硅蚀刻液和蚀刻方法技术

本发明专利技术提供一种硅蚀刻液，其特征在于，使用含有氢氧化季铵和氨基胍盐的水溶液，各向异性地溶解单晶硅，并且还提供使用该蚀刻液的硅的蚀刻方法，该蚀刻液和蚀刻方法在硅的蚀刻加工中，特别是在ＭＥＭＳ部件或半导体设备的制造工序的硅的蚀刻加工中，使以高蚀刻速度的加工成为可能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及硅的蚀刻加工，特别涉及在微电子机械系统(MEMS、microelectomechanical systems)部件或半导体设备的制造中使用的硅蚀刻液和硅蚀刻方法。
技术介绍
目前，在用化学药液蚀刻硅单晶基板时，存在用加入了氢氟酸和硝酸等成分的混合水溶液、即酸系蚀刻液进行蚀刻的方法和用氢氧化钾、氢氧化四甲铵等的水溶液、即碱系蚀刻液进行蚀刻的方法等(参照非专利文献1、2)。使用酸系蚀刻液时，硅表面被硝酸等具有氧化作用的成分氧化后生成氧化硅，该氧化硅与氢氟酸等反应生成氟化硅而被溶解，由此进行蚀刻。以酸系蚀刻液进行蚀刻时的特征在于，即使蚀刻对象硅为单晶、多晶体、非晶质的任一种，蚀刻也各向同性地进行。因此，使用图案掩模等进行图案蚀刻时，蚀刻进行得越深，会发生与该深度相同程度的向横向的蚀刻，即，可能会发生图案掩模下的底切(侵蚀)，从而引起不良情况的发生。另一方面，使用碱系蚀刻液时，硅因该液中的羟基阴离子而作为硅酸的离子溶解，此时，水被还原生成氢气。用碱系蚀刻液进行蚀刻时，与酸系蚀刻液不同，在单晶硅中的蚀刻具有各向异性地进行。这是基于在硅的每个晶体面方向上硅的溶解速度存在差异，因此，还称之为晶体各向异性蚀刻。在多晶体中，若从微观上看则也是保持各向异性地进行蚀刻，但由于晶体粒的面方向为无规则地分布，因此宏观上可以看做进行各向同性的蚀刻。在非晶质中微观上和宏观上均是进行各向同性地蚀刻。作为碱系蚀刻液的一种，不仅要利用每个晶体面方向的溶解速度差，还要将局部打入p型掺杂剂的单晶硅基板作为对象物以有无掺杂剂来使其表现溶解选择性，提出了在碱的水溶液中添加乙醇或苯酚等以进行提高各向异性的蚀刻的方法(参照专利文献1)。溶解在碱系蚀刻液中的碱化合物，可以大致分为NaOH或KOH等无机碱化合物和氢氧化四甲铵、胆碱等有机碱化合物。对无机碱水溶液和有机碱水溶液进行比较时，还依赖于浓度或温度等条件，通常无机碱水溶液一方可以达成高的硅蚀刻速度。因此，在以高的蚀刻速度进行硅的蚀刻时，多使用无机碱水溶液。另一方面，在担心Na离子或K离子对存在于蚀刻对象物即硅基板上、或用同一设备制造的其他硅基板上的电元件部或电线路部的功能产生影响时，多使用氢氧化四甲铵(TMAH)等的有机碱水溶液(参照非专利文献3)。此外，TMAH除了硅的蚀刻用途以外，还是在电子材料领域、特别是洗涤用溶剂等领域中通常使用的化合物。例如，专利文献2中公开了使用由TMAH和胍盐组成的清洗剂，其作为不蚀刻硅、金属、层间诱电材料等的基板自身，就可以除去附着在基板上的污染物质(抗蚀剂和干蚀刻残渣等)的水溶性清洗剂。这与以蚀刻硅自身为目的的本专利技术完全不同。专利文献1：日本特开平6-188236号公报专利文献2：日本特开2007-16232-->非专利文献1：佐藤，“硅蚀刻技术”，表面技术，Vol.51，No.8，2000，p754～759非专利文献2：江刺，“2003微电机/MEMS技术大全”，p.109～114非专利文献3：田，“借助TMAH水溶液的Si晶体各向异性蚀刻”，表面技术，Vol.51，No.8，2000，p767～772
技术实现思路
专利技术要解决的问题使用TMAH等的氢氧化季铵的水溶液作为蚀刻液时，能够避免了Na离子或K离子对电元件部或电线路部的功能产生不良影响，但由于蚀刻速度低，因此存在蚀刻加工中所需时间变长的问题。为此，本专利技术的目的在于，提供通过提高含有氢氧化季铵的水溶液的蚀刻速度，从而可以缩短蚀刻加工中需要的时间的蚀刻液以及蚀刻方法。用于解决问题的方案本专利技术人等为了解决上述问题进行深入研究，结果发现，通过用含有氢氧化季铵和氨基胍盐的水溶液进行蚀刻，可以达成对硅的高蚀刻速度，从而完成了本专利技术。即本专利技术涉及特征为含有氢氧化季铵和氨基胍盐的水溶液的硅蚀刻液和蚀刻方法，如下所述：1.一种硅蚀刻液，其特征在于，该硅蚀刻液各向异性地溶解单晶硅，其为含有(1)氢氧化季铵和(2)氨基胍盐的水溶液。