JP2003347273A - シリコン基板のエッチング方法及びその方法によって製造された半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ｐ型シリコン基板にトレンチを形成する際に
壁厚のコントロールされたトレンチを形成する方法及び
それによって製造された半導体装置を提供する。 【解決手段】 エッチング開始用溝の形成された基板抵
抗率が３０Ω・ｃｍ以上のｐ型シリコン基板を、該溝の
形成された面に対向するように配置された対向電極とと
もにフッ化水素酸溶液に浸漬し、上記シリコン基板を陽
極として電解エッチングする際に、上記フッ化水素酸溶
液として溶媒中の水含有率が１０重量％以上である溶液
を用いた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気化学エッチン
グ方法を用いて特にｐ型シリコン基板にトレンチを形成
するシリコン基板のエッチング方法、及びその方法で製
造した例えばセンサのような半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電気化学エッチングによってｐ型
シリコン基板にトレンチを形成する方法が、例えばセン
サーズ・アンド・アクチュエーターズ（Ｓｅｎｓｏｒｓ
ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ ８２(２０００)ｐｐ．
２５４〜２５８）に記載されている。第９図はこのトレ
ンチ（ある方向に伸びた溝）の形成工程を説明するため
の工程図である。図中（ａ）に示すように、まず準備し
た平板状のｐ型シリコン基板１１１（基板抵抗率は１〜
１０Ω・ｃｍ）の表面に酸化シリコン膜１２１を形成す
る。続いて、図中（ｂ）に示すように、写真製版により
酸化シリコン膜１２１にパターニングを施し、エッチン
グ開始パターン１２２を形成する。次に、図中（ｃ）に
示すように、水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液を用いて、
シリコン基板１１１にＶ溝１２３を設ける。このＶ溝の
形成により、電界がＶ溝の先端に収集して先端部でエッ
チングが選択的に進む。このＫＯＨエッチングのマスク
として用いた酸化シリコン膜１２１を、続く電気化学エ
ッチングのマスクとして用い、シリコン基板１１１をフ
ッ化水素酸を含む溶液に浸漬する。シリコン基板１１１
が陽極になるように電圧を印加し、基板深さ方向にエッ
チングを施し、図中（ｄ）で示すようにシリコン基板１
１１内にトレンチ１１２を形成する。ここで電気化学エ
ッチングに用いられたフッ化水素酸を含む溶液は、４重
量％のフッ化水素酸、４重量％の水、８４重量％のジメ
チルホルムアミド、８重量％のテトラブチルアンモニウ
ムパーコレートで構成され、水とジメチルホルムアミド
で構成される溶媒中の水の含有率は４．５重量％であっ
た。

【０００３】この文献によれば、用いられたｐ型シリコ
ン基板の基板抵抗率は１〜１０Ω・ｃｍであり、形成さ
れたトレンチ間の壁厚（図９（ｄ）中のｄ）は、およそ
０．５μｍ以下であった。

【０００４】また、ｐ型シリコン基板に電気化学エッチ
ングによって孔（穴あるいは深い穴）を形成した例が、
ジャーナル・オブ・ザ・エレクトロケミカル・ソサイエ
ティ（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ、１４６(８) ２９
６８−２９７５(１９９９)）に開示されている。この第
２の文献によれば、隣り合う孔間の壁厚が基板抵抗率に
依存することが示されている。具体的には、基板抵抗率
が高くなるほど、孔間の壁厚は厚くなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記第２の文献から類
推して、基板抵抗率が１〜１０Ω・ｃｍよりも高抵抗の
基板を用いれば、基板抵抗率が１〜１０Ω・ｃｍの基板
に形成されたトレンチよりも壁が厚く、強度の高いトレ
ンチが形成できると類推できる。

【０００６】この類推に基づいて、本発明者らは実験を
行った。その結果、トレンチ間の壁は厚くなったものの
新たな問題が生じた。この時の実験条件は、次のとおり
である。すなわち、ジメチルホルムアミド２７０ｇ、フ
ッ化水素酸１５ｇ、水１５ｇ、テトラブチルアンモニウ
ムパーコレート３０ｇの溶液に、白金電極を対向電極と
し、あらかじめエッチング開始用の溝を形成した基板抵
抗率１〜１０Ω・ｃｍのｐ型シリコン基板を浸漬し、電
解エッチングを行った。この時、水とジメチルホルムア
ミドとで構成される溶媒中の水含有率は５．５重量％、
白金電極とシリコン基板との間隔は３ｃｍ、シリコン基
板の裏面（白金電極に対向しない面）にアルミニウム電
極を配置し、シリコン基板には白金電極に対して＋０．
７Ｖ印加した。して電解エッチングをおこなった。

