WO2008114466A1 - シリコン角柱およびその製造法 - Google Patents

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WO2008114466A1
WO2008114466A1 PCT/JP2007/060298 JP2007060298W WO2008114466A1 WO 2008114466 A1 WO2008114466 A1 WO 2008114466A1 JP 2007060298 W JP2007060298 W JP 2007060298W WO 2008114466 A1 WO2008114466 A1 WO 2008114466A1
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silicon
alignment
anisotropic etching
etching
plane
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PCT/JP2007/060298
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Inventor
Fumikazu Oohira
Gen Hashiguchi
Shinya Nagao
Original Assignee
National University Corporation Kagawa University
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/30604—Chemical etching
    • H01L21/30608—Anisotropic liquid etching
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B33/00—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
    • C30B33/08—Etching
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24479—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.] including variation in thickness
    • Y10T428/2457—Parallel ribs and/or grooves

Definitions

  • the present invention relates to a silicon prism and its method. Background leakage
  • Crystalline etching is known as one of the methods for processing silicon wafers.
  • Crystal anisotropic etching is an etching process such as KOH # ⁇ Etching proceeds for a certain crystal orientation, but it takes advantage of the fact that etching does not proceed sharply for a specific position. It is an etching method that is processed into an open dog.
  • Silicone 8 is a slice of an ingot of silicon crystal that is sliced into a plate, and its single crystal has a diamond structure.
  • the crystal plane of this silicon single crystal has a (100) plane, a (110) plane, a (111) plane, etc., and various etching processes have been studied depending on these crystal planes.
  • ⁇ is ( ⁇ ) related to substrates.
  • a silicon (100) substrate is anisotropically etched by virtue of patterning with a resist or the like, a pyramid type ⁇ ⁇ 'with a (111) plane as a base is formed.
  • Specific examples of using this (100) -side etched shelf include DNA nanotweezers, microconnector sockets, and 1 ⁇ vise that take advantage of the fact that they can be processed into triangular openings.
  • Most of the jobs related to etching are related to this ⁇ ) substrate.
  • the conventional silicon processing using the anisotropic crystal I etching In i3 ⁇ 4i, There are many things that hang a ditch surface or ⁇ that hangs on the surface of a dog, and on the other hand, it doesn't cover anything that is made of silicon into a square dog, and its processing method is also known Tele sewing.
  • the present inventor has obtained various applications such as a matrix for a filter and a fine high density 13 ⁇ 4 in various fields, if silicon angles are obtained.
  • the present invention has been achieved.
  • Patent ⁇ 1 Japanese Patent Laid-Open No. Hei 8- 9 0 4 3 1
  • Non-Patent Document 1 Y. Uenishi, I Tsugai, and M. Mehregany, Micro-opto mechanical devices fabricated by anisotropic etching of (110) sil icon, "Proc. IEEE Micro Electro Mechanical Systems Workshop, Oiso Japan, pp. 319-324 , (1994).
  • Non-Patent Document 2 Y. Uenishi, Tsutsui, and E Mehregany, "Micro-opto mechanical devices fabricated by anisotropic etching of (110) sil icon," J. Micromech. Microeng., Vol. 5, pp. 305-312 ( 1995) Disclosure of Invention
  • an object of the present invention is to provide a completely new leakage difficulty of a silicon prism.
  • the present invention makes it easy to use a silicon prism with a high aspect ratio.
  • the silicon prism method of the first invention uses a (110) -plane silicon wafer, and the shape for alignment using two (m) planes perpendicular to the substrate surface inside the silicon /.
  • the silicon prism method according to the second aspect of the invention uses a (110) -plane silicon film, and uses a silicon film ⁇ having two (111) planes perpendicular to the substrate surface inside the silicon film ⁇ .
  • Mi) and alignment pattern forming process for forming alignment dogs on the surface along the image plane, and resist patterning aligned on the (111) surface of one side of Kagami.
  • a first oriental I raw etching process that forms a splint by performing anisotropic etching on silicon and processing so that one of the (111) faces becomes a vertical wall
  • a protective film forming process for forming a protective film on the surface of the silicon wafer including the wall surface, and a resist patterning that is aligned on the other (111) surface are performed, and crystal anisotropic I-etching is performed on the silicon wafer.
  • the silicon according to the third invention is characterized in that the second (1) raw etching process in which the other (111) plane is processed into a vertical wall surface in the front ESS portion to form a prism is sequentially performed.
  • the 3i method of prisms uses a (110) plane silicon wafer, uses a silicon wafer with two (111) planes perpendicular to the substrate surface inside the silicon plane, and has a negative (111) plane.
  • the alignment along the surface that forms the alignment opening Forming a first resist pattern along one (111) plane, and forming a second resist pattern along another (111) plane on the first resist pattern.
  • the previous word B3 ⁇ 4 is a process of cutting the silicon surface on the lower surface of the second resist pattern portion on the straight wall in the direction of the other (111) surface, and digging out the disgusting silicon surface by crystal anisotropic 1 'raw etching. Then, the first etching process for forming a prism with rain as the first resist pattern portion is sequentially performed.
  • the silicon prism according to the fifth aspect of the present invention is a tree that is beaten by the spear of the third aspect of the invention.
  • the silicon prism according to the sixth aspect of the present invention is such that the ridge is composed of the (110) plane and the four ridges are composed of the (111) plane.
  • the (110) plane silicon X is used, and etching is performed so that two vertical () 1) planes appear on the substrate surface inside, so that ⁇ is the (110) plane. , Your face ( 111) A silicon angle of ft ⁇ is obtained.
  • Etching was performed by forming two (111) planes, forming a tr alignment pattern, and aligning the first (111) plane with one (111) plane and the other (111) plane. Since the second anisotropic etching is performed, the (111) plane can be dug, and a silicon angle having a side wall perpendicular to B'fi can be obtained.
  • the alignment type 4 forming process, the first anisotropic etching process, and the second anisotropic etching process are provided, all the effects of the first invention are achieved.
  • a silicon angle S ⁇ ' is obtained with the side wall surface perpendicular to the top surface.
  • the protective film forming step is inserted between the first anisotropic etching and the second anisotropic etching, the vertical wall formed by the first anisotropic etching is used.
  • ffi The ability to attach a large amount of protection to the wall can prevent the wall from being scraped by the third-order etching. For this reason, in the second etching process, the surface of the side wall with the protective film is etched. Therefore, when etching is stopped at the (111) plane of the side wall, the prism is finished. Therefore, in the second invention, a silicon angle having four (111) plane walls in «101 and a high aspect ratio can be obtained.
  • the alignment shape forming step, the first anisotropic etching step, and the second anisotropic etching step are included, the effects of the first invention are fully achieved.
  • a silicon angle with a vertical sidewall surface can be obtained.
  • the silicon surface before the process of forming the vertical wall is flattened 11 in the protection process, no special technique is required for resist coating, and the exposure is also low. It can be done for a forehead.
  • ⁇ I is added to the side wall of the droop formed by the first anisotropic etching.
  • the HOB sparrow has four (111) side walls and a high aspect ratio silicon angle.
  • the silicon prism according to the fourth aspect of the present invention is laterally movable with respect to, and has an aspect ratio that is arbitrarily high. For this reason, it can be converted into various ways utilizing the angle ft? F ⁇ .
