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JPH03149817A - シリコンプレートを電気化学的にエッチングする方法 - Google Patents

シリコンプレートを電気化学的にエッチングする方法

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Publication number
JPH03149817A
JPH03149817A JP2252038A JP25203890A JPH03149817A JP H03149817 A JPH03149817 A JP H03149817A JP 2252038 A JP2252038 A JP 2252038A JP 25203890 A JP25203890 A JP 25203890A JP H03149817 A JPH03149817 A JP H03149817A
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JP
Japan
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layer
etching
silicon
plate
doped
Prior art date
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Pending
Application number
JP2252038A
Other languages
English (en)
Inventor
Guenther Findler
ギユンター・フイントラー
Horst Muenzel
ホルスト・ミユンツエル
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE4003472A external-priority patent/DE4003472C2/de
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of JPH03149817A publication Critical patent/JPH03149817A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture 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
    • H01L21/18Manufacture 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
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302Treatment 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
    • H01L21/306Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/308Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching using masks
    • H01L21/3081Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching using masks characterised by their composition, e.g. multilayer masks, materials
    • HELECTRICITY
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    • H01L21/302Treatment 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
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明紘、シリコンプレートを電気化学的にエッチフグ
jる方法、詳言すればそnぞれの単M&シリコンプレー
トの特定の領域に、レリーフ構造g@えば纒、孔、ウニ
1、舌状片または艇のマスキングした異方性もしくはプ
レート背向からのエッチングによ〕マイクロ機械的構X
X子として半導体素子をa造するための方法であって、
その踪基板としてのシリコンプレートがn型ドープした
lた嬬p型ドープしたシリコンかうな夕、基板に対して
Aなるドープしたプレート前薦°に存在する少なくとも
1つの単請晶のシリコン層1c有し、その結果少なくと
も1つのドーピングIj1會部が存在し、かつプレート
前面を少なくとも1つの不活性層で被覆する仁とにより
なる上記方法に関する。
〔従来の技術〕
