JP4714889B2 - シリコン角柱およびその製造法 - Google Patents
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Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン角柱およびその製造法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウエハへの加工法の一つとして、結晶異方性エッチングが知られている。結晶異方性エッチングとは、ＫＯＨなどのエッチング溶液がある結晶方位に対してはエッチングが進むが、特定の結晶方位に対しては著しくエッチング反応が進まないことを利用して、特定の形状に加工していくエッチング法のことである。
シリコンウエハはシリコン結晶のインゴットを板状にスライスしたもので、その単結晶はダイヤモンド構造をとっている。このシリコン単結晶の結晶面は、（１００）面と（１１０）面と（１１１）面などを有しており、エッチング加工は、これらの結晶面によって様々な研究が行われている。
シリコンの異方性エッチングに関する多くの研究は、従来より、（１００）基板に関するものである。例えば、レジスト等で適度なパターニングを施し、シリコン（１００）基板を異方性エッチングすると（１１１）面を側面に持つピラミッド型の溝が形成される。この（１００）面のエッチング技術を使った具体例としては、三角形状に加工できることを活かしたＤＮＡナノピンセットやマイクロコネクタ用ソケット、センサデバイスなどであり、シリコンの異方性エッチングに関する研究の多くは、この（１００）基板に関するものである。
一方、（１００）面とは異なる（１１０）面を異方性エッチングすると、（１１１）面を側面に持つ垂直な溝が形成されることも知られている。このシリコン（１１０）基板に関する文献については、垂直な壁の形状は形成できるので、その垂直壁面を活かしてハーフミラーやエタロン、またマイクロミラーなどを作成する研究が報告されている（特許文献１、非特許文献１，２参照）。
以上のように、従来の結晶異方性エッチングを用いたシリコン加工技術では、ピラミッド形状を活かした物や垂直壁面を有する溝あるいは壁を有する物が多かった。一方、シリコンを角柱形状に加工した物は全く存在せず、その加工法も未だ知られていない。
このような状況の中で、本発明者は、シリコン角柱が得られれば、さまざまな産業分野で、これまで考えられていなかった用途、たとえばフィルタ用母型や微細高密度電極などの用途が生じることに鑑み、アスベクト比の高いシリコン角柱の加工技術を鋭意研究した結果、本発明を完成するに至った。
【特許文献１】
特開平８−９０４３１
【非特許文献１】
Ｙ．Ｕｅｎｉｓｈｉ，Ｍ．Ｔｓｕｇａｉ，ａｎｄ Ｍ．Ｍｅｈｒｅｇａｎｙ，″Ｍｉｃｒｏ−ｏｐｔｏ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｄｅｖｉｃｅｓ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｂｙ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｅｔｃｈｉｎｇ ｏｆ（１１０）ｓｉｌｉｃｏｎ，″Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ，Ｏｉｓｏ Ｊａｐａｎ，ｐｐ．３１９−３２４，（１９９４）．
【非特許文献２】
Ｙ．Ｕｅｎｉｓｈｉ，Ｍ．Ｔｓｕｇａｉ，ａｎｄ Ｍ．Ｍｅｈｒｅｇａｎｙ，″Ｍｉｃｒｏ−ｏｐｔｏ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｄｅｖｉｃｅｓ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｂｙ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｅｔｃｈｉｎｇ ｏｆ（１１０）ｓｉｌｉｃｏｎ，″Ｊ．Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ．Ｍｉｃｒｏｅｎｇ．，Ｖｏｌ．５，ｐｐ．３０５−３１２（１９９５）
【発明の開示】
【０００３】
ところで、従来のシリコンの（１１０）面加工技術を発展的に応用すると、シリコン（１１０）基板にレジストを四角くパターニングし、異方性エッチングすれば角柱が得られるように考えられるが、実際は不可能である。それは、（１１１）面が交差したとき、谷で交差した底点は１点に集まりエッチストップとして機能するが、山の頂点ではエッチストップとして機能しないからである。したがって、単なるパターニングではない新たな加工プロセスの原理が必要とされていたのである。
上記事情に鑑み、本発明は全く新たな技術原理に基づくシリコン角柱の製法を提供することを目的とする。また、本発明は、アスペクト比の高いシリコン角柱を提供することを目的とする。
第１発明のシリコン角柱の製造法は、（１１０）面のシリコンウエハを用い、該シリコンウエハの内部にある基板表面に垂直な二つの（１１１）面に沿った面を有するアライメント用形状を形成するアライメント形状形成工程と、前記一方の（１１１）面にアライメントした壁面を有する垂直壁を形成する第１次異方性エッチング工程と、前記垂直壁に対し前記他方の（１１１）面にアライメントした壁面を有する角柱を形成する第２次異方性エッチング工程とを順に実行することを特徴とする。
第２発明のシリコン角柱の製造法は、（１１０）面のシリコンウエハを用い、該シリコンウエハの内部にある基板表面に垂直な二つの（１１１）面を有するシリコンウエハを用い、前記二つの（１１１）面に沿った面を有するアライメント用形状を形成するアライメント形状形成工程と、前記一方の（１１１）面にアライメントしたレジストパターニングを施して、シリコンウエハに結晶異方性エッチング加工をして前記一方の（１１１）面が垂直な壁面となるように加工して垂直壁を形成する第１次異方性エッチング工程と、前記垂直壁の壁面を含めシリコンウエハの表面に保護膜を形成する保護膜形成工程と、前記他方の（１１１）面にアライメントしたレジストパターニングを施して、シリコンウエハに結晶異方性エッチング加工をして前記垂直壁の部分で前記他方の（１１１）面が垂直な壁面となるように加工して角柱を形成する第２次異方性エッチング工程とを順に実行することを特徴とする。
第３発明のシリコン角柱の製造法は、（１１０）面のシリコンウエハを用い、該シリコンウエハの内部にある基板表面に垂直な二つの（１１１）面を有するシリコンウエハを用い、前記二つの（１１１）面に沿った面を有するアライメント用形状を形成するアライメント形状形成工程と、前記一つの（１１１）面に沿った第１レジストパターンと、該第１レジストパターン上で前記他の（１１１）面に沿った第２レジストパターンを形成する保護膜形成工程と、前記隣り合う第１レジストパターンの間のシリコン面を異方性エッチングにより掘り下げて、第１レジストパターンに垂直な壁面を形成する第１次異方性エッチング工程と、前記垂直壁の側壁面を含めシリコンウエハの全面に保護膜を形成する保護膜形成工程と、前記垂直壁における第２レジストパターン部の下面にあるシリコン面を前記他の（１１１）面の方向に切断する切断工程と、前記シリコン面を結晶異方性エッチングにより掘り下げて、第１レジストパターン部を天面とする角柱を形成する第２次異方性エッチング工程とを順に実行することを特徴とする。
第４発明のシリコン角柱は、請求項２の製法により製造され、天面が（１１０）面で、４つの側面が（１１１）面からなり、前記四つの側面が共に前記天面に対し垂直であることを特徴とする。
第５発明のシリコン角柱は、第３発明の製法により製造され、天面が（１１０）面で、４つの側面が（１１１）面からなり、前記四つの側面が共に前記天面に対し垂直であることを特徴とする。
第６発明のシリコン角柱は、天面が（１１０）面で、四つの側面が（１１１）面からなり、前記四つの側面が共に前記天面に対し垂直であることを特徴とする。
第１発明によれば、（１１０）面のシリコンウエハを使い、その内部にある基板表面に垂直な二つの（１１１）面が出るようにエッチングするので、天面を（１１０）面とし、側面を（１１１）面とするシリコン角柱が得られる。また、エッチングは、二つの（１１１）面を有するアライメント形状を形成したうえで、一方の（１１１）面にアライメントした第１次異方性エッチングと他方の（１１１）面にアライメントした第２次異方性エッチングにより行うので、正確に（１１１）面を掘り出すことができ、天面に対し正確に垂直になった側壁を有するシリコン角柱が得られる。
第２発明によれば、アライメント形状形成工程と第１次異方性エッチング工程と第２次異方性エッチング工程とを有するので、第１発明の効果を全て継承しているので、天面に対し側壁面が垂直なシリコン角柱が得られる。そして、第２発明では、第１次異方性エッチングと第２次異方性エッチングとの間に保護膜形成工程を入れているので、第１次異方性エッチングにより形成される垂直壁の側壁に保護膜を付けることができ、第２次異方性エッチング時に側壁が削られるのを防止できる。このため、第２次異方性エッチングでは保護膜の付いた側壁に交差する面だけがエッチング加工されるので、その側壁の（１１１）面でエッチストップしたとき角柱に仕上られることになる。よって、第２発明では正確に四つの（１１１）面の側壁を有し、アスペクト比の高いシリコン角柱が得られる。
第３発明によれば、アライメント形状形成工程と第１次異方性エッチング工程と第２次異方性エッチング工程とを有するので、第１発明の効果を全て継承しているので、天面に対し側壁面が垂直なシリコン角柱が得られる。そして、第３発明では、保護膜形成工程が垂直壁を形成する工程の前のシリコン表面がフラットな状態で行われるので、レジストの塗布に特別の手法を要せず、露光も特別の問題なく容易に行える。また、第１次異方性エッチングと第２次異方性エッチングとの間に保護膜形成工程を入れているので、第１次異方性エッチングにより形成される垂直壁の側壁に保護膜を付けることができ、第２次異方性エッチング時に側壁が削られるのを防止できる。このため、第２次異方性エッチングでは保護膜の付いた側壁に交差する面だけがエッチング加工されるので、その側壁の（１１１）面でエッチストップしたとき角柱に仕上られることになる。よって、第３発明では正確に四つの（１１１）面の側壁を有し、アスペクト比の高いシリコン角柱が得られる。
