JP2001351906A - Method of etching silicon substrate - Google Patents
Method of etching silicon substrateInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はシリコン基板のエッ
チング方法に関する。詳しくは本発明は、シリコン基板
を用いたマイクロマシニング精密部材を加工するための
異方性エッチング方法に関するものである。The present invention relates to a method for etching a silicon substrate. More specifically, the present invention relates to an anisotropic etching method for processing a micromachining precision member using a silicon substrate.
【0002】[0002]
【従来の技術】シリコン基板をエッチングする場合、等
方エッチングのためにはフッ酸と硝酸の混合溶液が用い
られ、シリコン単結晶基板の結晶方位に依存した異方性
エッチングのためには水酸化四メチルアミン、水酸化カ
リウムあるいはヒドラジンなどのアルカリ性水溶液が用
いられている。シリコン基板を利用した半導体圧力セン
サーやインクジェットプリンター用記録ヘッドなどのマ
イクロマシニング精密部材の加工にはアルカリ性水溶液
による異方性エッチングが行われている。2. Description of the Related Art When etching a silicon substrate, a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid is used for isotropic etching, and hydroxide is used for anisotropic etching depending on the crystal orientation of a silicon single crystal substrate. An alkaline aqueous solution such as tetramethylamine, potassium hydroxide or hydrazine is used. 2. Description of the Related Art Anisotropic etching using an alkaline aqueous solution is performed for processing micromachining precision members such as a semiconductor pressure sensor and a recording head for an inkjet printer using a silicon substrate.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながらシリコン
単結晶基板の結晶方位に関係なく等方的エッチング速度
を有するフッ酸−硝酸系のエッチングにおいては、エッ
チング深さに対してアンダーカットが大きいため、設計
とは懸離れた形状となってしまうという問題があった。
また、アルカリ性水溶液を用いた異方性エッチングにお
いても、半導体圧力センサーやインクジェットプリンタ
ー用記録ヘッドなどのエッチング深さの大きい部材を加
工する場合、エッチング表面の荒れおよびアンダーカッ
トが大きいため所望の性能が得られないという問題があ
った。However, in hydrofluoric-nitric acid etching, which has an isotropic etching rate regardless of the crystal orientation of the silicon single crystal substrate, the undercut is large relative to the etching depth. However, there is a problem that the shape is far away from the shape.
Also, in anisotropic etching using an alkaline aqueous solution, when processing a member having a large etching depth such as a semiconductor pressure sensor or a recording head for an ink jet printer, desired performance is obtained due to large roughness and undercut of the etching surface. There was a problem that it could not be obtained.
【0004】これらの課題を解決するため、アルカリ性
水溶液にイソプロピルアルコールなどのアルコール類を
添加したエッチング液が開発されている。エッチング深
さが50μm程度の場合、エッチング表面の荒れ、アン
ダーカットともに問題とならない。しかしながら、半導
体圧力センサーやインクジェットプリンター用記録ヘッ
ドなどのマイクロマシニングのためにエッチング深さが
大きい場合、課題の解決は満足できる水準に至っていな
い。また、アルコールは揮発しやすく、エッチング液の
特性が不安定のため、現在ではあまり使用されていな
い。In order to solve these problems, an etching solution in which an alcohol such as isopropyl alcohol is added to an alkaline aqueous solution has been developed. When the etching depth is about 50 μm, both the roughness of the etched surface and the undercut do not cause any problem. However, when the etching depth is large due to micromachining such as a semiconductor pressure sensor and a recording head for an ink jet printer, the solution of the problem has not reached a satisfactory level. Also, alcohol is not used much at present because alcohol is easily volatilized and the characteristics of the etchant are unstable.