シリコン内でマイクロ機械的構造および機能′を有する
#Il属素子を形属するためには、特に湿式化学的掲方
性エッチlグ方法が公知である。
一定の残留する残留シリコンの厚さくjIl[厚ンでエ
ッチングプロセスをIIIIIして終了させるための公
知方法嬬、−わゆる電気化学的エッチングストッパを用
iることでるる、Ixストッパ紘、シリコン表面のエッ
チングフロ、ントがエビタクシ層によシ生じるpn接合
部の空間電IIi帯域に達すると、シリコンのエッチン
グ速置が看しく低下する効果にもとづく。
エッチング迷度の低下は、外側でエビタクシ層とエッチ
ング#!液中に設けられた電極との間の電流の変化によ
り把握する仁とができる。
電気化学的エッチングストッパは、フリコン膜厚のII
I紳される調節七可11KI、かクラニー11全体に亙
るおよびクエーハ毎のより大きな層厚の均一性を得るの
で、襞造技前的見地から譬に興味すIIvhe エッチング過程を詞御して終了させ羞別の可能性株、た
とえば電気化学的エッチングストッパとしてエビタクシ
的に設けられたまたは拡散したp中層を利用することで
ある、それとiうのも、シリコフのエッチング遍度は変
化したドーピングlFjIRもしく紘空関電荷帯域に達
すると結晶表面て、の変化した電気化学的ポテンシャル
にもとづき著しく低下するからである。
エッチング過程のための技術的準備として、nIlドー
プしたlたBpNiドープしたシリコンからなるシリコ
ンプレートの前1iK%該クリーンjiii&と扛反R
oドープ!tNするエビタクシ層を祈tB畜せる。該層
を後続O榔造化過程中で接触させる。Coためマスキン
グ層により接触接IjR拡散Iた嬬接触接続注入を実施
しかり引続syルミ;クムからなる翁属層を被覆し、構
造化する。金属層の課j[は外側へOpn飯台の接続I
Icある。輩属層は同様にシリコンプレート前jiNo
集積回路の配線のために使用することがで君る。
シリコンプレート裏頁にはマスキング層列を析IBさせ
かつ構造化する。通常は該層は813N4または810
.からなる。a:層内の窓開口部によりエッチング溶液
は局所的にエッチングすることができる。
前記電気化学的pnエッチングストッパのためには、ウ
ェーハ前面に電圧Yc21IM見るpn接合部の接続が
必要である。該接続は通常紘1ルミニク^からなる金属
被覆を介して行われる。j!に、集積センナの場合グレ
ート前画にフルミニク^金属被榎した栗*回路が存在す
る。この場合以下に記載の間逅が−IIRtlc生じる
:1ルミニラ^導体路は、熱鶏理すると−わゆるヒルロ
ック(Hillock J を形属する傾向を有する。
100℃よ夕低vh銀匿でスパッタlた扛蒸清するフル
ミニク^層扛粒子直径典屋的fIc扛50〜100nm
i有する微粒子構造を有する。
良好な接怠にもとり11400〜450℃のIiHでの
必要な熟鵡埋では、フルミニフム粒子はその都度6層厚
にもとづ111.5j1m2での大!!石になる。一足
の条件下、たとえに加熱した析出温度では、更に標準的
に使用される層厚で、粒子は3jm!での大s石になる
ことがある。該粒子(ヒルロック)は若干の位置ではア
ルミニフム層表面から浮き出し、突出した尖端状突起を
形成する。
フルミニウ4は電気化学的エッチング剤として通常使用
される塩基によ)敏しく屑食されるので、金属被覆は不
活性層で保護されなければならない、クリコンプレート
裏面に対する前記記載のマスキング層列のような、不活
性層としての無機マスキング層をベースとしては、従来
いかなる満足な解決手段をjt−出すことはできなかっ
た。それゆえIIPCvD法およびPIECVD法で形
成可能な無機層では従来いかなる満足すべき不活性特性
も生じなかつた。マスキング層の欠陥密度はヒルロック
を有するフルミニクA層の複雑な形状にもとづき、者し
く高くな夕、耐えられなiかなりのアルミニクムエッテ
ングヲ生じる。
pnニッチフグストツバを用In、6!A方性のエッチ
ング法に関してシリコングレート前面を不活性化するも
う1つの公知技術(欧州特許公開第0309782号q
Ii細書)は、プレート前面にガラス板を嬬りつけるこ
とからなる。該方法は明らかに費用がかかる。
pnエッチングストッパを用^てエッチングを実施する
も51つの方法は、エッチング剤に対して耐性のめる金
層をグレート前面の不活性化のために被覆することから
なる。この技術の欠点は金の使用にめ夕、金鉱シリコン
内での欠陥箇所としてのその電気的骨性により半導体装
造に適さない。
pnエッチングストッパ°tIf1hてエッチング実施
のも51つの公知方法(Kloeck、 B、、 :X
REE Tr−x1. Dew、 36 (4) # 
 663 ff 51989)は、クリコンプレートを
装着したエッチング容器の便用にある。その際該グレー
トに、プレートの前向にエッチング溶液が到達せず、一
方プレート裏面はエッチング溶液に対して開放位置にる
