JP2000091307A - 半導体のエッチング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリコンなどの半導体をエッチング液に浸漬
して行なうエッチング処理を制御性の良いプロセスとす
る。 【解決手段】 エッチング装置１は、エッチング槽２内
に２２ｗｔ％のＴＭＡＨ水溶液３を８０℃に保持した状
態とし、シリコンウエハ６を浸漬してエッチング処理を
行なう。このとき、平滑化エッチング処理では、シリコ
ンウエハ６にポテンショスタット７により基準電極７ｃ
に対する所定電位Ｖａを電位印加電極７ａを介して印加
する。シリコンウエハ６の面方位指数が（１１０）の場
合には、印加電位ＶａをレストポテンシャルＶｒよりも
負側に設定すると、マイクロピラミッドの発生を抑制し
たエッチングを行なえ、エッチング面は平滑化される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体をエッチン
グ液中に浸すことによりエッチング処理を行なうように
した半導体のエッチング方法に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】従来、半導体としての
シリコンのエッチング方法のうちで、特に異方性エッチ
ングを行なう方法としては、例えば、特開平３−２０１
５３３号公報で示されるものがある。これは、異方性エ
ッチング液として、半導体製造工程に適合するようにア
ルカリ金属イオンを含まない材料を採用しており、具体
的には水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）の
水溶液を用いて行なうものである。

【０００３】ＴＭＡＨ水溶液は、温度や濃度が調整され
た状態で使用するもので、特に、その濃度は２０〜５０
ｗｔ％の範囲が適正であることがわかっている。この場
合、低濃度側ではエッチング速度が速くなる傾向にあ
り、例えば、この範囲内における安定した条件が得られ
る濃度として２２ｗｔ％の水溶液がシリコンの異方性エ
ッチング液として採用されることがある。

【０００４】しかし、このように低濃度側のＴＭＡＨ水
溶液を用いたシリコンの異方性エッチング処理において
は、設定条件の状態のままであればエッチング表面に荒
れが生じないプロセスであった場合でも、そのエッチン
グ条件としての温度や、エッチングの進行に伴うＴＭＡ
Ｈ水溶液の濃度変動などに起因して、エッチング後にシ
リコン基板のエッチング面にマイクロピラミッドが生じ
たり、あるいは筋状の凹凸をなす模様が形成されたりす
る場合がある。

【０００５】したがって、生産ラインなどにおけるよう
に、エッチング処理の進行と共に多少のエッチング条件
の変動が生じた場合でも、エッチング面の平滑度を再現
性良く安定的に得る必要がある場合に、その要件を満た
すことが難しくなる不具合があり、全体としてプロセス
制御性に乏しくなる面がある。

【０００６】このような不具合は、例えば、半導体圧力
センサなどのダイヤフラムを形成するための異方性エッ
チングを行なう場合において重要な問題となる。すなわ
ち、ダイヤフラムは、シリコン基板の厚さ寸法に対して
その大部分をエッチングにより除去して所望の厚さとな
るように形成されるが、圧力に対する感度特性を精度良
く得るためには、ダイヤフラムのエッチング面が平滑に
形成されている必要がある。このエッチング面にマイク
ロピラミッドなどの凹凸が形成されると、ダイヤフラム
の厚さ寸法が規格通りに形成されていたとしても圧力検
出の精度の点でばらつきが発生するなどの不具合が生ず
るからである。

【０００７】一方、エッチング表面の荒れの発生をなく
し、平滑なエッチング面に仕上げる方法としては、例え
ば、特開平８−１３１６５号公報に示されるものがあ
る。これは、フッ化アンモニウム（ＮＨ_４Ｆ）溶液中に
シリコン基板を浸漬し、そのシリコン基板に電位を印加
しながらエッチング処理を行なうもので、その印加電位
を例えばレストポテンシャル以下となるように制御して
原子レベルの平坦度が得られるようにした微細加工技術
である。

【０００８】しかしながら、上述の方法において使用す
るエッチング液としてのフッ化アンモニウム水溶液は、
本来、エッチング速度が小さいものであり、しかも、フ
ッ素イオンを含むことから、半導体製造工程においては
安全性の点で加熱処理をすることが難しくなることや、
作業性が良好でないなどの面がある。

【０００９】また、上述した圧力センサのダイヤフラム
形成のエッチング処理と異なり、ＴＭＡＨ水溶液を用い
たエッチング処理によりシリコン基板の表面に発生する
マイクロピラミッドを積極的に利用することが考えられ
る。すなわち、シリコン基板の表面に、例えばオーミッ
クコンタクトを形成する領域にマイクロピラミッドのよ
うな微小な凹凸を形成して接触面積を増加させたり、あ
るいは接着面部分に微小な凹凸を形成して接着剤による
接触面積を増加させて接着強度を高めるなど、粗面化処
理を行なうことが考えられる。

