環状の均一な溝形状に形成されている。
そのため、隣接する複数の初期凹部１１ａ〜１１ｆの各々の開口部５１ａ〜５１ｆの幅Ｗ方向の寸法が均一（略同一）に形成される。これにより、初期凹部１１ａ〜１１ｆの各々が略同一のエッチング速度でエッチングされ、略同一の深さｄ１に形成される。
【００４５】
（酸化部形成工程）
次に、基材１の表面１ａのハードマスク２を除去した後、初期凹部１１，１２の底面及び内側面を含む内表面の基材１を酸化することで、基材１の表面１ａおよび隔壁１ｗの全体を酸化して、図３（ａ）に示すように、所定の厚さＴｏの酸化部Ｏｘを形成する。
初期凹部１１，１２の内表面の酸化は、例えば初期凹部１１，１２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。酸化部Ｏｘの厚さＴｏ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。本実施形態では、熱酸化を例えば１０００℃以上の高温で行う。そして、基材１を厚さＴｏ１分酸化する。
【００４６】
本実施形態では、初期凹部１１，１２の内表面の基材１が厚さＴｏ１分の約１．８μｍ酸化されて、厚さＴｏが約４μｍの酸化部Ｏｘが形成される。そして、初期凹部１１，１２の開口部５１，５２の幅Ｗ方向の寸法、すなわち隔壁１ｗ同士の間隔は約０．５７μｍとなる。また、隔壁１ｗが完全に酸化され、厚さＴｗが約１．２５μｍから約２．７８μｍ程度に増加する。
【００４７】
（酸化部除去工程）
次に、上述の工程で酸化させた初期凹部１１，１２の内表面と隔壁１ｗとを含む酸化部Ｏｘを除去して、図３（ｂ）に示すように凹部４の全体の形状を形成する。ここでは、酸化部Ｏｘ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。
これにより、初期凹部１１，１２を隔離していた隔壁１ｗが除去されて、基材１の表面１ａからの深さＤ１，Ｄ２が異なる底面４ｂ１，４ｂ２の間に、深さＤ１，Ｄ２方向の段差Ｇ１が形成される。
以上の工程により、内側に段差Ｇ１を有する多段構造の凹部４が基材１に形成される。
【００４８】
次に、本実施形態の作用について説明する。
図４は、上述のエッチング工程において基材１を一定の時間エッチングしたときの初期凹部１１，１２の開口部５１，５２の寸法及び形状とエッチング深さｄ１，ｄ２との関係を示すグラフである。
図４中、縦軸は初期凹部１１，１２のエッチングの深さｄ１，ｄ２を示し、所定のエッチング深さｄ１，ｄ２（１００μｍ以上）を「１」として表している。横軸は、初期凹部１１，１２の開口部５１，５２の寸法を示す対数軸である。
また、図４中、実線は溝形状の初期凹部１１のデータを、破線はホール形状の初期凹部１２のデータを示している。また、溝形状の初期凹部１１の寸法は幅Ｗを、ホール形状の初期凹部１２の寸法は径Ｒをそれぞれ示している。
【００４９】
図４に示すように、溝形状の初期凹部１１の幅Ｗ寸法とホール形状の初期凹部１２の径Ｒ寸法とが同等であった場合、寸法が１００μｍ以下では、同じエッチング時間であっても、所定の深さまでは溝形状の初期凹部１１の方がホール形状の初期凹部１２よりもエッチング深さｄ１が深くなる。
すなわち、幅Ｗ寸法と径Ｒ寸法とが同等であった場合、溝形状の初期凹部１１のエッチング速度の方が、ホール形状の初期凹部１２のエッチング速度よりも大きくなる。
このように、エッチング速度は初期凹部１１，１２の開口部５１，５２の形状に依存する。
【００５０】
また、溝形状の初期凹部１１の幅Ｗ寸法を大きくすることで、一定時間内により深い初期凹部１１を形成することができる。すなわち、エッチング速度を上昇させることができる。同様に、ホール形状の初期凹部１２の径Ｒ寸法を大きくすることで、エッチング速度を上昇させ、一定時間内により深い初期凹部１２を形成することができる。
また、ホール形状の初期凹部１２の径Ｒ寸法を、溝形状の初期凹部１１の幅Ｗ寸法よりも、所定の比率大きくすることで、一定時間内に形成されるホール形状の初期凹部１２の深さｄ２を、溝形状の初期凹部１１の深さｄ１よりも深くすることができる。
【００５１】
本実施形態では、上述のようにフォトレジスト３の溝形状の開口部３１ａ〜３１ｆの幅Ｗがそれぞれ約２．１μｍに調整され、ホール形状の開口部３２の径Ｒが幅Ｗよりも十分に大きい約１６．４μｍに調整されている。そして、ハードマスク２の開口部２１，２２が同様の寸法及び形状に形成され、さらに初期凹部１１，１２の開口部５１，５２の寸法及び形状も同様に形成されている。
【００５２】
すなわち、ホール形状の初期凹部１２の開口部５２の径Ｒ寸法が、溝形状の初期凹部１１の開口部５１の幅Ｗ寸法よりも、十分に大きく形成されている。これにより、ホール形状の初期凹部１２における基材１のエッチング速度を溝形状の初期凹部１１のエッチング速度よりも大きくすることができる。そして、所定時間エッチングすることで、ホール形状の初期凹部１２の開口部５２の深さｄ２が約５８．２μｍに形成され、溝形状の初期凹部１１の深さｄ２がそれよりも浅い約３８．２μｍに形成される。
【００５３】
この際、初期凹部１１ａ〜１１ｆ，１２の内側面を構成する基材１が、初期凹部１１ａ〜１１ｆ，１２の間に初期凹部１１ａ〜１１ｆ，１２同士を隔離する隔壁１ｗとして残存した状態で、初期凹部１１ａ〜１１ｆ，１２が形成される。すなわち、エッチングの深さｄ１，ｄ２の異なる複数の初期凹部１１，１２が、それぞれ隔壁１ｗにより分離され、隔離された状態でエッチングされる。
【００５４】
そして、初期凹部１１，１２の内表面と隔壁１ｗとが酸化されて酸化部Ｏｘとなり、酸化部Ｏｘが除去されて凹部４の全体の形状が形成される。このとき、凹部４の内表面が平滑化される。また、基材１の表面１ａ方向に隣接する初期凹部１１，１２同士を隔離する隔壁１ｗが除去されて、凹部４の内側に深さＤ１，Ｄ２方向の段差Ｇ１が形成される。
【００５５】
ここで、本実施形態との比較のため、図８（ａ）〜（ｂ）及び図９（ａ）〜（ｃ）に従来のシリコン構造体の製造方法を説明する断面図を示す。
従来の製造方法では、図８に示すように、基材１０をエッチングして深さの異なる底面４０１ｂ及び４０２ｂを有する凹部４０を形成する際に、深さの異なる領域の境界（図８（ａ）のＢ部）が存在している。
【００５６】
このような深さの異なる領域の境界において、図８（ａ）〜（ｂ）に示すように、凹部４０の内側面４０２ａに凹凸が形成されると、次のような問題がある。例えば、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。
【００５７】
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、次のような問題がある。例えば、最深部の底面４０２ｂと、それよりも浅い位置の底面４０１ｂとではエッチング条件が異なる。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。
【００５８】
このように、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、凹部４０の段差Ｇの角Ｃがエッチングされる。そして、図９（ａ）に示すように、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。
【００５９】
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８（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９（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。
【００６０】
また、図９（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、次のような問題がある。例えば、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。
【００６１】
しかし、本実施形態では、図２（ｃ）に示すように、エッチングの深さｄ１，ｄ２の異なる複数の初期凹部１１，１２が、それぞれ隔壁１ｗにより分離され、隔離された状態でエッチングされる。そのため、エッチング工程において、従来のように深さが異なる領域の境界が発生しない。したがって、図９（ａ）〜（ｃ）に示すような従来の製造方法における問題を解消することができる。これにより、初期凹部１１，１２を高いアスペクト比で高精度に形成することが可能となる。
【００６２】
また、エッチング工程において、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。
また、初期凹部１１，１２の開口部５１，５２の寸法または形状を調整して初期凹部１１，１２の深さを制御することができる。
【００６３】
すなわち、図４に示すように、初期凹部１１，１２の開口部５１，５２の幅Ｗ及び径Ｒ寸法を大きくして基材１のエッチング速度を上昇させ、所定時間内に形成される初期凹部１１，１２の深さｄ１，ｄ２を深くすることができる。また、初期凹部１１，１２の開口部５１，５２の幅Ｗ及び径Ｒ寸法を小さくして基材１のエッチング速度を低下させ、所定時間内に形成される初期凹部１１，１２の深さｄ１，ｄ２を浅くすることができる。また、初期凹部１１，１２の開口部５１，５２の形状を溝形状またはホール形状のいずれかに調整して基材１のエッチング速度を調整することができる。
したがって、凹部４の内側に所望の寸法及び形状の段差Ｇ１を高精度に形成することができる。
【００６４】
また、深さｄ１，ｄ２の異なる初期凹部１１，１２を一括して形成することができるので、従来よりも工程数を削減するとともに、プロセスマージンを拡大し、製造工程を容易にすることができる。
【００６５】
また、ハードマスク２の複数の溝形状の開口部２１ａ〜２１ｆは、各々の幅Ｗ方向の寸法が略等しくなるようにパターニングされたフォトレジスト３の溝形状の開口部３１ａ〜３１ｆと略同一の形状及び寸法に形成されている。そのため、エッチング工程において、隣接する複数の初期凹部１１ａ〜１１ｆの開口部５１ａ〜５１ｆの寸法および形状が同等に形成される。これにより、隣接する複数の初期凹部１１ａ〜１１ｆの深さが同等に形成される。
したがって、酸化部除去工程において、これら溝形状の初期凹部１１ａ〜１１ｆの間の隔壁１ｗを除去することによって、凹部４の底面４ｂ１を所望の寸法、形状に形成することができる。
