JPH06216111A - ウェットエッチング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速なウェットエッチング方法を提供するこ
と。 【構成】 容量型半導体加速度センサの被加工デバイス
は、シリコン基板１上に被エッチング部である酸化シリ
コンから成る犠牲層３を介してｎ型又はｐ型のポリシリ
コンから成る下層電極２及び上層電極４が積層され形成
されている。導電層である下層電極２及び上層電極４間
にエッチング液中で電流を流すと共にその電流方向に対
して垂直方向の磁場を印加する。これにより、犠牲層３
のエッチング端面が、上層電極４及び下層電極２間まで
進行した時点から電流が流された電極間のエッチング液
には矢印Ｆの向きのローレンツ力が作用し、同方向に対
流が生じることになる。この対流により犠牲層３のエッ
チング端面には常に新鮮なエッチング液が供給されるた
め、犠牲層３などの狭小部分においてもエッチング速度
の低下現象を生じることがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体加速度センサ等
の微小な梁や狭小なギャップなどを形成するためのウェ
ットエッチング方法に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、容量型半導体加速度センサ等の微小
な梁や狭小なギャップを形成するため犠牲層をウェット
エッチングするという方法が用いられている。この犠牲
層とは予め形成されエッチングにより最終的に除去され
る被エッチング部をいう。上記容量型半導体加速度セン
サ等に用いられる平行平板コンデンサ構造における上記
犠牲層のウェットエッチング方法の概要を説明する。シ
リコン基板上にポリシリコンが堆積され下層電極がパタ
ーン形成される。その上に、酸化シリコンが堆積され犠
牲層がパターン形成される。更に、その上に、ポリシリ
コンが堆積され上層電極がパターン形成され被加工デバ
イスが積層形成される。この後、被加工デバイスの犠牲
層がエッチングにより除去され、下層電極と上層電極と
の両電極間には犠牲層の膜厚に相当するギャップ（狭小
な空間）が得られる。即ち、下層電極と上層電極とが対
向電極を成すコンデンサ構造となるのである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述のウェットエッチ
ング方法では、エッチングは先ず、上層電極又は下層電
極から露出してエッチング液と直接接する犠牲層の厚み
方向に向かって進行する。次に、上層電極又は下層電極
から露出した犠牲層面がエッチングされた後のエッチン
グではエッチング液は上層電極及び下層電極間の狭小な
ギャップに存在する犠牲層の厚み方向に垂直な方向へと
進入していかなければならない。このようなギャップ内
ではエッチング液の対流が十分に行われないため、犠牲
層の被エッチング部近傍には疲弊したエッチング液が滞
留しやすい。つまり、エッチング反応は完全に供給律速
となり、エッチング速度は大幅に低下、プロセスに多大
な時間を要するという不都合があった。このため外部よ
り強制的にエッチング溶液の対流を生じさせる手段が必
要となる。

【０００４】これに対し、犠牲層材料としてポリシリコ
ンを用い、エッチング液として水酸化カリウム（ＫＯ
Ｈ）溶液を用いた場合などには、エッチング反応により
水素が発生してバブルを形成する。このバブルが移動・
排出される時にエッチング液の攪拌が生じるため、被エ
ッチング部には常に新鮮なエッチング液が供給されるこ
ととなり、エッチング速度の低下が防がれるという報告
がある。ところで、この作用は、エッチング反応により
気体が生成される犠牲層材料とそれに対応するエッチン
グ液との特別な組み合わせにしか適用することができな
い。しかも、形成されるバブルの挙動が激しい場合に
は、デバイスの繊細な構造が損傷を受ける可能性もあ
る。従って、より制御性に優れたエッチング液の対流手
段が必要とされている。

【０００５】その一つの手段として、スターラ等の攪拌
子を用いてエッチング液に対流を生じさせる方法が知ら
れている。一般に、攪拌子の寸法がデバイス寸法に比較
して非常に大きいため、これによって生じる対流のスケ
ールも槽全体にわたる大きなものとなる。従って、この
方法を用いても肝心なギャップ内のエッチング液の対流
には殆ど効果が得られない。又、一つの手段として、超
音波洗浄器等を用いてエッチング液中に超音波を送り込
み、キャビテーションを起こさせ、エッチング液に対流
を生じさせる方法が知られている。この方法では、ギャ
ップ内のエッチング液の対流にもある程度の効果が期待
できる。しかし、キャビテーションによる圧力変動が大
きすぎるため、デバイスの繊細な構造を破壊する恐れが
ある。更に、以上の手段とは異なり、犠牲層とエッチン
グ液との接触面積を増加させるため、犠牲層の上層に開
口部を設ける試みもなされている。しかし、この方法で
効果をあげるには、大面積の開口部が必要となり、デバ
イス構造に自ずと制限が加えられるため必要な電極形状
などが得られないといった不都合が生じることとなる。

