蚀刻完成检测方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种蚀刻完成检测方法，不论开口宽度多大都可正确检测SOI基板蚀刻完成位置。该方法在绝缘层上配置有导电性硅层的SOI基板的所述硅层中、蚀刻到达所述绝缘层的开口部时，检测蚀刻的完成，在由所述蚀刻形成的环状开口部围绕的条状区域的表面配置第一电极部，并在所述岛状区域的外侧区域配置第二电极部，构成蚀刻完成检测部，测量所述第一电极部和所述第二电极部之间的电阻，当该电阻超过预先设定的阈值时，判定到达蚀刻完成位置。
【专利说明】蚀刻完成检测方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种在对绝缘层上配置有硅层的SOI基板的上述硅层蚀刻形成到达上述绝缘层的环状开口部时的蚀刻完成检测方法及其装置。
【背景技术】
[0002]在形成有以电容变化检测加速度的可动电极和固定电极的电容式加速度传感器中，在SOI基板上形成可动电极和固定电极。
[0003]在制作该电容式加速度传感器时，在SOI基板表面例如以抗蚀剂等设置多个沟而形成图案，并对硅层干式蚀刻为与可动电极和固定电极相应的形状。此时的蚀刻处理方法是，预先算出到硅层下侧的绝缘层露出为止的处理时间而进行处理，使用激光显微镜等实施深度测定，检查是去除硅层是否达到绝缘层。另外还有以下方法，监测蚀刻气体与硅层的反应生成物所生成的固有的等离子体发光光谱，若硅层在蚀刻下消失，使当该等离子体发光光谱的强度变为规定值以下，则判断为蚀刻完成。
[0004]但是，如果使加工对象部件的构造细微化，则难以使用激光显微镜等测定深度，等离子体所产生固有波长的光量少，因此无法正确的检测蚀刻完成。
[0005]因此，现有技术提出了以下的蚀刻完成检测方法:在与对加工对象部位的蚀刻相同或等同条件下，利用掩模对被蚀刻层进行蚀刻时，去除与开口部相应的被蚀刻层达到蚀刻停止材，并沿蚀刻停止材发生侧蚀刻(side etching),由此与检测用部分相应的被蚀刻层的一部分与蚀刻停止材脱离，从而检测蚀刻完成(例如，参照对比文件I)。
[0006]另外提出了以下的半导体装置的制造方法:在由硅构成的半导体基板的表面下形成与所需的沟槽深度相同掺杂物层，在该半导体基板上形成掩模，并通过离子等离子蚀刻形成沟槽，使用测量针测量跨过所述半导体基板的沟槽两侧之间的电阻，电阻激增的时刻表示蚀刻完成(例如，参照对比文件2 )。
[0007]进而提出了以下的蚀刻终点控制图案:在绝缘基板的表面高电阻，例如由多晶硅构成的半导体层上，形成低电阻的由η+非晶硅构成的半导体薄膜，在该半导体薄膜上形成导电性的抗蚀剂图案，并通过蚀刻仅除去低电阻薄膜，残留岛状图案，在此情形下，在希望图案的附近形成，可通过测定电阻而检测低电阻区域的残渣的、由相对的两个岛状图案构成的检测用区域(例如，参照对比文件3)。
[0008]现有技术文献
[0009]专利文献
[0010]专利文献1:(日本发明专利)特开2006-150563号公报
[0011]专利文献2:(日本发明专利)特开昭60-167332号公报
[0012]专利文献3:(日本发明专利)特开昭62-256438号公报
【发明内容】
[0013]在上述专利文献I中记载的现有技术中，可在对SOI基板进行蚀刻时以物理方式检测蚀刻从硅层到达绝缘层而完成。即，利用在完成对硅层的蚀刻后，沿蚀刻停止材发生的侧蚀刻，检测与检测用部分相应的被蚀刻层的一部分与蚀刻停止材脱离。但是，在该专利文献I记载的现有技术中，由于利用在蚀刻到蚀刻停止材后沿蚀刻停止材产生的侧蚀刻来检测与检测用部分相应的被蚀刻层的一部分脱离，因此具有检测到蚀刻完成的时刻延迟这样的不能解决的问题。