  • the silicon prism according to the fifth aspect of the invention is perpendicular to the side and has a high aspect ratio. Can be used. For this reason, it can be adapted to various uses that make use of Kakuzhe dogs.
  • the silicon prism according to the sixth aspect of the invention is perpendicular to the width of 4 and the side surface is surrounded only by the (111) plane, so that it is a prism without burrs or chips. Therefore, a prismatic power job with a high aspect ratio is possible, which is a versatile function. Brief description of the picture
  • FIG. 1 is an explanatory view of steps (1) to (3) in the first step according to the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram of steps (4) to (6) in the production method.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of steps (7) to (9) in the same problem.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of steps (10) to (12) in the M3 ⁇ 4.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of steps (1) to (3) in the second key removal according to the present invention.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram of steps (4) to (6) in the same problem.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram of steps (7) to (9) among the steps.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram of steps (10) to (12) in the same problem.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram of steps (1 3) to (15) of the same problem.
  • FIG. 10A is a diagram for explaining the alignment guard dog 4
  • FIG. 10B is an enlarged plan view of the alignment shape
  • FIG. 10C is the same diagram.
  • FIG. 11 (A) is a cross-sectional view of the straight wall 6, and FIG. 11 (B) is a view of the formed silicon prism 8.
  • FIG. 12 shows (A) an explanatory diagram of the problem with the cut in the male of Fig. 2 (tl), (B) is a cross-sectional view with a cut, and (C) is the diagram FIG. 6 is a schematic view of the state after secondary etching.
  • Figure 13 shows a SEM of a prism made by performing secondary crystal anisotropic etching for 30 minutes.
  • Fig. 14 is a SEM ⁇ 3 ⁇ 4 of a rectangular column obtained by performing the second crystal anisotropic etching for 1 hour.
  • Fig. 15 shows SEM ⁇ f3 ⁇ 4 in the state where etching is completed and iron oxide is also iron.
  • FIG. 16 is an example of a single note in FIG. Fig. 17 is an explanatory diagram of the crystal plane orientation of silicon. Best Mode for Invention
  • the present invention essentially forms a high-aspect-ratio prism with side walls that are perpendicular to the substrate surface inside the (no) silicon ⁇ .
  • Technique 1 The principle is ⁇ T.
  • the (111) plane standing in (110) silicon wafer is as shown in Fig. 13 and the force s.
  • the arrow r is the surface spring vector. From this figure, it can be seen that in the (no) silicon wafer, the (111) plane is largely divided into WT and a plane perpendicular to the (110) plane.
  • the vertical (111) planes form an angle of 109.5 °.
  • an etching characteristic due to crystal anisotropy is used, and two perpendicular (111) planes are used to form an angle ratio angle Zhezo.
  • the silicon wafer used in the present invention is a wafer that is sliced from an ingot so that the (110) plane is the surface.
  • the mask for crystal raw etching is applied to the entire surface of silicon wafer 1.
  • a protective film 2 is formed.
  • This step is to prevent dripping when the crystal anisotropic etching is performed in the step (6) in the later step (2), the purpose of forming the alignment dog.
  • Si 3 N 4 and Si0 2 can be used for dredging, and CVD can be used for dramatic removal.
  • Si 3 N 4 is used to form alignment leashes and spiders.
  • KOH and TMAH are the typical etchants for crystal anisotropic etching, and either of these nights can be anisotropically etched.
  • Si ⁇ is not easily dissolved by KOH and TMAH, so etching (SiSN 4 is not lost in it is easy to make a JU / pure wholesale by time management.
  • Si0 2 is an etching avoidance when using KOH. As a result, the time management for wholesaler sales is aroused, but it can be used as a mask material for samurai masks.
  • alignment holes 3 are formed in this protective cover 2 (for example, ⁇ ⁇ ) formed by the self-winding process.
  • This process can be performed with special restrictions by, for example, performing RIE (Reactive ion etching reactive ion etching) until the silicon surface comes out and pteing the resist with oxalic acid ii7].
  • the number and number of alignment holes are arbitrary. However, the position needs to be formed in a place where the appearance on the mask aligner is visible. C A 1 If you use a mask array that can see the entire surface, it can be formed anywhere. As for the number, it is ⁇ £. In the figure, 2 pieces are shown on the right side, and a total of 4 pieces are shown, but this is not a limitation. In addition, the alignment between the two separated points will be an alignment excitement.
  • the alignment opening 4 is formed on the silicon surface below the hole 3 formed in the sickle BI process (2). Therefore, crystal anisotropic I raw etching is performed.
  • TMAH working tetramethyl ammonium hydroxide, (CH 3 ) 4 N0H) is put in a suitable container, and a force t 3 ⁇ 4 is applied to about 60 ° C. to 80 ° C., and ⁇ is immersed and etched.
  • the SEM photograph of the alignment shape 4 formed at this time is shown in Fig. 1 (3).
  • the alignment guard dog 4 is formed to be recessed in the silicon surface under the guard 2. The cunning ⁇ !
  • Dog is ( ⁇ ) a hexagonal shape in a plan view, and (C) a triangular recess in the image view shown in Figure C. And it has two vertical (111) planes that cross this alignment dog 4 ttS. These two (111) planes are the »of Alien.
  • resist 5 is applied to the surface of ⁇ 1 and exposed, so that a line play dog aligned with one vertical (111) surface for alignment is padded.
  • the resist 5 a known material such as an organic resist can be used without particular limitation, and the coating method can be 0, for example, binco overnight or spray co overnight.
  • the exposure method use the photo-etching method of VT.
  • a “mask aligner” device that aligns the mask and the mask can be used. Also, because the resist patterning is very fine, move the wafer to the X, y direction and ⁇ (0 ⁇ while exposing, and align it with the alignment stab dog 4. When patterning is formed in multiple strips * 5, the silicon angle is set to 15 minutes for this sound.
  • the silicon surface 2 is ironed to leave only the patterned key 2 (Si ⁇ ).
  • the RIE layer 2 Si 3 N 4
  • Si 3 N 4 is etched to expose the silicon surface. Clean with, and remove the resist.
  • Si 3 N 4 is etched before the resist disappears, and the silicon surface comes out, but when it is etched, the resist disappears and Si ⁇ under the resist is also etched. It is necessary to go to Etchunk Spa. By this process, two layers of Si 3 N 4 are preserved during resist patterning.
  • a protective film 7 is formed on the entire surface of the wafer 1.
  • ⁇ is oxidized to form acid on the entire surface.
  • the protective film 7 is formed on the entire surface of the silicon ⁇ 1 including the ⁇ 6a and ⁇ ⁇ 6b of the vertical B1I6. In other words, this step forms a mask material for the second anisotropic etching in the subsequent step (11).
  • the method of ⁇ 0 can be used for the formation of Xie (Si0 2 ).
  • Xie Si0 2
  • an oxidation furnace is used and the inside of the furnace is set to about 1000 degrees, and soot gas is put therein, 1 can be oxidized.
  • the oxidation process in acid [ ⁇ is dry and wet, but les are also available.
  • film formation by CVD, APCVD (Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition), and LPCVD methods are also possible, and these may be made satisfactory.
  • resist patterning is performed by aligning the other vertical (111) plane of alignment shape 4 together.
  • resist 8 is applied to the upper surface of ⁇ 1.