第４発明のシリコン角柱は、天面に対し側壁が垂直であって、アスペクト比も高いものが含まれるため、角柱形状を活かした様々な用途に適用することができる。
第５発明のシリコン角柱は、天面に対し側壁が垂直であって、アスペクト比も高いものが含まれるため、角柱形状を活かした様々な用途に適用することができる。
第６発明のシリコン角柱は、天面に対し四つの側面が垂直であり、側面は（１１１）面のみで囲まれているので、バリや欠けの角柱となっている。よって平滑で、高いアスペクト比の角柱形状を活かした様々な用途への適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に係る第１の製法のうち工程（１）〜（３）の説明図である。
第２図は、同製法のうち工程（４）〜（６）の説明図である。
第３図は、同製法のうち工程（７）〜（９）の説明図である。
第４図は、同製法のうち工程（１０）〜（１２）の説明図である。
第５図は、本発明に係る第２の製法のうち工程（１）〜（３）の説明図である。
第６図は、同製法のうち工程（４）〜（６）の説明図である。
第７図は、同製法のうち工程（７）〜（９）の説明図である。
第８図は、同製法のうち工程（１０）〜（１２）の説明図である。
第９図は、同製法のうち工程（１３）〜（１５）の説明図である。
第１０図は、（Ａ）図はアライメント用形状４の説明図、（Ｂ）図はアライメント用形状の拡大平面図、（Ｃ）図は同断面図である。
第図１１図は、（Ａ）図は垂直壁６の断面図、（Ｂ）図は形成されたシリコン角柱８の斜視図である。
第１２図は、（Ａ）図は第２の製法における切り目を入れない場合の問題点の説明図、（Ｂ）図は切り目を入れた状態の断面図、（Ｃ）図は第２次異方性エッチングを終えた状態の断面図である。
第１３図は、第２次結晶異方性エッチングを３０分行って出来た角柱のＳＥＭ写真である。
第１４図は、第２次結晶異方性エッチングを１時間行って出来た角柱のＳＥＭ写真である。
第１５図は、エッチングが完了して酸化膜も除去した状態のＳＥＭ写真である。
第１６図は、図１５の一部拡大写真である。
第１７図は、シリコンウエハの結晶面方位の説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
（（技術原理））
本発明は、（１１０）シリコンウエハの内部にある基板表面に垂直な（１１１）面を用いて天面（１１０）面に垂直な側壁を有する高アスペクト比の角柱を形成する点に本質的な技術原理が存する。
（１１０）シリコンウエハにおける（１１１）面の位置は、図１３に示すようになっていることが知られている。同図において矢印は面の法線ベクトルである。この図より、（１１０）シリコンウエハにおいて、（１１１）面は大きく分けて、（１１０）面に対して垂直になっている面と斜めになっている面があることが分かる。また垂直な（１１１）面同士は、１０９．５°の角度をなしている。本発明では結晶異方性によるエッチング特性を利用し、この垂直な二つの（１１１）面を利用することで高アスペクト比の角柱形状を形成するものである。
また、本発明で用いるシリコンウエハは、（１１０）面が表面となるようにインゴットからスライスしたウエハである。
（（本発明の製法））
本発明の製法には、以下に示す第１と第２の二つの方法がある。
（（第１の製法））
まず、第１の製法を説明する。この製法は以下の工程（１）〜工程（１２）の１２工程からなる。なお、特許請求の範囲（請求項２）で特定した工程との対応関係は以下のとおりである。
・アライメント形状形成工程：（１）〜（３）
・第１次異方性エッチング工程：（４）〜（６）
・保護膜形成工程：（７）〜（８）
・第２次異方性エッチング工程：（１１）〜（１２）
（アライメント形状形成工程）
（１）保護膜形成
図１の（１）に示すように、シリコンウエハ１全面に結晶異方性エッチング時のマスクとなる保護膜２を成膜する。
この工程は、後の工程（２）で行うアライメント用形状を形成する目的の他に、工程（６）で結晶異方性エッチングするとき垂直壁が溶けないようにするためである。
本工程における成膜には、Ｓｉ３Ｎ４やＳｉＯ２が使用でき、成膜法には、公知のＣＶＤなどが用いられる。
なお、アライメント形状の形成と垂直壁の形成には、Ｓｉ３Ｎ４が最適である。結晶異方性エッチングを行う場合のエッチング液として代表的なものにＫＯＨとＴＭＡＨがあり、このどちらの溶液を用いても異方性エッチングを行うことができるが、どちらの溶液を用いるかにより、マスク材をＳｉ３Ｎ４にするかＳｉＯ２にするか選択する必要がある。Ｓｉ３Ｎ４は、ＫＯＨとＴＭＡＨで極めて溶解されにくいためエッチングの途中でＳｉ３Ｎ４が無くなってしまうことはなく、時間管理による膜厚制御が容易である。ＳｉＯ２はＫＯＨを用いるときエッチング速度が大きいので、膜厚制御のための時間管理が困難であるが、充分な厚さの膜厚を成膜しておけばマスク材として使用できる。
（２）アライメント用形状の形成準備
図１の（２）に示すように、前記工程で形成された保護膜２（例えばＳｉ３Ｎ４）にアライメント用孔３（円形開口）を形成する。この加工には特別の制約はないが、例えば、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ反応性イオンエッチング）をシリコン面が出るまで行い、熱硫酸過水でレジストを除去することで行える。
アライメント用孔３の位置と数は任意である。ただし、位置はマスクアライナーでの顕微鏡を用いた位置合わせ時に見える場所に形成する必要がある。ウエハ１全面を見ることができるマスクアライナーを使用する場合はどこに形成してもよい。数に関しては任意である。図では左右に２個づつ、計４個を示しているが、これに限ることはない。なお、離れた２点間の方がアライメント精度が高くなる。
（３）アライメント用形状の形成
図１の（３）に示すように、前記工程（２）で形成した孔３の下のシリコン面にアライメント用形状４を形成する。このため結晶異方性エッチングを行う。例えば、ＴＭＡＨ（溶液ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ ａｍｍｏｎｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ，（ＣＨ３）４ＮＯＨ）を適当な容器に入れて６０℃〜８０℃程度に加熱し、ウエハを浸けてエッチングする。このときに、形成したアライメント用形状４のＳＥＭ写真は図１の（３）のとおりである。
このアライメント用形状４は、図１０の（Ａ）に示すように、保護膜２の下のシリコン面に凹んで形成されている。また、その正確な形状は、（Ｂ）図に示す平面視で六角形であり、（Ｃ）図に示す断面視で三角形の凹所である。そして、このアライメント用形状４は互いに交わる二つの垂直な（１１１）面を有している。この二つの（１１１）面がアライメントの基準となる。
（第１次異方性エッチング工程）
（４）一方の垂直な（１１１）面に合わせたレジストパターニング
図２の（４）に示すように、ウエハ１の表面にレジスト５を塗布し、露光現象することにより、アライメント用の一方の垂直な（１１１）面に合わせて複数本のライン形状をパターニングする。レジスト５は公知の材料、例えば有機系のレジスト等をとくに制限なく用いることができ、塗布法も公知の方法、例えばスピンコーターやスプレーコーターを用いることができる。また、露光法は、公知のフォトエッチングの手法を用いてよい。
レジストパターニングをアライメント用形状４の（１１１）面にアライメントするにはウエハとマスクの位置合わせを行う「マスクアライナー」という公知の装置を用いることができる。また、レジストパターニングは非常に微細なため、顕微鏡で観察しながら、ウエハをｘ，ｙ方向とθ（回転）に移動させ、アライメント用形状４との位置合わせを行う。
このレジストパターニングは帯状のものを複数本平行に形成すると、後述するようにこの部分にシリコン角柱ができることになる。
（５）シリコン面の保護膜の除去
つぎに図２の（５）に示すように、シリコン面の保護膜２を除去して、パターニングされた保護膜２（Ｓｉ３Ｎ４）のみを残すようにする。具体的には、ＲＩＥを用いて保護膜２（Ｓｉ３Ｎ４）をエッチングし、シリコン面を出す。熱硫酸過水で洗浄し、レジストを剥離する。
なお、ＲＩＥでエッチングを行うと、レジストが無くなる前にＳｉ３Ｎ４がエッチングされシリコン面が出てくるが、長時間エッチングするとレジストも無くなり、レジストの下のＳｉ３Ｎ４もエッチングされていくため、エッチング時間に注意する必要がある。この工程によってレジストパターニングの天面にはＳｉ３Ｎ４の保護膜２が残されることになる。
（６）シリコン面の第１次異方性エッチング・垂直壁の形成
ここで図２の（６）に示すように、シリコンウエハ１に結晶異方性エッチングを行う。エッチング液はＴＭＡＨなど公知のエッチング液が使える。この工程で保護膜２部分の天面にはＳｉ３Ｎ４が残っているので、エッチングの結果、帯状の保護膜２部分に隣接するシリコン面が掘れていき、保護膜２部分の側面は垂直壁６に形成される。このとき、保護膜２部分の側面が垂直な壁面になるが、これは垂直壁６の壁面がウエハ表面の（１１０）面に対して垂直な二つの（１１１）面のうちの一つの（１１１）面であるためである。このときに、形成した垂直壁６は図（６）に示すＳＥＭ写真（走査電子顕微鏡写真）のとおりである。実験例では、形成された垂直壁６の高さは約３０μｍであった。
（保護膜形成工程）
（７）全面保護膜形成