るように装着する。この容器は、個々のプレートに関し
てのみ考案され、その際シリコングレートの装フ1fは
費用がかかるので該方法は千尋体大量生産には適ざなミ
有機マスキング層は、該層が異方性のエッチング過程に
耐えられなiと^うことから出発するために、従来考M
されなかった。
エッチング腐食′fc優先的に一定の結晶平面で行51
に気化学的エッチング過程のためには、典型的には温度
20〜100℃を有する塩性エッチング剤がしばしば使
用される。従来公知のあらゆる種類のエッチング#!液
の骨徴は、シリコンの(111)平向の腐食を最もおそ
(かり現在よく使われる技術MO8に関しておよび両極
に重要な(I DO)平面の腐食を急速に行うことであ
る。その際、マスク加工をした(100)配向S1プレ
ートを電気化学的にエッチングすると、典型的にはC1
11)平面により限定される表面に四次が生じる(V形
構造)、シかしながら、高い数字を示す、平面に関する
エッチング速度に、公知エッチング剤にjIP−ては(
100)平面の速度よ夕高i、該効果は凸面レリーフ#
I造すなわち友とえはピラミッド形の地震波に似たかた
lシのような突出した角′fc有する#I造のエッチン
グのjII会には不利であると立証された。そのような
構造の外側に向けられた角Sa、該構造の覆々の耐晶配
向にもとづき公知エッチング剤により特に漱しく腐食さ
れるので、m成素子の形状の設計の際に角部の腐食を避
けるために複雑なマスキング保持体が必要となる。
それゆえ、(111)平向と(100)平面の間に最高
の異方性f:有しかつその際高vhWX字の平面が(1
00)平面よi訃そ(エッチングされるエッチング剤が
望! Ltd、その種の異方性特性′fc有するエッチ
ング剤はマスクロ機械的構IIL素子の設計を著しく簡
略化にする。更に、製造技術的見地からエッチング剤に
は次の要求が設定石れるニジリコンのエッチング速度と
マスキング層、骨K Si02 :wよびSi3N、の
エッチング速度との割分、すなわちj!択度に大きくな
けれにならな%A、十分な装入tt−得るために扛、エ
ッチング速度は高くなければならなx、該xツテング速
度は1時間につき約50趣程度であるべきである。エッ
チング溶液は生じる構造に集積回路の加工技術を遍会す
ることを保証するために、金属イオン、!にフルカリ金
属による汚す4に:淘して高匹純[を有するべ聰τある
刺御賂れたシリコングレートの構造化のために均一なエ
ッチングが必要でるり、七OWA滑らかなエッチング平
面が生じる。
従来使用されたエッチング#!IIL框すべて仁れら間
m点01つ以上において、エッチングfM11Lの使用
可能性、ひiてはマイクロ機械的WX累子のlll造を
着しく#繊する欠点を有する。
〔発明の効果〕
不発明にもとづきプレート前向に不活性層としてネガ屋
の有機フォトラックを使用すると、マスキングが11J
111なヒルロック形状を1ル°ミニウ^金属被覆によ
J元金に不活性化することができる。それゆえマスキン
グ層として市販のネガ!Iフォトラックは電気化学的エ
ッチング方法のために使用されるエッチフグ剤中で非常
に安定である。生じる欠陥密度(1ルミニウムのエッチ
ング密度)は、無機層系で達成可能である密度より嬬る
かに低i、該方法は、プレート前向をエッチング過程で
ボンディングしなければなうな−電気化学的pnエッチ
ングストッパとIIIi合せて使用するのが4)に有利
でるる、CO場会に框、フォトラック層111II し
た後に唯一のリング、iF24ー工程で2ツクJIII
にmi−け、次−で該窓を通してボンディングを行5c
とができる。電気化学的エツチング扛襞造技術的に興味
#Ivhパッチ法でyl處することがτ目、該加工法τ
紘liI]時に彼奴の基板上加工する仁とができる。
本発明にもとづく方法を用iるとstmWltcすでK
m造化されたフルミニフム金属被覆を有するシリコンプ
レートを電気化学的にエッチングすることも可能でるる
、このようなケースは、たとえば1つのチップ上にマイ
クロ機械的およびミクロ電気的機能素子が配置された集
積センtKsP%/hて生じる。
ネガmyオドラック社半導体技術におiて通常かりa準
的Kfl用される処理工程で加工する仁とができる。該
工程は、接着助剤の使用、遠心吹きりけ@e#I91h
た被覆、対流炉内で60℃〜140℃の範囲の温度での
乾燥、uvgxatJ11%I−hた11党および構造
化された2ツ1層の現−像および硬化からなる。したが
って不発明による方法を使用するjijh会に、新し−
1費用のかかる装置も再教育に緒びクーた横木的に異な
る処理も必要で1kvh。
水酸化テト7P1ルキル1ンモニク^、有利には水酸化
テト2メチル1ンモニク^(TMAR) を含有する不
発明にもとづ(エッチング溶@0使用は、シリコンプレ
ートの異方性エッチングのためにIliに有利である、
それとvhうのも1捻かのあらゆる結晶平面に対して(