  • the force of applying a thick film resist HJ? 30 m
  • PMER, SU-8, etc. a saddle resist
  • the As a method of resist application it can be applied to the entire surface of the pinco overnight. You can also attach ⁇ M to the resist suspension and apply it to the mask material. Then, pattern multiple lines according to the other vertical (m) plane.
  • the alignment method at this time may be the same as in step (4).
  • the pattern of resist patterning is as shown in the SEM photograph in Figure (8). In this process, the feg 6 formed in the step (6) and the resist pattern 8 formed in the present process are formed in a region surrounded by a well-like shape with 7 trillion acids.
  • acid iU-7 is etched using resist 8 as a mask.
  • acid etching is performed until the surface of the silicon wafer 1 comes out.
  • etching may be carried out by immersing Ue-8 in the night of hydrofluoric acid,
  • RIE reactive ion addition
  • the silicon surface appears on the surface 6 and the silicon surface is protected by the resist 8.
  • a portion of the vertical sound of the vertical male 6 that is attached to the vertical axis 7 is formed in 3 ⁇ 4S.
  • the resist 8 applied in the step (8) is peeled off.
  • the peeled state is as shown in Fig. 10 SEM, and this state is aligned with the other ( ⁇ straight (111) surface. ⁇ !) 7
  • This flying oxide film 7 has resulted in 2pfi ⁇ forming a prism.
  • the resist! ⁇ 3 ⁇ 4 is the same as the method in step (5), and is performed in 3 ⁇ 43 ⁇ 4i »K (mixed sulfuric acid and peroxygenated water with 3: 1 harm). There are other resist stripping methods, and you can use your own method.
  • the second texture I raw etching is performed with silicon ⁇ 1 using the acid 7 as a mask.
  • TMAH or the like can be used as an etchant, and the etching in this step can be performed by the same method as in step (6).
  • the silicon surface of wafer 1 is dug, the vertical (111) surface formed in the previous step (6) is the other vertical (111) surface and the end of the mask portion (111) As a result, the silicon prism 8 is obtained.
  • the acid is increased! ⁇ 3 ⁇ 4.
  • This step may be performed with hydrofluoric acid, or may be performed by RIE. This results in 4 Dog II with a silicon prism 8 on a silicon base.
  • FIG. 11 shows the state formed on the eight silicon prisms 1.
  • the thus formed silicon prisms 8 of ⁇ > ⁇ : may be used while being forested on the substrate 1. Any arbitrary prisms 8 may be cut out and used for play.
  • a: Silicon ( ⁇ ) on the (110) plane is used to etch so that two (111) planes perpendicular to the substrate surface inside it are exposed, so that is the (110) plane and ⁇ ⁇ is the (111) plane A silicon angle tt ⁇ 'is obtained.
  • Etching was performed on two ( ⁇ straight (111) planes, and then aligned on one (111) plane and on the (111) plane. Since this is performed by the second weave etching, a silicon prism 8 having a surface perpendicular to ⁇ with respect to the force to dig out the (111) plane perpendicular to the male is obtained.
  • the silicon prism 8 machined in the first fence is surrounded by (111) planes that are perpendicular to all four sides. Become a square shelf dog.
  • the height of the prism that was experimentally created by this defeat is about 30, but in principle it can form a leash dog with a high aspect ratio.
  • the second annihilation is an example of making a break in the formation of the retard, but the concept of crystal orientation in the present annihilation is the same as the first annihilation.
  • the process power is always easy because the resist pattern can be processed to form a thin wafer, so that a good wafer can be turned.
  • a cover 2 is formed on the entire surface of the silicon wafer 1.
  • This layer 2 is used to form a mask during alignment of the alignment shape in the step (2) and the first anisotropic pattern in the step (1 0).
  • Si 2 N 4 is formed by LP CVD. Obtained by filming.
  • alignment holes 3 are formed in Si 3 N 4 as protective film 2 by etching.
  • crystal anisotropic etching is performed by TMAH to form an alignment dog 4 on the silicon surface under the alignment dog.
  • the alignment shape is a hexagonal recess shown in FIG. 10, and two vertical (111) planes are formed in the hexagonal recess.
  • resist 5 is applied to the surface of silicon wafer 1, and multiple resist patterns are formed to match one vertical (111) surface of the alignment shape. To do.
  • the alignment method is the same as the first manufacturing method.
  • the protective film 2 (Si3 4 ) once formed in the step (1) is removed by etching. As a result, the silicon surface comes out except for the resist 5 part.
  • the step (6) of the first manufacturing method is not performed, and the step (6) of this manufacturing method is performed as a step (6) in FIG. .
  • an oxide film as a protective film 4 is formed on the entire surface of the silicon wafer.
  • patterning is carried out on the surface of the substrate (SiaN ,,), so that the Si-like part of the band-like Si is not recognized, and the protection 4 (Si0 2 ) is formed only on the silicon surface. Is done.
  • the protective film 4 formed in this step (6) serves as a mask material during vertical formation in the step (10).
  • a plurality of resists 8 are patterned in accordance with the other vertical (111) plane.
  • the alignment method is the same as Ml's first manufacturing method It is.
  • the protective film 2 (Si3N 4 ) and the protective film 4 (Si0 2 ) are removed by ion etching or the like using the resist 8 as a mask.
  • the strips are formed as Si0 2 and SisN 3 ⁇ 4S as guards 2 and 4, but in this way, they appear in Hoto 2 and 4 forces ⁇ .
  • step (12) filming is performed by removing the wake 2 (Si) and exposing the silicon surface, and aligning the silicon surface part that appeared in step (13) with one vertical (111) surface. This is to make a cut.
  • a mask aligned with two vertical (111) planes can be formed in a flat state with a silicon force of 1 force s. Therefore, the mask can be easily formed. .
  • protective film 2 (SisN 4 ) is first formed in step (1), but before this, protective film 4 (Si0 2 ) is formed first, and then protective film is formed. 2 If (SisN 4 ) is deposited, the part that appears in the process (5) will be retained (Si0 2 ) force S, and the process (7) will be patterned as it is. You may make it perform. That is, by first forming a protective film 4 (Si0 2), as a result, the same shape as the step (6) is obtained.
  • the vertical wall 6 is formed by digging down the silicon surface. Etching in this process does not etch the portions of the strip-shaped protective layers 2 and 4, but the silicon surface adjacent to the protective films 2 and 4 is dug, and the strip-shaped portion where the protective layer 2 and 4 force S is formed. 3 ⁇ 416 is formed. At this time, the side surface of the dredge 6 is vertical, but the wall surface of the vertical wall 6 is one of the (111) planes of the two (111) planes perpendicular to the (110) image on the wafer surface. Because there is.
  • an oxide film SiO 2
  • a protective rod 7 is formed on the surface I and I of the drooping wall 6.
  • a mask material for the second crystal anisotropic etching of this process wheat is formed. is doing.
  • the protection 2 (SisN 4 ) on the upper surface of the vertical wall 6 is removed by etching.
  • RIE force S can be used for etching in this process.
  • the purpose of this process is to remove this part by secondary anisotropic etching.
  • a cut is made in the vertical wall 6 where the protective film 2 is removed.
  • Any means can be used for cutting, for example, a dicing saw or laser processing can be used.
  • the purpose of making this cut is to prevent etch stop at another oblique (111) plane and to proceed to the vertical plane.