図３の（７）に示すように、垂直壁６を形成した後、ウエハ１全面に保護膜７を形成する。この保護膜形成のため、例えばウエハを熱酸化し全面に酸化膜を形成する。この結果、図１１の（Ａ）に示すように、垂直壁６の天面６ａと側面６ｂを含めシリコンウエハ１全面に保護膜７が形成されることになる。つまり、この工程は後の工程（１１）での第２次異方性エッチングのためのマスク材を形成している。
この工程では、保護膜７として、Ｓｉ３Ｎ４ではなく酸化膜（ＳｉＯ２）を用いている。その理由は、酸化膜を形成した方が工程（８）でのレジストパターニング後のマスク材のエッチングが容易であるためである。しかし、保護膜７をＳｉ３Ｎ４もしくＳｉＯ２にしてＲＩＥでエッチングを行うことも可能であり、また、Ｓｉ３Ｎ４を用いることもできる。ただこのときは膜厚、溶液をそれに合わせて適切なものにする必要がある。
酸化膜（ＳｉＯ２）の形成には、公知の方法を用いることができる。例えば、酸化炉を用い、炉内温度を約１０００度として、そこに酸素ガスを入れるとウエハを酸化できる。酸化炉における酸化プロセスにはドライ酸化とウェット酸化があるが、いずれも利用できる。また、ＣＶＤで成膜したり、ＡＰＣＶＤ（Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）やＬＰＣＶＤ方法も可能であり、これらは任意に選択して良い。
（８）他方の垂直な（１１１）面に合わせたレジストパターニング
図３の（８）に示すように、この工程では、アライメント用形状４のもう一つの垂直な（１１１）面に合わせてレジストパターニングをする。
このため、ウエハ１上面にレジスト８を塗布する。この工程では、厚膜レジスト（膜厚３０μｍ）を塗布するのが好ましい。このとき、垂直壁６の高さをすべてコートする必要がある。従って膜厚の厚いレジストを形成できる厚膜レジスト（ＰＭＥＲ、ＳＵ−８等）を用いている。レジスト塗布の方法としてはスピンコーター以外にも全面に塗布できれば良いので、スプレーコートなども使用できる。さらに、レジストの代わりに金属を付着させて、それをマスク材に使用することもできる。そして、もう一方の垂直な（１１１）面に合わせて複数本のライン形状をパターニングする。このときのアライメント方法は工程（４）と同じでよい。レジストパターニング後の様子は図（８）のＳＥＭ写真のとおりである。この工程で、工程（６）で形成した垂直壁６と本工程で形成したレジストパターン８とで井桁状に囲まれた部分に酸化膜７が残されることになる。
（９）シリコン面の保護膜除去
次に、図３の（９）に示すように、レジスト８をマスクにして酸化膜７をエッチングする。このとき、シリコンウエハ１の表面が出てくるまで酸化膜エッチングを行う。このエッチング法としては、フッ酸の溶液にウエハを浸けて酸化膜のエッチングをしてもよく、ＲＩＥ（イオン加工）を用いてもエッチングしてもよい。このエッチングにより垂直壁６においてもレジスト８で保護されていない部分の酸化膜が取れ、シリコン表面が出てくる。この結果、垂直壁６の長手方向において、酸化膜７の付着した部分と除去された部分が交互に形成される。
（１０）レジスト除去・シリコン面を出す
図４の（１０）に示すように、工程（８）で塗布したレジスト８を剥離する。剥離した状態は図１０のＳＥＭ写真のとおりであり、この状態はもう一方の垂直な（１１１）面に合わせて、酸化膜７がライン状に垂直壁６の上面と側面を保護している状態である。しかも、酸化膜７は垂直壁６の長手方向において、間隔をあけて存在した状態となる。この飛々に存在する酸化膜７によって、角柱を形成する準備ができたことになる。
レジストの除去は工程（５）の方法と同じで、熱硫酸過水（硫酸と過酸化水素水を３：１の割合で混合したもの）で行う。レジストの剥離方法は他にもあり、任意の方法を使ってよい。
（第２次異方性エッチング工程）
（１１）シリコン面の第２次異方性エッチング
次に、図４の（１１）に示すように、酸化膜７をマスクにしてシリコンウエハ１により第２次異方性エッチングを行う。エッチング液はＴＭＡＨなどが使え、この工程の異方性エッチングは、工程（６）と同じ方法でよい。
そして、ウエハ１のシリコン面が掘れたとき先の工程（６）で形成された垂直な（１１１）面とはもう一方の垂直な（１１１）面で（天面のマスク部の端の箇所の（１１１）面で）エッチストップするので、この結果、シリコン角柱８が残る。
（１２）保護膜除去
最後に、図４の（１２）に示すように、酸化膜を除去する。この工程はフッ酸で行ってもよく、ＲＩＥで除去してもよい。この結果、シリコン基板上にシリコン角柱８が林立した状態となる。
図１１の（Ｂ）は、シリコン角柱８が基板１上に形成された状態を示している。このように形成された複数本のシリコン角柱８は、基板１上に林立したまま使ってもよく、任意の角柱８を切り取って適宜の用途に使用してもよい。
（第１の製法の利点）
上記第１の製法の利点は、以下のとおりである。
ａ：（１１０）面のシリコンウエハを用い、その内部にある基板表面に垂直な二つの（１１１）面が出るようにエッチングするので、天面を（１１０）面とし、側面を（１１１）面とするシリコン角柱が得られる。
ｂ：エッチングは、二つの垂直な（１１１）面を有するアライメント形状を形成したうえで、一方の（１１１）面にアライメントした第１次異方性エッチングと他方の（１１１）面にアライメントした第２次異方性エッチングにより行うので、正確に垂直な（１１１）面を掘り出すことができ、天面に対し正確に垂直になった側壁を有するシリコン角柱８が得られる。
ｃ：第１次異方性エッチングと第２次異方性エッチングとの間に保護膜形成工程を入れているので、第１次異方性エッチングにより形成される垂直壁６の側壁に保護膜７を付けることができ、第２次異方性エッチング時に側壁が削られるのを防止できる。このため、第２次異方性エッチングでは保護膜７の付いた側壁に交差する面だけがエッチング加工されるので、その側壁の（１１１）面でエッチストップしたとき角柱８に仕上られることになる。よって、正確に四つの垂直な（１１１）面の側壁を有し、原理的にアスペクト比の高いシリコン角柱８が得られる。
（第１の製法で得られたシリコン角柱）
上記第１の製法で作製されたシリコン角柱８は、四面とも垂直な（１１１）面で囲まれた角柱形状となる。また、本製法によって実験的に制作した角柱の高さは約３０μｍであるが、原理的には高アスペクト比の形状を形成することができる。
このように四つの側面が全て（１１１）面で構成されているということは、原子の結合状態が安定していることを意味し、外力に対して非常に高い剛性をもつことになる。したがって、断面積に対して高さの高い角柱、すなわち高アスペクト比の角柱に仕上げても実用的用途に供することが可能となる。
また、四つの側壁面原子の結晶面に沿って形成されるので非常に平滑にもなる。このため、角柱形状を活かした様々な用途に適用することができる。
（（第２の製法））
つぎに、第２の製法を説明する。
第２の製法は、いったん形成した垂直壁に切れ目を入れる製法であるが、本製法における結晶方位の考え方は、第１の製法と同じである。本製法の場合は、レジストのパターニングを加工していないウエハ、すなわち高い段差を形成していないウエハにパターニングできるため、プロセスが非常に容易であるという長所がある。
つぎに、全工程を順を追って説明するが、つぎの工程（１）〜（５）は、先に説明した第１の製法と同じであるので、詳細は省略し、簡略化した説明とする。
なお、特許請求の範囲（請求項３）で特定した工程との対応関係は、以下のとおりである。
・アライメント形状形成工程：（１）〜（３）
・保護膜形成工程：（４）〜（９）
・第１次異方性エッチング工程：（１０）
・保護膜形成工程：（１１）〜（１２）
・切断工程：（１３）
・第２次異方性エッチング工程：（１４）〜（１５）
（アライメント用形状形成工程）
（１）保護膜形成
図５の（１）に示すように、シリコンウエハ１全面に保護膜２を形成する。この保護膜２は工程（２）のアライメント用形状の形成時と工程（１０）の第１次異方性エッチング時のマスクを形成するものである。この保護膜２は、例えばＳｉ３Ｎ４をＬＰＣＶＤにより成膜することで得られる。
（２）アライメント用形状の形成準備
図５の（２）に示すように、保護膜２としてのＳｉ３Ｎ４にアライメント用孔３をエッチングにより形成する。
（３）アライメント用形状の形成
図５の（３）に示すように、ＴＭＡＨにより結晶異方性エッチングを行い、アライメント用形状の下のシリコン面にアライメント用形状４を形成する。このアライメント用形状は図１０に示す六角形の凹所であり、この六角形凹所には、二つの垂直な（１１１）面が形成されている。
（保護膜形成工程）
（４）垂直な（１１１）面に合わせたレジストパターニング
図６の（４）に示すように、シリコンウエハ１の表面にレジスト５を塗布し、アライメント用形状の一方の垂直な（１１１）面に合わせて、複数本のレジストパターニングを形成する。アライメントの手法は、前記第１の製法と同じである。
（５）シリコン面の保護膜の除去
図６の（５）に示すように、いったん工程（１）で形成した保護膜２（Ｓｉ３Ｎ４）をエッチングにより除去する。これにより、レジスト５部分以外でシリコン面が出る。
（６）全面保護膜形成
つぎに、第１の製法における工程（６）「異方性エッチング」をせずに、本製法の工程（６）として、図６の（６）に示す全面保護膜を形成する工程を実行する。すなわち、前工程で用いたレジストを剥離した後、シリコンウエハ全面に保護膜４としての酸化膜を形成する。前工程（５）ではウエハに保護膜（Ｓｉ３Ｎ４）が帯状にパターニングされているので、帯状のＳｉ３Ｎ４部分は酸化されず、シリコン面のみに保護膜４（ＳｉＯ２）が形成される。
本工程（６）で形成する保護膜４は工程（１０）での垂直壁形成時のマスク材となるものである。
（７）他の垂直な（１１１）面に合わせたレジストパターニング
次に、図７の（７）に示すように、もう一方の垂直な（１１１）面に合わせて複数本のレジスト８をパターンニングする。アライメントの手法は、前記第１の製法と同じである。
（８）シリコン面の保護膜除去
