JP3570865B2 - シリコン材料のエッチング方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【技術分野】
本発明は，半導体圧力センサのダイヤフラム，半導体加速度センサのカンチレバー等，シリコン材料を三次元加工した構造物の加工表面を平滑とする，又はシリコン材料を高精度に加工する場合に利用されるシリコン材料のエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来，シリコン単結晶，多結晶シリコン等のシリコン材料は，その電気的特性からＬＳＩなどに代表される半導体集積回路に欠くことができない材料として重視されている。
【０００３】
更に，近年はシリコン材料の機械的特性が注目され，理想的な弾性材料として種々のデバイスに応用されている。尚，この応用例としては，バルブ，ノズル，プリンタ用ヘッド，流量，圧力及び加速度等の各種半導体センサ（例えば半導体圧力センサのダイヤフラム，半導体加速度センサのカンチレバー）が挙げられる。
【０００４】
上記シリコン材料の加工方法としては，一般にエッチング方法が多用されていた。上記エッチング方法はドライエッチングとウェットエッチングとに大別される。ここに上記ウェットエッチングとは，エッチング液を充填したエッチング槽にシリコン材料を投入し，エッチング液との化学反応を利用してシリコン材料の不要部分を溶解させて行う加工方法である。
【０００５】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記エッチング方法には，以下に示す問題点がある。
即ち，上記エッチング方法においてエッチング液中にＣｕが１００ｐｐｂ以上混入した場合，後述の図３に示すごとく，エッチング面が荒れる（エッチング面の表面粗度が高くなる）ことを発明者らは明らかにした。
また，上記Ｃｕの混入はエッチング液の純度不足，エッチング装置材料からの溶け込みにより発生し，完全に防止することが非常に困難である。
【０００６】
以上により，従来のエッチング方法においては，エッチング中，定期的にエッチング液を交換する必要があった。
しかしながら，エッチング液の新品交換はエッチング温度，エッチング液の濃度変動を伴うため，シリコン材料の加工品質に変動が生じるおそれがあった。
【０００７】
更に，上記エッチング液はＣｕの含有が問題となっており，他の面ではエッチング液として充分な品質を保持していることから，このようなエッチング液を再生させる方法についての要求が高かった。
【０００８】
本発明は，かかる問題点に鑑み，エッチング面荒れが防止でき，エッチングの加工品質を維持可能，更にＣｕを含有したエッチング液を継続して利用可能な，シリコン材料のエッチング方法を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題の解決手段】
請求項１の発明は，Ｃｕを含有するアルカリ溶液よりなるエッチング液を用いてシリコン材料をエッチングするに当たり，上記アルカリ溶液にはＭｇを添加することを特徴とするシリコン材料のエッチング方法にある。
【００１０】
上記Ｍｇの添加は，例えば分析用の金属（Ｍｇ）標準液又はＭｇ塩を溶解した水溶液を所定量を添加することにより行うことが好ましい。
又，上記エッチング液としては後述するＫＯＨ水溶液の他に，ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）水溶液，ＥＤＰ（エチレンジアンミンピロカテコール）水溶液等を使用することができる。
【００１１】
又，本発明のエッチング方法は，単結晶シリコンあるいは多結晶シリコン等の加工に適用することができる。例えば，シリコンウェハのシリコン（１００），シリコン（１１０）面等の加工に適用することができる。
又，上記シリコン材料としてはシリコン単体よりなる材料ばかりでなく，例えば他の物質を含んだ材料，又は他の物質よりなる構造を設けた材料にも適用することができる。
【００１２】