[0014]与此相对，在专利文献2及专利文献3记载的现有技术中，利用电阻变化对半导体基板检测蚀刻完成而并非SOI基板。而且，在专利文献2的现有技术中，由于是在通过对掺杂物层进行蚀刻而形成的沟槽两侧的掺杂物层上分别隔着各自的掩模接触测量针，因此存在测量结果会受到测量针的接触方式的影响，并且检测电阻范围狭窄，不能判断在较长范围内蚀刻是否完成这样的不能解决的问题。
[0015]另外，在专利文献3中，需要在高电阻的半导体层上形成低电阻的半导体薄膜，并在该半导体薄膜上形成导电性掩模，并且在蚀刻完成后需要除去掩模的工序，存在对于SOI基板这样，在作为蚀刻用掩模要使用绝缘性掩模的情形下不能应用的不能解决的问题。
[0016]因此，本发明着眼上述现有技术的不能解决问题，目的在于提供一种蚀刻完成检测方法及装置，可以正确检测出利用蚀刻形成于SOI基板的硅层的沟槽到达绝缘层的蚀刻完成时刻的。
[0017]为了达到上述目的，本发明的蚀刻完成的检测方法的第一构成是，在绝缘层上配置有导电性硅层的SOI基板的所述硅层中、蚀刻到达所述绝缘层的开口部时，检测蚀刻的完成的检测方法。在由所述蚀刻形成的环状开口部围绕的岛状区域的表面配置第一电极部，并在所述岛状区域的外侧区域配置第二电极部，构成蚀刻完成检测部，测量所述第一电极部和所述第二电极部之间的电阻，当该电阻超过预先设定的阈值时，判定到达蚀刻完成位置。
[0018]该第一构成中，在通过蚀刻在SOI基板的硅层形成到达绝缘层的沟槽时，第一及第二电极部配置于由蚀刻形成的环状开口部围绕的岛状区域表面和岛状区域外侧，由此测量两电极部之间的电阻。此时，在形成岛状区域的环状开口部的蚀刻深度未到达绝缘区域时，由于岛状区域与夹着环状开口部而相对的外侧保持由硅层连接的状态，因此保持第一及第二电极部之间的电阻为低电阻状态。继续蚀刻，当环状开口部的蚀刻深度到达绝缘层时，第一及第二电极部之间形成通过绝缘层连接的状态，因此第一及第二电极部之间的电阻超过预先设定的阈值成为高电阻状态。由此，可检测出到达蚀刻完成位置。
[0019]本发明的蚀刻完成的检测方法的第二构成是，在测量所述第一电极部和第二电极部之间的电阻的同时，进行所述开口部的蚀刻，当该电阻超过预先设定的阈值时，判定到达蚀刻完成位置。
[0020]该第二构成中，由于边测量电阻边对环状开口部进行蚀刻，因此可在到达蚀刻完成位置时结束蚀刻，并可准确形成到达绝缘层的环状开口部。
[0021]本发明的蚀刻完成的检测方法的第三构成是，所述环状开口部为圆形或多边形的环状槽。
[0022]根据第三构成，由于环状开口部形成为圆形或多边形的环状槽，因此在环状槽的蚀刻深度到达蚀刻完成位置时，可利用环状槽使岛状区域与其外侧可靠地绝缘而不会发生电连接。这样，可准确地检测蚀刻完成位置。[0023]本发明的蚀刻完成的检测方法的第四构成是，所述蚀刻完成检测部形成于与同时被蚀刻的加工对象部位不同的区域。
[0024]根据该第四构成，即使在加工对象部位形成非环状的开口部的情形下，也可利用蚀刻完成检测部检测加工对象部位的开口部到达蚀刻完成的位置。
[0025]本发明的蚀刻完成的检测方法的第五构成是，所述蚀刻完成检测部被形成于形成有所述加工对象部位的SOI基板。
[0026]根据该第五构成，由于蚀刻完成检测部被形成于形成有加工对象部位的SOI基板，因此可准确的检测出加工对象部位的开口部到达了蚀刻完成的位置。