ここで、図７の（８）に示すように、レジスト８をマスクにして保護膜２（Ｓｉ３Ｎ４）と保護膜４（ＳｉＯ２）をイオンエッチング等により除去する。
（９）レジスト除去・シリコン面を出す
ついで、図７の（９）に示すように、レジスト８を剥離する。そうすると、レジスト８の跡に、複数本の帯状部分が現れ、各帯状部分には、保護膜２（Ｓｉ３Ｎ４）と保護膜４（ＳｉＯ２）が交互に並ぶことになる。
以上の工程（４）〜（９）により、帯状部分にＳｉＯ２とＳｉ３Ｎ４が交互に保護膜２，４として形成されるが、このように保護膜２，４が交互に現れるように成膜するのは、工程（１２）で保護膜２（Ｓｉ３Ｎ４）を除去してシリコン面を出して、工程（１３）で現れたシリコン面の部分を一方の垂直な（１１１）面に合わせて切り目を入れるためである。
上記（４）〜（９）の工程によると、シリコンウエハ１が平坦な状態で２つの垂直な（１１１）面にアライメントしたマスクを形成できるので、マスクの形成が容易であるという点がある。なぜならば段差の高さが数百μｍあるような壁にレジストを塗布しパターニングするには厚膜レジストを塗布するなど様々な工夫が必要となる。レジストの塗布だけであればスプレーコート法を用いる等の工夫で可能であるが、露光については深い溝に光が入っていかず、底面まで露光できない等の様々な問題を解決しなければならない。よって、本製法のように、ウエハ表面がフラットな状態のままで２つの垂直な（１１１）面に合わせてマスク材が形成できると、製作が容易になるという点で利点が大きい。
なお、本製法において、工程（１）でまず保護膜２（Ｓｉ３Ｎ４）を成膜しているが、この前に保護膜４（ＳｉＯ２）を先に成膜し、その後に保護膜２（Ｓｉ３Ｎ４）を成膜すれば工程（５）でシリコンが出てきている部分が保護膜４（ＳｉＯ２）が出てくることになり、そのまま工程（７）のパターニングを行うようにしてもよい。つまり、最初に保護膜４（ＳｉＯ２）を成膜することによっても、その結果、工程（６）と同じ形状が得られる。
（第１次異方性エッチング工程）
（１０）シリコン面の第１次異方性エッチング
ここで、図８の（１０）に示すように、結晶異方性エッチングを用いることによりシリコン面を掘り下げて垂直壁６を形成する。この工程でのエッチングにより、帯状の保護膜２，４の部分はエッチングされず、保護膜２，４に隣接するシリコン面が掘れていき、保護膜２，４が形成された帯状部分は垂直壁６に形成される。このとき、垂直壁６の側面が垂直になるが、これは垂直壁６の壁面がウエハ表面の（１１０）面に対して垂直な二つの（１１１）面のうちの一つの（１１１）面であるためである。
（保護膜形成工程）
（１１）垂直壁に保護膜形成
図８の（１１）に示すように、ウエハ１全体を熱酸化により保護膜７として酸化膜（ＳｉＯ２）を形成する。この結果、垂直壁６の天面と側面に保護膜７が形成されることになる。つまり、この工程は後の第２次結晶異方性エッチングのためのマスク材を形成している。
（１２）垂直壁上面の保護膜一部除去
ここで、図８の（１２）に示すように、垂直壁６上面の保護膜２（Ｓｉ３Ｎ４）をエッチングにより除去する。この工程のエッチングにはＲＩＥが使用できる。この工程の目的は、この部分を第２次異方性エッチングで除去するためである。
（切断工程）
（１３）垂直壁を切る
図９の（１３）に示すように、垂直壁６において保護膜２を除去した部分に切れ目を入れる。切れ目を入れる手段は何でもよく、例えばダイシングソーやレーザー加工などが使える。この切れ目を入れる目的は別の斜めの（１１１）面でエッチストップするのを防止し、垂直な面までエッチングを進行させるためである。すなわち、切れ目がない場合は、図１２の（Ａ）に示すように、斜めの（１１１）面が現れて、互いの底点が１点で合うと、そこでエッチストップして、それ以上エッチング加工が進行しなくなる。これに対し、同図（Ｂ）に示すように、切れ目の跡１０が縦に形成されていると、側方に向かってエッチングが進んでいき、同図（Ｃ）に示すように垂直な（１１１）面が現れたときエッチストップすることになる。この垂直な（１１１）面を現出させることが角柱を作るための必須の要件となっている。
（第２次異方性エッチング工程）
（１４）シリコン面の第２次結晶異方性エッチング
図９の（１４）に示すように、最後にＴＭＡＨで第２次結晶異方性エッチングを行う。この工程でのエッチングの結果、垂直壁６の一部で切れ目を入れた箇所のシリコン面が掘れていき、その切れ目を入れた側面部分は結晶（１１１）面に沿って垂直に形成される。これは垂直壁６の壁面がウエハ表面の（１１０）面に対して垂直な二つの（１１１）面のうちの他の（１１１）面であるためである。なお、垂直壁６の形成済みの壁面には保護膜７が付いているので、第２次異方性エッチング時に側壁が削られるのを防止できる。このため、第２次異方性エッチングでは保護膜の付いた側壁に交差する面だけがエッチング加工されるので、その側壁の（１１１）面でエッチストップしたとき角柱に仕上げられることになる。なお、垂直壁６の天面には保護膜７（ＳｉＯ２）が残っている。
この第２次結晶異方性エッチングの結果、天面に保護膜７が残ったままのシリコン角柱８が形成される。
図１３は第２次結晶異方性エッチングを３０分行って出来た角柱のＳＥＭ写真、図１４は同じく１時間後のＳＥＭ写真、図１５はエッチングが完了して酸化膜も除去した状態のＳＥＭ写真、図１６は図１５の一部拡大写真である。
図１３の状態では、出来上りつつある角柱の根元には斜面が残っており、側面には薄い酸化膜も付いている。図１４の状態では根元の斜面がほとんど無くなっている。図１５の状態ではきれいな角柱に仕上っている。この仕上った状態では、図１６に示すように角柱の側面が極めて平滑に仕上っている。
（１５）酸化膜除去
図９の（１５）に示すように、保護膜７（ＳｉＯ２）を除去するとシリコン角柱８が出現する。このシリコン角柱８は図１１の（Ｂ）に示すものと同様にシリコンウエハ１に多数本のシリコン角柱８が林立したものである。
（第２の製法の利点）
上記第２の製法の利点は、以下のとおりである。
ａ：（１１０）面のシリコンウエハを用い、その内部にある基板表面に垂直な二つの（１１１）面が出るようにエッチングするので、天面を（１１０）面とし、側面を（１１１）面とするシリコン角柱が得られる。
ｂ：エッチングは、二つの垂直な（１１１）面を有するアライメント形状を形成したうえで、一方の（１１１）面にアライメントした第１次異方性エッチングと他方の（１１１）面にアライメントした第２次異方性エッチングにより行うので、正確に垂直な（１１１）面を掘り出すことができ、天面に対し正確に垂直になった側壁を有するシリコン角柱８が得られる。
ｃ：保護膜形成工程が垂直壁６を形成する工程の前のシリコン表面がフラットな状態で行われるので、レジストの塗布に特別の手法を要せず、露光も特別の問題なく容易に行える。
ｄ：第１次異方性エッチングと第２次異方性エッチングとの間に保護膜７を形成するので、第１次異方性エッチングにより形成される垂直壁６の側壁に保護膜７を付けることができ、第２次異方性エッチング時に側壁が削られるのを防止できる。このため、第２次異方性エッチングでは保護膜７の付いていない面だけがエッチング加工され、その側壁の（１１１）面でエッチストップしたとき角柱に仕上られることになる。よって、正確に四つの垂直な（１１１）面の側壁を有し、シリコン角柱８が得られる。
（第２の製法で得られたシリコン角柱）
上記第２の製法で作製されたシリコン角柱８は、四面とも垂直な（１１１）面で囲まれた角柱形状を形成することができる。また、本製法によって原理的には高アスペクト比の形状を形成することができる。
このように四つの側面が全て（１１１）面で構成されているということは、原子の結合状態が安定していることを意味し、バリや欠けが生じないことになる。したがって、断面積に対して高さの高い角柱、すなわち高アスペクト比の角柱に仕上げても実用的用途に供することが可能となる。
また、四つの側壁面は非常に平滑にもなる。このため、角柱形状を活かした様々な用途に適用することができる。
（（本発明のシリコン角柱））
本発明のシリコン角柱は、天面に対し四つの側面が垂直であり、側面は（１１１）面のみで囲まれているので、バリや欠けの無い角柱となる。よって、高いアスペクト比の角柱が出来、電極など様々な用途への適用が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０００６】
本発明のシリコン角柱は、さまざまな産業分野で、各種の用途に適用できる。たとえばフィルタ用母型や微細高密度電極などの用途が考えられるが、これらの用途に限られるものではない。
【０００１】
本発明は、シリコン角柱およびその製造法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウエハへの加工法の一つとして、結晶異方性エッチングが知られている。結晶異方性エッチングとは、ＫＯＨなどのエッチング溶液がある結晶方位に対してはエッチングが進むが、特定の結晶方位に対しては著しくエッチング反応が進まないことを利用して、特定の形状に加工していくエッチング法のことである。
シリコンウエハはシリコン結晶のインゴットを板状にスライスしたもので、その単結晶はダイヤモンド構造をとっている。このシリコン単結晶の結晶面は、（１００）面と（１１０）面と（１１１）面などを有しており、エッチング加工は、これらの結晶面によって様々な研究が行われている。
シリコンの異方性エッチングに関する多くの研究は、従来より、（１００）基板に関するものである。例えば、レジスト等で適度なパターニングを施し、シリコン（１００）基板を異方性エッチングすると（１１１）面を側面に持つピラミッド型の溝が形成される。この（１００）面のエッチング技術を使った具体例としては、三角形状に加工できることを活かしたＤＮＡナノピンセットやマイクロコネクタ用ソケット、センサデバイスなどであり、シリコンの異方性エッチングに関する研究の多くは、この（１００）基板に関するものである。
