JP5960511B2 - Silicon anisotropic etching method - Google Patents

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本発明は、シリコン基板の主表面に対して50〜60°の角度を成す傾斜面を形成する湿式のシリコン異方性エッチング方法に関する。   The present invention relates to a wet silicon anisotropic etching method for forming an inclined surface having an angle of 50 to 60 ° with respect to a main surface of a silicon substrate.

シリコン基板に施した微細加工を通じて、加速度センサ、圧力センサ、インクジェットプリンタ用ヘッド、薄膜磁気ヘッド等を作製する方法が公知である。このような微細加工においては、エッチング速度がシリコン基板の結晶面方位により異なることを利用したシリコン異方性エッチング方法が用いられている。   A method of manufacturing an acceleration sensor, a pressure sensor, an ink jet printer head, a thin film magnetic head, and the like through microfabrication performed on a silicon substrate is known. In such fine processing, a silicon anisotropic etching method using the fact that the etching rate varies depending on the crystal plane orientation of the silicon substrate is used.

従来、シリコン異方性エッチング方法では、シリコン異方性エッチング液として、水酸化カリウム、テトラメチルアンモニウム水酸化物(TMAH)等を含むアルカリ水溶液が用いられており、金属を含まない点で、TMAHを含むシリコン異方性エッチング液が好適に用いられている。例えば、特許文献1及び2には、TMAHを含むシリコン異方性エッチング液を用いてシリコン基板に異方性エッチングを施した場合、{100}面のエッチング速度が{111}面のエッチング速度の6〜100倍程度であり、TMAHを含むシリコン異方性エッチング液が{100}面を選択的にエッチングするものであることが開示されている。   Conventionally, in the silicon anisotropic etching method, an alkaline aqueous solution containing potassium hydroxide, tetramethylammonium hydroxide (TMAH) or the like is used as the silicon anisotropic etching solution, and TMAH is not included in the point that it does not contain a metal. A silicon anisotropic etching solution containing is preferably used. For example, in Patent Documents 1 and 2, when anisotropic etching is performed on a silicon substrate using a silicon anisotropic etchant containing TMAH, the {100} plane etching rate is the same as the {111} plane etching rate. It is disclosed that the silicon anisotropic etchant containing TMAH is about 6 to 100 times and selectively etches the {100} plane.

特開平7−45582号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-45582 特開2009−206335号公報JP 2009-206335 A

ところで、近年、加工技術の複雑化に伴い、シリコンの結晶面を生かした異方性エッチング技術が注目されてきている。例えば、シリコン基板の{100}面上に<110>方向に沿った辺を有する開口を備えるエッチングマスクを設け、このエッチングマスクを設けたシリコン基板をエッチング液に浸漬することにより、<110>方向に平行な辺を有し、かつ{100}面に対して50〜60°の角度を成す傾斜面、即ち、{111}面をシリコン基板の深さ方向に向かって形成することが試みられている。しかし、本発明者らが検討したところ、TMAHを含むシリコン異方性エッチング液を用いた場合、傾斜面自体の形成が難しく、形成できたとしても、形成された傾斜面は平坦性に劣ることが判明した。   By the way, in recent years, with the complexity of processing techniques, attention has been focused on anisotropic etching techniques that make use of silicon crystal planes. For example, by providing an etching mask having an opening having a side along the <110> direction on the {100} plane of the silicon substrate, and immersing the silicon substrate provided with the etching mask in an etching solution, the <110> direction An inclined surface having a side parallel to the {100} plane and forming an angle of 50 to 60 ° with respect to the {100} plane, that is, a {111} plane, is attempted toward the depth direction of the silicon substrate. Yes. However, when the present inventors examined, when the silicon anisotropic etching liquid containing TMAH was used, formation of inclined surface itself was difficult, and even if it could be formed, the formed inclined surface is inferior in flatness. There was found.

本発明は、このような従来の実情に鑑みてなされたものであり、シリコン基板の主表面に対して50〜60°の角度を成し、平坦性が良好な傾斜面を形成することのできる湿式のシリコン異方性エッチング方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such conventional circumstances, and can form an inclined surface having an angle of 50 to 60 ° with respect to the main surface of the silicon substrate and good flatness. An object of the present invention is to provide a wet silicon anisotropic etching method.

本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究を重ねた。その結果、特定のシリコン異方性エッチング液を用いることにより上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。   The inventors of the present invention have made extensive studies to solve the above problems. As a result, it has been found that the above problem can be solved by using a specific silicon anisotropic etching solution, and the present invention has been completed.

即ち、本発明に係るシリコン異方性エッチング方法は、第4級アンモニウム水酸化物(但し、テトラメチルアンモニウム水酸化物を除く。)を含み、25〜70℃において、シリコン基板の{111}面のエッチング速度とシリコン基板の{100}面のエッチング速度との比であるエッチング選択比が0.25〜0.80であるシリコン異方性エッチング液を用いて、シリコン基板をエッチング加工するものであって、上記シリコン基板の{100}面上に<110>方向に沿った辺を有する開口を備えるエッチングマスクを設ける工程と、上記エッチングマスクを設けたシリコン基板を上記シリコン異方性エッチング液に浸漬することにより、上記<110>方向に平行な辺を有し、かつ上記{100}面に対して50〜60°の角度を成す傾斜面を上記シリコン基板の深さ方向に向かって形成する工程と、を含む。   That is, the silicon anisotropic etching method according to the present invention includes a quaternary ammonium hydroxide (excluding tetramethylammonium hydroxide), and the {111} plane of the silicon substrate at 25 to 70 ° C. The silicon substrate is etched using a silicon anisotropic etchant having an etching selectivity of 0.25 to 0.80, which is the ratio of the etching rate of the silicon substrate and the etching rate of the {100} plane of the silicon substrate. A step of providing an etching mask having an opening having a side along the <110> direction on the {100} plane of the silicon substrate; and the silicon substrate provided with the etching mask as the silicon anisotropic etching solution. By dipping, it has a side parallel to the <110> direction and an angle of 50 to 60 ° with respect to the {100} plane. The to the inclined surfaces and forming along the depth direction of the silicon substrate.

ここで、{100}面には、(100)面並びに(100)面と等価な対称性をもつ(010)面、(001)面、(−100)面、(0−10)面、及び(00−1)面の全てが含まれる。また、<110>方向には、[110]方向並びに[110]方向と等価な[011]方向、[101]方向、[−110]方向、[0−11]方向、[−101]方向、[1−10]方向、[01−1]方向、[10−1]方向、[−1−10]方向、[0−1−1]方向、及び[−10−1]方向の全てが含まれる。   Here, the {100} plane includes the (100) plane and the (010) plane, (001) plane, (-100) plane, (0-10) plane having symmetry equivalent to the (100) plane, and All of the (00-1) planes are included. The <110> direction includes the [110] direction and the [011] direction, [101] direction, [−110] direction, [0-11] direction, [−101] direction equivalent to the [110] direction, All of [1-10] direction, [01-1] direction, [10-1] direction, [-1-10] direction, [0-1-1] direction, and [-10-1] direction are included. It is.

本発明によれば、シリコン基板の主表面に対して50〜60°の角度を成し、平坦性が良好な傾斜面を形成することのできる湿式のシリコン異方性エッチング方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a wet silicon anisotropic etching method capable of forming an inclined surface having an angle of 50 to 60 ° with respect to a main surface of a silicon substrate and good flatness. it can.

