JP3241005B2 - シリコンのエッチング方法 - Google Patents
シリコンのエッチング方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルカリ性水溶液
を用いたシリコンのエッチング方法に関するものであ
る。
を用いたシリコンのエッチング方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】アンモニア水、テトラメチルアンモニウ
ムハイドロオキサイド（以下、ＴＭＡＨと略記する）な
どのアルカリ性水溶液を用いてシリコンをエッチングす
ると、エッチング速度がシリコンの結晶面方位によって
異なるため、シリコンを異方的にエッチングすることが
できる。この技術はシリコンマイクロマシーンニング技
術の最も基礎的な技術の一つになっている。
ムハイドロオキサイド（以下、ＴＭＡＨと略記する）な
どのアルカリ性水溶液を用いてシリコンをエッチングす
ると、エッチング速度がシリコンの結晶面方位によって
異なるため、シリコンを異方的にエッチングすることが
できる。この技術はシリコンマイクロマシーンニング技
術の最も基礎的な技術の一つになっている。
【０００３】異方性エッチングを行う場合のマスク材と
してはシリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜が広く用
いられている。すなわち、シリコン基板にシリコン酸化
膜あるいはシリコン窒化膜を成膜し、フォトリソグラフ
ィーの技術によりこれらの保護膜を部分的にエッチング
して窓を形成する。この状態でアルカリ水溶液によりエ
ッチングを行うと、窓の部分で露出したシリコンのみが
エッチングされ、横方向に狭く縦方向に深いエッチング
溝が形成される。このシリコン異方性エッチングの技術
は半導体加速度センサなどのデバイスに応用されてい
る。
してはシリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜が広く用
いられている。すなわち、シリコン基板にシリコン酸化
膜あるいはシリコン窒化膜を成膜し、フォトリソグラフ
ィーの技術によりこれらの保護膜を部分的にエッチング
して窓を形成する。この状態でアルカリ水溶液によりエ
ッチングを行うと、窓の部分で露出したシリコンのみが
エッチングされ、横方向に狭く縦方向に深いエッチング
溝が形成される。このシリコン異方性エッチングの技術
は半導体加速度センサなどのデバイスに応用されてい
る。
【０００４】さらに、シリコン基板上に成膜した２つの
絶縁膜の間に、化学気相成長法などによりシリコン多結
晶膜を成膜し、上記絶縁膜に部分的に開けたスルーホー
ルからアルカリ性水溶液を侵入させ、シリコン多結晶膜
をくり抜くようにエッチングすると、中空の形状をした
マイクロブリッジ構造が得られる。この場合のシリコン
多結晶膜は犠牲層と呼ばれ、また犠牲層のエッチングに
よりマイクロブリッジ構造を作成する技術は表面マイク
ロマシーンニングと呼ばれている。この表面マイクロマ
シーンニングの技術は、熱型赤外線センサ、静電アクチ
ュエータなどのデバイス作成に用いられている。
絶縁膜の間に、化学気相成長法などによりシリコン多結
晶膜を成膜し、上記絶縁膜に部分的に開けたスルーホー
ルからアルカリ性水溶液を侵入させ、シリコン多結晶膜
をくり抜くようにエッチングすると、中空の形状をした
マイクロブリッジ構造が得られる。この場合のシリコン
多結晶膜は犠牲層と呼ばれ、また犠牲層のエッチングに
よりマイクロブリッジ構造を作成する技術は表面マイク
ロマシーンニングと呼ばれている。この表面マイクロマ
シーンニングの技術は、熱型赤外線センサ、静電アクチ
ュエータなどのデバイス作成に用いられている。
【０００５】異方性エッチングあるいは表面マイクロマ
シーンニングを用いてデバイスを形成するとき、多くの
場合、アルカリ性水溶液を用いたエッチング（以下、ア
ルカリエッチングという）を行う前に同一基板上に信号
読み出し用の電極パッドを形成する。電極パッドの材料
としてはシリコンプロセスへの適合性がよくかつ安価な
アルミニウムが最も頻繁に使われている。しかし、アル
ミニウム電極パッドの場合には、アルミニウムがアルカ
リ性水溶液に溶解しやすい性質があるため、電極パッド
がアルカリ性水溶液に溶解し消失してしまうという問題
がある。
シーンニングを用いてデバイスを形成するとき、多くの
場合、アルカリ性水溶液を用いたエッチング（以下、ア
ルカリエッチングという）を行う前に同一基板上に信号
読み出し用の電極パッドを形成する。電極パッドの材料
としてはシリコンプロセスへの適合性がよくかつ安価な
アルミニウムが最も頻繁に使われている。しかし、アル
ミニウム電極パッドの場合には、アルミニウムがアルカ
リ性水溶液に溶解しやすい性質があるため、電極パッド
がアルカリ性水溶液に溶解し消失してしまうという問題
がある。
【０００６】この問題を回避するために、あらかじめア
ルカリ性水溶液にシリコンを溶解させておくことでアル
ミニウム電極パッドの溶解を防ぐ方法が報告されている
（Ｕ．Ｓｃｈｎａｋｅｎｂｅｒｇ ｅｔ ａｌ．，Ｓｅ
ｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ Ａ， ３
４，（１９９２），５１−５７）。同報告ではアルカリ
性水溶液にシリコンを溶解させておくことの有効性が次
のように説明されている。すなわち、アルミニウム電極
パッド表面はアルカリ性水溶液において水酸基を配位子
とした八面体アルミニウム錯体で準定常的に覆われた形
になっている。また、ｐＨ１２〜１３の高アルカリ性水
溶液中ではシリコン原子は水酸基あるいは酸素イオンを
配位子とした四面体シリコン錯体の形で溶解している。
この四面体シリコン錯体がアルミニウム電極パッド近傍
で、八面体アルミニウム錯体と結合し安定なアルミノシ
リケートを形成し、このアルミノシリケート堆積膜がア
ルカリ性水溶液中の水酸基のアルミニウムへの攻撃を妨
げる保護膜として作用する。
ルカリ性水溶液にシリコンを溶解させておくことでアル
ミニウム電極パッドの溶解を防ぐ方法が報告されている
