[發(fā)明專利]硅蝕刻液和蝕刻方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980129912.6
• 申請日: 2009-06-25
• 公開（公告）號: CN102113098A
• 公開（公告）日: 2011-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 矢口和義;外赤隆二
• 申請（專利權(quán)）人: 三菱瓦斯化學(xué)株式會社
• 主分類號: H01L21/308
• 分類號: H01L21/308;H01L21/306
• 代理公司: 北京林達(dá)劉知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;李茂家

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及硅的蝕刻加工，特別涉及用于微電子機械系統(tǒng)(MEMS，Micro-Electro-Mechanical?System)、即所謂的微電機的部件或半導(dǎo)體設(shè)備的制造中使用的硅蝕刻液和硅蝕刻方法。

背景技術(shù)

在用化學(xué)藥液蝕刻硅單晶基板時，通常進(jìn)行以下方法：用加入了氫氟酸和硝酸等成分的混合水溶液、即酸性蝕刻液進(jìn)行蝕刻的方法；以及用氫氧化鉀(KOH)、四甲基氫氧化銨(TMAH)等的水溶液、即堿性蝕刻液進(jìn)行蝕刻的方法等(參照非專利文獻(xiàn)1、2)。

使用酸性蝕刻液時，硅表面被硝酸等具有氧化作用的成分氧化后生成氧化硅，該氧化硅與氫氟酸等反應(yīng)生成氟化硅而被溶解，由此進(jìn)行蝕刻。以酸性蝕刻液進(jìn)行蝕刻時的特征在于，即使蝕刻對象硅為單晶、多晶、非晶質(zhì)的任一種，蝕刻也各向同性地進(jìn)行。因此，使用圖案掩模等進(jìn)行圖案蝕刻時，蝕刻進(jìn)行得越深，會發(fā)生與該深度相同程度的向橫向的蝕刻，即，可能會發(fā)生圖案掩模下的底切(侵蝕)，從而引起不良情況的發(fā)生。

另一方面，使用堿性蝕刻液時，硅因該液中的羥基陰離子而作為硅酸離子溶解，此時，水被還原生成氫氣。用堿性蝕刻液進(jìn)行蝕刻時，與酸性蝕刻液不同，在單晶硅中的蝕刻具有各向異性地進(jìn)行。這是基于在硅的每個晶面方向上硅的溶解速度存在差異，因此，還稱之為晶體各向異性蝕刻。在多晶中，若從微觀上看則也是保持各向異性地進(jìn)行蝕刻，但由于晶粒的面方向為無規(guī)則地分布，因此宏觀上可以看做進(jìn)行各向同性的蝕刻。在非晶質(zhì)中微觀上和宏觀上均是各向同性地進(jìn)行蝕刻。

作為堿性蝕刻液，除使用KOH、TMAH的水溶液以外，還使用氫氧化鈉(NaOH)、氨、肼等的水溶液。在使用這些水溶液的單晶硅基板的蝕刻加工中，雖根據(jù)目標(biāo)加工形狀、進(jìn)行處理的溫度條件等而不同，但大都需要幾小時～幾十小時這樣很長的加工時間。

為了盡量縮短該加工時間，開發(fā)了顯示高的蝕刻速度的藥液。例如，專利文獻(xiàn)1中公開了使用在TMAH中添加有羥基胺類的水溶液作為蝕刻液的技術(shù)。另外，專利文獻(xiàn)2中公開了使用在TMAH中添加有鐵、氯化鐵(III)、氫氧化亞鐵(II)等特定化合物的水溶液作為蝕刻液的技術(shù)，公開了并用鐵和羥基胺的組合在提高蝕刻速度的效果的高度方面特別合適。另外，專利文獻(xiàn)3中公開了使用在KOH中添加有羥基胺類的水溶液作為蝕刻液的技術(shù)。

專利文獻(xiàn)1：日本特開2006-054363

專利文獻(xiàn)2：日本特開2006-186329

專利文獻(xiàn)3：日本特開2006-351813

非專利文獻(xiàn)1：佐藤，“硅蝕刻技術(shù)”(シリコンエツチング技術(shù))，表面技術(shù)，社團法人表面技術(shù)協(xié)會，Vol.51，No.8，2000，p754～759

非專利文獻(xiàn)2：江刺，“2003微電機(マイクロマシン)/MEMS技術(shù)大全”，株式會社電子ジヤ一ナル，2003年7月25日，p.109～114

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明要解決的問題

然而，上述專利文獻(xiàn)1、2和3所記載的技術(shù)中，用于促進(jìn)蝕刻速度而添加的羥基胺是具有自分解性的化合物，因此在室溫下保存時容易產(chǎn)生因變質(zhì)而導(dǎo)致的濃度降低，將蝕刻液自身維持在加溫狀態(tài)時，該濃度降低更加顯著。該羥基胺的濃度降低會引起蝕刻速度的降低，因此在維持加溫狀態(tài)時，蝕刻速度隨著時間的推移而降低。因此，在進(jìn)行使用含有羥基胺的蝕刻液來形成深孔那樣的蝕刻加工時，加工中需要多次確認(rèn)蝕刻加工進(jìn)行到了何種程度的深度，操作繁雜。

因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種各向異性地溶解單晶硅的硅蝕刻液及硅蝕刻方法，該方法通過抑制羥基胺的分解從而抑制了隨著時間的推移蝕刻速度的降低，而不會損害含有羥基胺的堿性水溶液所具有的蝕刻速度快的特長。

用于解決問題的方案

本發(fā)明人等為了解決上述問題進(jìn)行深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過用含有四甲基氫氧化銨和羥基胺以及二氧化碳和/或四甲基碳酸銨鹽的、pH值13以上的堿性水溶液來進(jìn)行蝕刻，從而能夠抑制因羥基胺的分解而導(dǎo)致的蝕刻速度的降低，而不會損害對硅的蝕刻速度快的特長，從而完成了本發(fā)明。

即，本發(fā)明涉及硅蝕刻液和蝕刻方法，其主旨如下所述：

1.一種硅蝕刻液，其特征在于，該硅蝕刻液各向異性地溶解單晶硅，其為含有(A)四甲基氫氧化銨、(B)羥基胺、以及(C)二氧化碳(CO₂)和/或四甲基碳酸銨鹽的、pH值13以上的堿性水溶液。