【００６６】
また、酸化部形成工程において、初期凹部１１，１２の内表面と、初期凹部１１ａ〜１１ｆ，１２の間に残存した隔壁１ｗとが酸化されて酸化部Ｏｘとなる。
このとき、図２（ｃ）に示すように、初期凹部１１，１２が、最終的に形成される凹部４の内表面から、基材１の酸化部Ｏｘに加工される厚さＴｏ１分小さく（凹部４の内側に）形成されている。
【００６７】
そのため、初期凹部１１，１２の内表面の基材１が、最終的に形成される凹部４の内表面（内側面４ａ１，４ａ２及び底面４ｂ１、４ｂ２）の境界まで酸化されて酸化部Ｏｘとなる。そして、その酸化部Ｏｘが酸化部除去工程において除去される。したがって、凹部４を従来よりも高い加工精度で加工することができる。
また、酸化部Ｏｘの除去により、凹部４の内表面の凹凸を平滑化することができ、従来のように凹部４の内表面が荒れた状態となることを防止できる。
【００６８】
また、エッチング工程において、隔壁１ｗの厚さが酸化部形成工程において完全に酸化される厚さに調整されている。すなわち、隔壁１ｗの厚さＴｗは、除去される基材１の厚さＴｏ１の２倍未満に形成されている。隔壁１ｗは凹部酸化工程において両方向（凹部４の内側方向と外側方向）から酸化される。そのため、隔壁１ｗの厚さＴｗを、基材１が酸化部Ｏｘとして加工される厚さＴｏ１の２倍未満に設定することで、凹部４の内表面に厚さＴｏの酸化部Ｏｘが形成されたときに、隔壁１ｗを完全に酸化させることができる。
【００６９】
また、本実施形態では、隔壁１ｗの厚さＴｗが、酸化部Ｏｘとして除去される基材１の厚さＴｏ１の０．９倍未満の、より好ましい約１．２５μｍとされている。これにより、酸化部形成工程において隔壁１ｗを完全に酸化することができる。
したがって、酸化部除去工程において、初期凹部１１ａ〜１１ｆ，１２の間に残存させた隔壁１ｗをより確実かつ容易に除去することができる。
【００７０】
また、隔壁１ｗの厚さＴｗは、酸化部形成工程において酸化されて増加する厚さを考慮して、隣接する隔壁１ｗ同士が酸化後に緩衝しないように決定されている。
本実施形態では、酸化前の隔壁１ｗの厚さＴｗは、それぞれより好ましい約１．２５μｍに設定され、隔壁１ｗ同士の中心間隔は約３．３５μｍである。また、酸化前の初期凹部１１ａ〜１１ｆの開口部５１ａ〜５１ｆの幅Ｗ方向の寸法が約２．１μｍに形成されている。そのため、酸化後に隔壁１ｗの厚さＴｗが増加して約２．７８μｍになった場合でも、隔壁１ｗ同士の間に約０．５７μｍの間隔を形成することができる。これにより、酸化後の隔壁１ｗ同士の緩衝を防止することができる。
【００７１】
また、熱酸化により酸化部Ｏｘを形成することで、加熱温度及び加熱時間等を調整して酸化部Ｏｘの厚さＴｏを制御することができる。したがって、酸化部Ｏｘの厚さＴｏの調整を容易にして、凹部４の内表面に均一な厚さＴｏの酸化部Ｏｘを形成することができる。なお、酸化部Ｏｘの厚さＴｏは、酸化前の基材１の厚さＴｏ１よりも厚くなる。
また、熱酸化を例えば１０００℃以上の温度で行うことで、基材１を酸化して酸化部Ｏｘを形成する際の面方位依存性を極小化することができる。これにより、初期凹部１１，１２の底面に形成された酸化部Ｏｘの厚さＴｏと、初期凹部１１，１２の内側面に形成された酸化部Ｏｘの厚さＴｏとを均等にすることができる。
【００７２】
また、酸化部除去工程において、酸化部Ｏｘが除去されて凹部４の全体の形状が形成される。これにより、凹部４の内表面が平滑化される。
さらに、深さの異なる初期凹部１１，１２の間の隔壁１ｗを除去して、凹部４の内側に深さ方向の段差Ｇ１を形成ことができる。
【００７３】
また、初期凹部１１，１２の内表面及び隔壁１ｗを酸化（加工）してシリコン酸化物からなる酸化部Ｏｘを形成することで、酸化部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、酸化部Ｏｘを選択的に除去することができる。
【００７４】
また、エッチング工程においてハードマスク２により、初期凹部１１，１２の開口部５１，５２の形状及び寸法を規定することで、初期凹部１１，１２の形成領域以外の領域をハードマスク２により保護した状態で基材１をエッチングすることができる。これにより、初期凹部１１，１２の開口部５１，５２の寸法及び形状、隔壁１ｗとして残存させる基材１の厚さＴｗを規定することができる。
【００７５】
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、酸化部除去工程において酸化部Ｏｘの除去と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、酸化部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酸化部Ｏｘ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。
また、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との選択比を利用して凹部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。
【００７６】
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Ｇ１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。
【００７７】
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。
【００７８】
＜第二実施形態＞
次に、本発明の第二実施形態について、図１〜図４を援用し、図５を用いて説明する。本実施形態では、凹部４１が溝形状となっている点で、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。
図５（ａ）は本実施形態において最終的に形成する凹部４１の斜視断面図であり、図５（ｂ）は、フォトレジスト３の開口部の平面図である。
【００７９】
（マスクパターン形成工程）
図５（ａ）に示すように、内側に段差Ｇ１１を有する溝形状の凹部４１を形成する場合には、まず、図１（ａ）に示す第一実施形態と同様に、基材１の表面１ａにハードマスク２を形成し、ハードマスク２の表面にフォトレジスト３を形成する。
そして、図５（ｂ）に示すように、フォトレジスト３をパターニングして、幅Ｗ１が略等しい複数の溝形状の開口部３１１ａ〜３１１ｆと、幅Ｗ２が幅Ｗ１よりも大きい溝形状の開口部３２１を形成する。
【００８０】
開口部３１１ａ〜３１１ｆ，３２１の各々の間には、第一実施形態と同様に、エッチング工程において隔壁１ｗ（図２（ｃ）参照）として残存させる基材１の厚さＴｗ分の間隔を幅Ｗ１，Ｗ２方向にあけておく。
また、開口部３１１，３２２の形状及び寸法は、図２（ｃ）に示す第一実施形態と同様に、エッチング工程において形成される初期凹部（図示省略）の深さと、開口部の寸法及び形状と基材１のエッチング速度との関係に応じて調整する。
【００８１】
また、第一実施形態と同様に、初期凹部の深さが、最終的に形成される凹部４１の深さＤ１１，Ｄ２１よりも、後述する酸化部除去工程において酸化部Ｏｘ（図３（ａ）参照）として除去される基材１の厚さＴｏ１分小さく（内側に）なるように調整する。
【００８２】
隣接して複数設けられた開口部３１１の最も外側の開口部３１１ｆは、第一実施形態と同様に、最終的に形成される凹部４１の開口部５１よりも、基材１が酸化部Ｏｘとして除去される厚さＴｏ１分、幅Ｗ１方向の内側に配置する。
また、開口部３１１，３２１は、幅Ｗ１，Ｗ２方向と直交する開口部３１１，３２２の延在方向に、最終的に形成される凹部４１の開口部５１よりも、基材１が酸化部Ｏｘとして除去される厚さＴｏ１分、それぞれ内側に配置する。
【００８３】
本実施形態では、最終的に形成される凹部４１の開口部５１の幅Ｗ３を第一実施形態の凹部４の開口部５の径Ｒ１と略等しくする。また、凹部４１の段差Ｇ１１の内側の幅Ｗ４を、第一実施形態の凹部４の段差Ｇ１の内側の径Ｒ２と略等しくする。
また、フォトレジスト３の開口部３１１の幅Ｗ１を、第一実施形態の溝形状の開口部３１の幅Ｗと略等しくする。また、開口部３２１の幅Ｗ２を、第一実施形態のホール形状の開口部３２の径Ｒと略等しくする。そして、エッチング工程において隔壁１ｗとして残存させる基材１の厚さＴｗも、第一実施形態と同様に決定する。
【００８４】
次いで、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す第一実施形態と同様に、ハードマスク２をエッチングし、フォトレジスト３を除去する。そして、フォトレジスト３の開口部３１１，３２２と略同一の形状及び寸法の開口部（図示省略）を備えたハードマスク２を形成する。
【００８５】
（エッチング工程）
次に、図２（ｃ）に示す第一実施形態と同様に、ハードマスク２の開口部に露出された基材１を深さ方向に異方性エッチングして、基材１に複数の幅Ｗ１が等しい溝形状の初期凹部と、幅Ｗ１よりも大きい幅Ｗ２の初期凹部とを一括して形成する。
これにより、第一実施形態と同様に、マイクロローディング効果により初期凹部の深さが所定の値に制御され、幅Ｗ１，Ｗ２が異なる初期凹部が、異なる深さに一括して形成される。なお、本実施形態では、幅Ｗ１，Ｗ２の初期凹部の開口部の平面形状が、双方とも溝形状に形成されている。また、幅Ｗ１の狭い開口部は第一実施形態の開口部５１の幅Ｗと同様に、幅Ｗ２の広い開口部は、第一実施形態の開口部５２の径Ｒと同様に形成されている。そのため、図４に示すように、第一実施形態の溝形状の初期凹部１１とホール形状の初期凹部１２の組み合わせの場合よりも、初期凹部１１，１２同士の深さｄ１，ｄ２の差が大きくなる。
【００８６】
また、初期凹部は、第一実施形態と同様に、基材１が酸化部Ｏｘとして除去される厚さＴｏ１分、最終的に形成される凹部４１よりも凹部４１の内側に形成される。また、初期凹部の各々の間に、隔壁１ｗが、後述する酸化部形成工程において完全に酸化される厚さＴｗで残存する。また、隣接する複数の幅Ｗ１の狭い初期凹部の各々の開口部の幅Ｗ１方向の寸法が略同一に形成され、各々が略同一の深さに形成される。
【００８７】
（酸化部形成工程）
次に、初期凹部の底面及び内側面を含む初期凹部の内表面の基材１を酸化して、図３（ａ）に示す第一実施形態と同様に、所定の厚さＴｏの酸化部Ｏｘを形成する。
【００８８】
