Features 2006年11月号

2006年11月号

MEMS向け
エッチング技術に求められる条件

Dr. Dave Thomas

米Aviza Technology社

www.avizatechnology.com

　仏Yole Developpement社によると、2005年のMEMS 市場は、約53億ドルだったという。そしてMEMS製造装置市場は2005年には6億3100万ドルで、2010年には8億6100万ドルに成長することが予測されている。MEMS用製造装置市場のうち前工程の製造装置は、全体の53％を占めており、その中でもエッチング装置は向こう5年間にわたって重要な成長分野と考えられている。

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	図1　ディープSiエッチングに使用する米Aviza Technology社のプロセスモジュール「DSi」

MEMS 市場の進化

　MEMS市場は驚異的なペースで成長及び進化を遂げている。MEMSの量産化が進んでいるが、それは自動車部品(エアーバッグセンサなど)、インクジェットヘッドや画像投影装置(米Texas Instruments社のDLPなど)を含む限定されたエンドユーサー市場向けでしかなかった。しかし、ゲーム機用のジャイロセンサー、携帯電話用マイク、自動車のタイヤ圧力センサーなど、現在MEMSの進化を促進する多くの新しい種類のデバイスが生まれている。
　また、MEMSプロセス技術は、MEMSからウェーハレベルパッケージング(WLP)、パワーデバイス、さらには先端の配線工程などのアプリケーションに採用されつつあり、MEMSプロセスを特有のものとする境界もぼやけてきつつある。

ディープSiエッチング技術

　BoschプロセスをベースとするディープSiエッチングプロセスは、ほとんどのSiベースのMEMSデバイスにとって必須な技術となっている。アプリケーションは多岐にわたり、以下に分類されるような一連のプロセスに対応する：
1. 高速ドライエッチング
　達成可能な最高エッチング速度、側壁のスキャロッピング(側壁に規則的に生じる窪み)、及びエッチングされた側壁の角度は相互に依存する。形状と側壁の滑らかさがあまり重要でないアプリケーションでは、エッチング速度は毎分30μmを超える。このようなプロセスは、インクジェット容器やMEMSダイを封止するためのSiキャビティに使用することができる。

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2. 高アスペクト比でのエッチング
　ウェーハ上での形状制御は、高アスペクト比の形状をエッチングする時に最も重要となる。最適なプロセス条件を決定する場合に、エッチング速度は形状制御と相殺関係にある。高度の形状制御を必要とするMEMSには、ジャイロスコープなどが含まれている。
3. 側壁の滑らかさと形状
　場合によっては、エッチングされた構造は後で新しい材料で埋め込まれる。隣接するプロセスステップを上手く統合するには、エッチング形状と側壁の粗さを後に続く成膜プロセスに対応させる必要がある。一般に、次の膜で首尾よく覆われるように、形状は若干正の方向に次第に細くするか又は垂直(リエントラント不可能)にし、そして十分に滑らかである(十分に小さいスキャロップ)必要がある。以下の例に、3Dウェーハ積層構造(電気めっき前に誘電体とメタルシード層で覆う必要がある)とパワーデバイス用ディープアクティブ・トレンチ(熱酸化処理を施し、CVDによってポリシリコンゲート材料で埋め込む)を示す。最大限に滑らかな側壁は、スキャロッピングの深さが30 nm未満の必要がある多くの光学MEMS構造に要求される。
4. SOIウェーハへの適用
　ここでは、Siのエッチングは埋め込まれた酸化膜層で停止する。課題は、界面でSi材料をノッチングさせる(窪ませる)ことなく酸化膜層でエッチングを停止させることだ。これらのアプリケーションでは、ノッチングのサイズは100 nm未満、つまり側壁のスキャロッピングと同様のサイズである必要がある。アプリケーションとしては、加速度計がこの種のプロセスを必要とする。

より高い生産性に向けて



	図2　MEMS及び関連デバイスで重要なディープSiエッチング技術

　今日の MEMS 生産ラインでは、プロセス装置にかかる期待が大きくなっている。その考え方は、高生産性技術の重要性を長年にわたって認識してきた主流のSi CMOSラインのそれに近いものとなっているといえよう。そのため、次の分野に重点が置かれていると考えられる：
・Bosch プロセスの再現性の改善
・稼働率を最大限に向上(›90％)
・MWBC(＞250 RF 時間)の最大化
・MTTCを最小限に低減(＜8 時間)
・プロセスの150mmウェーハから200 mmウェーハへの移行
　これらのパラメータを制御することで、歩留まり向上とデバイス及び稼働コストの低減が得られる。

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Dr. Dave Thomasは、米Aviza Tehcnology社のエッチング製品担当プロダクト・マーケティング・マネージャー。
Aviza Technology
www.avizatechnology.com