（Ｕ．Ｓｃｈｎａｋｅｎｂｅｒｇ ｅｔ ａｌ．，Ｓｅ
ｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ Ａ， ３
４，（１９９２），５１−５７）。同報告ではアルカリ
性水溶液にシリコンを溶解させておくことの有効性が次
のように説明されている。すなわち、アルミニウム電極
パッド表面はアルカリ性水溶液において水酸基を配位子
とした八面体アルミニウム錯体で準定常的に覆われた形
になっている。また、ｐＨ１２〜１３の高アルカリ性水
溶液中ではシリコン原子は水酸基あるいは酸素イオンを
配位子とした四面体シリコン錯体の形で溶解している。
この四面体シリコン錯体がアルミニウム電極パッド近傍
で、八面体アルミニウム錯体と結合し安定なアルミノシ
リケートを形成し、このアルミノシリケート堆積膜がア
ルカリ性水溶液中の水酸基のアルミニウムへの攻撃を妨
げる保護膜として作用する。
【０００７】アルカリエッチングに用いるアルカリ性水
溶液としては、有害性などの環境負荷が少なく、またシ
リコンプロセスへの適合性に優れていることからアンモ
ニア水およびＴＭＡＨが広く用いられている。前述した
ようにアルミニウム電極パッドの腐食を防ぐためにはシ
リコンを予め添加しなければならないが、その必要量は
アルカリ性水溶液によって異なる。ＴＭＡＨの場合には
大量のシリコンを溶解するために多大な工数を要し、ま
た通常シリコンが完全には溶解しないことから、シリコ
ン濃度に関するエッチング液の調製の再現性が悪く、ま
たシリコン残滓によるパーティクル汚染が発生してい
た。
溶液としては、有害性などの環境負荷が少なく、またシ
リコンプロセスへの適合性に優れていることからアンモ
ニア水およびＴＭＡＨが広く用いられている。前述した
ようにアルミニウム電極パッドの腐食を防ぐためにはシ
リコンを予め添加しなければならないが、その必要量は
アルカリ性水溶液によって異なる。ＴＭＡＨの場合には
大量のシリコンを溶解するために多大な工数を要し、ま
た通常シリコンが完全には溶解しないことから、シリコ
ン濃度に関するエッチング液の調製の再現性が悪く、ま
たシリコン残滓によるパーティクル汚染が発生してい
た。
【０００８】しかしアンモニア水の場合には、シリコン
溶解必要量がＴＭＡＨの場合に比べておよそ十分の一以
下であるため、エッチング液の調製に関するこれらの問
題がない。このため、アルミニウム電極パッドの腐食を
防ぐアルカリエッチングのエッチング液としてはアンモ
ニア水を用いる方法が最も再現性に優れ、工数を節約で
きる方法である。
溶解必要量がＴＭＡＨの場合に比べておよそ十分の一以
下であるため、エッチング液の調製に関するこれらの問
題がない。このため、アルミニウム電極パッドの腐食を
防ぐアルカリエッチングのエッチング液としてはアンモ
ニア水を用いる方法が最も再現性に優れ、工数を節約で
きる方法である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、エッチング液
としてアンモニア水を用いた場合、シリコン酸化膜およ
びシリコン窒化膜に関するエッチング速度が大きいた
め、例えばマイクロブリッジ構造をシリコン基板上に形
成しようとするとき、シリコン基板上に形成されたシリ
コン酸化膜およびシリコン窒化膜もエッチングにより腐
食され、マイクロブリッジ構造に重大な損傷が発生して
しまう。
としてアンモニア水を用いた場合、シリコン酸化膜およ
びシリコン窒化膜に関するエッチング速度が大きいた
め、例えばマイクロブリッジ構造をシリコン基板上に形
成しようとするとき、シリコン基板上に形成されたシリ
コン酸化膜およびシリコン窒化膜もエッチングにより腐
食され、マイクロブリッジ構造に重大な損傷が発生して
しまう。
【００１０】本発明はこのような問題を解決するために
なされたもので、その目的は、シリコン酸化膜およびシ
リコン窒化膜を腐食させることなく、シリコンをエッチ
ングすることが可能なエッチング方法を提供することに
ある。
なされたもので、その目的は、シリコン酸化膜およびシ
リコン窒化膜を腐食させることなく、シリコンをエッチ
ングすることが可能なエッチング方法を提供することに
ある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、表面の少なくとも一部にシリコン酸化膜お
よびシリコン窒化膜のいずか一方または両方が形成され
たシリコンから成るエッチング対象をエッチング液を用
いてエッチングする方法において、前記エッチング液と
してアルミニウムを溶解したアンモニア水を用いること
を特徴とする。
成するため、表面の少なくとも一部にシリコン酸化膜お
よびシリコン窒化膜のいずか一方または両方が形成され
たシリコンから成るエッチング対象をエッチング液を用
いてエッチングする方法において、前記エッチング液と
してアルミニウムを溶解したアンモニア水を用いること
を特徴とする。
【００１２】アンモニア水中にアルミニウムを溶解させ
ると、溶解したアルミニウムは水酸基を配位子とした八
面体アルミニウム錯体の形態で水和し分散する。この系
にシリコン酸化膜が露出したエッチング対象を浸漬する
と、八面体アルミニウム錯体はシリコン酸化膜表面で凝
集しアルミノシリケートを形成するために、アンモニア
水によるシリコン酸化膜の腐食は著しく低減する。そし
て上記アルミノシリケートはシリコン窒化膜の表面でも
同様に形成され、アンモニア水によるシリコン窒化膜の
腐食は著しく低減する。
ると、溶解したアルミニウムは水酸基を配位子とした八
面体アルミニウム錯体の形態で水和し分散する。この系
にシリコン酸化膜が露出したエッチング対象を浸漬する
と、八面体アルミニウム錯体はシリコン酸化膜表面で凝
集しアルミノシリケートを形成するために、アンモニア
水によるシリコン酸化膜の腐食は著しく低減する。そし
て上記アルミノシリケートはシリコン窒化膜の表面でも
同様に形成され、アンモニア水によるシリコン窒化膜の
腐食は著しく低減する。
【００１３】また、本発明は、前記エッチング対象の表
面にアルミニウム電極配線およびアルミニウム電極パッ