（酸化部除去工程）
次に、上述の工程で酸化させた初期凹部の内表面と隔壁１ｗとを含む酸化部Ｏｘを、図３（ｂ）に示す第一実施形態と同様に除去して、凹部４１の全体の形状を形成する。
これにより、第一実施形態と同様に基材１の表面１ａからの深さＤ１１，Ｄ２２が異なる底面４１ｂ１，４１ｂ２の間に、深さＤ１１，Ｄ２１方向の段差Ｇ１１が形成される。
以上の工程により、内側に段差Ｇ１１を有する多段構造の溝形状の凹部４１が基材１に形成される。
【００８９】
したがって、本実施形態によれば、第一実施形態と同様の効果が得られるだけでなく、溝形状の凹部４１を形成することができる。また、幅Ｗ１，Ｗ２の異なる初期凹部の双方を溝形状とすることで、凹部４１の深さＤ１１，Ｄ２２の差を第一実施形態よりも大きくすることができる。
【００９０】
＜第三実施形態＞
次に、本発明の第三実施形態について、図１〜図５を援用し、図６を用いて説明する。本実施形態では、複数の形状および深さの異なる凹部を形成する点で、上述の第二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。その他の点は第二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。
図６は、本実施形態の製造工程を示す断面図であり、（ａ）はエッチング工程を、（ｂ）は酸化部形成工程を、（ｃ）は酸化部除去工程を示している。
【００９１】
図６（ａ）に示すように、本実施形態では、上述の実施形態と同様に、エッチング工程において、基材１に開口部５１２，５２２，５３２の幅Ｗ５，Ｗ６，Ｗ７が異なる複数の初期凹部１１２，１２２，１３２を一括して形成する。
このとき、幅Ｗ５が幅Ｗ６よりも小さく、幅Ｗ７よりも大きくなるように形成する。また、隣接する複数の初期凹部１１２ａ，１１２ｂの各々を略等しい幅Ｗ５に形成する。同様に、隣接する複数の初期凹部１３２ａ〜１３２ｄの各々を略等しい幅Ｗ７に形成する。
【００９２】
これにより、初期凹部１１２の深さｄ１２が、初期凹部１２２の深さｄ２２よりも浅く、初期凹部１３２の深さｄ３２よりも深く形成される。また、隣接する複数の初期凹部１１２ａ，１１２ｂの各々の深さｄ１２が略等しくなる。同様に隣接する複数の初期凹部１３２ａ〜１３２ｄの各々の深さｄ３２が略等しくなる。
【００９３】
また、初期凹部１１２ａ，１１２ｂ，１２２の各々の間の隔壁１１ｗの厚さＴｗ１と、初期凹部１３２ａ〜１３２ｄの各々の間の隔壁１２ｗの厚さＴｗ２は、上述の実施形態と同様に、酸化部形成工程において完全に酸化され、かつ互いに緩衝しないように決定する。
【００９４】
次に、図６（ｂ）に示すように、上述の実施形態の酸化部形成工程と同様に、初期凹部１１２，１２２，１３２の内表面、隔壁１１ｗ，１２ｗ及び基材１の表面１ａを酸化して厚さＴｏの酸化部Ｏｘを形成する。このとき、初期凹部１２２と初期凹部１３２との間の基材１は完全には酸化されずに一部が残存する。
【００９５】
次いで、図６（ｃ）に示すように、上述の実施形態の酸化部除去工程と同様に酸化部Ｏｘを除去する。これにより、基材１に、内側に深さＤ１２，Ｄ２２方向の段差Ｇ１２を有する凹部４２ａと、凹部４２ａに隣接する凹部４２ｂとを形成することができる。
したがって、本実施形態によれば、第一、第二実施形態と同様の効果が得られるだけでなく、複数の凹部４２ａ，４２ｂを一括して形成することができる。
【００９６】
＜第四実施形態＞
次に、本発明の第四実施形態について、図１〜図５を援用し、図７を用いて説明する。本実施形態では、複数の形状および深さの異なる凹部を段階的に形成し、基材の酸化量を十分に厚くして、テーパ形状の凹部を形成する点で、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。その他の点は上述の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。
図７は、本実施形態の製造工程を示す断面図であり、（ａ）はエッチング工程を、（ｂ）は酸化部形成工程を、（ｃ）は酸化部除去工程を示している。
【００９７】
図７（ａ）に示すように、本実施形態では、上述の実施形態と同様に、エッチング工程において、基材１に開口部５１３，５２３，５３３，５４３の幅Ｗ８，Ｗ９，Ｗ１０，Ｗ１１が異なる複数の初期凹部１１３，１２３，１３３，１４３を一括して形成する。
このとき、幅Ｗ８が最も小さく、幅Ｗ９、幅Ｗ１０、幅Ｗ１１の順に段階的に大きくなるように形成する。
これにより、初期凹部１１３，１２３，１３３，１４３の深さｄ１３，ｄ２３，ｄ３３，ｄ４３が、この順により深くなるように形成される。
【００９８】
また、隣接する初期凹部１１３，１２３，１３３，１４３の各々の間に隔壁として残存する基材１の厚さが、酸化部形成工程において完全に酸化されるように調整する。また、酸化後に隔壁状の基材１同士が緩衝しないように調整する。また、最終的に形成される凹部４３のテーパ状の内側面４３ａの角度に応じて、初期凹部１１３，１２３，１３３，１４３の各々の間隔を調整する。また、最終的に形成する凹部４３の内側面４３ａがなめらかなテーパ状になるように、酸化されて酸化部Ｏｘとなる基材１の厚さを十分に大きく設定する。
【００９９】
次に、上述の実施形態と同様に、初期凹部１１３，１２３，１３３，１４３の各々の内表面と、それらの間の基材１、及び基材１の表面１ａとを酸化して、図７（ｂ）に示すように、酸化部Ｏｘを形成する。
また、隣接する初期凹部１１３，１２３，１３３，１４３の各々の間に隔壁として残存する基材１が完全に酸化されて酸化部Ｏｘの一部となる。
【０１００】
次いで、図７（ｃ）に示すように、上述の実施形態の酸化部除去工程と同様に酸化部Ｏｘを除去する。これにより、基材１に、内側に所望の角度のなめらかなテーパ状の内側面４３ａと、深さＤ１３方向の段差Ｇ１３を有する凹部４３を形成することができる。
したがって、本実施形態によれば、第一実施形態と同様の効果が得られるだけでなく、所望の角度のテーパ状の内側面４３ａと、深さＤ１３方向の段差Ｇ１３を一括して形成することができる。
【０１０１】
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、上述の第一実施形態では、初期凹部の開口部を２種類の異なる寸法・形状として、凹部の内側に１段の段差を形成したが、初期凹部の開口部を３種類以上の異なる寸法・形状に形成することで、２段以上の段差を形成してもよい。
また、上述の第一実施形態では、酸化部形成工程に先立ってハードマスクを除去したが、ハードマスクを除去せずに、初期凹部の内表面及び隔壁を酸化させるようにしてもよい。
また、径の異なるホール状の初期凹部を組み合わせて段差を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の第一実施形態に係るシリコン構造体の製造工程を説明する図であり、（ａ）は断面図及び平面図、（ｂ）は拡大平面図である。
【図２】（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ある。
【図３】本発明の第一実施形態に係るシリコン構造体の製造方法を説明する図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は断面図及び平面図である。
【図４】本発明の第一実施形態に係る基材のエッチング深さと初期凹部の開口部の寸法及び形状との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第二実施形態に係るシリコン構造体の製造工程を説明する図であり、（ａ）は斜視断面図、（ｂ）は平面図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第三実施形態に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７】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第四実施形態に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８】（ａ）及び（ｂ）は、従来のシリコン構造体の製造方法の問題点を説明する断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は、従来のシリコン構造体の製造方法の問題点を説明する断面図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１ 基材、２ ハードマスク（マスクパターン）、４ 凹部、１１，１２ 初期凹部、２１（２１ａ〜２１ｆ），２２ 開口部、４１ 凹部、４２ａ，４２ｂ 凹部、４３ 凹部、１ｗ 隔壁、１１ｗ，１２ｗ 隔壁、Ｒ，Ｒ１，Ｒ２ 径（寸法）、Ｔｏ，Ｔｏ１ 厚さ、Ｔｗ，Ｔｗ１，Ｔｗ２ 厚さ、Ｏｘ 酸化部、１１２，１２２，１３２ 初期凹部、１１３，１２３，１３３，１４３ 初期凹部、ｄ１，ｄ２ 深さ、ｄ１２，ｄ２２，ｄ３２ 深さ、ｄ１３，ｄ２３，ｄ３３，ｄ４３ 深さ、Ｇ１，Ｇ１１，Ｇ１２，Ｇ１３ 段差、Ｗ，Ｗ１〜Ｗ１１ 幅（寸法）
【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、（１）のエッチング工程と上記の（２）の薄膜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系の薄膜の量は場所（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薄膜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薄膜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、本発明のシリコン構造体の製造方法は、シリコンからなる基材に、内側に深さ方向の段差を有する凹部が形成されたシリコン構造体の製造方法であって、寸法または形状が異なる複数の開口部を備えたマスクパターンを形成するマスクパターン形成工程と、前記複数の開口部に露出された前記基材を同時に深さ方向に異方性ドライエッチングして、深さの異なる複数の初期凹部を形成するエッチング工程と、前記複数の初期凹部の内表面を酸化することにより、前記初期凹部の各々の間に隔壁として残存した前記基材の全体を酸化して酸化部を形成する酸化部形成工程と、前記酸化部を除去して、前記凹部を形成する酸化部除去工程と、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、エッチング工程において、基材に開口部の寸法または形状が異なる各初期凹部が異なるエッチング速度でエッチングされる。これにより、初期凹部が複数の異なる深さに形成される。この際、各初期凹部の内側面を構成する基材が各初期凹部の間に初期凹部同士を隔離する隔壁として残存した状態で、各初期凹部が形成される。そして、酸化部形成工程において、各初期凹部の内表面と、各初期凹部の間に残存した隔壁とが酸化されて酸化部となる。さらに、酸化部除去工程においてこの酸化部が除去されて凹部の全体の形状が形成される。これにより、凹部の内表面が平滑化されるとともに、深さの異なる初期凹部の間の隔壁が除去されて、凹部の内側に深さ方向の段差が１段以上複数段形成される。