又，本発明のエッチング方法により，シリコン材料よりなる各種半導体集積回路，バルブ，ノズル，プリンタ用ヘッド，流量，圧力及び加速度等の各種半導体センサ（例えば半導体圧力センサのダイヤフラム，半導体加速度センサのカンチレバー），各種マイクロマシン等を作製することができる。
【００１３】
本発明の作用につき，以下に説明する。
本発明にかかるエッチング方法においては，Ｃｕが含有されたエッチング液に対してＭｇを添加する。
【００１４】
エッチング液中のＣｕはシリコン材料の表面に析出し，エッチングマスクとしての役割を果たすことを発明者らは明らかにした。即ち，シリコン材料の表面でＣｕが析出していない部分はエッチングされるが，Ｃｕが析出した部分はエッチングされ難い。よって，エッチング面に凹凸が形成され，表面粗度が高まり，エッチング面が荒れてしまう。
【００１５】
ところで，上記エッチング液はアルカリ溶液であることから，添加されたＭｇは水酸化物を形成する。また，Ｍｇの水酸化物は水に溶け難い。そして，水酸化物は生成する際にＣｕを取り込むことができる。更に，水酸化物は生成後にＣｕのシリコン材料表面への拡散を抑制できる。
このため，Ｃｕのシリコン材料表面への析出が防止され，エッチング面の荒れを防止することができる。
【００１６】
また，本発明によればＭｇの添加によりエッチング液中からＣｕの影響を排除できるため，継続してエッチングを行うことができる。従って，エッチングの加工品質を維持することができる。
また，同一のエッチング液をより長期間使用できるため，エッチング液にかかるコストを低減することができる。
【００１７】
以上のように，本発明によれば，エッチング面荒れが防止でき，エッチングの加工品質を維持可能，更にＣｕを含有したエッチング液を継続して利用可能な，シリコン材料のエッチング方法を提供することができる。
【００１８】
又，上記アルカリ溶液中のＣｕ含有量よりもＭｇ添加量が大であることが好ましい。これにより，Ｃｕの影響を排除できるため，継続してエッチングを行うことができる。
なお，上記アルカリ溶液はＫＯＨ水溶液であることが好ましい。これにより，単結晶シリコン材料において，異方性エッチング加工（面方位によってエッチング速度が異なる加工）を実施できる。また，アルカリ溶液の中でもＫＯＨ水溶液のエッチング速度は早い。この点において優れている。
【００１９】
又，上記Ｍｇ添加量は上記アルカリ溶液に対して１０〜１０００ｐｐｍであることが好ましい。これにより，シリコン材料におけるＣｕの面荒れ作用を防止して平滑な面を得ることができる。
上記Ｍｇ添加量が１０ｐｐｍ未満の場合には，本発明にかかる効果が得られないおそれがある。一方，１０００ｐｐｍを越えた場合には（即ち０．１％を越えた場合には），アルカリ水溶液の濃度に対して無視できない量のＭｇが添加されたこととなり，大きなエッチング速度の低下や添加する水溶液量が多くなり，エッチング液自体の濃度（アルカリ濃度）が変化してしまう。
【００２０】
【発明の実施の形態】
実施形態例
本発明の実施形態例にかかるエッチング方法につき，図１〜図３を用いて説明する。尚，本例はシリコンウェハのシリコン（１１０）面のエッチング加工を行うものである。
本例のエッチング方法は，Ｃｕを含有するアルカリ溶液よりなるエッチング液を用いてシリコン材料をエッチングする。そして，上記アルカリ溶液にはＭｇを添加する。上記エッチング液は３２ｗｔ％ＫＯＨ水溶液よりなる。
【００２１】
以下に本例にかかるエッチング方法及びその性能につき詳細に説明する。
まず，３２ｗｔ％ＫＯＨ水溶液を準備し，該水溶液に原子吸光分析用の金属標準液を用いて，Ｃｕを１７０ｐｐｂ添加した。
この水溶液をいくつか準備し，それぞれの水溶液に原子吸光分析用の金属標準液を用いて，Ｍｇを所定量添加した。
以上にかかる水溶液を用いて温度１００℃，時間２０分という条件でシリコン材料をエッチングした。
【００２２】
エッチングを終えたシリコン材料のそれぞれについて，針触式の表面粗さ計や共焦点型レーザー顕微鏡による形態観察等にてエッチング面の表面粗さ（十点平均粗さ）を測定した。
【００２３】
以上の試験結果について，横軸にＭｇの添加量を，縦軸にエッチング面の表面粗さを採った線図にプロットし，図１とした。