ドのいずれか一方または両方が形成され、前記エッチン
グ液としてアルミニウムと共にシリコンを溶解したアン
モニア水を用い、アルミニウムを溶解したアンモニア水
と、シリコンを溶解したアンモニア水とを混合すること
により、アルミニウムおよびシリコンが溶解した前記ア
ンモニア水を生成することを特徴とする。
面にアルミニウム電極配線およびアルミニウム電極パッ
ドのいずれか一方または両方が形成され、前記エッチン
グ液としてアルミニウムと共にシリコンを溶解したアン
モニア水を用い、アルミニウムを溶解したアンモニア水
と、シリコンを溶解したアンモニア水とを混合すること
により、アルミニウムおよびシリコンが溶解した前記ア
ンモニア水を生成することを特徴とする。
【００１４】アルミニウムを溶解したアンモニア水で
は、水和した八面体アルミニウム錯体がシリコン酸化膜
表面に凝集しアルミノシリケートを形成するので、自然
酸化膜が表面に形成されたシリコン多結晶を溶解させる
ことができない。逆に、シリコンを溶解したアンモニア
水では、水酸基を配位子とする四面体シリコン錯体ある
いはその重合体の水和したものがアルミニウム表面に凝
集しアルミノシリケートを形成するので、アルミニウム
固体を溶解させることができない。しかし、八面体アル
ミニウム錯体が水和したアンモニア水と四面体シリコン
錯体あるいはその重合体が水和したアンモニア水を共存
させても凝集沈殿はほとんど起こらない。したがって、
アルミニウムを溶解したアンモニア水と、シリコンを溶
解したアンモニア水とを混合することにより、アルミニ
ウムおよびシリコンが溶解したアンモニア水を容易に生
成することができる。
は、水和した八面体アルミニウム錯体がシリコン酸化膜
表面に凝集しアルミノシリケートを形成するので、自然
酸化膜が表面に形成されたシリコン多結晶を溶解させる
ことができない。逆に、シリコンを溶解したアンモニア
水では、水酸基を配位子とする四面体シリコン錯体ある
いはその重合体の水和したものがアルミニウム表面に凝
集しアルミノシリケートを形成するので、アルミニウム
固体を溶解させることができない。しかし、八面体アル
ミニウム錯体が水和したアンモニア水と四面体シリコン
錯体あるいはその重合体が水和したアンモニア水を共存
させても凝集沈殿はほとんど起こらない。したがって、
アルミニウムを溶解したアンモニア水と、シリコンを溶
解したアンモニア水とを混合することにより、アルミニ
ウムおよびシリコンが溶解したアンモニア水を容易に生
成することができる。
【００１５】このようにして生成したアンモニア水で
は、アルミニウム錯体とシリコン錯体が水和状態で共存
するため、エッチングの際にアルミニウム電極パッドや
アルミニウム電極配線とシリコン酸化膜あるいはシリコ
ン窒化膜との表面に同時にアルミノシリケートが形成さ
れ、保護膜として作用する。その結果、アルミニウム電
極パッドやアルミニウム電極配線とシリコン酸化膜ある
いはシリコン窒化膜との両方をアンモニア水により腐食
されることを同時に防止できる。
は、アルミニウム錯体とシリコン錯体が水和状態で共存
するため、エッチングの際にアルミニウム電極パッドや
アルミニウム電極配線とシリコン酸化膜あるいはシリコ
ン窒化膜との表面に同時にアルミノシリケートが形成さ
れ、保護膜として作用する。その結果、アルミニウム電
極パッドやアルミニウム電極配線とシリコン酸化膜ある
いはシリコン窒化膜との両方をアンモニア水により腐食
されることを同時に防止できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を実施例
にもとづき図面を参照して説明する。まず、第１の実施
例について説明する。図２は第１の実施例でエッチング
を行う試料を示す模式斜視図である。この試料１２は、
３６ｍｍ角のシリコン単結晶のシリコン基板１３（シリ
コン結晶＜１００＞）から成り、表面にシリコン酸化膜
またはシリコン窒化膜による保護膜１４が形成されてい
る。そして、保護膜１４の一部には５０μｍ角の窓１５
が形成され、この窓１５を通じてシリコン基板１３の一
部が露出している。
にもとづき図面を参照して説明する。まず、第１の実施
例について説明する。図２は第１の実施例でエッチング
を行う試料を示す模式斜視図である。この試料１２は、
３６ｍｍ角のシリコン単結晶のシリコン基板１３（シリ
コン結晶＜１００＞）から成り、表面にシリコン酸化膜
またはシリコン窒化膜による保護膜１４が形成されてい
る。そして、保護膜１４の一部には５０μｍ角の窓１５
が形成され、この窓１５を通じてシリコン基板１３の一
部が露出している。
【００１７】試料１２として、保護膜１４の種類または
形成方法が異なる３種類のものを用いた。第１の試料で
は、減圧化学気層成長法により厚さが２０００Åのシリ
コン酸化膜（減圧ＣＶＤ―シリコン酸化膜）による保護
膜１４がシリコン基板１３の表面に形成されている。第
２の試料では、プラズマ増強化学気層成長法により同じ
く厚さが２０００Åのシリコン酸化膜（プラズマＣＶＤ
―シリコン酸化膜）による保護膜１４が形成されてい
る。第３の試料では、プラズマ増強化学気層成長法によ
り厚さが２０００Åのシリコン窒化膜（プラズマＣＶＤ
―シリコン窒化膜）による保護膜１４が形成されてい
る。一方、エッチング液とするための５．７％のアンモ
ニア水を用意し、還流管付き石英槽中で７０度に加熱し
た上で、０．１〜２ｍｇの高純度アルミニウム箔を溶解
させ、アルミニウムが溶解したアンモニア水を生成し
た。そして、上記第１ないし第３の試料を２リットルの
上記アンモニア水に３時間浸漬し、その後、試料１２を
アンモニア水から引き上げ、３０分間純水で流水洗浄し
た上で、最後に８０℃のオーブンにて乾燥させた。この
ようなエッチング工程の後、保護膜１４（シリコン酸化
膜およびシリコン窒化膜）の膜厚変化量、および窓１５
の箇所におけるシリコン基板１３の深さ方向のエッチン
グ量を測定し、保護膜１４およびシリコン基板１３のエ
ッチング速度を算出した。
形成方法が異なる３種類のものを用いた。第１の試料で
は、減圧化学気層成長法により厚さが２０００Åのシリ
コン酸化膜（減圧ＣＶＤ―シリコン酸化膜）による保護