【0005】本発明の目的は、シリコン基板の異方性エ
ッチングにおいて、上記課題を解決することにより、滑
らかな、アンダーカットの小さいエッチング表面を得る
ためのエッチング方法を提供することにある。An object of the present invention is to provide an etching method for obtaining a smooth etching surface with a small undercut by solving the above problems in anisotropic etching of a silicon substrate.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】したがって上記目的を達
成するため本発明は、シリコン基板を水酸化四メチルア
ミン、水酸化カリウム或いは水酸化ナトリウムなどのア
ルカリ性水溶液で異方性エッチングするエッチング方法
において、前記水溶液にポリエチレングリコールおよび
ポリプロピレングリコールの内少なくても1種、並びに
3−オキシ2−メチルアントラキノン、ヒドロキノンお
よびカテコールジスルホン酸の内少なくても1種を添加
することを特徴とする。SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, in order to achieve the above object, the present invention provides an etching method for anisotropically etching a silicon substrate with an alkaline aqueous solution such as tetramethylamine hydroxide, potassium hydroxide or sodium hydroxide. At least one of polyethylene glycol and polypropylene glycol and at least one of 3-oxy-2-methylanthraquinone, hydroquinone and catechol disulfonic acid are added to the aqueous solution.
【0007】[0007]
【発明の実施の形態】上記構成のエッチング液におい
て、ポリエチレングリコールおよびポリプロピレングリ
コールには、異方性エッチングの際に発生するアンダー
カット表面の凹凸の部分に吸着し、エッチング作用のあ
る水酸イオンの接触を阻害することにより、アンダーカ
ットの進行を抑制する作用がある。前記ポリエチレング
リコールの平均分子量は200〜600であり、また前
記ポリプロピレングリコールの平均分子量は400〜1
000である。上記構成のエッチング液において、ポリ
エチレングリコールの添加量は0.1%〜10%、ポリ
プロピレングリコールの添加量は0.1%〜10%であ
ることが好ましい。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the etching solution having the above-mentioned structure, polyethylene glycol and polypropylene glycol are adsorbed on the uneven portion of the undercut surface generated at the time of anisotropic etching to form hydroxyl ions having an etching action. Inhibiting the contact has the effect of suppressing the progress of the undercut. The average molecular weight of the polyethylene glycol is 200 to 600, and the average molecular weight of the polypropylene glycol is 400 to 1
000. In the etching solution having the above structure, it is preferable that the addition amount of polyethylene glycol is 0.1% to 10%, and the addition amount of polypropylene glycol is 0.1% to 10%.
【0008】また上記構成のエッチング液において、3
−オキシ2−メチルアントラキノンは異方性エッチング
の際に発生する水素と反応して、エッチング表面に付着
し、エッチング反応の進行を阻害し、荒れの原因となっ
ている水素の気泡を除去することにより、エッチング表
面の荒れを抑制する作用がある。上記構成のエッチング
液において3−オキシ2−メチルアントラキノンの添加
量は1%〜10%であることが好ましい。Further, in the etching solution having the above structure, 3
-Oxy-2-methylanthraquinone reacts with hydrogen generated during anisotropic etching, adheres to the etched surface, inhibits the progress of the etching reaction, and removes hydrogen bubbles that cause roughness. This has the effect of suppressing the roughness of the etched surface. It is preferable that the amount of 3-oxy-2-methylanthraquinone to be added is 1% to 10% in the etching solution having the above configuration.
【0009】荒れのもう一つの原因としてエッチング液
と接触している空気中の酸素が液中に入り、エッチング
表面のシリコンと反応し酸化シリコンを部分的に形成す
ることにより、その部分のエッチングの進行が遅れるた
め、エッチング速度の局所的な差異が生じることが挙げ
られる。上記構成のエッチング液において、ヒドロキノ
ンはエッチング液中の酸素と反応して液中の酸素を除去
することにより、エッチング表面の荒れを抑制する作用
がある。上記構成のエッチング液においてヒドロキノン
の添加量は1%〜10%であることが好ましい。Another cause of the roughness is that oxygen in the air that is in contact with the etching solution enters the solution and reacts with silicon on the etching surface to partially form silicon oxide. The slow progress may cause a local difference in the etching rate. In the etching solution having the above structure, hydroquinone has an effect of suppressing roughness of an etching surface by reacting with oxygen in the etching solution to remove oxygen in the solution. In the etching solution having the above structure, the amount of hydroquinone added is preferably 1% to 10%.