一方、（１００）面とは異なる（１１０）面を異方性エッチングすると、（１１１）面を側面に持つ垂直な溝が形成されることも知られている。このシリコン（１１０）基板に関する文献については、垂直な壁の形状は形成できるので、その垂直壁面を活かしてハーフミラーやエタロン、またマイクロミラーなどを作成する研究が報告されている（特許文献１、非特許文献１，２参照）。
以上のように、従来の結晶異方性エッチングを用いたシリコン加工技術では、ピラミッド形状を活かした物や垂直壁面を有する溝あるいは壁を有する物が多かった。一方、シリコンを角柱形状に加工した物は全く存在せず、その加工法も未だ知られていない。
このような状況の中で、本発明者は、シリコン角柱が得られれば、さまざまな産業分野で、これまで考えられていなかった用途、たとえばフィルタ用母型や微細高密度電極などの用途が生じることに鑑み、アスベクト比の高いシリコン角柱の加工技術を鋭意研究した結果、本発明を完成するに至った。
【特許文献１】
特開平８−９０４３１
【非特許文献１】
Ｙ．Ｕｅｎｉｓｈｉ，Ｍ．Ｔｓｕｇａｉ，ａｎｄ Ｍ．Ｍｅｈｒｅｇａｎｙ，″Ｍｉｃｒｏ−ｏｐｔｏ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｄｅｖｉｃｅｓ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｂｙ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｅｔｃｈｉｎｇ ｏｆ（１１０）ｓｉｌｉｃｏｎ，″Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ，Ｏｉｓｏ Ｊａｐａｎ，ｐｐ．３１９−３２４，（１９９４）．
【非特許文献２】
Ｙ．Ｕｅｎｉｓｈｉ，Ｍ．Ｔｓｕｇａｉ，ａｎｄ Ｍ．Ｍｅｈｒｅｇａｎｙ，″Ｍｉｃｒｏ−ｏｐｔｏ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｄｅｖｉｃｅｓ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｂｙ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｅｔｃｈｉｎｇ ｏｆ（１１０）ｓｉｌｉｃｏｎ，″Ｊ．Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ．Ｍｉｃｒｏｅｎｇ．，Ｖｏｌ．５，ｐｐ．３０５−３１２（１９９５）
【発明の開示】
【０００３】
ところで、従来のシリコンの（１１０）面加工技術を発展的に応用すると、シリコン（１１０）基板にレジストを四角くパターニングし、異方性エッチングすれば角柱が得られるように考えられるが、実際は不可能である。それは、（１１１）面が交差したとき、谷で交差した底点は１点に集まりエッチストップとして機能するが、山の頂点ではエッチストップとして機能しないからである。したがって、単なるパターニングではない新たな加工プロセスの原理が必要とされていたのである。
上記事情に鑑み、本発明は全く新たな技術原理に基づくシリコン角柱の製法を提供することを目的とする。また、本発明は、アスペクト比の高いシリコン角柱を提供することを目的とする。
第１発明のシリコン角柱の製造法は、（１１０）面のシリコンウエハを用い、該シリコンウエハの内部にある基板表面に垂直な二つの（１１１）面に沿った面を有するアライメント用形状を形成するアライメント形状形成工程と、前記一方の（１１１）面にアライメントした壁面を有する垂直壁を形成する第１次異方性エッチング工程と、前記垂直壁に対し前記他方の（１１１）面にアライメントした壁面を有する角柱を形成する第２次異方性エッチング工程とを順に実行することを特徴とする。
第２発明のシリコン角柱の製造法は、（１１０）面のシリコンウエハを用い、該シリコンウエハの内部にある基板表面に垂直な二つの（１１１）面を有するシリコンウエハを用い、前記二つの（１１１）面に沿った面を有するアライメント用形状を形成するアライメント形状形成工程と、前記一方の（１１１）面にアライメントしたレジストパターニングを施して、シリコンウエハに結晶異方性エッチング加工をして前記一方の（１１１）面が垂直な壁面となるように加工して垂直壁を形成する第１次異方性エッチング工程と、前記垂直壁の壁面を含めシリコンウエハの表面に保護膜を形成する保護膜形成工程と、前記他方の（１１１）面にアライメントしたレジストパターニングを施して、シリコンウエハに結晶異方性エッチング加工をして前記垂直壁の部分で前記他方の（１１１）面が垂直な壁面となるように加工して角柱を形成する第２次異方性エッチング工程とを順に実行することを特徴とする。
第３発明のシリコン角柱の製造法は、（１１０）面のシリコンウエハを用い、該シリコンウエハの内部にある基板表面に垂直な二つの（１１１）面を有するシリコンウエハを用い、前記二つの（１１１）面に沿った面を有するアライメント用形状を形成するアライメント形状形成工程と、前記一つの（１１１）面に沿った第１レジストパターンと、該第１レジストパターン上で前記他の（１１１）面に沿った第２レジストパターンを形成する保護膜形成工程と、前記隣り合う第１レジストパターンの間のシリコン面を異方性エッチングにより掘り下げて、第１レジストパターンに垂直な壁面を形成する第１次異方性エッチング工程と、前記垂直壁の側壁面を含めシリコンウエハの全面に保護膜を形成する保護膜形成工程と、前記垂直壁における第２レジストパターン部の下面にあるシリコン面を前記他の（１１１）面の方向に切断する切断工程と、前記シリコン面を結晶異方性エッチングにより掘り下げて、第１レジストパターン部を天面とする角柱を形成する第２次異方性エッチング工程とを順に実行することを特徴とする。
第４発明のシリコン角柱は、請求項２の製法により製造され、天面が（１１０）面で、４つの側面が（１１１）面からなり、前記四つの側面が共に前記天面に対し垂直であることを特徴とする。
第５発明のシリコン角柱は、第３発明の製法により製造され、天面が（１１０）面で、４つの側面が（１１１）面からなり、前記四つの側面が共に前記天面に対し垂直であることを特徴とする。
第６発明のシリコン角柱は、天面が（１１０）面で、四つの側面が（１１１）面からなり、前記四つの側面が共に前記天面に対し垂直であることを特徴とする。
第１発明によれば、（１１０）面のシリコンウエハを使い、その内部にある基板表面に垂直な二つの（１１１）面が出るようにエッチングするので、天面を（１１０）面とし、側面を（１１１）面とするシリコン角柱が得られる。また、エッチングは、二つの（１１１）面を有するアライメント形状を形成したうえで、一方の（１１１）面にアライメントした第１次異方性エッチングと他方の（１１１）面にアライメントした第２次異方性エッチングにより行うので、正確に（１１１）面を掘り出すことができ、天面に対し正確に垂直になった側壁を有するシリコン角柱が得られる。
第２発明によれば、アライメント形状形成工程と第１次異方性エッチング工程と第２次異方性エッチング工程とを有するので、第１発明の効果を全て継承しているので、天面に対し側壁面が垂直なシリコン角柱が得られる。そして、第２発明では、第１次異方性エッチングと第２次異方性エッチングとの間に保護膜形成工程を入れているので、第１次異方性エッチングにより形成される垂直壁の側壁に保護膜を付けることができ、第２次異方性エッチング時に側壁が削られるのを防止できる。このため、第２次異方性エッチングでは保護膜の付いた側壁に交差する面だけがエッチング加工されるので、その側壁の（１１１）面でエッチストップしたとき角柱に仕上られることになる。よって、第２発明では正確に四つの（１１１）面の側壁を有し、アスペクト比の高いシリコン角柱が得られる。
第３発明によれば、アライメント形状形成工程と第１次異方性エッチング工程と第２次異方性エッチング工程とを有するので、第１発明の効果を全て継承しているので、天面に対し側壁面が垂直なシリコン角柱が得られる。そして、第３発明では、保護膜形成工程が垂直壁を形成する工程の前のシリコン表面がフラットな状態で行われるので、レジストの塗布に特別の手法を要せず、露光も特別の問題なく容易に行える。また、第１次異方性エッチングと第２次異方性エッチングとの間に保護膜形成工程を入れているので、第１次異方性エッチングにより形成される垂直壁の側壁に保護膜を付けることができ、第２次異方性エッチング時に側壁が削られるのを防止できる。このため、第２次異方性エッチングでは保護膜の付いた側壁に交差する面だけがエッチング加工されるので、その側壁の（１１１）面でエッチストップしたとき角柱に仕上られることになる。よって、第３発明では正確に四つの（１１１）面の側壁を有し、アスペクト比の高いシリコン角柱が得られる。
第４発明のシリコン角柱は、天面に対し側壁が垂直であって、アスペクト比も高いものが含まれるため、角柱形状を活かした様々な用途に適用することができる。
第５発明のシリコン角柱は、天面に対し側壁が垂直であって、アスペクト比も高いものが含まれるため、角柱形状を活かした様々な用途に適用することができる。
第６発明のシリコン角柱は、天面に対し四つの側面が垂直であり、側面は（１１１）面のみで囲まれているので、バリや欠けの角柱となっている。よって平滑で、高いアスペクト比の角柱形状を活かした様々な用途への適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に係る第１の製法のうち工程（１）〜（３）の説明図である。
第２図は、同製法のうち工程（４）〜（６）の説明図である。
第３図は、同製法のうち工程（７）〜（９）の説明図である。
第４図は、同製法のうち工程（１０）〜（１２）の説明図である。
第５図は、本発明に係る第２の製法のうち工程（１）〜（３）の説明図である。
第６図は、同製法のうち工程（４）〜（６）の説明図である。
第７図は、同製法のうち工程（７）〜（９）の説明図である。
