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    • 专利摘要:
    Ein Siliziumsubstrat (50) wird in eine Kaliumhydroxidlösung (20) eingetaucht. Danach wird eine Hauptoberfläche (51) des Siliziumsubstrats (50), das in die Kaliumhydroxidlösung eingetaucht ist, durch Anlegen eines elektrischen Potentials an das Siliziumsubstrat (50) anodisiert, wobei das Siliziumsubstrat (50) als eine Anode verwendet wird, so daß ein Oxidfilm (70) in der Hauptoberfläche (51) des Siliziumsubstrats (50) ausgebildet wird. Danach wird eine Hauptoberflächenseite (51) des Siliziumsubstrats (50) in der Kaliumhydroxidlösung geätzt.
    公开号:DE102004014229A1
    申请号:DE200410014229
    申请日:2004-03-23
    公开日:2004-10-21
    发明作者:Shuichi Kariya Yamashita
    申请人:Denso Corp；
    IPC主号:H01L21-306
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ätzen einesHalbleitersubstrats, indem das Halbleitersubstrat in eine Ätzlösung getauchtwird. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Ätzverfahrenzur Ausbildung einer Membran, d.h. eines dünnwandigen Teils in dem Halbleitersubstrat, welchesbeispielsweise als Drucksensor, Beschleunigungssensor, Gassensoroder Strömungssensorverwendet wird.
    [0002] Beibisher vorgeschlagenen Techniken kann eine Siliziummembran einesHalbleiterdrucksensors eines Halbleiterbeschleunigungssensors dadurch gebildetwerden, dass eine Hauptoberflächedes Siliziumsubstrats mit einer Ätzmaskebestehend aus einem SiO2- oder SiN-Filmbedeckt wird, welche einen Ätzwiderstandaufweist, und dann wird das Siliziumsubstrat unter Verwendung einer Ätzlösung, beispielsweiseeiner KOH-Lösung,nass geätzt.
    [0003] ImErgebnis wird eine Vertiefung, welche von der Hauptoberfläche desSiliziumsubstrats rückspringt,in einem Bereich entsprechend einer Öffnung der Ätzmaske auf der Hauptoberfläche desSiliziumsubstrats gebildet. Ein Basisteil der Vertiefung formt sichin einen dünnwandigenTeil auf, der dann wiederum die Membran wird.
    [0004] Hierbeiwird das Silizium unter Verwendung der KOH-Lösunggeätzt,und die KOH-Konzentration und die Temperatur der KOH-Lösung werdenwährendder Ätzprozesseseingestellt. Die KOH-Lösung, welcheeine KOH-Konzentration von 30 Gew.-% hat, wird für gewöhnlich verwendet, um die Glätte dergeätztenOberfläche(Basisteil der Vertiefung) zu schaffen.
    [0005] Wennjedoch die Hauptoberflächedes Siliziumsubstrats eine (110)-Oberfläche ist, hat die geätzte Oberfläche einecharakteristische Oberflächenrauhigkeitund schafft Schwierigkeiten bei der Ausbildung einer glatten Membran.Diese Oberflächenrauhigkeitwird vermutlich durch eine Ätzraten-Anisotropieim Nahbereich der (110)-Oberflächeverursacht.
    [0006] ImRahmen der vorliegenden Erfindung wurden Ätzverfahren bisher vorgeschlagenerTechniken untersucht, und es hat sich gezeigt, daß die Rauhigkeitan der geätztenOberfläche,welche charakteristisch fürdie (110)-Oberfläche ist,von dem KOH-Konzentrationswert in der Ätzlösung abhängig ist. Die geätzte Oberfläche zeigtRiefen, wenn der KOH-Konzentrationswert geringer als oder gleich38 Gew.-% ist. Die geätzteOberflächezeigt pyramidenförmige Musterungen,wenn der Konzentrationswert größer alsoder gleich 40 Gew.-% ist.
    [0007] DieSiliziummembran wird mit einer bestimmten Dicke ausgebildet, indemder Hauptanteil des Siliziumsubstrats durch Herunterätzen ineiner Richtung senkrecht zur Hauptoberfläche entfernt wird. Um beispielsweiseeine präziseDruckempfindlichkeitscharakteristik in einem Halbleiterdrucksensor zuerhalten, muß dieMembrandicke gleichförmig sein.Mit anderen Worten muß dieBasisoberfläche derVertiefung, welche die geätzteOberflächeist, glatt und flach sein.