膜１４がシリコン基板１３の表面に形成されている。第
２の試料では、プラズマ増強化学気層成長法により同じ
く厚さが２０００Åのシリコン酸化膜（プラズマＣＶＤ
―シリコン酸化膜）による保護膜１４が形成されてい
る。第３の試料では、プラズマ増強化学気層成長法によ
り厚さが２０００Åのシリコン窒化膜（プラズマＣＶＤ
―シリコン窒化膜）による保護膜１４が形成されてい
る。一方、エッチング液とするための５．７％のアンモ
ニア水を用意し、還流管付き石英槽中で７０度に加熱し
た上で、０．１〜２ｍｇの高純度アルミニウム箔を溶解
させ、アルミニウムが溶解したアンモニア水を生成し
た。そして、上記第１ないし第３の試料を２リットルの
上記アンモニア水に３時間浸漬し、その後、試料１２を
アンモニア水から引き上げ、３０分間純水で流水洗浄し
た上で、最後に８０℃のオーブンにて乾燥させた。この
ようなエッチング工程の後、保護膜１４（シリコン酸化
膜およびシリコン窒化膜）の膜厚変化量、および窓１５
の箇所におけるシリコン基板１３の深さ方向のエッチン
グ量を測定し、保護膜１４およびシリコン基板１３のエ
ッチング速度を算出した。
【００１８】図１は、測定結果をもとに算出したエッチ
ング速度を示すグラフである。図中、左側の縦軸は保護
膜１４（シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜）のエッ
チング速度を表し、右側の縦軸はシリコン基板１３（シ
リコン結晶＜１００＞）のエッチング速度を表してい
る。また、横軸はアンモニア水に対するアルミニウムの
添加量を表している。そして、三角マークはシリコン基
板１３のエッチング速度を示し、菱形マークは減圧ＣＶ
Ｄにより形成したシリコン酸化膜のエッチング速度、正
方形マークはプラズマＣＶＤにより形成したシリコン酸
化膜のエッチング、丸マークはプラズマＣＶＤにより形
成したシリコン窒化膜のエッチングをそれぞれ示してい
る。
ング速度を示すグラフである。図中、左側の縦軸は保護
膜１４（シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜）のエッ
チング速度を表し、右側の縦軸はシリコン基板１３（シ
リコン結晶＜１００＞）のエッチング速度を表してい
る。また、横軸はアンモニア水に対するアルミニウムの
添加量を表している。そして、三角マークはシリコン基
板１３のエッチング速度を示し、菱形マークは減圧ＣＶ
Ｄにより形成したシリコン酸化膜のエッチング速度、正
方形マークはプラズマＣＶＤにより形成したシリコン酸
化膜のエッチング、丸マークはプラズマＣＶＤにより形
成したシリコン窒化膜のエッチングをそれぞれ示してい
る。
【００１９】図１のグラフから分かるように、シリコン
基板１３のエッチング速度（三角マーク；曲線１６）
は、アンモニア水にアルミニウムを添加しても変化が認
められない一方、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜
のエッチング速度（菱形マーク、正方形マーク、丸マー
ク；曲線１７、曲線１８、曲線１９）は、アンモニア水
にアルミニウムを添加することで大きく低下している。
したがって、シリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜が
形成されたシリコンから成るエッチング対象に対して、
本発明のエッチング方法にもとづきアルミニウムを溶解
したアンモニア水による異方性エッチングを行うこと
で、シリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜を腐食させ
ることなく、シリコンのエッチング対象のみをエッチン
グすることが可能となる。
基板１３のエッチング速度（三角マーク；曲線１６）
は、アンモニア水にアルミニウムを添加しても変化が認
められない一方、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜
のエッチング速度（菱形マーク、正方形マーク、丸マー
ク；曲線１７、曲線１８、曲線１９）は、アンモニア水
にアルミニウムを添加することで大きく低下している。
したがって、シリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜が
形成されたシリコンから成るエッチング対象に対して、
本発明のエッチング方法にもとづきアルミニウムを溶解
したアンモニア水による異方性エッチングを行うこと
で、シリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜を腐食させ
ることなく、シリコンのエッチング対象のみをエッチン
グすることが可能となる。
【００２０】次に、第２の実施例について説明する。こ
の第２の実施例は、マイクロブリッジ構造を受光部とす
るボロメータ型赤外線センサの製造プロセスにおいて本
発明を実施したものである。ボロメータ型赤外線センサ
は赤外線の強度を電気抵抗値に変換して検出する素子で
あり、図３はこのボロメータ型赤外線センサの原理を説
明するための平面図である。マイクロブリッジ構造１は
二本の梁２だけによってシリコン基板７に機械的に接続
しておりシリコン基板７から熱的に分離している。マイ
クロブリッジ構造１が赤外線入射光を吸収すると、マイ
クロブリッジ構造１を構成するボロメータ層３の温度が
上昇し電気抵抗が変化する。この電気抵抗の変化を配線
メタル４を通じてアルミニウム電極パッド５から検出す
る。
の第２の実施例は、マイクロブリッジ構造を受光部とす
るボロメータ型赤外線センサの製造プロセスにおいて本
発明を実施したものである。ボロメータ型赤外線センサ
は赤外線の強度を電気抵抗値に変換して検出する素子で
あり、図３はこのボロメータ型赤外線センサの原理を説
明するための平面図である。マイクロブリッジ構造１は
二本の梁２だけによってシリコン基板７に機械的に接続
しておりシリコン基板７から熱的に分離している。マイ
クロブリッジ構造１が赤外線入射光を吸収すると、マイ
クロブリッジ構造１を構成するボロメータ層３の温度が
