JP2000133632A

JP2000133632A - 多孔質体のエッチング方法及び多孔質体のエッチング装置

Info

Publication number: JP2000133632A
Application number: JP10300597A
Authority: JP
Inventors: Kiyobumi Sakaguchi; 清文坂口
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-10-22
Filing date: 1998-10-22
Publication date: 2000-05-12

Abstract

(57)【要約】【課題】反応生成気体の発生量を抑制し、エッチング
の均一化を図る。【解決手段】多孔質体をエッチング液中でエッチング
するエッチング方法において、前記エッチング液を脱気
処理しながら前記エッチングを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多孔質体のエッチ
ング方法及び多孔質体のエッチング装置に係わり、さら
には、誘電体分離あるいは、絶縁物上の単結晶半導体、
Ｓｉ基板上の単結晶化合物半導体の作製、さらに単結晶
半導体層に作成される電子デバイス、集積回路に適する
半導体基板の作製のための多孔質体のエッチング方法及
び多孔質体のエッチング装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＳＯＩ技術の一つに、ウエハを貼り合わ
せてエピタキシャル層を移設する方法がある。この方法
は、多孔質Ｓｉ層上にエピタキシャル層を形成して、こ
れを他の基板に貼り合せ、多孔質Ｓｉを除去すること
で、他の基板上にエピタキシャル層を移設する技術であ
る。多孔質Ｓｉを除去するには、多孔質Ｓｉを研削によ
り表出させてから多孔質Ｓｉ層を特開平６−３４２７８
４号公報に開示されているように選択的にエッチングす
ることで行うことができる。

【０００３】上記のように、多孔質Ｓｉのエッチング
は、ＳＯＩの作製工程の一部として利用されている。な
お、特開平６−３４２７８４号公報では多孔質を溶液に
浸すことでエッチングが行われていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】溶液中の化学反応にお
いて、化学反応の高効率化、高速化、均一化を阻害する
現象として、反応生成物がある。反応に寄与する物質以
外の物質が、その目的の反応によって生成されると、そ
の反応生成物によって化学反応が阻害される。特に、エ
ッチング工程での反応生成気体の場合、厄介なものとな
る。すなわち、反応気体がエッチングされる部材の表面
で生成されると、その気体が表面に付着してしまうとエ
ッチングを阻害して、エッチングの均一性を劣化してし
まう。付着しないまでも、反応気体が生成した瞬間には
反応は多少なりとも阻害されるわけで、均一性を落とす
原因になる。

【０００５】反応気体の付着を防止するには、例えば特
開平６−３４２７８４号公報に記載されているように、
界面活性剤としてアルコールを添加したり、撹拌したり
すればよい。

【０００６】しかしこれでは、多孔質Ｓｉの様に実質的
な反応表面積がおよそ２００ｍ²／ｃｍ³も有る様な場
合には、反応生成気体の発生量が尋常ではなく、エッチ
ングのより均一化の妨げになる。

【０００７】

【課題を解決するための手段および作用】本発明の多孔
質体のエッチング方法は、多孔質体をエッチング液中で
エッチングするエッチング方法において、前記エッチン
グ液を脱気処理しながら前記エッチングを行うことを特
徴とする。

【０００８】本発明の多孔質体のエッチング装置は、少
なくとも一部に多孔質面の表出した基体を保持するため
の保持手段と、該基体の多孔質部分をエッチングするエ
ッチング液を入れるためのエッチング槽と、該エッチン
グ液から気体の脱気を行うための脱気装置と、を有する
ことを特徴とする。

【０００９】ここで、多孔質体とは、基体の一部又は全
部が多孔質である基体をいい、表面側に多孔質層を有す
る基体、多孔質層の側面のみが露出している基体等を含
むものである。

【００１０】本発明によれば、溶解している気体の濃度
を夫々飽和溶解度より低い値、具体的にはその１／１０
以下に制御できる。さらに、絶対値としては、溶解して
いる気体の濃度を夫々２ｐｐｍ以下に抑制することもで
きる。

【００１１】これにより、反応表面近傍において局所的
に気体となる物質が多量に発生しても速やかにエッチン
グ液に溶け込み泡の発生が抑制される。

【００１２】反応表面や液／気体界面付近では、それぞ
れ反応生成気体やその大気から液中へ気体が溶解してそ
の付近は溶液を脱気しても飽和溶解度に達しやすい。反
応生成物は液中へ溶解できずに気泡となり表面に付着す
ることになる。従って全体を飽和溶解度からかなり低い
状態にしていないと局所的な気体の溶解を許容できなく
なる。