    [0008] Nebendem obigen Verfahren, welches die KOH-Lösung verwendet, beschreibtdie ungeprüfte japanischePatentveröffentlichungNr. 8-13165 (entsprechend dem US-Patent 5650043) ein alternatives Verfahrendes Nassätzenszum Erhalten einer flachen geätztenOberfläche.Bei diesem Verfahren wird das Siliziumsubstrat beispielsweise ineine Ammoniumfluoridlösung(NH4F) getaucht, und es wird ein elektrischesPotential währenddes Ätzvorgangs andas Siliziumsubstrat angelegt. Das elektrische Potential wird sogesteuert, daß eskleiner als oder gleich einem Ruhepotential ist, so daß mit diesem vorgeschlagenenVerfahren eine Ebenheit in Atomgrößeordnung geschaffen werdenkann.
    [0009] Dieungeprüftejapanische PatentveröffentlichungNr. 2000-91307 schlägtein anderes Verfahren vor. Bei diesem Verfahren wird eine Tetramethyl-Ammoniumhydroxidlösung (TMAH)als Ätzlösung verwendet,und es wird ein elektrisches Potential während des Ätzprozesses an das Siliziumsubstratangelegt.
    [0010] Obgleichdie in den oben genannten Veröffentlichungenbeschriebenen Ätzverfahrenflache Ätzoberflächen sicherstellen,zeigen die NH4F-Lösung und die TMAH-Lösung, welchehierbei als Ätzlösungen verwendetwerden, im Vergleich zu einer KOH-Lösung kleinere Ätzratenund sind daher füreinen Halbleiterherstellungsprozess hinsichtlich der Produktivität nichtgeeignet. Weiterhin enthältdie NH4F-Lösung Fluor-Ionen und stelltsomit ein Sicherheitsrisiko dar.
    [0011] Dievorliegende Erfindung befaßtsich mit den genannten Nachteilen. Es ist somit Aufgabe der vorliegendenErfindung, ein Verfahren zum Ätzeneines Halbleitersubstrats zu schaffen, welches eine Kaliumhydroxidlösung als Ätzlösung verwendetund mit welchem die Glätteeiner geätztenOberfläche verbessertwird.
    [0012] ZurLösungdieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Verfahrenzum Ätzeneines Halbleitersubstrats vorgesehen, bei welchem das Halbleitersubstrat ineine Ätzlösung eingetauchtwird. Bei diesem Verfahren wird ein Siliziumsubstrat, welches dasHalbleitersubstrat ist, in die Kalium hydroxidlösung eingetaucht, welche die Ätzlösung bildet.Sodann wird eine Hauptoberflächedes Siliziumsubstrats, welches in die Kaliumhydroxidlösung eingetauchtist, durch Anlegen eines elektrischen Potentials an das Siliziumsubstratanodisiert, wobei das Siliziumsubstrat als Anode dient, so daß ein Oxidfilmin der Hauptoberflächedes Siliziumsubstrats gebildet wird. Nachfolgend wird eine Hauptoberflächenseitedes Siliziumsubstrats in der Kaliumhydroxidlösung geätzt.
    [0013] WeitereAufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergebensich besser unter Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung inZusammenschau mit den Zeichnungen. Es zeigen:
    [0014] 1 eine Querschnittsdarstellungdurch einen Halbleiterdrucksensor gemäß einer Ausführungsformder vorliegenden Erfindung;
    [0015] 2 eine schematische Ansichteines im Ätzverfahrender Ausführungsformverwendeten Ätzers;
    [0016] 3A eine schematische Draufsichtauf eine Ätzmaskeauf einem Silizium-Wafer, der das in der Ausführungsform verwendete Siliziumsubstrat ist;
    [0017] 3B eine Querschnittsdarstellungdurch den Siliziumwafer und der Ätzmaskeder 3A;
    [0018] 4A eine Querschnittsdarstellungdurch eine Stufe eines Ätzprozessesdes Siliziumwafers;
    [0019] 4B eine Querschnittsdarstellungdurch eine weitere Stufe des Ätzprozessesdes Siliziumwafers;
    [0020] 4C eine Querschnittsdarstellungdurch eine weitere Stufe des Ätzprozessesdes Siliziumwafers;
    [0021] 5 ein Diagramm zur Veranschaulichung einerOberflächenrauhigkeitRz einer geätztenOberfläche;und
    [0022] 6 ein Diagramm, in dem Auswirkungen von Änderungendes KOH-Konzentrationswertes und der Temperatur der KOH-Lösung aufdie Oberflächenrauhigkeitveranschaulicht sind.