【００１０】しかしながら、このような場合において
も、前述同様の理由により、製造プロセスとして安定的
にマイクロピラミッドを発生させるようなエッチング処
理を行なうことができず、場合によってはマイクロピラ
ミッドが発生せず、比較的平滑な面が形成されてしまっ
たり、マイクロピラミッドの形成状態を制御することが
困難となる不具合があった。

【００１１】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、シリコンウエハなどの半導体のエッチ
ング処理をする場合に、そのエッチング面の仕上げ状態
を平滑化したりあるいは粗面化したりすることを制御性
良く行なうことができ、プロセス制御性の向上を図れる
半導体のエッチング方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明によれ
ば、エッチング液として水酸化第４アンモニウム水溶液
を用い、半導体に所定電位を与えた状態でエッチング処
理を行なうので、エッチング速度をある程度確保しつつ
エッチング表面の仕上がりを制御しながらエッチング処
理を行なうことができ、しかも、エッチング液中にアル
カリ金属イオンを含んでいないので、半導体製造工程に
適しており、また、エッチング液の取り扱いおよびエッ
チング条件としての温度設定などに支障を来すことのな
い条件で行なうことができるようになる。

【００１３】請求項２の発明によれば、平滑化エッチン
グ処理工程の実施に際して、主表面の面方位指数が（１
１０）のシリコン基板を半導体として使用する場合に
は、エッチング処理時にシリコン基板に与える電位をレ
ストポテンシャルよりも負側の電位に設定することによ
り行なうので、上述した効果に加えて、エッチング面の
凹凸を解消するようにエッチングが進行するようになる
と共に、エッチング中にマイクロピラミッドが発生する
のを極力抑制することができ、これによってエッチング
面を平滑な面に形成するようにプロセス制御を行なうこ
とができるようになる。

【００１４】請求項３の発明によれば、平滑化エッチン
グ処理工程の実施に際して、主表面の面方位指数が（１
００）のシリコン基板を半導体として使用する場合に
は、エッチング処理時にシリコン基板に与える電位をパ
ッシベーションポテンシャルとレストポテンシャルとの
間の電位に設定することにより行なうので、前述した効
果に加えて、酸化膜が形成されない条件を満たしつつ、
エッチング面の凹凸を解消するようにエッチングが進行
するようになると共に、エッチング中にマイクロピラミ
ッドが発生するのを極力抑制することができ、これによ
ってエッチング面を平滑な面に形成するようにプロセス
制御を行なうことができるようになる。

【００１５】請求項４の発明によれば、上述したそれぞ
れの平滑化エッチング処理工程を実施することに先だっ
て、シリコン基板を電位を与えない状態でエッチング処
理するので、平滑化エッチング処理工程にて行なうエッ
チング処理に比べてエッチング速度を高めたエッチング
を行なうことができ、この場合にシリコン基板のエッチ
ング面に発生することが予測される比較的少量のマイク
ロピラミッドや筋状の凹凸は、上述した平滑化エッチン
グ処理工程にて解消させることができるので、エッチン
グ処理に要する時間を短縮しつつ、仕上がりのエッチン
グ面を平滑化した良好なものとして形成することができ
るようになる。

【００１６】請求項５ないし７の発明によれば、エッチ
ング液として、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭ
ＡＨ）水溶液を用い、これを２０〜５０ｗｔ％の範囲の
濃度に調整し、さらには、２２ｗｔ％の濃度に調整して
用いるので、シリコン基板のエッチング処理時にエッチ
ング面のダメージを比較的少なくした状態としながら、
エッチング速度を比較的高めることができ、しかも、ア
ルカリ金属イオンなどを含まない処理が可能となり、半
導体製造工程上で取り扱いも簡単となり、加熱などで制
約を受けることなく条件設定を行なうことができるよう
になる。

【００１７】請求項８の発明によれば、粗面化エッチン
グ処理工程の実施に際して、主表面の面方位指数が（１
１０）のシリコン基板を半導体として使用する場合に
は、エッチング処理時にシリコン基板に与える電位をパ
ッシベーションポテンシャルとレストポテンシャルとの
間の電位に設定することにより行なうので、シリコン基
板の主表面にマイクロピラミッドを積極的に形成するこ
とができるようになり、これによって、エッチング面を
粗面化するようにプロセス制御を行なうことができるよ
うになる。