  • the oblique (111) plane appears, and when the base points of each other meet at one point, the etching stops there and etching is continued. Processing will not proceed.
  • the cut marks 10 are formed vertically, the etching progresses toward the side, and the vertical direction as shown in the figure (C).
  • (111) Etching will stop when the surface is removed. The emergence of this vertical (111) plane is an indispensable requirement for creating a power prism.
  • Fig. 13 shows the SEM of a prism after 30 minutes of secondary crystalline etching.
  • Fig. 14 shows the same SEM image of 1 hour after the completion of the etching.
  • Fig. 5 shows the state where the etching is completed and the oxide film is also removed.
  • S EMm Fig. 16 is the first part of Fig. 15! 3 ⁇ 4fc ⁇ 3 ⁇ 4.
  • This silicon prism 8 is a structure in which a large number of silicon prisms 8 are formed on a silicon wafer 1 in the same manner as shown in FIG.
  • Etching forms an alignment layer that has two vertical (111) planes, and then aligns the (111) plane with the first etching that is aligned with one (111) plane. Since the second anisotropic etching is performed, the (111) plane perpendicular to the male can be dug, and a silicon prism 8 with a side wall perpendicular to IB can be obtained. Since the silicon surface is formed in a flat state before the process of forming the vertical jl 6, no special technique is required for resist coating, and exposure can be performed for a forehead without any special problems.
  • the protective film 7 is formed between the first anisotropic I 'raw etching and the second anisotropic etching, the side wall of the droop 6 formed by the first anisotropic etching is supported. 7 can be attached, the second; ⁇ side I's on the raw Etchank temple side! ! ⁇ Can be prevented from being scraped.
  • the second isotropic etching is a layer that does not have a protective layer 7 and is processed into a prism when it is etched on the (111) surface of the wall.
  • the silicon prisms 8 gathered in the second separation can form an angle K surrounded by a (111) plane that is perpendicular to all four sides. Further, according to this example, a shape with a high aspect ratio can be formed on the ridge.
  • the silicon prism of the present invention has four ridges perpendicular to 3 ⁇ 4, and the ridge is surrounded only by the (111) plane, so that it has no burrs or chips. Therefore, a corner with a high aspect ratio can be created, and various applications such as ⁇ ⁇ can be used.
  • the silicon prism according to the present invention can be applied to various applications in various industrial fields. For example, it is possible to use a metal mold for fill evenings, but it is not limited to these applications.

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Abstract

全く新たな技術原理に基づくシリコン角柱の製法と、それにより得られた高アスペクト比のシリコン角柱を提供する。(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)面に沿った面を有するアライメント用形状4を形成するアライメント形状形成工程と、一方の(111)面にアライメントした壁面を有する垂直壁6を形成する第1次異方性エッチング工程と、垂直壁6に対し他方の(111)面にアライメントした壁面を有する角柱8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。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(11l)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。

Description

明細書 シリコン角柱およびその 法 技搬野
本発明は、 シリコン角柱およびその s¾ 法に関する。 背景漏
シリコンゥェ八への加工法の一つとして、 結晶 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などのエッチング鹿# ^ある結晶方位に対してはエツチン グが進むが、 特定の結 位に対して〖塘しくエッチング が進まないことを利用して 、 特定の开犬に加工してレくエッチング法のことである。
シリコンゥェ八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つている。 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 翅 Ϊわれている。
シリコンの異方性エッチングに関する多く 體は、 微より、 （则）基板に関する ものである。例えば、 レジスト等で藤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) 面を彻湎に持つピラミッド型の ϋ^'形成される。 この （ 100) 面のエッチング棚を使った具体例としては、 三角开娥に加工できることを活かし た DNAナノピンセッ卜やマイクロコネクタ用ソケッ卜、 セ 1^ ^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職の多くは、 この αοο)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)面を彻厕に 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 については、 垂直な壁の制犬は形成できるので、 その垂 を活かして八ーフミラ一や エタロン、 またマイクロミラーなどを作成する研¾¾^¾されている （特 l l、 許 1， 2参照。 。
以上のように、従来 吉晶異方 I生エッチングを用いたシリコン加: i¾iでは、 ピラミツ ド麟犬を翻ゝした物ゃ垂麵面を^ る溝あるい〖遞を τる物が多かつ 一方、 シリ コンを角繊犬に加工した物は全く被せず、 その加工法も 知られてレぬい。
このような 兄の中で、 本発明者は、 シリコン角 得ら ば、 さまざまな^^野 で、 これまで考えられてレぬかった用途、 たとえばフィルタ用母型や微細高密麵1¾ど の用 生じることに §濫み、 アスペクト比の高いシリコン角柱の加工技 意研究した 結果、 本発明を するに至った。
特許駕 1 特開平 8 - 9 0 4 3 1
非特許文献 1 Y. Uenishi, I Tsugai, and M. Mehregany, Micro - opto mechanical devices fabricated by anisotropic etching of (110) sil icon, " Proc. IEEE Micro Electro Mechanical Systems Workshop, Oiso Japan, pp. 319-324, (1994) .