[0027]本发明的蚀刻完成的检测方法的第六构成是，所述蚀刻完成检测部形成于与形成有所述加工对象部位的SOI基板不同的SOI基板。
[0028]根据该第六构成，当不能够在形成有加工对象部位的SOI基板上形成蚀刻完成检测部时，或对形成有加工对象部位的多个SOI基板同时进行蚀刻时，可仅在一个SOI基板上形成蚀刻完成检测部，降低SOI基板的制作成本。
[0029]本发明的蚀刻完成的检测方法的第七构成是，设定所述环状开口部的宽度与加工对象部位的开口部的宽度相同。
[0030]根据该第七构成，由于设定蚀刻完成检测部的环状开口部的宽度与加工对象部位的开口部宽度相同，因此可准确地使环状开口部的蚀刻完成时刻与加工对象部位中开口部的蚀刻完成时刻一致。
[0031]本发明的蚀刻完成的检测方法的第八构成是，所述蚀刻完成检测部由蚀刻速度不同的多个蚀刻完成检测部构成。
[0032]根据该第八构成，由于可使用多个蚀刻完成检测部阶段性地检测蚀刻完成，因此可更准确地对蚀刻完成进行检测。
[0033]本发明的蚀刻完成的检测装置的第一结构是，在绝缘层上配置有导电性硅层的SOI基板的所述硅层中、蚀刻到达所述绝缘层的开口部时，检测蚀刻的完成的检测装置。该蚀刻完成的检测装置具有蚀刻完成检测部，该蚀刻完成检测部具有:蚀刻完成检测部，其包括由所述蚀刻形成的到达所述绝缘层的环状开口部，由该环状开口部围绕的岛状区域，配置于该岛状区域表面的第一电极部，配置于所述岛状区域外侧的第二电极部，以及蚀刻完成判定部，其使用电阻计测量所述第一电极部和所述第二电极部之间的电阻，当该电阻超过预先设定的阈值时，判定到达蚀刻完成位置。
[0034]根据本发明，在由蚀刻到绝缘层的环状开口部围绕的岛状区域配置第一电极部，在其外侧的区域配置第二电极部，并测量两电极部之间的电阻，因此在进行蚀刻并使环状开口部的蚀刻深度到达绝缘层时，电阻超过预先设定的阈值，可准确地检测蚀刻完成。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]图1为适用于本发明的蚀刻完成的检测方法的SOI基板的俯视图。
[0036]图2为图1的蚀刻完成检测部的放大图，Ca)为俯视图，(b)为(a)中A-A线的剖面图。
[0037]图3是表示蚀刻完成检测部的电极形成方法的说明图。
[0038]图4是表示蚀刻完成的检测方法的说明图。[0039]图5为蚀刻时电阻变化的示意图。
[0040]图6是表示蚀刻完成的检测方法另一例子的说明图。
[0041]图7是表示蚀刻完成检测部另一例子的说明图。
[0042]图8是表示蚀刻完成检测部又一例子的说明图。
[0043]附图标记说明
[0044]I SOI 基板
[0045]2 加工对象部位
[0046]3 蚀刻完成检测部
[0047]5 基材
[0048]6 蚀刻停止层
[0049]7 被蚀刻层
[0050]11 环状开口部
[0051]12 岛状区域
[0052]13 第一电极部
[0053]14 掩模
[0054]15 外侧的区域
[0055]16 第二电极部
[0056]20 电阻计
[0057]21 蚀刻完成判定部
[0058]30 SOI 基板
【具体实施方式】
[0059]下面参照附图对本发明实施方式进行说明。
[0060]图1为适用于本发明的蚀刻方法的SOI (Silicon On Insulator)基板的俯视图。
[0061]图中，I为SOI基板，在该SOI基板I上形成有:形成MEMS (微机电系统=MicroElectro Mechanical System)应用的压力传感器、加速度传感器、角速度传感器、姿态传感器等各种振荡器的加工对象部位2，和与该加工对象部位2分离形成的蚀刻完成检测部3。