【００１８】請求項９の発明によれば、粗面化エッチン
グ処理工程の実施に際して、主表面の面方位指数が（１
００）のシリコン基板を半導体として使用する場合に
は、エッチング処理時にシリコン基板に与える電位をレ
ストポテンシャルよりも負側の電位に設定することによ
り行なうので、シリコン基板の主表面にマイクロピラミ
ッドを積極的に形成することができるようになり、これ
によって、エッチング面を粗面化するようにプロセス制
御を行なうことができるようになる。

【００１９】請求項１０および１１の発明によれば、エ
ッチング処理時に、異なる面方位指数の面に対するエッ
チングの速度比を設定する電位を半導体であるシリコン
基板に与えた状態で行なうので、使用するシリコン基板
の面方位指数と形成しようとするエッチング面の面方位
指数とのエッチング進行速度比を選んで行なうことがで
き、これによって所望の形状にエッチングするための自
由度が高くなり、エッチングのプロセス制御性の向上を
図ることができるようになる。

【００２０】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）以下、本発明
の第１の実施形態について図１ないし図５を参照しなが
ら説明する。本実施形態においては、半導体としてのシ
リコン基板を、その主表面の面方位指数が（１１０）の
ものと（１００）のものとを用いた場合の両者につい
て、平滑化したエッチング表面を得るためのエッチング
処理について説明する。

【００２１】まず、本実施形態においてい用いるエッチ
ング液としては、水酸化第４アンモニウムとして水酸化
テトラメチルアンモニウム（以下ＴＭＡＨと称する）を
用いており、これは、メチル基（−ＣＨ_３）の代わりに
エチル基（−Ｃ_２Ｈ_５）やプロピル基（−Ｃ_３Ｈ_７）あ
るいはブチル基（−Ｃ_４Ｈ_９）などのアルキル基（Ｃ_ｎ
Ｈ_２ｎ＋１）に置き換えた材質のものを用いることもで
きる。

【００２２】図１は、本実施形態におけるエッチング装
置１の原理的な構成を示すもので、エッチング槽２内に
はエッチング液としてＴＭＡＨ水溶液３が収容されてい
る。このＴＭＡＨ水溶液３は、濃度が２０〜５０ｗｔ％
の範囲で、例えば２２ｗｔ％に濃度調整されたものであ
る。そして、ＴＭＡＨ水溶液３は、温度調整器４により
所定温度である例えば８０℃に液温が保持されるように
加熱冷却の温度制御がなされ、さらにエッチング槽２内
での温度分布が一様となるようにスターラー５が槽内底
部に配置され、回転磁界が与えられて回転することによ
りＴＭＡＨ水溶液３を撹拌する。

【００２３】エッチング対象である半導体としてのシリ
コン基板は、主表面の面方位指数を（１１０）あるいは
（１００）としたｎ形のシリコンウエハ６を用いてお
り、エッチング槽２内のＴＭＡＨ水溶液３内に浸漬され
た状態でエッチング処理されるようになっている。な
お、図示では、１枚のシリコンウエハ６のみを示した概
略図としているが、製造工程で使用する場合には複数枚
を同時に処理する構成を採用することができることは勿
論である。

【００２４】平滑化エッチング処理工程では、ポテンシ
ョスタット７の電位印加用電極７ａがシリコンウエハ６
に接続され、後述するようにして所定電位Ｖａ（Ｖ ｖ
ｓ．Ｐｔ）が与えられる。ポテンショスタット７には、
他に白金（Ｐｔ）製の対極７ｂおよび基準電極７ｃが設
けられており、これらもＴＭＡＨ水溶液３中に浸漬さ
れ、基準電極７ｃの電位に対して設定される所定電位Ｖ
ａが電位印加用電極７ａに与えられ、対極７ｂにより電
流を流す構成となっている。

【００２５】次に、本エッチング装置１を用いてエッチ
ング処理を行なう場合について、次の３つの態様を例に
とって説明する。すなわち、（１）１ステップで行なう
面方位指数（１１０）のｎ形シリコンウエハ６のエッチ
ング処理、（２）２ステップで行なう面方位指数（１１
０）のｎ形シリコンウエハ６のエッチング処理、およ
び、（３）面方位指数（１００）のｎ形シリコンウエハ
６のエッチング処理の３つの態様である。

【００２６】（１）１ステップで行なう面方位指数（１
１０）のｎ形シリコンウエハ６の平滑化エッチング処理 これは、エッチング液としてのＴＭＡＨ水溶液３（２２
ｗｔ％，８０℃に保持して使用）を用い、面方位指数が
（１１０）のｎ形シリコンウエハ６の異方性エッチング
を行なうものである。このとき、シリコンウエハ６に
は、ポテンショスタット７の電位印加電極７ａを介して
所定電位Ｖａ（Ｖ ｖｓ．Ｐｔ）を印加した状態で、エ
ッチング表面が平滑化された状態でエッチングを進行さ
せる。