上昇し電気抵抗が変化する。この電気抵抗の変化を配線
メタル４を通じてアルミニウム電極パッド５から検出す
る。
【００２１】本実施例では、このようなボロメータ型赤
外線センサを本発明にもとづき次のように形成した。図
４の（Ａ）および（Ｂ）はボロメータ型赤外線センサの
製作工程を示す工程図である。なお、図中、図３と同一
の要素には同一の符号が付されている。まず、図４の
（Ａ）に示したように、シリコン基板７の上にシリコン
酸化膜９を形成し、その上に犠牲層のシリコン多結晶膜
８を配置し、さらにその上にシリコン酸化膜を介在させ
て、表面がシリコン酸化膜で覆われた酸化バナジウムに
よるボロメータ層３を配設した。ボロメータ層３の大き
さはこの例では３５μｍ角である。また、ボロメータ層
３に近接してシリコン酸化膜上にアルミニウム電極パッ
ド５を形成し、さらにボロメータ層３とアルミニウム電
極パッド５とを接続する配線メタル（図３の配線メタル
４に相当）を形成した。なお、図４では１つの赤外線セ
ンサのみが示されているが、実際には約５０．８ｍｍ角
のシリコン基板上に多数の赤外線センサをアレイ状に形
成した。
外線センサを本発明にもとづき次のように形成した。図
４の（Ａ）および（Ｂ）はボロメータ型赤外線センサの
製作工程を示す工程図である。なお、図中、図３と同一
の要素には同一の符号が付されている。まず、図４の
（Ａ）に示したように、シリコン基板７の上にシリコン
酸化膜９を形成し、その上に犠牲層のシリコン多結晶膜
８を配置し、さらにその上にシリコン酸化膜を介在させ
て、表面がシリコン酸化膜で覆われた酸化バナジウムに
よるボロメータ層３を配設した。ボロメータ層３の大き
さはこの例では３５μｍ角である。また、ボロメータ層
３に近接してシリコン酸化膜上にアルミニウム電極パッ
ド５を形成し、さらにボロメータ層３とアルミニウム電
極パッド５とを接続する配線メタル（図３の配線メタル
４に相当）を形成した。なお、図４では１つの赤外線セ
ンサのみが示されているが、実際には約５０．８ｍｍ角
のシリコン基板上に多数の赤外線センサをアレイ状に形
成した。
【００２２】次に、図４の（Ｂ）に示したように、ボロ
メータ層３の側部において、シリコン酸化膜９の表面か
らシリコン多結晶膜８の表面に至るスルーホール６を形
成しし、アンモニア水を用いて犠牲層のエッチングを行
った。ここでエッチングに用いたアンモニア水は図５の
フローチャートに示した手順で生成した。すなわち、ま
ず、７０℃に加熱した１リットルの５．７％アンモニア
水を用意して（ステップＳ１）２ｍｇの高純度アルミニ
ウム箔を溶解させ第１のアンモニア水とした（ステップ
Ｓ２）。このアルミニウム箔の溶解は２０分で完了し
た。また、同時に７０℃に加熱した１リットルの５．７
％アンモニア水を用意して（ステップＳ３）５２０ｍｇ
のシリコン多結晶粉末を溶解させ、第２のアンモニア水
とした（ステップＳ４）。このシリコン多結晶粉末の溶
解は１時間で完了した。次に、第１のアンモニア水と第
２のアンモニア水とを混合し、上記犠牲層のエッチング
に用いた第３のアンモニア水とした（ステップＳ５）。
メータ層３の側部において、シリコン酸化膜９の表面か
らシリコン多結晶膜８の表面に至るスルーホール６を形
成しし、アンモニア水を用いて犠牲層のエッチングを行
った。ここでエッチングに用いたアンモニア水は図５の
フローチャートに示した手順で生成した。すなわち、ま
ず、７０℃に加熱した１リットルの５．７％アンモニア
水を用意して（ステップＳ１）２ｍｇの高純度アルミニ
ウム箔を溶解させ第１のアンモニア水とした（ステップ
Ｓ２）。このアルミニウム箔の溶解は２０分で完了し
た。また、同時に７０℃に加熱した１リットルの５．７
％アンモニア水を用意して（ステップＳ３）５２０ｍｇ
のシリコン多結晶粉末を溶解させ、第２のアンモニア水
とした（ステップＳ４）。このシリコン多結晶粉末の溶
解は１時間で完了した。次に、第１のアンモニア水と第
２のアンモニア水とを混合し、上記犠牲層のエッチング
に用いた第３のアンモニア水とした（ステップＳ５）。
【００２３】犠牲層エッチングは還流管付き石英槽中で
第３のアンモニア水に上記シリコン基板７を５時間浸漬
して行った。犠牲層エッチングの後、シリコン基板７を
アンモニア水から引き上げ、純水にて１時間流水洗浄を
行い、８０℃のオーブン中で乾燥させた。その結果、図
４の（Ｂ）に示したように、犠牲層であるシリコン多結
晶層８は除去されてキャビティー１０が形成され、そし
てキャップティ１０の上部にマイクロブリッジ構造１が
形成され、図３に示したボロメータ型赤外線センサが完
成した。
第３のアンモニア水に上記シリコン基板７を５時間浸漬
して行った。犠牲層エッチングの後、シリコン基板７を
アンモニア水から引き上げ、純水にて１時間流水洗浄を
行い、８０℃のオーブン中で乾燥させた。その結果、図
４の（Ｂ）に示したように、犠牲層であるシリコン多結
晶層８は除去されてキャビティー１０が形成され、そし
てキャップティ１０の上部にマイクロブリッジ構造１が
形成され、図３に示したボロメータ型赤外線センサが完
成した。
【００２４】第２の実施例では、エッチング液として用
いた第３のアンモニア水に、アルミニウム錯体とシリコ
ン錯体が水和状態で共存するため、エッチングの際にア
ルミニウム電極パッド５とシリコン酸化膜９との表面に
同時にアルミノシリケートが形成され、保護膜として作
用し、アルミニウム電極パッド５とシリコン酸化膜９と
がアンモニア水により腐食されることが防止される。実
際、上述のようにして製作したボロメータ型赤外線セン
サでは、シリコン酸化膜９およびアルミニウム電極パッ
ド５の腐食は共に見られず、良好なボロメータ特性が得
られた。
いた第３のアンモニア水に、アルミニウム錯体とシリコ
ン錯体が水和状態で共存するため、エッチングの際にア
ルミニウム電極パッド５とシリコン酸化膜９との表面に
同時にアルミノシリケートが形成され、保護膜として作
用し、アルミニウム電極パッド５とシリコン酸化膜９と
がアンモニア水により腐食されることが防止される。実
際、上述のようにして製作したボロメータ型赤外線セン
サでは、シリコン酸化膜９およびアルミニウム電極パッ