【００１３】気体は、例えばＳｉＦ₄，Ｈ₂，ＮＨ₃のよ
うに化学反応において発生する反応副生物である場合、
エッチング液に元々溶解している気体成分と化学反応に
おいて新たに発生する反応副生物成分とからなる場合が
ある。この場合には、エッチング工程前に予め脱気して
元々溶解している気体を除去しておくことが望ましい。

【００１４】またエッチング槽内のエッチング液を大気
から隔離することが好ましい。これは大気中から溶液へ
の気体の溶解するのを防止するためである。

【００１５】多孔質Ｓｉの選択エッチングには、半導体
プロセス上、以下に示すようなエッチング液が好まし
い。すなわち、エッチング液はふっ酸系反応液、ふっ酸
系反応液と界面活性剤を添加した混合液、ふっ酸と界面
活性剤との混合液、ふっ酸と過酸化水素水との混合液、
ふっ酸と硝酸と界面活性剤との混合液、ふっ酸と過酸化
水素水と界面活性剤等である。

【００１６】界面活性剤は、例えば、メタノール、エタ
ノール、イソプロピルアルコールが挙げられる。

【００１７】またエッチング液中には、ＰＨを調整し、
エッチング速度の変動を抑える為に、緩衝剤を添加する
ことが好ましい。緩衝剤は、例えば、弗化アンモニウム
が挙げられる。

【００１８】またエッチング液は、エッチング槽外部に
循環させ、循環途中において脱気を行うことが好まし
い。反応生成物は発生と同時に反応表面から除去される
ことが有効である。このためエッチング溶液を循環して
おくことにより、反応生成物をエッチングに作用しない
領域へ効率よく排除することができる。

【００１９】脱気は、以下のような方法のどれを用いて
も構わない。脱気は、中空糸ガス透過膜によって構成さ
れる脱気モジュールにおいて該中空糸内をポンプにより
減圧状態にすることにより行う方法、中空糸ガス透過膜
によって構成される脱気モジュールにおいて該中空糸内
を気体が存在しない超純水で満たすことにより行う方法
等である。

【００２０】また、エッチング液の温度の揺らぎを±
０．５℃以内に制御することによって、更にエッチング
の均一性や再現性を向上できる。

【００２１】エッチング液の温度のゆらぎは、・面内のエッチングばらつき・基板間のエッチング時間ばらつきにつながる。市販の温調器により±０．５℃は十分調整
できる範囲内である。

【００２２】以下、本発明の作用について説明する。

【００２３】本発明によれば、エッチング溶液中に溶解
している気体の濃度をエッチング中脱気して、飽和溶解
度より低い値に制御しながら多孔質Ｓｉのエッチングを
行うため、反応生成物の気体が気泡となり多孔質表面上
に付着しなくなるためエッチング速度の劣化がなくな
り、また、均一性の劣化もなくなる。

【００２４】また本発明によれば、脱気により、気泡の
発生が無くなり、超音波の伝達効率が向上し、超音波を
有効にウエハに印加できる。また、同じ効力を低パワー
の超音波で得ることができるので、超音波の寿命を延ば
したり、あるいは超音波自体の規模を最初から小さくで
きる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
詳細に説明する。

【００２６】［実施例１］図１に本発明の多孔質エッチ
ング装置の一実施例の構成図を示す。図１に示すよう
に、エッチング処理槽１０１には、エッチング液１１３
が満たされ、この中にその表面が多孔質層を有する基体
（被処理体）、ここでは多孔質層の表出したウエハ１０
４を入れて多孔質のエッチングを行う。エッチング処理
槽１０１の４辺にはオーバーフロー槽１０２を設けるこ
とが好ましい。

【００２７】また、エッチング処理槽１０１は密閉式の
ふた１０３で外部の大気から隔離されている。ここには
図示しないが、もちろんウエハ１０４やあるいはウエハ
保持具１０５を取出す際には、密閉のふた１０３は開く
ことができる。ウエハ保持具１０５と循環供給口１０７
とは整流板１０６で大まかに分離されており、供給され
るエッチング液１１３は、整流板１０６を通って、ウエ
ハ１０４に供給される。整流板１０６は多数のウエハ１
０４に均一にエッチング液１１３が供給される様に、整
流孔が設けられている。

