半導体装置の製造方法
【課題】単結晶シリコン基板を用いた半導体装置を製造する際に、エッチング速度を向上させることができる半導体装置の製造方法を提供すること。
【解決手段】単結晶シリコン基板１１０に対してレーザー光Ｌを照射して、そのレーザー光Ｌの焦点を移動させることによって、少なくとも一部が単結晶シリコン基板１１０の表面に露出するように単結晶シリコン基板１１０の内部を部分的に多結晶化して改質部１５０を形成する改質工程と、改質工程にて単結晶シリコン基板１１０を多結晶化した部位をエッチャントにて連続的にエッチングするエッチング工程とを備える半導体装置の製造方法。
【解決手段】単結晶シリコン基板１１０に対してレーザー光Ｌを照射して、そのレーザー光Ｌの焦点を移動させることによって、少なくとも一部が単結晶シリコン基板１１０の表面に露出するように単結晶シリコン基板１１０の内部を部分的に多結晶化して改質部１５０を形成する改質工程と、改質工程にて単結晶シリコン基板１１０を多結晶化した部位をエッチャントにて連続的にエッチングするエッチング工程とを備える半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エッチング工程を有する半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、単結晶シリコンをエッチングして半導体装置を製造する製造方法の一例として特許文献１に示すものがあった。
【０００３】
この半導体装置の製造方法は、単結晶シリコンのベース層上に、酸化シリコンの中間層を介して、単結晶シリコンの上層が積層されているＳＯＩ基板を用いるものである。そして、上層の単結晶シリコンの表面にパターニングされた酸化膜をマスクとして、上層の単結晶シリコンを中間層までエッチングする。その後、中間層を、ＨＦなどの薬液によってウェットエッチングするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２６４９０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この特許文献１に示す半導体装置の製造方法においては、可動部及び固定部を形成するために上層の単結晶シリコン基板を深さ方向に、中間層を酸化シリコン横方向（単結晶シリコン基板の平面に沿う方向）にエッチングする必要がある。しかしながら、中間層の酸化シリコンは、エッチングレートが遅く、上層の単結晶シリコン基板に関しては、単結晶シリコン基板をそのままエッチングするため、エッチング速度を向上させるには限界があった。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、単結晶シリコン基板を用いた半導体装置を製造する際に、エッチング速度を向上させることができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために請求項１に記載の半導体装置の製造方法は、単結晶シリコン基板に対してレーザー光を照射して、レーザー光の焦点を移動させることによって、少なくとも一部が単結晶シリコン基板の表面に露出するように単結晶シリコン基板の内部を部分的に多結晶化する改質工程と、
改質工程にて単結晶シリコン基板を多結晶化した部位をエッチャントにてエッチングするエッチング工程と、
を備えることを特徴とするものである。
【０００８】
このように、単結晶シリコン基板における多結晶化した部位は、多結晶化していない部位に比べて、エッチャントの浸透速度、吸着速度が速くなる。従って、予め単結晶シリコン基板を多結晶化しておき、その多結晶化した部位をエッチャントにてエッチングすることによって、単結晶シリコン基板を用いた半導体装置を製造する際に、エッチング速度を向上させることができる。
【０００９】
また、請求項２に示すように、改質工程においては、レーザー光の照射条件を調整することによって、多結晶化した部位の一部に空隙部を形成するようにしてもよい。
【００１０】
このように、多結晶化した部位の内部に空隙部を形成することによって、エッチング速度をより一層向上させることができる。
【００１１】
また、請求項３に示すように、エッチング工程においては、ドライエッチングを行うようにしてもよい。
【００１２】
このように、ドライエッチングにて多結晶化した部位をエッチングすることによって、スティッキングを抑制することができる。
【００１３】
また、請求項４に示すように、改質工程においては、単結晶シリコン基板の内部を単結晶シリコン基板の深さ方向に多結晶化するようにしてもよい。
【００１４】
このようにすることによって、トレンチを有する半導体装置を製造する際の製造時間を短縮することができる。
【００１５】
また、請求項５に示すように、改質工程においては、単結晶シリコン基板の内部を単結晶シリコン基板の深さ方向及び単結晶シリコン基板の平面に沿う方向に多結晶化するようにしてもよい。
【００１６】
このようにすることによって、二枚の単結晶シリコン基板を酸化膜などの中間層を介して貼り合わせたＳＯＩ基板を用いることなく、一枚の単結晶シリコン基板から可動部や薄膜部を有する半導体装置を製造することができると共に、製造する際の製造時間を短縮することができる。
【００１７】
さらに、請求項６に示すように、改質工程においては、単結晶シリコン基板の内部を単結晶シリコン基板の平面に対して斜め方向に多結晶化するようにしてもよい。
【００１８】
このようにすることによって、通常の単結晶シリコン基板をエッチングする場合では加工が難しい形状であってもエッチングすることができる。
【００１９】
また、請求項７に示すように、半導体装置として、力学量の印加に応じて所定方向に変位可能な可動部及び固定部を有する半導体力学量センサを適用するものであり、改質工程においては、単結晶シリコン基板における可動部を区画する部位を多結晶化するようにしてもよい。
【００２０】
半導体力学量センサの可動部を製造する場合、二枚の単結晶シリコン基板を酸化膜などの中間層を介して貼り合わせたＳＯＩ基板を用いることがある。しかしながら、上述のように、単結晶シリコン基板における可動部を区画する部位を多結晶化して、その多結晶化した部位をエッチングすることによって、ＳＯＩ基板を用いることなく力学量の印加に応じて所定方向に変位可能な可動部を有する半導体力学量センサを製造することができコストを低減することができる。
【００２１】
また、請求項８に示すように、半導体装置として、トレンチゲートを有するトランジスタを適用するものであり、改質工程においては、単結晶シリコン基板におけるトレンチゲートの形成予定領域を多結晶化するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態における半導体装置を示す平面図である。
【図２】図１におけるII−II線に沿う断面図である。
【図３】本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を示す工程別断面図である。
【図４】本発明の実施の形態における製造装置の概略構成を示すイメージ図である。
【図５】本発明の実施の形態における単結晶シリコン基板の一例を示す平面図である。
【図６】本発明の実施の形態における単結晶シリコン基板の深さ方向への改質部を示す平面図である。
【図７】図６におけるVII−VII線に沿う断面図である。
【図８】図６におけるVIII−VIII線に沿う断面図である。
【図９】本発明の実施の形態における単結晶シリコン基板の横方向への改質部を示す平面図である。
【図１０】図１０におけるX−X線に沿う断面図である。
【図１１】図１０におけるXI−XI線に沿う断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態におけるレーザー光のパワーを０．４ｗにして改質した場合の単結晶シリコン基板をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope、走査型電子顕微鏡）で観察した断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態におけるレーザー光のパワーを１．０ｗにして改質した場合の単結晶シリコン基板をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope、走査型電子顕微鏡）で観察した断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態におけるレーザー光のパワーを１．２ｗにして改質した場合の単結晶シリコン基板をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope、走査型電子顕微鏡）で観察した断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態におけるレーザー光のパワーと改質幅との関係を示すグラフである。