第８図は、同製法のうち工程（１０）〜（１２）の説明図である。
第９図は、同製法のうち工程（１３）〜（１５）の説明図である。
第１０図は、（Ａ）図はアライメント用形状４の説明図、（Ｂ）図はアライメント用形状の拡大平面図、（Ｃ）図は同断面図である。
第図１１図は、（Ａ）図は垂直壁６の断面図、（Ｂ）図は形成されたシリコン角柱８の斜視図である。
第１２図は、（Ａ）図は第２の製法における切り目を入れない場合の問題点の説明図、（Ｂ）図は切り目を入れた状態の断面図、（Ｃ）図は第２次異方性エッチングを終えた状態の断面図である。
第１３図は、第２次結晶異方性エッチングを３０分行って出来た角柱のＳＥＭ写真である。
第１４図は、第２次結晶異方性エッチングを１時間行って出来た角柱のＳＥＭ写真である。
第１５図は、エッチングが完了して酸化膜も除去した状態のＳＥＭ写真である。
第１６図は、図１５の一部拡大写真である。
第１７図は、シリコンウエハの結晶面方位の説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
（（技術原理））
本発明は、（１１０）シリコンウエハの内部にある基板表面に垂直な（１１１）面を用いて天面（１１０）面に垂直な側壁を有する高アスペクト比の角柱を形成する点に本質的な技術原理が存する。
（１１０）シリコンウエハにおける（１１１）面の位置は、図１３に示すようになっていることが知られている。同図において矢印は面の法線ベクトルである。この図より、（１１０）シリコンウエハにおいて、（１１１）面は大きく分けて、（１１０）面に対して垂直になっている面と斜めになっている面があることが分かる。また垂直な（１１１）面同士は、１０９．５°の角度をなしている。本発明では結晶異方性によるエッチング特性を利用し、この垂直な二つの（１１１）面を利用することで高アスペクト比の角柱形状を形成するものである。
また、本発明で用いるシリコンウエハは、（１１０）面が表面となるようにインゴットからスライスしたウエハである。
（（本発明の製法））
本発明の製法には、以下に示す第１と第２の二つの方法がある。
（（第１の製法））
まず、第１の製法を説明する。この製法は以下の工程（１）〜工程（１２）の１２工程からなる。なお、特許請求の範囲（請求項２）で特定した工程との対応関係は以下のとおりである。
・アライメント形状形成工程：（１）〜（３）
・第１次異方性エッチング工程：（４）〜（６）
・保護膜形成工程：（７）〜（８）
・第２次異方性エッチング工程：（１１）〜（１２）
（アライメント形状形成工程）
（１）保護膜形成
図１の（１）に示すように、シリコンウエハ１全面に結晶異方性エッチング時のマスクとなる保護膜２を成膜する。
この工程は、後の工程（２）で行うアライメント用形状を形成する目的の他に、工程（６）で結晶異方性エッチングするとき垂直壁が溶けないようにするためである。
本工程における成膜には、Ｓｉ３Ｎ４やＳｉＯ２が使用でき、成膜法には、公知のＣＶＤなどが用いられる。
なお、アライメント形状の形成と垂直壁の形成には、Ｓｉ３Ｎ４が最適である。結晶異方性エッチングを行う場合のエッチング液として代表的なものにＫＯＨとＴＭＡＨがあり、このどちらの溶液を用いても異方性エッチングを行うことができるが、どちらの溶液を用いるかにより、マスク材をＳｉ３Ｎ４にするかＳｉＯ２にするか選択する必要がある。Ｓｉ３Ｎ４は、ＫＯＨとＴＭＡＨで極めて溶解されにくいためエッチングの途中でＳｉ３Ｎ４が無くなってしまうことはなく、時間管理による膜厚制御が容易である。ＳｉＯ２はＫＯＨを用いるときエッチング速度が大きいので、膜厚制御のための時間管理が困難であるが、充分な厚さの膜厚を成膜しておけばマスク材として使用できる。
（２）アライメント用形状の形成準備
図１の（２）に示すように、前記工程で形成された保護膜２（例えばＳｉ３Ｎ４）にアライメント用孔３（円形開口）を形成する。この加工には特別の制約はないが、例えば、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ反応性イオンエッチング）をシリコン面が出るまで行い、熱硫酸過水でレジストを除去することで行える。
アライメント用孔３の位置と数は任意である。ただし、位置はマスクアライナーでの顕微鏡を用いた位置合わせ時に見える場所に形成する必要がある。ウエハ１全面を見ることができるマスクアライナーを使用する場合はどこに形成してもよい。数に関しては任意である。図では左右に２個づつ、計４個を示しているが、これに限ることはない。なお、離れた２点間の方がアライメント精度が高くなる。
（３）アライメント用形状の形成
図１の（３）に示すように、前記工程（２）で形成した孔３の下のシリコン面にアライメント用形状４を形成する。このため結晶異方性エッチングを行う。例えば、ＴＭＡＨ（溶液ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ ａｍｍｏｎｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ，（ＣＨ３）４ＮＯＨ）を適当な容器に入れて６０℃〜８０℃程度に加熱し、ウエハを浸けてエッチングする。このときに、形成したアライメント用形状４のＳＥＭ写真は図１の（３）のとおりである。
このアライメント用形状４は、図１０の（Ａ）に示すように、保護膜２の下のシリコン面に凹んで形成されている。また、その正確な形状は、（Ｂ）図に示す平面視で六角形であり、（Ｃ）図に示す断面視で三角形の凹所である。そして、このアライメント用形状４は互いに交わる二つの垂直な（１１１）面を有している。この二つの（１１１）面がアライメントの基準となる。
（第１次異方性エッチング工程）
（４）一方の垂直な（１１１）面に合わせたレジストパターニング
図２の（４）に示すように、ウエハ１の表面にレジスト５を塗布し、露光現象することにより、アライメント用の一方の垂直な（１１１）面に合わせて複数本のライン形状をパターニングする。レジスト５は公知の材料、例えば有機系のレジスト等をとくに制限なく用いることができ、塗布法も公知の方法、例えばスピンコーターやスプレーコーターを用いることができる。また、露光法は、公知のフォトエッチングの手法を用いてよい。
レジストパターニングをアライメント用形状４の（１１１）面にアライメントするにはウエハとマスクの位置合わせを行う「マスクアライナー」という公知の装置を用いることができる。また、レジストパターニングは非常に微細なため、顕微鏡で観察しながら、ウエハをｘ，ｙ方向とθ（回転）に移動させ、アライメント用形状４との位置合わせを行う。
このレジストパターニングは帯状のものを複数本平行に形成すると、後述するようにこの部分にシリコン角柱ができることになる。
（５）シリコン面の保護膜の除去
つぎに図２の（５）に示すように、シリコン面の保護膜２を除去して、パターニングされた保護膜２（Ｓｉ３Ｎ４）のみを残すようにする。具体的には、ＲＩＥを用いて保護膜２（Ｓｉ３Ｎ４）をエッチングし、シリコン面を出す。熱硫酸過水で洗浄し、レジストを剥離する。
なお、ＲＩＥでエッチングを行うと、レジストが無くなる前にＳｉ３Ｎ４がエッチングされシリコン面が出てくるが、長時間エッチングするとレジストも無くなり、レジストの下のＳｉ３Ｎ４もエッチングされていくため、エッチング時間に注意する必要がある。この工程によってレジストパターニングの天面にはＳｉ３Ｎ４の保護膜２が残されることになる。
（６）シリコン面の第１次異方性エッチング・垂直壁の形成
ここで図２の（６）に示すように、シリコンウエハ１に結晶異方性エッチングを行う。エッチング液はＴＭＡＨなど公知のエッチング液が使える。この工程で保護膜２部分の天面にはＳｉ３Ｎ４が残っているので、エッチングの結果、帯状の保護膜２部分に隣接するシリコン面が掘れていき、保護膜２部分の側面は垂直壁６に形成される。このとき、保護膜２部分の側面が垂直な壁面になるが、これは垂直壁６の壁面がウエハ表面の（１１０）面に対して垂直な二つの（１１１）面のうちの一つの（１１１）面であるためである。このときに、形成した垂直壁６は図（６）に示すＳＥＭ写真（走査電子顕微鏡写真）のとおりである。実験例では、形成された垂直壁６の高さは約３０μｍであった。
（保護膜形成工程）
（７）全面保護膜形成
図３の（７）に示すように、垂直壁６を形成した後、ウエハ１全面に保護膜７を形成する。この保護膜形成のため、例えばウエハを熱酸化し全面に酸化膜を形成する。この結果、図１１の（Ａ）に示すように、垂直壁６の天面６ａと側面６ｂを含めシリコンウエハ１全面に保護膜７が形成されることになる。つまり、この工程は後の工程（１１）での第２次異方性エッチングのためのマスク材を形成している。
この工程では、保護膜７として、Ｓｉ３Ｎ４ではなく酸化膜（ＳｉＯ２）を用いている。その理由は、酸化膜を形成した方が工程（８）でのレジストパターニング後のマスク材のエッチングが容易であるためである。しかし、保護膜７をＳｉ３Ｎ４もしくＳｉＯ２にしてＲＩＥでエッチングを行うことも可能であり、また、Ｓｉ３Ｎ４を用いることもできる。ただこのときは膜厚、溶液をそれに合わせて適切なものにする必要がある。
酸化膜（ＳｉＯ２）の形成には、公知の方法を用いることができる。例えば、酸化炉を用い、炉内温度を約１０００度として、そこに酸素ガスを入れるとウエハを酸化できる。酸化炉における酸化プロセスにはドライ酸化とウェット酸化があるが、いずれも利用できる。また、ＣＶＤで成膜したり、ＡＰＣＶＤ（Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）やＬＰＣＶＤ方法も可能であり、これらは任意に選択して良い。
（８）他方の垂直な（１１１）面に合わせたレジストパターニング
図３の（８）に示すように、この工程では、アライメント用形状４のもう一つの垂直な（１１１）面に合わせてレジストパターニングをする。