【0010】またエッチング液中の金属イオンや溶け出
たシリコン自体がエッチング表面に部分的に付着または
吸着することによりその部分のエッチングの進行が遅れ
るため、エッチング速度の局所的な差異が生じ、荒れの
原因となる場合がある。カテコールジスルホン酸は、こ
れらの金属イオンや溶け出たシリコン自体と錯体あるい
はキレートを形成することにより結合し、エッチング表
面に付着または吸着することにより、エッチング表面の
荒れを抑制する作用がある。カテコールジスルホン酸の
添加量は0.1%〜5%であることが好ましい。[0010] In addition, since the progress of etching in the etching liquid is delayed due to the metal ions in the etching solution and the dissolved silicon itself adhering or adhering partially to the etching surface, a local difference in the etching rate occurs, resulting in roughening. May cause. Catechol disulfonic acid binds to these metal ions and the dissolved silicon itself by forming a complex or chelate, and has an effect of suppressing the roughness of the etched surface by adhering or adsorbing to the etched surface. Catechol disulfonic acid is preferably added in an amount of 0.1% to 5%.
【0011】アルカリ性水溶液の種類としては、水酸化
四メチルアミン、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムな
どアルカリ性化合物を単独あるいは混合して用いること
ができる。As the kind of the alkaline aqueous solution, alkaline compounds such as tetramethylamine hydroxide, potassium hydroxide and sodium hydroxide can be used alone or in combination.
【0012】[0012]
【実施例】(実施例1)厚さ600μm、(100)面
方位のシリコン基板上に熱酸化により1μmの酸化シリ
コン膜を形成した。緩衝フッ酸を用いたフォトリソグラ
フィにより、辺が<100>方向に沿った、一辺が2m
m角の正方形の酸化シリコンのマスクパターンを形成し
た。ついで水酸化四メチルアミン20%、平均分子量4
00のポリエチレングリコール2%、3−オキシ2−メ
チルアントラキノン2%、ヒドロキノン2%、脱イオン
水74%の組成のエッチング液中において、図1に示し
たエッチング装置を用いて、上記シリコン基板を80℃
×3時間でエッチングした。(Example 1) A silicon oxide film having a thickness of 1 μm was formed by thermal oxidation on a silicon substrate having a thickness of 600 μm and a (100) plane orientation. By photolithography using buffered hydrofluoric acid, the side is 2 m along the <100> direction.
A m-square square silicon oxide mask pattern was formed. Then, tetramethylamine hydroxide 20%, average molecular weight 4
In an etching solution having a composition of 2% polyethylene glycol, 2% 3-oxy-2-methylanthraquinone, 2% hydroquinone, and 74% deionized water, the silicon substrate was subjected to etching using the etching apparatus shown in FIG. ° C
Etching was performed for 3 hours.
【0013】図2は本発明のエッチング方法によってエ
ッチングしたシリコン基板を光学顕微鏡で観察し、その
結果を模式図で示したものである。エッチング1回につ
きシリコン基板5枚を処理し、合計20回の処理を行っ
た。2回目処理時のエッチング深さおよびアンダーカッ
ト定数およびエッチング面外観、20回目処理時のエッ
チング面外観を表1に示す。表1に示す通り、滑らかな
エッチング表面を持ち、アンダーカットの小さいシリコ
ン基板が得られた。FIG. 2 is a schematic diagram showing the result of observing the silicon substrate etched by the etching method of the present invention with an optical microscope. Five silicon substrates were processed for each etching, and the processing was performed a total of 20 times. Table 1 shows the etching depth, undercut constant, and etched surface appearance at the time of the second treatment, and the etched surface appearance at the time of the twentieth treatment. As shown in Table 1, a silicon substrate having a smooth etching surface and a small undercut was obtained.
【0014】エッチング深さは触針式粗さ計を用いて測
定した。アンダーカット幅は光学顕微鏡を用いて測定し
た。アンダーカット定数は、エッチング深さをD、アン
ダーカット幅をWとすると、次式で表わされる。The etching depth was measured using a stylus type roughness meter. The undercut width was measured using an optical microscope. The undercut constant is expressed by the following equation, where D is the etching depth and W is the undercut width.
【0015】アンダーカット定数=W/D エッチング面外観は光学顕微鏡を用いて観察した。Undercut constant = W / D The appearance of the etched surface was observed using an optical microscope.