【図１６】本発明の変形例１における半導体装置を示す断面図である。
【図１７】本発明の変形例２における半導体装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
【００２４】
本実施の形態においては、本発明の製造方法を力学量の印加に応じて所定方向に変位可能な可動部を有する半導体力学量センサの製造方法に適用した例を採用して説明する。特に、本実の施形態では、図１に示すように半導体力学量センサとして、力学量としての加速度を検出する容量式加速度センサ１００の例を示す。なお、半導体力学量センサとしては、力学量の印加に応じて所定方向に変位可能な可動部が構成されたＭＥＭＳデバイスであれば採用することができる。具体的には、上記した容量式加速度センサ以外にも、容量式角速度センサ、振動センサ、マイクロフォン、マイクロスキャナなどを採用することができる。
【００２５】
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る容量式加速度センサ１００は、一枚（単体）の単結晶シリコン基板１１０から可動部、固定部が構成されるものである。
つまり、この容量式加速度センサ１００における可動部と固定部は、単結晶シリコン基板１１０によって連続して構成されるものである。この可動部及び固定部は、単結晶シリコン基板１１０が深さ方向にエッチングされたエッチング部１４０（トレンチ部１４０ａ）によって囲まれている。
【００２６】
可動部は、単結晶シリコン基板１１０の深さ方向にエッチングされたエッチング部１４０であるトレンチ部１４０ａ及び単結晶シリコン基板１１０の内部で横方向にエッチングされたエッチング部１４０であるリリース部１４０ｂによって可動化（リリース）され、力学量（加速度）の印加に応じて所定方向（図１においては紙面左右方向）に変位可能な部位である。また、可動部は、単結晶シリコン基板１１０をエッチング部１４０によって区画してなる梁構造体であり可動電極１２１、錘部１２２、バネ部１２３を含む。なお、単結晶シリコン基板１１０の深さ方向とは、単結晶シリコン基板１１０の平面（表面）に対して垂直方向を示すものである。一方、単結晶シリコン基板１１０の横方向とは、単結晶シリコン基板１１０の平面に沿う方向を示すものである。
【００２７】
加速度が作用する質量（マス）としての錘部１２２は、その外周（外枠）が平面長方形とされており、錘部１２２直下の単結晶シリコン基板１１０をエッチングにより除去しやすくするために、図１に示すごとく、エッチング部１４０の一部である貫通孔（図面においては符号１４０を付与すると共に、以下の説明においては貫通孔１４０とも称する）が設けられている。この錘部１２２は、単結晶シリコン基板１１０におけるエッチングされた空間（リリース部１４０ｂ）の底面から浮いた状態で構成されている。従って、錘部１２２における貫通孔１４０は、単結晶シリコン基板１１０の表面からエッチングされた空間（リリース部１４０ｂ）まで貫通している。
【００２８】
なお、本実施の形態においては、後ほど説明するように、単結晶シリコン基板１１０のエッチングしたい部分をレーザー光によって多結晶化してからエッチングするため、リリース部１４０ｂを形成しやすいという効果を有するものである。つまり、リリース部１４０ｂの形成予定部分（多結晶化した部分）が単結晶シリコン基板１１０の外部に露出した多結晶化部分と連結していればリリース部１４０ｂを形成することができる。従って、本実施の形態においては、必ずしも錘部１２２に貫通孔１４０を設ける必要はない。
【００２９】
可動電極１２１は、錘部１２２の変位方向に対して垂直な方向の側面から突出して形成され、図１に示す例では各側面に３本ずつ設けられている。また、錘部１２２の変位方向側の両端には、四角枠形状の梁構造を有するバネ部１２３がそれぞれ連結されている。この各バネ部１２３は、可動部を支持する支持部としてのアンカ１２４に連結されている。
【００３０】
このように可動部は、可動電極１２１を構成する梁、錘部１２２を構成する梁、バネ部１２３を構成する梁が互いに連結されてなる梁構造体となっており、可動部としての梁構造体は、その両端がアンカ１２４に固定されている。つまり、可動電極１２１、錘部１２２、バネ部１２３は、アンカ１２４によって支持されて、単結晶シリコン基板１１０におけるエッチングされた空間（リリース部１４０ｂ）の底面から浮いた状態となっている。
【００３１】
なお、アンカ１２４の一方には、アルミニウムなどの金属層をパターニングしてなる可動電極用パッド１２５が形成されている。
【００３２】
一方、複数の固定部１３０は、それぞれ固定電極１３１、固定電極用パッド１３２、及び固定電極１３１と固定電極用パッド１３２とを繋ぐ部位を有している。各固定部１３０における固定電極１３１と固定電極用パッド１３２とを繋ぐ部位は、固定電極１３１と対応する固定電極用パッド１３２とを電気的に接続する配線として機能するものである。
【００３３】
各固定部１３０は、単結晶シリコン基板１１０が深さ方向にエッチングされたエッチング部１４０であるトレンチ部１４０ａによって区画される。固定部１３０における配線として機能する部位は、錘部１２２と平行に配置されており、この部位から延びる固定電極１３１は、錘部１２２の両側面から突出する可動電極１２１に対して、それぞれ所定の検出間隔（隙間）を有しつつ、平行状態で対向配置されている。
【００３４】
この固定電極１３１は、可動電極１２１と同じ数だけ設けられている。また、固定電極１３１は、加速度が印加されたとき、可動電極１２１と固定電極１３１との間にそれぞれ形成されるコンデンサの各静電容量が、一方で増加し、他方で減少するように設けられている。すなわち、差動増幅する構成となっている。
【００３５】
ここで、本実施の形態における容量式加速度センサ１００の製造方法に関して図３を用いて説明する。まず、図３（ａ）に示すように、単結晶シリコン基板１１０を用意する。
【００３６】
次に、図３（ｂ）に示すように、単結晶シリコン基板１１０に対してレーザー光Ｌを照射して、そのレーザー光Ｌの焦点を単結晶シリコン基板１１０におけるエッチング予定領域内で移動させることによって、少なくとも一部が単結晶シリコン基板１１０の表面に露出するように単結晶シリコン基板１１０の内部を部分的（選択的）に多結晶化（トレンチ用改質部１５０ａ、リリース用改質部１５０ｂ）する（改質工程）。
【００３７】
換言すると、単結晶シリコン基板１１０における可動部及び固定部を区画する部位を多結晶化する。つまり、可動電極１２１、錘部１２２、バネ部１２３、アンカ１２４、固定部１３０の形成予定領域の周辺を多結晶化（トレンチ用改質部１５０ａ）すると共に、この周辺の多結晶化された部位に少なくとも一部が連結するように可動電極１２１、錘部１２２、バネ部１２３の形成予定領域の直下を多結晶化（リリース用改質部１５０ｂ）する。
【００３８】
なお、トレンチ部１４０ａを形成するための改質部１５０をトレンチ用改質部１５０ａ、リリース部１４０ｂを形成するための改質部１５０をリリース用改質部１５０ｂと称する。つまり、単結晶シリコン基板１１０の深さ方向の改質部１５０をトレンチ用改質部１５０ａ、横方向の改質部１５０をリリース用改質部１５０ｂと称する。
【００３９】
また、この改質工程においては、図４に示すように、単結晶シリコン基板１１０が載置された状態で単結晶シリコン基板１１０をｘ-ｙ方向（単結晶シリコン基板１１０の平面に沿う方向）に移動させることができるｘ-ｙステージ３０と、ｘ-ｙステージ３０上に載置された単結晶シリコン基板１１０の上方に配置されレーザー光Ｌの焦点をｚ方向（単結晶シリコン基板１１０の深さ方向）に移動させることができる可変焦点レンズ２０、集光レンズ２１などの光学系装置とを用いることができる。
【００４０】