【０００７】図１０にこの実験後のシリコン基板の断面
写真を示す。図中 (ａ)は基板抵抗率１〜１０Ω・ｃｍ
のエッチング後、（ｂ）は基板抵抗率１５０Ω・ｃｍの
エッチング後の断面観察結果である。図中（ａ）におい
ては、エッチング開始点の溝からエッチングが深さ方向
へ進み、トレンチが形成されているが、（ｂ）ではエッ
チング残渣が見られ、トレンチが形成されていないこと
がわかる。このエッチングの進行を図１１に模式的に示
す。図１１はシリコン基板抵抗率とエッチング形状の相
関性を示した模式図である。図中(ａ)に示すように基板
抵抗率が1〜１０Ω・ｃｍの低抵抗の基板を用いた場
合、エッチング開始点となるV溝から表面に垂直にエッ
チングが進行しトレンチ１１２を形成する。これに対し
て、高抵抗の１５０Ω・ｃｍのシリコン基板では、図中
(ｂ)に示すように、エッチング開始点となるV溝から表
面に垂直に、孔１４２は形成されるが、隣り合う孔同士
がつながらない結果、未エッチング部１４１が残りトレ
ンチが形成されない。ここでトレンチとは、孔１４２が
連結され長手方向に形成されたものであるが、１〜１０
Ω・ｃｍの低抵抗の基板では、隣り合う孔同士がつなが
りトレンチが形成されたが、１５０Ω・ｃｍの高抵抗の
基板では、隣り合う孔同士がつながらず、未エッチング
部が残り、トレンチが形成されていないことがわかる。

【０００８】図１２に、シリコン基板抵抗率とエッチン
グ形状の相関性をまとめた。上述の１５０Ω・ｃｍの基
板による実験結果より、基板抵抗率が３０Ω・ｃｍ以上
の基板、例えば上述の１５０Ω・ｃｍにおいては、未エ
ッチング部が残るためトレンチが形成できないというこ
とが明らかとなった。

【０００９】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたものであり、電解エッチングを用いてｐ
型シリコン基板にトレンチを形成する際に壁厚のコント
ロールされたトレンチを形成する方法及びそれによって
製造された半導体装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係るシリコン基
板のエッチング方法は、エッチング開始用溝の形成され
たｐ型シリコン基板を、該溝の形成された面に対向する
ように配置された対向電極とともにフッ化水素酸溶液に
浸漬し、上記シリコン基板を陽極として電解エッチング
するシリコン基板のエッチング方法において、上記ｐ型
シリコン基板の基板抵抗率が３０Ω・ｃｍ以上であり、
上記フッ化水素酸溶液が少なくとも溶媒として水を含
み、該溶媒中の水含有率が１０重量％以上であることを
規定するものである。

【００１１】上記において、フッ化水素酸溶液中の溶媒
が非水溶媒と水とを含むものである。また、非水溶媒が
ジメチルホルムアミドであることを規定するものであ
る。

【００１２】さらに、溶液中に電解質を添加するもの
で、この電解質がテトラブチルアンモニウムパーコレー
トであることを規定するものである。

【００１３】本発明に係る半導体装置は、上記のいずれ
かの方法によりシリコン基板をエッチングし、予めパタ
ーニングされたエッチング開始用溝に沿って形成された
トレンチ間の壁を構造体として備えたものである。

【００１４】さらにトレンチの下方を一部連結して中空
部とし、トレンチ間の壁を可動構造体としたことを特徴
とする半導体装置である。

【００１５】

【発明の実施の形態】実施の形態１．本発明は、従来と
比して基板抵抗率の高い３０Ω・ｃｍ以上のｐ型基板
を、エッチング溶液としてフッ化水素酸を用いて電解エ
ッチングする際に、エッチング溶液の溶媒として１０重
量％以上の水を含んだ溶媒、例えば１０重量％以上の水
とジメチルホルムアミドのような非水溶媒を混合したも
のを用いると、制御よく長手方向に連なるトレンチが形
成されることを見出したことによる。

