JPH09153479A

JPH09153479A - 半導体のエッチング方法

Info

Publication number: JPH09153479A
Application number: JP31203295A
Authority: JP
Inventors: Yasukazu Iwasaki; 靖和岩崎; Takatoshi Noguchi; 隆利野口; Norihiko Kiritani; 範彦桐谷; Makiko Katou; 真希子加藤; Makoto Uchiyama; 誠内山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1995-11-30
Filing date: 1995-11-30
Publication date: 1997-06-10

Abstract

(57)【要約】【課題】マイクロ・ピラミッドの無い平坦なエッチング
面が得られると共に、補償パターンのサイズを小さく抑
さえることができ、さらには高歩留まりで、高いスルー
プットを有し、量産性が高く、コストを低減できる電解
エッチング方法を提供する。【解決手段】被処理半導体基板と対極とをエッチング液
に浸漬し、電圧を印加することによってエッチングを行
なう半導体の電解エッチング方法において、上記半導体
基板をエッチング液に浸漬し、電圧を引加せずにエッチ
ングする第１の工程と、上記第１の工程を施した後の上
記半導体基板に電圧を引加して電解エッチングを行なう
第２の工程と、の少なくとも２段のエッチング工程を有
することを特徴とする半導体のエッチング方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板の電解
エッチング方法の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】電解エッチング技術によって製造される
デバイスの一例として、半導体加速度センサについて図
１５に従って説明する。図１５において、３００はｐ型
基板、３０１はｎ型エピタキシャル層である。３０２は
ｐ型基板３００から形成された重り、３０３はｎ型エピ
タキシャル層３０１から形成された梁、３０４はｐ型基
板３００から形成されたフレームである。また、３０５
はスリットであり、梁３０３をｎ型エピタキシャル層３
０１からどのように切り出して形成するかを定める。図
１５では重り３０２を鋏むように２本形成されており、
重り３０２が２本の対向して配置された梁３０３により
フレーム３０４に接続された、いわゆる両持ち梁構造と
なっている。なお、スリット３０５の形状や数により、
片持ち梁構造や４本梁構造が構成される。

【０００３】半導体加速度センサは、梁３０３でフレー
ム３０４に吊られている重り３０２が、図１５の上下方
向の加速度により変位し、その変位から加速度を検出す
る。重り３０２の変位の検出方法としては、梁３０３上
に設けられたピエゾ抵抗により、梁３０３の応力を検出
する手法や、重り３０２の底面と対向するように設けら
れた電極と重り３０２の底面とで構成されるコンデンサ
の電気容量の変化より検出する方法などが用いられる。

【０００４】このような重り３０２、フレーム３０４お
よび梁３０３は、水酸化カリウム水溶液などのアルカリ
異方性エッチング液を用いた電解エッチングと呼ばれる
技術により、ｐ型基板３００を裏面からエッチングし、
ｐ型基板３００のバルク部３０６を除去すると共に、ｎ
型エピタキシャル層３０１との接合界面でエッチングを
電気化学的に停止させることによって形成される。

【０００５】なお、半導体圧力センサも、構造、製造方
法ともに良く似ている。図１５において、重り３０２と
スリット３０５とを形成しなければ、ｎ型エピタキシャ
ル層３０１のダイアフラムが形成される。そして圧力に
よるダイアフラムのたわみを、ダイアフラム上に設けら
れたピエゾ抵抗によって検出し、ダイアフラムの応力を
検出することによって圧力を検出する。

【０００６】次に、電解エッチングについて、図１６に
従って説明する。図１６において、エピタキシャル基板
３０は｛１００｝面を主面とするｐ型シリコン基板３０
０とｎ型エピタキシャル層３０１から構成されている。
ｐ型シリコン基板３００は、例えば厚さが６００μｍ
で、比抵抗が１０Ωｃｍであり、ｎ型エピタキシャル層
３０１は、例えば厚さが１０μｍで、比抵抗が２Ωｃｍ
である。上記エピタキシャル基板３０の主面にシリコン
酸化膜３３を、裏面にシリコン酸化膜３４を形成する。
エピタキシャル基板３０の裏面、すなわちエッチング主
面のシリコン酸化膜３４はｐ型シリコン基板３１をエッ
チングしない領域のみを残して他は除去する。また３７
は重り３０２を形成するための裏面マスクである。

【０００７】上記の構造体をエッチング液１に浸漬し、
対電極３５が陰極、ｎ型エピタキシャル層３０１が陽極
となるように電源３６を接続する。なお、２はエッチン
グ槽、３はマグネチック・スターラ・バー、４はヒー
タ、５は温度計、６は冷却管である。

【０００８】ｐ型シリコン基板３００のシリコン酸化膜
３４に覆われていない部位がｐ型シリコン基板３１の厚
さに比べて充分大きいと、エッチングはｎ型エピタキシ
ャル層３２に達するまで進み、ｎ型エピタキシャル層３
０１がエッチング液１に接触すると、陽極酸化によりｎ
型エピタキシャル層３００のエッチング表面、すなわち
ｐｎ接合界面にシリコン酸化膜が形成され、エッチング
が停止する。

【０００９】なお、エピタキシャル基板３０の主面に
は、一般的に回路、配線等が形成されるので、樹脂等に
よりエッチング液から保護されるのが一般的である。例
えばHorinouchiらの論文“Technical Digest of The 9t
h Sensor Symposium, pp.19〜22, 1990”には、コーテ
ィング・レジンを用いて強アルカリ性のエッチング液か
ら配線を保護している例が記載されている。

【００１０】また、基準となる電極とポテンシオスタッ
トを用いて、高精度にｎ型エピタキシャル層３２の電位
制御を行なう、いわゆる３電極法については、例えば
“Journal of Electro−chemical Society, vol.177,
p.959, 1970”に記載されている。

【００１１】また、抱水ヒドラジンはシリコン酸化膜を
殆ど犯さないという優れたエッチング特性を有してお
り、深いエッチングを行なう場合であっても薄いシリコ
ン酸化膜をマスク材として用いることができる。また抱
水ヒドラジンは、自然酸化膜でさえマスクとして作用し
てしまうため、自然酸化膜を前以て弗酸等により溶解除
去する必要がある。以下、抱水ヒドラジンによるエッチ
ング工程の前には、この自然酸化膜を前以て弗酸等によ
り溶解除去する工程を必ず行なうものとし、この前処理
工程については記載しないものとする。

【００１２】また、このような電解エッチングを行なう
装置は、標準的なＩＣ製造プロセスに用いる半導体製造
装置とは異なり、半導体製造装置メーカから供給されて
はおらず、使用者が試作することが一般的であり、高価
にならざるを得ない。しかも、上記の電解エッチング法
で代表される、所謂バルクマイクロマシーニングでは、
半導体基板の厚さ程度の深いエッチングを行なうため
に、長いエッチング時間を必要とし、高いスループット
が得られず、従って本工程のコストを押し上げてしまう
という問題があった。

【００１３】次に、重り３０２を形成するための裏面マ
スク３７について説明する。図１７は、裏面マスクの形
状と重りの底面の形状を示す図であり、（Ａ）は裏面マ
スクの形状、（Ｂ）と（Ｃ）は重りの形状を示す。図１
７（Ａ）に示したように、裏面マスク３７の形状を四角
形にした場合、電解エッチング工程後の重りの底面の形
状は、四角形とはならない。すなわち、裏面マスクの凸
状コーナにエッチング速度の速い結晶面が現われ、それ
が横方向からエッチングされてしまうというサイドエッ
チング現象により、エッチング後の重りの底面の形状
は、マスクパターンとは異なった形状となる。重りの形
状は、裏面マスク３７のサイズに比べてエッチング深さ
が浅い場合、図１７（Ｂ）に示したように、｛３１１｝
面等の高次の結晶面で構成された側面３８によって面取
りされた凸状コーナー３９と｛１１１｝面で構成された
側面４０からなる形状になる。なお、図１７（Ｂ）では
裏面マスクを除去して示している。

