JP6277677B2 - エッチングマスクの設計方法、構造体の製造方法及びエッチングマスク - Google Patents
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T={(m+at−bt)tanβ+W}tanα/(tanα+tanβ)
ここで第1の面側のエッチングレートaとは、第2の頂点の{111}面に平行な方位に対するエッチングレートであり、また第2の面側のエッチングレートbとは、第1の頂点の{111}面に平行な方位に対するエッチングレートである。
T={(m+at−bt)tanβ+W}tanα/(tanα+tanβ)
T={(m+at−bt)tanβ+W}tanα/(tanα+tanβ)
T={(m+at−bt)tanβ+W}tanα/(tanα+tanβ)
図1は、図9(a)に示した構造体ABCDEを形成するための本発明の一実施形態に係るエッチングマスク100を示す模式図である。エッチングマスク100は、{111}面に平行な方向に沿って辺AEを頂点A側に第1の距離延長された点Jと、{111}面に平行な方向に沿って辺CDを頂点C側に第2の距離延長された点Kとを頂点とする形状を有する。ここで、辺AJの距離は、<110>方位へ所定の深さだけエッチングするエッチング時間tと、辺ABを通る面側のエッチングレートaとの積により規定される。また、辺CKの距離は、<110>方位へ所定の深さだけエッチングするエッチング時間tと、辺BCを通る面側のエッチングレートbとの積により規定される。また、上述したように、辺AJ(辺AEを通る面)と辺CK(辺CDを通る面)との距離(幅)W、辺AEを通る面と角部Bとの距離(辺AEを通る面と線分Lとの距離)をT、点Jを通り、辺AJに直交する線と、点Kとの距離をm、辺ABの{111}面(線分L)に対する角度をα、辺BCの{111}面(線分L)に対する角度をβとすると、エッチングマスク100は、式(1)の関係を有する。
T={(m+at−bt)tanβ+W}tanα/(tanα+tanβ) ・・・ (1)
実施形態1で説明したエッチングマスク100は、最も単純な形状で欠陥を発生しやすい面の出現を低減することができる例である。しかし、点J及び点Kは、所定の規則に従えば、エッチングマスク100に示した位置とは異なる位置に設定することも可能である。図3は、本発明の変形例のエッチングマスク200を示す模式図である。本実施形態においては、点Kをエッチングマスク100と同様の位置に配置し、点Jの位置を変更する例を説明する。
t=b・ta
=b・s/a (+エッチングレートのゆらぎ) ・・・(2)
ここで、エッチングレートのゆらぎは、用いる基板とエッチャントの関係から決定され、各種文献や予備実験により求めることができる。なお、辺P’Q’が辺BCと平行であるときは、辺P’Q’側の面からのエッチングレートはbである。
本実施形態においては、実施形態2とは逆に、点Jをエッチングマスク100と同様の位置に配置し、点Kの位置を変更する例を説明する。図4は、本発明の変形例のエッチングマスク300を示す模式図である。エッチングマスク300においては、点Kを通り、辺BCを通る面の外側に規定された辺BCを通る面と平行な線を規定したときに、変更可能な点K’は、点Jを通り、辺CKに直交する線と、辺BCを通る面と平行な線との交点Xから点Kまでの間で任意に設定することができる。このとき、点K’を通り、線分Lに平行な線上に点Uを配置する。したがって、エッチングマスク300は、交点X方向に凸形状を有する。エッチングマスク200において説明したように、点K’の位置に応じて、点Uの位置も変更される(図示せず)。また、エッチングマスク300においては、点Uの位置に応じて、点Vの位置も変更される(図示せず)。なお、本実施形態において、辺UVは辺ABと平行であってもよく、また、平行でなくてもよい。
本実施形態においては、上述した実施形態のエッチングマスクを更に発展させて、角部Bの位置、即ち、距離Tを厳密に制御可能なエッチングマスクについて説明する。図6は、本発明の変形例のエッチングマスク400を示す模式図である。エッチングマスク400は、エッチングマスク300に類似した形状の2つの突出パターンを角部A側と角部C側に配置した形状のエッチングマスクである。
n=u・tan(90°−β)
m1=u・tan(90°−γ)
であり、
エッチングがE1からE2まで進行する時間t(E1→E2)=s/a
エッチングがE4からE2まで進行する時間t(E4→E2)=(n+m1+s)/b
となる。
ここで、エッチングがE1からE2まで進行するまでに、エッチングがE4からE2に進行しないことが望ましい。すなわち、
t(E1→E2)≦t(E4→E2)
であり、
s/a≦(n+m1+s)/b