100)平#i。
エッチング逼度の異方性率が好lしiからてるる、高−
数値の平面に関して−も、エッチング逼度は(100)
平真のエッチングfL[よ夕明らかに低1/A、(10
0)方向での1時間にりS約5 Q Jimのエッチン
グ遍度は非常に高i、たと見ばマイクロ機械的構造の劉
御されたおよび再現可能な製造のためには、残存するエ
ッチング平mは非常に滑らかであるのが有利でるる、エ
ツチング#!淑中o 5 pp鳳禾清の金属イオンのわ
ずかな含量がIK:有利でるることが判明した。
それとiうのも、それゆえ、すでにミクロ電気的構t&
素子を有するシリコングレートtcも該方法kji用す
ることがて目るからである。cのためIC適性が保証さ
れる。
不発#Iにもとづく方法01つの有利な貢施履様嬬、電
気化学的エッチングストッパとしてr層を利用すること
でるる、COiIk酋単結晶のシリコン層のーかなるボ
ンディングも必要でなにそのことはパッチ法を著しく簡
単にする。
〔笑J1ガ〕 次に図示の実施例にり在不発tmtw*細に:l!明す
る。
gi図fIcハ、n!lドープし*t *tz P型ド
ー1したシリコンからなるシリ;7ルート1もしくはシ
リコン板からの切片が示され、該ンリコンプレートの裏
側に2つの層8,9からなるマスキング層列が析出せし
められてiる。これらの層は81N、 jたは8102
からなる。窓開口部(それらの1つの窓開口12が図示
されてiる]を通して、容器13中に含有されるエッチ
ング剤14は局所的にエッチングすることができる。
図示された装置では、エッチフグ剤14はすでにRws
tエッチングして−る。
プレートの衣#icVs)に向かって、基板もしくはシ
リコンプレート1と扛反対のドーピング型t″有する単
結晶のシリコン層2、この実施例ではエビタフ7層がる
る、したがってpnもしくはnp桜会が形成される。同
様にたとえば、基板にエビタクシ的に被覆されるか、基
板中への14檻原子の拡散によi形成されたp+型ドー
プしたシリコン層も可能である。エビタク7層2嬬後続
の構造化過程中で、マスキング層3および接ゑijI絖
拡散体4を構成し、かつ引続き、アルミニウム層として
の金属層5を被覆しかつ構造化することによ夕II!c
JIする。
該アルミニウム層の上に81N、からなる中間層6が存
在し、該中間層の上に接着助剤1oによりて有機ネガ型
フォトラックからなる層lが外側の密閉層として存在す
る。
層1と2との境界に形Iftされるpn嵌合をエッチン
グストッパとして使用することができるために扛、エッ
チングl@14甲のIE極11とエビタクシ層2に対す
る接点16との間の閉鎖方向に電圧を印加する。このた
め層6.1G、、rに窓11がアルミニウム層5に達す
る電で設けられてiる。
電圧の印加はエッチングストッパとしてp+層を使用す
る場曾には不要でbる、と−ラのもシリコンのエッチン
グ速度は変化したドーピング帯域に達すると結晶表面の
変イレした電気化学的ポテンシャルにもとう8看しく低
下するからである。
フォト2ツク層lの層厚は有利には0.5〜50μm″
′Cある。フォトラックは自体公知の遠心塗布法、フル
クスクリン印刷法または浸せき法で被覆されてiる。フ
ォト2ツク層は被lIt後温度20℃〜300℃で、空
気循環炉内でIたはヒートプレート上で乾燥し硬化させ
る。
接着助剤10としてはHMDB (ヘキナメテルジフラ
デノ>2ficはフラン化物たとえばアミノグロビルト
リエトキシシ2ンを使用すル。
813N、かうなる!I′IIL層6は0.01〜3 
am O範囲の層厚をもってグレート企画を榎りてiる
pnエッチングストッパに対するIIM開口のための窓
11扛リソグ5フイ法を#]wて設ける。
アルミニウム層5もしくは相当するアルミニウム導体路
は有利には層厚0.1〜4 jlm f有する。
エッチング過程(図示されるよりな〕が進行し、Pn襞
会15にI″t″達すると、電極11とエビタクシ層2
との間に電流の変化が生じかクエツテノグ過程が停止す
る。
ネガ型のフォトラックからなるプレート表面に全面に被
覆された層により、該層はエッチフグ剤14により腐食
されなi。
〔笑施筒〕
以下の実施例扛、本発明による方法を#1%Aて得られ
た改良点を明らかにするものでるる、表面に厚さI J
imのアルミニウム層を有する2枚のシリコフプレート
を標準的に熱処理する。アルミニウム上にPKCVD−
813N、からなる厚さ800nmの層6を析出させか
り構造化し、その結果xtbt、たアルミニウム部分と
、燕砿層によiマスキングしたアルミニウム部分が残留
する。プレートの一方に層厚5μmでネガ型のフォトラ
ツクフイルムtjiIc?塗布する。ラックの乾燥およ
び硬化は対流炉内140℃で60分間実施する。そのよ
うに準備したプレートを80℃に加熱したエッチング剤
(KOII 30饅ンに6時間石らす、このエッチング
時間は前記条件下で、(100)シリコンに深ざ約50