ド５の腐食は共に見られず、良好なボロメータ特性が得
られた。
【００２５】なお、第３のアンモニア水を調製後、室温
で１週間放置してから、図４の（Ａ）に示した段階のシ
リコン基板７の犠牲層エッチングを行ったところ全く同
じ結果が得られ、シリコンおよびアルミニウムを溶解さ
せたアンモニア水はこの程度の期間ではエッチング液と
して劣化しないことが分かった。一方、シリコンだけを
溶解した第２のアンモニア水を２リットル用意し、図４
の（Ａ）の段階のシリコン基板７の犠牲層エッチングを
行ったところ、アルミニウム電極パッド５の腐食は見ら
れなかったが、シリコン酸化膜９の腐食が激しく、ボロ
メータ層３が変性し、犠牲層エッチング前には１０ｋΩ
だったボロメータ層３の電気抵抗値が２ＭΩ以上に増大
してしまいボロメータ特性を得ることはできなかった。
で１週間放置してから、図４の（Ａ）に示した段階のシ
リコン基板７の犠牲層エッチングを行ったところ全く同
じ結果が得られ、シリコンおよびアルミニウムを溶解さ
せたアンモニア水はこの程度の期間ではエッチング液と
して劣化しないことが分かった。一方、シリコンだけを
溶解した第２のアンモニア水を２リットル用意し、図４
の（Ａ）の段階のシリコン基板７の犠牲層エッチングを
行ったところ、アルミニウム電極パッド５の腐食は見ら
れなかったが、シリコン酸化膜９の腐食が激しく、ボロ
メータ層３が変性し、犠牲層エッチング前には１０ｋΩ
だったボロメータ層３の電気抵抗値が２ＭΩ以上に増大
してしまいボロメータ特性を得ることはできなかった。
【００２６】また、アルミニウムだけを溶解した第１の
アンモニア水を２リットル用意し、図４の（Ａ）の段階
のシリコン基板７の犠牲層エッチングを行ったところ、
シリコン酸化膜９およびボロメータ層３の腐食あるいは
変性は見られなかったが、アルミニウム電極パッド５は
腐食され消滅していた。
アンモニア水を２リットル用意し、図４の（Ａ）の段階
のシリコン基板７の犠牲層エッチングを行ったところ、
シリコン酸化膜９およびボロメータ層３の腐食あるいは
変性は見られなかったが、アルミニウム電極パッド５は
腐食され消滅していた。
【００２７】さらに、第１のアンモニア水へアルミニウ
ム箔を５ｍｇ以上添加して第３のアンモニア水を調製し
た場合、アルミノシリケートと推測される堆積膜がキャ
ビティー１０の内壁を含むシリコン酸化膜９の表面に形
成されており、赤外線吸収率が低下したり、また、マイ
クロブリッジ構造１の下面がキャップティ１０の底部に
張り付くといった現象が見られ、完成したセンサは実用
に堪えるものではなかった。
ム箔を５ｍｇ以上添加して第３のアンモニア水を調製し
た場合、アルミノシリケートと推測される堆積膜がキャ
ビティー１０の内壁を含むシリコン酸化膜９の表面に形
成されており、赤外線吸収率が低下したり、また、マイ
クロブリッジ構造１の下面がキャップティ１０の底部に
張り付くといった現象が見られ、完成したセンサは実用
に堪えるものではなかった。
【００２８】そして、第２の実施例では、シリコンおよ
びアルミニウムが溶解した第３のアンモニア水を得るの
に、まず、アルミニウムおよびシリコンがそれぞれ溶解
した第１および第２のアンモニア水を生成し、その後、
第１および第２のアンモニア水を混合して第３のアルミ
ニウムを生成するので、アルミニウムおよびシリコンが
溶解したアンモニア水をきわめて容易に得ることができ
る。すなわち、アルミニウムを溶解したアンモニア水で
は、水和した八面体アルミニウム錯体がシリコン酸化膜
表面に凝集しアルミノシリケートを形成するので、自然
酸化膜が表面に形成されたシリコン多結晶を溶解させる
ことができない。逆に、シリコンを溶解したアンモニア
水では、水酸基を配位子とする四面体シリコン錯体ある
いはその重合体の水和したものがアルミニウム表面に凝
集しアルミノシリケートを形成するので、アルミニウム
固体を溶解させることができない。したがって、アルミ
ニウムが溶解しているアルミニウムにシリコンを溶解さ
せたり、あるいはシリコンが溶解しているアンモニア水
にアルミニウムを溶解させることは困難である。
びアルミニウムが溶解した第３のアンモニア水を得るの
に、まず、アルミニウムおよびシリコンがそれぞれ溶解
した第１および第２のアンモニア水を生成し、その後、
第１および第２のアンモニア水を混合して第３のアルミ
ニウムを生成するので、アルミニウムおよびシリコンが
溶解したアンモニア水をきわめて容易に得ることができ
る。すなわち、アルミニウムを溶解したアンモニア水で
は、水和した八面体アルミニウム錯体がシリコン酸化膜
表面に凝集しアルミノシリケートを形成するので、自然
酸化膜が表面に形成されたシリコン多結晶を溶解させる
ことができない。逆に、シリコンを溶解したアンモニア
水では、水酸基を配位子とする四面体シリコン錯体ある
いはその重合体の水和したものがアルミニウム表面に凝
集しアルミノシリケートを形成するので、アルミニウム
固体を溶解させることができない。したがって、アルミ
ニウムが溶解しているアルミニウムにシリコンを溶解さ
せたり、あるいはシリコンが溶解しているアンモニア水
にアルミニウムを溶解させることは困難である。
【００２９】しかし、八面体アルミニウム錯体が水和し
た上記第１のアンモニア水と四面体シリコン錯体あるい
はその重合体が水和した上記第２のアンモニア水を共存
させても凝集沈殿はほとんど起こらない。したがって、
アルミニウムを溶解したアンモニア水と、シリコンを溶
解したアンモニア水とを混合することにより、アルミニ
ウムおよびシリコンが溶解したアンモニア水を容易に生
成することができる。その結果、第２の実施例では、ア
ルミニウムおよびシリコンが溶解したアンモニア水によ
りエッチングを行うことにより、シリコン酸化膜９の腐
食を回避すると同時にアルミニウム電極バッド５の腐食
を回避することが可能となっている。
た上記第１のアンモニア水と四面体シリコン錯体あるい
はその重合体が水和した上記第２のアンモニア水を共存
させても凝集沈殿はほとんど起こらない。したがって、
アルミニウムを溶解したアンモニア水と、シリコンを溶