【００２８】エッチング液１１３は、エッチング槽１０
１からオーバーフローしてオーバーフロー槽１０２に流
れでて、そこから循環用ポンプ１０９で循環ライン１０
８を通って再度供給される。循環ライン１０８の途中に
は、エッチング液の温度調整用の冷熱器１１１があり、
エッチング液温は例えば±０．５℃のほぼ一定に保た
れ、エッチングの均一性を高める。溶解度、温度を測定
し、その温度での飽和溶解度から現溶解度が決めた設定
値（例えば１／１０）より低いか高いかをフィールドバ
ックし、高ければ脱気装置を動かし、低ければ止める、
という様な自動制御を行うことも好ましいものである。
さらに、薬液用フィルター１１２によりエッチング液内
のパーティクルの除去に有効に作用する。

【００２９】エッチング処理槽１０１は超音波槽１１４
内に配置されており、超音波槽１１４内の超音波振動子
１１５からの超音波エネルギーを超音波槽１１４内の伝
達媒体１１６（通常は水）を通じてエッチング処理槽１
０１からエッチング液１１３，このエッチング液からウ
エハ１０４へと伝達される。ここには示さないが、超音
波槽１１４内の伝達媒体１１６（通常は水）を脱気して
おくと超音波の伝達効率が向上する。

【００３０】また、ウエハ１０４を回転あるいは揺動さ
せる機構を配していると循環エッチング液のウエハ面
内、ウエハ間への供給のされる程度が均一化されること
にもなる。

【００３１】脱気装置１１０は、循環ライン１０８の途
中に配置され、ここで、エッチング液中の溶存ガスを除
去する。溶存ガスとしてはＳｉＦ₄，Ｈ₂，ＮＨ₃，Ｏ₂，
Ｎ₂等が挙げられる。

【００３２】多孔質層の表出したウエハはウエハ保持具
１０５（一般的には、ウエハキャリア）にセットされ、
エッチング液１１３内に沈められ、エッチングが行われ
る。

【００３３】脱気装置１１０の詳細は、図２に示す様で
ある。エッチング液は入り口３０１から配水管３０２へ
注入され、中央の配水管から外へしみ出し中空糸３０３
の隙間を通って集水管３０４に集まり、出口３０５から
排出される。この間に中空糸内へエッチング液に溶存し
ている気体が移動し、脱気が行われる。中空糸内は、真
空ポンプで３０６真空口から真空に排気されている場合
や、気体が存在しない超純水を３０７から３０６へ通し
ておく場合がある。

【００３４】多孔質Ｓｉは単結晶Ｓｉを陽極化成するこ
とによって作成した。その条件を以下に示す。なお、陽
極化成によって形成する多孔質Ｓｉの出発材料は、単結
晶Ｓｉに限定されるものではなく、他の結晶構造のＳｉ
でも可能である。

【００３５】電流密度：７（ｍＡ・ｃｍ^-2）陽極化成溶液：ＨＦ：Ｈ₂Ｏ：Ｃ₂Ｈ₅ＯＨ＝１：１：１時間：２（時間）多孔質Ｓｉの厚み：１２０（μｍ）ウエハの断面は、図３（ａ）の様になる。

【００３６】この、ウエハを上記説明した装置により多
孔質Ｓｉ層のみエッチングした。

【００３７】エッチング液は、ふっ酸と過酸化水素水と
の混合液、ふっ酸と界面活性剤との混合液、ふっ酸と過
酸化水素水と界面活性剤との混合液である。

【００３８】界面活性剤は、エタノール、メタノール、
イソプロピルアルコールである。

【００３９】エッチング液中に、緩衝剤を添加してもよ
い。緩衝剤は、例えば弗化アンモニウムである。

【００４０】エッチング中にエッチング表面からの気泡
の発生はほとんど無く、エッチングは均一に行われた。
脱気しない場合に４時間程度のエッチング時間が、脱気
をすると３時間程度で多孔質Ｓｉはすべて選択的にエッ
チング除去され、多孔質Ｓｉ層４０２が除去されたウエ
ハ４０１を得た（図３（ｂ））。

【００４１】エッチング中に２５ｋＨｚ程度の超音波を
印加しておくとエッチング完了までの時間が速くなっ
た。

【００４２】界面活性剤を入れない場合、多孔質Ｓｉ表
面に泡が大量に付着し、脱離するのがなかなか難しくな
る（結果としてエッチングむらになる）が、脱気をする
ことにより、反応生成物等が泡になりにくく、エッチン
グむらがなくなり、その速度も速くなり、時間が２／３
になった。