【００１４】さらにエッチングが深くなると、上記の
｛１１１｝面で構成された側面４０は｛３１１｝面等の
高次の結晶面で構成された側面３８によって完全に面取
りされ、ついには消滅する。この時、重りの底面は、図
１７（Ｃ）に示すように、８角形になっている。

【００１５】上記の現象に対処するために、補償パター
ンと呼ばれる、凸状コーナにサイドエッチングを考慮し
たマスクパターンを付与する。この補償パターンは、主
面のエッチング速度に比べてサイドエッチング速度が大
きいエッチング液ほど、大きなサイズを必要とする。エ
ッチング液のうち、例えば抱水ヒドラジンは、シリコン
酸化膜を殆ど犯さないという優れたエッチング特性を有
しており、基板の厚さ程度の深いエッチングを行なう場
合であっても薄いシリコン酸化膜をマスク材として用い
ることができ、しかもサイドエッチング速度が小さいと
いう優れたエッチング特性を有している。

【００１６】しかし、抱水ヒドラジンによるシリコン単
結晶基板のエッチング面は平坦にならず、例えば｛１０
０｝面を主面とするシリコン単結晶基板を用いた場合の
エッチング面には、｛１１１｝面から構成される無数の
四角錐のマイクロ・ピラミッド（以下、ＭＰと略記す
る）が現われて、平坦面が得られず、そのためチップ歩
留まりを減ずるだけでなく、場合によってはエッチング
そのものが殆ど停止してしまい、ウエハ歩留まりをも減
じてしまうという問題点があった。このような問題は、
半導体加速度センサのように、高精度の梁を形成する場
合には、特に由々しき問題であった。

【００１７】一方、エッチング面にＭＰの発生しないエ
ッチング液として、本出願人は、抱水ヒドラジンに水酸
化カリウムで代表される金属水酸化物の水溶液を添加し
たエッチング液を発明し、既に出願（特願平７−６０２
５９号：未公開）している。一般的にＭＰの発生しない
エッチング液は、主面のエッチング速度に比べてサイド
エッチング速度が大きい傾向にあり、補償パターンのサ
イズをなるべく抑さえることのできるエッチング方法が
切望されている。

【００１８】また補償パターンは、エッチング深さが深
いほど、従って基板の厚さが厚いほど、大きなサイズを
必要とする。半導体基板のサイズのトレンドに従って、
３、４、５、６、８そして１２インチと大口径化される
と共に、基板の厚さも厚くなってきた。それに伴い、大
型化する補償パターンのためだけにチップ面積が増大
し、チップ単価を押し上げてしまうので、補償パターン
のサイズをなるべく抑さえることのできるエッチング方
法が切望されている。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のごと
き従来技術の問題を解決するためになされたものであ
り、ＭＰの無い平坦なエッチング面が得られると共に、
補償パターンのサイズを小さく抑さえることができ、さ
らには高歩留まりで、高いスループットを有し、量産性
が高く、コストを低減できる電解エッチング方法を提供
することを目的としている。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明者らの実験によ
り、（１）ｎ型エピタキシャル層３０１とｐ型シリコン
基板３００との間の接合が完全でリーク電流が流れなけ
れば、ｐ型シリコン基板３００のシリコン酸化膜３４に
覆われていない部位のエッチング特性は、無バイアスの
状態でｐ型シリコン基板をエッチングした場合と全く同
等であり、無バイアス下のエッチングをしているに過ぎ
ないこと、（２）抱水ヒドラジン等によって生成してし
まった上記ＭＰを、ＭＰの発生しないエッチング液によ
って溶解除去・消滅できること、を発見するに至った。
なお、この発見には、ｎ型エピタキシャル層３０１とｐ
型シリコン基板３００との間を、ウエハレベルで、ｐｎ
接合分離によって電気的に絶縁されている状態に修復す
ることのできる、という本発明らの先行発明（特願平６
−３１９８０９号：未公開）が大きく寄与している。

【００２１】本発明は、上記の知見に基づいて行なわれ
たものであり、特許請求の範囲に記載するような構成を
とる。すなわち、請求項１に記載の発明においては、エ
ッチングを、無バイアス下で行なう第１の工程（プリ・
エッチング工程）と、電圧を印加しつつ行なう第２の工
程（ファイナル・エッチング工程）との、２段階の構成
としている。

【００２２】上記のように、プリ・エッチング工程とフ
ァイナル・エッチング工程との２段階の構成としたこと
により、設備投資費や人件費まで含めた工程コストを低
減し、ひいては製造する半導体デバイスのコストを低減
することが出来る。また、電解エッチング工程に、エッ
チング液ないしは反応生成物が引火・爆発性を有する場
合では、リスクを低減することが出来る。また、プリ・
エッチング工程と、ファイナル・エッチング工程とを、
異なったエッチング特性を有するエッチング液で行なう
場合には、製造工程のプロセス設計の自由度の向上、同
一のマスクから異なった最終形状を制御して製造するこ
とや同一マスクより異なった特性の半導体デバイスのシ
リーズを製造すること、デバイス特性のトリミング性の
向上、また半導体デバイスの開発期間の短縮、消費原材
料費まで含めた、製造する半導体デバイスのコストの低
減をもたらす。またプリ・エッチング工程を速いエッチ
ング速度のエッチング液ないしは条件で行なう場合で
は、スループットの向上、製造する半導体基板１枚当り
の処理時間の低減、装置の専有時間の減少および人件費
まで含めた工程コストの低減、製造する半導体デバイス
のコストの低減をもたらす。また、プリ・エッチング工
程をファイナル・エッチング工程等の他の工程で使用済
みのエッチング液を用いた場合、エッチング液の単位体
積当りの半導体基板の処理枚数の増加、工程で消費する
原材料費の低減、従って製造する半導体デバイスのコス
トの低減をもたらす。

【００２３】次に、請求項２に記載の発明においては、
請求項１に記載の構成において、電圧を引加せずにエッ
チングする第１の工程（プリ・エッチング工程）とし
て、サイドエッチングの遅いエッチング液を用いた工程
としている。このように構成したことにより、補償パタ
ーン・サイズの縮小化、従ってチップサイズの縮小化、
半導体基板１枚当りのチップ数の増加、製造する半導体
デバイスのコストの低減をもたらす。

【００２４】次に、請求項３に記載の発明においては、
請求項２に記載の構成において、上記サイドエッチング
の遅いエッチング液が、抱水ヒドラジンからなる構成と
している。このように構成したことにより、酸化膜をエ
ッチングマスクとして用いることが出来、製造する半導
体デバイスの製造工程数を減少させることが出来る。

【００２５】次に、請求項４に記載の発明においては、
請求項１に記載の構成において、電圧を印加しながら行
なう第２の工程（ファイナル・エッチング工程）を、エ
ッチング主面を平滑化せしめるエッチング液を用いた工
程としたものである。このように構成したことにより、
製造する半導体デバイスの歩留まりの向上、ひいては製
造する半導体デバイスのコストの低減をもたらす。

【００２６】次に、請求項５に記載の発明においては、
請求項１に記載の構成において、上記第２の工程を、エ
ッチング中に引火するおそれのない程度に引火点が高い
エッチング液もしくは引火しないエッチング液を用いた
工程としている。このように構成したことにより、電圧
を印加して行なうファイナル・エッチング工程のリスク
の低減させることが出来る。

【００２７】次に、請求項６に記載の発明においては、
請求項１に記載の構成において、第１の工程および第２
の工程を、上記半導体基板の複数を同時に処理する工程
としたものである。このように構成したことにより、ス
ループットの大幅な向上、製造する半導体基板１枚当り
の処理時間の大幅な低減、これらは設備投資費や人件費
まで含めた工程コストの低減、ひいては製造する半導体
デバイスのコストの低減をもたらす。