【0016】(実施例2)第1の実施例と同様の方法に
より、シリコン基板上に酸化シリコンのマスクパターン
を形成した。ついで水酸化カリウム30%、平均分子量
600のポリプロピレングリコール2%、3−オキシ2
−メチルアントラキノン2%、カテコールジスルホン酸
2%、脱イオン水64%の組成のエッチング液中におい
て、図1に示したエッチング装置を用いて、上記シリコ
ン基板を80℃×3時間でエッチングした。エッチング
1回につきシリコン基板5枚を処理し、合計20回の処
理を行った。2回目処理時のエッチング深さおよびアン
ダーカット定数およびエッチング面外観、20回目処理
時のエッチング面外観を表1に示す。表1に示す通り、
滑らかなエッチング表面を持ち、アンダーカットの小さ
いシリコン基板が得られた。また20回目処理後におい
てもエッチング面には荒れが全くなく、その面は鏡面と
なっており、エッチング液の安定性が優れている。(Example 2) A mask pattern of silicon oxide was formed on a silicon substrate by the same method as in the first example. Subsequently, 30% of potassium hydroxide, 2% of polypropylene glycol having an average molecular weight of 600, and 3-oxy2
The above silicon substrate was etched at 80 ° C. × 3 hours in an etching solution having a composition of 2% of methyl anthraquinone, 2% of catechol disulfonic acid, and 64% of deionized water using the etching apparatus shown in FIG. Five silicon substrates were processed for each etching, and the processing was performed a total of 20 times. Table 1 shows the etching depth, undercut constant, and etched surface appearance at the time of the second treatment, and the etched surface appearance at the time of the twentieth treatment. As shown in Table 1,
A silicon substrate having a smooth etched surface and a small undercut was obtained. Even after the twentieth treatment, the etched surface has no roughness, and the surface is a mirror surface, and the stability of the etching solution is excellent.
【0017】(比較例1)実施例1と同様の方法によ
り、シリコン基板上に酸化シリコンのマスクパターンを
形成した。ついで水酸化カリウム30%、イソプロピル
アルコール15%、脱イオン水55%の組成のエッチン
グ液中において、図1に示したエッチング装置を用い
て、上記シリコン基板を80℃×3時間でエッチングし
た。エッチング1回につきシリコン基板5枚を処理し、
合計20回の処理を行った。2回目処理時のエッチング
深さ、アンダーカット定数およびエッチング面外観、2
0回目処理時のエッチング面外観を表1に示す。図3
は、エッチング後、シリコン基板を光学顕微鏡で観察
し、その面を模式図で示したものである。Comparative Example 1 A mask pattern of silicon oxide was formed on a silicon substrate in the same manner as in Example 1. Next, the silicon substrate was etched at 80 ° C. for 3 hours in an etching solution having a composition of 30% potassium hydroxide, 15% isopropyl alcohol, and 55% deionized water using the etching apparatus shown in FIG. Processing 5 silicon substrates per etching,
A total of 20 treatments were performed. Etching depth, undercut constant and etched surface appearance during the second treatment, 2
Table 1 shows the appearance of the etched surface at the time of the 0th treatment. FIG.
Fig. 3 shows a schematic view of the surface of a silicon substrate observed by an optical microscope after etching.
【0018】従来のエッチング方法であるこの比較例に
おいては、図3に示すように、エッチング表面はマイク
ロピラミッドが観察され、その面は荒れている。また表
1に示す通り、アンダーカットも大きい。In this comparative example, which is a conventional etching method, as shown in FIG. 3, a micro pyramid is observed on the etching surface, and the surface is rough. Also, as shown in Table 1, the undercut is large.
【0019】[0019]
【表1】 [Table 1]
【0020】[0020]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
アルカリ性水溶液でシリコン基板をエッチングする方法
において、ポリエチレングリコールおよびポリプロピレ
ングリコールの内少なくても1種、および3−オキシ2
−メチルアントラキノン、およびヒドロキノンおよびカ
テコールジスルホン酸の内少なくても1種を添加するこ
とにより、エッチング表面は荒れのない滑らかな面とな
るとともにアンダーカットが小さくなる。この結果大き
なエッチング深さを必要とするシリコン部材であっても
精密に加工することが可能となった。As described above, according to the present invention,
In a method of etching a silicon substrate with an alkaline aqueous solution, at least one of polyethylene glycol and polypropylene glycol, and 3-oxy2
By adding at least one of -methylanthraquinone, hydroquinone and catechol disulfonic acid, the etching surface becomes smooth without roughness and the undercut is reduced. As a result, even a silicon member requiring a large etching depth can be precisely processed.