【００２７】まず、この場合のシリコンウエハ６（面方
位指数（１１０）のもの）には、後述するようにしてあ
らかじめ測定されたレストポテンシャルＶｒである−
１．３８（Ｖ ｖｓ．Ｐｔ）に対して、これよりも負側
の電位である例えば−１．８（Ｖ ｖｓ．Ｐｔ）が所定
電位Ｖａとして印加される。この状態で、例えば６０分
間エッチング処理を継続した場合でも、エッチング面に
はマイクロピラミッドのない平滑な状態の面を得ること
ができる。なお、このときのエッチング速度は、図２
（ｃ）にも示すように、０．１５〜０．１８μｍ／ｍｉ
ｎ程度である。

【００２８】上述の印加電位Ｖａの条件は、後述する発
明者らによる実験結果から得られたものである。この場
合、レストポテンシャルＶｒよりも負側に設定してエッ
チングを行なう上述の場合には、エッチング速度は多少
低下するが、エッチング表面はマイクロピラミッドのな
い平滑化された状態のものが得られる。また、シリコン
ウエハ６に印加する電位ＶａをレストポテンシャルＶｒ
よりも正側の電位として、例えば−１．２（Ｖ ｖｓ．
Ｐｔ）を与えた場合には、エッチング速度は大きくなる
が、６０分のエッチング処理の後のエッチング表面には
マイクロピラミッドが発生する。

【００２９】そして、レストポテンシャルＶｒの近傍で
の電位Ｖａを印加した場合には、同図（ｂ）にはマイク
ロピラミッド発生と筋模様発生との区別を明確にした状
態で示しているが、実際には、これらが多少混在した状
態となりつつも、マイクロピラミッドの発生は極少量で
あり、エッチング条件の多少の変動によってマイクロピ
ラミッドが発生しなくなって筋模様のみの発生となる場
合もある。

【００３０】このように、シリコンウエハ６に印加する
電位Ｖａを、レストポテンシャルＶｒよりも負側に設定
することにより（図２（ｂ）に示した筋模様が形成され
る領域の電位に設定することにより）、エッチング表面
には図４に模式的に示すような多少の筋模様（島状の筋
は、幅が数十〜百数十μｍの範囲で、凹凸は各筋模様の
単位毎に形成されている）が形成されるものの、実際に
はマイクロピラミッドのような凸部とは異なり、支障の
ない略平滑面として得ることができ、所望のエッチング
深さまでのエッチング処理過程として、プロセス制御性
の高いエッチング処理を行なうことができるようにな
る。

【００３１】（２）２ステップで行なう面方位指数（１
１０）のｎ形シリコンウエハ６のエッチング処理 次に、上述の平滑化エッチング処理に先だって、シリコ
ンウエハ６に対する電位印加を行なわない状態でＴＭＡ
Ｈ水溶液３中でエッチング処理を行ない、続いて、シリ
コンウエハ６をそのままＴＭＡＨ水溶液３中に浸漬した
状態で上述の条件で電位Ｖａを印加して平滑化エッチン
グ処理を行なうものである。

【００３２】まず、電位印加を行なわない状態とは、シ
リコンウエハ６の電位がゼロということではなく、電流
が流れない状態つまりレストポテンシャルＶｒが印加さ
れている状態と等価である。したがって、エッチングさ
れる条件としては、図２（ｂ）に示しているように、マ
イクロピラミッドが発生する電位の領域と筋模様（図４
参照）が形成される電位の領域との境界部分である。

【００３３】このエッチング条件では、前述したよう
に、場合によってはマイクロピラミッドの発生は極少な
く、全体としては筋模様が発生する状態である。この場
合、例えば、６０分のエッチング時間を経てエッチング
面の観察をすると、面粗さは０．８μｍＲｚ（Ｒｚは１
０点平均粗さを示す）であった。また、このエッチング
条件においては、電位Ｖａを印加する前述のエッチング
条件に比べてエッチング速度を大きくとることができる
（同図（ｃ）参照）。したがって、シリコンのエッチン
グ深さ（エッチング量）寸法が大きい場合にはエッチン
グ時間を短縮することができる。

【００３４】さて、上述の電位印加を行なわないエッチ
ング処理を行なう際には、シリコンウエハ６に、あらか
じめ電位印加電極７ａを接続した状態としておき、電位
を印加しないことで上述のエッチング処理を行ない、続
いて、そのままの状態、つまりシリコンウエハ６をＴＭ
ＡＨ水溶液３中に浸漬した状態のままで、印加電位Ｖａ
を−１．８（Ｖ ｖｓ．Ｐｔ）に設定して平滑化エッチ
ング処理を行なう。