【００２８】次に、請求項７に記載の発明においては、
請求項４または請求項５に記載の構成において、上記第
２の工程に使用するエッチング液が、少なくともヒドラ
ジン（Ｎ₂Ｈ₄）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）および水
（Ｈ₂Ｏ）の３成分を含む組成であり、かつ、上記水酸
化カリウム（ＫＯＨ）が、少なくとも０.３ｗｔ％以上
含まれる組成としている。このように構成したことによ
り、ファイナル・エッチング工程を行なう際に、自然酸
化膜を除去する前処理工程を削減することが出来、従っ
て工程コストの低減、ひいては製造する半導体デバイス
のコストを低減することが出来る。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、実施の形態に基づいて本発
明を説明する。図１は、本発明のエッチング方法で製造
するデバイスの一例であり、半導体圧力センサの断面図
を示す。まず、（Ａ）に示すごときエピタキシャル基板
３０を準備する。このエピタキシャル基板３０は｛１０
０｝面を主面とするｐ型シリコン基板３００とｎ型エピ
タキシャル層３０１から構成されている。ｐ型シリコン
基板３００は、例えば厚さが６００μｍで、比抵抗が１
０Ωｃｍであり、ｎ型エピタキシャル層３０１は、例え
ば厚さが１０μｍで、比抵抗が２Ωｃｍである。上記エ
ピタキシャル基板３０の主面にシリコン酸化膜３３を、
裏面にシリコン酸化膜３４を形成する。エピタキシャル
基板３０の裏面、すなわちエッチング主面のシリコン酸
化膜３４はｐ型シリコン基板３００をエッチングしない
領域のみを残して他は除去する。

【００３０】次に、（Ｂ）に示すごとく、上記（Ａ）の
構造体を、抱水ヒドラジンをエッチング液とし、エッチ
ング液の温度８０℃にて、後述する図２のエッチング装
置を用いて、エッチング底面１０１がｐｎ接合界面１０
０の近傍にくるまで深く（例えば５８０μｍの深さま
で）無バイアス下でエッチングする。このプリ・エッチ
ング工程は、上記エピタキシャル基板３０の裏面のみの
処理工程となるため、上記エピタキシャル基板３０の主
面をＳiＮ膜あるいは樹脂によって保護しても良いし、
或いは上記エピタキシャル基板３０の主面にエッチング
液が触れないように液シールを行なう治具に納めて行な
ってもよい。

【００３１】次に、（Ｃ）に示すごとく、上記（Ｂ）の
構造体を、飽和ＫＣｌ水溶液を支持電解質として添加し
た抱水ヒドラジンをエッチング液とし、エッチング液の
温度８０℃にて、前記図１６で説明したエッチング装置
を用いて、電解エッチングを行い、エッチング底面１０
２をｐｎ接合界面で電気化学的に停止させる。

【００３２】また、プリ・エッチング工程を行なう図２
のエッチング装置の構成を説明すると、１はエッチング
液、２はエッチング槽、３はマグネチック・スターラ・
バー、４はヒータ、５は温度計、６は冷却管である。

【００３３】次に、本実施の形態における効果を従来方
法と比較しながら説明する。まず、（Ａ）の構造体を１
回の電解エッチングで直ちに（Ｃ）の構造体へと加工す
る従来の方法において、電解エッチング装置（図１６）
を使用する専有時間Ｔ_ECE,con（ｍｉｎ）は、エピタキ
シャル基板３０のｐｎ接合界面までの厚さＤ_p _n（μｍ）
と電解エッチング工程でのエッチング主面のエッチング
速度ｖ_ECE（μｍ／ｍｉｎ）を用いて、下記（数１）式
で示される。

【００３４】

【数１】

【００３５】例えば、ｐ型シリコン基板３１の厚さが６
００μｍであり、電解エッチング液は支持電解質として
飽和ＫＣｌ水溶液を添加した抱水ヒドラジンであり、エ
ッチングの操作温度が８０℃であり、エッチング速度は
装置依存性が大きいが、我々の実験装置では、およそ
１.７μｍ／ｍｉｎである、という場合であれば、電解
エッチング工程に要する時間は、約３５０ｍｉｎであ
り、電解エッチング工程でのオーバーエッチング時間や
ウエハのセッティング時間を考慮すると、ウエハ１枚当
たり、約６時間以上も高価な電解エッチング装置を専有
することになる。

【００３６】次に、本発明のエッチング方法を用いた場
合には、電解エッチング装置（ファイナル・エッチング
工程のみ）の専有時間Ｔ_ECE,imp（ｍｉｎ）は、プリ・
エッチングする深さＤ_pri（μｍ）を用いて、下記（数
２）式で示される。

【００３７】

【数２】

【００３８】上記（数２）式から判るように、プリ・エ
ッチングする深さが深ければ深いほど、専有時間Ｔ
_ECE,impは線形に減少する。例えば、厚さが６００μｍ
のｐ型シリコン基板３１に対して５８０μｍのプリ・エ
ッチングを行なった場合、専有時間Ｔ_ECE,impは約１２
ｍｉｎに過ぎず、電解エッチング工程でのオーバーエッ
チング時間やウエハのセッティング時間を考慮しても、
ウエハ１枚当たりの高価な電解エッチング装置の専有時
間は、３０分にも満たない。反面、プリ・エッチング工
程を行なうエッチング装置（図２）の専有時間Ｔ
_pri（ｍｉｎ）は、下記（数３）式で示される。

【００３９】

【数３】

【００４０】この場合には、約３４０ｍｉｎとなるが、
無バイアスであるから、標準的なウエットエッチング装
置で良く、しかも高精度の装置である必要もなく、従っ
て高価な電解エッチング装置を専有する時間を極端に短
くできる本発明は、マイクロマシーニング工程の設備投
資額を含めた工程コストを下げることができる。

【００４１】また、電解エッチング装置の専有時間を短
くできるので、エッチング液あるいは反応生成物が引火
・爆発性を有する場合では、そのリスクを低減すること
ができる。事実、本発明者らは、抱水ヒドラジンを用い
た従来の長時間行なう電解エッチングにおいて、発生し
た水素ガスに引火し、白金対極を焼損するという事例を
経験している。

【００４２】また電解エッチング装置の専有時間が極端
に短いということは、エッチング液中に溶解するシリコ
ンの量も極端に少なくなり、従ってエッチング液の劣化
が遅く、多数のシリコン基板を処理することができる。
例えば、開口部の１辺がＬ_mask、ｐ型シリコン基板の厚
さ（ｐｎ接合界面まで）がＤ_pnの圧力センサを形成する
場合を考える。このとき圧力センサのダイアフラムの１
辺Ｌ_diaは、下記（数４）式で与えられる。

【００４３】

【数４】

【００４４】また、従来の方法で電解エッチング工程で
のエッチング液中に溶解するシリコンの体積Ｖ_conは、
下記（数５）式で与えられる。

【００４５】

【数５】

【００４６】また、本発明の方法により、深さＤ_priま
でプリ・エッチングを行なう場合、プリ・エッチング工
程でのエッチング液中に溶解するシリコンの体積Ｖ_pri
は、プリ・エッチング工程の速度ｖ_pri（μｍ／ｍｉ
ｎ）を用いて、下記（数６）式で与えられる。

【００４７】

【数６】

【００４８】したがって、本発明のファイナル・エッチ
ング工程でエッチング液中に溶解するシリコンの体積Ｖ
_finは、上記（数５）式と（数６）式との差、すなわち
下記（数７）式で示される。