【００１６】図１は、本発明を用いて作製されたトレン
チ構造の模式図で、図中（ａ）は断面図、（ｂ）は斜め
上方からの斜視図である。図において、１は単結晶ｐ型
シリコンで、基板抵抗率が３０Ω・ｃｍ以上のものであ
り、この基板に基板表面長手方向にトレンチ２が形成さ
れている。本発明では、トレンチの幅ｗに対して長手方
向の長さLが概ね２倍以上のもの（L≧２ｗ）をトレンチ
として扱う。

【００１７】図２は、本発明のトレンチ構造の製造方法
を説明するための工程図である。図中(ａ)において、基
板抵抗率が３０Ω・ｃｍ以上のｐ型シリコン基板１の上
面にエッチングマスク層３を形成する。エッチングマス
ク層としては、後段の電解エッチングの際に耐性のある
材料であれば良い。望ましくは酸化シリコン膜もしくは
窒化シリコン膜であれば良い。次に、図中（ｂ）におい
て、例えばフォトリソグラフィ法を用いてエッチングマ
スク層を加工しエッチング開始パターン４を形成する。
次に、図中（ｃ）において、シリコン基板に後段の電解
エッチングの開始点を規定するV溝５を形成する。V溝５
は、例えば水酸化カリウム（KOH）のようなアルカリ溶
液によるシリコンエッチングを行うことで形成すること
ができる。また、プラズマエッチングを用いても良い。
最後に図中（ｄ）において、電解エッチングを行い、ト
レンチ２を形成した。必要に応じてエッチングマスク３
はその後除去する。

【００１８】図３は上記図２中（ｄ）工程における電解
エッチングを行う装置の構成を示した図である。図にお
いて、１１は電解エッチング溶液で、溶質としてフッ化
水素酸、溶媒は溶媒中の水の含有率が１０重量％以上と
なるように水とジメチルホルムアミドのような非水溶媒
とで構成される。シリコン基板１のV溝５が形成された
面に対向するように対向電極の白金電極１２を例えば３
ｃｍ離して平行配置し、溶液１１中に浸漬する。該シリ
コン基板１のＶ溝５が形成された面と反対面にはアルミ
ニウム膜が形成され、銅ホルダー１３を介して、外部配
線と電気接続を行い、外部電源１４を用いて白金電極１
２に対して、シリコン基板１を陽極になるようにしてシ
リコンの電解エッチングを行う。

【００１９】このようにして、溶媒中の水の含有率を１
０重量％以上のフッ化水素酸溶液中で電解エッチングす
ることにより、基板抵抗率が３０Ω・ｃｍ以上のｐ型シ
リコン基板に、図1中（ｂ）で示されるトレンチをトレ
ンチ間の壁厚が確保された状態で形成することができ
た。

【００２０】以下、具体的な実施例について説明する。

【００２１】実施例１．基板抵抗率が３０Ω・ｃｍのｐ
型シリコン基板に、酸化シリコンでエッチングマスクを
形成した後パターニングし、水酸化カリウム溶液（KO
H）中でエッチング開始点となるV溝を形成した。この溝
は開口２μｍで間隔を７μｍとなるように形成した。次
に、電解エッチング溶液として、フッ化水素酸１５ｇ、
非水溶媒のジメチルホルムアミド７５ｇ、水２１０ｇ
（溶媒中の水含有率は７４重量％）を用意し、この溶液
中にＶ溝が形成されたシリコン表面を接触させ、図３に
示されたエッチング装置により電解エッチングを施し
た。該シリコン基板１と白金電極１２とは３ｃｍ離して
配置した。外部電源１４を用いて白金電極１２に対し
て、シリコン基板１を＋０.７Ｖ陽極になるように電圧
を印加した。その結果、未エッチング部がなく、壁厚約
１．５μｍの良好なトレンチが形成された。これは従来
の基板抵抗率が１〜１０Ω・ｃｍの基板に形成した時よ
り高強度の壁である。