ここで、この光学系装置（可変焦点レンズ２０、集光レンズ２１）とｘ-ｙステージ３０とを用いてトレンチ用改質部１５０ａを形成する場合について図６〜図８を用いて説明する。なお、ここでは説明を簡略化するために、単結晶シリコン基板１１０にトレンチ用改質部１５０ａのみを形成する場合を例として採用する。まず、レーザー光Ｌの発光口（発光部）が単結晶シリコン基板１１０におけるトレンチ部１４０ａを形成する位置の真上にくるように、単結晶シリコン基板１１０が載置されたｘ-ｙステージ３０、もしくは光学系装置（可変焦点レンズ２０、集光レンズ２１）を調節する。そして、レーザー光Ｌを照射しつつ、可変焦点レンズ２０にてレーザー光Ｌの焦点を単結晶シリコン基板１１０におけるトレンチ用改質部１５０ａを形成する位置の深い方から表面へと移動させる。つまり、レーザー光Ｌの走査（移動）方向は、単結晶シリコン基板１１０の平面に対して垂直方向である。この図７、８の例の場合、レーザー光Ｌの焦点の位置は、単結晶シリコン基板１１０の深さ方向（単結晶シリコン基板１１０の平面に対して垂直方向）に２点である。
【００４１】
次に、この光学系装置（可変焦点レンズ２０、集光レンズ２１）とｘ-ｙステージ３０とを用いてリリース用改質部１５０ｂを形成する場合について図９〜図１１を用いて説明する。なお、ここでは説明を簡略化するために、単結晶シリコン基板１１０にリリース用改質部１５０ｂのみを形成する場合を例として採用する。しかしながら、実際は、リリース用改質部１５０ｂは、エッチャントが浸透するように、必ず単結晶シリコン基板１１０の表面に露出する改質部１５０（トレンチ用改質部１５０ａ）と連結する。
【００４２】
まず、レーザー光Ｌの発光口（発光部）が単結晶シリコン基板１１０におけるリリース部１４０ｂを形成する位置の始点の真上にくるように、単結晶シリコン基板１１０が載置されたｘ-ｙステージ３０、もしくは光学系装置（可変焦点レンズ２０、集光レンズ２１）を調節する。また、レーザー光Ｌを照射したときに、レーザー光Ｌの焦点が単結晶シリコン基板１１０の所定の深さ（リリース部１４０ｂの形成する位置）になるように可変焦点レンズ２０を調節しておく。
【００４３】
そして、レーザー光Ｌを照射しつつ、ｘ-ｙステージ３０にて単結晶シリコン基板１１０を移動させることによって、レーザー光Ｌの焦点を単結晶シリコン基板１１０におけるリリース部１４０ｂを形成する位置に沿って移動させる。つまり、レーザー光Ｌの走査（移動）方向は、単結晶シリコン基板１１０の平面に沿う方向である。この図１０、１１の例の場合、レーザー光Ｌの焦点の位置は、単結晶シリコン基板１１０の平面に沿う方向に１８点である。
【００４４】
なお、ｘ-ｙステージ３０及び集光レンズ２１は、周知技術であるため詳しい説明は省略する。また、可変焦点レンズ２０は、特開２００２−２３９７６９号公報に記載されたものなどを採用するようにしてもよい。
【００４５】
また、本実施の形態においては、単結晶シリコン基板１１０に対して三次元的にレーザー光Ｌの焦点を移動させるための装置の一例として、可変焦点レンズ２０、集光レンズ２１、及びｘ-ｙステージ３０を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。単結晶シリコン基板１１０とレーザー光Ｌの焦点とを相対的に移動させて、単結晶シリコン基板１１０に対して三次元的にレーザー光Ｌの焦点を移動させることができるものであれば特に限定されるものではない。また、単結晶シリコン基板１１０にトレンチ部のみを形成する場合は、単結晶シリコン基板１１０とレーザー光Ｌの焦点とを相対的に移動させて、単結晶シリコン基板１１０の深さ方向にレーザー光Ｌの焦点を照射することができるものであれば特に限定されるものではない。
【００４６】
なお、本実施の形態（図４）においては、矩形状の単結晶シリコン基板１１０を用いる例を採用しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図５に示すように、インゴットからスライスしたオリフラなどの切り欠きがある略円形の単結晶シリコン基板１１０を採用することもできる。この場合、単結晶シリコン基板１１０におけるチップ作成領域１００ａに複数の容量式加速度センサ１００を形成する。
【００４７】
このように単結晶シリコン基板１１０にレーザー光Ｌを照射しつつ、レーザー光の焦点を移動させることによって、その焦点が当たった部分に多光子吸収を生じさせ、部分的に単結晶から多結晶へ改質することができる。換言すると、改質工程においては、単結晶シリコン基板１１０にレーザー光Ｌの焦点を局所的に当てることによって、単結晶から多結晶へと改質された改質部１５０を形成する。つまり、単結晶シリコン基板１１０に対して、選択的に多結晶の領域を形成する。
【００４８】
そして、改質工程後は、改質工程にて単結晶シリコン基板１１０を多結晶化した部位をエッチャントにて連続的にエッチングする（エッチング工程）。なお、エッチング工程としては、ウェットエッチングでもドライエッチング（反応ガス中に材料を晒してエッチングする反応性ガスエッチング、プラズマによりガスをイオン化・ラジカル化してエッチングする反応性イオンエッチング）でも採用することができる。
【００４９】
しかしながら、ウェットエッチングの場合、改質部１５０をエッチング除去したときに、トレンチ部１４０ａやリリース部１４０ｂにおいて単結晶シリコン基板１１０同士が付着してしまう現象（所謂スティッキング）が生じる可能性がある。そこで、エッチング工程においてはドライエッチングを採用すると好ましい。ドライエッチングを採用することによって上述のスティッキングを抑制することができる。また、可動電極１２１、錘部１２２、バネ部１２３の形成予定領域の直下をエッチングする場合は、ウェットエッチングで用いる水溶液に比べて、ドライエッチングで用いるガスのほうがリリース用改質部１５０ｂに浸透しやすいので好ましい。
【００５０】
なお、このドライエッチングにおけるエッチング条件の一例としては、ガス：ＸｅＦ２、圧力：１ｔｏｒｒ、パルスエッチング×５回、反応式：Ｓｉ＋２ＸｅＦ２→ＳｉＦ４＋２Ｘｅなどを採用することができる。
【００５１】
このように、単結晶シリコン基板１１０における多結晶化した部位（改質部１５０（トレンチ用改質部１５０ａ、リリース用改質部１５０ｂ）は、多結晶化していない部位（単結晶部位）に比べて、エッチャントの浸透速度、吸着速度が速くなる。従って、予め単結晶シリコン基板１１０を多結晶化しておき、その多結晶化した部位をエッチャントにて連続的にエッチングすることによって、単結晶シリコン基板１１０を用いた容量式加速度センサ１００を製造する際に、エッチング速度を向上させることができる。
【００５２】
また、従来、上述のような半導体力学量センサの可動部を製造する場合、二枚の単結晶シリコン基板を酸化膜などの中間層を介して貼り合わせたＳＯＩ基板を用いる方法がある。しかしながら、このＳＯＩ基板は、一般的には単結晶シリコン基板１１０より高価である。そこで、本実施の形態における製造方法においては、上述のように、単結晶シリコン基板１１０における可動部及び固定部を区画する部位を多結晶化して、その多結晶化した部位をエッチングすることによって、ＳＯＩ基板を用いることなく力学量の印加に応じて所定方向に変位可能な可動部を有する容量式加速度センサ１００を製造することができコストを低減することができる。
【００５３】
また、単結晶シリコン基板１１０における改質部１５０は、単結晶シリコン部分、ＳＯＩ基板の中間層を構成する酸化膜などの絶縁膜よりもエッチングレートが早い。さらに、本実施の形態における製造方法では、トレンチ部１４０ａとリリース部１４０ｂとを連続的にエッチングすることができる。よって、本実施の形態における製造方法は、ＳＯＩ基板を用いる場合よりも容量式加速度センサ１００の製造時間を短縮することができる。
【００５４】
また、本実施の形態における製造方法の場合、加工材料が単結晶シリコン基板１１０の１種類となり、ガス系、チャンバー系（高周波、電極板）が１系統となり、エッチング装置をコンパクトにすることができる。
【００５５】
また、本実施の形態で採用した力学量としての加速度を検出する容量式加速度センサの場合、可動電極１２１と固定電極１３１とのギャップが単結晶シリコン基板１１０内、単結晶シリコン基板１１０間で一定、可動電極１２１と固定電極１３１のミクロン単位の寸法、可動電極１２１と固定電極１３１の対抗面が鏡面であることが理想である。
【００５６】
本実施の形態における製造方法においては、レーザー光で予めエッチングしたい領域に改質部（多結晶化、マイクロドーム）を形成しておき（荒取りエッチング）、その領域をエッチングするので加工精度を向上させることができる。また、エッチング工程においてドライエッチングの等方性領域を利用した角度依存性を積極的に活用することによって、従来よりも滑らかな加工面とすることができる。