解したアンモニア水とを混合することにより、アルミニ
ウムおよびシリコンが溶解したアンモニア水を容易に生
成することができる。その結果、第２の実施例では、ア
ルミニウムおよびシリコンが溶解したアンモニア水によ
りエッチングを行うことにより、シリコン酸化膜９の腐
食を回避すると同時にアルミニウム電極バッド５の腐食
を回避することが可能となっている。
【００３０】また、犠牲層エッチングのエッチング液と
して従来用いられてきたＴＭＡＨ水溶液では、アルミニ
ウムの腐食を防ぐために添加するシリコンの必要量は、
５％のＴＭＡＨの場合、およそ２５ｇ／リットルであ
る。この量は、上記第２の実施例においてアンモニア水
に添加したシリコンの量の約１０倍である。このためＴ
ＭＡＨ水溶液の場合、シリコンの溶解に時間がかかり、
エッチング液調製に８時間程度を要していたが、上記実
施例で用いた上記第３のアンモニア水の調製は１．５時
間程度で完了することができる。
して従来用いられてきたＴＭＡＨ水溶液では、アルミニ
ウムの腐食を防ぐために添加するシリコンの必要量は、
５％のＴＭＡＨの場合、およそ２５ｇ／リットルであ
る。この量は、上記第２の実施例においてアンモニア水
に添加したシリコンの量の約１０倍である。このためＴ
ＭＡＨ水溶液の場合、シリコンの溶解に時間がかかり、
エッチング液調製に８時間程度を要していたが、上記実
施例で用いた上記第３のアンモニア水の調製は１．５時
間程度で完了することができる。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、表面の少
なくとも一部にシリコン酸化膜およびシリコン窒化膜の
いずか一方または両方が形成されたシリコンから成るエ
ッチング対象をエッチング液を用いてエッチングする方
法において、前記エッチング液としてアルミニウムを溶
解したアンモニア水を用いることを特徴とする。
なくとも一部にシリコン酸化膜およびシリコン窒化膜の
いずか一方または両方が形成されたシリコンから成るエ
ッチング対象をエッチング液を用いてエッチングする方
法において、前記エッチング液としてアルミニウムを溶
解したアンモニア水を用いることを特徴とする。
【００３２】アンモニア水中にアルミニウムを溶解させ
ると、溶解したアルミニウムは水酸基を配位子とした八
面体アルミニウム錯体の形態で水和し分散する。この系
にシリコン酸化膜が露出したエッチング対象を浸漬する
と、八面体アルミニウム錯体はシリコン酸化膜表面で凝
集しアルミノシリケートを形成するために、アンモニア
水によるシリコン酸化膜の腐食は著しく低減する。そし
て上記アルミノシリケートはシリコン窒化膜の表面でも
同様に形成され、アンモニア水によるシリコン窒化膜の
腐食は著しく低減する。すなわち、本発明によりシリコ
ン酸化膜およびシリコン窒化膜を腐食させることなくシ
リコンのみをエッチングすることが可能となる。
ると、溶解したアルミニウムは水酸基を配位子とした八
面体アルミニウム錯体の形態で水和し分散する。この系
にシリコン酸化膜が露出したエッチング対象を浸漬する
と、八面体アルミニウム錯体はシリコン酸化膜表面で凝
集しアルミノシリケートを形成するために、アンモニア
水によるシリコン酸化膜の腐食は著しく低減する。そし
て上記アルミノシリケートはシリコン窒化膜の表面でも
同様に形成され、アンモニア水によるシリコン窒化膜の
腐食は著しく低減する。すなわち、本発明によりシリコ
ン酸化膜およびシリコン窒化膜を腐食させることなくシ
リコンのみをエッチングすることが可能となる。
【００３３】また、本発明は、前記エッチング対象の表
面にアルミニウム電極配線およびアルミニウム電極パッ
ドのいずれか一方または両方が形成され、前記エッチン
グ液としてアルミニウムと共にシリコンを溶解したアン
モニア水を用い、アルミニウムを溶解したアンモニア水
と、シリコンを溶解したアンモニア水とを混合すること
により、アルミニウムおよびシリコンが溶解した前記ア
ンモニア水を生成することを特徴とする。
面にアルミニウム電極配線およびアルミニウム電極パッ
ドのいずれか一方または両方が形成され、前記エッチン
グ液としてアルミニウムと共にシリコンを溶解したアン
モニア水を用い、アルミニウムを溶解したアンモニア水
と、シリコンを溶解したアンモニア水とを混合すること
により、アルミニウムおよびシリコンが溶解した前記ア
ンモニア水を生成することを特徴とする。
【００３４】八面体アルミニウム錯体が水和したアンモ
ニア水と四面体シリコン錯体あるいはその重合体が水和
したアンモニア水を共存させても凝集沈殿はほとんど起
こらない。したがって、アルミニウムを溶解したアンモ
ニア水と、シリコンを溶解したアンモニア水とを混合す
ることにより、アルミニウムおよびシリコンが溶解した
アンモニア水を容易に生成することができる。このよう
にして生成したアンモニア水では、アルミニウム錯体と
シリコン錯体が水和状態で共存するため、エッチングの
際にアルミニウム電極パッドやアルミニウム電極配線と
シリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜との表面に同時
にアルミノシリケートが形成され、保護膜として作用す
る。その結果、本発明では、アルミニウム電極パッドや
アルミニウム電極配線とシリコン酸化膜あるいはシリコ
ン窒化膜との両方をアンモニア水により腐食されること
を同時に防止して、シリコンのみをエッチングすること
が可能となる。
ニア水と四面体シリコン錯体あるいはその重合体が水和
したアンモニア水を共存させても凝集沈殿はほとんど起
こらない。したがって、アルミニウムを溶解したアンモ
ニア水と、シリコンを溶解したアンモニア水とを混合す
ることにより、アルミニウムおよびシリコンが溶解した
アンモニア水を容易に生成することができる。このよう
にして生成したアンモニア水では、アルミニウム錯体と
シリコン錯体が水和状態で共存するため、エッチングの
際にアルミニウム電極パッドやアルミニウム電極配線と
シリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜との表面に同時