【００４９】

【数７】

【００５０】図３は、ｐ型シリコン基板の厚さＤ_pnが６
００μｍのときの、Ｖ_finのＶ_conに対する比率％をＤ
_priの関数として示した図である。図３において、基板
厚さの２／３にあたる４００μｍをプリ・エッチングす
ると、ファイナル・エッチング工程にてエッチング液中
に溶解するシリコンの体積が約１／１０、同じく５００
μｍをプリ・エッチングすると約１／１００となるの
で、電解エッチング液はそれぞれ約１０倍、約１００倍
長寿命となることがわかる。

【００５１】支持電解質として飽和ＫＣｌ水溶液を添加
した抱水ヒドラジンを電解エッチングに用いたとき、１
回の電解エッチングで加工する従来の方法では、シリコ
ン基板を２枚処理しただけでエッチング液は劣化し、エ
ッチング面の荒れやエッチング速度の均一性の低下か
ら、もはや使用することは困難であった。本発明によれ
ば、ウエハの主たる部分をエッチングするプリ・エッチ
ング工程でのエッチング面の荒れやエッチング速度の均
一性の低下というスペックを緩めることができるため、
エッチング液の単位体積当りの処理量を増やすことがで
き、場合によってはファイナル・エッチング工程で使用
済みのエッチング液をプリ・エッチング工程に利用する
こともできる。従ってマイクロマシーニング工程におけ
る消費薬剤費を含めた工程コストをさらに下げることが
できる。

【００５２】またプリ・エッチング工程において、例え
ばエッチング温度を高温とし、速いエッチング速度で一
気にプリ・エッチングすることができ、従ってマイクロ
マシーニング工程に要する時間を短縮し、さらに工程コ
ストを下げることができる。例えば、抱水ヒドラジンに
よるシリコン基板の｛１００｝面のエッチング速度ｖ
₍₁₀₀₎（μｍ／ｍｉｎ）は、装置依存性があるが、我々
の実験装置に対する実験式は、エッチング液の温度をＴ
として、下記（数８）式で示される。

【００５３】

【数８】

【００５４】このときエッチング反応の見かけの活性化
エネルギーは、７.９７kcal／molである。したがって約
２０℃温度を上げることによって、約２倍のエッチング
速度が得られ、エッチングに要する時間が約半分にな
る。

【００５５】水酸化カリウム水溶液を使用した場合、例
えば岸らによって解説（岸ら、Ｓｉの異方性エッチング
におけるマイクロピラミッドの抑制法、真空、第２９
巻、第２号、ｐ.８５〜９１、１９８６）された文献に
よれば、エッチング反応の見かけの活性化エネルギー
が、１３.７kcal／molと大きいので、エッチング速度へ
の温度の効果はさらに大きい。

【００５６】また、エッチング速度を定める重要なパラ
メータとして、温度の他に流動や濃度がある。これらの
パラメータ依存性は、用いるエッチング液系によって異
なり、また装置依存性が大きいエッチング液系もあり、
装置パラメータまで含めると、エッチング速度の速いプ
リ・エッチング工程を行なうために、さまざまな手段を
こうじることができる。

【００５７】また、エッチング速度を増加させる手段と
しては、エッチング液に他の成分化学種を添加する方法
であってもよい。添加する化学種としては、エッチング
反応の触媒、エッチング反応の負触媒のクエンチング
剤、特異吸着の阻止剤など、エッチング液系によりさま
ざまである。

【００５８】一般的に、エッチング速度の速い条件のエ
ッチングでは、その見返りとして、エッチング面の面荒
れ、うねりあるいは面内均一性などの他のエッチング特
性が低下する。エッチング液の劣化においても同様であ
る。それでも、プリ・エッチングのエッチング工程での
緩いスペックを満たせば用いることができる。このスペ
ックが、どこまで緩められるのかは製造する半導体デバ
イスによって異なる。例えば半導体圧力センサの製造プ
ロセスであれば、｛１１１｝面を側面とし、ｐｎ接合界
面を上面とし、基板裏面のマスク開口部を底面とする台
形をエッチング除去するにすぎず、プリ・エッチングの
エッチングと割り切ってしまって良い。また、例えば半
導体加速度センサの製造プロセスであれば、エッチング
除去する上記台形の中に、重りとして残す部位があるた
め、プリ・エッチング工程での面荒れやうねりは無視で
きるが、面内の不均一性は、最終的に形成される重りの
重さに作用し、すなわちセンサ感度のバラツキとなって
現われるために、面内の均一性のスペックに関しては、
大きく緩めることは出来ない。

【００５９】以上、説明してきたように、本実施の形態
においては、ウエハの主たる部分をエッチングするプリ
・エッチング工程に用いるエッチング液と、ファイナル
・エッチング工程に用いるエッチング液とを、異なった
エッチング特性を有するエッチング液、すなわちエッチ
ング液の化学種が異なる例はもちろん、同じエッチング
液であっても温度、濃度あるいは流動条件といったプロ
セス条件が異なる例、あるいは使用済みのエッチング液
にてプリ・エッチング工程を行ない、劣化していないエ
ッチング液にてファイナル・エッチング工程を行なう例
も含めて、異なったエッチング特性を有するエッチング
液とすることにより、マイクロマシーニング工程の設備
投資、使用薬液等の消費原材料費、人件費あるいは処理
時間といったコストを大幅に低減することができる。

【００６０】次に、ウエハの主たる部分をエッチングす
るプリ・エッチング工程を、ウエハの複数枚を同時に行
なう、いわゆるバッチ式処理を行なう例について説明す
る。前記図１（Ａ）で説明した構造体を複数個用意し、
それらをウエハカセットにセットし、抱水ヒドラジンを
エッチング液とし、エッチング液の温度８０℃にて、図
２で説明したエッチング装置を用いて、エッチング底面
１０１がｐｎ接合界面の近傍にくるまで深く（例えば５
８０μｍの深さまで）無バイアス下でエッチングする。
このプリ・エッチング工程に引き続き、上記構造体を、
飽和ＫＣｌ水溶液を支持電解質として添加した抱水ヒド
ラジンをエッチング液とし、エッチング液の温度８０℃
にて、図１６で説明したエッチング装置を用いて、電解
エッチングを行い、エッチング底面１０２をｐｎ接合界
面で電気化学的に停止させる（ファイナル・エッチング
工程）。

【００６１】図１（Ａ）の構造体の夫々を、図１（Ｃ）
の構造体へと、１回の電解エッチングで加工する従来の
方法のスループットは、例えば、ｐ型シリコン基板２０
１の厚さが５００μｍであり、ｎ型エピタキシャル層３
２の厚さが１０μｍであり、電解エッチング液が、支持
電解質として飽和ＫＣｌ水溶液を添加した抱水ヒドラジ
ンであり、エッチングの操作温度が８０℃という場合で
あれば、エッチングに要する時間は、約２９４ｍｉｎで
あり、ウエハ１枚当たりの処理時間は約５時間であっ
た。

【００６２】一方、本実施の形態の方法で、ウエハ１枚
当たりの処理時間Ｔ_wafer（ｍｉｎ）は、プリ・エッチ
ング工程で一括して処理する枚数をＷ_pri（枚）、ファ
イナル・エッチング工程のエッチング速度をｖ_fin（μ
ｍ／ｍｉｎ）とすれば、下記（数９）式で与えられる。

【００６３】

【数９】

【００６４】バッチ式で行なうプリ・エッチング工程を
抱水ヒドラジンで行なうこととし、エッチングの操作温
度が８０℃であり、エッチング速度は装置依存性が大き
いが、およそ１.７μｍ／ｍｉｎである場合における、
Ｔ_waferのＤ_pri依存性を図４に示し、Ｔ_waferのＷ_pri依
存性を図５に示す。図４、図５から、Ｔ_waferはＤ_priが
大きいほど線形に減少し、Ｗ_priが多いほど指数関数的
に減少することがわかる。