2.根据上述1所述的硅蚀刻液，其中，(1)氢氧化季铵为氢氧化四甲铵。3.根据上述1所述的硅蚀刻液，其中，(2)氨基胍盐选自氨基胍碳酸氢盐、氨基胍硫酸盐、氨基胍盐酸盐和氨基胍硝酸盐中的1种以上。4.根据上述1所述的硅蚀刻液，其中，(1)氢氧化季铵的的浓度为3～30质量％，(2)氨基胍盐的浓度为1～20质量％。5.根据上述1所述的硅蚀刻液，其pH值为11以上。6.一种硅蚀刻方法，其具有将蚀刻对象物浸渍于上述1记载的硅蚀刻液的工序。7.根据上述6所述的硅蚀刻方法，其中，(2)氨基胍盐选自氨基胍碳酸氢盐、氨基胍硫酸盐、氨基胍盐酸盐和氨基胍硝酸盐中的1种以上。专利技术的效果以上，根据本专利技术，可以避免Na离子或K离子对于电元件部或电线路部的功能产生不良影响，同时能够以高的蚀刻速度进行硅蚀刻。因此，通过使蚀刻速度高于以往的用氢氧化季铵水溶液的蚀刻，具有与以往相比可以缩短蚀刻加工所需时间的效果。具体实施方式本专利技术中使用的氢氧化季铵，优选氢氧化四甲铵、氢氧化化四乙铵、氢氧化四丁铵，特别优选氢氧化四甲铵。本专利技术的氢氧化季铵可以2种以上组合使用。氢氧化季铵的浓度，可以根据所期望的硅蚀刻速度进行适当地决定，优选使用以3～30质量％的范围，更优选为5～29质量％，进一步优选为8～26质量％。在低于3质量％的浓度范围时，在被蚀刻面的表面大量生成金字塔状的微细突起，最终可能会给产品的外观和功能带来不良的影响。此外无法在高于30质量％的浓度下提高因添加氨基胍盐-->而获得的蚀刻速度。另外，即使在3～30质量％的浓度范围内，也因处理的环境或蚀刻的硅自身的杂质浓度而有生成金字塔状的微细突起的情况。由于在上述的浓度范围内的高浓度侧生成该突起的个数有减少的倾向，因此在要减少突起的生成时，优选在高浓度侧的范围、例如10～30质量％下使用。另一方面，些许的突起的生成在工艺方面不会构成问题的情况下，可以在3～30质量％的范围内可获得较高的蚀刻速度的低浓度侧的范围、例如3～10质量％下使用。可见，氢氧化季铵的浓度可以在3～30质量％的范围内进行适当地决定。本专利技术中与氢氧化季铵一起同时使用氨基胍盐。作为氨基胍盐，更具体地，为氨基胍碳酸氢盐、氨基胍硫酸盐、氨基胍盐酸盐和氨基胍硝酸盐。氨基胍盐可以单独使用，也可以2种以上组合使用。氨基胍盐的浓度，可以根据所期望的硅蚀刻速度进行适当地决定，优选以1～20质量％的范围使用。更优选为5～20质量％，进一步优选为10～19质量％。在低于1质量％的浓度下，可能无法明确获得因添加氨基胍盐使得硅蚀刻速度提高的效果。若在1质量％以上，则可以明确获得因添加氨基胍盐使得蚀刻速度提高的效果，在使氨基胍盐浓度增加时，还有伴随与此的蚀刻速度提高的倾向。但是，即使浓度超过20质量％而增加氨基胍盐的浓度，也不能看到进一步提高蚀刻速度的效果。另外，氢氧化季铵和氨基胍盐的溶解性可能因蚀刻液的温度而变得不充分，因此，只需在考虑所期望的蚀刻速度的基础上，调节氢氧化季铵和氨基胍盐浓度即可。此外，在本专利技术的蚀刻液中，为了提高润湿性还可以添加表面活性剂，可以使用例如阳离子系、非离子系、阴离子系中的任意表面活性剂。此外，还可以加入着色剂等通常的添加剂。本专利技术的蚀刻液的pH只要为高于7的碱则优选，更优选为pH为9以上，进一步优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅蚀刻液，其特征在于，该硅蚀刻液各向异性地溶解单晶硅，其为含有（１）氢氧化季铵和（２）氨基胍盐的水溶液。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2007-10-4 2007-2608271.一种硅蚀刻液，其特征在于，该硅蚀刻液各向异性地溶解单晶硅，其为含有(1)氢氧化季铵和(2)氨基胍盐的水溶液。2.根据权利要求1所述的硅蚀刻液，其中，(1)氢氧化季铵为氢氧化四甲铵。3.根据权利要求1所述的硅蚀刻液，其中，(2)氨基胍盐选自氨基胍碳酸氢盐、氨基胍硫酸盐、氨基胍盐酸盐和氨基胍硝酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：矢口和义，外赤隆二，
申请(专利权)人：三菱瓦斯化学株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]