同図によれば，Ｍｇの添加量が少ない（１ｐｐｂ）場合には２μｍ以上あった表面粗さが，Ｍｇの添加量が５０００ｐｐｂを越えた付近から急激に減少することが分かった。
そして，Ｍｇの添加量が１００００ｐｐｂを越えることにより，Ｃｕが極微量含まれたエッチング液（図３参照，１００ｐｐｂ以下）にてエッチングした場合と同程度の滑らかなエッチング面（表面粗さ；１μｍ未満）を達成できたことが分かった。
【００２４】
また，上記と同様の試験をＣｕが３５０ｐｐｂ含有されたエッチング液について行い，この結果について図２に記載した。
同図によれば，上記と同様に，Ｍｇの添加量が５０００ｐｐｂを越えた付近から表面粗さが急激に減少し，添加量が１００００ｐｐｂを越えることにより，Ｃｕが極微量含まれたエッチング液（図３参照，１００ｐｐｂ以下）にてエッチングした場合と同程度の滑らかなエッチング面（表面粗さ；１μｍ未満）を達成できたことが分かった。
【００２５】
また，比較例として，上記と同様の３２ｗｔ％ＫＯＨ水溶液に所定量のＣｕを添加して得られたエッチング液を準備し，上記と同様にしてシリコン材料のエッチングを行い，上記と同様にエッチング面の表面粗さを測定した。そして，横軸にＣｕの含有量を，縦軸に表面粗さを採った線図を作製した。これが図３である。同図によれば，Ｃｕの含有率が０．１ｐｐｍ，即ち１００ｐｐｂを越えた付近より急激に表面粗さが増大していることが分かった。
【００２６】
次に，本例における作用効果につき説明する。
本例において，上記エッチング液はアルカリ溶液であることから，添加されたＭｇは水酸化物を形成する。また，Ｍｇの水酸化物は水に溶け難い。そして，水酸化物は生成する際にＣｕを取り込むことができる。更に，水酸化物は生成後にＣｕのシリコン材料表面への拡散を抑制できる。
このため，Ｃｕのシリコン材料表面への析出が防止され，エッチング面の荒れを防止することができる。
【００２７】
また，Ｍｇの添加によりＣｕの影響を排除できるため，継続してエッチングを行うことができる。従って，エッチングの加工品質を維持することができる。
また，同一のエッチング液をより長期間使用できるため，エッチング液にかかるコストを低減することができる。
【００２８】
以上のように，本例によれば，エッチング面荒れが防止でき，エッチングの加工品質を維持可能，更にＣｕを含有したエッチング液を継続して利用可能な，シリコン材料の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】実施形態例における，エッチング液におけるＣｕの含有量が１７０ｐｐｂである場合のＭｇの添加量とシリコン材料の表面粗さとの関係を示す線図。
【図２】実施形態例における，エッチング液におけるＣｕの含有量が３５０ｐｐｂである場合のＭｇの添加量とシリコン材料の表面粗さとの関係を示す線図。
【図３】実施形態例における，エッチング液におけるＣｕの含有量とシリコン材料の表面粗さとの関係を示す線図。
【技術分野】
本発明は，半導体圧力センサのダイヤフラム，半導体加速度センサのカンチレバー等，シリコン材料を三次元加工した構造物の加工表面を平滑とする，又はシリコン材料を高精度に加工する場合に利用されるシリコン材料のエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来，シリコン単結晶，多結晶シリコン等のシリコン材料は，その電気的特性からＬＳＩなどに代表される半導体集積回路に欠くことができない材料として重視されている。
【０００３】
更に，近年はシリコン材料の機械的特性が注目され，理想的な弾性材料として種々のデバイスに応用されている。尚，この応用例としては，バルブ，ノズル，プリンタ用ヘッド，流量，圧力及び加速度等の各種半導体センサ（例えば半導体圧力センサのダイヤフラム，半導体加速度センサのカンチレバー）が挙げられる。
【０００４】
上記シリコン材料の加工方法としては，一般にエッチング方法が多用されていた。上記エッチング方法はドライエッチングとウェットエッチングとに大別される。ここに上記ウェットエッチングとは，エッチング液を充填したエッチング槽にシリコン材料を投入し，エッチング液との化学反応を利用してシリコン材料の不要部分を溶解させて行う加工方法である。