【００５７】
なお、本実施の形態においては、容量式加速度センサ１００におけるトレンチ部１４０ａ及びリリース部１４０ｂの両方を本発明の製造方法（多結晶化後にエッチング）を用いて形成する例を採用したが、トレンチ部１４０ａのみを本発明の製造方法を用いて形成するようにしてもよい。このようにすることによっても、単結晶シリコン基板をそのままエッチングしてトレンチを形成する場合に比べて、トレンチ部１４０ａを形成する時間を短縮することができる。
【００５８】
また、図１２〜図１４に示すように、レーザー光Ｌの照射条件を調整することによって、多結晶化した改質部１５０（ここでは、リリース用改質部１５０ｂを採用）の一部に空隙部１７０（以下、マイクロドームとも称する）を形成するようにしてもよい。なお、図１２〜図１４においては、（ｂ）は、単結晶シリコン基板１１０をＳＥＭで観察した断面図であり、（ａ）は、単結晶シリコン基板１１０をＳＥＭで観察した断面図のトレース図面である。
【００５９】
例えば、図１２（ａ）、（ｂ）に示す例は、レーザー光Ｌの照射条件として、パワー：０．４ｗ、送り（走査速度）：３００ｍｍ／ｓ、周波数：８０ｋＨｚを採用して、単結晶シリコン基板１１０に改質部１５０（リリース用改質部１５０ｂ）及びマイクロドーム１７０を形成したときの極−ＳＥＭ画像である。このとき、改質部１５０は、単結晶シリコン基板１１０の表面から６０μｍ（ｘ２）の位置に、１５μｍ（ｘ１）の厚みで形成されている。また、マイクロドーム１７０は、改質部１５０の底に厚み４μｍ（ｘ３）、幅１μｍ（ｙ３）で形成されている。
【００６０】
次に、図１３（ａ）、（ｂ）に示す例は、レーザー光Ｌの照射条件として、パワー：１．０ｗ、送り（走査速度）：３００ｍｍ／ｓ、周波数：８０ｋＨｚを採用して、単結晶シリコン基板１１０に改質部１５０（リリース用改質部１５０ｂ）及びマイクロドーム１７０を形成したときのＦＥ−ＳＥＭ画像である。このとき、改質部１３は、単結晶シリコン基板１１０の表面から４５μｍ（ｘ５）の位置に、３０μｍ（ｘ４）の厚みで形成されている。また、マイクロドーム１７０は、改質部１５０の底に厚み２μｍ（ｘ６）、幅１μｍ（ｙ６）で形成されている。
【００６１】
また、図１４（ａ）、（ｂ）に示す例は、レーザー光Ｌの照射条件として、パワー：１．２ｗ、送り（走査速度）：３００ｍｍ／ｓ、周波数：８０ｋＨｚを採用して、単結晶シリコン基板１１０に改質部１５０（リリース用改質部１５０ｂ）及びマイクロドーム１７０を形成したときのＦＥ−ＳＥＭ画像である。このとき、改質部１５０は、単結晶シリコン基板１１０の表面から４５μｍ（ｘ８）の位置に、３０μｍ（ｘ７）の厚みで形成されている。また、マイクロドーム１７０は、改質部１５０の底に厚み２μｍ（ｘ９）、幅１μｍ（ｙ９）で形成されている。なお、図１５は、これらの結果をまとめた、レーザー光のパワーと改質幅との関係を示すグラフである。
【００６２】
このようなレーザー光Ｌの照射条件では、改質部１５０にマイクロドーム１７０を形成することができる。また、改質部１５０及びマイクロドーム１７０は、半導体装置１００の要求寸法（最小加工寸法／デザインルール）に応じて、レーザー光Ｌの諸元（例えはパワー、パルス幅）を制御することによって、サイズを自由にコントロールできる。また、マイクロドーム１７０は、トレンチ用改質部１５０ａ、リリース用改質部１５０ｂの形成位置に連続ならびに一定間隔で作ることができる。さらに、このように改質部１５０にマイクロドーム１７０を設けることによって、改質部１５０へのエッチャントの供給が容易に加速される。よって、マイクロドーム１７０を設けない場合よりエッチャントの浸透速度、吸着速度を速くすることができ、エッチング速度をより一層向上することができる。単結晶シリコン基板１１０におけるマイクロドーム１７０を有する改質部１５０は、多結晶化してない部位（単結晶の部位）に比べてエッチング速度を約５倍速くすることができる。
【００６３】
また、上述の実施の形態においては、トレンチ部１４０ａ、リリース部１４０ｂを設ける例を採用して説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。改質部１５０（多結晶化、マイクロドーム）を形成する際に、レーザー光の焦点を単結晶シリコン基板１１０の内部において単結晶シリコン基板１１０の平面に対して斜め方向に多結晶化（レーザー光の焦点を斜めに走査）することもできる。これによって、図１６の変形例１、図１７の変形例２に示すように、リリース部のコーナー（側壁）にテーパーによる補強部１６０ａや、曲面（Ｒ）による補強部１６０ｂを容易に設けることができる。換言すると、補強部１６０ａ及び補強部１６０ｂは、リリース部の壁部であって、リリース部の底面から底面に対向する面にかけて設けられたテーパーや曲面である。なお、図１６、図１７は、図１におけるXVI−XVI線に沿う断面図である。
【００６４】
よって、半導体装置（容量式加速度センサ１００）の機械的強度、耐久性を向上させることができる。換言すると、機械的強度、耐久性を向上させた半導体装置（容量式加速度センサ１００）を一枚の単結晶シリコン基板１１０から製造することができる。
【００６５】
また、本発明の製造方法は、半導体力学量センサに限らず、トレンチゲートを有するトランジスタ、複合ＩＣなどの製造にも適用できる。つまり、改質工程においては、単結晶シリコン基板１１０におけるトレンチゲートの形成予定領域を多結晶化したり、複合ＩＣの素子分離用トレンチの形成予定領域を多結晶化したりする。このようにすることによって、トレンチゲートを有するトランジスタ、複合ＩＣのコストを低減することができる。
【符号の説明】
【００６６】
２０ 可変焦点レンズ、２１ 集光レンズ、３０ ｘ-ｙステージ、１００ 半導体装置（容量式加速度センサ）、１１０ 単結晶シリコン基板、１２１ 可動電極、１２２ 錘部、１２３ バネ部、１２４ アンカ、１２５ 可動電極用パッド、１３０ 固定部、１３１ 固定電極、１３２ 固定電極用パッド、１４０ エッチング部、１４０ａ トレンチ部、１４０ｂ リリース部、１５０ 改質部、１５０ａ トレンチ用改質部、１５０ｂ リリース用改質部、１６０ 空隙部（マイクロドーム）、１７０ａ、１７０ｂ 補強部、Ｌ レーザー光
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エッチング工程を有する半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、単結晶シリコンをエッチングして半導体装置を製造する製造方法の一例として特許文献１に示すものがあった。
【０００３】
この半導体装置の製造方法は、単結晶シリコンのベース層上に、酸化シリコンの中間層を介して、単結晶シリコンの上層が積層されているＳＯＩ基板を用いるものである。そして、上層の単結晶シリコンの表面にパターニングされた酸化膜をマスクとして、上層の単結晶シリコンを中間層までエッチングする。その後、中間層を、ＨＦなどの薬液によってウェットエッチングするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２６４９０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この特許文献１に示す半導体装置の製造方法においては、可動部及び固定部を形成するために上層の単結晶シリコン基板を深さ方向に、中間層を酸化シリコン横方向（単結晶シリコン基板の平面に沿う方向）にエッチングする必要がある。しかしながら、中間層の酸化シリコンは、エッチングレートが遅く、上層の単結晶シリコン基板に関しては、単結晶シリコン基板をそのままエッチングするため、エッチング速度を向上させるには限界があった。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、単結晶シリコン基板を用いた半導体装置を製造する際に、エッチング速度を向上させることができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために請求項１に記載の半導体装置の製造方法は、単結晶シリコン基板に対してレーザー光を照射して、レーザー光の焦点を移動させることによって、少なくとも一部が単結晶シリコン基板の表面に露出するように単結晶シリコン基板の内部を部分的に多結晶化する改質工程と、
改質工程にて単結晶シリコン基板を多結晶化した部位をエッチャントにてエッチングするエッチング工程と、