[0062]如图2 (b)所示，该SOI基板I中，在基材5上形成有作为绝缘层的蚀刻停止层6，在该蚀刻停止层6上形成有被蚀刻层7。在这里，基材5及被蚀刻层7的主要材料为硅，具有比电阻为0.01?0.04[Ω.cm]左右的低电阻特性。另外，蚀刻停止层6通常是由氧化膜形成的绝缘膜，具有高电阻特性。
[0063]在加工对象部位2，利用干式蚀刻形成有，由如图3所示至少到达蚀刻停止层6的沟槽、空间构成的开口部2a。在这里，作为干式蚀刻可适用使用了电容耦合等离子体(CCP:Capacitively Coupled Plasma)、电感稱合等离子体(ICP:1nductive CoupledPlasma)、电子回旋共振(ECR:Electron Cyclotron Resonance)等离子体等反应性离子蚀
(RIE: Reactive 1n Etching)。
[0064]如图2中放大图所示，在蚀刻完成检测部3形成有，被在上述干式蚀刻中到达蚀刻停止层6的环状开口部11围绕的岛状区域12。在这里，从俯视图观察环状开口部11由方形框架状的环状槽构成。优选环状开口部11的宽度设定为与加工对象部位的开口部2a的宽度相等。在该岛状区域12表面的中央部形成有，与例如环状开口部11相似形状的方形的第一电极部13。优选该第一电极部13适用不会在干式蚀刻中被蚀刻的例如铝、铝合金材料。在第一电极部13周围形成蚀刻环状开口部11时的绝缘性的掩模14。
[0065]夹着岛状区域12的环状开口部11，在外侧的区域15的表面形成与上述第一电极部13相同形状的第二电极部16。该第二电极部16与上述第一电极部相同，也优选适用不会在干式蚀刻中被蚀刻的例如铝、铝合金材料。在第二电极部16周围及环状开口部11的外侧形成蚀刻环状开口部11时的掩模17。
[0066]在形成该蚀刻完成检测部3时，如图3 Ca)所示，在被蚀刻层7的上表面，首先对铝、铝合金进行蒸镀或溅射而形成第一电极部13及第二电极部16，然后，覆盖第一电极部13及第二电极部16形成作为覆盖层的掩模层18。之后，如图3 (b)所示，蚀刻掩模层18使第一电极部13及第二电极部16露出，并在与环状开口部11对向的位置形成环状开口部19，从而形成掩模14及17。
[0067]另外，关于掩模17，对于形成于加工对象部位2的开口部2a，也与蚀刻完成检测部3同样地对与该开口部2a相对的部分形成开口。
[0068]之后，在对具有上述构成的SOI基板I进行干式蚀刻时，首先，如图4 (a)所示，将多功能测试仪等的电阻计20连接于第一电极部13及第二电极部16之间，将蚀刻完成判定部21连接于该电阻计20的电阻测定值输出侧。
[0069]之后，仅将SOI基板I装载于干式蚀刻装置。此时，在未开始干式蚀刻的状态下，在使被蚀刻层7的比电阻P为0.01?0.04[Ω * cm]时，由电阻计20测量的电阻R为R< IkQ。
[0070]以此状态开始干式蚀刻，在蚀刻掩模14及17之间的环状开口部11处进行蚀刻，并且对于加工对象部位2也在开口部2a进行蚀刻。
[0071]之后，如图4 Ca)所示，通过使环状开口部11和蚀刻停止层6之间存在较厚的被蚀刻层7，即使在达到蚀刻深度接近蚀刻停止层6的状态，由电阻计20测量的电阻R也保持R < IkQ。
[0072]但是，如图4 (b)所示，当环状开口部11到达蚀刻停止层6时，由电阻计20测量的电阻R如图5所示发生激增，在被蚀刻层7的比电阻P为前述的0.01?0.04[Ω.cm]时，因蚀刻停止层6的高电阻值，使测量的电阻R激增至R > IGQ。