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、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。
【０００９】
また、本発明のシリコン構造体の製造方法は、前記マスクパターン形成工程において前記開口部の前記寸法または前記形状を調整することで、前記エッチング工程において前記初期凹部の深さを制御することを特徴とする。
【００１０】
このように製造することで、エッチング工程において初期凹部の開口部の寸法を大きくして基材のエッチング速度を上昇させることができる。また、初期凹部の開口部の寸法を小さくして基材のエッチング速度を低下させることができる。また、初期凹部の開口部の形状を調整して基材のエッチング速度を調整することができる。
したがって、マスクパターンの開口部の寸法または形状を調整して各初期凹部のエッチング速度を調整し、各初期凹部の深さを制御することで、凹部の内側に所望の寸法及び形状の段差を高精度に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、前記マスクパターン形成工程において前記開口部の間隔を調整することで、前記エッチング工程において前記初期凹部の間の前記隔壁の厚さを前記酸化部形成工程において完全に酸化される厚さに調整することを特徴とする。
【００１２】
このように製造することで、酸化部除去工程において初期凹部の間に残存させた隔壁の全体を酸化させ、より確実かつ容易に除去することができる。
【００１３】
また、本発明のシリコン構造体の製造方法は、前記マスクパターン形成工程において、隣接する複数の前記開口部の寸法および形状を均一に形成することを特徴とする。
【００１４】
このように製造することで、隣接する複数の初期凹部の深さが均一に形成される。そして、酸化部除去工程においてこれら初期凹部の間の隔壁を除去することによって、凹部の底面を所望の寸法、形状に形成することができる。
【００１５】
また、本発明のシリコン構造体の製造方法は、前記エッチング工程において、前記複数の開口部のうち、平面視で最も外側に位置する前記開口部は、前記基材が前記酸化部として前記酸化部除去工程において除去される厚さ分、前記凹部の内側面よりも前記凹部の内側に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、初期凹部の内表面の基材が、最終的な凹部が形成される領域の境界まで酸化されて酸化部となる。そして、その酸化部が酸化部除去工程において除去される。したがって、凹部の内側面、幅寸法または径寸法等を高い加工精度で加工することができる。
【００１７】
また、本発明のシリコン構造体の製造方法は、前記マスクパターン形成工程において前記開口部の前記寸法または前記形状を調整することで、前記初期凹部の深さを、前記基材が前記酸化部として前記酸化部除去工程において除去される厚さ分、前記凹部の深さよりも浅く形成することを特徴とする。
【００１８】
このように製造することで、初期凹部の底面の基材が、最終的な凹部が形成される領域の境界まで酸化されて酸化部となる。そして、その酸化部が酸化部除去工程において除去される。したがって、凹部の底面、深さ等を高い加工精度で加工することができる。
【００１９】
また、本発明のシリコン構造体の製造方法は、前記マスクパターン形成工程において、前記開口部の形状は、溝形状またはホール形状であることを特徴とする。
【００２０】
このように製造することで、エッチング工程において、溝形状の初期凹部とホール形状の初期凹部とを形成し、それぞれ異なる深さに形成することができる。また、溝形状の初期凹部の各々の開口部の幅寸法を異ならせて、これらを異なる深さに形成することができる。また、ホール形状の初期凹部の開口部の各々の径寸法を異ならせて、これらを異なる深さに形成することができる。
【００２１】
また、本発明のシリコン構造体の製造方法は、前記酸化部形成工程は、加熱による熱酸化により行うことを特徴とする。
【００２２】
このように製造することで、初期凹部の内表面の酸化部の厚さを均一にすることができる。また、酸化部の厚さを加熱温度及び加熱時間等を調整することで制御することができる。
【００２３】
また、本発明のシリコン構造体の製造方法は、前記酸化部除去工程は、ウェットエッチングにより行うことを特徴とする。
【００２４】
このように製造することで、凹部の形状にほとんど影響を与えることなく、酸化部を除去することができる。したがって、凹部を所望の形状に高精度に加工することができる。
【００２５】
また、本発明のシリコン構造体の製造方法は、前記マスクパターンはシリコン酸化物からなることを特徴とする。
【００２６】
このように製造することで、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、マスクパターンと基材との選択比を利用して基材を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、酸化部除去工程と一括してマスクパターンを除去することが可能となる。したがって、工程数を削減し、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】
【００２７】
＜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マスクパターンを形成する。
【００２８】
図１〜図３は、本実施形態のシリコン構造体の製造工程を示す図である。図１（ａ）は基材の断面図及び凹部形成領域の拡大平面図を、図１（ｂ）は凹部形成領域の拡大平面図を示している。図２（ａ）〜（ｃ）及び図３（ａ）は基材の断面図、（ｂ）は基材の断面図及び凹部の拡大平面図である。
【００２９】
（マスクパターン形成工程）
図１（ａ）に示すように、まず、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（マスクパターン）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。
次に、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、フォトレジスト３を露光・現像してパターニングする。そして、平面視で略同心円環状に配置された溝形状の開口部３１と、平面視で略円形状のホール形状の開口部３２とを形成する。
【００３０】
ここで、溝形状の開口部３１は、図１（ｂ）に示すように、幅Ｗ方向に隣接する複数（例えば６つ）の開口部３１ａ〜３１ｆを略同心円環状の均一な形状に形成する。また、溝形状の開口部３１ａ〜３１ｆは、各々の幅Ｗ方向の寸法が略等しくなるように均一にパターニングする。
また、開口部３１ａ〜３１ｆ，３２の各々の間には、後述するエッチング工程において隔壁１ｗ（図２（ｃ）参照）として残存させる基材１の厚さＴｗ分の間隔を幅Ｗ方向にあけておく。
【００３１】
また、フォトレジスト３のパターニング時には、開口部３１，３２の形状や、開口部３１の幅Ｗ方向の寸法及び開口部３２の径Ｒ方向の寸法を、例えば次のように調整する。
まず、後述するエッチング工程において形成される初期凹部１１，１２の深さｄ１，ｄ２と、開口部５１，５２（図２（ｃ）参照）の寸法及び形状と基材１のエッチング速度との関係に応じて調整する。
このとき、初期凹部１１，１２の深さｄ１，ｄ２が、最終的に形成される凹部４の深さＤ１，Ｄ２よりも、後述する酸化部除去工程において酸化部Ｏｘ（図３（ａ）参照）として除去される基材１の厚さＴｏ１分、浅く（凹部４の内側に）なるように調整する。
【００３２】
さらに、平面視で略同心円状に形成された溝状の開口部３１の最も外側の開口部３１ｆの外縁は、最終的に形成される凹部４（図３（ｂ）参照）の内側面４ａ１よりも、基材１が酸化部Ｏｘとして除去される厚さＴｏ１分、凹部４の内側に形成する。また、ホール状の開口部３２の径Ｒは、最終的に形成される凹部４の段差Ｇ１の内側面４ａ２よりも、基材１が酸化部Ｏｘとして除去される厚さＴｏ１分、凹部４の内側に形成する。
すなわち、開口部３１，３２の形状や、開口部３１の幅Ｗ方向の寸法及び開口部３２の径Ｒ方向の寸法は、初期凹部１１，１２が酸化部Ｏｘとして除去される基材１の厚さＴｏ１分、凹部４よりも小さく（凹部４の内側に）なるように調整する。
【００３３】
本実施形態では、最終的に形成する凹部４（図３（ｂ）参照）の寸法は例えば以下の通りである。開口部５の径Ｒ１は約６０μｍ、段差Ｇ１の内側の径Ｒ２は約２０μｍ、段差Ｇ１の上側（浅い側）の底面４ｂ１までの深さＤ１は約４０μｍ、段差Ｇ１の下側（深い側）の底面４ｂ２までの深さＤ２は約６０μｍである。
このとき、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すフォトレジスト３の開口部３１，３２の形状や、開口部３１の幅Ｗ方向の寸法及び開口部３２の径Ｒ方向の寸法の調整は、例えば次のように行う。
【００３４】
まず、最終的に形成する凹部４の深さＤ１，Ｄ２を目標として、後述する初期凹部１１，１２の開口部５１，５２の寸法及び形状とエッチング速度との関係から、初期凹部１１の開口部５１の幅Ｗ方向の寸法と、初期凹部１２の開口部５２の径Ｒ方向の寸法を算出する。
次に、後述する酸化部除去工程において酸化部Ｏｘ（図３（ａ）参照）の厚さＴｏを設定し、初期凹部１１，１２の内表面から除去される基材１の厚さＴｏ１を算出する。酸化部Ｏｘとして除去される基材１の厚さＴｏ１は、酸化部Ｏｘの厚さＴｏの約０．４５倍程度である。