を備えることを特徴とするものである。
【０００８】
このように、単結晶シリコン基板における多結晶化した部位は、多結晶化していない部位に比べて、エッチャントの浸透速度、吸着速度が速くなる。従って、予め単結晶シリコン基板を多結晶化しておき、その多結晶化した部位をエッチャントにてエッチングすることによって、単結晶シリコン基板を用いた半導体装置を製造する際に、エッチング速度を向上させることができる。
【０００９】
また、請求項２に示すように、改質工程においては、レーザー光の照射条件を調整することによって、多結晶化した部位の一部に空隙部を形成するようにしてもよい。
【００１０】
このように、多結晶化した部位の内部に空隙部を形成することによって、エッチング速度をより一層向上させることができる。
【００１１】
また、請求項３に示すように、エッチング工程においては、ドライエッチングを行うようにしてもよい。
【００１２】
このように、ドライエッチングにて多結晶化した部位をエッチングすることによって、スティッキングを抑制することができる。
【００１３】
また、請求項４に示すように、改質工程においては、単結晶シリコン基板の内部を単結晶シリコン基板の深さ方向に多結晶化するようにしてもよい。
【００１４】
このようにすることによって、トレンチを有する半導体装置を製造する際の製造時間を短縮することができる。
【００１５】
また、請求項５に示すように、改質工程においては、単結晶シリコン基板の内部を単結晶シリコン基板の深さ方向及び単結晶シリコン基板の平面に沿う方向に多結晶化するようにしてもよい。
【００１６】
このようにすることによって、二枚の単結晶シリコン基板を酸化膜などの中間層を介して貼り合わせたＳＯＩ基板を用いることなく、一枚の単結晶シリコン基板から可動部や薄膜部を有する半導体装置を製造することができると共に、製造する際の製造時間を短縮することができる。
【００１７】
さらに、請求項６に示すように、改質工程においては、単結晶シリコン基板の内部を単結晶シリコン基板の平面に対して斜め方向に多結晶化するようにしてもよい。
【００１８】
このようにすることによって、通常の単結晶シリコン基板をエッチングする場合では加工が難しい形状であってもエッチングすることができる。
【００１９】
また、請求項７に示すように、半導体装置として、力学量の印加に応じて所定方向に変位可能な可動部及び固定部を有する半導体力学量センサを適用するものであり、改質工程においては、単結晶シリコン基板における可動部を区画する部位を多結晶化するようにしてもよい。
【００２０】
半導体力学量センサの可動部を製造する場合、二枚の単結晶シリコン基板を酸化膜などの中間層を介して貼り合わせたＳＯＩ基板を用いることがある。しかしながら、上述のように、単結晶シリコン基板における可動部を区画する部位を多結晶化して、その多結晶化した部位をエッチングすることによって、ＳＯＩ基板を用いることなく力学量の印加に応じて所定方向に変位可能な可動部を有する半導体力学量センサを製造することができコストを低減することができる。
【００２１】
また、請求項８に示すように、半導体装置として、トレンチゲートを有するトランジスタを適用するものであり、改質工程においては、単結晶シリコン基板におけるトレンチゲートの形成予定領域を多結晶化するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態における半導体装置を示す平面図である。
【図２】図１におけるII−II線に沿う断面図である。
【図３】本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を示す工程別断面図である。
【図４】本発明の実施の形態における製造装置の概略構成を示すイメージ図である。
【図５】本発明の実施の形態における単結晶シリコン基板の一例を示す平面図である。
【図６】本発明の実施の形態における単結晶シリコン基板の深さ方向への改質部を示す平面図である。
【図７】図６におけるVII−VII線に沿う断面図である。
【図８】図６におけるVIII−VIII線に沿う断面図である。
【図９】本発明の実施の形態における単結晶シリコン基板の横方向への改質部を示す平面図である。
【図１０】図１０におけるX−X線に沿う断面図である。
【図１１】図１０におけるXI−XI線に沿う断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態におけるレーザー光のパワーを０．４ｗにして改質した場合の単結晶シリコン基板をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope、走査型電子顕微鏡）で観察した断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態におけるレーザー光のパワーを１．０ｗにして改質した場合の単結晶シリコン基板をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope、走査型電子顕微鏡）で観察した断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態におけるレーザー光のパワーを１．２ｗにして改質した場合の単結晶シリコン基板をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope、走査型電子顕微鏡）で観察した断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態におけるレーザー光のパワーと改質幅との関係を示すグラフである。
【図１６】本発明の変形例１における半導体装置を示す断面図である。
【図１７】本発明の変形例２における半導体装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
【００２４】
本実施の形態においては、本発明の製造方法を力学量の印加に応じて所定方向に変位可能な可動部を有する半導体力学量センサの製造方法に適用した例を採用して説明する。特に、本実の施形態では、図１に示すように半導体力学量センサとして、力学量としての加速度を検出する容量式加速度センサ１００の例を示す。なお、半導体力学量センサとしては、力学量の印加に応じて所定方向に変位可能な可動部が構成されたＭＥＭＳデバイスであれば採用することができる。具体的には、上記した容量式加速度センサ以外にも、容量式角速度センサ、振動センサ、マイクロフォン、マイクロスキャナなどを採用することができる。
【００２５】
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る容量式加速度センサ１００は、一枚（単体）の単結晶シリコン基板１１０から可動部、固定部が構成されるものである。
つまり、この容量式加速度センサ１００における可動部と固定部は、単結晶シリコン基板１１０によって連続して構成されるものである。この可動部及び固定部は、単結晶シリコン基板１１０が深さ方向にエッチングされたエッチング部１４０（トレンチ部１４０ａ）によって囲まれている。
【００２６】
可動部は、単結晶シリコン基板１１０の深さ方向にエッチングされたエッチング部１４０であるトレンチ部１４０ａ及び単結晶シリコン基板１１０の内部で横方向にエッチングされたエッチング部１４０であるリリース部１４０ｂによって可動化（リリース）され、力学量（加速度）の印加に応じて所定方向（図１においては紙面左右方向）に変位可能な部位である。また、可動部は、単結晶シリコン基板１１０をエッチング部１４０によって区画してなる梁構造体であり可動電極１２１、錘部１２２、バネ部１２３を含む。なお、単結晶シリコン基板１１０の深さ方向とは、単結晶シリコン基板１１０の平面（表面）に対して垂直方向を示すものである。一方、単結晶シリコン基板１１０の横方向とは、単結晶シリコン基板１１０の平面に沿う方向を示すものである。
【００２７】
加速度が作用する質量（マス）としての錘部１２２は、その外周（外枠）が平面長方形とされており、錘部１２２直下の単結晶シリコン基板１１０をエッチングにより除去しやすくするために、図１に示すごとく、エッチング部１４０の一部である貫通孔（図面においては符号１４０を付与すると共に、以下の説明においては貫通孔１４０とも称する）が設けられている。この錘部１２２は、単結晶シリコン基板１１０におけるエッチングされた空間（リリース部１４０ｂ）の底面から浮いた状態で構成されている。従って、錘部１２２における貫通孔１４０は、単結晶シリコン基板１１０の表面からエッチングされた空間（リリース部１４０ｂ）まで貫通している。