【００２２】実施例２．非水溶媒としてジメチルホルム
アミドを用い、ジメチルホルムアミドと水から構成され
る溶媒における水含有率とエッチング形状の関係を調べ
た。図４に示したのは、条件の異なるエッチング条件に
より形成されたトレンチ構造の断面写真である。図にお
いて、（ａ）、（ｂ）は溶媒中の水含有率がそれぞれ５
重量％、１５重量％の溶液を用いて電気化学エッチング
を行った場合のエッチング形状で、シリコン基板はいず
れも基板抵抗率が３０Ω・ｃｍのものを用いている。図
中(ａ)に示されているように、水含有率が５重量％の場
合、従来技術の図１１中（ｂ）に模式的に示した未エッ
チング部１４１が残りトレンチが形成されない。しか
し、図４中（ｂ）に示した溶媒中の水含有率が１５重量
％の溶液を用いた場合、未エッチング部はなく、良好な
トレンチが形成されている。

【００２３】図５に、基板抵抗率が３０Ω・ｃｍを超え
る３種類のｐ型シリコン基板に対する、水の含有率とエ
ッチング形状との関係を調べた結果を示す。基板抵抗率
が３０Ω・ｃｍを超えるｐ型シリコン基板では、水の含
有率が５あるいは８重量％の溶液を電気化学エッチング
に用いた場合、いずれも溝内に未エッチング部が残ると
いう問題が起きた。しかし、溶媒中の水含有率を１０重
量％にすると、未エッチングはほぼ残らずトレンチの形
成が可能となり、１５重量％以上では良好なトレンチ構
造が実現できた。なお、図５のとおり溶媒には非水溶媒
を含まない１００重量％の水でも良好なトレンチが形成
できた。

【００２４】図６に基板抵抗率が１５０Ω・ｃｍのｐ型
シリコンに対し、溶媒中の水含有率とトレンチの壁厚の
関係を調べた結果をグラフに示す。図６のグラフは水含
有率の増加に伴いトレンチ壁厚が単調に減少することを
示している。すなわち、溶液中の（溶媒中の）水含有率
で壁厚を制御できることがわかった。また、基板抵抗率
が３０Ω・ｃｍ、１０００Ω・ｃｍでも同様の効果が確
認された。なお、図６中の水含有率５％の測定点は未エ
ッチング部の存在するトレンチである。

【００２５】以上より、基板抵抗率が３０Ω・ｃｍ以上
のｐ型シリコン上に良好なトレンチを形成するために
は、溶媒中の水含有率を１０重量％以上にすればよく、
水含有率によりトレンチ間の壁厚を制御することができ
ることがわかった。

【００２６】実施例３．上記実施例１，２において、ジ
メチルホルムアミドの代わりに非水溶媒としてアセトニ
トリル、ジメチルスルホキシド、ジメチルアセトアミ
ド、1，3ジメチル−2−イミダゾリジノン、2−プロパノ
ールを用いても、溶媒中の水含有率が１０重量％以上で
あれば、同様の効果を確認できた。非水溶媒は、エッチ
ングマスクが電解エッチング時に溶けてしまわないよう
にするために、エッチングマスクのエッチング時の耐性
を高めるために使用する。特に、エッチングマスクとし
て酸化シリコン膜を用いる場合は酸化シリコンのエッチ
ングレートを低下させて、耐性を高めるために有効であ
る。この場合、ジメチルホルムアミドは室温において揮
発性が小さく、安定であり、そのため取り扱いが容易で
あるという点で望ましい。このように、非水溶媒を用い
れば、安定して形状の良好なトレンチ形成が可能とな
る。

【００２７】実施例４．本実施例では上記実施例１〜３
の溶液に電解質を添加した例を示す。フッ化水素酸１５
ｇ、ジメチルホルムアミド１８０ｇ、水１０５ｇ、電解
質としてテトラブチルアンモニウムパーコレートを３０
ｇ含む溶液（溶媒中の水含有率３６．８重量％）を用意
した。この溶液を用いて、実施例１と同様の条件でシリ
コン基板にトレンチを形成した。すなわち、３０Ω・ｃ
ｍのｐ型シリコン基板に、エッチングマスクを形成した
後、パターニングし、水酸化カリウム溶液中でエッチン
グ開始点となるV溝を形成した。この溝は開口２μｍで
間隔を７μｍとなるように形成した。次に、図３に示さ
れたエッチング装置により電解エッチングを施した。該
シリコン基板１と白金電極１２とは３ｃｍ離して配置し
た。外部電源１４を用いて白金電極１２に対して、シリ
コン基板１を＋０.７Ｖ陽極になるように電圧を印加し
た。本実施例における電解質は、溶液中で電離するの
で、溶媒の導電率が高くなる。これにより、電解エッチ
ング時に印加電圧を低くすることが可能となる。本実施
例のように、テトラブチルアンモニウムパーコレートを
用いれば、溶液中で電離するものの電解エッチングには
影響を与えずに溶媒の導電率が向上できるので望まし
い。なお、本実施例において、フッ化水素酸１５ｇ、ア
セトニトリル１８０ｇ、水１０５ｇ、テトラブチルアン
モニウムパーコレート３０ｇを含む溶液を用いても良好
なトレンチ構造が形成できた。