本発明の実施形態に係るシリコン異方性エッチング方法を実施する際に使用するエッチングマスクの一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the etching mask used when enforcing the silicon anisotropic etching method which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るシリコン異方性エッチング方法の主要な工程を示す、図1のA−A切断面に沿った開口1a近傍の部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of the opening 1a vicinity along the AA cut surface of FIG. 1 which shows the main processes of the silicon anisotropic etching method which concerns on embodiment of this invention. 図2(a)〜図2(g)に示した断面図に対応するシリコン異方性エッチング方法の各手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows each procedure of the silicon anisotropic etching method corresponding to sectional drawing shown to Fig.2 (a)-FIG.2 (g). 図2及び図3に示したシリコン異方性エッチング方法によりシリコン基板2の主表面P1に形成された凹部を示す、主表面P1の平面図である。FIG. 4 is a plan view of the main surface P1 showing a recess formed in the main surface P1 of the silicon substrate 2 by the silicon anisotropic etching method shown in FIGS. 2 and 3.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

まず、図1を参照して、本発明の実施形態に係るシリコン異方性エッチング方法を実施する際に使用するエッチングマスク1について説明する。本発明の実施形態に係るシリコン異方性エッチング方法は、シリコンを腐食溶解する性質を持つ液体の薬品(シリコン異方性エッチング液)を使ったウェット(湿式)エッチング方法の1つであって、微細なセンサ等に用いられるダイヤフラムを形成したり、シリコン基板の厚みと同程度の掘り込みを形成したりする際に使用される。そして、エッチングマスク1は、当該エッチング方法により除去したいシリコン基板の部分だけを薬品に晒し、シリコン基板の他の部分を薬品から覆い隠すために形成される。具体的に、エッチングマスク1は、シリコン基板の主表面全体に膜状に堆積され、かつエッチングにより除去したいシリコン基板の部分に開口1aを有する。図1は、シリコン基板の主表面側から見た平面図であるため、開口1aからシリコン基板2が現れ、シリコン基板2の他の部分はエッチングマスク1で覆い隠されている。また、シリコン基板2の外形とエッチングマスク1の外形は等しい。   First, with reference to FIG. 1, the etching mask 1 used when implementing the silicon anisotropic etching method which concerns on embodiment of this invention is demonstrated. A silicon anisotropic etching method according to an embodiment of the present invention is one of wet (wet) etching methods using a liquid chemical (silicon anisotropic etching solution) having a property of corrosive dissolution of silicon, It is used when a diaphragm used for a fine sensor or the like is formed, or when a digging similar to the thickness of a silicon substrate is formed. The etching mask 1 is formed to expose only the portion of the silicon substrate that is desired to be removed by the etching method to chemicals and to cover other portions of the silicon substrate from the chemicals. Specifically, the etching mask 1 is deposited in a film shape on the entire main surface of the silicon substrate, and has an opening 1a in a portion of the silicon substrate that is desired to be removed by etching. Since FIG. 1 is a plan view seen from the main surface side of the silicon substrate, the silicon substrate 2 appears from the opening 1 a and the other part of the silicon substrate 2 is covered with the etching mask 1. Further, the outer shape of the silicon substrate 2 and the outer shape of the etching mask 1 are equal.

なお、本発明の実施形態において、シリコン基板2は、[011]方向を示すオリエンテーションフラット1b(切り欠き)が形成された円盤状のシリコンウェハからなり、図1に示すエッチングマスク1が堆積されたシリコン基板2の主表面は(100)面である。もちろん、シリコン基板2には、ウェハ以外の形態のものも含まれ、例えば、SOI基板等の、絶縁体等の上に形成された単結晶シリコンからなる厚膜が含まれる。   In the embodiment of the present invention, the silicon substrate 2 is made of a disk-shaped silicon wafer in which an orientation flat 1b (notch) indicating the [011] direction is formed, and the etching mask 1 shown in FIG. 1 is deposited thereon. The main surface of the silicon substrate 2 is a (100) plane. Of course, the silicon substrate 2 includes a substrate other than a wafer, and includes, for example, a thick film made of single crystal silicon formed on an insulator, such as an SOI substrate.

図1に示す開口1aの形状は、<110>方向、即ち、[011]方向、[01−1]方向、[0−1−1]方向、[0−11]方向に平行な主要な4つ辺を有する方形状であり、主要な各辺の結晶方向に対する平行精度は、前後1°以内である。もちろん、エッチングマスク1に形成される開口の大きさや形状は、形成したいダイヤフラムや彫り込みの大きさや形状に応じて任意に定まるものであり、図1に示す形状に限定されるものではない。   The shape of the opening 1a shown in FIG. 1 has four main directions parallel to the <110> direction, that is, the [011] direction, the [01-1] direction, the [0-1-1] direction, and the [0-11] direction. It has a square shape with one side, and the parallel accuracy with respect to the crystal direction of each major side is within 1 °. Of course, the size and shape of the opening formed in the etching mask 1 are arbitrarily determined according to the diaphragm to be formed and the size and shape of the engraving, and are not limited to the shape shown in FIG.

エッチングマスク1の材質としては、シリコン異方性エッチング液に対して耐エッチング性を有しているものであればよく、例えば、二酸化ケイ素(SiO)、窒化ケイ素(Si)を使用することができる。 The material of the etching mask 1 may be any material having an etching resistance against a silicon anisotropic etching solution, and for example, silicon dioxide (SiO 2 ) or silicon nitride (Si 3 N 4 ) is used. can do.

次に、本発明の実施形態に係るシリコン異方性エッチング方法において使用するシリコン異方性エッチング液について説明する。シリコン異方性エッチング液は、第4級アンモニウム水酸化物(但し、テトラメチルアンモニウム水酸化物を除く。)を含み、25〜70℃において、シリコン基板の{111}面のエッチング速度とシリコン基板の{100}面のエッチング速度との比であるエッチング選択比が0.25〜0.80であるシリコン異方性エッチング液である。   Next, a silicon anisotropic etching solution used in the silicon anisotropic etching method according to the embodiment of the present invention will be described. The silicon anisotropic etching solution contains quaternary ammonium hydroxide (excluding tetramethylammonium hydroxide), and the etching rate of the {111} plane of the silicon substrate and the silicon substrate at 25 to 70 ° C. This is a silicon anisotropic etching solution having an etching selectivity ratio of 0.25 to 0.80, which is a ratio to the etching rate of the {100} plane.

上記シリコン異方性エッチング液において、上記エッチング選択比は、通常、0.25〜0.80、好ましくは0.30〜0.70である。上記エッチング選択比が0.25〜0.80であることにより、テトラメチルアンモニウム水酸化物(TMAH)を含むシリコン異方性エッチング液の場合に比べ、{111}面のエッチング速度と{100}面のエッチング速度とが互いに近い値となる。その影響により、シリコン基板の主表面に対して50〜60°の角度を成し、平坦性良好な傾斜面が容易に形成されるものと推測される。また、このような傾斜面4つと{100}面からなる平坦な底面とを有する凹部が容易に形成されるものと推測される。
以下、シリコン異方性エッチング液に含有される各成分について詳細に説明する。
In the silicon anisotropic etching solution, the etching selectivity is usually 0.25 to 0.80, preferably 0.30 to 0.70. When the etching selectivity is 0.25 to 0.80, the {111} plane etching rate and {100} are compared with the case of silicon anisotropic etching solution containing tetramethylammonium hydroxide (TMAH). The etching rates of the surfaces are close to each other. Due to the influence, it is presumed that an inclined surface having an angle of 50 to 60 ° with respect to the main surface of the silicon substrate and having good flatness is easily formed. Moreover, it is estimated that the recessed part which has such four inclined surfaces and the flat bottom face which consists of {100} surface is formed easily.
Hereinafter, each component contained in the silicon anisotropic etching solution will be described in detail.