【０００６】本発明は、上記の課題を解決するために成
されたものであり、その目的とするところは、高速なウ
ェットエッチング方法を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の発明の構成における第１の特徴は、対向する一対の電
極間にエッチング液中で電流を流し、前記電極間の前記
エッチング液中を流れる電流方向に対して垂直方向の磁
場を印加することである。

【０００８】又、第２の特徴は、第１の特徴に加えて、
前記電極は、被加工デバイスにおける被エッチング部を
介して対向する一対の導電層であることである。

【０００９】

【作用及び効果】上記の手段によれば、エッチング液内
に配置した対向する一対の電極を用いて被エッチング部
近傍のエッチング液中に電流を流す。そして、この電流
導通部に所定方向の磁場を印加することにより、エッチ
ング液自身にローレンツ力が生じて対流に必要な駆動力
が生じる。又、この電極に被加工デバイスにおける被エ
ッチング部を介して対向する一対の導電層を採択する。
これにより、被エッチング部にて形成されるギャップ内
部に侵入したエッチング液中に電流を流し、その電流方
向に対して垂直方向の磁場の印加によりギャップ内部の
エッチング液自身に対流の駆動力を生じさせることがで
きる。

【００１０】例えば、被エッチング部である犠牲層の上
下に形成された対向する一対の導電層を上記両電極とし
て使用すれば、それら導電層間のギャップ内に侵入した
エッチング液に確実に電流を流すことができる。そし
て、これに垂直な磁場を印加することによって、エッチ
ング液は電流・磁場の両者に垂直な駆動力を得ることが
できる。つまり、ギャップ内のエッチング液にも十分な
対流を生じさせることができる。この方法によれば、電
流・磁場の向き・大きさを調整することにより、対流の
向き及び強さを局所的に制御することも容易であり、還
流など複雑な対流形態の形成も可能である。即ち、エッ
チング速度や被エッチング部の構造の保護等に適した対
流形態などに対する最適条件の選択が可能である。更
に、これら条件に対する時間的変化も可能であり、それ
が有効な場合には適宜組み合わせ採用可能である。この
ようにして、狭小な間隙空間にも十分な対流を生じさせ
ることができ、被エッチング部端面には常に新鮮なエッ
チング液が供給され、エッチング速度の低下現象を生じ
ることがないため、プロセスに要する時間を大幅に短縮
できる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。図１は本発明に係るウェットエッチング方法を
用いて形成した容量型半導体加速度センサのセンシング
部を示した部分構成図である。尚、図１(a) は平面図、
図１(b) は図１(a) のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
容量型半導体加速度センサ１０はシリコンから成る基板
１上にｎ型又はｐ型のポリシリコンから成る下層電極２
及び上層電極４が形成され、それらの間に狭小なギャッ
プＧが形成されている。上層電極４の厚み方向の加速度
が加えられるとその上層電極４が撓み、下層電極２との
間のギャップＧが変化する。即ち、容量型半導体加速度
センサ１０は、対向する上層電極４及び下層電極２間の
静電容量の変化を検出することにより加速度を電気回路
（図略）により検出することができる。

【００１２】以下、本発明に係るウェットエッチング方
法を用いた容量型半導体加速度センサ１０のセンシング
部の形成プロセスへの適用について、図２，図３及び図
４を参照して説明する。尚、図２(a),図３(a) 及び図４
(a) は平面図、図２(b),図３(b) 及び図４(b) は図２
(a),図３(a) 及び図４(a) のそれぞれＢ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ
線、Ｄ−Ｄ線に沿った断面図である。図２に示したよう
に、先ず、シリコン基板１上にｎ型又はｐ型のポリシリ
コンを堆積し下層電極２をパターン形成する。この上
に、被エッチング部である酸化シリコンを堆積し犠牲層
３をパターン形成する。更に、この上に、ｎ型又はｐ型
のポリシリコンを堆積し上層電極４をパターン形成す
る。この後、犠牲層３のみをフッ酸から成るエッチング
液中にてエッチング除去する。

【００１３】この時、図３に示したように、犠牲層３の
エッチング端面が、上層電極４及び下層電極２間まで進
行した時点で、それら電極間に直流電圧を印加し、上層
電極４及び下層電極２間に侵入しているエッチング液中
に矢印Ｉの向きの電流を流す。同時に、エッチング槽外
部に設置した図示しない電磁石により、矢印Ｂの向きの
磁場を印加する。すると、電流が流された電極間のエッ
チング液には矢印Ｆの向きのローレンツ力が作用し、同
方向に対流が生じることになる。この対流により犠牲層
３のエッチング端面には常に新鮮なエッチング液が供給
されるため、エッチング速度の低下現象は生じない。
又、同様にして磁場の向きを図４に示したような矢印Ｂ
の向きに設定すれば対流の向きは矢印Ｆの向きになる。
このように対流の向きを時間変化させることによりさら
にエッチング時間の短縮が図れる。又、エッチングの進
行とともに、エッチング液の濃度は低下する。これは溶
液中のイオン濃度の低下を意味し、導電率の低下を意味
する。従って、対流の強度を一定に保つ必要がある場合
には、エッチング進行とともに電極間に印加する電圧を
調整し電流密度を一定に保つか、或いは、磁場の印加方
向を時間変化させるようにすれば良い。