【００３５】これにより、シリコンウエハ６のエッチン
グ面に発生していた筋模様などの凹凸が解消されるよう
になり、６０分のエッチング時間の経過後においては、
面粗さが０．１〜０．２μｍＲｚ程度まで改善された。
なお、この場合においては、エッチング速度は、前述し
たように遅くなるが、エッチング面の平滑化度は高ま
り、途中発生していた凹凸も略実用レベルで支障のない
程度まで改善することができるようになる。

【００３６】また、平滑化エッチング処理では、エッチ
ング面の平滑度を高めることに代えてエッチング速度が
低下することを述べたが、この場合においては、エッチ
ング速度が低下することが逆にエッチングをストップさ
せる方向に制御することにもつながり、所望のエッチン
グ深さに近付いたら平滑化エッチング処理に切り換える
ことにより、さらにプロセス制御性も高めることができ
るようになる。

【００３７】（３）面方位指数（１００）のｎ形シリコ
ンウエハ６のエッチング処理 これは、（１）と同様に、面方位指数が（１００）のシ
リコンウエハ６の平滑化エッチング処理を行なうための
エッチング条件を見出だしたもので、この場合には、面
方位指数が（１１０）のシリコンウエハ６の場合とは逆
の関係となることがわかった。

【００３８】すなわち、マイクロピラミッドを発生させ
ないようにするためには、シリコンウエハ６に与える電
位ＶａをレストポテンシャルＶｒ（＝−１．２５Ｖ ｖ
ｓ．Ｐｔ）よりも正側の電位に設定する。また、その設
定する電位Ｖａは、エッチング処理で酸化膜が形成され
ないように、パッシベーションポテンシャルＶｐ（＝−
１．０Ｖ ｖｓ．Ｐｔ）よりも負側の範囲の電位となる
ように、例えば、−１．１（Ｖ ｖｓ．Ｐｔ）程度に設
定する。これにより、６０分程度のエッチング時間でエ
ッチング処理を実施した後においても、エッチング面
を、マイクロピラミッドが発生しない平滑面として得る
ことができる。

【００３９】次に、上述のようなエッチング条件を見出
だすために発明者らが行なった実験結果について説明す
る。まず、シリコンウエハ６に対して設定する電位Ｖａ
（Ｖ ｖｓ．Ｐｔ）の値について概略的に説明する。ま
ず、一般的には、シリコンウエハ６をＴＭＡＨ水溶液３
中に浸漬した状態で、負電位側から正電位側に向けて所
定のスキャン速度（例えば５０ｍＶ／ｓｅｃ）で変化さ
せるようにして走査電位Ｖ（Ｖ ｖｓ．Ｐｔ）を印加す
ると、ある電位ＶｒまではＴＭＡＨ水溶液３側から流れ
込む方向への電流つまりカソード電流が流れ、その電位
Ｖｒよりも正電位側になると今度は対極７ｂ側に向けて
電流を流すようにアノード電流が流れるようになる。こ
のとき、カソード電流もアノード電流も流れない電位Ｖ
ｒをレストポテンシャルと定義付けしている。

【００４０】なお、レストポテンシャルは、電位の値と
してはここでは負の値が得られているが、これは基準電
極７ｃに対して得られる電位Ｖａ（Ｖ ｖｓ．Ｐｔ）の
値であり、前述したように、シリコンウエハ６に電位を
与えない状態でエッチング液中に浸漬したときの状態と
等価となり、つまり、電位印加をしない場合の状態はす
なわちレストポテンシャルＶｒが与えられているのと同
じ条件に設定したことになる。

【００４１】そして、アノード電流が流れる状態は、シ
リコンウエハ６が溶解あるいは酸化することに起因して
発生するもので、あるピークとなる電流値に達するまで
は主としてシリコンの溶解による電流が支配的であり、
ピーク値を取る電位Ｖｐよりもプラス側の電位になると
酸化現象が支配的となり、これによってアノード電流は
減少する傾向となる。そして、酸化現象が進行すると生
成される酸化膜によって抵抗が高くなり、電流が阻止さ
れるようになるので電流値はゼロに近付いて行くように
なる。なお、アノード電流がピーク値となるときの電位
Ｖｐをパッシベーションポテンシャルと定義付けしてい
る。

【００４２】さて、上述のように基準電極７ｃを設けて
電位印加用電極７ａの電位を設定することにより、設定
されたシリコンウエハ６の電位Ｖａ（Ｖ ｖｓ．Ｐｔ）
は、試料としてのシリコンウエハ６の大きさやＴＭＡＨ
水溶液３の温度変動などによる変動を受けることなく設
定することができるようになる。また、レストポテンシ
ャルＶｒやパッシベーションポテンシャルＶｐについて
も同様である。