[(A)第4級アンモニウム水酸化物(但し、テトラメチルアンモニウム水酸化物を除く。)]
第4級アンモニウム水酸化物(但し、テトラメチルアンモニウム水酸化物を除く。)((A)成分)としては、上記のエッチング選択比を与えるものであれば、特に限定されないが、例えば、下記一般式(1)で表される第4級アンモニウム水酸化物が挙げられる。
[(A) Quaternary ammonium hydroxide (excluding tetramethylammonium hydroxide)]
The quaternary ammonium hydroxide (excluding tetramethylammonium hydroxide) (component (A)) is not particularly limited as long as it provides the above-described etching selectivity. The quaternary ammonium hydroxide represented by Formula (1) is mentioned.

Figure 0005960511
(式中、R〜Rはそれぞれ独立に炭素数1〜16の1価炭化水素基を示す。但し、R〜Rに含まれる炭素数の合計は6以上である。)
Figure 0005960511
(In the formula, R 1 to R 4 each independently represent a monovalent hydrocarbon group having 1 to 16 carbon atoms. However, the total number of carbon atoms contained in R 1 to R 4 is 6 or more.)

上記一般式(1)で表される第4級アンモニウム水酸化物は、R〜Rに含まれる炭素数の合計が6以上であるため、テトラメチルアンモニウム水酸化物(TMAH)と比較して、嵩高い炭化水素基を有しており、塩基性が低下している。塩基性の低下が、アルカリ水溶液によるシリコンの溶解にどのような影響を及ぼすか検討する。アルカリ水溶液によるシリコンの溶解は以下の化学反応式に従って進行する。
Si+2OH+2HO → Si(OH)+H+2e
→[SiO(OH)2−+2H
この式から分かるように、アルカリ水溶液の塩基性が弱まれば、ケイ素と反応する水酸化物イオンが減少するため、シリコン基板のエッチング速度は低下する。このとき、{100}表面は、{111}表面よりもエッチング速度低下の幅が大きい。シリコン基板の主表面に対して50〜60°の角度を成し、平坦性良好な傾斜面が容易に形成されるのは、{111}表面よりも{100}表面でエッチング速度低下の幅が大きいことが影響しているものと考えられる。また、このような傾斜面4つと{100}面からなる平坦な底面とを有する凹部が容易に形成されるのも、同様の影響によるものと考えられる。
The quaternary ammonium hydroxide represented by the above general formula (1) has a total number of carbons contained in R 1 to R 4 of 6 or more, so it is compared with tetramethylammonium hydroxide (TMAH). It has a bulky hydrocarbon group and the basicity is lowered. The influence of the decrease in basicity on the dissolution of silicon by an aqueous alkali solution will be examined. Dissolution of silicon by the aqueous alkali solution proceeds according to the following chemical reaction formula.
Si + 2OH + 2H 2 O → Si (OH) 4 + H 2 + 2e
→ [SiO 2 (OH) 2 ] 2 + 2H 2
As can be seen from this equation, if the basicity of the alkaline aqueous solution is weakened, the hydroxide ions that react with silicon are reduced, and the etching rate of the silicon substrate is thus reduced. At this time, the {100} surface has a larger etching rate reduction than the {111} surface. An inclined surface having an angle of 50 to 60 ° with respect to the main surface of the silicon substrate and having good flatness is easily formed because the width of the etching rate reduction is smaller on the {100} surface than on the {111} surface. It seems that the large size has an influence. Moreover, it is thought that it is due to the same influence that the recessed part which has such 4 inclined surfaces and the flat bottom face which consists of {100} planes is formed easily.

〜Rの1価炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基等のアルキル基;ビニル基、アリル基等のアルケニル基;フェニル基、トリル基等のアリール基;ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基が挙げられる。 Examples of the monovalent hydrocarbon group for R 1 to R 4 include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, a tert-butyl group, a pentyl group, an isopentyl group, a neopentyl group, Hexyl group, heptyl group, octyl group, nonyl group, decyl group, undecyl group, dodecyl group, alkyl group such as tridecyl group, tetradecyl group, pentadecyl group, hexadecyl group; alkenyl group such as vinyl group, allyl group; phenyl group, An aryl group such as a tolyl group; and an aralkyl group such as a benzyl group and a phenethyl group.

〜Rに含まれる炭素数の合計は6以上であるが、好ましくは8〜20、より好ましくは12〜16である。 The total number of carbon atoms contained in R 1 to R 4 is 6 or more, preferably 8 to 20, more preferably 12 to 16.

(A)成分の具体例としては、テトラエチルアンモニウム水酸化物(TEAH)、テトラプロピルアンモニウム水酸化物(TPAH)、テトラブチルアンモニウム水酸化物(TBAH)、ジエチルジメチルアンモニウム水酸化物、メチルトリエチルアンモニウム水酸化物、ベンジルトリメチルアンモニウム水酸化物、ヘキサデシルトリメチルアンモニウム水酸化物が挙げられ、中でも、TEAH、TPAH、TBAHが好ましく、TBAHが好ましい。(A)成分は、1種又は2種以上を組み合わせて使用することができる。   Specific examples of the component (A) include tetraethylammonium hydroxide (TEAH), tetrapropylammonium hydroxide (TPAH), tetrabutylammonium hydroxide (TBAH), diethyldimethylammonium hydroxide, methyltriethylammonium water. Examples thereof include oxide, benzyltrimethylammonium hydroxide, and hexadecyltrimethylammonium hydroxide. Among them, TEAH, TPAH, and TBAH are preferable, and TBAH is preferable. (A) A component can be used 1 type or in combination of 2 or more types.

シリコン異方性エッチング液中の(A)成分の濃度は、0.001〜0.6Nの範囲であることが好ましい。より好ましくは0.002〜0.5Nの範囲であり、0.003〜0.4Nの範囲が最も好ましい。(A)成分の濃度が0.001〜0.6Nの範囲であることにより、上記エッチング選択比が0.25〜0.80の範囲になりやすくなり、シリコン基板の主表面に対して50〜60°の角度を成し、平坦性が良好な傾斜面を形成することが容易となる。   The concentration of the component (A) in the silicon anisotropic etching solution is preferably in the range of 0.001 to 0.6N. More preferably, it is the range of 0.002-0.5N, and the range of 0.003-0.4N is the most preferable. When the concentration of the component (A) is in the range of 0.001 to 0.6N, the etching selectivity is likely to be in the range of 0.25 to 0.80, and 50 to 50% of the main surface of the silicon substrate. It becomes easy to form an inclined surface having an angle of 60 ° and good flatness.

[(B)水]
シリコン異方性エッチング液に使用される溶剤成分としては、通常、水((B)成分)が用いられる。金属塩等の不純物がシリコン異方性エッチング液に含まれることにより、作製される半導体製品の歩留まりが低下することを防止するとの観点からは、(B)成分は、イオン交換水や蒸留水のように高度に精製された精製水であることが好ましい。
[(B) Water]
As the solvent component used in the silicon anisotropic etching solution, water ((B) component) is usually used. From the viewpoint of preventing the yield of a semiconductor product to be manufactured from being reduced by including an impurity such as a metal salt in the silicon anisotropic etching solution, the component (B) is ion-exchanged water or distilled water. Thus, it is preferable to use highly purified water.