【図1】本発明のエッチング装置の構成を示す模式図。FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an etching apparatus of the present invention.
【図2】本発明のエッチング方法によるシリコン基板の
外観を示す模式図。FIG. 2 is a schematic view showing the appearance of a silicon substrate by the etching method of the present invention.
【図3】従来のエッチング方法によるシリコン基板の外
観を示す模式図。FIG. 3 is a schematic view showing the appearance of a silicon substrate by a conventional etching method.
1 温度調節付き撹拌機 2 温度センサー 3 エッチング槽 4 エッチング液 5 基板ホルダー 6 撹拌子 7 シリコン基板 8 冷却管 21 マスクパターン 22 アンダーカット幅 23 シリコン基板エッチング壁部 24 シリコン基板エッチング表面 31 マスクパターン 32 マイクロピラミッド 33 シリコン基板エッチング壁部 34 シリコン基板エッチング表面 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Stirrer with temperature control 2 Temperature sensor 3 Etching tank 4 Etching solution 5 Substrate holder 6 Stirrer 7 Silicon substrate 8 Cooling pipe 21 Mask pattern 22 Undercut width 23 Silicon substrate etching wall 24 Silicon substrate etching surface 31 Mask pattern 32 Micro Pyramid 33 Silicon substrate etching wall 34 Silicon substrate etching surface
Claims (8)
性エッチングするエッチング方法において、前記水溶液
にポリエチレングリコールおよびポリプロピレングリコ
ールの内少なくても1種、並びに3−オキシ2−メチル
アントラキノン、ヒドロキノンおよびカテコールジスル
ホン酸の内少なくても1種を添加することを特徴とする
シリコン基板のエッチング方法。1. An etching method for anisotropically etching a silicon substrate with an alkaline aqueous solution, wherein said aqueous solution contains at least one of polyethylene glycol and polypropylene glycol, and 3-oxy-2-methylanthraquinone, hydroquinone and catechol disulfonic acid. A method of etching a silicon substrate, wherein at least one of them is added.
量が200〜600であることを特徴とする請求項1に
記載のシリコン基板のエッチング方法。2. The method of claim 1, wherein the polyethylene glycol has an average molecular weight of 200 to 600.
0.1%〜10%であることを特徴とする請求項1に記
載のシリコン基板のエッチング方法。3. The method according to claim 1, wherein the amount of the polyethylene glycol added is 0.1% to 10%.
子量が400〜1000であることを特徴とする請求項
1に記載のシリコン基板のエッチング方法。4. The method according to claim 1, wherein the average molecular weight of the polypropylene glycol is 400 to 1,000.
が0.1%〜10%であることを特徴とする請求項1に
記載のシリコン基板のエッチング方法。5. The method for etching a silicon substrate according to claim 1, wherein the addition amount of the polypropylene glycol is 0.1% to 10%.
ンの添加量が1%〜10%であることを特徴とする請求
項1に記載のシリコン基板のエッチング方法。6. The method according to claim 1, wherein the amount of the 3-oxy-2-methylanthraquinone is 1% to 10%.
%であることを特徴とする請求項1に記載のシリコン基
板のエッチング方法。7. The amount of the hydroquinone added is 1% to 10%.
2. The method of claim 1, wherein
0.1%〜5%であることを特徴とする請求項1に記載
のシリコン基板のエッチング方法。8. The method according to claim 1, wherein the amount of the catechol disulfonic acid is 0.1% to 5%.
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2680314A1 (en) * | 2012-06-27 | 2014-01-01 | Rohm and Haas Electronic Materials LLC | Texturing of monocrystalline semiconductor substrates to reduce incident light reflectance |
JP2015190048A (en) * | 2014-03-28 | 2015-11-02 | メック株式会社 | Wiring formation method and etchant |
JP2017152710A (en) * | 2017-03-24 | 2017-08-31 | 株式会社東芝 | Etching method, production methods of article and semiconductor device, and etchant |
-
2000
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JP2014013895A (en) * | 2012-06-27 | 2014-01-23 | Rohm & Haas Electronic Materials Llc | Texturing of monocrystalline semiconductor substrates to reduce incident light reflectance |
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