【０００５】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記エッチング方法には，以下に示す問題点がある。
即ち，上記エッチング方法においてエッチング液中にＣｕが１００ｐｐｂ以上混入した場合，後述の図３に示すごとく，エッチング面が荒れる（エッチング面の表面粗度が高くなる）ことを発明者らは明らかにした。
また，上記Ｃｕの混入はエッチング液の純度不足，エッチング装置材料からの溶け込みにより発生し，完全に防止することが非常に困難である。
【０００６】
以上により，従来のエッチング方法においては，エッチング中，定期的にエッチング液を交換する必要があった。
しかしながら，エッチング液の新品交換はエッチング温度，エッチング液の濃度変動を伴うため，シリコン材料の加工品質に変動が生じるおそれがあった。
【０００７】
更に，上記エッチング液はＣｕの含有が問題となっており，他の面ではエッチング液として充分な品質を保持していることから，このようなエッチング液を再生させる方法についての要求が高かった。
【０００８】
本発明は，かかる問題点に鑑み，エッチング面荒れが防止でき，エッチングの加工品質を維持可能，更にＣｕを含有したエッチング液を継続して利用可能な，シリコン材料のエッチング方法を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題の解決手段】
請求項１の発明は，Ｃｕを含有するアルカリ溶液よりなるエッチング液を用いてシリコン材料をエッチングするに当たり，上記アルカリ溶液にはＭｇを添加することを特徴とするシリコン材料のエッチング方法にある。
【００１０】
上記Ｍｇの添加は，例えば分析用の金属（Ｍｇ）標準液又はＭｇ塩を溶解した水溶液を所定量を添加することにより行うことが好ましい。
又，上記エッチング液としては後述するＫＯＨ水溶液の他に，ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）水溶液，ＥＤＰ（エチレンジアンミンピロカテコール）水溶液等を使用することができる。
【００１１】
又，本発明のエッチング方法は，単結晶シリコンあるいは多結晶シリコン等の加工に適用することができる。例えば，シリコンウェハのシリコン（１００），シリコン（１１０）面等の加工に適用することができる。
又，上記シリコン材料としてはシリコン単体よりなる材料ばかりでなく，例えば他の物質を含んだ材料，又は他の物質よりなる構造を設けた材料にも適用することができる。
【００１２】
又，本発明のエッチング方法により，シリコン材料よりなる各種半導体集積回路，バルブ，ノズル，プリンタ用ヘッド，流量，圧力及び加速度等の各種半導体センサ（例えば半導体圧力センサのダイヤフラム，半導体加速度センサのカンチレバー），各種マイクロマシン等を作製することができる。
【００１３】
本発明の作用につき，以下に説明する。
本発明にかかるエッチング方法においては，Ｃｕが含有されたエッチング液に対してＭｇを添加する。
【００１４】
エッチング液中のＣｕはシリコン材料の表面に析出し，エッチングマスクとしての役割を果たすことを発明者らは明らかにした。即ち，シリコン材料の表面でＣｕが析出していない部分はエッチングされるが，Ｃｕが析出した部分はエッチングされ難い。よって，エッチング面に凹凸が形成され，表面粗度が高まり，エッチング面が荒れてしまう。
【００１５】
ところで，上記エッチング液はアルカリ溶液であることから，添加されたＭｇは水酸化物を形成する。また，Ｍｇの水酸化物は水に溶け難い。そして，水酸化物は生成する際にＣｕを取り込むことができる。更に，水酸化物は生成後にＣｕのシリコン材料表面への拡散を抑制できる。
このため，Ｃｕのシリコン材料表面への析出が防止され，エッチング面の荒れを防止することができる。
【００１６】
また，本発明によればＭｇの添加によりエッチング液中からＣｕの影響を排除できるため，継続してエッチングを行うことができる。従って，エッチングの加工品質を維持することができる。