[その他の成分]
本発明で用いるシリコン異方性エッチング液には、その他の成分が添加されてもよい。その他の成分としては、例えば、溶解補助成分((C)成分)が挙げられる。(C)成分は、(C1)水溶性有機溶剤及び(C2)界面活性剤からなる群より選択される少なくとも1つの成分である。言い換えると、(C)成分は、(C1)水溶性有機溶剤及び(C2)界面活性剤からなる群より選択される1以上の成分である。(C2)成分がシリコン異方性エッチング液に添加されることにより、(A)成分、特に、TBAHの溶解性が大きくなり、シリコン異方性エッチング液中における(A)成分の析出温度を下げることができる。(A)成分の析出温度が下がることにより、シリコン異方性エッチング液中の(A)成分の析出が抑制され、シリコン異方性エッチング液の安定性が向上する。特に、シリコン異方性エッチング液が濃縮状態の場合(TBAH等の(A)成分の濃度が高い場合)には、低温環境において(A)成分、特にTBAHが析出し易い状態となるので、(C)成分の添加によって(A)成分の析出温度が低くなることは好ましい。以下、(C)成分として添加される各成分について説明する。
[Other ingredients]
Other components may be added to the silicon anisotropic etching solution used in the present invention. Examples of other components include a solubilizing component (component (C)). The component (C) is at least one component selected from the group consisting of (C1) a water-soluble organic solvent and (C2) a surfactant. In other words, the component (C) is one or more components selected from the group consisting of (C1) a water-soluble organic solvent and (C2) a surfactant. By adding the component (C2) to the silicon anisotropic etching solution, the solubility of the component (A), particularly TBAH, is increased, and the deposition temperature of the component (A) in the silicon anisotropic etching solution is lowered. be able to. By lowering the deposition temperature of the component (A), the deposition of the component (A) in the silicon anisotropic etching solution is suppressed, and the stability of the silicon anisotropic etching solution is improved. In particular, when the silicon anisotropic etching solution is in a concentrated state (when the concentration of the component (A) such as TBAH is high), the component (A), particularly TBAH, tends to precipitate in a low temperature environment. It is preferable that the precipitation temperature of (A) component becomes low by addition of C) component. Hereinafter, each component added as the component (C) will be described.

・(C1)水溶性有機溶剤
シリコン異方性エッチング液に(C)成分として水溶性有機溶剤((C1)成分)が添加されることにより、シリコン異方性エッチング液における(A)成分の溶解性を高くすることができ、シリコン異方性エッチング液における(A)成分の析出を抑制することができる。このような効果は、特に、シリコン異方性エッチング液が濃縮状態である場合に顕著となる。
-(C1) Water-soluble organic solvent By adding a water-soluble organic solvent ((C1) component) as the (C) component to the silicon anisotropic etching solution, the (A) component is dissolved in the silicon anisotropic etching solution. And the precipitation of the component (A) in the silicon anisotropic etching solution can be suppressed. Such an effect is particularly remarkable when the silicon anisotropic etching solution is in a concentrated state.

(C1)成分としては、シリコン基板やエッチングマスクに与えるダメージの少ないものであれば特に限定されず、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、イソブタノール、sec−ブタノール、tert−ブタノール、n−アミルアルコール、イソアミルアルコール、sec−アミルアルコール、tert−アミルアルコール等の1価アルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,2−ヘキサンジオール、2,4−ヘキサンジオール、ヘキシレングリコール、1,7−ヘプタンジオール、オクチレングリコール、グリセリン、1,2,6−ヘキサントリオール等の多価アルコール等のアルコール類;ジイソプロピルエーテル、ジイソブチルエーテル、ジイソペンチルエーテル、ジ−n−ブチルエーテル、ジ−n−ペンチルエーテル、ジ−sec−ブチルエーテル、ジイソペンチルエーテル、ジ−sec−ペンチルエーテル、ジ−tert−アミルエーテル等のエーテル類;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル等のグリコールエーテル類;等が例示される。これらの中でも、エッチング時のシリコン基板やエッチングマスクへのダメージを抑制しつつ、上記第4級アンモニウム水酸化物、特に、TBAHの溶解性を十分に向上させるという観点からは、エチレングリコール、プロピレングリコール等の2価アルコール類、グリセリン等の3価アルコール類、イソプロパノール、n−ブタノール、イソブタノール、sec−ブタノール等の1価アルコール類等のアルコール類が好ましく例示され、中でも、2価アルコール類、3価アルコール類がより好ましく例示される。上記(C1)成分は、1種又は2種以上を組み合わせて使用することができる。   The component (C1) is not particularly limited as long as it causes little damage to the silicon substrate or the etching mask. Methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, isobutanol, sec-butanol, tert-butanol , N-amyl alcohol, isoamyl alcohol, sec-amyl alcohol, monohydric alcohol such as tert-amyl alcohol, ethylene glycol, propylene glycol, butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, 1,2 Alcohols such as polyhydric alcohols such as hexanediol, 2,4-hexanediol, hexylene glycol, 1,7-heptanediol, octylene glycol, glycerin, 1,2,6-hexanetriol; Sopropyl ether, diisobutyl ether, diisopentyl ether, di-n-butyl ether, di-n-pentyl ether, di-sec-butyl ether, diisopentyl ether, di-sec-pentyl ether, di-tert-amyl ether, etc. Examples of such ethers include: glycol ethers such as ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monopropyl ether, and diethylene glycol monobutyl ether. Among these, from the viewpoint of sufficiently improving the solubility of the quaternary ammonium hydroxide, particularly TBAH, while suppressing damage to the silicon substrate and etching mask during etching, ethylene glycol, propylene glycol Preferred examples include dihydric alcohols such as glycerol, trihydric alcohols such as glycerin, and alcohols such as monohydric alcohols such as isopropanol, n-butanol, isobutanol and sec-butanol. Among them, dihydric alcohols, 3 More preferable examples are monohydric alcohols. The component (C1) can be used alone or in combination of two or more.

シリコン異方性エッチング液中における(C1)成分の含有量は、1〜10質量%であることが好ましい。(C1)成分の含有量が1質量%以上であることにより、シリコン異方性エッチング液における(A)成分の析出が効果的に抑制される。この効果は、シリコン異方性エッチング液が濃縮状態であるときに顕著である。また、(C1)成分の含有量が10質量%以下であることにより、(C1)成分によるシリコン基板やエッチングマスクへのダメージ等といった影響を低減させることができる。シリコン異方性エッチング液中における(C1)成分の含有量は、3〜10質量%であることがより好ましく、3〜7質量%であることがさらに好ましい。なお、上述のとおり、ここでいう(C1)成分の含有量とは、実際に現像処理に使用されるシリコン異方性エッチング液における濃度を指すものであり、濃縮状態のシリコン異方性エッチング液における濃度を指すものではない。   The content of the component (C1) in the silicon anisotropic etching solution is preferably 1 to 10% by mass. When the content of the component (C1) is 1% by mass or more, precipitation of the component (A) in the silicon anisotropic etching solution is effectively suppressed. This effect is significant when the silicon anisotropic etching solution is in a concentrated state. In addition, when the content of the component (C1) is 10% by mass or less, it is possible to reduce the influence of the component (C1) such as damage to the silicon substrate or the etching mask. The content of the component (C1) in the silicon anisotropic etching solution is more preferably 3 to 10% by mass, and further preferably 3 to 7% by mass. As described above, the content of the component (C1) here refers to the concentration in the silicon anisotropic etching solution that is actually used in the development process, and is a concentrated silicon anisotropic etching solution. It does not refer to the concentration at.

・(C2)界面活性剤
シリコン異方性エッチング液に(C)成分として界面活性剤((C2)成分)が添加されることにより、シリコン異方性エッチング液における(A)成分の溶解性を高くすることができ、シリコン異方性エッチング液における(A)成分の析出を抑制することができる。このような効果は、特に、シリコン異方性エッチング液が濃縮状態である場合に顕著となる。また、シリコン異方性エッチング液に(C2)成分が添加されると、シリコン異方性エッチング液の濡れ性が向上し、エッチング残り等が抑制される効果が得られる。
-(C2) Surfactant By adding a surfactant ((C2) component) as the (C) component to the silicon anisotropic etching solution, the solubility of the (A) component in the silicon anisotropic etching solution is increased. It can be increased, and precipitation of the component (A) in the silicon anisotropic etching solution can be suppressed. Such an effect is particularly remarkable when the silicon anisotropic etching solution is in a concentrated state. Further, when the (C2) component is added to the silicon anisotropic etching solution, the wettability of the silicon anisotropic etching solution is improved, and the effect of suppressing etching residue and the like is obtained.