非特許文献 2 Y. Uenishi, Ε Tsugai, and E Mehregany, "Micro- opto mechanical devices fabricated by anisotropic etching of (110) sil icon, " J. Micromech. Microeng. , Vol. 5, pp. 305-312 (1995) 発明の開示
ところで、 «のシリコンの (110) 面加 !Mを羅的に応用すると、 シリコン （110 ) 基板にレジストを四角くパターニングし、 »性エッチング lば角 tt ^等られるよう に考えられるが、 実際は不可能である。それは、 (111) 面力 したとき、 谷で殘し た底 は 1点に集まりエッチストップとして觸するが、 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 fo^'つて、 単なるパターニングではない新たな加工プロセ スの願里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漏翻 づくシリコン角柱の難を提供する 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樹共することを 目白勺とする。
第 1発明のシリコン角柱の 法は、 (110) 面のシリコンウェハを用い、 該シリコン ゥ /、の内部にある基板表面に垂直な二つの （m) 画こ沿った面を るァライメン卜 用形状を形成するァライメント刺犬形成工程と、 前記一方の (111) 面にァライメントし た画を ¾ る垂 «を形成する第 1 ^¾方性エッチング工程と、 tSia S に対し編己 他方の (111) 面にァライメントした壁面を有する角柱を形成する第 2次異方性エツチン グェ程とを腿こ実行することを特徴とする。
第 2発明のシリコン角柱の 法は、 (110) 面のシリコンゥ ;\を用い、 該シリコン ゥ Λ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ゥ Λを用い、 漏己二つの mi) 画こ沿った面を るァライメント用开剑犬を形成するァライメント形 状形成工程と、 鎌己一方の (111)面にァライメントしたレジストパターニングを施して
、 シリコンゥ に結晶異方性エッチング加工をして編己一方の (111) 面が垂直な壁面 となるように加工して垂麵を形成する第 1織方 I生エッチング工程と、 嫌睡麵の壁 面を含めシリコンウェ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 ) 面にァライメントしたレジストパターニングを施して、 シリコンウェハに結晶異方 I生ェ ツチング加工をして前ESS 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»1生エッチング工程とを順に^することを特徴とする 第 3発明のシリコン角柱の 3i法は、 (110)面のシリコンウェハを用い、 該シリコン ゥ Λの内部にある基板表面に垂直な二つの （111) 面を ¾ るシリコンウェハを用い、 嫌 Enつの （111) 面に沿った面を^ Tるァライメント用开娥を形成するァライメント形 状形成工程と、 嫌己一つの (111) 面に沿った第 1レジストパターンと、 該第 1レジスト パターン上で編己他の (111)面に沿った第 2レジストパターンを形成する保翻新缄ェ 程と、 嫌誘り合う第 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»方 f生エッチング工程と 、 ΐίί¾Β ©#、ϋ面を含めシリコンゥ工八^面に保 ¾ϋを形成する保 成工程と
、 前言 B¾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謹工程と、 嫌己シリコン面を結晶異方 1'生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雨とする角柱を形^ る第 性エッチング工程 とを順に実行することを とする。
第 5発明のシリコン角柱は、 第 3発明の纖により纖されたことを樹敫とする。 第 6発明のシリコン角柱は、 预が (110) 面で、 四つの彻丽が (111) 面からなること を ^敷とする。
第 1発明によれば、 (110) 面のシリコンゥ X；、を使い、 その内部にある基板表面に垂 直な二つの （Π1) 面が出るようにエッチングするので、 颜を (110) 面とし、 御面を （ 111) 面とするシリコン角 ft^得られる。 また、 エッチングは、 二つの （111) 面を; trる ァライメント形 を形成したうえで、 一方の (111) 面にァライメントした第 1；»-方性 エッチングと他方の (111) 面にァライメントした第 2次異方性エッチングにより行うの で、 赚に （111) 面を掘り出すことができ、 に対し] B'fiに垂直になった側壁を有す るシリコン角¾ ^得られる。
第 2発明によれば、 ァライメント形 4 成工程と第 1次異方 ί生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発明の効果を全て術¥くしているので、 天面に 対し側壁面が垂直なシリコン角 S^'得られる。そして、 第 2発明では、 第 1«方性エツ チングと第 2次異方性エッチングとの間に保護赚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 ©ffi壁に保讕莫を付けること力 ?き、 第 性 エツチンク诗に佃壁が削られるのを防止できる。 このため、 第 2；^»性エッチングでは 保護膜の付いた側壁に^する面だ W ^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 «101に 四つの （111) 面 壁を有し、 アスペクト比の高いシリコン角 得られる。
第 3発明によれば、 ァ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 H しているので、 天面に 対し側壁面が垂直なシリコン角 得られる。そして、 第 3発明では、 保 ¾ff铖ェ程が 垂直壁を形成する工程の前のシリコン表面がフラッ卜な状 11 亍われるので、 レジストの 塗布に特別の手法を要せず、 露光も傲 Uの問題 く額に行える。 また、 第 1繊方 1'生ェ ツチングと第 方性エッチングとの間に^ ^^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麵の側壁に^ I を付けること力 き、 第 2 方 性エツチンク诗に側勸測られるのを防止できる。 このため、 第 2織方性エツチンク^ 5 は保纖の付いた側壁に錢する面だ W^'エッチング加工されるので、 そ ( I則壁の (111 )面でエッチストップしたとき角柱に肚られることになる。 よって、 第 3発明で HOB雀 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 得られる。
第 4発明のシリコン角柱は、 に対し側動锤直であって、 アスペクト比も 意に高 レ ^ものとすること力 ?きる。 このため、 角 ft?F狱を活かした様々 途に翻することが できる。
第 5発明のシリコン角柱は、 に対し側 垂直であって、 アスペクト比も ί£意に高 いものとすることが きる。 このため、 角浙剑犬を活かした様々な用途に翻することが できる。
第 6発明のシリコン角柱は、 に対し四つ 幅が垂直であり、 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、 高レアスペクト比の角柱 力職可能となるので、 様々な用 の删カ坷能である。 画の簡単な説明
第 1図は、 本発明に係る第 1の 去のうち工程 ( 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、 同難のうち工程 (7) 〜 （9) の説明図である。
第 4図は、 同 M¾のうち工程 ( 1 0) 〜 （1 2) の説明図である。
第 5図は、 本発明に係る第 2の鍵去のうち工程 ( 1) 〜 （3) の説明図である。
第 6図は、 同難のうち工程 （4) 〜 (6) の説明図である。
第 7図は、 同 ®去のうち工程 (7) 〜 （9) の説明図である。
第 8図は、 同難のうち工程 ( 1 0) 〜 （1 2) の説明図である。
第 9図は、 同難のうち工程 (1 3) 〜 （1 5) の説明図である。
第 1 0図は、 (A) 図はァライメント用麟犬 4の説明図、 (B) 図はァライメント用形 状の拡大平面図、 (C) 図は同麵図である。
第図 1 1図は、 （A) 図 直壁 6の断面図、 （B) 図は形成されたシリコン角柱 8の 図である。
第 1 2図は、 (A) 図識2の雄における切り目を入 tlよレ^^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^性エッチングを終えた状 態の麵図である。
第 1 3図は、 第 2次結晶異方性エッチングを 3 0分行って出来た角柱の S EM であ る。
第 1 4図は、 第 2 結晶異方性エッチングを 1時間行って出来た角柱の S EM^¾であ る。
第 1 5図は、 エッチングが完了して酸瞧も鉄した状態の S EM^f¾である。
第 1 6図は、 図 1 5の一音陆汰 ¾である。 第 1 7図は、 シリコンゥ の結晶面方位の説明図である。 発明を^ るための最良の形態
つぎに、 本発明の 蕭纖を図面に基づき説明する。
誦議）
本発明は、 (no) シリコンゥ Λの内部にある基板表面に垂直な (no面を用レ、て天 面 （110) 画こ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 1 原 理が^ Tる。