【００２８】
なお、本実施の形態においては、後ほど説明するように、単結晶シリコン基板１１０のエッチングしたい部分をレーザー光によって多結晶化してからエッチングするため、リリース部１４０ｂを形成しやすいという効果を有するものである。つまり、リリース部１４０ｂの形成予定部分（多結晶化した部分）が単結晶シリコン基板１１０の外部に露出した多結晶化部分と連結していればリリース部１４０ｂを形成することができる。従って、本実施の形態においては、必ずしも錘部１２２に貫通孔１４０を設ける必要はない。
【００２９】
可動電極１２１は、錘部１２２の変位方向に対して垂直な方向の側面から突出して形成され、図１に示す例では各側面に３本ずつ設けられている。また、錘部１２２の変位方向側の両端には、四角枠形状の梁構造を有するバネ部１２３がそれぞれ連結されている。この各バネ部１２３は、可動部を支持する支持部としてのアンカ１２４に連結されている。
【００３０】
このように可動部は、可動電極１２１を構成する梁、錘部１２２を構成する梁、バネ部１２３を構成する梁が互いに連結されてなる梁構造体となっており、可動部としての梁構造体は、その両端がアンカ１２４に固定されている。つまり、可動電極１２１、錘部１２２、バネ部１２３は、アンカ１２４によって支持されて、単結晶シリコン基板１１０におけるエッチングされた空間（リリース部１４０ｂ）の底面から浮いた状態となっている。
【００３１】
なお、アンカ１２４の一方には、アルミニウムなどの金属層をパターニングしてなる可動電極用パッド１２５が形成されている。
【００３２】
一方、複数の固定部１３０は、それぞれ固定電極１３１、固定電極用パッド１３２、及び固定電極１３１と固定電極用パッド１３２とを繋ぐ部位を有している。各固定部１３０における固定電極１３１と固定電極用パッド１３２とを繋ぐ部位は、固定電極１３１と対応する固定電極用パッド１３２とを電気的に接続する配線として機能するものである。
【００３３】
各固定部１３０は、単結晶シリコン基板１１０が深さ方向にエッチングされたエッチング部１４０であるトレンチ部１４０ａによって区画される。固定部１３０における配線として機能する部位は、錘部１２２と平行に配置されており、この部位から延びる固定電極１３１は、錘部１２２の両側面から突出する可動電極１２１に対して、それぞれ所定の検出間隔（隙間）を有しつつ、平行状態で対向配置されている。
【００３４】
この固定電極１３１は、可動電極１２１と同じ数だけ設けられている。また、固定電極１３１は、加速度が印加されたとき、可動電極１２１と固定電極１３１との間にそれぞれ形成されるコンデンサの各静電容量が、一方で増加し、他方で減少するように設けられている。すなわち、差動増幅する構成となっている。
【００３５】
ここで、本実施の形態における容量式加速度センサ１００の製造方法に関して図３を用いて説明する。まず、図３（ａ）に示すように、単結晶シリコン基板１１０を用意する。
【００３６】
次に、図３（ｂ）に示すように、単結晶シリコン基板１１０に対してレーザー光Ｌを照射して、そのレーザー光Ｌの焦点を単結晶シリコン基板１１０におけるエッチング予定領域内で移動させることによって、少なくとも一部が単結晶シリコン基板１１０の表面に露出するように単結晶シリコン基板１１０の内部を部分的（選択的）に多結晶化（トレンチ用改質部１５０ａ、リリース用改質部１５０ｂ）する（改質工程）。
【００３７】
換言すると、単結晶シリコン基板１１０における可動部及び固定部を区画する部位を多結晶化する。つまり、可動電極１２１、錘部１２２、バネ部１２３、アンカ１２４、固定部１３０の形成予定領域の周辺を多結晶化（トレンチ用改質部１５０ａ）すると共に、この周辺の多結晶化された部位に少なくとも一部が連結するように可動電極１２１、錘部１２２、バネ部１２３の形成予定領域の直下を多結晶化（リリース用改質部１５０ｂ）する。
【００３８】
なお、トレンチ部１４０ａを形成するための改質部１５０をトレンチ用改質部１５０ａ、リリース部１４０ｂを形成するための改質部１５０をリリース用改質部１５０ｂと称する。つまり、単結晶シリコン基板１１０の深さ方向の改質部１５０をトレンチ用改質部１５０ａ、横方向の改質部１５０をリリース用改質部１５０ｂと称する。
【００３９】
また、この改質工程においては、図４に示すように、単結晶シリコン基板１１０が載置された状態で単結晶シリコン基板１１０をｘ-ｙ方向（単結晶シリコン基板１１０の平面に沿う方向）に移動させることができるｘ-ｙステージ３０と、ｘ-ｙステージ３０上に載置された単結晶シリコン基板１１０の上方に配置されレーザー光Ｌの焦点をｚ方向（単結晶シリコン基板１１０の深さ方向）に移動させることができる可変焦点レンズ２０、集光レンズ２１などの光学系装置とを用いることができる。
【００４０】
ここで、この光学系装置（可変焦点レンズ２０、集光レンズ２１）とｘ-ｙステージ３０とを用いてトレンチ用改質部１５０ａを形成する場合について図６〜図８を用いて説明する。なお、ここでは説明を簡略化するために、単結晶シリコン基板１１０にトレンチ用改質部１５０ａのみを形成する場合を例として採用する。まず、レーザー光Ｌの発光口（発光部）が単結晶シリコン基板１１０におけるトレンチ部１４０ａを形成する位置の真上にくるように、単結晶シリコン基板１１０が載置されたｘ-ｙステージ３０、もしくは光学系装置（可変焦点レンズ２０、集光レンズ２１）を調節する。そして、レーザー光Ｌを照射しつつ、可変焦点レンズ２０にてレーザー光Ｌの焦点を単結晶シリコン基板１１０におけるトレンチ用改質部１５０ａを形成する位置の深い方から表面へと移動させる。つまり、レーザー光Ｌの走査（移動）方向は、単結晶シリコン基板１１０の平面に対して垂直方向である。この図７、８の例の場合、レーザー光Ｌの焦点の位置は、単結晶シリコン基板１１０の深さ方向（単結晶シリコン基板１１０の平面に対して垂直方向）に２点である。
【００４１】
次に、この光学系装置（可変焦点レンズ２０、集光レンズ２１）とｘ-ｙステージ３０とを用いてリリース用改質部１５０ｂを形成する場合について図９〜図１１を用いて説明する。なお、ここでは説明を簡略化するために、単結晶シリコン基板１１０にリリース用改質部１５０ｂのみを形成する場合を例として採用する。しかしながら、実際は、リリース用改質部１５０ｂは、エッチャントが浸透するように、必ず単結晶シリコン基板１１０の表面に露出する改質部１５０（トレンチ用改質部１５０ａ）と連結する。
【００４２】
まず、レーザー光Ｌの発光口（発光部）が単結晶シリコン基板１１０におけるリリース部１４０ｂを形成する位置の始点の真上にくるように、単結晶シリコン基板１１０が載置されたｘ-ｙステージ３０、もしくは光学系装置（可変焦点レンズ２０、集光レンズ２１）を調節する。また、レーザー光Ｌを照射したときに、レーザー光Ｌの焦点が単結晶シリコン基板１１０の所定の深さ（リリース部１４０ｂの形成する位置）になるように可変焦点レンズ２０を調節しておく。
【００４３】
そして、レーザー光Ｌを照射しつつ、ｘ-ｙステージ３０にて単結晶シリコン基板１１０を移動させることによって、レーザー光Ｌの焦点を単結晶シリコン基板１１０におけるリリース部１４０ｂを形成する位置に沿って移動させる。つまり、レーザー光Ｌの走査（移動）方向は、単結晶シリコン基板１１０の平面に沿う方向である。この図１０、１１の例の場合、レーザー光Ｌの焦点の位置は、単結晶シリコン基板１１０の平面に沿う方向に１８点である。
【００４４】
なお、ｘ-ｙステージ３０及び集光レンズ２１は、周知技術であるため詳しい説明は省略する。また、可変焦点レンズ２０は、特開２００２−２３９７６９号公報に記載されたものなどを採用するようにしてもよい。
【００４５】
また、本実施の形態においては、単結晶シリコン基板１１０に対して三次元的にレーザー光Ｌの焦点を移動させるための装置の一例として、可変焦点レンズ２０、集光レンズ２１、及びｘ-ｙステージ３０を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。単結晶シリコン基板１１０とレーザー光Ｌの焦点とを相対的に移動させて、単結晶シリコン基板１１０に対して三次元的にレーザー光Ｌの焦点を移動させることができるものであれば特に限定されるものではない。また、単結晶シリコン基板１１０にトレンチ部のみを形成する場合は、単結晶シリコン基板１１０とレーザー光Ｌの焦点とを相対的に移動させて、単結晶シリコン基板１１０の深さ方向にレーザー光Ｌの焦点を照射することができるものであれば特に限定されるものではない。