【００３５】
本実施形態では、酸化部Ｏｘの厚さＴｏを例えば約４μｍに設定し、除去される基材１の厚さＴｏ１を約１．８μｍとする。
そして、算出した初期凹部１１，１２の開口部５１，５２の寸法を、その除去される厚さＴｏ１分、小さくする。その小さくした寸法を、フォトレジスト３の開口部３１，３２の寸法とする。
これにより、フォトレジスト３の溝形状の開口部３１ａ〜３１ｆの幅Ｗがそれぞれ約２．１μｍに調整され、ホール形状の開口部３２の径Ｒが約１６．４μｍに調整される。
【００３６】
また、初期凹部１１，１２の内表面から除去される基材１の厚さＴｏ１から、後述するエッチング工程において隔壁１ｗとして残存させる基材１の厚さＴｗを決定する。また、隔壁１ｗの厚さＴｗは、後述する酸化部形成工程において酸化されて増加する厚さを考慮して、隣接する隔壁１ｗ同士が酸化後に緩衝しないように決定する。
ここで、隔壁１ｗの厚さＴｗは、除去される基材１の厚さＴｏ１の２倍未満とすることが望ましい。より好ましくは、酸化部Ｏｘとして除去される基材１の厚さＴｏ１の約０．９倍未満とする。
【００３７】
本実施形態では、後述するエッチング工程において初期凹部１１ａ〜１１ｆの間に残存させる隔壁１ｗの厚さＴｗを約１．２５μｍとする。そして、開口部３１ａ〜３１ｆ，３２の各々の幅Ｗ方向の間隔を、厚さＴｗと等しい約１．２５μｍの間隔に設定する。
ここで、溝形状の初期凹部１１ａ〜１１ｆの幅Ｗをそれぞれ約２．１μｍに設定しているので、残存させる隔壁１ｗ同士の中心間隔は約３．３５μｍ程度に調整される。
【００３８】
次に、フォトレジスト３の開口部３１，３２に露出されたハードマスク２をドライエッチングによりエッチングして、図２（ａ）に示すように開口部２１，２２を形成する。これにより、上述のように調整されたフォトレジスト３の開口部３１，３２の形状及び寸法と、ハードマスク２の開口部２１，２２の形状及び寸法とが略同一に形成される。ここで、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。
【００３９】
次に、ハードマスク２の表面２ａのフォトレジスト３を除去して、図２（ｂ）に示すように、ハードマスク２を露出させる。
以上により、基材１の表面１ａを覆い、初期凹部１１，１２の形成領域の基材１を露出させる開口部２１，２２を備えたハードマスク２が形成される。
【００４０】
（エッチング工程）
次に、図２（ｃ）に示すように、ハードマスク２の開口部２１，２２に露出された基材１を深さ方向に異方性エッチングして、基材１に複数の略円環状の溝形状の初期凹部１１ａ〜１１ｆと、略円筒形状のホール形状の初期凹部１２とを一括して形成する。
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を交互に行う異方性のドライエッチングを用いて基材１をエッチングする。
【００４１】
そして、初期凹部１１ａ〜１１ｆ，１２の各々の間に基材１を隔壁１ｗとして残存させた状態で、基材１に開口部５１ａ〜５１ｆ，５２の寸法及び形状が異なる複数の初期凹部１１ａ〜１１ｆ，１２を一括して形成する。
ことのき、後述するマイクロローディング効果により、基材１が初期凹部１１，１２の開口部５１，５２の寸法及び形状に応じた異なるエッチング速度でエッチングされる。そして、初期凹部１１，１２が異なる深さｄ１，ｄ２に一括して形成される。
【００４２】
また、初期凹部１１，１２の開口部５１，５２は、ハードマスク２の開口部２１，２２と略同一の寸法及び形状に形成される。すなわち、上述のように調整されたフォトレジスト３の開口部３１，３２の寸法及び形状と略同一に形成される。そのため、初期凹部１１，１２の深さｄ１，ｄ２が所定の値に制御される。
【００４３】
そして、初期凹部１１，１２は、後述する工程において基材１が酸化部Ｏｘとして除去される厚さＴｏ１分、最終的に形成される凹部４よりも小さく形成される。換言すると、凹部４の内表面よりも凹部４の内側に形成される。また、上述のように形成されたハードマスク２により、初期凹部１１ａ〜１１ｆ，１２の各々の間に、隔壁１ｗが、後述する酸化部形成工程において完全に酸化される厚さＴｗで残存する。本実施形態では、隔壁１ｗの厚さＴｗが約１．２５μｍに形成される。
【００４４】
また、ハードマスク２の開口部２１ａ〜２１ｆの各々は、フォトレジスト３の開口部３１ａ〜３１ｆの各々と略同一の形状及び寸法に形成されている。したがって、ハードマスク２の開口部２１ａ〜２１ｆの各々は、幅Ｗ方向（図１（ｂ）参照）の寸法が略同一に形成されている。また、すべてが略同等の円環状の均一な溝形状に形成されている。
そのため、隣接する複数の初期凹部１１ａ〜１１ｆの各々の開口部５１ａ〜５１ｆの幅Ｗ方向の寸法が均一（略同一）に形成される。これにより、初期凹部１１ａ〜１１ｆの各々が略同一のエッチング速度でエッチングされ、略同一の深さｄ１に形成される。
【００４５】
（酸化部形成工程）
次に、基材１の表面１ａのハードマスク２を除去した後、初期凹部１１，１２の底面及び内側面を含む内表面の基材１を酸化することで、基材１の表面１ａおよび隔壁１ｗの全体を酸化して、図３（ａ）に示すように、所定の厚さＴｏの酸化部Ｏｘを形成する。
初期凹部１１，１２の内表面の酸化は、例えば初期凹部１１，１２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。酸化部Ｏｘの厚さＴｏ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。本実施形態では、熱酸化を例えば１０００℃以上の高温で行う。そして、基材１を厚さＴｏ１分酸化する。
【００４６】
本実施形態では、初期凹部１１，１２の内表面の基材１が厚さＴｏ１分の約１．８μｍ酸化されて、厚さＴｏが約４μｍの酸化部Ｏｘが形成される。そして、初期凹部１１，１２の開口部５１，５２の幅Ｗ方向の寸法、すなわち隔壁１ｗ同士の間隔は約０．５７μｍとなる。また、隔壁１ｗが完全に酸化され、厚さＴｗが約１．２５μｍから約２．７８μｍ程度に増加する。
【００４７】
（酸化部除去工程）
次に、上述の工程で酸化させた初期凹部１１，１２の内表面と隔壁１ｗとを含む酸化部Ｏｘを除去して、図３（ｂ）に示すように凹部４の全体の形状を形成する。ここでは、酸化部Ｏｘ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。
これにより、初期凹部１１，１２を隔離していた隔壁１ｗが除去されて、基材１の表面１ａからの深さＤ１，Ｄ２が異なる底面４ｂ１，４ｂ２の間に、深さＤ１，Ｄ２方向の段差Ｇ１が形成される。
以上の工程により、内側に段差Ｇ１を有する多段構造の凹部４が基材１に形成される。
【００４８】
次に、本実施形態の作用について説明する。
図４は、上述のエッチング工程において基材１を一定の時間エッチングしたときの初期凹部１１，１２の開口部５１，５２の寸法及び形状とエッチング深さｄ１，ｄ２との関係を示すグラフである。
図４中、縦軸は初期凹部１１，１２のエッチングの深さｄ１，ｄ２を示し、所定のエッチング深さｄ１，ｄ２（１００μｍ以上）を「１」として表している。横軸は、初期凹部１１，１２の開口部５１，５２の寸法を示す対数軸である。
また、図４中、実線は溝形状の初期凹部１１のデータを、破線はホール形状の初期凹部１２のデータを示している。また、溝形状の初期凹部１１の寸法は幅Ｗを、ホール形状の初期凹部１２の寸法は径Ｒをそれぞれ示している。
【００４９】
図４に示すように、溝形状の初期凹部１１の幅Ｗ寸法とホール形状の初期凹部１２の径Ｒ寸法とが同等であった場合、寸法が１００μｍ以下では、同じエッチング時間であっても、所定の深さまでは溝形状の初期凹部１１の方がホール形状の初期凹部１２よりもエッチング深さｄ１が深くなる。
すなわち、幅Ｗ寸法と径Ｒ寸法とが同等であった場合、溝形状の初期凹部１１のエッチング速度の方が、ホール形状の初期凹部１２のエッチング速度よりも大きくなる。
このように、エッチング速度は初期凹部１１，１２の開口部５１，５２の形状に依存する。
【００５０】
また、溝形状の初期凹部１１の幅Ｗ寸法を大きくすることで、一定時間内により深い初期凹部１１を形成することができる。すなわち、エッチング速度を上昇させることができる。同様に、ホール形状の初期凹部１２の径Ｒ寸法を大きくすることで、エッチング速度を上昇させ、一定時間内により深い初期凹部１２を形成することができる。
また、ホール形状の初期凹部１２の径Ｒ寸法を、溝形状の初期凹部１１の幅Ｗ寸法よりも、所定の比率大きくすることで、一定時間内に形成されるホール形状の初期凹部１２の深さｄ２を、溝形状の初期凹部１１の深さｄ１よりも深くすることができる。
【００５１】
本実施形態では、上述のようにフォトレジスト３の溝形状の開口部３１ａ〜３１ｆの幅Ｗがそれぞれ約２．１μｍに調整され、ホール形状の開口部３２の径Ｒが幅Ｗよりも十分に大きい約１６．４μｍに調整されている。そして、ハードマスク２の開口部２１，２２が同様の寸法及び形状に形成され、さらに初期凹部１１，１２の開口部５１，５２の寸法及び形状も同様に形成されている。
【００５２】
すなわち、ホール形状の初期凹部１２の開口部５２の径Ｒ寸法が、溝形状の初期凹部１１の開口部５１の幅Ｗ寸法よりも、十分に大きく形成されている。これにより、ホール形状の初期凹部１２における基材１のエッチング速度を溝形状の初期凹部１１のエッチング速度よりも大きくすることができる。そして、所定時間エッチングすることで、ホール形状の初期凹部１２の開口部５２の深さｄ２が約５８．２μｍに形成され、溝形状の初期凹部１１の深さｄ２がそれよりも浅い約３８．２μｍに形成される。
【００５３】
この際、初期凹部１１ａ〜１１ｆ，１２の内側面を構成する基材１が、初期凹部１１ａ〜１１ｆ，１２の間に初期凹部１１ａ〜１１ｆ，１２同士を隔離する隔壁１ｗとして残存した状態で、初期凹部１１ａ〜１１ｆ，１２が形成される。すなわち、エッチングの深さｄ１，ｄ２の異なる複数の初期凹部１１，１２が、それぞれ隔壁１ｗにより分離され、隔離された状態でエッチングされる。
【００５４】
そして、初期凹部１１，１２の内表面と隔壁１ｗとが酸化されて酸化部Ｏｘとなり、酸化部Ｏｘが除去されて凹部４の全体の形状が形成される。このとき、凹部４の内表面が平滑化される。また、基材１の表面１ａ方向に隣接する初期凹部１１，１２同士を隔離する隔壁１ｗが除去されて、凹部４の内側に深さＤ１，Ｄ２方向の段差Ｇ１が形成される。