となり、
{(b−a)/a}{tanγtanβ/(tanγ+tanβ)}s≦u
となる。
u={(b−a)/a}{tanγtanβ/(tanγ+tanβ)}s
で効果は最大となる。また、E1からAまでエッチングが進行したときに、エッチングの残りが出ない幅を上限とする。
上述した本発明に係るエッチングマスクを用いて、主面が{110}面を有するシリコン基板1で構造体を製造することができる。製造する構造体の形状から{111}面(図中の線分L)に対して角度α(第1の角度)で形成される辺ABを通る面(第1の面)と、第1の面に接続し、{111}面に対して角度β(第2の角度)で形成される辺BCを通る面(第2の面)と、第1の面に接続し、{111}面と平行な辺CDを通る面(第3の面)と、第2の面に接続し、{111}面と平行な辺AEを通る面(第4の面)と、をそれぞれ規定する。エッチャントのメーカーから提供されるエッチングレートの情報や、予備試験により求めたエッチングレートに基づき、上述した本発明に係るエッチングマスクを設計する。本実施形態においては、エッチャントとしてTMAH(4メチル水酸化アンモニウム)水溶液を用いる。
Claims (11)
- {110}面の主面を有するシリコン基板に形成され、{111}面に対して第1の角度で形成される第1の面と、前記第1の面に接続し、前記{111}面に対して第2の角度で形成される第2の面と、前記第1の面に接続し、前記{111}面と平行な第3の面と、前記第2の面に接続し、前記{111}面と平行な第4の面とを側面に含む構造体を形成するためのエッチングマスクの設計方法であって、
前記エッチングマスクを介して結晶異方性エッチングを行う場合に、
前記エッチングマスクは、
前記第2の面と前記第4の面とが交わる角部から前記{111}面に平行な方向に、第1の距離で離間して配設された第1の頂点と、
前記構造体となる領域の外側であって前記第1の面に平行な第1の線上に配設され、前記第1の頂点に隣接する第2の頂点と、を含み、
前記第1の面と前記第3の面とが交わる角部で前記第3の面に直交する第2の線と、前記第1の線とが交わる第1の交点と、
前記第1の面と前記第3の面とが交わる角部から前記第3の面を延長した第3の線と、前記第1の線とが交わる第2の交点と、を規定したときに、
前記第2の頂点は、前記第1の線上の前記第1の交点と前記第2の交点との間に配設されることを特徴とするエッチングマスクの設計方法。 - 前記第2の頂点が前記第2の交点にあるときに、
前記第3の面と前記第4の面との距離をW、前記第3の線と、前記第1の面と前記第2の面との角部との距離をT、前記第2の交点を通り、前記第3の線に直交する第4の線と、前記第1の頂点との距離をm、前記シリコン基板の前記第1の面側のエッチングレートをa、前記シリコン基板の前記第2の面側のエッチングレートをb、エッチング時間をt、前記第1の角度をα、前記第2の角度をβとすると、
T={(m+at−bt)tanβ+W}tanα/(tanα+tanβ)
の関係を有することを特徴とする請求項1に記載のエッチングマスクの設計方法。 - {110}面の主面を有するシリコン基板に形成され、{111}面に対して第1の角度で形成される第1の面と、前記第1の面に接続し、前記{111}面に対して第2の角度で形成される第2の面と、前記第1の面に接続し、前記{111}面と平行な第3の面と、前記第2の面に接続し、前記{111}面と平行な第4の面とを側面に含む構造体を形成するためのエッチングマスクの設計方法であって、
前記エッチングマスクを介して結晶異方性エッチングを行う場合に、
前記エッチングマスクは、前記第1の面と前記第3の面とが交わる角部から前記{111}面に平行な方向に、第1の距離で離間して配設された第1の頂点と、
前記構造体となる領域の外側であって前記第2の面に平行な第1の線上に配設され、前記第1の頂点に隣接する第2の頂点と、を含み、
前記第2の面と前記第4の面とが交わる角部で前記第4の面に直交する第2の線と、前記第1の線とが交わる第1の交点と、
前記第2の面と前記第4の面とが交わる角部から前記第4の面を延長した第3の線と、前記第1の線とが交わる第2の交点と、を規定したときに、
前記第2の頂点は、前記第1の線上の前記第1の交点と前記第2の交点との間に配設されることを特徴とするエッチングマスクの設計方法。 - 前記第2の頂点が前記第2の交点にあるときに、
前記第3の面と前記第4の面との距離をW、前記第1の頂点を通り前記第3の面に平行な第4の線と、前記第1の面と前記第2の面との角部との距離をT、前記第2の交点を通り、前記第3の線に直交する第5の線と、前記第1の頂点との距離をm、前記シリコン基板の前記第1の面側のエッチングレートをa、前記シリコン基板の前記第2の面側のエッチングレートをb、エッチング時間をt、前記第1の角度をα、前記第2の角度をβとすると、