(110) シリコンゥェハにおける (111) 面 立置は、 図 1 3に示すようになってレるこ と力 s知られている。 同図にぉレ r矢印は面の? 泉ベクトルである。 この図より、 （no) シリコンウェハにおいて、 (111) 面は大きく分 WT、 (110)面に対して垂直になってい る面と 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 ¾アスペクト比の角浙狱を形成するものである。 また、 本発明で用いるシリコンウェハは、 (110) 面が表面となるようにインゴットか らスライスしたゥェ八である。
( (本発明の觀）
本発明の觀こは、 以下に示す第 1と第 2の二つの方法がある。
( (第 1の觀）
まず、 第 1の難を説明する。 この難 下の工程 ( 1)〜工程 ( 1 2) の 1 2工程 からなる。 なお、 特 Fit求の範囲 （請求項 2)で特定した工程との対応関係〖¾¾下のとお りである。
*ァ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)
·保讕 Iff铖工程： (7) 〜 （8)
.第 2次異方性エッチング工程： (1 1) 〜 （1 2)
(ァライメント开狱形成工禾 )
( 1) 保讖難成
図 1の （1) に示すように、 シリコンウェハ 1全面に結晶 生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) ぅァライメント用开 犬を形成する目的 ®ί也に、 工程 ( 6 ) で結晶異方性エッチングするとき垂麵 けないようにするためである。
本工程における謹には、 Si3N4や Si02が麵でき、 劇穀去には、 の CVDなどが用 いられる。
なお、 ァライメント綱犬の形成と垂麵の形成には、 Si3N4が ある。結晶異方性ェ ツ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 どちらの溜夜を用レ ΠΓも異方性エッチングを行うことが きるが、 どちらの涵夜を用いる かにより、 マスク材を SigN4にするカ^ 02にする力、蔵する必要がある。 Si^は、 KOHと TMAHで極めて溶解されにくいためエッチング (^中で SisN4が無くなってしまうことは なぐ 時間管理による JU¥純卸が容易である。 Si02は KOHを用いるときエッチング避 カ汰きいので、 廳舗卸のための時間管理が醒であるが、 さの麵を趣して おけまマスク材として ί®¾できる。
(2) ァライメント用形状の形»|
図 1の （2) に示すように、 鎌己工程で形成さォ こ保謹 2 (例え^ ί ) にァライメ 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 «¾レが、 例えば、 RIE ( Reactive ion etching反応性イオンエツチンク） をシリコン面が出るまで行い、 纖酸 ii7]でレジストを Pteすることで行える。
ァライメント用孔 3 置と数は任意である。 ただし、 位置はマスクァライナーでの顕 纖を用レ^:位置合わ珊に見える場所に形 fi¾ ~る必要がある。 ゥ A 1全面を見ること 力 きるマスクァライ を使用する場合はどこに形成してもよい。数に関しては ί£意で ある。 図で tt£右に 2個づつ、 計 4個を示してレるが、 これに限ること よい。 なお、 離 れた 2点間の方がァライメント精戯犒くなる。
(3) ァライメント用刺犬の形成
図 1の （3) に示すように、 鎌 BI程 (2) で形成した孔 3の下のシリコン面にァライ メント用开狱 4を形成する。 このため結晶異方 I生エッチングを行う。例えば、 TMAH ( 職 tetramethyl ammonium hydroxide, (CH3) 4N0H) を適当な容器に入れて 6 0°C〜8 0°C 程度に力 t ¾し、 ゥ Λを浸けてエッチングする。 このときに、 形成したァライメント用形 状 4の S EM写真は図 1の （3) のとおりである。 このァライメン卜用麟犬 4は、 図 1 0の （A) に示すように、 保謹 2の下のシリコン 面に凹んで形成されている。 また、 その ΙΕϋな^!犬は、 (Β) 隱こ示す平面視で六角形で あり、 （C) 図に示す画視で三角形の凹所である。そして、 このァライメント用 犬 4 ttS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) 面がァライメン 卜の »となる。
1 «方性エッチング工程）
(4) 一方の垂直な (111) 画こ合わせたレジストパターニング
図 2の （4) に示すように、 ゥ Λ 1の表面にレジスト 5を塗布し、 露«象すること により、 ァライメント用の一方の垂直な (111) 面に合わせて のライン劇犬をパ夕 一二ングする。 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^ 0の方法、例え ¾ ビンコ一夕一やスプレーコ一夕一を用い ることが きる。 また、 露光法は、 のフォトエッチングの手法を用レ VTよい。
レジストパターニングをァライメント用形状 4の （111) 面にァライメントするにはゥ ΧΛとマスク 立置合わせを行う 「マスクァライナー」 という^]の装置を用いることが できる。 また、 レジストパタ一ニング〖お常に微細なため、 露纖 しながら、 ゥェ ハを X, y方向と Θ (0©に移動させ、 ァライメント用刺犬 4と ©立置合わせを行う。 このレジス卜パターニングは帯状のものを複¾* 5こ形成すると、 ί»するようにこ の音 15分にシリコン角 さることになる。
(5) シリコン面の保醒の^ ¾
つぎに図 2の （5) に示すように、 シリコン面 呆讖莫 2を鉄して、 パターニングさ れた保鍵 2 (Si^) のみを残すようにする。具体的には、 RIEを用レ r保靈 2 (Si3N4 ) をエッチングし、 シリコン面を出す。 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がェツチングされシリ コン面が出てくるが、 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 Si^ もエッチングされていくため、 エッチンク特間に 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顽に «Si3N4の保纖 2カ^されることになる。
(6) シリコン面の第 方性エッチング.垂 の形成
ここで図 2の （6) に示すように、 シリコンゥ: CA 1に結晶異方性エッチングを行う。 エツチン 夜は TMAHなど^!のエツチン 励缏える。 この工程で保譲 2部分の天 面に ¾Si3N4が残っているので、 エッチングの結果、帯状の保靈 2部分に隱妾するシリコ ン面が掘れていき、 保醒 2部分の H頓〖雄纖 6に形成される。 このとき、 保躑奠 2部 分の仰面が垂直な壁面になるが、 これ〖鍾纖 6の壁面がウェハ表面の (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 した垂麵 βは図 (6) に示す S EM鎮 (越電子顕 ί纖嚷のとおりである。実験例 では、 形成された垂麵 6の高さは钓 3 0 mであった。
(保翻莫形成工程）
(7) 全面保讕讓
図 3の （7) に示すように、 垂直壁 6を形成した後、 ウェハ 1全面に保護膜 7を形成す る。 この保翻莫形成のため、 例えばゥ Λを蒙酸化し全面に酸 莫を形成する。 こ 果 、 図 1 1の （A) に示すように、垂 B1I6の^ ®6 aと彻洒 6 bを含めシリコンゥ ΧΛ 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（1 1)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、 保翻莫 7として、 Si3N4ではなく酸 ibSI (Si02) を用レ rいる。その理由 は、 酸鍵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ツチン グが容易であるためである。 しかし、 保護膜 7を Sis jもしく ¾Si02にして RIEでエツチン グを行うことも可能であり、 また、 SisN4を用いることもできる。 ただこのとき〖«¾溶 液をそれに合わせて適切なものにする必要がある。 '
謝瞧 (Si02) の形成には、 么^ 0の方法を用いることが きる。 例えば、 酸化炉を用い 、 炉内 を約 1000度として、 そこに瞧ガスを入れるとゥ: 1 ヽを酸化できる。酸ィ [^に おける酸化プロセスにはドライ酣匕とゥエツト謝 あるが、 レ ι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 ί£意に 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、 ァライメント用形状 4のもう一つの垂直な (111) 面こ合わせてレジストパターニングをする。
このため、 ゥ Λ 1上面にレジスト 8を塗^ ft"る。 この工程では、 厚膜レジスト （H J? 3 0 m) を塗¾ "るの力 ¾子ましい。 このとき、 垂纖 6の高さをすベてコートする必 力 Sある。従って酵の厚いレジストを形成できる謹レジスト (PMER、 SU- 8等)を用レてい る。 レジスト塗布の方法として » ピンコ一夕ー¾^にも全面に塗^きれ いので、 スプレーコートなども できる。 さらに、 レジストの ί つりに^ Mを付着させて、 それ をマスク材に麵することもできる。 そして、 もう一方の垂直な （m) 面に合わせて複 のライン形 をパターニングする。 このときのァ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 ί の好は図 (8) の S EM写真のとおりである。 このェ 程で、 工程 (6) で形成し feg麵 6と本工程で形成したレジストパターン 8とで井«状 に囲まれた部分に酸個莫 7力戋さ ることになる。
(9) シリコン面の保画鉄