[0073]此时，当测量的电阻R超过了预先设定的阈值Rth时，由蚀刻完成判定部21判定达到了，环状开口部11的蚀刻深度到达蚀刻停止层6的蚀刻完成位置，完成干式蚀刻装置进行的干式蚀刻。
[0074]此时，为了确保环状开口部11到达蚀刻停止层6，在测量的电阻R超过阈值Rth后延迟较短的规定延迟时间后结束蚀刻，由此可确保在环状开口部11到达了蚀刻停止层6的状态下结束蚀刻。
[0075]之后，通过使蚀刻完成检测部3的环状开口部11的宽度与实际进行蚀刻的加工对象部位2的开口部2a的宽度相等，对于加工对象部位2的开口部2a，可使在由蚀刻完成检测部3检测出蚀刻完成的时刻，蚀刻深度也到达蚀刻停止层6，能够进行准确的蚀刻完成管理。
[0076]如上所述，根据上述实施方式，在开始干式蚀刻，并利用电阻计20测量的第一电极部13及第二电极部16之间的电阻R超过了阈值Rth时，结束干式蚀刻，从而可准确检测出环状开口部11到达了蚀刻停止层6。
[0077]此时，由于夹着环状开口部11而形成的第一电极部13及第二电极部16都形成为方形，因此当与两电极部13及16相对的环状开口部11几乎全部到达蚀刻停止层6时，电阻R发生激增。因此，当与第一电极部13及第二电极部16相对的环状开口部11的长度，在大致全区域上环状开口部11到达蚀刻停止层6时，判断为蚀刻完成时刻，因此，即使在环状开口部11在圆周方向上的蚀刻速度不同时，也可准确地检测蚀刻完成。
[0078]进而，蚀刻完成检测部3独立于加工对象部位2，且第一电极部13及第二电极部16是专用于蚀刻完成检测部3而形成的，因此蚀刻完成之后没必要除去第一电极部13及第二电极部16，可省略电极除去工序。
[0079]在上述实施方式中，说明了在由电阻计20测量的电阻R超过阈值Rth时，作为环状开口部11到达蚀刻停止层6的蚀刻完成时刻，而进行检测的情形。但是，本发明并不仅限于此，由于在环状开口部11确实到达蚀刻停止层6的状态下，如图5所示，电阻R为饱和状态，因此,也可以检测该饱和状态而完成蚀刻。
[0080]另外，代替如上所述利用电阻计20测量第一电极部13及第二电极部16之间的电阻R并实施干式蚀刻的情形，也可以在进行了预先测量的蚀刻时间进行蚀刻后完成蚀刻。此时，优选在如上所述测量电阻R并实施干式蚀刻的情形下，对从蚀刻开始时间到蚀刻完成时间进行测定，并设定为干式蚀刻的蚀刻时间。
[0081]此时，由于没有必要边进行干式蚀刻边测量电阻R，因此如图6所示，没有必要在岛状区域12形成第一电极部13，以及在隔着环状开口部11与该岛状区域12相对的区域15形成第二电极部16，可由掩模覆盖全部表面。
[0082]之后，可通过利用电阻计20测量岛状区域12及该外侧的区域15之间的电阻R，来确认以所设定的蚀刻时间进行蚀刻的SOI基板I的环状开口部11是否到达蚀刻停止层6。
[0083]S卩，如图6所示，在除去掩模，使岛状区域12及其外侧的区域15表面暴露的状态下，使由测量针或者宽度比测量针大的电极片构成的探针22和23接触，作为岛状区域12及隔着该环状开口部11其外侧的区域15的电极部的表面，而利用电阻计20测量电阻R。此时，当测量的电阻R为阈值Rth以上，优选为达到饱和电阻值时，可判断为达到了，环状开口部11确实到达蚀刻停止层6，对于加工对象部位2的开口部2a也到达蚀刻停止层6的蚀刻完成位置。