【００２８】実施の形態２．本実施の形態においては、
上記実施の形態１及び実施例１〜４で示されたエッチン
グ方法を用いて、加速度センサを製造する方法について
説明する。

【００２９】図７は、加速度センサの構成要素である可
動構造体部分を作成する工程を示したもので、（ａ）〜
（ｆ）工程をそれぞれ上面図（左側）、断面図（右側）
で示す。なお、断面図は図中（ｂ）のＸ−Ｘ断面に相当
する。図中（ａ）において、まず基板抵抗率が３０Ω・
ｃｍのｐ型シリコン基板１を用意し、該シリコン基板１
の表面にエッチングマスク層３を成膜する。エッチング
マスク層３としては後段の電解エッチングの際に耐性の
ある材料であればよい。望ましくは酸化シリコン膜もし
くは窒化シリコン膜であればよい。次に図中（ｂ）にお
いて、例えばフォトリソグラフィ法を用いてエッチング
マスク層３をパターニングし、水酸化カリウム（KOH）
のようなアルカリ溶液によるシリコンエッチングを行
い、シリコン基板の上面にＶ溝５を形成する。このＶ溝
５は後のエッチングの開始点を規定する。このＶ溝５を
形成する手段としてアルカリ溶液エッチングの他にプラ
ズマエッチングを用いても良い。その後図中（ｃ）にお
いて、上述の図３に示す装置を用いて電解エッチングを
行う。フッ化水素酸を１５ｇ、ジメチルホルムアミドを
１８０ｇ、水を１０５ｇ、テトラブチルアンモニウムパ
ーコレートを３０ｇ含む溶液中（溶媒中の水含有率３
６．８重量％）にシリコン基板１および白金電極を浸漬
し、該白金電極はシリコン基板１に対して３ｃｍ離して
平行に配置する。白金電極に対してシリコン基板を＋
０.７Ｖ陽極になるように電圧を印加してシリコンの電
解エッチングを行う。電解エッチングにおいては、エッ
チング開始点より表面方向に対して垂直にエッチングが
進行しトレンチ２が形成される。

【００３０】図中（ｄ）において、エッチングが所定の
深さに到達した後、印加電圧を＋２.０Ｖまで増加さ
せ、シリコン基板内を流れる電流を増加させる。これに
よりシリコン基板のエッチングが促進され、上記深さよ
り深い部位で隣り合うエッチング部同士が連通する。こ
れにより、（ｄ）に示すようなシリコン基板１の一部か
らなる中空構造質量体（可動質量体）３１と、質量体３
１を保持する片持ち梁３２と、片持ち梁３２を基板に固
定する固定部３３と、質量体３１に連結された中空構造
梁３４と、基板に固定された対向電極３５とが形成され
る。中空部３６形成後、図中（ｅ）において、エッチン
グマスク層３を除去し、例えば化学気相成長法によりシ
リコン表面に絶縁膜３７を形成する。絶縁膜は例えば酸
化シリコン膜である。その後（ｆ）に示すように、蒸着
法もしくはスパッタリング法により可動質量体３１と、
片持ち梁３２と、中空構造梁３４と、対向電極３５の上
面および側壁に例えばアルミニウムからなる導電膜３８
を成膜する。中空構造梁３４の側壁に形成された導電膜
と対向電極３５の側壁に形成された導電膜との間に空気
層３９を誘電層としたキャパシタが形成される。質量体
３１に慣性力が生じると、それを保持している片持ち梁
３２が撓み、質量体３１に連結されている中空構造梁３
４が変位する。これにより、該中空構造梁３４と基板上
に形成された対向電極３５との間に形成されたキャパシ
タが変化する。該キャパシタ変化を読み出すことで加速
度を計測することができ、加速度センサが達成できる。