次に、 図 3の （9) ί すように、 レジスト 8をマスクにして酸 iU奠 7をエッチングす る。 このとき、 シリコンウェハ 1の表面が出てくるまで酸仆 エッチングを行う。 このェ ツチング法としては、 フッ酸の激夜にゥェ八を浸^ τ謝 のエッチングをしてもよく、
RIE (イオン加 )を用レ もエッチングしてもよい。 このエッチングにより垂纖 6にお レ rもレジスト 8で保護されてレぬレ 盼の謝隱诹れ シリコン表面が出てくる。 こ の結果、 垂雄 6の長手方向にぉレ ：、 謝 莫 7の付着した音盼と された部分が ¾S に开成される。
( 1 0) レジス卜除去，シリコン面を出す
図 4の （1 0) 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 1 0の S EM鎮のとおりであり、 この状態はもう一方 (^直な (111) 面に合 わせて、 酸 莫 7がライン状に垂麵 6の上面と仴腼を保護している 態である。 しかも 、 謝 )!7 |t 6 ©fi手方向にぉレて、 間隔をあけて した枕態となる。 この飛々 に する酸化膜 7によって、 角柱を形成する 2pfi^ きたことになる。
レジストの!^ ¾は工程 (5) の方法と同じで、 ¾¾i» K (硫酸と過酸仆冰素水を 3： 1の害恰で混合したもの)で行う。 レジストの剥离坊法は他にもあり、 意の方法を使つ てよい。
(H2^S方性エッチングェ @)
( 1 1) シリコン面の第 2次異方性エッチング
次に、 図 4の （1 1) に示すように、 酸 莫 7をマスクにしてシリコンゥ Λ 1により 第 2織方 I生エッチングを行う。エッチング液は TMAHなどが使え、 この工程の ¾^性 エッチングは、 工程 (6) と同じ方法でよい。 そして、 ウェハ 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 のマスク部の端の謹の (111)面で） エツ チストツフするので、 この結果、 シリコン角柱 8が る。
( 1 2) m
に、 図 4の （1 2) に示すように、 酸 莫を!^ ¾する。 この工程はフッ酸で行って もよぐ RIEで除法してもよい。 この結果、 シリコン基ネ肚にシリコン角柱 8が林立した 4犬 IIとなる。
図 1 1の （B) は、 シリコン角柱 8カ堪板 1上に形成された状態を示している。 このよ うに形成されたネ »φ: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ぐ 任意 の角柱 8を切り取って遊の用途に舰してもよい。
1の難の利^)
上記第 1の纖の利点は、 以下のとおりである。
a： (110) 面のシリコンゥ Λ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、 を （110) 面とし、 仴腼を （111)面とするシ リコン角 tt^'得られる。
b：エッチングは、 二つ (^直な (111) 面を ¾ るァライメント开娥を形成したうえ で、 一方の (111) 面にァライメントした第 生エッチングと »の (111)面にァ ライメントした第 2織方性エッチングにより行うので、 雄に垂直な (111)面を掘り 出すこと力 き、 に対し ΙΘΙに垂直になった佣歷を るシリコン角柱 8が得られる 。
c：第 1 方性エッチングと第 2«方性エッチングとの間に保醒形成工程を入れ 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の側壁にィ纖摸 7を付け ること力 き、 第2^ ¾^性エッチング 1#に側觀削られるのを防止できる。 このため、 第 2次異方性ェツチングでは保護膜 7の付レゝた側壁に^する面だ ツチング加工さ 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、 IBiに四つの垂直な (111)面の側壁を有し、 腹的にァスぺクト比の高い シリコン角柱 8力得られる。
(M 1の纖で得られたシリコン角
上記第 1の嫩で機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 角棚犬となる。 また、 本衝去によって実験的に制作した角柱の高さは約 3 0 である が、 原理的には髙ァスぺクト比の綱犬を形成することが きる。
このように四つの仰厨が全て (111) 面で構成されているということは、 原子の結合状 態が魏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 つて、 断画責に対して高さの高レ角柱、 すなわち髙ァスぺクト比の角柱に肚げても細 的用途に供することカ^ T肯となる。
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 骨にもなる。 このた め、 角ォ棚犬を活かした様々な用途に翻すること力 きる。
( (第 2の觀）
つぎに、 第 2の謙を説明する。
第 2の徵去は、 レつたん形成し に切れ目を入れる ¾であるが、本 ®?去におけ る結晶方位の考え方は、 第 1の嫩と同じである。 の;^は、 レジストのパター二 ングを加工してレぬぃウェハ、 よわち髙レ^^を形成してレ よいウェハ \°ターニング できるため、 プロセス力 常に容易であるという; s¾ 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の鰣去と同じであるので、 詳細は省略し、 譲匕した説明とする。
なお、 青求の範囲 （ϋ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。
'ァライメント开犬形成工程： （1) 〜 （3)
·保讖餅铖工程： （4) 〜 （9)
'第 方性エッチング工程： ( 1 0)
•保翻莫形成工程： （1 1) 〜 （1 2)
•切断工程： ( 1 3)
•第 2次異方性エッチング工程： ( 1 4) 〜 （1 5)
(ァライメン卜用形状形成工程）
( 1)保讓铖
図 5の （1) ί すように、 シリコンウェハ 1全面に保謹 2を形成する。 この ί ϋ 2は工程 （2) のァライメント用形状の形成時と工程 (1 0) の第 1次異方 ['生エッチング 時のマスクを形成するものである。 この保 «H2は、 例えば Si3N4を L P CVDにより成 膜することで得られる。
(2) ァライメン卜用开犬の形)
図 5の （2) に示すように、 保護膜 2としての Si3N4にァライメント用孔 3をエッチ ングにより形成する。
(3) ァライメン卜用开 犬の形成
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、 ァライ メント用开 犬の下のシリコン面にァライメン卜用开犬 4を形成する。 このァライメント 用形状は図 1 0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。
(保薩形成工程）
(4) 垂直な (111) 画こ合わせたレジストパターニング
図 6の （4) に示すように、 シリコンウェハ 1の表面にレジスト 5を塗布し、 ァラ ィ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。 ァライメントの手法は、 前記第 1の製法と同じである。
(5) シリコン面の保讖莫の駐
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 (Si3 4) をエツ 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 ffl ff铖
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) に示す全面保醒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卜を剥離した後、 シリコンゥェ八全面に保護膜 4として の酸化膜を形成する。 前工程 (5) ではゥ Λに保讕莫 (SiaN,,) 力 状にパターニング されているので、 帯状の Si 部分 ί識化されず、 シリコン面のみに保灘 4 (Si02) カ彬 成される。
本工程 (6) で形成する保護膜 4は工程 （1 0) での垂直»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。 ァライメントの手法は、 Ml己第 1の製法と同じ である。
(8) シリコン面の保躑鄭^ ¾
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 (Si02) 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Iれ、 各帯状部分には、 保霞 2 (Si ） と保護膜 4 (Si02) 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 Si02と SisN ¾Sに保躑奠 2， 4と して形成されるが、 このように保藤 2， 4力^^に現れるように成膜するのは、 ェ 程 （12) で保醒 2 (Si ） 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、 シリコンゥェ八 1力 s平坦な状態で 2つの垂直 な（111)面にァ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力 S数百/ m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力'、 露光につ レ Tは深い溝に光が入ってレ ず、 底面まで露光できなレ ^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、 ウェ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 (SisN4) を成膜しているが、 こ の前に保讖莫 4 (Si02) を先に成膜し、 その後に保護膜 2 (SisN4) を成膜すれば工程 (5) でシリコ ^出てきている部分が保 4 (Si02) 力 S出てくることになり、 その まま工程 (7) のパ夕一ニングを行うようにしてもよい。 つまり、 最初に保護膜 4 ( Si02) 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。