【００４６】
なお、本実施の形態（図４）においては、矩形状の単結晶シリコン基板１１０を用いる例を採用しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図５に示すように、インゴットからスライスしたオリフラなどの切り欠きがある略円形の単結晶シリコン基板１１０を採用することもできる。この場合、単結晶シリコン基板１１０におけるチップ作成領域１００ａに複数の容量式加速度センサ１００を形成する。
【００４７】
このように単結晶シリコン基板１１０にレーザー光Ｌを照射しつつ、レーザー光の焦点を移動させることによって、その焦点が当たった部分に多光子吸収を生じさせ、部分的に単結晶から多結晶へ改質することができる。換言すると、改質工程においては、単結晶シリコン基板１１０にレーザー光Ｌの焦点を局所的に当てることによって、単結晶から多結晶へと改質された改質部１５０を形成する。つまり、単結晶シリコン基板１１０に対して、選択的に多結晶の領域を形成する。
【００４８】
そして、改質工程後は、改質工程にて単結晶シリコン基板１１０を多結晶化した部位をエッチャントにて連続的にエッチングする（エッチング工程）。なお、エッチング工程としては、ウェットエッチングでもドライエッチング（反応ガス中に材料を晒してエッチングする反応性ガスエッチング、プラズマによりガスをイオン化・ラジカル化してエッチングする反応性イオンエッチング）でも採用することができる。
【００４９】
しかしながら、ウェットエッチングの場合、改質部１５０をエッチング除去したときに、トレンチ部１４０ａやリリース部１４０ｂにおいて単結晶シリコン基板１１０同士が付着してしまう現象（所謂スティッキング）が生じる可能性がある。そこで、エッチング工程においてはドライエッチングを採用すると好ましい。ドライエッチングを採用することによって上述のスティッキングを抑制することができる。また、可動電極１２１、錘部１２２、バネ部１２３の形成予定領域の直下をエッチングする場合は、ウェットエッチングで用いる水溶液に比べて、ドライエッチングで用いるガスのほうがリリース用改質部１５０ｂに浸透しやすいので好ましい。
【００５０】
なお、このドライエッチングにおけるエッチング条件の一例としては、ガス：ＸｅＦ２、圧力：１ｔｏｒｒ、パルスエッチング×５回、反応式：Ｓｉ＋２ＸｅＦ２→ＳｉＦ４＋２Ｘｅなどを採用することができる。
【００５１】
このように、単結晶シリコン基板１１０における多結晶化した部位（改質部１５０（トレンチ用改質部１５０ａ、リリース用改質部１５０ｂ）は、多結晶化していない部位（単結晶部位）に比べて、エッチャントの浸透速度、吸着速度が速くなる。従って、予め単結晶シリコン基板１１０を多結晶化しておき、その多結晶化した部位をエッチャントにて連続的にエッチングすることによって、単結晶シリコン基板１１０を用いた容量式加速度センサ１００を製造する際に、エッチング速度を向上させることができる。
【００５２】
また、従来、上述のような半導体力学量センサの可動部を製造する場合、二枚の単結晶シリコン基板を酸化膜などの中間層を介して貼り合わせたＳＯＩ基板を用いる方法がある。しかしながら、このＳＯＩ基板は、一般的には単結晶シリコン基板１１０より高価である。そこで、本実施の形態における製造方法においては、上述のように、単結晶シリコン基板１１０における可動部及び固定部を区画する部位を多結晶化して、その多結晶化した部位をエッチングすることによって、ＳＯＩ基板を用いることなく力学量の印加に応じて所定方向に変位可能な可動部を有する容量式加速度センサ１００を製造することができコストを低減することができる。
【００５３】
また、単結晶シリコン基板１１０における改質部１５０は、単結晶シリコン部分、ＳＯＩ基板の中間層を構成する酸化膜などの絶縁膜よりもエッチングレートが早い。さらに、本実施の形態における製造方法では、トレンチ部１４０ａとリリース部１４０ｂとを連続的にエッチングすることができる。よって、本実施の形態における製造方法は、ＳＯＩ基板を用いる場合よりも容量式加速度センサ１００の製造時間を短縮することができる。
【００５４】
また、本実施の形態における製造方法の場合、加工材料が単結晶シリコン基板１１０の１種類となり、ガス系、チャンバー系（高周波、電極板）が１系統となり、エッチング装置をコンパクトにすることができる。
【００５５】
また、本実施の形態で採用した力学量としての加速度を検出する容量式加速度センサの場合、可動電極１２１と固定電極１３１とのギャップが単結晶シリコン基板１１０内、単結晶シリコン基板１１０間で一定、可動電極１２１と固定電極１３１のミクロン単位の寸法、可動電極１２１と固定電極１３１の対抗面が鏡面であることが理想である。
【００５６】
本実施の形態における製造方法においては、レーザー光で予めエッチングしたい領域に改質部（多結晶化、マイクロドーム）を形成しておき（荒取りエッチング）、その領域をエッチングするので加工精度を向上させることができる。また、エッチング工程においてドライエッチングの等方性領域を利用した角度依存性を積極的に活用することによって、従来よりも滑らかな加工面とすることができる。
【００５７】
なお、本実施の形態においては、容量式加速度センサ１００におけるトレンチ部１４０ａ及びリリース部１４０ｂの両方を本発明の製造方法（多結晶化後にエッチング）を用いて形成する例を採用したが、トレンチ部１４０ａのみを本発明の製造方法を用いて形成するようにしてもよい。このようにすることによっても、単結晶シリコン基板をそのままエッチングしてトレンチを形成する場合に比べて、トレンチ部１４０ａを形成する時間を短縮することができる。
【００５８】
また、図１２〜図１４に示すように、レーザー光Ｌの照射条件を調整することによって、多結晶化した改質部１５０（ここでは、リリース用改質部１５０ｂを採用）の一部に空隙部１７０（以下、マイクロドームとも称する）を形成するようにしてもよい。なお、図１２〜図１４においては、（ｂ）は、単結晶シリコン基板１１０をＳＥＭで観察した断面図であり、（ａ）は、単結晶シリコン基板１１０をＳＥＭで観察した断面図のトレース図面である。
【００５９】
例えば、図１２（ａ）、（ｂ）に示す例は、レーザー光Ｌの照射条件として、パワー：０．４ｗ、送り（走査速度）：３００ｍｍ／ｓ、周波数：８０ｋＨｚを採用して、単結晶シリコン基板１１０に改質部１５０（リリース用改質部１５０ｂ）及びマイクロドーム１７０を形成したときの極−ＳＥＭ画像である。このとき、改質部１５０は、単結晶シリコン基板１１０の表面から６０μｍ（ｘ２）の位置に、１５μｍ（ｘ１）の厚みで形成されている。また、マイクロドーム１７０は、改質部１５０の底に厚み４μｍ（ｘ３）、幅１μｍ（ｙ３）で形成されている。
【００６０】
次に、図１３（ａ）、（ｂ）に示す例は、レーザー光Ｌの照射条件として、パワー：１．０ｗ、送り（走査速度）：３００ｍｍ／ｓ、周波数：８０ｋＨｚを採用して、単結晶シリコン基板１１０に改質部１５０（リリース用改質部１５０ｂ）及びマイクロドーム１７０を形成したときのＦＥ−ＳＥＭ画像である。このとき、改質部１３は、単結晶シリコン基板１１０の表面から４５μｍ（ｘ５）の位置に、３０μｍ（ｘ４）の厚みで形成されている。また、マイクロドーム１７０は、改質部１５０の底に厚み２μｍ（ｘ６）、幅１μｍ（ｙ６）で形成されている。
【００６１】
また、図１４（ａ）、（ｂ）に示す例は、レーザー光Ｌの照射条件として、パワー：１．２ｗ、送り（走査速度）：３００ｍｍ／ｓ、周波数：８０ｋＨｚを採用して、単結晶シリコン基板１１０に改質部１５０（リリース用改質部１５０ｂ）及びマイクロドーム１７０を形成したときのＦＥ−ＳＥＭ画像である。このとき、改質部１５０は、単結晶シリコン基板１１０の表面から４５μｍ（ｘ８）の位置に、３０μｍ（ｘ７）の厚みで形成されている。また、マイクロドーム１７０は、改質部１５０の底に厚み２μｍ（ｘ９）、幅１μｍ（ｙ９）で形成されている。なお、図１５は、これらの結果をまとめた、レーザー光のパワーと改質幅との関係を示すグラフである。
【００６２】