【００５５】
ここで、本実施形態との比較のため、図８（ａ）〜（ｂ）及び図９（ａ）〜（ｃ）に従来のシリコン構造体の製造方法を説明する断面図を示す。
従来の製造方法では、図８に示すように、基材１０をエッチングして深さの異なる底面４０１ｂ及び４０２ｂを有する凹部４０を形成する際に、深さの異なる領域の境界（図８（ａ）のＢ部）が存在している。
【００５６】
このような深さの異なる領域の境界において、図８（ａ）〜（ｂ）に示すように、凹部４０の内側面４０２ａに凹凸が形成されると、次のような問題がある。例えば、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。
【００５７】
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、次のような問題がある。例えば、最深部の底面４０２ｂと、それよりも浅い位置の底面４０１ｂとではエッチング条件が異なる。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。
【００５８】
このように、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、凹部４０の段差Ｇの角Ｃがエッチングされる。そして、図９（ａ）に示すように、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。
【００５９】
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８（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９（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。
【００６０】
また、図９（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、次のような問題がある。例えば、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。
【００６１】
しかし、本実施形態では、図２（ｃ）に示すように、エッチングの深さｄ１，ｄ２の異なる複数の初期凹部１１，１２が、それぞれ隔壁１ｗにより分離され、隔離された状態でエッチングされる。そのため、エッチング工程において、従来のように深さが異なる領域の境界が発生しない。したがって、図９（ａ）〜（ｃ）に示すような従来の製造方法における問題を解消することができる。これにより、初期凹部１１，１２を高いアスペクト比で高精度に形成することが可能となる。
【００６２】
また、エッチング工程において、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。
また、初期凹部１１，１２の開口部５１，５２の寸法または形状を調整して初期凹部１１，１２の深さを制御することができる。
【００６３】
すなわち、図４に示すように、初期凹部１１，１２の開口部５１，５２の幅Ｗ及び径Ｒ寸法を大きくして基材１のエッチング速度を上昇させ、所定時間内に形成される初期凹部１１，１２の深さｄ１，ｄ２を深くすることができる。また、初期凹部１１，１２の開口部５１，５２の幅Ｗ及び径Ｒ寸法を小さくして基材１のエッチング速度を低下させ、所定時間内に形成される初期凹部１１，１２の深さｄ１，ｄ２を浅くすることができる。また、初期凹部１１，１２の開口部５１，５２の形状を溝形状またはホール形状のいずれかに調整して基材１のエッチング速度を調整することができる。
したがって、凹部４の内側に所望の寸法及び形状の段差Ｇ１を高精度に形成することができる。
【００６４】
また、深さｄ１，ｄ２の異なる初期凹部１１，１２を一括して形成することができるので、従来よりも工程数を削減するとともに、プロセスマージンを拡大し、製造工程を容易にすることができる。
【００６５】
また、ハードマスク２の複数の溝形状の開口部２１ａ〜２１ｆは、各々の幅Ｗ方向の寸法が略等しくなるようにパターニングされたフォトレジスト３の溝形状の開口部３１ａ〜３１ｆと略同一の形状及び寸法に形成されている。そのため、エッチング工程において、隣接する複数の初期凹部１１ａ〜１１ｆの開口部５１ａ〜５１ｆの寸法および形状が同等に形成される。これにより、隣接する複数の初期凹部１１ａ〜１１ｆの深さが同等に形成される。
したがって、酸化部除去工程において、これら溝形状の初期凹部１１ａ〜１１ｆの間の隔壁１ｗを除去することによって、凹部４の底面４ｂ１を所望の寸法、形状に形成することができる。
【００６６】
また、酸化部形成工程において、初期凹部１１，１２の内表面と、初期凹部１１ａ〜１１ｆ，１２の間に残存した隔壁１ｗとが酸化されて酸化部Ｏｘとなる。
このとき、図２（ｃ）に示すように、初期凹部１１，１２が、最終的に形成される凹部４の内表面から、基材１の酸化部Ｏｘに加工される厚さＴｏ１分小さく（凹部４の内側に）形成されている。
【００６７】
そのため、初期凹部１１，１２の内表面の基材１が、最終的に形成される凹部４の内表面（内側面４ａ１，４ａ２及び底面４ｂ１、４ｂ２）の境界まで酸化されて酸化部Ｏｘとなる。そして、その酸化部Ｏｘが酸化部除去工程において除去される。したがって、凹部４を従来よりも高い加工精度で加工することができる。
また、酸化部Ｏｘの除去により、凹部４の内表面の凹凸を平滑化することができ、従来のように凹部４の内表面が荒れた状態となることを防止できる。
【００６８】
また、エッチング工程において、隔壁１ｗの厚さが酸化部形成工程において完全に酸化される厚さに調整されている。すなわち、隔壁１ｗの厚さＴｗは、除去される基材１の厚さＴｏ１の２倍未満に形成されている。隔壁１ｗは凹部酸化工程において両方向（凹部４の内側方向と外側方向）から酸化される。そのため、隔壁１ｗの厚さＴｗを、基材１が酸化部Ｏｘとして加工される厚さＴｏ１の２倍未満に設定することで、凹部４の内表面に厚さＴｏの酸化部Ｏｘが形成されたときに、隔壁１ｗを完全に酸化させることができる。
【００６９】
また、本実施形態では、隔壁１ｗの厚さＴｗが、酸化部Ｏｘとして除去される基材１の厚さＴｏ１の０．９倍未満の、より好ましい約１．２５μｍとされている。これにより、酸化部形成工程において隔壁１ｗを完全に酸化することができる。
したがって、酸化部除去工程において、初期凹部１１ａ〜１１ｆ，１２の間に残存させた隔壁１ｗをより確実かつ容易に除去することができる。
【００７０】
また、隔壁１ｗの厚さＴｗは、酸化部形成工程において酸化されて増加する厚さを考慮して、隣接する隔壁１ｗ同士が酸化後に緩衝しないように決定されている。
本実施形態では、酸化前の隔壁１ｗの厚さＴｗは、それぞれより好ましい約１．２５μｍに設定され、隔壁１ｗ同士の中心間隔は約３．３５μｍである。また、酸化前の初期凹部１１ａ〜１１ｆの開口部５１ａ〜５１ｆの幅Ｗ方向の寸法が約２．１μｍに形成されている。そのため、酸化後に隔壁１ｗの厚さＴｗが増加して約２．７８μｍになった場合でも、隔壁１ｗ同士の間に約０．５７μｍの間隔を形成することができる。これにより、酸化後の隔壁１ｗ同士の緩衝を防止することができる。
【００７１】
また、熱酸化により酸化部Ｏｘを形成することで、加熱温度及び加熱時間等を調整して酸化部Ｏｘの厚さＴｏを制御することができる。したがって、酸化部Ｏｘの厚さＴｏの調整を容易にして、凹部４の内表面に均一な厚さＴｏの酸化部Ｏｘを形成することができる。なお、酸化部Ｏｘの厚さＴｏは、酸化前の基材１の厚さＴｏ１よりも厚くなる。
また、熱酸化を例えば１０００℃以上の温度で行うことで、基材１を酸化して酸化部Ｏｘを形成する際の面方位依存性を極小化することができる。これにより、初期凹部１１，１２の底面に形成された酸化部Ｏｘの厚さＴｏと、初期凹部１１，１２の内側面に形成された酸化部Ｏｘの厚さＴｏとを均等にすることができる。
【００７２】
また、酸化部除去工程において、酸化部Ｏｘが除去されて凹部４の全体の形状が形成される。これにより、凹部４の内表面が平滑化される。
さらに、深さの異なる初期凹部１１，１２の間の隔壁１ｗを除去して、凹部４の内側に深さ方向の段差Ｇ１を形成ことができる。
【００７３】
また、初期凹部１１，１２の内表面及び隔壁１ｗを酸化（加工）してシリコン酸化物からなる酸化部Ｏｘを形成することで、酸化部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、酸化部Ｏｘを選択的に除去することができる。
【００７４】
また、エッチング工程においてハードマスク２により、初期凹部１１，１２の開口部５１，５２の形状及び寸法を規定することで、初期凹部１１，１２の形成領域以外の領域をハードマスク２により保護した状態で基材１をエッチングすることができる。これにより、初期凹部１１，１２の開口部５１，５２の寸法及び形状、隔壁１ｗとして残存させる基材１の厚さＴｗを規定することができる。
【００７５】
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、酸化部除去工程において酸化部Ｏｘの除去と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、酸化部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酸化部Ｏｘ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。
また、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との選択比を利用して凹部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。
【００７６】
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Ｇ１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。
【００７７】
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。
【００７８】
＜第二実施形態＞
次に、本発明の第二実施形態について、図１〜図４を援用し、図５を用いて説明する。本実施形態では、凹部４１が溝形状となっている点で、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。