また，同一のエッチング液をより長期間使用できるため，エッチング液にかかるコストを低減することができる。
【００１７】
以上のように，本発明によれば，エッチング面荒れが防止でき，エッチングの加工品質を維持可能，更にＣｕを含有したエッチング液を継続して利用可能な，シリコン材料のエッチング方法を提供することができる。
【００１８】
又，上記アルカリ溶液中のＣｕ含有量よりもＭｇ添加量が大であることが好ましい。これにより，Ｃｕの影響を排除できるため，継続してエッチングを行うことができる。
なお，上記アルカリ溶液はＫＯＨ水溶液であることが好ましい。これにより，単結晶シリコン材料において，異方性エッチング加工（面方位によってエッチング速度が異なる加工）を実施できる。また，アルカリ溶液の中でもＫＯＨ水溶液のエッチング速度は早い。この点において優れている。
【００１９】
又，上記Ｍｇ添加量は上記アルカリ溶液に対して１０〜１０００ｐｐｍであることが好ましい。これにより，シリコン材料におけるＣｕの面荒れ作用を防止して平滑な面を得ることができる。
上記Ｍｇ添加量が１０ｐｐｍ未満の場合には，本発明にかかる効果が得られないおそれがある。一方，１０００ｐｐｍを越えた場合には（即ち０．１％を越えた場合には），アルカリ水溶液の濃度に対して無視できない量のＭｇが添加されたこととなり，大きなエッチング速度の低下や添加する水溶液量が多くなり，エッチング液自体の濃度（アルカリ濃度）が変化してしまう。
【００２０】
【発明の実施の形態】
実施形態例
本発明の実施形態例にかかるエッチング方法につき，図１〜図３を用いて説明する。尚，本例はシリコンウェハのシリコン（１１０）面のエッチング加工を行うものである。
本例のエッチング方法は，Ｃｕを含有するアルカリ溶液よりなるエッチング液を用いてシリコン材料をエッチングする。そして，上記アルカリ溶液にはＭｇを添加する。上記エッチング液は３２ｗｔ％ＫＯＨ水溶液よりなる。
【００２１】
以下に本例にかかるエッチング方法及びその性能につき詳細に説明する。
まず，３２ｗｔ％ＫＯＨ水溶液を準備し，該水溶液に原子吸光分析用の金属標準液を用いて，Ｃｕを１７０ｐｐｂ添加した。
この水溶液をいくつか準備し，それぞれの水溶液に原子吸光分析用の金属標準液を用いて，Ｍｇを所定量添加した。
以上にかかる水溶液を用いて温度１００℃，時間２０分という条件でシリコン材料をエッチングした。
【００２２】
エッチングを終えたシリコン材料のそれぞれについて，針触式の表面粗さ計や共焦点型レーザー顕微鏡による形態観察等にてエッチング面の表面粗さ（十点平均粗さ）を測定した。
【００２３】
以上の試験結果について，横軸にＭｇの添加量を，縦軸にエッチング面の表面粗さを採った線図にプロットし，図１とした。
同図によれば，Ｍｇの添加量が少ない（１ｐｐｂ）場合には２μｍ以上あった表面粗さが，Ｍｇの添加量が５０００ｐｐｂを越えた付近から急激に減少することが分かった。
そして，Ｍｇの添加量が１００００ｐｐｂを越えることにより，Ｃｕが極微量含まれたエッチング液（図３参照，１００ｐｐｂ以下）にてエッチングした場合と同程度の滑らかなエッチング面（表面粗さ；１μｍ未満）を達成できたことが分かった。
【００２４】
また，上記と同様の試験をＣｕが３５０ｐｐｂ含有されたエッチング液について行い，この結果について図２に記載した。
同図によれば，上記と同様に，Ｍｇの添加量が５０００ｐｐｂを越えた付近から表面粗さが急激に減少し，添加量が１００００ｐｐｂを越えることにより，Ｃｕが極微量含まれたエッチング液（図３参照，１００ｐｐｂ以下）にてエッチングした場合と同程度の滑らかなエッチング面（表面粗さ；１μｍ未満）を達成できたことが分かった。
【００２５】
また，比較例として，上記と同様の３２ｗｔ％ＫＯＨ水溶液に所定量のＣｕを添加して得られたエッチング液を準備し，上記と同様にしてシリコン材料のエッチングを行い，上記と同様にエッチング面の表面粗さを測定した。そして，横軸にＣｕの含有量を，縦軸に表面粗さを採った線図を作製した。これが図３である。同図によれば，Ｃｕの含有率が０．１ｐｐｍ，即ち１００ｐｐｂを越えた付近より急激に表面粗さが増大していることが分かった。