【００４３】図２（ａ）および図３（ａ）は、実際にシ
リコンウエハ６を用いて電位と電流との関係をプロット
した結果（ボルタモグラム）を示すもので、これは、図
２（ａ）がシリコンウエハ６が面方位指数（１１０）の
ものについて得られたもので、図３（ａ）が面方位指数
（１００）のものについて得られたものの結果を示して
いる。つまり、同じシリコンウエハ６でも、エッチング
液としてのＴＭＡＨ水溶液３内に晒される主表面の面方
位指数によって異なる結果が得られるのである。

【００４４】すなわち、面方位指数（１１０）のシリコ
ンウエハ６では、レストポテンシャルＶｒは−１．３８
（Ｖ ｖｓ．Ｐｔ）であり、パッシベーションポテンシ
ャルＶｐは−０．９５（Ｖ ｖｓ．Ｐｔ）となってい
る。面方位指数（１００）のシリコンウエハ６では、レ
ストポテンシャルＶｒは−１．２５（Ｖ ｖｓ．Ｐｔ）
であり、パッシベーションポテンシャルＶｐは−１．０
（Ｖ ｖｓ．Ｐｔ）となっている。

【００４５】次に、それぞれの面方位指数のシリコンウ
エハ６について、印加電位Ｖａを様々な値に設定してエ
ッチング処理を行なった場合におけるエッチング面の様
相とエッチング速度とについて得られた結果を図２
（ｂ），（ｃ），図３（ｂ），（ｃ）に示す。これによ
り、面方位指数が（１１０）のものと（１００）のもの
とでは、マイクロピラミッドが発生するときの条件がレ
ストポテンシャルＶｒを挟んでほぼ反対の特性があるこ
とがわかった。

【００４６】すなわち、面方位指数（１１０）のシリコ
ンウエハ６では、レストポテンシャルＶｒよりも負側の
電位を与えたときにはマイクロピラミッドの発生は抑制
され略平滑なエッチング面となり、正側の電位を与えた
ときにはマイクロピラミッドが発生する結果となる。ま
た、面方位（１００）面のシリコンウエハ６では、レス
トポテンシャルＶｒを中心とした近傍の電位からそれよ
りも負側の電位を与えたときにはマイクロピラミッドが
発生し、正側の電位を与えたときにはマイクロピラミッ
ドの発生は抑制され略平滑なエッチング面を得ることが
できる。

【００４７】さらに、エッチング速度については、面方
位（１１０）面のシリコンウエハ６については、レスト
ポテンシャルＶｒの電位あたりを境界として大きく変動
する要素となっており、この事実は、逆にエッチング速
度についても電位の設定によって制御することが可能で
あることを示している。

【００４８】（第２の実施形態）次に、図５を参照して
本発明の第２の実施形態について説明する。これは、エ
ッチングしようとするシリコンウエハ６の表面を粗面化
する場合のエッチングつまり粗面化エッチング処理を行
なう場合である。すなわち、シリコンウエハ６の表面に
荒れた面を形成して表面積を広くすることにより、オー
ミックコンタクトを形成する場合や、形成した素子を接
着する場合などに有効となるエッチング面を形成しよう
とするものである。

【００４９】これにより、例えば、オーミックコンタク
ト形成の場合においては、接触面積を増大させること
で、その部分での接触抵抗を小さくして電気的特性の向
上を図ることができるようになり、素子の接着面を形成
する場合においては、接触面積を増大させることで、そ
の部分での接着強度の向上を図ることができるようにな
る。

【００５０】エッチング条件としては、第１の実施形態
で説明したように、図２および図３で示される電位の各
領域のうちで、面方位指数が（１１０）のシリコンウエ
ハ６の場合には、図２（ｂ）に示すように、印加する電
位Ｖａをマイクロピラミッドが発生する領域（−１．５
〜−０．９５Ｖ ｖｓ．Ｐｔ）の電位である例えば−
１．２（Ｖ ｖｓ．Ｐｔ）に設定してエッチング処理を
行なう。すると、シリコンウエハ６のエッチング面には
図５に示すようなマイクロピラミッドが多数形成される
ようになる。このとき、形成されるマイクロピラミッド
の程度を、印加する電位の値を適当に選定することによ
り制御することができる。

【００５１】また、面方位指数が（１００）のシリコン
ウエハ６の場合には、印加する電位Ｖａをマイクロピラ
ミッドが発生する領域（−１．４５Ｖ ｖｓ．Ｐｔより
も負側の電位領域）の電位である例えば−１．５５（Ｖ
ｖｓ．Ｐｔ）に設定してエッチング処理を行なう。す
ると、シリコンウエハ６のエッチング面には、同様に図
５に示すようなマイクロピラミッドが多数形成されるよ
うになる。このとき、形成されるマイクロピラミッドの
発生頻度などの程度を、印加する電位Ｖａの値を適当に
選定することにより制御することができる。