(C2)成分としては、特に限定されるものではなく、従来公知の界面活性剤を用いることができる。具体的には、ノニオン界面活性剤、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、及び両性界面活性剤を用いることができる。   The component (C2) is not particularly limited, and a conventionally known surfactant can be used. Specifically, nonionic surfactants, anionic surfactants, cationic surfactants, and amphoteric surfactants can be used.

アニオン系界面活性剤としては特に限定されるものではなく、アニオン性基を有する従来公知の界面活性剤を用いることができる。そのようなアニオン系界面活性剤としては、例えば、アニオン性基として、カルボン酸基、スルホン酸基、又はリン酸基を有する界面活性剤を挙げることができる。   The anionic surfactant is not particularly limited, and a conventionally known surfactant having an anionic group can be used. Examples of such an anionic surfactant include a surfactant having a carboxylic acid group, a sulfonic acid group, or a phosphoric acid group as an anionic group.

具体的には、炭素数8〜20のアルキル基を有する高級脂肪酸、高級アルキル硫酸エステル、高級アルキルスルホン酸、高級アルキルアリールスルホン酸、スルホン酸基を有するその他の界面活性剤、若しくは高級アルコールリン酸エステル、又はそれらの塩等を挙げることができる。ここで、上記アニオン系界面活性剤の有するアルキル基は、直鎖状又は分枝鎖状のいずれでもよく、分枝鎖中にフェニレン基又は酸素原子等が介在してもよいし、アルキル基が有する水素原子の一部が水酸基やカルボキシル基で置換されてもよい。   Specifically, higher fatty acids having an alkyl group having 8 to 20 carbon atoms, higher alkyl sulfates, higher alkyl sulfonic acids, higher alkyl aryl sulfonic acids, other surfactants having sulfonic acid groups, or higher alcohol phosphoric acids Examples thereof include esters or salts thereof. Here, the alkyl group possessed by the anionic surfactant may be either linear or branched, and a phenylene group or an oxygen atom may be interposed in the branched chain. Some of the hydrogen atoms may be substituted with a hydroxyl group or a carboxyl group.

上記の高級脂肪酸の具体例としては、ドデカン酸、テトラデカン酸、ステアリン酸等を挙げることができ、高級アルキル硫酸エステルの具体例としては、デシル硫酸エステル、ドデシル硫酸エステル等を挙げることができる。また、上記高級アルキルスルホン酸の例としては、デカンスルホン酸、ドデカンスルホン酸、テトラデカンスルホン酸、ペンタデカンスルホン酸、ステアリン酸スルホン酸等を挙げることができる。   Specific examples of the higher fatty acid include dodecanoic acid, tetradecanoic acid and stearic acid. Specific examples of the higher alkyl sulfate include decyl sulfate and dodecyl sulfate. Examples of the higher alkyl sulfonic acid include decane sulfonic acid, dodecane sulfonic acid, tetradecane sulfonic acid, pentadecane sulfonic acid, and stearic acid sulfonic acid.

また、高級アルキルアリールスルホン酸の具体例としては、ドデシルベンゼンスルホン酸、デシルナフタレンスルホン酸等を挙げることができる。   Specific examples of higher alkylaryl sulfonic acids include dodecylbenzene sulfonic acid and decylnaphthalene sulfonic acid.

さらに、スルホン酸基を有するその他の界面活性剤としては、例えば、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸等のアルキルジフェニルエーテルジスルホン酸、ジオクチルスルホサクシネート等のジアルキルスルホサクシネート等を挙げることができる。   Furthermore, examples of other surfactants having a sulfonic acid group include alkyl diphenyl ether disulfonic acids such as dodecyl diphenyl ether disulfonic acid, and dialkyl sulfosuccinates such as dioctyl sulfosuccinate.

高級アルコールリン酸エステルの例としては、例えば、パルミチルリン酸エステル、ヒマシ油アルキルリン酸エステル、ヤシ油アルキルリン酸エステル等を挙げることができる。   Examples of higher alcohol phosphates include palmityl phosphate, castor oil alkyl phosphate, coconut oil alkyl phosphate, and the like.

以上のアニオン性界面活性剤の中でも、スルホン酸基を有する界面活性剤を用いることが好ましく、具体的には、アルキルスルホン酸、アルキルベンゼンスルホン酸、オレフィンスルホン酸、アルキルジフェニルエーテルスルホン酸、アルキルナフタレンスルホン酸、ジアルキルスルホサクシネート等が挙げられる。これらの中でも、アルキルスルホン酸、アルキルベンゼンスルホン酸、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸、ジアルキルスルホサクシネートを用いることが好ましい。アルキルスルホン酸のアルキル基の平均炭素数は9〜21であることが好ましく、12〜18であることがより好ましい。また、アルキルベンゼンスルホン酸のアルキル基の平均炭素数は、6〜18であることが好ましく、9〜15であることがより好ましい。アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸のアルキル基の平均炭素数は、6〜18であることが好ましく、9〜15であることがより好ましい。さらに、ジアルキルスルホサクシネートのアルキル基の平均炭素数は、4〜12が好ましく、6〜10がより好ましい。   Among the above anionic surfactants, it is preferable to use a surfactant having a sulfonic acid group. Specifically, alkylsulfonic acid, alkylbenzenesulfonic acid, olefinsulfonic acid, alkyldiphenylethersulfonic acid, alkylnaphthalenesulfonic acid. And dialkylsulfosuccinate. Among these, it is preferable to use alkylsulfonic acid, alkylbenzenesulfonic acid, alkyldiphenyl ether disulfonic acid, and dialkylsulfosuccinate. The average carbon number of the alkyl group of the alkyl sulfonic acid is preferably 9 to 21, and more preferably 12 to 18. Moreover, it is preferable that it is 6-18, and, as for the average carbon number of the alkyl group of alkylbenzenesulfonic acid, it is more preferable that it is 9-15. The average carbon number of the alkyl group of the alkyldiphenyl ether disulfonic acid is preferably 6-18, and more preferably 9-15. Furthermore, 4-12 are preferable and, as for the average carbon number of the alkyl group of dialkyl sulfosuccinate, 6-10 are more preferable.

以上のアニオン性界面活性剤の中でも、平均炭素数15のアルキル基を有するアルキルスルホン酸、及び平均炭素数12のアルキル基を有するアルキルベンゼンスルホン酸を用いることが好ましい。   Among the above anionic surfactants, it is preferable to use alkylsulfonic acid having an alkyl group having an average carbon number of 15 and alkylbenzenesulfonic acid having an alkyl group having an average carbon number of 12.

ノニオン系界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、アセチレン系ノニオン界面活性剤等が例示される。ノニオン系界面活性剤としては水溶性を有するものが望ましい。HLB7〜17の範囲が良い。HLBが小さく水溶性が足りない場合は他の界面活性剤と混ぜるなどして水溶性を持たせてもよい。   Examples of nonionic surfactants include polyoxyethylene alkyl ethers and acetylenic nonionic surfactants. As the nonionic surfactant, those having water solubility are desirable. The range of HLB7-17 is good. When HLB is small and water solubility is insufficient, it may be made water-soluble by mixing with other surfactants.

なお、シリコン異方性エッチング液には、(C2)成分として、各種界面活性剤を1種又は2種以上添加することができる。   In addition, 1 type, or 2 or more types of various surfactant can be added to a silicon anisotropic etching liquid as (C2) component.