【００１４】次に、図５〜図８を参照して、本発明のウ
ェットエッチング方法を用いた他の実施例である同心円
状のキャパシタ構造の半導体デバイス２０の形成プロセ
スへの適用について説明する。尚、図５，図６，図７
(a) 及び図８(a) は斜視図であり、図７(b) 及び図８
(b) はそれぞれ図７(a) 及び図８(a) の右側面図であ
る。図５に示したように、本実施例に係る半導体デバイ
ス２０は、単結晶シリコンから成る中心電極１１に対し
て所定の同心円状の隙間を有してポリシリコンから成る
外周電極１３が形成されている。

【００１５】半導体デバイス２０は、図６に示したよう
な被加工デバイスのエッチングにより形成される。先
ず、円柱状の単結晶シリコンから成る中心電極１１上に
被エッチング部である酸化シリコンを堆積し犠牲層１２
をパターン形成する。その上に、ポリシリコンを堆積し
外周電極１３をパターン形成する。この外周電極１３の
パターニングにおいては、デバイス構成に制限を与えな
い程度にスリット状の開口部１４を設ける。この後、犠
牲層１２のみをフッ酸から成るエッチング液中でエッチ
ング除去する。

【００１６】この時、開口部１４からもエッチング液が
侵入するため、エッチングに要する時間の短縮が図れる
が、開口部１４の本来の目的などについて以下に述べ
る。図７に示したように、犠牲層１２のエッチング端面
が、中心電極１１と外周電極１３との間のギャップＧ内
まで進行した時点で、中心電極１１と外周電極１３間に
直流電圧を印加し、電極間に侵入したエッチング液中に
半径方向の電流Ｉを通じさせる。同時に、エッチング槽
外部に設置した電磁石により、矢印Ｂの向きである軸方
向の磁場を印加する。すると、電流が流れる電極間のエ
ッチング液には矢印Ｆの向きである周方向のローレンツ
力が作用し、同方向に対流が生じることになる。エッチ
ング液はこの対流による遠心力により、開口部１４から
排出され、逆に新鮮なエッチング液が外周電極１３端面
側より侵入する。この作用によりギャップＧのエッチン
グ端面には常に新鮮なエッチング液が供給され、エッチ
ング速度の低下現象は生じない。

【００１７】又、磁場の向きとしては図８に示したよう
な周方向も考えられる。中心電極１１に軸方向の電流
Ｉ′を流すことによって矢印Ｂの向きの磁場が得られ
る。この時、ローレンツ力の向きは矢印Ｆの向きである
軸方向になる。このローレンツ力によりギャップＧ内の
エッチング液は開口部１４より押し出され、逆に新鮮な
エッチング液が外周電極１３端面側より侵入する。この
作用によりギャップＧのエッチング端面には常に新鮮な
エッチング液が供給され、エッチング速度の低下現象は
生じない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の具体的な一実施例に係るウェットエッ
チング方法を用いて形成した容量型半導体加速度センサ
を示した構成図である。

【図２】同実施例に係る容量型半導体加速度センサの被
加工デバイスを示した構成図である。

【図３】同実施例に係る被加工デバイスのウェットエッ
チング途中における状況を示した説明図である。

【図４】同実施例に係る被加工デバイスのウェットエッ
チング途中における他の状況を示した説明図である。

【図５】本発明に係るウェットエッチング方法を用いて
形成した他の実施例である半導体デバイス構成を示した
斜視図である。

【図６】図５の実施例に係る半導体デバイスの被加工デ
バイスを示した斜視図である。

【図７】図５の実施例に係る被加工デバイスのウェット
エッチング途中における状況を示した説明図である。

【図８】図５の実施例に係る被加工デバイスのウェット
エッチング途中における他の状況を示した説明図であ
る。

【符号の説明】

１…基板 ２…下層電極（導電層） ３…犠牲層（被エッチング部） ４…上層電極（導電層） １０…容量型半導体加速度センサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向する一対の電極間にエッチング液中
   で電流を流し、 前記電極間の前記エッチング液中を流れる電流方向に対
   して垂直方向の磁場を印加することを特徴とするウェッ
   トエッチング方法。
2. 【請求項２】 前記電極は、被加工デバイスにおける被
   エッチング部を介して対向する導電層であることを特徴
   とする請求項１記載のウェットエッチング方法。