にアルミノシリケートが形成され、保護膜として作用す
る。その結果、本発明では、アルミニウム電極パッドや
アルミニウム電極配線とシリコン酸化膜あるいはシリコ
ン窒化膜との両方をアンモニア水により腐食されること
を同時に防止して、シリコンのみをエッチングすること
が可能となる。
【図１】第１の実施例でエッチングを行った試料の測定
結果をもとに算出したエッチング速度を示すグラフであ
る。
結果をもとに算出したエッチング速度を示すグラフであ
る。
【図２】第１の実施例でエッチングを行う試料を示す模
式斜視図である。
式斜視図である。
【図３】ボロメータ型赤外線センサの原理を説明するた
めの平面図である。
めの平面図である。
【図４】（Ａ）および（Ｂ）はボロメータ型赤外線セン
サの製作工程を示す工程図である。
サの製作工程を示す工程図である。
【図５】エッチング液とするアンモニア水の生成手順を
示すフローチャートである。
示すフローチャートである。
【符号の説明】 １……マイクロブリッジ構造、２……梁、３……ボロメ
ータ層、４……配線メタル、５……アルミニウム電極パ
ッド、６……スルーホール、７……シリコン基板、８…
…シリコン多結晶膜、９……シリコン酸化膜、１０……
キャビティー、１２……試料、１３……シリコン基板、
１４……保護膜、１５……窓、１６……曲線、１７……
曲線、１８……曲線、１９……曲線。
ータ層、４……配線メタル、５……アルミニウム電極パ
ッド、６……スルーホール、７……シリコン基板、８…
…シリコン多結晶膜、９……シリコン酸化膜、１０……
キャビティー、１２……試料、１３……シリコン基板、
１４……保護膜、１５……窓、１６……曲線、１７……
曲線、１８……曲線、１９……曲線。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/308 C09K 13/00 C23F 1/32 H01L 21/306
Claims (4)
- 【請求項１】 表面の少なくとも一部にシリコン酸化膜
およびシリコン窒化膜のいずか一方または両方が形成さ
れたシリコンから成るエッチング対象をエッチング液を
用いてエッチングする方法において、 前記エッチング対象は、半導体装置を構成するシリコン
基板であり、 該シリコン基板の表面にはアルミニウム電極配線および
アルミニウム電極パッドのいずれか一方または両方が形
成され、 前記エッチング液は、アルミニウムを溶解したアンモニ
ア水と、シリコンを溶解したアンモニア水とを混合して
生成したアンモニア水であることを特徴とするシリコン
のエッチング方法。 - 【請求項２】 前記シリコン酸化膜および前記シリコン
窒化膜は前記アンモニア水によるエッチングのマスクを
構成していることを特徴とする請求項１記載のシリコン
のエッチング方法。 - 【請求項３】 前記半導体装置は、マイクロブリッジ構
造を有するボロメータ型赤外線センサであり、前記シリ
コン基板上に前記シリコン酸化膜を形成し、前記シリコ
ン酸化膜の上に犠牲層のシリコン多結晶膜を配置し、前
記シリコン多結晶膜の上に、シリコン酸化膜を介在させ
て、表面が前記シリコン酸化膜で覆われたボロメータ層
を配設し、前記シリコン基板上の前記シリコン酸化膜の
表面から前記シリコン多結晶膜の表面に至るスルーホー
ルを形成し、前記スルーホールを通じ前記アンモニア水
を供給して前記シリコン多結晶膜をエッチングすること
により、前記マイクロブリッジ構造を形成することを特
徴とする請求項１記載のシリコンのエッチング方法。 - 【請求項４】 前記ボロメータ層は酸化バナジウムによ
り形成することを特徴とする請求項３記載のシリコンの
エッチング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27983498A JP3241005B2 (ja) | 1998-10-01 | 1998-10-01 | シリコンのエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27983498A JP3241005B2 (ja) | 1998-10-01 | 1998-10-01 | シリコンのエッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000114248A JP2000114248A (ja) | 2000-04-21 |
| JP3241005B2 true JP3241005B2 (ja) | 2001-12-25 |
Family
ID=17616580
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27983498A Expired - Fee Related JP3241005B2 (ja) | 1998-10-01 | 1998-10-01 | シリコンのエッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3241005B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4107096B2 (ja) | 2003-02-10 | 2008-06-25 | ヤマハ株式会社 | ウェットエッチング方法 |
| CN103185909B (zh) * | 2013-03-18 | 2015-07-01 | 南京邮电大学 | 微机电可调氮化物谐振光栅及其双面加工方法 |
| DE102015102300A1 (de) | 2015-02-18 | 2016-08-18 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Bauelements |
-
1998
- 1998-10-01 JP JP27983498A patent/JP3241005B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JP2000114248A (ja) | 2000-04-21 |
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