このようなレーザー光Ｌの照射条件では、改質部１５０にマイクロドーム１７０を形成することができる。また、改質部１５０及びマイクロドーム１７０は、半導体装置１００の要求寸法（最小加工寸法／デザインルール）に応じて、レーザー光Ｌの諸元（例えはパワー、パルス幅）を制御することによって、サイズを自由にコントロールできる。また、マイクロドーム１７０は、トレンチ用改質部１５０ａ、リリース用改質部１５０ｂの形成位置に連続ならびに一定間隔で作ることができる。さらに、このように改質部１５０にマイクロドーム１７０を設けることによって、改質部１５０へのエッチャントの供給が容易に加速される。よって、マイクロドーム１７０を設けない場合よりエッチャントの浸透速度、吸着速度を速くすることができ、エッチング速度をより一層向上することができる。単結晶シリコン基板１１０におけるマイクロドーム１７０を有する改質部１５０は、多結晶化してない部位（単結晶の部位）に比べてエッチング速度を約５倍速くすることができる。
【００６３】
また、上述の実施の形態においては、トレンチ部１４０ａ、リリース部１４０ｂを設ける例を採用して説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。改質部１５０（多結晶化、マイクロドーム）を形成する際に、レーザー光の焦点を単結晶シリコン基板１１０の内部において単結晶シリコン基板１１０の平面に対して斜め方向に多結晶化（レーザー光の焦点を斜めに走査）することもできる。これによって、図１６の変形例１、図１７の変形例２に示すように、リリース部のコーナー（側壁）にテーパーによる補強部１６０ａや、曲面（Ｒ）による補強部１６０ｂを容易に設けることができる。換言すると、補強部１６０ａ及び補強部１６０ｂは、リリース部の壁部であって、リリース部の底面から底面に対向する面にかけて設けられたテーパーや曲面である。なお、図１６、図１７は、図１におけるXVI−XVI線に沿う断面図である。
【００６４】
よって、半導体装置（容量式加速度センサ１００）の機械的強度、耐久性を向上させることができる。換言すると、機械的強度、耐久性を向上させた半導体装置（容量式加速度センサ１００）を一枚の単結晶シリコン基板１１０から製造することができる。
【００６５】
また、本発明の製造方法は、半導体力学量センサに限らず、トレンチゲートを有するトランジスタ、複合ＩＣなどの製造にも適用できる。つまり、改質工程においては、単結晶シリコン基板１１０におけるトレンチゲートの形成予定領域を多結晶化したり、複合ＩＣの素子分離用トレンチの形成予定領域を多結晶化したりする。このようにすることによって、トレンチゲートを有するトランジスタ、複合ＩＣのコストを低減することができる。
【符号の説明】
【００６６】
２０ 可変焦点レンズ、２１ 集光レンズ、３０ ｘ-ｙステージ、１００ 半導体装置（容量式加速度センサ）、１１０ 単結晶シリコン基板、１２１ 可動電極、１２２ 錘部、１２３ バネ部、１２４ アンカ、１２５ 可動電極用パッド、１３０ 固定部、１３１ 固定電極、１３２ 固定電極用パッド、１４０ エッチング部、１４０ａ トレンチ部、１４０ｂ リリース部、１５０ 改質部、１５０ａ トレンチ用改質部、１５０ｂ リリース用改質部、１６０ 空隙部（マイクロドーム）、１７０ａ、１７０ｂ 補強部、Ｌ レーザー光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶シリコン基板に対してレーザー光を照射して、当該レーザー光の焦点を移動させることによって、少なくとも一部が前記単結晶シリコン基板の表面に露出するように前記単結晶シリコン基板の内部を部分的に多結晶化する改質工程と、
前記改質工程にて前記単結晶シリコン基板を多結晶化した部位をエッチャントにてエッチングするエッチング工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記改質工程においては、前記レーザー光の照射条件を調整することによって、前記多結晶化した部位の一部に空隙部を形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記エッチング工程においては、ドライエッチングを行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記改質工程においては、前記単結晶シリコン基板の内部を前記単結晶シリコン基板の深さ方向に多結晶化することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記改質工程においては、前記単結晶シリコン基板の内部を前記単結晶シリコン基板の深さ方向及び前記単結晶シリコン基板の平面に沿う方向に多結晶化することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記改質工程においては、前記単結晶シリコン基板の内部を前記単結晶シリコン基板の平面に対して斜め方向に多結晶化することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記半導体装置として、力学量の印加に応じて所定方向に変位可能な可動部及び固定部を有する半導体力学量センサを適用するものであり、前記改質工程においては、前記単結晶シリコン基板における前記可動部を区画する部位を多結晶化することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記半導体装置として、トレンチゲートを有するトランジスタを適用するものであり、前記改質工程においては、前記単結晶シリコン基板におけるトレンチゲートの形成予定領域を多結晶化することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１】
単結晶シリコン基板に対してレーザー光を照射して、当該レーザー光の焦点を移動させることによって、少なくとも一部が前記単結晶シリコン基板の表面に露出するように前記単結晶シリコン基板の内部を部分的に多結晶化する改質工程と、
前記改質工程にて前記単結晶シリコン基板を多結晶化した部位をエッチャントにてエッチングするエッチング工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記改質工程においては、前記レーザー光の照射条件を調整することによって、前記多結晶化した部位の一部に空隙部を形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記エッチング工程においては、ドライエッチングを行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記改質工程においては、前記単結晶シリコン基板の内部を前記単結晶シリコン基板の深さ方向に多結晶化することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記改質工程においては、前記単結晶シリコン基板の内部を前記単結晶シリコン基板の深さ方向及び前記単結晶シリコン基板の平面に沿う方向に多結晶化することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記改質工程においては、前記単結晶シリコン基板の内部を前記単結晶シリコン基板の平面に対して斜め方向に多結晶化することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記半導体装置として、力学量の印加に応じて所定方向に変位可能な可動部及び固定部を有する半導体力学量センサを適用するものであり、前記改質工程においては、前記単結晶シリコン基板における前記可動部を区画する部位を多結晶化することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記半導体装置として、トレンチゲートを有するトランジスタを適用するものであり、前記改質工程においては、前記単結晶シリコン基板におけるトレンチゲートの形成予定領域を多結晶化することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−４０４９２（Ｐ２０１１−４０４９２Ａ）
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８４９６９（Ｐ２００９−１８４９６９）
【出願日】平成２１年８月７日（２００９．８．７）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月７日（２００９．８．７）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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