T={(m+at−bt)tanβ+W}tanα/(tanα+tanβ)
の関係を有することを特徴とする請求項3に記載のエッチングマスクの設計方法。 - {110}面の主面を有するシリコン基板に形成され、{111}面に対して第1の角度で形成される第1の面と、前記第1の面に接続し、前記{111}面に対して第2の角度で形成される第2の面と、前記第1の面に接続し、前記{111}面と平行な第3の面と、前記第2の面に接続し、前記{111}面と平行な第4の面とを側面に含む構造体を形成するためのエッチングマスクの設計方法であって、
前記エッチングマスクを介して結晶異方性エッチングを行う場合に、
前記エッチングマスクは、前記第1の面と前記第3の面とが交わる角部を通り前記{111}面と平行な線上の第1の点と、前記第1の面の外側に前記第2の面と平行な線上の第2の点とを頂点とする第1の突出パターンであって、前記第2の点は前記第1の点で前記第3の面に直交する線と第2の面と平行な線との交点と、前記第1の点から第1の距離延長した前記{111}面と平行な線上の第3の点で前記第3の面を延長した線に直交する線と第2の面と平行な線との交点との間に配設される第1の突出パターンと、
前記第2の面の外側の前記第2の面と平行な線上の第4の点と、前記第2の面と前記第4の面とが交わる角部を通り前記{111}面と平行な線から前記第1の面と前記第3の面とが交わる角部側に第2の距離で配置した前記{111}面と平行な線上の第5の点とを頂点とする第2の突出パターンであって、前記第4の点は前記第5の点を通り、前記{111}面に直交する線と前記第2の面と平行な線との交点と、前記第5の点を通り、前記{111}面に直交する線から第1の距離の前記第2の面と平行な線上の点との間に配設される第2の突出パターンと、を配置することを特徴とするエッチングマスクの設計方法。 - {111}面に対して第1の角度で形成される第1の面と、前記第1の面に接続し、前記{111}面に対して第2の角度で形成される第2の面と、前記第1の面に接続し、前記{111}面と平行な第3の面と、前記第2の面に接続し、前記{111}面と平行な第4の面とを側面に含む構造体の製造方法であって、
{110}面の主面を有するシリコン基板を準備し、
前記シリコン基板の前記主面にエッチングマスクを形成し、
前記第1の面側より前記第2の面側のエッチングレートが速い前記シリコン基板を、前記エッチングマスクを介して結晶異方性エッチングを行うことにより、前記シリコン基板をエッチングすることを含み、
前記エッチングマスクは、前記第2の面と前記第4の面とが交わる角部から前記{111}面に平行な方向に、第1の距離で離間して配設された第1の頂点と、
前記構造体となる領域の外側であって前記第1の面に平行な第1の線上に配設され、前記第1の頂点に隣接する第2の頂点と、を含む形に形成され、
前記第1の面と前記第3の面とが交わる角部から前記第3の面を延長した第3の線と、前記第1の線とが交わる第1の交点、前記第1の面と前記第3の面とが交わる角部で前記第3の線に直交する第2の線、および前記第1の線と前記第2の線が交わる第2の交点とを規定したときに、
前記第2の頂点は、前記第1の線上の前記第1の交点と前記第2の交点との間に配設され、
前記エッチングマスクは、前記第2の交点側に凸部を有することを特徴とする構造体の製造方法。 - 前記第2の頂点が前記第2の交点にあるときに、
前記第3の面と前記第4の面との距離をW、前記第3の線と、前記第1の面と前記第2の面との角部との距離をT、前記第2の交点を通り、前記第3の線に直交する第4の線と、前記第1の頂点との距離をm、前記シリコン基板の前記第1の面側のエッチングレートをa、前記シリコン基板の前記第2の面側のエッチングレートをb、エッチング時間をt、前記第1の角度をα、前記第2の角度をβとすると、
T={(m+at−bt)tanβ+W}tanα/(tanα+tanβ)
の関係を有することを特徴とする請求項6に記載の構造体の製造方法。 - {110}面の主面を有するシリコン基板に形成され、{111}面に対して第1の角度で形成される第1の面と、前記第1の面に接続し、前記{111}面に対して第2の角度で形成される第2の面と、前記第1の面に接続し、前記{111}面と平行な第3の面と、前記第2の面に接続し、前記{111}面と平行な第4の面とを側面に含む構造体の製造方法であって、
{110}面の主面を有するシリコン基板を準備し、
前記シリコン基板の前記主面にエッチングマスクを形成し、
前記エッチングマスクを介して結晶異方性エッチングを行うことにより、前記シリコン基板をエッチングすることを含み、