[0084]另外，在上述实施方式中，说明了从俯视图观察，蚀刻完成检测部3的环状开口部11为方框形的情形，但不仅限于此，环状开口部11可为三角形或五边形以上的多边形，也可为圆形。
[0085]另外，在上述实施方式中，说明了在形成了加工对象部位2的SOI基板I上形成蚀刻完成检测部3的情形，但不仅限于此，也可以如图7所示，在与形成有加工对象部位2的SOI基板I不同的SOI基板30上形成蚀刻完成检测部3。
[0086]进而，在上述实施方式中，说明了形成一个蚀刻完成检测部3的情形。但本发明不仅限于此，如图8所示，准备环状开口部11的开口宽度不同的多个，例如两个蚀刻完成检测部3A、3B。测量各蚀刻完成检测部3的第一电极部13及第二电极部16之间的电阻R，由此也可阶段性地检测蚀刻完成时刻。在此情形下，蚀刻速度从环状开口部11宽度宽的蚀刻完成检测部3到环状开口部11宽度窄的顺序下降，由此可阶段性地检测蚀刻完成时刻。
[0087][产业上的可利用性]
[0088]根据本发明，可提供一种蚀刻完成检测方法及其装置，其可正确的检测通过蚀刻形成在SOI基板的硅层上的沟到达绝缘层的蚀刻完成时刻。
【权利要求】
1.一种蚀刻完成的检测方法，其在绝缘层上配置有导电性硅层的SOI基板的所述硅层中、蚀刻到达所述绝缘层的开口部时，检测蚀刻的完成，其特征在于， 在由所述蚀刻形成的环状开口部围绕的岛状区域的表面配置第一电极部，并在所述岛状区域的外侧区域配置第二电极部，构成蚀刻完成检测部， 测量所述第一电极部和所述第二电极部之间的电阻，当该电阻超过预先设定的阈值时，判定到达蚀刻完成位置。
2.根据权利要求1所述的蚀刻完成的检测方法，其特征在于， 在测量所述第一电极层和第二电极层之间的电阻的同时，进行所述开口部的蚀刻，当该电阻超过预先设定的阈值时，判定到达蚀刻完成位置。
3.根据权利要求1或2所述的蚀刻完成的检测方法，其特征在于， 所述环状开口部为圆形或多边形的环状槽。
4.根据权利要求1?3中任一项所述的蚀刻完成的检测方法，其特征在于， 所述蚀刻完成检测部形成于与同时被蚀刻的加工对象部位不同的区域。
5.根据权利要求1?4中任一项所述的蚀刻完成的检测方法，其特征在于， 所述蚀刻完成检测部形成于形成有所述加工对象部位的SOI基板。
6.根据权利要求1?4中任一项所述的蚀刻完成的检测方法，其特征在于， 所述蚀刻完成检测部形成于与形成有所述加工对象部位的SOI基板不同的SOI基板。
7.根据权利要求1?6中任一项所述的蚀刻完成的检测方法，其特征在于， 设定所述环状开口部的宽度与加工对象部位的开口部的宽度相同。
8.根据权利要求1?6中任一项所述的蚀刻完成的检测方法，其特征在于， 所述蚀刻完成检测部由蚀刻速度不同的多个蚀刻完成检测部构成。
9.一种蚀刻完成的检测装置，其在绝缘层上配置有导电性硅层的SOI基板的所述硅层中、蚀刻到达所述绝缘层的开口部时，检测蚀刻的完成，其特征在于，具有: 蚀刻完成检测部，其包括由所述蚀刻形成的到达所述绝缘层的环状开口部，由该环状开口部围绕的岛状区域，配置于该岛状区域表面的第一电极部，配置于所述岛状区域外侧的第二电极部，以及 蚀刻完成判定部，其使用电阻计测量所述第一电极部和所述第二电极部之间的电阻，当该电阻超过预先设定的阈值时，判定到达蚀刻完成位置。
【文档编号】H01L21/3065GK103477421SQ201280018240
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2012年11月12日 优先权日:2011年11月14日
【发明者】富泽浩, 古市卓也 申请人:富士电机株式会社