【００５２】なお、マイクロピラミッドの大きさは、一
辺が数μｍから１０μｍ程度のもので、面方位指数（１
００）の面では底面が正方形のピラミッド状に形成され
るが、面方位指数（１１０）の面では、底面が菱形状の
ピラミッド状に形成されることがわかっている。

【００５３】（第３の実施形態）図６および図７は、本
発明の第３の実施形態を示すもので、例えば、圧力セン
サのダイヤフラムなどを形成する場合において、面方位
指数が（１１０）を有するシリコンウエハ６に印加する
電位Ｖａを調整することにより、その寸法を制御するエ
ッチング処理を行なうものである。

【００５４】図６は、エッチング処理を行なうシリコン
ウエハ６の圧力センサを形成するためのシリコン基板８
部分の断面を示すもので、所望の厚さ寸法ｔのダイヤフ
ラム９の部分を形成するために、裏面（図示では上方）
側から異方性エッチングを行なって深さ寸法Ｄの凹部１
０を形成する（同図（ａ）参照）。このとき、ダイヤフ
ラム９の寸法（厚さｔを有する部分の幅寸法）Ｌを所望
の大きさに形成するために、同図（ｂ）に示すように、
主表面の面方位指数（１１０）に対して、凹部１０の周
壁部分をなす斜面部が面方位指数（１００）で露出する
ように、この斜面部分を考慮してエッチングマスク１１
を形成する。

【００５５】本実施形態においては、シリコンウエハ６
の面方位指数（１１０）の面のエッチング速度と、エッ
チング処理の進行に伴って凹部１０に露出する面方位指
数（１００）の面の部分のエッチング速度との比をシリ
コンウエハ６への印加電位Ｖａを調整することにより制
御しようとするものである。

【００５６】図７は、エッチング液を２２ｗｔ％のＴＭ
ＡＨ水溶液３を用い、８０℃に保持した状態でｎ形シリ
コンウエハ６への印加電位Ｖａを変化させて（１１０）
面および（１００）面のエッチング速度を測定し、その
比の値を示したものである。この結果、エッチング速度
比は、印加電圧Ｖａの依存性が高く、これを制御するこ
とにより所望のエッチング速度比でエッチング加工処理
を行なうことができるようになる。

【００５７】本発明は、上記実施形態にのみ限定される
ものではなく、次のように変形また拡張できる。上記各
実施形態においては、シリコンウエハ６としてｎ形のも
のを使用した場合について説明したが、これに限らず、
ｐ形のシリコンウエハについても同様のエッチング処理
が成立する。なお、エッチング条件を決める印加電圧Ｖ
ａの値や極性については、ｎ形あるいはｐ形の如何によ
らず、同様の特性を示すものとして扱うことができる
が、レストポテンシャルＶｒの値やパッシベーションポ
テンシャルＶｐの値そのものについては異なることが一
般的である。

【００５８】エッチング液として使用するＴＭＡＨ水溶
液３は、２２ｗｔ％のものに限らず、２０〜５０ｗｔ％
の範囲内であれば使用することができる。なお、濃度に
ついては、低濃度側の方がエッチング速度は高くなり、
エッチング面は荒れやすくなる傾向にある。また、濃度
変動が制御できる状態であれば、２０ｗｔ％の濃度で使
用することは十分に可能である。同様にして、エッチン
グ液の温度は８０℃に設定してエッチング処理を行なっ
ているが、これも適宜の条件に設定することができる。

【００５９】また、ＴＭＡＨ水溶液３に限らず、水酸化
第４アンモニウムとして、水酸化テトラエチルアンモニ
ウム（ＴＥＡＨ），水酸化テトラプロピルアンモニウム
（ＴＰＡＨ）あるいは水酸化テトラブチルアンモニウム
（ＴＢＡＨ）など、種々のアルキル基のものを採用する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示すエッチング槽の
概略的な構成図

【図２】面方位指数（１１０）のシリコンウエハに対す
るエッチング条件を説明するための図

【図３】面方位指数（１００）のシリコンウエハに対す
る図２相当図

【図４】エッチング面に形成された筋模様の模式図

【図５】本発明の第２の実施形態を示すエッチング面に
形成されたマイクロピラミッドの模式図

【図６】本発明の第３の実施形態を示すシリコン基板に
おけるダイヤフラムの形状と面方位指数とを示す図

【図７】印加電位に対する異なる面方位指数の間のエッ
チング速度比の関係を示す図

【符号の説明】

１はエッチング装置、２はエッチング槽、３はＴＭＡＨ
水溶液（水酸化第四アンモニウム水溶液）、４は温度調
整器、５はスターラー、６はシリコンウエハ、７はポテ
ンショスタット、７ａは電位印加電極、７ｃは基準電
極、８はシリコン基板、９はダイヤフラム、１０は凹
部、１１はエッチングマスクである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F043 AA02 BB02 DD12 DD14 EE10 EE14 FF04 FF07 FF10 GG04

