JP3373717B2 - シリコンの異方性エッチング液およびシリコンの異方性エッチング方法 - Google Patents

シリコンの異方性エッチング液およびシリコンの異方性エッチング方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンの異方性
エッチング液およびシリコンの異方性エッチング方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体装置の製造においてはシリ
コンウェハに突起状のアイランド(パターン)を形成す
ることが行われている。このようなパターンを形成する
には、従来、シリコンウェハの(100)面に写真蝕刻
方により正方形のレジストパターンを形成した後、前記
レジストパターンをマスクとしてエッチング液であるア
ルカリ水溶液、例えばテトラメチルアンモニウムヒドロ
キシド(TMAH)水溶液により前記シリコンウェハを
選択的に異方性エッチングする方法が知られている。
【0003】しかしながら、前記異方性エッチング後の
シリコンアイランドは図6に示すようなパターン形状に
なる。なお、図6中の破線で示した1は正方形状のエッ
チングマスク、2はエッチング後の傾斜した側面を有す
るシリコンアイランド(パターン)である。この図6か
ら明らかなように形成されたシリコンアイランド2はエ
ッチングマスク1に対して角部が後退する角落ちを生
じ、エッチングマスク1に忠実なシリコンアイランドを
形成することができない。角落ちを有するシリコンアイ
ランドが形成された半導体装置は、その特性に悪影響を
及ぼす。
【0004】このような角落ちを防止するには、異方性
エッチング時に図7に示すP−C−A−Oを結んだ領域
(図7中の斜線部)3からP−O−Aを結んだ線までパ
ターンの後退が生じることを見越して前記P−C−A−
Oを結んだ領域(補償パターン)を有するエッチングマ
スクをシリコンウェハ上に形成することが行われてい
る。しかしながら、前記補償パターンはエッチングの深
さに応じて寸法を変化させる必要があり、しかもエッチ
ングが深くなればなるほど面積を広くする必要があるた
め、素子密度を高めることが困難になる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
異方性エッチング液では角落ちのために高精度のパター
ンを形成することができず、補償パターンを有するエッ
チングマスクを利用する場合はその寸法設定が面倒であ
るばかりか素子設計にも制約がある。
【0006】本発明は、補償パターンを有するエッチン
グマスクを用いることなく、角落ちの生じない高精度の
パターン形成が可能なシリコンの異方性エッチング液お
よび異方性エッチング方法を提供しようとするものであ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に係るシリコンの
異方性エッチング方法は、シリコン基板の(100)面
に所望のマスクを形成した後、第四級アンモニウム塩基
系の有機アルカリまたは水酸化カリウムが溶解されたア
ルカリ水溶液に界面活性剤を添加したエッチング液によ
り前記シリコン基板を側面に(110)面が露出するよ
うにエッチングすることを特徴とするものである。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係わるシリコンの
異方性エッチング液詳細に説明する。シリコンの異方性
エッチング液は、アルカリ水溶液に界面活性剤を添加し
たものである。
【0009】前記アルカリ水溶液としては、例えばテト
ラメチルアンモニウムヒドロキシドのような第四級アン
モニウム塩基系の有機アルカリが溶解された水溶液、水
酸化カリウム水溶液等を用いることができる。
【0010】前記界面活性剤としては、陰イオン性界面
活性剤、陽イオン性界面活性剤、両性界面活性剤、非イ
オン性界面活性剤のいずれも用いることができるが、特
に非イオン性界面活性剤が好ましい。このような非イオ
ン性界面活性剤としては、例えばポリオキシエチレンア
ルキルフェルエーテル等を用いることができる。
【0011】前記非イオン性界面活性剤のアルカリ水溶
液に対する添加量は、前記水溶液に対して0.01〜1
0重量%、より好ましくは0.5〜5重量%の範囲する
ことが望ましい。前記非イオン性界面活性剤の添加量を
0.01重量%未満にすると、シリコン基板の(11
0)面および(111)面のエッチングレートを低減す
ることが困難になる。一方、前記非イオン性界面活性剤
の添加量が10重量%を越えるとアルカリ水溶液による
エッチング性が阻害される恐れがある。
【0012】以上説明したアルカリ水溶液に界面活性剤
を添加した本発明に係わる異方性エッチング液によりシ
リコン基板の(110)面、(111)面のエッチング
処理すると、界面活性剤を含まないアルカリ水溶液から
なるエッチング液でのエッチング処理に比べて前記結晶
面でのエッチング速度を著しく低減することができる。
【0013】具体的には、テトラメチルアンモニウムヒ
ドロキシド(TMAH)の22%水溶液100ccに非