【００３１】上記では基板抵抗率３０Ω・ｃｍのｐ型シ
リコン基板を用い、壁厚２μｍ、トレンチの深さ１０μ
ｍ、トレンチの間隔７μｍのトレンチを形成することが
でき、加速度センサの可動部構造体を製造することがで
きた。従来は基板抵抗率が1〜１０Ω・ｃｍのｐ型シリ
コンに電気化学エッチングにより形成された片持ち梁
と、中空構造梁の幅は非常に薄く、強度が低かったが、
溶媒中の水含有率を1０重量％以上の溶液を電気化学エ
ッチングに用いたことにより、基板抵抗率が３０Ω・ｃ
ｍの基板にトレンチを形成することが可能となり、1〜
１０Ω・ｃｍの基板に比べ梁幅を厚くでき強度が高まっ
た。またこの梁幅は溶媒中の水含有率を変化させること
で容易に制御でき、設計に自在に対応可能となる。

【００３２】実施の形態３．本発明の実施の形態では加
速度センサの別の作製法を説明する。図８は、加速度セ
ンサの構成要素である可動構造体部分を作成する工程を
示したもので、（ａ）〜（ｆ）工程をそれぞれ上面図
（左側）、断面図（右側）で示す。なお、断面図は図中
（ｂ）のY−Y断面に相当する。ここでは、シリコン基板
１として、上部シリコン層１ａが抵抗率１００Ω・ｃ
ｍ、下部シリコン層１ｂが抵抗率０.１Ω・ｃｍで構成
されたｐ型シリコン基板を用いる。図中（ａ）におい
て、まず基板抵抗率が３０Ω・ｃｍのｐ型シリコン基板
１を用意し、該シリコン基板１の上部シリコン層１ａの
表面にエッチングマスク層３を成膜する。エッチングマ
スク層３としては後段の電解エッチングの際に耐性のあ
る材料であればよい。望ましくは酸化シリコン膜もしく
は窒化シリコン膜であればよい。次に図中（ｂ）におい
て、例えばフォトリソグラフィ法を用いてエッチングマ
スク層３をパターニングし、水酸化カリウム（KOH）の
ようなアルカリ溶液によるシリコンエッチングを行い、
上部シリコン層１ａの上面にＶ溝５を形成する。このＶ
溝５は後のエッチングの開始点を規定する。このＶ溝５
を形成する手段としてアルカリ溶液エッチングの他にプ
ラズマエッチングを用いても良い。その後図中（ｃ）に
おいて、上述の図３に示す装置を用いて電解エッチング
を行う。フッ化水素酸を１５ｇ、ジメチルホルムアミド
を１８０ｇ、水を１０５ｇ、テトラブチルアンモニウム
パーコレートを３０ｇ含む溶液中（溶媒中の水含有率３
６．８重量％）にシリコン基板１および白金電極を浸漬
し、該白金電極はシリコン基板１中上部シリコン層１ａ
のV溝の形成された面に対して３ｃｍ離して平行に配置
する。白金電極に対してシリコン基板を＋０.７Ｖ陽極
になるように電圧を印加してシリコンの電解エッチング
を行う。電解エッチングにおいては、エッチング開始点
より表面方向に対して垂直にエッチングが進行し、トレ
ンチ２が形成される。

【００３３】図中（ｄ）において、上部シリコン層１ａ
の厚さまでエッチングが進み、下部シリコン層１ｂに到
達すると、下部シリコン層１ｂは基板抵抗率が低いので
壁厚がより薄くなるように、すなわち横方向へのエッチ
ングが進む。さらにこの下部シリコン層１ｂは０．１Ω
・ｃｍと非常に低抵抗率のため、壁は残らずエッチング
されてしまい、隣合うエッチング部同士が連通する。こ
のように、可動部３１と中空部３６が一回のエッチング
で形成される。（ｄ）に示すように、上部シリコン層１
ａからなる中空構造質量体（可動質量体）３１と、質量
体３１を保持する片持ち梁３２と、片持ち梁３２を基板
に固定する固定部３３と、質量体３１に連結された中空
構造梁３４と、下部シリコン層１ｂに固定された対向電
極３５とが形成される。中空部３６形成後、図中（ｅ）
に示すように、エッチングマスク層３を除去し、化学気
相成長法によりシリコン表面に例えば酸化シリコンから
なる絶縁膜３７を形成する。その後、図中（ｆ）に示す
ように蒸着法若しくはスパッタリング法により可動質量
体３１と、片持ち梁３２と、中空構造梁３４と、対向電
極３５の上面および側壁に例えばアルミニウムからなる
導電膜３８を成膜する。中空構造梁３４側壁に形成され
た導電膜と対向電極３５の側壁に形成された導電膜との
間に空気層３９を誘電層としたキャパシタが形成され
る。