【００４３】１２０μｍの多孔質層をエッチングする為
に必要な時間は、脱気した状態で、ＨＦ／Ｈ₂Ｏ₂で３時
間、ＨＦ／ＨＮＯ₃／ＣＨ₃ＣＯＯＨで３０分、ＨＦ／Ｈ
₂Ｏ₂／アルコール（エタノール２０％）で４時間であっ
た。

【００４４】［実施例２］単結晶Ｓｉウエハの表面の一
部を残して、Ｓｉ₃Ｎ₄あるいは耐ふっ酸性ワックス
（例えば、アピエゾンワックス）でマスクした。その
後、表面から陽極化成を行う。条件は、電流密度：３０（ｍＡ・ｃｍ^-2）陽極化成溶液：ＨＦ：Ｈ₂Ｏ：Ｃ₂Ｈ₅ＯＨ＝１：１：１時間：２（時間）多孔質Ｓｉの厚み：４００（μｍ）ワックスの場合は、除去しておく。ウエハの断面は、図
４（ａ）の様になる。図中、５０１は単結晶Ｓｉウエ
ハ、５０２は多孔質領域を示す。この、ウエハを上記説
明した装置により多孔質Ｓｉ層のみエッチングした。

【００４５】エッチング液は、ふっ酸と過酸化水素水と
の混合液、ふっ酸と界面活性剤との混合液、ふっ酸と過
酸化水素水と界面活性剤との混合液である。

【００４６】界面活性剤は、エタノール、メタノール、
イソプロピルアルコールである。

【００４７】エッチング液中に、緩衝剤を添加してもよ
い。緩衝剤は、例えば弗化アンモニウムである。

【００４８】エッチング中にエッチング表面からの気泡
の発生はほとんど無く、エッチングは均一に行われた。

【００４９】５時間程度で多孔質Ｓｉはすべて選択的に
エッチング除去され、単結晶Ｓｉ基板をくり貫くことが
できた（図４（ｂ））。

【００５０】エッチング中に２５ｋＨｚ程度の超音波を
印加しておくとエッチング完了までの時間が速くなっ
た。

【００５１】脱気すべき気体はＳｉのエッチングの場
合、少なくともＳｉＦ₄であり、更にＨ₂，ＮＨ₃，Ｏ₂，
Ｎ₂等も脱気することがより好ましい。

【００５２】以上説明した各実施例において、多孔質物
質としては多孔質Ｓｉを取りあげたが、多孔質構造が可
能な物質であればその他の材料であっても本発明を適用
することができる。

【００５３】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
多孔質体のエッチング中の反応生成気体の気泡をほとん
ど発生させずに除去することが可能になり、エッチング
の効率化と均一化が可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のエッチング装置を説明するための模式
的断面図である。