図５（ａ）は本実施形態において最終的に形成する凹部４１の斜視断面図であり、図５（ｂ）は、フォトレジスト３の開口部の平面図である。
【００７９】
（マスクパターン形成工程）
図５（ａ）に示すように、内側に段差Ｇ１１を有する溝形状の凹部４１を形成する場合には、まず、図１（ａ）に示す第一実施形態と同様に、基材１の表面１ａにハードマスク２を形成し、ハードマスク２の表面にフォトレジスト３を形成する。
そして、図５（ｂ）に示すように、フォトレジスト３をパターニングして、幅Ｗ１が略等しい複数の溝形状の開口部３１１ａ〜３１１ｆと、幅Ｗ２が幅Ｗ１よりも大きい溝形状の開口部３２１を形成する。
【００８０】
開口部３１１ａ〜３１１ｆ，３２１の各々の間には、第一実施形態と同様に、エッチング工程において隔壁１ｗ（図２（ｃ）参照）として残存させる基材１の厚さＴｗ分の間隔を幅Ｗ１，Ｗ２方向にあけておく。
また、開口部３１１，３２２の形状及び寸法は、図２（ｃ）に示す第一実施形態と同様に、エッチング工程において形成される初期凹部（図示省略）の深さと、開口部の寸法及び形状と基材１のエッチング速度との関係に応じて調整する。
【００８１】
また、第一実施形態と同様に、初期凹部の深さが、最終的に形成される凹部４１の深さＤ１１，Ｄ２１よりも、後述する酸化部除去工程において酸化部Ｏｘ（図３（ａ）参照）として除去される基材１の厚さＴｏ１分小さく（内側に）なるように調整する。
【００８２】
隣接して複数設けられた開口部３１１の最も外側の開口部３１１ｆは、第一実施形態と同様に、最終的に形成される凹部４１の開口部５１よりも、基材１が酸化部Ｏｘとして除去される厚さＴｏ１分、幅Ｗ１方向の内側に配置する。
また、開口部３１１，３２１は、幅Ｗ１，Ｗ２方向と直交する開口部３１１，３２２の延在方向に、最終的に形成される凹部４１の開口部５１よりも、基材１が酸化部Ｏｘとして除去される厚さＴｏ１分、それぞれ内側に配置する。
【００８３】
本実施形態では、最終的に形成される凹部４１の開口部５１の幅Ｗ３を第一実施形態の凹部４の開口部５の径Ｒ１と略等しくする。また、凹部４１の段差Ｇ１１の内側の幅Ｗ４を、第一実施形態の凹部４の段差Ｇ１の内側の径Ｒ２と略等しくする。
また、フォトレジスト３の開口部３１１の幅Ｗ１を、第一実施形態の溝形状の開口部３１の幅Ｗと略等しくする。また、開口部３２１の幅Ｗ２を、第一実施形態のホール形状の開口部３２の径Ｒと略等しくする。そして、エッチング工程において隔壁１ｗとして残存させる基材１の厚さＴｗも、第一実施形態と同様に決定する。
【００８４】
次いで、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す第一実施形態と同様に、ハードマスク２をエッチングし、フォトレジスト３を除去する。そして、フォトレジスト３の開口部３１１，３２２と略同一の形状及び寸法の開口部（図示省略）を備えたハードマスク２を形成する。
【００８５】
（エッチング工程）
次に、図２（ｃ）に示す第一実施形態と同様に、ハードマスク２の開口部に露出された基材１を深さ方向に異方性エッチングして、基材１に複数の幅Ｗ１が等しい溝形状の初期凹部と、幅Ｗ１よりも大きい幅Ｗ２の初期凹部とを一括して形成する。
これにより、第一実施形態と同様に、マイクロローディング効果により初期凹部の深さが所定の値に制御され、幅Ｗ１，Ｗ２が異なる初期凹部が、異なる深さに一括して形成される。なお、本実施形態では、幅Ｗ１，Ｗ２の初期凹部の開口部の平面形状が、双方とも溝形状に形成されている。また、幅Ｗ１の狭い開口部は第一実施形態の開口部５１の幅Ｗと同様に、幅Ｗ２の広い開口部は、第一実施形態の開口部５２の径Ｒと同様に形成されている。そのため、図４に示すように、第一実施形態の溝形状の初期凹部１１とホール形状の初期凹部１２の組み合わせの場合よりも、初期凹部１１，１２同士の深さｄ１，ｄ２の差が大きくなる。
【００８６】
また、初期凹部は、第一実施形態と同様に、基材１が酸化部Ｏｘとして除去される厚さＴｏ１分、最終的に形成される凹部４１よりも凹部４１の内側に形成される。また、初期凹部の各々の間に、隔壁１ｗが、後述する酸化部形成工程において完全に酸化される厚さＴｗで残存する。また、隣接する複数の幅Ｗ１の狭い初期凹部の各々の開口部の幅Ｗ１方向の寸法が略同一に形成され、各々が略同一の深さに形成される。
【００８７】
（酸化部形成工程）
次に、初期凹部の底面及び内側面を含む初期凹部の内表面の基材１を酸化して、図３（ａ）に示す第一実施形態と同様に、所定の厚さＴｏの酸化部Ｏｘを形成する。
【００８８】
（酸化部除去工程）
次に、上述の工程で酸化させた初期凹部の内表面と隔壁１ｗとを含む酸化部Ｏｘを、図３（ｂ）に示す第一実施形態と同様に除去して、凹部４１の全体の形状を形成する。
これにより、第一実施形態と同様に基材１の表面１ａからの深さＤ１１，Ｄ２２が異なる底面４１ｂ１，４１ｂ２の間に、深さＤ１１，Ｄ２１方向の段差Ｇ１１が形成される。
以上の工程により、内側に段差Ｇ１１を有する多段構造の溝形状の凹部４１が基材１に形成される。
【００８９】
したがって、本実施形態によれば、第一実施形態と同様の効果が得られるだけでなく、溝形状の凹部４１を形成することができる。また、幅Ｗ１，Ｗ２の異なる初期凹部の双方を溝形状とすることで、凹部４１の深さＤ１１，Ｄ２２の差を第一実施形態よりも大きくすることができる。
【００９０】
＜第三実施形態＞
次に、本発明の第三実施形態について、図１〜図５を援用し、図６を用いて説明する。本実施形態では、複数の形状および深さの異なる凹部を形成する点で、上述の第二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。その他の点は第二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。
図６は、本実施形態の製造工程を示す断面図であり、（ａ）はエッチング工程を、（ｂ）は酸化部形成工程を、（ｃ）は酸化部除去工程を示している。
【００９１】
図６（ａ）に示すように、本実施形態では、上述の実施形態と同様に、エッチング工程において、基材１に開口部５１２，５２２，５３２の幅Ｗ５，Ｗ６，Ｗ７が異なる複数の初期凹部１１２，１２２，１３２を一括して形成する。
このとき、幅Ｗ５が幅Ｗ６よりも小さく、幅Ｗ７よりも大きくなるように形成する。また、隣接する複数の初期凹部１１２ａ，１１２ｂの各々を略等しい幅Ｗ５に形成する。同様に、隣接する複数の初期凹部１３２ａ〜１３２ｄの各々を略等しい幅Ｗ７に形成する。
【００９２】
これにより、初期凹部１１２の深さｄ１２が、初期凹部１２２の深さｄ２２よりも浅く、初期凹部１３２の深さｄ３２よりも深く形成される。また、隣接する複数の初期凹部１１２ａ，１１２ｂの各々の深さｄ１２が略等しくなる。同様に隣接する複数の初期凹部１３２ａ〜１３２ｄの各々の深さｄ３２が略等しくなる。
【００９３】
また、初期凹部１１２ａ，１１２ｂ，１２２の各々の間の隔壁１１ｗの厚さＴｗ１と、初期凹部１３２ａ〜１３２ｄの各々の間の隔壁１２ｗの厚さＴｗ２は、上述の実施形態と同様に、酸化部形成工程において完全に酸化され、かつ互いに緩衝しないように決定する。
【００９４】
次に、図６（ｂ）に示すように、上述の実施形態の酸化部形成工程と同様に、初期凹部１１２，１２２，１３２の内表面、隔壁１１ｗ，１２ｗ及び基材１の表面１ａを酸化して厚さＴｏの酸化部Ｏｘを形成する。このとき、初期凹部１２２と初期凹部１３２との間の基材１は完全には酸化されずに一部が残存する。
【００９５】
次いで、図６（ｃ）に示すように、上述の実施形態の酸化部除去工程と同様に酸化部Ｏｘを除去する。これにより、基材１に、内側に深さＤ１２，Ｄ２２方向の段差Ｇ１２を有する凹部４２ａと、凹部４２ａに隣接する凹部４２ｂとを形成することができる。
したがって、本実施形態によれば、第一、第二実施形態と同様の効果が得られるだけでなく、複数の凹部４２ａ，４２ｂを一括して形成することができる。
【００９６】
＜第四実施形態＞
次に、本発明の第四実施形態について、図１〜図５を援用し、図７を用いて説明する。本実施形態では、複数の形状および深さの異なる凹部を段階的に形成し、基材の酸化量を十分に厚くして、テーパ形状の凹部を形成する点で、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。その他の点は上述の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。
図７は、本実施形態の製造工程を示す断面図であり、（ａ）はエッチング工程を、（ｂ）は酸化部形成工程を、（ｃ）は酸化部除去工程を示している。
【００９７】
図７（ａ）に示すように、本実施形態では、上述の実施形態と同様に、エッチング工程において、基材１に開口部５１３，５２３，５３３，５４３の幅Ｗ８，Ｗ９，Ｗ１０，Ｗ１１が異なる複数の初期凹部１１３，１２３，１３３，１４３を一括して形成する。
このとき、幅Ｗ８が最も小さく、幅Ｗ９、幅Ｗ１０、幅Ｗ１１の順に段階的に大きくなるように形成する。
これにより、初期凹部１１３，１２３，１３３，１４３の深さｄ１３，ｄ２３，ｄ３３，ｄ４３が、この順により深くなるように形成される。
【００９８】
また、隣接する初期凹部１１３，１２３，１３３，１４３の各々の間に隔壁として残存する基材１の厚さが、酸化部形成工程において完全に酸化されるように調整する。また、酸化後に隔壁状の基材１同士が緩衝しないように調整する。また、最終的に形成される凹部４３のテーパ状の内側面４３ａの角度に応じて、初期凹部１１３，１２３，１３３，１４３の各々の間隔を調整する。また、最終的に形成する凹部４３の内側面４３ａがなめらかなテーパ状になるように、酸化されて酸化部Ｏｘとなる基材１の厚さを十分に大きく設定する。
【００９９】
次に、上述の実施形態と同様に、初期凹部１１３，１２３，１３３，１４３の各々の内表面と、それらの間の基材１、及び基材１の表面１ａとを酸化して、図７（ｂ）に示すように、酸化部Ｏｘを形成する。
また、隣接する初期凹部１１３，１２３，１３３，１４３の各々の間に隔壁として残存する基材１が完全に酸化されて酸化部Ｏｘの一部となる。
【０１００】
次いで、図７（ｃ）に示すように、上述の実施形態の酸化部除去工程と同様に酸化部Ｏｘを除去する。これにより、基材１に、内側に所望の角度のなめらかなテーパ状の内側面４３ａと、深さＤ１３方向の段差Ｇ１３を有する凹部４３を形成することができる。