【００６５】さらにファイナル・エッチング工程をバッ
チ式で多数枚同時に処理しても良い。この場合、（数
９）式の右辺第１項が第２項よりも大きい上記の例では
約３０倍ため、プリ・エッチング工程を多数枚同時に処
理するのに比べると、その効果は大きくはない。

【００６６】実際的には、ウエハ面内のエッチングの均
一性の問題から、Ｄ_priをいくらでもＤ_pnに近づけられ
る訳ではない。我々のプリ・エッチング工程用の実験装
置では、ウエハ面内のエッチング均一性が±１％以下で
あったので、プリ・エッチング工程で残り２０μｍ程度
までエッチングすることに問題はなく、また標準的なカ
セットの２５枚を１バッチで処理することができる。こ
の場合、ウエハ１枚当たりの処理時間は、前記（数９）
式から、およそ２５分で事足りることが判る。純粋にエ
ッチングに要する時間だけの比較であるが、従来の方法
に比べて１０倍以上にスループットが向上している事が
わかる。実際には、オーバーエッチングの時間やウエハ
を装置にセットする時間も必要であるが、シリコン基板
を貫通するような長いエッチング時間に比べると、これ
らの時間は短い。さらに、本発明者らは、ウエハの着脱
をワンタッチで行なうことのできる電解エッチング方法
を発明（本発明と同日出願の予定）しており、上記方法
によれば、ウエハを装置にセットする時間を、殆ど無視
することができる。なお、上記の新規な電界エッチング
方法は、特殊な治具にウェハを装着し、その治具を用い
て電解エッチング装置に着脱するようにしたものであ
り、ウエハを装置にセットする時間を極端に短縮するこ
とが出来ると共に、着脱の手間を大幅に減少させること
が出来、しかもウェハの設置位置の再現性を向上させる
ことが出来るので、エッチングの再現性を向上させるこ
とが出来るものである。

【００６７】また、前段の無バイアスエッチングと後段
の電解エッチングとを並行して同時に行なえることも、
スループットの向上に寄与する。仮に従来の方法で、電
解エッチング装置を２台並行して操作した場合のスルー
プットも、本発明の方法で前段と後段の装置を１台づつ
並行操作する方法に全くかなわない。もし半導体装置の
生産量が増加して設備投資が必要となった場合、それが
従来の方法での電解エッチング装置を１０台近くも増設
する必要性であった場合でも、本発明の方法であれば、
安価な無バイアスエッチング装置を増設し、電解エッチ
ング装置は１台増設するだけですむ。電解エッチング装
置は高額であるから、その台数を極力減らせる本発明の
方法は、設備投資額を極めて減少させることができる。

【００６８】次に、本発明の第２の実施の形態を、図６
に示す半導体圧力センサを例として説明する。本実施の
形態は、ファイナル・エッチング工程に用いるエッチン
グ液として、出願人が既に出願（特願平７−６０２５９
号：未公開）した、抱水ヒドラジンに水酸化カリウムで
代表される金属水酸化物の水溶液を添加したエッチング
液を用いた例である。

【００６９】まず、図６（Ａ）に示すごときエピタキシ
ャル基板３０を用意する。このエピタキシャル基板３０
の構成を説明すると、３００がｐ型シリコン基板、３０
１がｎ型エピタキシャル層、３３および３４がシリコン
酸化膜である。

【００７０】次に、図６（Ｂ）に示すごとく、上記構造
体を、図２で説明したエッチング装置により、エッチン
グ液として抱水ヒドラジンを使用し、ｐ型シリコン基板
３００とｎ型エピタキシャル３０１の接合界面の近傍ま
で深くエッチングを行なう（プリ・エッチング）。な
お、図６（Ｂ）において、４０はアルカリ異方性エッチ
ング特有の｛１１１｝面で構成されるエッチング側壁、
２１はエッチング底面である。エッチング底面２１は、
｛１００｝面からなる底面２２と、｛１１１｝面で構成
されるエッチング側壁４０に接続する緩やかな斜面２３
から構成され、しかも無数のマイクロ・ピラミッド（以
下、ＭＰ）２４が発生している。なお、５０がダイアフ
ラムとなる部分である。

【００７１】次に、図６（Ｃ）に示すごとく、上記
（Ｂ）の構造体を、抱水ヒドラジンと、２０ｗｔ％のＫ
ＯＨ水溶液とを、容量比５：４で混合したエッチング液
をエッチング液とし、エッチング液の温度８０℃にて、
図２で説明したエッチング装置を用いて、電解エッチン
グを行い、エッチング底面２１をｐｎ接合界面で電気化
学的に停止させる（ファイナル・エッチング工程）。こ
の工程にて、上記のＭＰ２４が消滅し、平坦なエッチン
グ停止面５２が得られ、従って高精度のダイアフラムが
形成された。このエッチング液では、自然酸化膜程度の
酸化膜は溶解除去されるので、自然酸化膜を除去する前
処理は不要である。

【００７２】本実施の形態では、電解エッチング工程で
あるファイナル・エッチング工程に、引火点が高い（エ
ッチング中に引火するおそれのない程度に高い）或いは
引火しないエッチング液を使用していること、およびプ
リ・エッチング工程に抱水ヒドラジンを使用している
が、このときは無バイアスであることから、抱水ヒドラ
ジンを用いて１回の電解エッチングで加工する従来の方
法よりも安全である。

【００７３】次に、ＭＰの消滅する機構について考察す
る。まず、我々の実験装置における、抱水ヒドラジンお
よび抱水ヒドラジンに水酸化カリウムで代表される金属
水酸化物の水溶液を添加したエッチング液（本出願人の
出願に係る特願平７−６０２５９号）のエッチング速度
の面方位依存性を図７に示す。この例は、８０℃におい
て、抱水ヒドラジンと２０ｗｔ％ＫＯＨ水溶液とを、容
量比５：４で混合したエッチング液の例である。

【００７４】ここでは｛１００｝面に投影したエッチン
グ速度、すなわちアンダーエッチング速度を記載した。
ＭＰを生成する抱水ヒドラジンに比べると、ＭＰの発生
しない上記特願平７−６０２５９号のエッチング液の方
が、面指数の高次の面、特に｛３１１｝面のアンダーエ
ッチング速度で大きいことがわかる。

【００７５】或るエッチング工程Ａを行なった後に発生
しているＭＰが（１１１）面から構成されているとし、
一辺をＬ_MP（μｍ）とすれば、高さは（１／√２)・Ｌ
_MP（μｍ）で与えられる。平坦面をエッチングした際に
ＭＰの発生の認められないエッチング液を用いて、エッ
チング工程Ａで発生したＭＰを消滅させるエッチング工
程Ｂを考える。エッチング工程Ｂにおいて、｛１００｝
面のエッチング速度をｖ_{100}（μｍ／ｍｉｎ）とすれ
ば、エッチング開始後ｔ_dis（ｍｉｎ）には、（１０
０）面がｖ_{100}・ｔ_dis（μｍ）だけ後退する。ＭＰの
高さはｖ_{100}・ｔ_dis（μｍ）、１辺は√２・ｖ_{100}
・ｔ_dis（μｍ）だけ増大する。最も速いアンダーエッ
チング速度を有する｛３１１｝面のエッチングにより、
エッチング工程Ｂにおいて、ＭＰの頂点から順次この増
大したＭＰが消滅するとすれば、下記（数１０）式に示
すようになる。

【００７６】

【数１０】

【００７７】（数１０）式において、ｖ_{311}は｛３１
１｝面のエッチングを｛１００｝面に投影したエッチン
グ速度であり、いわゆるアンダーエッチング速度（ラテ
ラルエッチング速度、あるいはサイドエッチング速度）
のことである。従って、エッチング工程Ｂに用いるエッ
チング液のＭＰを消滅させることのできる能力Ｐ
_disは、単位時間で消滅できるＭＰが大きい程、あるい
は単位大きさのＭＰを速く消滅できる程、大きな値とな
る下記（数１１）式の関数で定義することができる。