( 1織方性エッチング工禾 S)
(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 保調 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、 保謹莫 2， 4力 S形成された帯状部分 «¾1 6に形成される。 このとき、垂麵 6の 側面が垂直になるが、 これ〖 直壁 6の壁面がウェハ表面の (110) 画こ対して垂直な二 つの （111) 面のうちの一つの （111) 面であるためである。
(保贿滅工程）
( 1 1 ) 垂直壁に保護膜形成
図 8の （1 1 ) に示すように、 ゥェ八 1全体を熱酸化により保護膜 7として酸化膜 (Si02) を形成する。 こ (¾き果、 垂窗壁6の »と仴 I面に保護摸 7が形成されることにな る。 つまり、 この工程〖 麦の第 2 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。
( 1 2) 垂直壁上面の保 ¾i一部除去
ここで、 図 8の （1 2) に示すように、 垂直壁 6上面の保靈 2 (SisN4) 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力 S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。
沏断工程）
( 1 3 ) 垂直壁を切る
図 9の （1 3 ) 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 1 2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 1 0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 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 せること力角柱を作るための必須の要件となっている。
(M 2 »方性エッチングェ禾§)
( 1 4) シリコン面の第 2次結晶異方性エッチング 図 9の （1 4) 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仰画部分は結晶 （111) 面に沿って垂直に形成される 。 これ «3麵 6の壁面がゥ /\¾面の (110) 画こ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、 垂麵 6の形戯みの壁面には保醒 7が付 レ rいるので、 第 2 "性エッチンク寺に側動剿られるのを防止できる。 このため、 第 2次異方 f生エッチングでは保騸莫の付いた側壁に ^する面だお Cツチング加工され 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、 垂麵 6の漸には保靈 7 (Si02) カ^っている。
この第 2 結織方 I生エッチングの結果、 天面に保醒 7が残ったままのシリコン角 柱 8が形成される。
図 1 3は第 2次結晶 性エッチングを 3 0分行って出来た角柱の S EM 図 1 4 は同じく 1時間 ί菱の S EM写 図 1 5はエッチングが完了して酸化膜も除去した状態の S EMm 図 1 6は図 1 5の一き! ¾fc^ ¾である。
図 1 3の；!え態では、 出 りつつある角柱のネ には斜面力戰つており、 ffi腼には薄い 謝瞧も付いている。 図 1 4の忧態で 面がほとんど無くなっている。 図 1 5の 状態ではきれいな角柱に仕上っている。 この肚つた优態では、 図 1 6に示すように角柱 の彻廊カ顺めて に仕上っている。
( 1 5) 酸化膜除去
図 9の （1 5 ) に示すように、 保護膜 7 (Si02) 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 1 1の （B) に示すものと同様にシリコンウェハ 1 に多数本のシリコン角柱 8力林立したものである。
2の難の利点 J
上記第 2の ί¾の利点は、 以下のとおりである。
a： (110) 面のシリコンゥ Λ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、 を （110) 面とし、 御湎を （111)面とするシ リコン角 ft^得られる。
b：エッチングは、 二つの垂直な (111) 面を ¾ るァライメント麟 を形成したうえ で、 一方の (111) 面にァライメントした第 性エッチングと の (111)面にァ ライメントした第 2麟方性エッチングにより行うので、 雄に垂直な (111) 面を掘り 出すことができ、 に対し IB に垂直になった側壁を^ るシリコン角柱 8が得られる c：保 J 形成工程が垂 jl 6を形 る工程の前のシリコン表面がフラットな扰態で 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額に行え る。
d：第 1次異方 I'生エッチングと第 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 ¾方性エッチングにより形成される垂纖 6の側壁に保醒 7を付けることが でき、 第 2； ^方 I'生エッチンク寺に側！!^削られるのを防止できる。 このため、 第 2 方性エッチングでは保灘 7の付いてレぬレ湎だ エッチング加工され そ ©#』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。
(M 2の で得られたシリコン角 ¾)
上記第 2の離去で纏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»Kを形成することが きる。 また、 本 ¾によって »勺には高アスペクト比の形 状を形成することが きる。
このように四つの仴面が、全て an) 面で構成さ; ているということ〖ま、 原子の^^状 態が していることを; tftし、 jや欠ぉ生じないことになる。 したがって、 画責 に対して高さの高レ角柱、 すなわち高ァスぺクト比の角柱に肚げても翻的用途に供す ることが となる。
また、 四つ (D l壁画お常に 骨にもなる。 このため、 角浙狱を活かした様々 途 に すること力 r 'さる。
( (本発明のシリコン角 )
本発明のシリコン角柱は、 ¾®に対し四つの仴腼が垂直であり、 彻厕は（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、高いァスぺクト比の角 出来、 鳙亟など様々な用^の翻が 能である。 の利用可能性
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 Sfflできる。 たとえ ばフィル夕用母塑ゃ微5鴯密麵亟などの用 考えられるが、 これらの用途に限られる ちのではなレ

Claims

請求の範囲
1. (110) 面のシリコンウェハを用い、
該シリコンウェハの内部にある基板表面に垂直な二つの （m) 面に沿った面を有するァ ライメント用麟犬を形成するァライメント开^ K形成工程と、
鎌己一方の (111) 面にァライメントした壁面を る垂 jfi を形成する第 1： ^方性ェ ツチング工程と、
編睡 ί に対し嫌己他方の an) 面にァライメン卜した壁面を; 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 «法。
2. (110) 面のシリコンウェハを用い、
該シリコンゥェ八の内部にある基板表面に垂直な二つの （111) 面に沿つた面を有するァ ライメント用形 I犬を形成するァライメント形膨成工程と、
漏一方の (111) 面にァライメントしたレジストパターニングを施して、 シリコンゥェ 八に結晶異方性エッチング加工をして編己一方の (111) 面が垂直な壁面となるように加 ェして垂 βを形成する第 1次異方性エッチング工程と、
嫌 M の壁面を含めシリコンゥ Λの表面に保讓を形成する保 ¾^成工程と、 謂肪の (111) 面にァライメントしたレジストパターニングを施して、 シリコンゥェ 八に結晶異方性エッチング加工をして嫌— d¾難の部分で嫌己«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 M [とするシリコン角柱の ®i法。
3. (110) 面のシリコンウェハを用い、
該シリコンゥ Λ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ァ ライメン卜用形状を形 itするァライメント職形成工程と、
編己一つの （111) 面に沿った第 1レジストパターンと、 H1レジストパターン上で前 記他の (111) 画こ沿った第 2レジストパターンを形成する保 ffl ff铖工程と、 嫌己隣り合う第 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顧を形成する第 1 方性エッチング工程と、 嫌 壁面を含めシリコンゥェ八の全面に保 ¾1を形^ る保 铖工程と、 嫌趣麵における第 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、
嫌己シリコン面を結晶 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微とするシリコン角柱の 法。
4. 請求項 2の ¾により^ tされたことを纖とするシリコン角柱。
5. 請求項 3の嫩により難されたことを體とするシリコン角
6. ¾®が (110) 面で、 四つ ®ί貝画が (111)面からなることを特徴とする角柱状のシリ 3ン角
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