    [0023] EineAusführungsformder vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungenbeschrieben. 1 ist eineDarstellung, in der im Querschnitt ein Halbleiterdrucksensor S1gemäß der vorliegendenAusführungsformdargestellt ist. In 1 bezeichnetBezugszeichen 1 ein Siliziumsubstrat, welches als Halbleitersubstratdient. In dem Siliziumsubstrat 1 des vorhandenen Beispiels beträgt eineOberflächenausrichtungder ersten und zweiten Hauptoberflächen 1a und 1b jeweils(110).
    [0024] Inder ersten Hauptoberfläche 1a,welche eine der Hauptoberflächen 1a und 1b desSiliziumsubstrats 1 ist (in 1 dieuntere), wird durch einen KOH-Ätzvorgangeine Vertiefung 2 ausgebildet, so daß gegenüber der ersten Hauptoberfläche 1a ein Rücksprungvorliegt. Ein Abschnitt des Siliziumsubstrats 1, in welchemeine Basisoberfläche 2a derVertiefung 2 liegt, bildet einen dünnwandigen Teil. Der dünnwandigeTeil ist als eine Membran 3 ausgebildet, welche beispielsweisefür eineDruckmessung verwendet wird.
    [0025] Inder zweiten Hauptoberfläche 1b,welche der ersten Hauptoberfläche 1a gegenüberliegt,ist in einem der Membran 3 entsprechenden Bereich ein Belastungsaufnehmer 4 angeordnet.Der Belastungsaufnehmer 4 bildet beispielsweise einen Brückenschaltkreisund liefert ein elektrisches Ausgangssignal entsprechend einer Belastungoder Dehnung als Ergebnis einer Verformung der Membran 3.Der Belastungsaufnehmer 4 ist als diffundierter Widerstandausgebildet, der durch Diffusion oder Ionenimplantation ausgebildetist.
    [0026] Wennsich die Membran 3 in dem Halbleiterdrucksensor S1 unterDruck verformt, wird von dem Belastungsaufnehmer 4 einSignal in Antwort auf die Verformung aufgrund der Verformung derMembran 3 ausgegeben. Das Ausgangssignal von dem Belastungsaufnehmer 4 verläuft durchein Verdrahtungsteil und ein Anschlußteil, welche in der Figurnicht dargestellt sind, und wird beispielsweise einem externen Signalverarbeitungsschaltkreiszugeführt.Auf diese Weise kann ein Druck erfasst werden.
    [0027] EinVerfahren zur Herstellung des Halbleiterdrucksensors S1 wird nachfolgendbeschrieben. Der Halbleiterdrucksensor S1 wird durch ein Halbleiterherstellungsverfahrenausgebildet, welches das Siliziumsubstrat mit den Hauptoberflächen, welche (110)-Oberflächen sind,verwendet. Ein Verfahren zum Ätzendes Siliziumsubstrats zur Bildung der Vertiefung 2 wirdnachfolgend beschrieben.
    [0028] 2 zeigt den exemplarischvereinfachten Aufbau eines Ätzers 100 für das erfindungsgemäße Ätzverfahren.Bezugszeichen 10 bezeichnet ein Ätzbad, welches beispielsweiseaus Teflon (eingetragene Marke) besteht. Das Ätzbad 10 beinhalteteine Kaliumhydroxidlösung 20 (KOH)als Ätzlösung. Die KOH-Lösung 20 wirdso eingestellt, daß sieeine KOH-Konzentration in einem Bereich aufweist, der größer alsoder gleich 39 Gew.-% ist, jedoch bevorzugt kleiner als oder gleich48 Gew.-% ist (d.h. bevorzugt liegt die Konzentration im Bereichvon 39 bis 48 Gew.-%).