0μmでエッチングするためには十分で弗る。
エッチング過程の俊、ネガWフォトラック不活性を有す
るプレートは、アルミニウム内にも1几PKCVD中間
層を有しなi領域にも欠陥を示さな−,それに対してネ
ガ型フォトラック不活性を有しないプレート扛、またP
JICVD中間層を有する領域(もかなりの欠陥密度(
示す。
PICVD中間層をMしな一領域て、アルミニウム層扛
実厭完全に腐食除去される。
エッチング剤14扛塩基でロタかり温置典型的には40
℃〜80cf:有する。濃置o、o o o iモルと
I=150pでの溶解@直との間の水域化テトラアルキ
ルアンモニウム、有利には7X酸化テト2メテルアンモ
エクム(TMAH) tfWするエッチング静液が譬に
好適である。エツチフグa會智は、錯体形属剤として、
績友0.1 ppmからT=150℃での溶解限fi[
でのフルキル化曾智または水域化フンモニウムを含有す
ることがtllる。それに加えてエッチングme物に、
式R−CHm−OHのアルコールの形の押割剤を加える
ことができる、そのJIRにたとえばメチル鳳エテル基
、プロビル基のよ5なフルキル基、また扛水素を表わす
、しかし押割剤としてmol禦を含有する酸化剤Iたは
77モニクムイオンを加えることもできる。該フンモニ
クムイオンの添加はアンモニウム塩化物すなわち塩化フ
ンモニクムの形で生じる。該エッチング混合物に湿潤剤
としてフルオール化した化會IIIFYc′jJす兄る
こともて在る。
第2図に鉱、エッチング遍匿のn話、H績度への依存性
が容量饅で示されてiるが、エッチング剤の温度扛80
℃てめりた¥エッチング遍度は約15答141Iで最大
を示し、かつ両@に着しく下降した。エッチング剤とし
て2591のTMAll f使用する場會に、エッチン
グ速度5゜am/h におiてわずかな表向6らざが得
られ〜第3図u Pn m! &でエッチング停止lで
のエッチング過程の電流/時間特性曲mi示す、チャー
ジPN3のウェーハ4t−用一て実験を実施した。エッ
チング剤として2091 OTMAHl @置80℃で
使用した。印加電圧は1vであった。
<(D際:r−7fングj1 度40 j1m/h Y
t #l Rした。
電圧をかけたエッチングの場會、エッチング表面の表1
ihらさは減少した。q#にエッチング停止の前のごく
わずかな電流0.25 mAが認められた。エッチング
停止は電流のピークによJ!微づけられる。
4 図FMO簡単な説明 第1図は異方性エッチング遥程におけるシリコンプレー
トの断面図、−jlr 2 amはエッチング速度のエ
ッチング剤L”MAIIの羨度への依存性を示す図およ
び第3図はpnエッチング停止電でのエッチング剤の電
流/時Ni譬性を示す図でるる。
5・・・、フルミニク^層、6・・・中間層、l・−・
不活性層(フォトラック層)、10・・・嶽*m*肩7
・−不活性層(フォトラック層) 1〇−接着媒介層

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、基板としてのシリコンプレートがn型ドープしたま
    たはp型ドープしたシリコンからなり、基板に対して異
    なるドーピングをしたプレート前面に存在する少なくと
    も1つの単結晶のシリコン層を有し、その結果少なくと
    も1つのドーピング接合部が存在し、かつプレート前面
    を少なくとも1つの不活性層で全面的に被覆して、シリ
    コンプレートを電気化学的にエッチングする方法におい
    て、不活性層がポリイソプレンをベースにしたネガ型の
    有機フォトラック(7)からなることを特徴とするシリ
    コンプレートを電気化学的にエッチングする方法。 2、不活性層がフォトラックからなる外側の層(7)の
    他に少なくとも1つの接着媒介層 (10)および/または少なくとも1つの誘電性有機中
    間層(6)を含有する請求項1記載のシリコンプレート
    を電気化学的にエッチングする方法。 3、基板としてのシリコンプレートがn型ドープしたま
    たはp型ドープしたシリコンからなり、基板に対して異
    なるドーピングをしたプレート前面に存在する少なくと
    も1つの単結晶のシリコン層を有し、その結果少なくと
    も1つのドーピング接合部が存在し、かつプレート全面
    を少なくとも1つの不活性層で全面的に被覆して、シリ
    コンプレートを電気化学的にエッチングする方法におい
    て、エッチング混合物がN−R_4−OHの水溶液また
    は水不含の形を含有し、その際Rがアルキル基を置換し
    、かつエッチング混合物中に錯体形成剤、抑制剤および
    /または網状結合剤が含有されていることを特徴とする
    シリコンプレートを電気化学的にエッチングする方法。
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