【００７８】

【数１１】

【００７９】従ってエッチング底面の進行する速度ｖ
_{100}に比べて、アンダーエッチング速度ｖ_{311}が大き
いほど、ＭＰを消滅させる能力が大きいと言える。Ｐ
_disが大きな負の値であれば、エッチング工程Ａで発生
したＭＰを、もはや消滅させることが出来ないと考えら
れる。

【００８０】我々の実験装置での８０℃における、上記
特願平７−６０２５９号のエッチング液の｛３１１｝面
のアンダーエッチング速度と｛１００｝面のエッチング
速度との比を図８に示し、上記（数１１）式で定義した
Ｐ_disを図９に示す。

【００８１】抱水ヒドラジン（図では、混合比５：０に
対応）に比べ、上記特願平７−６０２５９号のエッチン
グ液はＭＰを消滅する能力の高いことが理解できる。こ
こでＰ_disが負になってしまっているのは、ＭＰの消滅
するエッチングモードが、ＭＰの頂点からのみ｛３１
１｝面のラテラルエッチングのみによって消滅する、と
いう最も簡単なモデルを採用したことによるものであ
り、実際には多数の頂点から多数の面方位のエッチング
によって消滅すると考えられ、従って実際よりも負側に
シフトしたＰ_dis値を見積っていると考えられる。

【００８２】次に、本発明の第３の実施の形態を、半導
体加速度センサを例として説明する。まず、図１６に示
したエピタキシャル基板３０を用意する。再度構成を説
明すると、３００がｐ型シリコン基板、３０１がｎ型エ
ピタキシャル層、３３および３４がシリコン酸化膜であ
る。３７が重り３０２を形成するための裏面マスクであ
り、補償パターンについては後述する。

【００８３】次に、エピタキシャル基板３０を、図２で
説明したエッチング装置により、エッチング液として抱
水ヒドラジンを使用し、ｐ型シリコン基板３００とｎ型
エピタキシャル３０１の接合界面の近傍まで深くエッチ
ングを行なう（プリ・エッチングエッチング）。形状
は、図６と図１７に示したように、｛３１１｝面等の高
次の結晶面で構成された側面、アルカリ異方性エッチン
グ特有の｛１１１｝面で構成されるエッチング側壁、
｛１００｝面からなる底面、｛１１１｝面で構成される
エッチング側壁に接続する緩やかな斜面、そして無数の
ＭＰから構成されている。

【００８４】次に、上記構造体を、抱水ヒドラジンと、
２０ｗｔ％ＫＯＨ水溶液とを、容量比５：４で混合し
たエッチング液をエッチング液とし、エッチング液の温
度８０℃にて、図１６で説明したエッチング装置を用い
て、電解エッチングを行い、エッチング底面をｐｎ接合
界面で電気化学的に停止させる（ファイナル・エッチン
グ工程）。この工程にて、上記のＭＰ２４が消滅し、平
坦なエッチング停止面５２が得られ、従って高精度の梁
が形成された。

【００８５】次に、本実施の形態における補償パターン
について説明するが、まず、従来の１回の電解エッチン
グによって加工する場合から説明する。図１０（Ａ）に
補償パターンの例を示す。この例は、底面の凸状コーナ
部分に小さな正方形を補償パターンとして重ねたもので
あり、例えば文献「“CornerUndercutting in Anisotro
pically Etched Isolation Contours”,M.M.Abu-Zeid,
J. Electrochem.Soc., vol.131, No.9, pp2138〜2142,
1984」に記載されている。この補償パターンを用いた場
合の補償パターンのサイズＬ_com（μｍ）を概算する。
ｐｎ接合界面までのシリコン基板の厚さＤ_pn（μｍ）と
すれば、エッチング終了までに要する時間ｔ_etch（ｍｉ
ｎ）は、下記（数１２）式で与えられる。

【００８６】

【数１２】

【００８７】このエッチング工程により、最も速いサイ
ドエッチング速度を有する面によるサイドエッチング
が、補償パターンの最外周の点から始まり、エッチング
終了時にちょうど補償パターンに対応する部位が消失し
たとすると、最も速いサイドエッチング速度を有する面
のサイドエッチング速度をｖ_{i}と、上記面と｛１０
０｝面との交わる線と＜１１０＞軸との成す角θ_iとを
用いて、下記（数１３）式の関係が成立する。

【００８８】

【数１３】

【００８９】上記（数１２）式と（数１３）式からｔ
_etchを消去すれば、下記（数１４）式が得られる。

【００９０】

【数１４】

【００９１】上記（数１４）式から判るように、基板が
厚いほど、サイドエッチング速度と主面のエッチング速
度との比が大きいほど、大きな補償パターンを必要とす
る。

【００９２】図１０（Ｂ）は他の補償パターンの例であ
る。この例は、底面の凸状コーナ部分に棒状のパターン
を補償パターンとして付与したものであり、例えば文献
「“半導体センサ用シリコン結晶異方性エッチング技術
の開発”，島之江ら，TOYOTATechnical Review, vol.4
2, No.2, p68〜75, Nov, 1992」に記載されている。こ
の補償パターンを用いた場合の補償パターンのサイズＬ
_com（μｍ）は、前記と同様に、下記（数１５）式で与
えられる。

【００９３】

【数１５】

【００９４】この場合にも前記と同様に、基板が厚いほ
ど、サイドエッチング速度と主面のエッチング速度との
比が大きいほど、大きな補償パターンを必要とする。ま
た、補償パターンの形状により、補償パターンのサイズ
を小さくできるエッチング液の序列は異なる。

【００９５】上記（数１４）式から算出した、図１０
（Ａ）に示した補償パターンを用いた場合の補償パター
ンのサイズＬ_comとシリコン基板の厚さＤ_pnとの関係を
図１１に示し、同様に（数１５）式から算出した、図１
０（Ｂ）に示した補償パターンを用いた場合の例を図１
２に示す。抱水ヒドラジンは８０℃とし、このとき最も
速いサイドエッチング速度の面は｛３１１｝面でθ_iは
２６.５°、｛３１１｝面のサイドエッチング速度と
｛１００｝面のエッチング速度の比は０.５６としてい
る。また、前記特願平７−６０２５９号のエッチング液
の例として、抱水ヒドラジンと２０ｗｔ％ＫＯＨ水溶
液とを、容量比５：４で混合したエッチング液とし、液
温は８０℃、このとき最も速いサイドエッチング速度の
面は｛３１１｝面でθ_iは２６.５°、｛３１１｝面のサ
イドエッチング速度と｛１００｝面のエッチング速度の
比は０.５６としている。また、ＴＭＡＨは上記島之江
らの文献より、最も速いサイドエッチング速度の面は
｛２１１｝面でθ_iは１８.５°とし、｛２１１｝面のサ
イドエッチング速度と｛１００｝面のエッチング速度の
比は１.４５と推算した値を用いている。

【００９６】図１１および１２から、ＭＰの発生しない
エッチング液は、ＭＰの消滅機構の考察で述べたことか
ら推察されるように、高次の面のラテラルエッチング速
度が速いという傾向にあることがわかる。このようなエ
ッチング液を使用し、従来のように１回の電解エッチン
グ工程で加工する方法では、大きな補償パターンを必要
とする。例えば抱水ヒドラジン程度のサイドエッチング
量であれば、３ｍｍ□で設計できる半導体加速度センサ
が、ＭＰの発生しないエッチング液では、さらに５００
μｍずつ大きな補償パターンのためにサイズアップし、
５ｍｍ□と面積が２.８倍になり、ウエハ１枚当りのチ
ップの取り数が、２.８分の１に減少し、従ってチップ
コストが２.８倍になってしまう。抱水ヒドラジン程度
のサイドエッチング量であれば、チップを小さく設計で
き、チップコストを低減できるはずだが、実際には前述
したように、ＭＰが発生する問題があり、従来の方法で
半導体加速度センサを効率良く製造することは、極めて
困難である。