前記エッチングマスクは、前記第1の面と前記第3の面とが交わる角部から前記{111}面に平行な方向に、第1の距離で離間して配設された第1の頂点と、
前記構造体となる領域の外側であって前記第2の面に平行な第1の線上に配設され、前記第1の頂点に隣接する第2の頂点と、を含む形に形成され、
前記第2の面と前記第4の面とが交わる角部で前記第4の面に直交する第2の線と、前記第1の線とが交わる第1の交点と、
前記第2の面と前記第4の面とが交わる角部から前記第4の面を延長した第3の線と、前記第1の線とが交わる第2の交点と、前記第1の頂点を通り前記第3の線に直交する線と前記第1の線とが交わる第3の交点を規定したときに、
前記第2の頂点は、前記第1の線上の前記第1の交点と前記第2の交点との間に配設され、
前記エッチングマスクは、前記第3の交点側に凸部を有することを特徴とする構造体の製造方法。 - 前記第2の頂点が前記第2の交点にあるときに、
前記第3の面と前記第4の面との距離をW、前記第1の頂点を通り前記第3の面に平行な第4の線と、前記第1の面と前記第2の面との角部との距離をT、前記第2の交点を通り、前記第3の線に直交する第5の線と、前記第1の頂点との距離をm、前記シリコン基板の前記第1の面側のエッチングレートをa、前記シリコン基板の前記第2の面側のエッチングレートをb、エッチング時間をt、前記第1の角度をα、前記第2の角度をβとすると、
T={(m+at−bt)tanβ+W}tanα/(tanα+tanβ)
の関係を有することを特徴とする請求項8に記載の構造体の製造方法。 - {110}面の主面を有するシリコン基板に形成され、{111}面に対して第1の角度で形成される第1の面と、前記第1の面に接続し、前記{111}面に対して第2の角度で形成される第2の面と、前記第1の面に接続し、前記{111}面と平行な第3の面と、前記第2の面に接続し、前記{111}面と平行な第4の面とを側面に含む構造体の製造方法であって、
{110}面の主面を有するシリコン基板を準備し、
前記シリコン基板の前記主面にエッチングマスクを形成し、
前記エッチングマスクを介して結晶異方性エッチングを行うことにより、前記シリコン基板をエッチングすることを含み、
前記エッチングマスクは、前記第1の面と前記第3の面とが交わる角部を通り前記{111}面と平行な線上の第1の点と、前記第1の面の外側に前記第2の面と平行な線上の第2の点とを頂点とする第1の突出パターンであって、前記第2の点は前記第1の点で前記第3の面に直交する線と第2の面と平行な線との交点と、前記第1の点から第1の距離延長した前記{111}面と平行な線上の第3の点で前記第3の面を延長した線に直交する線と第2の面と平行な線との交点との間に配設される第1の突出パターンと、
前記第2の面の外側の前記第2の面と平行な線上の第4の点と、前記第2の面と前記第4の面とが交わる角部を通り前記{111}面と平行な線から前記第1の面と前記第3の面とが交わる角部側に第2の距離で配置した前記{111}面と平行な線上の第5の点とを頂点とする第2の突出パターンであって、前記第4の点は前記第5の点を通り、前記{111}面に直交する線と前記第2の面と平行な線との交点と、前記第5の点を通り、前記{111}面に直交する線から第1の距離の前記第2の面と平行な線上の点との間に配設される第2の突出パターンと、を配置することを特徴とする構造体の製造方法。 - {110}面の主面を有するシリコン基板に形成され、{111}面に対して第1の角度で形成される第1の面と、前記第1の面に接続し、前記{111}面に対して第2の角度で形成される第2の面と、前記第1の面に接続し、前記{111}面と平行な第3の面と、前記第2の面に接続し、前記{111}面と平行な第4の面とを側面に含む構造体を形成するためのエッチングマスクであって、
前記エッチングマスクを介して結晶異方性エッチングを行う場合に、
前記エッチングマスクは、前記第2の面と前記第4の面とが交わる角部から前記{111}面に平行な方向に、第1の距離で離間して配設された第1の頂点と、
前記構造体となる領域の外側であって前記第1の面に平行な第1の線上に配設され、前記第1の頂点に隣接する第2の頂点と、を含み、
前記第1の面と前記第3の面とが交わる角部で前記第3の面に直交する第2の線と、前記第1の線とが交わる第1の交点と、
前記第1の面と前記第3の面とが交わる角部から前記第3の面を延長した第3の線と、前記第1の線とが交わる第2の交点と、を規定したときに、
前記第2の頂点は、前記第1の線上の前記第1の交点と前記第2の交点との間に配設され、
前記エッチングマスクは、前記第1の交点側に凸部を有することを特徴とするエッチングマスク。
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