シリコン異方性エッチング液中における(C2)成分の含有量は、0.01〜10質量%であることが好ましい。(C2)成分の含有量が0.01質量%以上であることにより、シリコン異方性エッチング液における(A)成分の析出が効果的に抑制される。この効果は、シリコン異方性エッチング液が濃縮状態であるときに顕著である。また、(C2)成分の含有量が10質量%以下であることにより、(C2)成分によるシリコン基板やエッチングマスクへのダメージ等といった影響を低減させることができる。シリコン異方性エッチング液中における(C2)成分の含有量は、0.02〜1質量%であることがより好ましく、0.03〜0.5質量%であることが最も好ましい。なお、上述のとおり、ここでいう(C2)成分の含有量とは、実際に現像処理に使用されるシリコン異方性エッチング液における濃度を指すものであり、濃縮状態のシリコン異方性エッチング液における濃度を指すものではない。   The content of the component (C2) in the silicon anisotropic etching solution is preferably 0.01 to 10% by mass. When the content of the component (C2) is 0.01% by mass or more, precipitation of the component (A) in the silicon anisotropic etching liquid is effectively suppressed. This effect is significant when the silicon anisotropic etching solution is in a concentrated state. Moreover, when the content of the component (C2) is 10% by mass or less, it is possible to reduce the influence such as damage to the silicon substrate and the etching mask due to the component (C2). The content of the component (C2) in the silicon anisotropic etching solution is more preferably 0.02 to 1% by mass, and most preferably 0.03 to 0.5% by mass. As described above, the content of the component (C2) here refers to the concentration in the silicon anisotropic etching solution that is actually used in the development processing, and is a concentrated silicon anisotropic etching solution. It does not refer to the concentration at.

シリコン異方性エッチング液は、例えば、(A)成分の第4級アンモニウム水酸化物と、(B)成分の水と、必要に応じて、(C)成分の溶解補助成分等のその他の成分とをスターラ等で攪拌混合することで調製することができる。   Silicon anisotropic etching liquid is, for example, (A) component quaternary ammonium hydroxide, (B) component water, and, if necessary, other components such as (C) component solubilizing component Can be prepared by stirring and mixing with a stirrer or the like.

次に、図2及び図3を参照して、図1に示したエッチングマスク1及び上記のシリコン異方性エッチング液を用いた、本発明の実施形態に係るシリコン異方性エッチング方法の具体的な手順について説明する。   Next, referring to FIG. 2 and FIG. 3, the silicon anisotropic etching method according to the embodiment of the present invention using the etching mask 1 shown in FIG. A simple procedure will be described.

(1)まず、図3のステップST1において、シリコン基板2の主表面上に、図1に示したエッチングマスク1を形成する。具体的には、まずステップST11において、図2(a)に示すように、シリコン基板2の主表面P1上に膜厚1μm以下のSiO膜からなるエッチングマスク1を形成する。具体的には、化学的気相成長(CVD)法又は熱酸化法等を用いて、エッチングマスク1を主表面P1上に一様に形成する。 (1) First, the etching mask 1 shown in FIG. 1 is formed on the main surface of the silicon substrate 2 in step ST1 of FIG. Specifically, first, in step ST11, as shown in FIG. 2A, an etching mask 1 made of a SiO 2 film having a thickness of 1 μm or less is formed on the main surface P1 of the silicon substrate 2. Specifically, the etching mask 1 is uniformly formed on the main surface P1 using a chemical vapor deposition (CVD) method or a thermal oxidation method.

(2)ステップST12に進み、図2(b)に示すように、スピン塗布法及びベーキングによりエッチングマスク1の上にレジスト膜3を一様に形成する。ステップST13に進み、レジスト膜3に対して露光処理、現像処理及びポストベーキング等を順次施すことにより、図2(c)に示すように、図1の開口1aに対応する位置のレジスト膜3を選択的に除去して、レジスト膜3に開口3aを形成する。 (2) Proceeding to step ST12, as shown in FIG. 2B, a resist film 3 is uniformly formed on the etching mask 1 by spin coating and baking. Proceeding to step ST13, the resist film 3 is sequentially subjected to exposure processing, development processing, post-baking, etc., so that the resist film 3 at a position corresponding to the opening 1a in FIG. 1 is formed as shown in FIG. By selectively removing, an opening 3 a is formed in the resist film 3.

(3)ステップST14に進み、例えば反応性イオンエッチング(RIE)法等のドライエッチング法を用いて、開口3aから表出したエッチングマスク1を選択的に除去して、図2(d)に示すように、エッチングマスク1に開口1aを形成する。このようにして、レジストパターン(開口3a)をエッチングマスク1へ転写した後、ステップST15に進み、レジスト膜3を総て除去する。これにより、図2(e)に示すように、開口1aからシリコン基板2が表出し、その他の部分はエッチングマスク1で覆い隠された、図1に示した状態のシリコン基板2が形成される。 (3) Proceeding to step ST14, the etching mask 1 exposed from the opening 3a is selectively removed by using a dry etching method such as a reactive ion etching (RIE) method, for example, as shown in FIG. Thus, an opening 1 a is formed in the etching mask 1. In this way, after the resist pattern (opening 3a) is transferred to the etching mask 1, the process proceeds to step ST15, and the resist film 3 is entirely removed. As a result, as shown in FIG. 2E, the silicon substrate 2 is exposed from the opening 1a, and the other portions are covered with the etching mask 1 to form the silicon substrate 2 in the state shown in FIG. .

(4)次に、ステップST2に進み、エッチングマスク1を設けたシリコン基板2の結晶異方性エッチングを行う。具体的には、まず、希釈したフッ酸水溶液で、開口1aから露出したシリコン基板2の主表面P1に形成された自然酸化膜を除去し、高純度のイオン交換水でリンスする。 (4) Next, proceeding to step ST2, crystal anisotropic etching of the silicon substrate 2 provided with the etching mask 1 is performed. Specifically, first, a natural oxide film formed on the main surface P1 of the silicon substrate 2 exposed from the opening 1a is removed with a diluted hydrofluoric acid aqueous solution, and rinsed with high-purity ion exchange water.

(5)その後、ステップST21において、シリコン基板2を、25〜70℃に設定した上記のシリコン異方性エッチング液の液面に対して垂直になるように所定時間浸漬してエッチングする。そして、シリコン基板2を引き上げた後に、高純度イオン交換水を用いて十分に流水リンス処理を施すことによってシリコン異方性エッチング液を洗い流し、乾燥させる。なお、シリコン基板2を浸漬している間、シリコン異方性エッチング液の容器底部で回転子を回してシリコン異方性エッチング液をたえず攪拌する。 (5) Then, in step ST21, the silicon substrate 2 is etched by being immersed for a predetermined time so as to be perpendicular to the liquid surface of the above-mentioned silicon anisotropic etching solution set at 25 to 70 ° C. Then, after the silicon substrate 2 is pulled up, the silicon anisotropic etching solution is washed away and dried by sufficiently performing running water rinsing using high-purity ion exchange water. While the silicon substrate 2 is immersed, the rotator is rotated at the bottom of the silicon anisotropic etching solution container to constantly stir the silicon anisotropic etching solution.

(6)次に、ステップST3に進み、例えばフッ酸水溶液中にシリコン基板2を浸漬することにより、図2(g)に示すように、エッチングマスク1全体をシリコン基板2の主表面P1から除去する。 (6) Next, proceeding to step ST3, the entire etching mask 1 is removed from the main surface P1 of the silicon substrate 2 as shown in FIG. 2 (g), for example, by immersing the silicon substrate 2 in a hydrofluoric acid aqueous solution. To do.