このため、ウエハ１上面にレジスト８を塗布する。この工程では、厚膜レジスト（膜厚３０μｍ）を塗布するのが好ましい。このとき、垂直壁６の高さをすべてコートする必要がある。従って膜厚の厚いレジストを形成できる厚膜レジスト（ＰＭＥＲ、ＳＵ−８等）を用いている。レジスト塗布の方法としてはスピンコーター以外にも全面に塗布できれば良いので、スプレーコートなども使用できる。さらに、レジストの代わりに金属を付着させて、それをマスク材に使用することもできる。そして、もう一方の垂直な（１１１）面に合わせて複数本のライン形状をパターニングする。このときのアライメント方法は工程（４）と同じでよい。レジストパターニング後の様子は図（８）のＳＥＭ写真のとおりである。この工程で、工程（６）で形成した垂直壁６と本工程で形成したレジストパターン８とで井桁状に囲まれた部分に酸化膜７が残されることになる。
（９）シリコン面の保護膜除去
次に、図３の（９）に示すように、レジスト８をマスクにして酸化膜７をエッチングする。このとき、シリコンウエハ１の表面が出てくるまで酸化膜エッチングを行う。このエッチング法としては、フッ酸の溶液にウエハを浸けて酸化膜のエッチングをしてもよく、ＲＩＥ（イオン加工）を用いてもエッチングしてもよい。このエッチングにより垂直壁６においてもレジスト８で保護されていない部分の酸化膜が取れ、シリコン表面が出てくる。この結果、垂直壁６の長手方向において、酸化膜７の付着した部分と除去された部分が交互に形成される。
（１０）レジスト除去・シリコン面を出す
図４の（１０）に示すように、工程（８）で塗布したレジスト８を剥離する。剥離した状態は図１０のＳＥＭ写真のとおりであり、この状態はもう一方の垂直な（１１１）面に合わせて、酸化膜７がライン状に垂直壁６の上面と側面を保護している状態である。しかも、酸化膜７は垂直壁６の長手方向において、間隔をあけて存在した状態となる。この飛々に存在する酸化膜７によって、角柱を形成する準備ができたことになる。
レジストの除去は工程（５）の方法と同じで、熱硫酸過水（硫酸と過酸化水素水を３：１の割合で混合したもの）で行う。レジストの剥離方法は他にもあり、任意の方法を使ってよい。
（第２次異方性エッチング工程）
（１１）シリコン面の第２次異方性エッチング
次に、図４の（１１）に示すように、酸化膜７をマスクにしてシリコンウエハ１により第２次異方性エッチングを行う。エッチング液はＴＭＡＨなどが使え、この工程の異方性エッチングは、工程（６）と同じ方法でよい。
そして、ウエハ１のシリコン面が掘れたとき先の工程（６）で形成された垂直な（１１１）面とはもう一方の垂直な（１１１）面で（天面のマスク部の端の箇所の（１１１）面で）エッチストップするので、この結果、シリコン角柱８が残る。
（１２）保護膜除去
最後に、図４の（１２）に示すように、酸化膜を除去する。この工程はフッ酸で行ってもよく、ＲＩＥで除去してもよい。この結果、シリコン基板上にシリコン角柱８が林立した状態となる。
図１１の（Ｂ）は、シリコン角柱８が基板１上に形成された状態を示している。このように形成された複数本のシリコン角柱８は、基板１上に林立したまま使ってもよく、任意の角柱８を切り取って適宜の用途に使用してもよい。
（第１の製法の利点）
上記第１の製法の利点は、以下のとおりである。
ａ：（１１０）面のシリコンウエハを用い、その内部にある基板表面に垂直な二つの（１１１）面が出るようにエッチングするので、天面を（１１０）面とし、側面を（１１１）面とするシリコン角柱が得られる。
ｂ：エッチングは、二つの垂直な（１１１）面を有するアライメント形状を形成したうえで、一方の（１１１）面にアライメントした第１次異方性エッチングと他方の（１１１）面にアライメントした第２次異方性エッチングにより行うので、正確に垂直な（１１１）面を掘り出すことができ、天面に対し正確に垂直になった側壁を有するシリコン角柱８が得られる。
ｃ：第１次異方性エッチングと第２次異方性エッチングとの間に保護膜形成工程を入れているので、第１次異方性エッチングにより形成される垂直壁６の側壁に保護膜７を付けることができ、第２次異方性エッチング時に側壁が削られるのを防止できる。このため、第２次異方性エッチングでは保護膜７の付いた側壁に交差する面だけがエッチング加工されるので、その側壁の（１１１）面でエッチストップしたとき角柱８に仕上られることになる。よって、正確に四つの垂直な（１１１）面の側壁を有し、原理的にアスペクト比の高いシリコン角柱８が得られる。
（第１の製法で得られたシリコン角柱）
上記第１の製法で作製されたシリコン角柱８は、四面とも垂直な（１１１）面で囲まれた角柱形状となる。また、本製法によって実験的に制作した角柱の高さは約３０μｍであるが、原理的には高アスペクト比の形状を形成することができる。
このように四つの側面が全て（１１１）面で構成されているということは、原子の結合状態が安定していることを意味し、外力に対して非常に高い剛性をもつことになる。したがって、断面積に対して高さの高い角柱、すなわち高アスペクト比の角柱に仕上げても実用的用途に供することが可能となる。
また、四つの側壁面原子の結晶面に沿って形成されるので非常に平滑にもなる。このため、角柱形状を活かした様々な用途に適用することができる。
（（第２の製法））
つぎに、第２の製法を説明する。
第２の製法は、いったん形成した垂直壁に切れ目を入れる製法であるが、本製法における結晶方位の考え方は、第１の製法と同じである。本製法の場合は、レジストのパターニングを加工していないウエハ、すなわち高い段差を形成していないウエハにパターニングできるため、プロセスが非常に容易であるという長所がある。
つぎに、全工程を順を追って説明するが、つぎの工程（１）〜（５）は、先に説明した第１の製法と同じであるので、詳細は省略し、簡略化した説明とする。
なお、特許請求の範囲（請求項３）で特定した工程との対応関係は、以下のとおりである。
・アライメント形状形成工程：（１）〜（３）
・保護膜形成工程：（４）〜（９）
・第１次異方性エッチング工程：（１０）
・保護膜形成工程：（１１）〜（１２）
・切断工程：（１３）
・第２次異方性エッチング工程：（１４）〜（１５）
（アライメント用形状形成工程）
（１）保護膜形成
図５の（１）に示すように、シリコンウエハ１全面に保護膜２を形成する。この保護膜２は工程（２）のアライメント用形状の形成時と工程（１０）の第１次異方性エッチング時のマスクを形成するものである。この保護膜２は、例えばＳｉ３Ｎ４をＬＰＣＶＤにより成膜することで得られる。
（２）アライメント用形状の形成準備
図５の（２）に示すように、保護膜２としてのＳｉ３Ｎ４にアライメント用孔３をエッチングにより形成する。
（３）アライメント用形状の形成
図５の（３）に示すように、ＴＭＡＨにより結晶異方性エッチングを行い、アライメント用形状の下のシリコン面にアライメント用形状４を形成する。このアライメント用形状は図１０に示す六角形の凹所であり、この六角形凹所には、二つの垂直な（１１１）面が形成されている。
（保護膜形成工程）
（４）垂直な（１１１）面に合わせたレジストパターニング
図６の（４）に示すように、シリコンウエハ１の表面にレジスト５を塗布し、アライメント用形状の一方の垂直な（１１１）面に合わせて、複数本のレジストパターニングを形成する。アライメントの手法は、前記第１の製法と同じである。
（５）シリコン面の保護膜の除去
図６の（５）に示すように、いったん工程（１）で形成した保護膜２（Ｓｉ３Ｎ４）をエッチングにより除去する。これにより、レジスト５部分以外でシリコン面が出る。
（６）全面保護膜形成
つぎに、第１の製法における工程（６）「異方性エッチング」をせずに、本製法の工程（６）として、図６の（６）に示す全面保護膜を形成する工程を実行する。すなわち、前工程で用いたレジストを剥離した後、シリコンウエハ全面に保護膜４としての酸化膜を形成する。前工程（５）ではウエハに保護膜（Ｓｉ３Ｎ４）が帯状にパターニングされているので、帯状のＳｉ３Ｎ４部分は酸化されず、シリコン面のみに保護膜４（ＳｉＯ２）が形成される。
本工程（６）で形成する保護膜４は工程（１０）での垂直壁形成時のマスク材となるものである。
（７）他の垂直な（１１１）面に合わせたレジストパターニング
次に、図７の（７）に示すように、もう一方の垂直な（１１１）面に合わせて複数本のレジスト８をパターンニングする。アライメントの手法は、前記第１の製法と同じである。
（８）シリコン面の保護膜除去
ここで、図７の（８）に示すように、レジスト８をマスクにして保護膜２（Ｓｉ３Ｎ４）と保護膜４（ＳｉＯ２）をイオンエッチング等により除去する。
（９）レジスト除去・シリコン面を出す
ついで、図７の（９）に示すように、レジスト８を剥離する。そうすると、レジスト８の跡に、複数本の帯状部分が現れ、各帯状部分には、保護膜２（Ｓｉ３Ｎ４）と保護膜４（ＳｉＯ２）が交互に並ぶことになる。
以上の工程（４）〜（９）により、帯状部分にＳｉＯ２とＳｉ３Ｎ４が交互に保護膜２，４として形成されるが、このように保護膜２，４が交互に現れるように成膜するのは、工程（１２）で保護膜２（Ｓｉ３Ｎ４）を除去してシリコン面を出して、工程（１３）で現れたシリコン面の部分を一方の垂直な（１１１）面に合わせて切り目を入れるためである。
上記（４）〜（９）の工程によると、シリコンウエハ１が平坦な状態で２つの垂直な（１１１）面にアライメントしたマスクを形成できるので、マスクの形成が容易であるという点がある。なぜならば段差の高さが数百μｍあるような壁にレジストを塗布しパターニングするには厚膜レジストを塗布するなど様々な工夫が必要となる。レジストの塗布だけであればスプレーコート法を用いる等の工夫で可能であるが、露光については深い溝に光が入っていかず、底面まで露光できない等の様々な問題を解決しなければならない。よって、本製法のように、ウエハ表面がフラットな状態のままで２つの垂直な（１１１）面に合わせてマスク材が形成できると、製作が容易になるという点で利点が大きい。