イオン性界面活性剤(和光純薬工業社製商品名;NCW
−601A、ポリオキシエチレンアルキルフェルエーテ
ル30重量%含有)を添加したエッチング液(液温;9
0℃)により単結晶シリコンウェハの(100)面、
(110)面および(111)面をエッチングしてその
エッチングレートを測定した。その結果を図1に示す。
なお、図1中のAは(100)面のエッチング特性線、
Bは(110)面のエッチング特性線、Cは(111)
面のエッチング特性線、である。
【0014】図1の特性線Aから明らかなように界面活
性剤を添加したエッチング液による単結晶シリコン基板
の(100)面のエッチングレートは界面活性剤を無添
加のエッチング液によるそれと殆ど変わらないことがわ
かる。これに対し、界面活性剤を添加したエッチング液
による単結晶シリコン基板の(110)面のエッチング
レートは、特性線Bに示すように界面活性剤を無添加の
エッチング液によるそれに比べて1桁以上小さくなるこ
とがわかる。また、界面活性剤を添加したエッチング液
による単結晶シリコン基板の(111)面のエッチング
レートは、特性線Cに示すように界面活性剤を無添加の
エッチング液によるそれに比べて低減されることがわか
る。
【0015】なお、このようなエッチング特性は界面活
性が添加されたTMAH水溶液の代わりに界面活性剤が
添加されたKOH水溶液を用いても同様である。したが
って、本発明に係わる異方性エッチング液を用いて後述
する単結晶シリコン基板の(100)面の異方性エッチ
ングに際し、エッチングマスクに忠実なパターンの形成
が可能になる。
【0016】また、アルカリ水溶液に界面活性剤を添加
した本発明に係わる異方性エッチング液はシリコン基板
の(110)面をエッチングした後のエッチング面を平
滑にすることができる。
【0017】次に、本発明に係わる異方性エッチング方
法を詳細に説明する。まず、シリコン基板の(100)
面に所望のマスクを形成する。つづいて、前記マスクか
ら露出した前記シリコン基板を異方性エッチング液によ
り選択的にエッチングして所望のパターンを形成する。
【0018】前記マスクは、例えば写真蝕刻法により形
成したレジストパターン、またはこのレジストパターン
を用いてパターニングされたSiN等の絶縁膜パター
ン、もしくは金属パターン等を用いることができる。
【0019】前記異方性エッチング液は、前述したのと
同様なアルカリ水溶液および界面活性剤からなる。以上
説明した本発明に係わる異方性エッチング方法によれ
ば、シリコン基板の(100)面に所望のマスクを形成
し、前記マスクから露出するシリコン基板の(100)
面をアルカリ水溶液に界面活性剤を添加した異方性エッ
チング液により選択的にエッチングすることにより、前
記マスクに忠実な高精度のパターン(例えば凸状パター
ン)を形成することができる。
【0020】すなわち、マスクから露出するシリコン基
板の(100)面を異方性エッチングを行って例えば凸
状パターンを形成する際、前記基板のエッチングの進行
に伴った前記マスク下のパターンパターン側面に(11
0)面が露出する。換言すれば、シリコン基板の(10
0)面をエッチングすると、前記マスク下に位置するパ
ターンの傾斜した側面は(110)面となる。このよう
な(110)面において前記(100)面と同様なエッ
チングレートでエッチングが進行すると、露出するパタ
ーンの側面がマスクの稜線から内側に後退して角落ち等
が生じる。
【0021】前記界面活性剤を添加した組成を有する異
方性エッチング液は、前述した図1に示すように(11
0)面のエッチングレートを界面活性剤無添加の異方性
エッチング液に比べて1桁以上小さくすることができる
ため、シリコン基板の(100)面の異方性エッチング
過程で露出した側面[(110)面]へのエッチングの
進行を著しく抑制できる。つまり、エッチングの進行に
伴って露出するパターンの側面がマスクの稜線から内側
に後退するのを抑制できる。その結果、前記マスクの角
に相当する箇所での落ちを防止でき、マスクに忠実な高
精度の凸状パターンを形成することができる。
【0022】したがって、本発明の異方性エッチング方
法によれば従来のように補償パターンを有するマスクを
用いることなく、角落ちのない高精度のパターンの形成
できるため、前記補償パターンが不要な分だけパターン
間の距離を近接でき、高密度化が可能になり、素子設計
の自由度を向上できる。
【0023】
【実施例】以下、本発明の実施例を前述した図面を参照
して詳細に説明する。 (実施例1)まず、単結晶シリコンウェハの(100)
面に写真蝕刻法により幅100μmの矩形状のレジスト
パターンを形成した。つづいて、TMAHの22%水溶
液100ccに非イオン性界面活性剤(和光純薬工業社
製商品名;NCW−601A、ポリオキシエチレンアル
キルフェルエーテル30重量%含有)を0.5cc添加
した組成の温度90℃のエッチング液を用いて前記レジ
ストパーンから露出する前記単結晶シリコンウェハの
(100)面を50μmの深さまで選択的に異方性エッ
チングした。その結果、図2に示す傾斜した側面を有す
る凸状パターン11が形成された。なお、図2中の点線