したがって、本実施形態によれば、第一実施形態と同様の効果が得られるだけでなく、所望の角度のテーパ状の内側面４３ａと、深さＤ１３方向の段差Ｇ１３を一括して形成することができる。
【０１０１】
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、上述の第一実施形態では、初期凹部の開口部を２種類の異なる寸法・形状として、凹部の内側に１段の段差を形成したが、初期凹部の開口部を３種類以上の異なる寸法・形状に形成することで、２段以上の段差を形成してもよい。
また、上述の第一実施形態では、酸化部形成工程に先立ってハードマスクを除去したが、ハードマスクを除去せずに、初期凹部の内表面及び隔壁を酸化させるようにしてもよい。
また、径の異なるホール状の初期凹部を組み合わせて段差を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の第一実施形態に係るシリコン構造体の製造工程を説明する図であり、（ａ）は断面図及び平面図、（ｂ）は拡大平面図である。
【図２】（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ある。
【図３】本発明の第一実施形態に係るシリコン構造体の製造方法を説明する図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は断面図及び平面図である。
【図４】本発明の第一実施形態に係る基材のエッチング深さと初期凹部の開口部の寸法及び形状との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第二実施形態に係るシリコン構造体の製造工程を説明する図であり、（ａ）は斜視断面図、（ｂ）は平面図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第三実施形態に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７】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第四実施形態に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８】（ａ）及び（ｂ）は、従来のシリコン構造体の製造方法の問題点を説明する断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は、従来のシリコン構造体の製造方法の問題点を説明する断面図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１ 基材、２ ハードマスク（マスクパターン）、４ 凹部、１１，１２ 初期凹部、２１（２１ａ〜２１ｆ），２２ 開口部、４１ 凹部、４２ａ，４２ｂ 凹部、４３ 凹部、１ｗ 隔壁、１１ｗ，１２ｗ 隔壁、Ｒ，Ｒ１，Ｒ２ 径（寸法）、Ｔｏ，Ｔｏ１ 厚さ、Ｔｗ，Ｔｗ１，Ｔｗ２ 厚さ、Ｏｘ 酸化部、１１２，１２２，１３２ 初期凹部、１１３，１２３，１３３，１４３ 初期凹部、ｄ１，ｄ２ 深さ、ｄ１２，ｄ２２，ｄ３２ 深さ、ｄ１３，ｄ２３，ｄ３３，ｄ４３ 深さ、Ｇ１，Ｇ１１，Ｇ１２，Ｇ１３ 段差、Ｗ，Ｗ１〜Ｗ１１ 幅（寸法）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンからなる基材に、内側に深さ方向の段差を有する凹部が形成されたシリコン構造体の製造方法であって、
寸法または形状が異なる複数の開口部を備えたマスクパターンを形成するマスクパターン形成工程と、
前記複数の開口部に露出された前記基材を同時に深さ方向に異方性ドライエッチングして、深さの異なる複数の初期凹部を形成するエッチング工程と、
前記複数の初期凹部の内表面を酸化することにより、前記初期凹部の各々の間に隔壁として残存した前記基材の全体を酸化して酸化部を形成する酸化部形成工程と、
前記酸化部を除去して、前記凹部を形成する酸化部除去工程と、
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】
前記マスクパターン形成工程において前記開口部の前記寸法または前記形状を調整することで、前記エッチング工程において前記初期凹部の深さを制御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】
前記マスクパターン形成工程において前記開口部の間隔を調整することで、前記エッチング工程において前記初期凹部の間の前記隔壁の厚さを前記酸化部形成工程において完全に酸化される厚さに調整することを特徴とする請求項１記載または請求項２に記載のシリコン構造体の製造方法。
【請求項４】
前記マスクパターン形成工程において、隣接する複数の前記開口部の寸法および形状を均一に形成することを特徴とする請求項１ないし請求項３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５】
前記マスクパターン形成工程において、前記複数の開口部のうち、平面視で最も外側に位置する前記開口部は、前記基材が前記酸化部として前記酸化部除去工程において除去される厚さ分、前記凹部の内側面よりも前記凹部の内側に形成することを特徴とする請求項１ないし請求項４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６】
前記マスクパターン形成工程において前記開口部の前記寸法または前記形状を調整することで、前記初期凹部の深さを、前記基材が前記酸化部として前記酸化部除去工程において除去される厚さ分、前記凹部の深さよりも浅く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】
前記マスクパターン形成工程において、前記開口部の形状は、溝形状またはホール形状であることを特徴とする請求項１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】
前記酸化部形成工程は、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】
前記酸化部除去工程は、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】
前記マスクパターンはシリコン酸化物からな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１】
シリコンからなる基材に、内側に深さ方向の段差を有する凹部が形成されたシリコン構造体の製造方法であって、
寸法または形状が異なる複数の開口部を備えたマスクパターンを形成するマスクパターン形成工程と、
前記複数の開口部に露出された前記基材を同時に深さ方向に異方性ドライエッチングして、深さの異なる複数の初期凹部を形成するエッチング工程と、
前記複数の初期凹部の内表面を酸化することにより、前記初期凹部の各々の間に隔壁として残存した前記基材の全体を酸化して酸化部を形成する酸化部形成工程と、
前記酸化部を除去して、前記凹部を形成する酸化部除去工程と、
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】
前記マスクパターン形成工程において前記開口部の前記寸法または前記形状を調整することで、前記エッチング工程において前記初期凹部の深さを制御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】
前記マスクパターン形成工程において前記開口部の間隔を調整することで、前記エッチング工程において前記初期凹部の間の前記隔壁の厚さを前記酸化部形成工程において完全に酸化される厚さに調整することを特徴とする請求項１記載または請求項２に記載のシリコン構造体の製造方法。
【請求項４】
前記マスクパターン形成工程において、隣接する複数の前記開口部の寸法および形状を均一に形成することを特徴とする請求項１ないし請求項３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５】
前記マスクパターン形成工程において、前記複数の開口部のうち、平面視で最も外側に位置する前記開口部は、前記基材が前記酸化部として前記酸化部除去工程において除去される厚さ分、前記凹部の内側面よりも前記凹部の内側に形成することを特徴とする請求項１ないし請求項４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６】
前記マスクパターン形成工程において前記開口部の前記寸法または前記形状を調整することで、前記初期凹部の深さを、前記基材が前記酸化部として前記酸化部除去工程において除去される厚さ分、前記凹部の深さよりも浅く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】
前記マスクパターン形成工程において、前記開口部の形状は、溝形状またはホール形状であることを特徴とする請求項１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】
前記酸化部形成工程は、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】
前記酸化部除去工程は、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】
前記マスクパターンはシリコン酸化物からな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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−２６９１２０（Ｐ２００９−２６９１２０Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１２１１９０（Ｐ２００８−１２１１９０）
【出願日】平成２０年５月７日（２００８．５．７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月７日（２００８．５．７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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