【００２６】
次に，本例における作用効果につき説明する。
本例において，上記エッチング液はアルカリ溶液であることから，添加されたＭｇは水酸化物を形成する。また，Ｍｇの水酸化物は水に溶け難い。そして，水酸化物は生成する際にＣｕを取り込むことができる。更に，水酸化物は生成後にＣｕのシリコン材料表面への拡散を抑制できる。
このため，Ｃｕのシリコン材料表面への析出が防止され，エッチング面の荒れを防止することができる。
【００２７】
また，Ｍｇの添加によりＣｕの影響を排除できるため，継続してエッチングを行うことができる。従って，エッチングの加工品質を維持することができる。
また，同一のエッチング液をより長期間使用できるため，エッチング液にかかるコストを低減することができる。
【００２８】
以上のように，本例によれば，エッチング面荒れが防止でき，エッチングの加工品質を維持可能，更にＣｕを含有したエッチング液を継続して利用可能な，シリコン材料の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】実施形態例における，エッチング液におけるＣｕの含有量が１７０ｐｐｂである場合のＭｇの添加量とシリコン材料の表面粗さとの関係を示す線図。
【図２】実施形態例における，エッチング液におけるＣｕの含有量が３５０ｐｐｂである場合のＭｇの添加量とシリコン材料の表面粗さとの関係を示す線図。
【図３】実施形態例における，エッチング液におけるＣｕの含有量とシリコン材料の表面粗さとの関係を示す線図。
Claims (1)
- Ｃｕを含有するアルカリ溶液よりなるエッチング液を用いてシリコン材料をエッチングするに当たり，上記アルカリ溶液にはＭｇを添加することを特徴とするシリコン材料のエッチング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21595297A JP3570865B2 (ja) | 1997-07-25 | 1997-07-25 | シリコン材料のエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21595297A JP3570865B2 (ja) | 1997-07-25 | 1997-07-25 | シリコン材料のエッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1150271A JPH1150271A (ja) | 1999-02-23 |
| JP3570865B2 true JP3570865B2 (ja) | 2004-09-29 |
Family
ID=16680976
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21595297A Expired - Fee Related JP3570865B2 (ja) | 1997-07-25 | 1997-07-25 | シリコン材料のエッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3570865B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4552615B2 (ja) * | 2004-11-22 | 2010-09-29 | セイコーエプソン株式会社 | 液体噴射ヘッドの製造方法 |
| JP4635580B2 (ja) * | 2004-11-25 | 2011-02-23 | セイコーエプソン株式会社 | エッチング液及びその製造方法、並びに液体噴射ヘッドの製造方法 |
-
1997
- 1997-07-25 JP JP21595297A patent/JP3570865B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH1150271A (ja) | 1999-02-23 |
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