次に、図2及び図3に示したシリコン異方性エッチング方法によってシリコン基板2の主表面P1に形成された凹部について説明する。図4及び図2(g)に示すように、図1の開口1aが備える4つの辺と同様にして、<110>方向に平行な辺を有し、かつシリコン基板2の主表面P1に対して50〜60°の角度を成す傾斜面P2が、シリコン基板2の深さ方向に向かって形成されている。具体的に、シリコン基板2の主表面P1に形成された凹部は、[011]方向、[01−1]方向、[0−1−1]方向、[0−11]方向に平行な辺をそれぞれ有し、かつ主表面P1に対して50〜60°の角度を成す4つの傾斜面P2と、主表面P1と同じ(100)面からなる底面P3とを有する。上記凹部において、傾斜面P2は平坦性に優れ、また、底面P3も平坦である。   Next, the concave portion formed in the main surface P1 of the silicon substrate 2 by the silicon anisotropic etching method shown in FIGS. 2 and 3 will be described. As shown in FIGS. 4 and 2 (g), in the same manner as the four sides provided in the opening 1a of FIG. 1, the side parallel to the <110> direction and the main surface P1 of the silicon substrate 2 is provided. An inclined surface P2 having an angle of 50 to 60 ° is formed in the depth direction of the silicon substrate 2. Specifically, the recess formed in the main surface P1 of the silicon substrate 2 has sides parallel to the [011] direction, the [01-1] direction, the [0-1-1] direction, and the [0-11] direction. Each has four inclined surfaces P2 having an angle of 50 to 60 ° with respect to the main surface P1, and a bottom surface P3 made of the same (100) plane as the main surface P1. In the recess, the inclined surface P2 is excellent in flatness, and the bottom surface P3 is also flat.

以下、本発明の実施例を説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。   Examples of the present invention will be described below, but the scope of the present invention is not limited to these examples.

<実施例1〜22、比較例1〜7>
(1)エッチング選択比の測定
表1に記載の濃度を有する第4級アンモニウム水酸化物水溶液を調製し、シリコン異方性エッチング液として用いた。表1における第4級アンモニウム水酸化物の詳細は下記のとおりである。なお、実施例19のシリコン異方性エッチング液は、第4級アンモニウム水酸化物及び水以外に5質量%のプロピレングリコールを含む。
TMAH:テトラメチルアンモニウム水酸化物(炭素数の合計:4)
TEAH:テトラエチルアンモニウム水酸化物(炭素数の合計:8)
TPAH:テトラプロピルアンモニウム水酸化物(炭素数の合計:12)
TBAH:テトラブチルアンモニウム水酸化物(炭素数の合計:16)
DEDMAH:ジエチルジメチルアンモニウム水酸化物(炭素数の合計:6)
MTEAH:メチルトリエチルアンモニウム水酸化物(炭素数の合計:7)
BTMAH:ベンジルトリメチルアンモニウム水酸化物(炭素数の合計:10)
HDTMAH:ヘキサデシルトリメチルアンモニウム水酸化物(炭素数の合計:19)
<Examples 1 to 22 and Comparative Examples 1 to 7>
(1) Measurement of etching selectivity A quaternary ammonium hydroxide aqueous solution having the concentration shown in Table 1 was prepared and used as a silicon anisotropic etching solution. The details of the quaternary ammonium hydroxide in Table 1 are as follows. In addition, the silicon anisotropic etching liquid of Example 19 contains 5 mass% propylene glycol in addition to the quaternary ammonium hydroxide and water.
TMAH: Tetramethylammonium hydroxide (total carbon number: 4)
TEAH: tetraethylammonium hydroxide (total carbon number: 8)
TPAH: Tetrapropylammonium hydroxide (total carbon number: 12)
TBAH: Tetrabutylammonium hydroxide (total carbon number: 16)
DEDMAH: diethyldimethylammonium hydroxide (total carbon number: 6)
MTEAH: Methyltriethylammonium hydroxide (total carbon number: 7)
BTMAH: benzyltrimethylammonium hydroxide (total carbon number: 10)
HDTMAH: Hexadecyltrimethylammonium hydroxide (total carbon number: 19)

調製したシリコン異方性エッチング液を用いて、図1に示すシリコン基板2のエッチング処理を行った。エッチング処理の具体的な手順は、図2及び3並びにこれらの図の説明に記載されているところに従った。なお、図3のステップST2における自然酸化膜の除去は、エッチングマスク1を設けたシリコン基板2を室温にて0.485質量%のフッ酸水溶液に40秒間浸漬することで行った。エッチング時の温度は、表1に記載のとおりに設定した。エッチング時間は、{111}面のエッチング量が全ての実施例及び比較例で同一となるように設定した。具体的なエッチング量は57nmである。この値は、比較例4において、40℃で0.26NのTMAH水溶液を用いて10分間エッチングを行った場合の{111}面のエッチング量に相当する。   The silicon substrate 2 shown in FIG. 1 was etched using the prepared anisotropic silicon etchant. The specific procedure of the etching process was as described in FIGS. 2 and 3 and the description of these figures. The removal of the natural oxide film in step ST2 in FIG. 3 was performed by immersing the silicon substrate 2 provided with the etching mask 1 in a 0.485 mass% hydrofluoric acid aqueous solution for 40 seconds at room temperature. The temperature during etching was set as shown in Table 1. The etching time was set so that the etching amount on the {111} plane was the same in all examples and comparative examples. A specific etching amount is 57 nm. This value corresponds to the amount of etching on the {111} plane in Comparative Example 4 when etching is performed for 10 minutes using a 0.26N aqueous TMAH solution at 40 ° C.

エッチング処理後、図4に示すとおりに形成された凹部を有するシリコン基板を図4のA−A線に沿って切断し、上記凹部の近傍における断面のSEM写真を撮った。このSEM写真を用いて{111}面及び{100}面のエッチング量(nm)を測定し、その測定値とエッチング時間の値とから各々の面のエッチング速度を算出した。また、{111}面のエッチング速度を{100}面のエッチング速度で割って、エッチング選択比を算出した。結果を表1に示す。   After the etching process, a silicon substrate having a recess formed as shown in FIG. 4 was cut along the line AA in FIG. 4, and an SEM photograph of a cross section in the vicinity of the recess was taken. Using this SEM photograph, the etching amount (nm) of the {111} plane and {100} plane was measured, and the etching rate of each plane was calculated from the measured value and the etching time value. Moreover, the etching selectivity was calculated by dividing the etching rate of the {111} plane by the etching rate of the {100} plane. The results are shown in Table 1.

Figure 0005960511
*5質量%のプロピレングリコールを含む以外は、実施例17のシリコン異方性エッチング液と同一の組成
Figure 0005960511
* The same composition as the silicon anisotropic etching solution of Example 17 except that 5% by mass of propylene glycol is contained.

表1から分かるように、TMAH水溶液をシリコン異方性エッチング液として用いた場合には、{100}面のエッチング速度が{111}面のエッチング速度に比べてはるかに速く、エッチング選択比は0.25よりも小さかった。
一方、TEAH、TPAH、TBAH等の、TMAHよりも嵩高い炭化水素基を有する第4級アンモニウム水酸化物の水溶液をシリコン異方性エッチング液として用いた場合には、TMAH水溶液をシリコン異方性エッチング液として用いた場合に比べ、{111}面のエッチング速度と{100}面のエッチング速度とが互いに近い値となった。エッチング選択比は、第4級アンモニウム水酸化物の濃度が0.001〜0.6Nの範囲内では、0.25〜0.80となった。
As can be seen from Table 1, when the TMAH aqueous solution is used as the silicon anisotropic etching solution, the etching rate of the {100} plane is much higher than the etching rate of the {111} plane, and the etching selectivity is 0. Less than .25.
On the other hand, when an aqueous solution of a quaternary ammonium hydroxide having a bulky hydrocarbon group such as TEAH, TPAH, TBAH, etc. is used as the silicon anisotropic etching solution, Compared with the case where the etching solution was used, the etching rate on the {111} plane and the etching rate on the {100} plane were close to each other. The etching selectivity was 0.25 to 0.80 when the concentration of the quaternary ammonium hydroxide was within the range of 0.001 to 0.6N.