【００３４】上記実施の形態２と同様、質量体３１に慣
性力が生じると、それを保持している片持ち梁３２が撓
み、質量体３１に連結されている中空構造梁３４が変位
する。これにより、該中空構造梁３４と基板上に形成さ
れた対向電極３５との間に形成されたキャパシタが変化
する。該キャパシタ変化を読み出すことで加速度を計測
することができ、加速度センサが達成できる。

【００３５】上記では基板抵抗率の異なるシリコン層の
２層構造からなるシリコン基板を用い、上層を１００Ω
・ｃｍ、下層０．１Ω・ｃｍのｐ型シリコン基板を用い
たので、上層部で壁厚２．５μｍ、トレンチの深さ１０
μｍ、トレンチの間隔１０μｍのトレンチを形成するこ
とができ、加速度センサの可動部構造体を製造すること
ができた。従来の基板抵抗率が1〜１０Ω・ｃｍのｐ型
シリコンに電気化学エッチングにより形成すると、片持
ち梁と、中空構造梁の幅は非常に薄く、強度が低かった
が、溶媒中の水含有率を1０重量％以上の溶液を電気化
学エッチングに用いたことにより、基板抵抗率が３０Ω
・ｃｍ以上（ここでは１００Ω・ｃｍ）の基板にトレン
チを形成することが可能となり、1〜１０Ω・ｃｍの基
板に比べ梁幅を厚くでき、強度が高まった。またこの梁
幅は溶媒中の水含有率を変化させることで容易に制御で
き、設計に自在に対応可能となる。

【００３６】なお、上記実施の形態２，３における電解
エッチング溶液として、フッ化水素酸１５ｇ、アセトニ
トリル１８０ｇ、水１０５ｇ、テトラブチルアンモニウ
ムパーコレート３０ｇを含む溶液（溶媒中の水含有率３
６．８重量％）を用いても、同様の可動部構造体を形成
することができた。電解エッチング溶液として、実施例
１〜４に例示したものを用いることができることは言う
までもない。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明のシリコン基
板のエッチング方法によれば、エッチング開始用溝の形
成されたｐ型シリコン基板を、該溝の形成された面に対
向するように配置された対向電極とともにフッ化水素酸
溶液に浸漬し、上記シリコン基板を陽極として電解エッ
チングするシリコン基板のエッチング方法において、シ
リコン基板として基板抵抗率が３０Ω・ｃｍ以上の基板
を用い、上記フッ化水素酸溶液として溶媒中の水含有率
が１０重量％以上である溶液を用いたので、未エッチン
グ部の無い良好なトレンチが形成可能となる。また、上
記においてフッ化水素酸溶液中の溶媒が非水溶媒と水と
を含み、非水溶媒がジメチルホルムアミドであることを
規定したので、より安定して形状の良好なトレンチ形成
が可能となる。さらに溶液中に、電解質を添加し、この
電解質がテトラブチルアンモニウムパーコレートである
ことを規定したので、より低電圧でも安定して形状の良
好なトレンチ形成が可能となる。

【００３８】本発明の半導体装置によれば、上記のいず
れかの方法によりシリコン基板をエッチングし、予めパ
ターニングされたエッチング開始用溝に沿って形成され
たトレンチ間の壁を構造体として備え、また、さらにト
レンチの下方を一部連結して中空部とし、トレンチ間の
壁を可動構造体として備えるので、トレンチ間の壁厚制
御することができ、すなわちは厚い壁厚のトレンチを形
成することが可能となり、強度の高いトレンチ構造体を
有する半導体装置の製造が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るエッチング方法により形成され
たトレンチの構造を説明する図で、（ａ）は断面模式
図、（ｂ）は斜視図である。