【図２】本発明のエッチング装置に用いる脱気装置を説
明するための模式的断面図である。

【図３】本発明の第１の実施例を説明するための模式的
断面図である。

【図４】本発明の第２の実施例を説明するための模式的
断面図である。

【符号の説明】

１０１エッチング槽１０２オーバーフロー槽１０３密閉のふた１０４多孔質層の表出したウエハ１０５ウエハ保持具（キャリア）１０６整流板１０７循環供給口１０８循環ライン１０９循環用ポンプ１１０脱気装置１１１冷熱器１１２薬液フィルター１１３エッチング液１１４超音波槽１１５超音波振動子１１６超音波伝達媒体２１０脱気用ポンプ３０１エッチング液入口３０２配水管３０３中空糸３０４集水管３０５エッチング液出口３０６真空口／純水出口３０７純水入口４０１Ｓｉ基板４０２多孔質層５０１Ｓｉ基板５０２多孔質領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多孔質体をエッチング液中でエッチング
するエッチング方法において、前記エッチング液を脱気
処理しながら前記エッチングを行うことを特徴とする多
孔質体のエッチング方法。
【請求項２】前記エッチング液を大気から隔離するこ
とを特徴とする請求項１に記載の多孔質体のエッチング
方法。
【請求項３】前記エッチング液を循環させて前記多孔
質体に供給し、前記エッチング液の循環途中において脱
気を行うことを特徴とする請求項１に記載の多孔質体の
エッチング方法。
【請求項４】前記脱気は、中空糸ガス透過膜によって
構成される脱気モジュールにおいて該中空糸内をポンプ
により減圧状態にすることにより行うことを特徴とする
請求項１又は請求項３に記載の多孔質体のエッチング方
法。
【請求項５】前記脱気は、中空糸ガス透過膜によって
構成される脱気モジュールにおいて該中空糸内を気体が
存在しない超純水で満たすことにより行うことを特徴と
する請求項１又は請求項３に記載の多孔質体のエッチン
グ方法。
【請求項６】脱気される気体は化学反応において発生
する反応副生物であることを特徴とする請求項１〜５の
いずれかの請求項に記載の多孔質体のエッチング方法。
【請求項７】脱気される気体は、エッチング液に元々
溶解している気体と、化学反応において発生する反応副
生物と、であることを特徴とする請求項１〜５のいずれ
かの請求項に記載の多孔質体のエッチング方法。
【請求項８】前記エッチングは、波動エネルギーを印
加しながら行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれ
かの請求項に記載の多孔質体のエッチング方法。
【請求項９】前記波動エネルギーの印加は超音波の印
加により行うことを特徴とする請求項８に記載の多孔質
体のエッチング方法。
【請求項１０】前記エッチング液の温度の揺らぎを±
０．５℃以内に制御することを特徴とする請求項１〜５
のいずれかの請求項に記載の多孔質体のエッチング方
法。
【請求項１１】前記エッチング液はふっ酸系反応液で
あることを特徴とする請求項１〜５のいずれかの請求項
に記載の多孔質体のエッチング方法。
【請求項１２】前記エッチング液中に界面活性剤を添
加することを特徴とする請求項１〜５のいずれかの請求
項に記載の多孔質体のエッチング方法。
【請求項１３】前記エッチング液は、ふっ酸と過酸化
水素水との混合液であることを特徴とする請求項１〜５
のいずれかの請求項に記載の多孔質体のエッチング方
法。
【請求項１４】前記エッチング液は、ふっ酸と界面活
性剤との混合液であることを特徴とする請求項１〜５の
いずれかの請求項に記載の多孔質体のエッチング方法。
【請求項１５】前記エッチング液は、ふっ酸と過酸化
水素水と界面活性剤との混合液であることを特徴とする
請求項１〜５のいずれかの請求項に記載の多孔質体のエ
ッチング方法。
【請求項１６】前記界面活性剤は、メタノール、エタ
ノール、イソプロピルアルコールのいずれかであること
を特徴とする請求項１２、１４、１５のいずれかの請求
項に記載の多孔質体のエッチング方法。
【請求項１７】前記エッチング液中に、緩衝剤を添加
することを特徴とする請求項１〜５のいずれかの請求項
に記載の多孔質体のエッチング方法。
【請求項１８】前記緩衝剤は、弗化アンモニウムであ
ることを特徴とする請求項１７に記載の多孔質体のエッ
チング方法。
【請求項１９】少なくとも一部に多孔質面の表出した
基体を保持するための保持手段と、該基体の多孔質部分
をエッチングするエッチング液を入れるためのエッチン
グ槽と、該エッチング液から気体の脱気を行うための脱
気装置と、を有することを特徴とする多孔質体のエッチ
ング装置。
【請求項２０】更に、エッチング液を循環させるため
の循環ラインを備えていることを特徴とする請求項１９
に記載の多孔質体のエッチング装置。
【請求項２１】前記脱気装置は、中空糸ガス透過膜に
よって構成される脱気モジュールにおいて該中空糸内を
ポンプにより減圧状態にするように構成されていること
を特徴とする請求項１９に記載の多孔質体のエッチング
装置。
【請求項２２】前記脱気装置は、中空糸ガス透過膜に
よって構成される脱気モジュールにおいて該中空糸内を
気体が存在しない超純水で満たすように構成されている
ことを特徴とする請求項１９に記載の多孔質体のエッチ
ング装置。
【請求項２３】前記脱気する気体は化学反応において
発生する反応副生物であることを特徴とする請求項１９
に記載の多孔質体のエッチング装置。
【請求項２４】前記脱気する気体は、エッチング液に
元々溶解している気体と、化学反応において発生する反
応副生物と、であることを特徴とする請求項１９に記載
の多孔質体のエッチング装置。
【請求項２５】前記エッチング液の温度の揺らぎを±
０．５℃以内に制御する温度制御装置が組み込まれてい
ることを特徴とする請求項１９に記載の多孔質体のエッ
チング装置。
【請求項２６】前記エッチング液に波動エネルギーを
印加する手段を有することを特徴とする請求項１９に記
載の多孔質体のエッチング装置。
【請求項２７】前記波動エネルギーは超音波であるこ
とを特徴とする請求項２６に記載の多孔質体のエッチン
グ装置。