(2)傾斜面P2の平坦性及び傾斜角度の評価
実施例11、13、及び17〜19並びに比較例4、6、及び7について、上記SEM写真を用いて、傾斜面P2の平坦性を目視で観察するとともに、傾斜面P2の傾斜角度、即ち、傾斜面P2と底面P3とが成す角を測定した。結果を表2に示す。
(2) Flatness of inclined surface P2 and evaluation of inclination angle For Examples 11, 13, and 17 to 19 and Comparative Examples 4, 6, and 7, the flatness of the inclined surface P2 was visually observed using the SEM photograph. And the inclination angle of the inclined surface P2, that is, the angle formed by the inclined surface P2 and the bottom surface P3 was measured. The results are shown in Table 2.

Figure 0005960511
*底面P3が湾曲していたため、傾斜面P2の傾斜角度を測定することができなかった。
Figure 0005960511
* Because the bottom surface P3 was curved, the inclination angle of the inclined surface P2 could not be measured.

表2から分かるように、エッチング選択比が0.25〜0.80である実施例11、13、及び17〜19のシリコン異方性エッチング液を用いた場合、傾斜面P2の平坦性は良好であり、傾斜面P2の傾斜角度は50〜60°の範囲内となった。
一方、エッチング選択比が0.25よりも小さい比較例4のシリコン異方性エッチング液を用いた場合、傾斜面P2の平坦性が悪く、底面P3が湾曲したものとなってしまった。また、エッチング選択比が0.80よりも大きい比較例6及び7のシリコン異方性エッチング液を用いた場合には、傾斜面P2の平坦性は良好であったものの、傾斜面P2の傾斜角度は50〜60°の範囲外となってしまった。
As can be seen from Table 2, when the silicon anisotropic etching liquids of Examples 11, 13, and 17-19 having an etching selectivity of 0.25 to 0.80 are used, the flatness of the inclined surface P2 is good. The inclination angle of the inclined surface P2 was in the range of 50 to 60 °.
On the other hand, when the silicon anisotropic etching solution of Comparative Example 4 having an etching selection ratio smaller than 0.25 was used, the flatness of the inclined surface P2 was poor and the bottom surface P3 was curved. Further, when the silicon anisotropic etching liquids of Comparative Examples 6 and 7 having an etching selection ratio larger than 0.80 were used, the flatness of the inclined surface P2 was good, but the inclination angle of the inclined surface P2 was good. Was outside the range of 50-60 °.

1 エッチングマスク
2 シリコン基板
3 レジスト膜
1a、3a 開口
1b、2b オリエンテーションフラット
P1 主表面
P2 傾斜面
P3 底面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Etching mask 2 Silicon substrate 3 Resist film 1a, 3a Opening 1b, 2b Orientation flat P1 Main surface P2 Inclined surface P3 Bottom surface

Claims (5)

第4級アンモニウム水酸化物(但し、テトラメチルアンモニウム水酸化物を除く。)を含み、25〜70℃において、シリコン基板の{111}面のエッチング速度とシリコン基板の{100}面のエッチング速度との比であるエッチング選択比が0.25〜0.80である、非対称テトラアルキル第四級ホスホニウム塩を含まないシリコン異方性エッチング液を用いて、シリコン基板をエッチング加工するシリコン異方性エッチング方法であって、
前記シリコン基板の{100}面上に<110>方向に沿った辺を有する開口を備えるエッチングマスクを設ける工程と、
前記エッチングマスクを設けたシリコン基板を前記シリコン異方性エッチング液に浸漬することにより、前記<110>方向に平行な辺を有し、かつ前記{100}面に対して50〜60°の角度を成す傾斜面を前記シリコン基板の深さ方向に向かって形成する工程と、
を含むシリコン異方性エッチング方法。
Including quaternary ammonium hydroxide (excluding tetramethylammonium hydroxide), the etching rate of {111} plane of silicon substrate and the etching rate of {100} plane of silicon substrate at 25-70 ° C. The silicon anisotropy is obtained by etching a silicon substrate using a silicon anisotropic etching solution that does not contain an asymmetric tetraalkyl quaternary phosphonium salt, and the etching selectivity ratio is 0.25 to 0.80. An etching method comprising:
Providing an etching mask having an opening having a side along the <110> direction on the {100} plane of the silicon substrate;
By immersing the silicon substrate provided with the etching mask in the silicon anisotropic etching solution, the substrate has sides parallel to the <110> direction and an angle of 50 to 60 ° with respect to the {100} plane. A step of forming an inclined surface in the depth direction of the silicon substrate;
An anisotropic silicon etching method comprising:
炭素数12〜16の第4級アンモニウム水酸化物を含み、25〜70℃において、シリコン基板の{111}面のエッチング速度とシリコン基板の{100}面のエッチング速度との比であるエッチング選択比が0.25〜0.80であるシリコン異方性エッチング液を用いて、シリコン基板をエッチング加工するシリコン異方性エッチング方法であって、Etching selection which includes a quaternary ammonium hydroxide having 12 to 16 carbon atoms and a ratio of the etching rate of the {111} plane of the silicon substrate to the etching rate of the {100} plane of the silicon substrate at 25 to 70 ° C. A silicon anisotropic etching method for etching a silicon substrate using a silicon anisotropic etching solution having a ratio of 0.25 to 0.80,
前記シリコン基板の{100}面上に<110>方向に沿った辺を有する開口を備えるエッチングマスクを設ける工程と、  Providing an etching mask having an opening having a side along the <110> direction on the {100} plane of the silicon substrate;
前記エッチングマスクを設けたシリコン基板を前記シリコン異方性エッチング液に浸漬することにより、前記<110>方向に平行な辺を有し、かつ前記{100}面に対して50〜60°の角度を成す傾斜面を前記シリコン基板の深さ方向に向かって形成する工程と、  By immersing the silicon substrate provided with the etching mask in the silicon anisotropic etching solution, the substrate has sides parallel to the <110> direction and an angle of 50 to 60 ° with respect to the {100} plane. A step of forming an inclined surface in the depth direction of the silicon substrate;
を含むシリコン異方性エッチング方法。An anisotropic silicon etching method comprising:
前記シリコン異方性エッチング液が下記一般式(1)で表される第4級アンモニウム水酸化物を含む請求項1又は2記載のシリコン異方性エッチング方法。
Figure 0005960511
(式中、R〜Rはそれぞれ独立に炭素数1〜16の1価炭化水素基を示す。但し、R〜Rに含まれる炭素数の合計は12〜16である。)
The silicon anisotropic etching method according to claim 1 or 2, wherein the silicon anisotropic etching solution contains a quaternary ammonium hydroxide represented by the following general formula (1).
Figure 0005960511
(In the formula, R 1 to R 4 each independently represents a monovalent hydrocarbon group having 1 to 16 carbon atoms, provided that the total number of carbon atoms contained in R 1 to R 4 is 12 to 16 ).
前記シリコン異方性エッチング液中の前記第4級アンモニウム水酸化物の濃度が、0.001〜0.6Nの範囲である、請求項1〜3いずれか1項に記載のシリコン異方性エッチング方法。 The silicon anisotropic etching according to any one of claims 1 to 3 , wherein a concentration of the quaternary ammonium hydroxide in the silicon anisotropic etching solution is in a range of 0.001 to 0.6N. Method. 前記第4級アンモニウム水酸化物が、テトラプロピルアンモニウム水酸化物及びテトラブチルアンモニウム水酸化物からなる群から選ばれる1種又は2種である、請求項1〜4いずれか1項に記載のシリコン異方性エッチング方法。The silicon according to any one of claims 1 to 4, wherein the quaternary ammonium hydroxide is one or two selected from the group consisting of tetrapropylammonium hydroxide and tetrabutylammonium hydroxide. Anisotropic etching method.
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