[发明专利]硅蚀刻液和蚀刻方法

说明书

技术领域

本发明涉及硅的蚀刻加工，特别涉及用于微电子机械系统(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)、即所谓的微电机的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。

背景技术

在用化学药液蚀刻硅单晶基板时，通常进行以下方法：用加入了氢氟酸和硝酸等成分的混合水溶液、即酸性蚀刻液进行蚀刻的方法；以及用氢氧化钾(KOH)、四甲基氢氧化铵(TMAH)等的水溶液、即碱性蚀刻液进行蚀刻的方法等(参照非专利文献1、2)。

使用酸性蚀刻液时，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。以酸性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、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，使用碱性蚀刻液时，硅因该液中的羟基阴离子而作为硅酸离子溶解，此时，水被还原生成氢气。用碱性蚀刻液进行蚀刻时，与酸性蚀刻液不同，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各向同性地进行蚀刻。

作为碱性蚀刻液，除使用KOH、TMAH的水溶液以外，还使用氢氧化钠(NaOH)、氨、肼等的水溶液。在使用这些水溶液的单晶硅基板的蚀刻加工中，虽根据目标加工形状、进行处理的温度条件等而不同，但大都需要几小时～几十小时这样很长的加工时间。

为了尽量缩短该加工时间，开发了显示高的蚀刻速度的药液。例如，专利文献1中公开了使用在TMAH中添加有羟基胺类的水溶液作为蚀刻液的技术。另外，专利文献2中公开了使用在TMAH中添加有铁、氯化铁(III)、氢氧化亚铁(II)等特定化合物的水溶液作为蚀刻液的技术，公开了并用铁和羟基胺的组合在提高蚀刻速度的效果的高度方面特别合适。另外，专利文献3中公开了使用在KOH中添加有羟基胺类的水溶液作为蚀刻液的技术。

专利文献1：日本特开2006-054363

专利文献2：日本特开2006-186329

专利文献3：日本特开2006-351813

非专利文献1：佐藤，“硅蚀刻技术”(シリコンエツチング技術)，表面技术，社团法人表面技术协会，Vol.51，No.8，2000，p754～759

非专利文献2：江刺，“2003微电机(マイクロマシン)/MEMS技术大全”，株式会社電子ジヤ一ナル，2003年7月25日，p.109～114

发明内容

发明要解决的问题

然而，上述专利文献1、2和3所记载的技术中，用于促进蚀刻速度而添加的羟基胺是具有自分解性的化合物，因此在室温下保存时容易产生因变质而导致的浓度降低，将蚀刻液自身维持在加温状态时，该浓度降低更加显著。该羟基胺的浓度降低会引起蚀刻速度的降低，因此在维持加温状态时，蚀刻速度随着时间的推移而降低。因此，在进行使用含有羟基胺的蚀刻液来形成深孔那样的蚀刻加工时，加工中需要多次确认蚀刻加工进行到了何种程度的深度，操作繁杂。

因此，本发明的目的在于，提供一种各向异性地溶解单晶硅的硅蚀刻液及硅蚀刻方法，该方法通过抑制羟基胺的分解从而抑制了随着时间的推移蚀刻速度的降低，而不会损害含有羟基胺的碱性水溶液所具有的蚀刻速度快的特长。

用于解决问题的方案

本发明人等为了解决上述问题进行深入研究，结果发现，通过用含有四甲基氢氧化铵和羟基胺以及二氧化碳和/或四甲基碳酸铵盐的、pH值13以上的碱性水溶液来进行蚀刻，从而能够抑制因羟基胺的分解而导致的蚀刻速度的降低，而不会损害对硅的蚀刻速度快的特长，从而完成了本发明。

即，本发明涉及硅蚀刻液和蚀刻方法，其主旨如下所述：

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(A)四甲基氢氧化铵、(B)羟基胺、以及(C)二氧化碳(CO₂)和/或四甲基碳酸铵盐的、pH值13以上的碱性水溶液。