【００９７】その点、本実施の形態に示すエッチング方
法にあっては、電解エッチングに実質的に供する時間を
極めて短くできるため、補償パターンを小さくすること
ができ、しかもＭＰのない最終エッチング面が得られ
る。例えば、図１０（Ａ）に示した補償パターンを用い
た場合の本発明における補償パターンのサイズＬ
_com,impは、プリ・エッチング工程での最も速いサイド
エッチング速度ｖ_{i},priと主面のエッチング速度ｖ
_{100},pri、およびファイナル・エッチング工程での最
も速いサイドエッチング速度ｖ_{i},finと主面のエッチ
ング速度ｖ_{100},finとを用いて、下記（数１６）式で
与えられる。

【００９８】

【数１６】

【００９９】同様に、図１０（Ｂ）に示した補償パター
ンを用いた場合の本発明における補償パターンのサイズ
Ｌ_com,impは、下記（数１７）式で与えられる。

【０１００】

【数１７】

【０１０１】上記（数１６）式および（数１７）式で算
出されるＬ_com,impとＤ_priとの関係を、図１０（Ａ）、
（Ｂ）に示した補償パターンを用いた場合の例として図
１３に示す。なお、上記の例は、Ｄ_pnを５００μｍと
し、プリ・エッチングのエッチング液として抱水ヒドラ
ジンを、ファイナル・エッチング工程のエッチング液と
して５：４液を、それぞれ８０℃で使用した場合であ
る。

【０１０２】図１３において、Ｄ_priが０μｍでの補償
パターンのサイズが、ＭＰの発生しないエッチング液を
使用して従来の１回の電解エッチングで加工を行なう場
合に必要とする補償パターンのサイズに対応する。いず
れの補償パターンにおいても、プリ・エッチングのエッ
チングで深くエッチングするほど必要とする補償パター
ンが線形に減少して行き、４５０（μｍ）もプリ・エッ
チングのエッチングを行なえば、サイドエッチングの小
さな抱水ヒドラジンを用いて１回の電解エッチングで加
工を行なう場合に必要とする補償パターンのサイズと大
差のないことがわかる。つまり、本発明によれば、抱水
ヒドラジンと異なり、ＭＰのないエッチング停止面が得
られるのみならず、抱水ヒドラジンの場合に必要とする
補償パターンと同程度の補償パターンのサイズで済むと
いう効果が得られる。このことは、半導体基板のサイズ
のトレンドに従って、３、４、５、６、８そして１２イ
ンチと大口径化されるにつれ、基板の厚さも厚くなって
きている現状から、大きな意味を持っている。

【０１０３】なお、図１０（Ａ）に示した補償パターン
のサイズには限界があり、補償パターン同志が重なって
しまうサイズが限界のサイズである。すなわち、下記
（数１８）に示すようになる。

【０１０４】

【数１８】

【０１０５】次に、（数１６）式と（数１７）式から、
Ｄ_pnを５００μｍとし、プリ・エッチングのエッチング
液として抱水ヒドラジンを、ファイナル・エッチング工
程のエッチング液として５：４液を、それぞれ８０℃で
使用した本実施の形態の場合と、５：４液を８０℃で使
用し従来の１回の電解エッチングで加工を行なう場合と
における、シリコン基板の厚さ（Ｄ_pn）と重りを形成す
るための裏面マスクのサイズ（Ｌ_mas）との関係を、図
１４に示す。

【０１０６】図１４から基板が厚くなるにつれ、補償パ
ターンが大型化し、小さな重りが作成できなくなる傾向
がわかる。図１４中の領域Ｂは、従来の１回の電解エッ
チングで加工を行なう場合では形成不可能であり、本実
施の形態によって形成できる領域である。また、図１４
中の領域Ａは、従来の１回の電解エッチングで加工を行
なう場合でも、本実施の形態によっても形成できる領域
である。図１４から本発明によって製造できる領域の方
が遥かに広く、それだけ設計の自由度が高いことがわか
る。

【０１０７】なお、これまでの説明では、抱水ヒドラジ
ンを、エッチング底面に無数のＭＰが生成するが、サイ
ドエッチングの小さなエッチング液系の例として示し、
また５：４液とＴＭＡＨとを、サイドエッチング速度は
速いが、ＭＰを生成しない、または消滅せしめるエッチ
ング液の例として取り上げたものであるが、本発明がこ
れらの組み合わせに限定されるものではない。なお、プ
リ・エッチング工程に、酸化膜を殆ど侵さない抱水ヒド
ラジンを用いた場合には、ファイナル・エッチング工程
では処理時間が短いため、水酸化カリウム水溶液等の酸
化膜を或る程度侵食するエッチング液を使用する場合で
あっても、裏面マスクとして酸化膜を用いることができ
る。

【０１０８】以上、本発明の実施の形態の説明は、エッ
チング液として抱水ヒドラジンを主として用いている
が、これに限定されるわけではなく、他のアルカリ異方
性エッチング液、すなわちＬiＯＨ、ＮaＯＨ、ＫＯＨ、
ＲbＯＨ或いはＣsＯＨ等のアルカリ金属水酸化物の水溶
液、無水ヒドラジン、ＮＨ₂ＯＨ、ＴＭＡＨ（テトラ・
メチル・アンモニウム・ハイドロオキサイド）で代表さ
れるＮＲ₄ＯＨ（Ｒはアルキル基）、ＥＤＰ（エチレン
ジアミン−ピロカテコール−水）といった種々のアルカ
リ異方性エッチング液のみならず、フッ酸系のエッチン
グ液でもよい。またこれらのエッチング液に他の成分、
例えば界面活性剤やアルコールが添加されていても良
い。

【０１０９】また、これまでの説明においては、ｎ型エ
ピタキシャル層に電圧を印加し、エッチング反応をｐｎ
接合界面にて電気化学的に停止させる電解エッチング方
法を例として行なったが、これに限定されるわけではな
く、シリコン基板の陽極酸化によるポーラスシリコンの
形成でも良く、種々の電気化学的処理工程に適用するこ
とができる。

【０１１０】また、プリ・エッチング工程と、ファイナ
ル・エッチング工程とを連続して行なう例を説明してき
たが、これに限定されるわけではなく、プリ・エッチン
グ工程とファイナル・エッチング工程との間に他の工程
を行なってもよい。また、プリ・エッチングのエッチン
グ工程を１段で行なっているが、これに限定されるわけ
ではなく、多段で行なってもよい。

【０１１１】また、これまでの説明では、シリコン半導
体を例として行なったが、これに限定される訳ではな
く、ガリウム砒素で代表される化合物半導体であっても
良いし、場合によっては金属あるいはシリサイドでもよ
い。或いはその他の半導体や場合によっては水晶との複
合体であっても良い。