で示す12はレジストパターンである。
【0024】(比較例1)まず、単結晶シリコンウェハ
の(100)面に写真蝕刻法により幅100μmの矩形
状のレジストパターンを形成した。つづいて、TMAH
の22%水溶液からなる温度90℃のエッチング液を用
いて前記レジストパーンから露出する前記単結晶シリコ
ンウェハの(100)面を50μmの深さまで選択的に
異方性エッチングした。その結果、図3に示す傾斜した
側面を有する凸状パターン13が形成された。なお、図
3中の点線で示す12はレジストパターンである。
【0025】実施例1により形成された図2に示す凸状
パターン11は、マスクとしてのレジストパターン12
の角に相当する箇所での角落ちがなく、レジストパター
ン12に忠実な高精度のものであることがわかる。これ
に対し、比較例1により形成された図3に示す凸状パタ
ーン13は、マスクとしてのレジストパターン12の角
に相当する箇所での角落ちが著しいことがわかる。
【0026】(実施例2)単結晶シリコンウェハの(1
10)面に写真蝕刻法により5mm×5mmの開口部を
有するレジストパターンを形成した。つづいて、TMA
Hの22%水溶液100ccに非イオン性界面活性剤
(和光純薬工業社製商品名;NCW−601A、ポリオ
キシエチレンアルキルフェルエーテル30重量%含有)
を0.5cc添加した組成の温度90℃のエッチング液
を用いて前記レジストパーンの開口部から露出する前記
単結晶シリコンウェハの(110)面を50μmの深さ
まで選択的に異方性エッチングした。
【0027】(比較例2)単結晶シリコンウェハの(1
10)面に写真蝕刻法により5mm×5mmの開口部を
有するレジストパターンを形成した。つづいて、TMA
Hの22%水溶液からなる温度90℃のエッチング液を
用いて前記レジストパーンの開口部から露出する前記単
結晶シリコンウェハの(110)面を50μmの深さま
で選択的に異方性エッチングした。
【0028】実施例2および比較例2による異方性エッ
チング後にレジストパターンを除去し、正方形状の溝の
底面の粗面度合を400μmの長さに渡ってそれぞれ測
定した。その結果、実施例2では図4に示す特性図、比
較例2では図5に示す特性図がえられた。
【0029】図4および図5から明らかなように界面活
性剤が添加された異方性エッチング液を用いた実施例2
では、界面活性剤無添加の異方性エッチング液を用いた
比較例2に比べてエッチングされた(110)面を平滑
化できることがわかる。
【0030】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば補
償パターンを有するエッチングマスクを用いることな
く、角落ちの生じない高精度のパターン形成が可能で、
パターンの高密度化や素子設計の自由度の向上を達成す
ることができるシリコンの異方性エッチング液および異
方性エッチング方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる異方性エッチング液による単結
晶シリコンウェハの(100)面、(110)面、(1
11)面のエッチングレートと前記エッチング液中の非
イオン性界面活性剤の添加量との関係を示す特性図。
【図2】本発明の実施例1により形成された凸状パター
ンを示す平面図。
【図3】比較例1により形成された凸状パターンを示す
平面図。
【図4】本発明の実施例2により形成された単結晶シリ
コンウェハの(110)面を持つ溝底面の表面粗度を示
す特性図。
【図5】比較例2により形成された単結晶シリコンウェ
ハの(110)面を持つ溝底面の表面粗度を示す特性
図。
【図6】従来の異方性エッチング液により単結晶シリコ
ンウェハの(100)面に形成した正方形のアイランド
を示す平面図。
【図7】補償パターンを説明するための概略図。
【符号の説明】
11…凸状パターン、 12…レジストパターン。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−147281(JP,A) 特開 平5−94979(JP,A) 特開 平5−160109(JP,A) 特開 平4−338643(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/306,21/3063,21/308

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコン基板の(100)面に所望のマ
    スクを形成した後、第四級アンモニウム塩基系の有機ア
    ルカリまたは水酸化カリウムが溶解されたアルカリ水溶
    液に界面活性剤を添加したエッチング液により前記シリ
    コン基板を側面に(110)面が露出するようにエッチ
    ングすることを特徴とするシリコンの異方性エッチング
    方法。
  2. 【請求項2】 前記界面活性剤は、非イオン性界面活性
    剤であることを特徴とする請求項1記載のシリコンの異
    方性エッチング方法。
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