なお、本製法において、工程（１）でまず保護膜２（Ｓｉ３Ｎ４）を成膜しているが、この前に保護膜４（ＳｉＯ２）を先に成膜し、その後に保護膜２（Ｓｉ３Ｎ４）を成膜すれば工程（５）でシリコンが出てきている部分が保護膜４（ＳｉＯ２）が出てくることになり、そのまま工程（７）のパターニングを行うようにしてもよい。つまり、最初に保護膜４（ＳｉＯ２）を成膜することによっても、その結果、工程（６）と同じ形状が得られる。
（第１次異方性エッチング工程）
（１０）シリコン面の第１次異方性エッチング
ここで、図８の（１０）に示すように、結晶異方性エッチングを用いることによりシリコン面を掘り下げて垂直壁６を形成する。この工程でのエッチングにより、帯状の保護膜２，４の部分はエッチングされず、保護膜２，４に隣接するシリコン面が掘れていき、保護膜２，４が形成された帯状部分は垂直壁６に形成される。このとき、垂直壁６の側面が垂直になるが、これは垂直壁６の壁面がウエハ表面の（１１０）面に対して垂直な二つの（１１１）面のうちの一つの（１１１）面であるためである。
（保護膜形成工程）
（１１）垂直壁に保護膜形成
図８の（１１）に示すように、ウエハ１全体を熱酸化により保護膜７として酸化膜（ＳｉＯ２）を形成する。この結果、垂直壁６の天面と側面に保護膜７が形成されることになる。つまり、この工程は後の第２次結晶異方性エッチングのためのマスク材を形成している。
（１２）垂直壁上面の保護膜一部除去
ここで、図８の（１２）に示すように、垂直壁６上面の保護膜２（Ｓｉ３Ｎ４）をエッチングにより除去する。この工程のエッチングにはＲＩＥが使用できる。この工程の目的は、この部分を第２次異方性エッチングで除去するためである。
（切断工程）
（１３）垂直壁を切る
図９の（１３）に示すように、垂直壁６において保護膜２を除去した部分に切れ目を入れる。切れ目を入れる手段は何でもよく、例えばダイシングソーやレーザー加工などが使える。この切れ目を入れる目的は別の斜めの（１１１）面でエッチストップするのを防止し、垂直な面までエッチングを進行させるためである。すなわち、切れ目がない場合は、図１２の（Ａ）に示すように、斜めの（１１１）面が現れて、互いの底点が１点で合うと、そこでエッチストップして、それ以上エッチング加工が進行しなくなる。これに対し、同図（Ｂ）に示すように、切れ目の跡１０が縦に形成されていると、側方に向かってエッチングが進んでいき、同図（Ｃ）に示すように垂直な（１１１）面が現れたときエッチストップすることになる。この垂直な（１１１）面を現出させることが角柱を作るための必須の要件となっている。
（第２次異方性エッチング工程）
（１４）シリコン面の第２次結晶異方性エッチング
図９の（１４）に示すように、最後にＴＭＡＨで第２次結晶異方性エッチングを行う。この工程でのエッチングの結果、垂直壁６の一部で切れ目を入れた箇所のシリコン面が掘れていき、その切れ目を入れた側面部分は結晶（１１１）面に沿って垂直に形成される。これは垂直壁６の壁面がウエハ表面の（１１０）面に対して垂直な二つの（１１１）面のうちの他の（１１１）面であるためである。なお、垂直壁６の形成済みの壁面には保護膜７が付いているので、第２次異方性エッチング時に側壁が削られるのを防止できる。このため、第２次異方性エッチングでは保護膜の付いた側壁に交差する面だけがエッチング加工されるので、その側壁の（１１１）面でエッチストップしたとき角柱に仕上げられることになる。なお、垂直壁６の天面には保護膜７（ＳｉＯ２）が残っている。
この第２次結晶異方性エッチングの結果、天面に保護膜７が残ったままのシリコン角柱８が形成される。
図１３は第２次結晶異方性エッチングを３０分行って出来た角柱のＳＥＭ写真、図１４は同じく１時間後のＳＥＭ写真、図１５はエッチングが完了して酸化膜も除去した状態のＳＥＭ写真、図１６は図１５の一部拡大写真である。
図１３の状態では、出来上りつつある角柱の根元には斜面が残っており、側面には薄い酸化膜も付いている。図１４の状態では根元の斜面がほとんど無くなっている。図１５の状態ではきれいな角柱に仕上っている。この仕上った状態では、図１６に示すように角柱の側面が極めて平滑に仕上っている。
（１５）酸化膜除去
図９の（１５）に示すように、保護膜７（ＳｉＯ２）を除去するとシリコン角柱８が出現する。このシリコン角柱８は図１１の（Ｂ）に示すものと同様にシリコンウエハ１に多数本のシリコン角柱８が林立したものである。
（第２の製法の利点）
上記第２の製法の利点は、以下のとおりである。
ａ：（１１０）面のシリコンウエハを用い、その内部にある基板表面に垂直な二つの（１１１）面が出るようにエッチングするので、天面を（１１０）面とし、側面を（１１１）面とするシリコン角柱が得られる。
ｂ：エッチングは、二つの垂直な（１１１）面を有するアライメント形状を形成したうえで、一方の（１１１）面にアライメントした第１次異方性エッチングと他方の（１１１）面にアライメントした第２次異方性エッチングにより行うので、正確に垂直な（１１１）面を掘り出すことができ、天面に対し正確に垂直になった側壁を有するシリコン角柱８が得られる。
ｃ：保護膜形成工程が垂直壁６を形成する工程の前のシリコン表面がフラットな状態で行われるので、レジストの塗布に特別の手法を要せず、露光も特別の問題なく容易に行える。
ｄ：第１次異方性エッチングと第２次異方性エッチングとの間に保護膜７を形成するので、第１次異方性エッチングにより形成される垂直壁６の側壁に保護膜７を付けることができ、第２次異方性エッチング時に側壁が削られるのを防止できる。このため、第２次異方性エッチングでは保護膜７の付いていない面だけがエッチング加工され、その側壁の（１１１）面でエッチストップしたとき角柱に仕上られることになる。よって、正確に四つの垂直な（１１１）面の側壁を有し、シリコン角柱８が得られる。
（第２の製法で得られたシリコン角柱）
上記第２の製法で作製されたシリコン角柱８は、四面とも垂直な（１１１）面で囲まれた角柱形状を形成することができる。また、本製法によって原理的には高アスペクト比の形状を形成することができる。
このように四つの側面が全て（１１１）面で構成されているということは、原子の結合状態が安定していることを意味し、バリや欠けが生じないことになる。したがって、断面積に対して高さの高い角柱、すなわち高アスペクト比の角柱に仕上げても実用的用途に供することが可能となる。
また、四つの側壁面は非常に平滑にもなる。このため、角柱形状を活かした様々な用途に適用することができる。
（（本発明のシリコン角柱））
本発明のシリコン角柱は、天面に対し四つの側面が垂直であり、側面は（１１１）面のみで囲まれているので、バリや欠けの無い角柱となる。よって、高いアスペクト比の角柱が出来、電極など様々な用途への適用が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０００６】
本発明のシリコン角柱は、さまざまな産業分野で、各種の用途に適用できる。たとえばフィルタ用母型や微細高密度電極などの用途が考えられるが、これらの用途に限られるものではない。
Claims (6)
- （１１０）面のシリコンウエハを用い、
該シリコンウエハの内部にある基板表面に垂直な二つの（１１１）面に沿った面を有するアライメント用形状を形成するアライメント形状形成工程と、
前記一方の（１１１）面にアライメントした壁面を有する垂直壁を形成する第１次異方性エッチング工程と、
前記垂直壁に対し前記他方の（１１１）面にアライメントした壁面を有する角柱を形成する第２次異方性エッチング工程と
を順に実行することを特徴とするシリコン角柱の製造法。 - （１１０）面のシリコンウエハを用い、
該シリコンウエハの内部にある基板表面に垂直な二つの（１１１）面に沿った面を有するアライメント用形状を形成するアライメント形状形成工程と、
前記一方の（１１１）面にアライメントしたレジストパターニングを施して、シリコンウエハに結晶異方性エッチング加工をして前記一方の（１１１）面が垂直な壁面となるように加工して垂直壁を形成する第１次異方性エッチング工程と、
前記垂直壁の壁面を含めシリコンウエハの表面に保護膜を形成する保護膜形成工程と、
前記他方の（１１１）面にアライメントしたレジストパターニングを施して、シリコンウエハに結晶異方性エッチング加工をして前記垂直壁の部分で前記他方の（１１１）面が垂直な壁面となるように加工して角柱を形成する第２次異方性エッチング工程と
を順に実行することを特徴とするシリコン角柱の製造法。 - （１１０）面のシリコンウエハを用い、
該シリコンウエハの内部にある基板表面に垂直な二つの（１１１）面に沿った面を有するアライメント用形状を形成するアライメント形状形成工程と、
前記一つの（１１１）面に沿った第１レジストパターンと、該第１レジストパターン上で前記他の（１１１）面に沿った第２レジストパターンを形成する保護膜形成工程と、
前記隣り合う第１レジストパターンの間のシリコン面を異方性エッチングにより掘り下げて、第１レジストパターンに垂直な壁面を形成する第１次異方性エッチング工程と、
前記垂直壁の側壁面を含めシリコンウエハの全面に保護膜を形成する保護膜形成工程と、
前記垂直壁における第２レジストパターン部の下面にあるシリコン面を前記他の（１１１）面の方向に切断する切断工程と、
前記シリコン面を結晶異方性エッチングにより掘り下げて、第１レジストパターン部を天面とする角柱を形成する第２次異方性エッチング工程と
を順に実行することを特徴とするシリコン角柱の製造法。 - 請求項２の製法により製造され、天面が（１１０）面で、４つの側面が（１１１）面からなり、前記四つの側面が共に前記天面に対し垂直であることを特徴とするシリコン角柱。
- 請求項３の製法により製造され、天面が（１１０）面で、４つの側面が（１１１）面からなり、前記四つの側面が共に前記天面に対し垂直であることを特徴とするシリコン角柱。
- 天面が（１１０）面で、四つの側面が（１１１）面からなり、前記四つの側面が共に前記天面に対し垂直であることを特徴とする角柱状のシリコン角柱。
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