【０１１２】

【発明の効果】以上説明したごとく、請求項１に記載の
発明においては、設備投資費や人件費まで含めた工程コ
ストを低減し、ひいては製造する半導体デバイスのコス
トを低減することが出来る。また、電解エッチング工程
に、エッチング液ないしは反応生成物が引火・爆発性を
有する場合では、電解エッチング工程の時間を低減し、
リスクを低減できる。また、プリ・エッチング工程と、
ファイナル・エッチング工程とを、異なったエッチング
特性を有するエッチング液で行なう場合には、製造工程
のプロセス設計の自由度を向上させることができ、ま
た、同一のマスクから異なった最終形状を制御して製造
することができ、従って同一マスクより異なった特性の
半導体デバイスのシリーズを製造することも、あるいは
デバイス特性をトリミングすることもできる。また、半
導体デバイスの開発期間を短縮するのみならず、開発お
ける消費原材料費まで含めた、製造する半導体デバイス
のコストをさらに低減することが出来る。また、プリ・
エッチング工程を速いエッチング速度のエッチング液な
いしは条件で行なう場合では、スループットが向上し、
従って製造する半導体基板１枚当りの処理時間を低減
し、装置の専有時間を減少し、人件費まで含めた工程コ
ストをさらに低減し、ひいては製造する半導体デバイス
のコストをさらに低減することが出来る。また、プリ・
エッチング工程をファイナル・エッチング工程等の他の
工程で使用済みのエッチング液を用いた場合には、エッ
チング液の単位体積当りの半導体基板の処理枚数を増加
せしめ、工程で消費する原材料費を低減し、従って製造
する半導体デバイスのコストをさらに低減することが出
来る、等の多くの効果が得られる。

【０１１３】また、請求項２に記載の発明においては、
上記の効果に加えて、必要な補償パターンのサイズを小
さくでき、従ってチップサイズを減少させ、半導体基板
１枚当りのチップ数を増加せしめ、製造する半導体デバ
イスのコストをさらに低減することが出来る、という効
果が得られる。

【０１１４】また、請求項３に記載の発明においては、
上記の効果に加え、ファイナル・エッチング工程に水酸
化カリウム水溶液等の酸化膜を侵食するエッチング液を
使用する場合であっても、ＳiＮ膜等を用いることな
く、酸化膜をエッチングマスクとして用いることがで
き、製造する半導体デバイスの製造工程数を減少せし
め、製造する半導体デバイスのコストをさらに低減する
ことが出来る、という効果が得られる。

【０１１５】また、請求項４に記載の発明においては、
上記の効果に加えて、ＭＰ等の凸凹のないエッチング底
面が得られ、従って製造する半導体デバイスの歩留まり
を向上せしめ、ひいては製造する半導体デバイスのコス
トをさらに低減することが出来る、という効果が得られ
る。

【０１１６】また、請求項５に記載の発明においては、
上記の効果に加えて、電圧を印加して行なうファイナル
・エッチング工程のリスクを低減できる。すなわちプリ
・エッチング工程におけるエッチング液ないしは反応生
成物が引火・爆発性を有する場合であっても、この工程
は電圧を印加せずに行なえるため、リスクを低減でき
る、という効果が得られる。

【０１１７】また、請求項６に記載の発明においては、
上記の効果に加えて、スループットが大幅に向上し、従
って製造する半導体基板１枚当りの処理時間を大幅に低
減することにより、設備投資費や人件費まで含めた工程
コストをさらに低減し、ひいては製造する半導体デバイ
スのコストをさらに低減することが出来る、という効果
が得られる。

【０１１８】また、請求項７に記載の発明においては、
上記の効果に加えて、ファイナル・エッチング工程を行
なう際の、自然酸化膜を除去する前処理が不要になり、
従って工程コストを低減し、ひいては製造する半導体デ
バイスのコストをさらに低減することが出来る、という
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のエッチング方法で製造するデバイスの
一例であり、半導体圧力センサの断面図。

【図２】プリ・エッチングを行なうエッチング装置の一
実施の形態を示す断面図。

【図３】ｐ型シリコン基板の厚さＤ_pnが６００μｍのと
きの、Ｖ_finのＶ_conに対する比率％をＤ_priの関数とし
て示した特性図。

【図４】Ｔ_waferのＤ_pri依存性を示す特性図。

【図５】Ｔ_waferのＷ_pri依存性を示す特性図。

【図６】本発明のエッチング方法で製造するデバイスの
他の一例であり、半導体圧力センサの断面図。

【図７】エッチング速度の結晶面方位依存性を示す特性
図。

【図８】エッチング液の組成とエッチング速度比との関
係を示す特性図

【図９】エッチング液の組成とＭＰ消滅力との関係を示
す特性図。

【図１０】補償パターンの一例を示す平面図。

【図１１】基板の厚さと補償パターンのサイズとの関係
を示す特性図。

【図１２】基板の厚さと補償パターンのサイズとの関係
を示す特性図。

【図１３】プリ・エッチングの深さと補償パターンのサ
イズとを対比した特性図。

【図１４】裏面マスクのサイズと基板の厚さとの関係を
示す特性図。

【図１５】半導体加速度センサの構造を示す図であり、
（Ａ）平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＰ−Ｐ断面図、（Ｃ）
は（Ａ）のＱ−Ｑ断面図、（Ｄ）は底面図。

【図１６】電解エッチングを行なうエッチング装置の断
面図。

【図１７】裏面マスクと重りの形状を示す平面図。

【符号の説明】

１…エッチング液２…エッチ
ング槽３…マグネチック・スターラ・バー４…ヒータ５…温度計６…冷却管２１…エッチング底面２２…｛１
００｝面からなる底面２２…エッチング側壁４０に接続する緩やかな斜面２４…マイクロ・ピラミッド（ＭＰ）３０…エピ
タキシャル基板３３、３４…シリコン酸化膜３５…白金
電極３６…電源３７…裏面
マスク３８…｛３１１｝面等の高次の結晶面で構成された側面３９…｛３１１｝面等の高次の結晶面で構成された側面
３８によって面取りされた凸状コーナ４０…｛１１１｝面で構成された側面５０…ダイ
アフラム５２…エッチング停止面１００…ｐｎ
接合界面１０１、１０２…エッチング底面３００…ｐ
型基板３０１…ｎ型エピタキシャル層３０２…ｐ型基板３００から形成された重り３０３…ｎ型エピタキシャル層３０１から形成された梁３０４…ｐ型基板３００から形成されたフレーム３
０５…スリット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者加藤真希子神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者内山誠神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理半導体基板と対極とをエッチング液
に浸漬し、電圧を印加することによってエッチングを行
なう半導体の電解エッチング方法において、上記半導体基板をエッチング液に浸漬し、電圧を引加せ
ずにエッチングする第１の工程と、上記第１の工程を施した後の上記半導体基板に電圧を引
加して電解エッチングを行なう第２の工程と、の少なく
とも２段のエッチング工程を有することを特徴とする半
導体のエッチング方法。
【請求項２】上記第１の工程は、サイドエッチングの遅
いエッチング液を用いて行なうことを特徴とする請求項
１に記載の半導体のエッチング方法。
【請求項３】上記第１の工程で使用するサイドエッチン
グの遅いエッチング液は、抱水ヒドラジンからなること
を特徴とする請求項２に記載の半導体基板のエッチング
方法。
【請求項４】上記第２の工程は、エッチング主面を平滑
化せしめるエッチング液を用いて行なうことを特徴とす
る請求項１に記載の半導体のエッチング方法。
【請求項５】上記第２の工程は、エッチング中に引火す
るおそれのない程度に引火点が高いエッチング液もしく
は引火しないエッチング液を用いて行なうことを特徴と
する請求項１に記載の半導体のエッチング方法。
【請求項６】上記第１の工程および第２の工程は、上記
半導体基板の複数を同時に処理する工程であることを特
徴とする請求項１に記載の半導体のエッチング方法。
【請求項７】上記第２の工程で使用するエッチング液
は、少なくともヒドラジン（Ｎ₂Ｈ₄）、水酸化カリウム
（ＫＯＨ）および水（Ｈ₂Ｏ）の３成分を含む組成であ
り、かつ、上記水酸化カリウム（ＫＯＨ）が、少なくと
も０.３ｗｔ％以上含まれる組成であることを特徴とす
る請求項１、請求項４または請求項５の何れかに記載の
半導体のエッチング方法。