【図２】 本発明に係るエッチング方法によりトレンチ
を形成する際の製造工程を説明するための図である。

【図３】 本発明に係るエッチング方法に使用される電
解エッチング装置の構成を示した模式図である。

【図４】 形成されたトレンチ構造の断面を示した図
で、（ａ）は電解エッチング溶液中の溶媒中水含有率が
５重量％、（ｂ）は１５重量％の場合の写真である。

【図５】 電解エッチング溶液中の溶媒中水含有率とエ
ッチング形状との関係を示した図である。

【図６】 電解エッチング溶液中の溶媒中水含有率とト
レンチ壁厚との関係を示したグラフである。

【図７】 本発明による半導体装置として、加速度セン
サの製造工程を説明するための図で、それぞれの工程中
の上面図と断面図とを示したものである。

【図８】 本発明による半導体装置として、加速度セン
サの別の製造工程を説明するための図で、それぞれの工
程中の上面図と断面図とを示したものである。

【図９】 従来のエッチング方法によりトレンチを形成
する際の製造工程を説明するための図である。

【図１０】 従来のエッチング方法により形成されたト
レンチ構造の断面を示した図で、（ａ）は基板抵抗率１
〜１０Ω・ｃｍのシリコン基板、（ｂ）は１５０Ω・ｃ
ｍのシリコン基板を用いたものである。

【図１１】 従来のエッチング方法によるトレンチの形
成を説明するための模式図で、（ａ）は基板抵抗率１〜
１０Ω・ｃｍのシリコン基板、（ｂ）は１５０Ω・ｃｍ
のシリコン基板を用いた場合で、それぞれ上面図と断面
図とを示す。

【図１２】 従来のエッチング方法による、シリコン基
板の基板抵抗率とエッチング形状との関係を示した図で
ある。

【符号の説明】

１ ｐ型シリコン基板、 １１ａ 上部シリコン層、
１ｂ 下部シリコン層、２ トレンチ、 ３ エッチン
グマスク層、 ４ エッチング開始パターン、５ Ｖ
溝、 １１ 溶液、 １２ 白金電極、 １３ 銅ホル
ダー、１４ 外部電源、 ３１ 中空構造質量体、 ３
２ 片持ち梁、３３ 固定部、 ３４ 中空構造梁、
３５ 対向電極、 ３６ 中空部、３７ 絶縁膜、 ３
８ 導電膜、 ３９ 空気層。

【手続補正書】

【提出日】平成１４年６月５日（２００２．６．５）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１０】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大路 浩 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 深見 達也 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 4M112 AA02 BA07 CA21 CA22 CA23 DA03 DA04 DA08 DA09 DA15 EA03 EA06 EA07 EA11 FA07 5F043 AA02 BB01 DD14 GG10

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エッチング開始用溝の形成されたｐ型シ
   リコン基板を、該溝の形成された面に対向するように配
   置された対向電極とともにフッ化水素酸溶液に浸漬し、
   上記シリコン基板を陽極として電解エッチングするシリ
   コン基板のエッチング方法において、上記ｐ型シリコン
   基板の基板抵抗率が３０Ω・ｃｍ以上であり、上記フッ
   化水素酸溶液が少なくとも溶媒として水を含み、該溶媒
   中の水含有率が１０重量％以上であることを特徴とする
   シリコン基板のエッチング方法。
2. 【請求項２】 フッ化水素酸溶液中の溶媒が非水溶媒と
   水とを含む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. 【請求項３】 非水溶媒がジメチルホルムアミドである
   ことを特徴とする請求項２に記載のシリコン基板のエッ
   チング方法。
4. 【請求項４】 溶液中に、電解質を添加することを特徴
   とする請求項１乃至３のいずれかに記載のシリコン基板
   のエッチング方法。
5. 【請求項５】 電解質がテトラブチルアンモニウムパー
   コレートであることを特徴とする請求項４に記載のシリ
   コン基板のエッチング方法。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれかの方法により
   シリコン基板をエッチングし、予めパターニングされた
   エッチング開始用溝に沿って形成されたトレンチ間の壁
   を構造体として備えた半導体装置。
7. 【請求項７】 さらにトレンチの下方を一部連結して中
   空部とし、トレンチ間の壁を可動構造体としたことを特
   徴とする請求項６に記載の半導体装置。