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体をエッチング液中に浸すことによ
   りエッチング処理を行なう半導体のエッチング方法にお
   いて、 前記エッチング液は、水酸化第４アンモニウム（ＴＡＡ
   Ｈ（Tetra Arkyl Ammonium Hydroxide）；［Ｒ_１Ｒ_２Ｒ
   _３Ｒ_４Ｎ］^＋ＯＨ⁻，ただしＲ_１〜Ｒ_４はアルキル基を
   示す）水溶液を所定濃度に調整したものを用い、 前記半導体に所定電位を与えた状態で前記エッチング処
   理を行なうことを特徴とする半導体のエッチング方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の半導体のエッチング方
   法において、 前記半導体が、主表面の面方位指数が（１１０）のシリ
   コン基板である場合に、 前記エッチング処理時に前記半導体に与える電位を前記
   エッチング液に浸漬される基準電極の電位に対してその
   シリコン基板に電流が流れない状態として規定されるレ
   ストポテンシャルよりも負側の電位に設定することによ
   り行なう平滑化エッチング処理工程を設けたことを特徴
   とする半導体のエッチング方法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の半導体のエッチング方
   法において、 前記半導体が、主表面の面方位指数が（１００）のシリ
   コン基板である場合に、 前記エッチング処理時に前記半導体に与える電位を前記
   エッチング液に浸漬される基準電極の電位に対してその
   シリコン基板に流れるアノード電流が最大となる電位と
   して規定されるパッシベーションポテンシャルと前記レ
   ストポテンシャルとの間の電位に設定することにより行
   なう平滑化エッチング処理工程を設けたことを特徴とす
   る半導体のエッチング方法。
4. 【請求項４】 請求項２あるいは３に記載の半導体のエ
   ッチング方法において、 前記平滑化エッチング処理工程は、前記半導体に電位を
   与えない状態で行なうエッチング処理工程の後工程とし
   て実施されることを特徴とする半導体のエッチング方
   法。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかに記載の半
   導体のエッチング方法において、 前記エッチング液は、水酸化第四アンモニウムとしての
   水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ（Tetra Me
   thyl Ammonium Hydoroxide）；［（ＣＨ_３）_４Ｎ］^＋Ｏ
   Ｈ⁻；以下ＴＭＡＨと称す）水溶液を用いることを特徴
   とする半導体のエッチング方法。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の半導体のエッチング方
   法において、 前記ＴＭＡＨ水溶液は、２０〜５０ｗｔ％の範囲の濃度
   に調整されていることを特徴とする半導体のエッチング
   方法。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の半導体のエッチング方
   法において、 前記ＴＭＡＨ水溶液は、２２ｗｔ％の濃度に調整されて
   いることを特徴とする半導体のエッチング方法。
8. 【請求項８】 請求項１に記載の半導体のエッチング方
   法において、 前記半導体が、主表面の面方位指数が（１１０）のシリ
   コン基板である場合に、 前記エッチング処理時に前記半導体に与える電位を前記
   パッシベーションポテンシャルと前記レストポテンシャ
   ルとの間の電位に設定することにより行なう粗面化エッ
   チング処理工程を設けたことを特徴とする半導体のエッ
   チング方法。
9. 【請求項９】 請求項１に記載の半導体のエッチング方
   法において、 前記半導体が、主表面の面方位指数が（１００）のシリ
   コン基板である場合に、 前記エッチング処理時に前記半導体に与える電位を前記
   レストポテンシャルよりも負側の電位に設定することに
   より行なう粗面化エッチング処理工程を設けたことを特
   徴とする半導体のエッチング方法。
10. 【請求項１０】 請求項１ないし３のいずれかに記載の
    半導体のエッチング方法において、 前記エッチング処理により前記半導体のエッチング面に
    現れる異なる面方位についてそれらの面方位に対するエ
    ッチングの進行速度比を前記半導体に与える所定電位の
    レベルを調整することにより設定することを特徴とする
    半導体のエッチング方法。
11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の半導体のエッチン
    グ方法において、 前記半導体としてのシリコン基板に対して面方位指数が
    （１００）および（１１０）のエッチングの進行速度比
    を設定するようにシリコン基板に電位を与えることを特
    徴とする半導体のエッチング方法。