    [0029] Der Ätzer 100 weistauch eine Temperatursteuerung 30 auf, welche einen Temperatursensor undeinen Heizer beinhaltet. Die Temperatursteuerung 30 heiztoder kühltdie KOH-Lösung 20,so daß dieTemperatur der KOH-Lösung 20 gesteuertwird. Die KOH-Lösung 20 wirdin einem Temperaturbereich gehalten, der bevorzugt gleich oder größer als 90°C ist, jedochbesonders bevorzugt gleich oder kleiner als 140°C ist (d.h. bevorzugt in einemBereich von 90 bis 140°C).
    [0030] Innerhalbeines Bodenteils des Ätzbades 10 istein Rührer 40 angeordnet.Wenn dieser einem sich drehenden Magnetfeld unterworfen ist, rührt der Rührer 40 dieKOH-Lösung 20 miteiner Rührrate, welcheeine gleichförmigeTemperaturverteilung in der gesamten KOH-Lösung 20 erzeugt.
    [0031] Daszu ätzendeSiliziumsubstrat ist ein Siliziumwafer 50 mit ersten undzweiten Hauptoberflächen 51 und 52,welche (110)-Oberflächensind. Der Siliziumwafer 50 wird in die KOH-Lösung 20 im Ätzbad 10 eingetauchtund hierin geätzt.
    [0032] Obgleichnur ein einzelner Siliziumwafer 50 in 2 gezeigt ist, können natürlich mehrere Siliziumwafergleichzeitig in einem Massenherstellungsprozess geätzt werden.
    [0033] Weiterhinbeinhaltet der Ätzer 100 eineAnodisierungsvorrichtung 200 zur Ausbildung eines Oxidfilmsauf dem Siliziumwafer 50 unter Verwendung eines Anodisierungsvorgangs.Die Anodisierungsvorrichtung 200 beinhaltet eine Gleichstromenergiequelle 210,eine Anlegeelektrode 220 für ein elektrisches Potentialund eine Referenzelektrode 230. Die Anlegeelektrode 220 für das elekt rischePotential ist mit dem Siliziumwafer 50 elektrisch verbunden,und der Siliziumwafer 50 wird als Anode verwendet. Somitlegt die Anlegeelektrode 220 für das elektrische Potentialein elektrisches Potential an den Siliziumwafer 50 an.Die Referenzelektrode 230 ist aus Platin gefertigt.
    [0034] DieAnodisierungsvorrichtung 200 ist so ausgelegt, daß sie einegewünschteSpannung an den Siliziumwafer 50 anlegt, welche relativzu einem elektrischen Potential der in die KOH-Lösung 20 eingetauchtenReferenzelektrode 230 eingestellt wird.
    [0035] Die 3A und 3B zeigen eine Ätzmaske 60, die zurHerstellung der Membran verwendet wird und in der ersten Hauptoberfläche 51 desSiliziumwafers 50 angeordnet ist. Der Siliziumwafer 50 wirdin dem Zustand gemäß der 3A und 3B in die KOH-Lösung 20 eingetauchtund geätzt.
    [0036] Dieerste Hauptoberfläche 51 desSiliziumwafers 50 entspricht der ersten Hauptoberfläche 1a desSiliziumsubstrats 1 und ist die Oberfläche, welche zur Ausbildungder Vertiefung 2 zu ätzenist. Gemäß 3B wird der Belastungsaufnehmer 4 inder zweiten Hauptoberfläche 52 desSiliziumwafers 50 ausgebildet.
    [0037] Inder ersten Hauptoberfläche 51 desSiliziumwafers 50, welche die (110)-Oberfläche ist,wird die Ätzmaske 60 ausgebildet,um die Membran 3 durch das Ätzen zu ausbilden.
    [0038] Die Ätzmaske 60 wirddurch Abscheiden eines Films, der ein Siliziumnitridfilm ist, derals Ätzwiderstandsmaterialdient, wobei beispielsweise ein Plasma-CVD-Verfahren verwendet wird, und anschließendes Öffnen eines Bereichsin dem abgeschiedenen Film gebildet, der beispielsweise durch einphotolithographisches Verfahren zu ätzen ist. Obgleich 3A eine quadratische Öffnung 61 inder Ätzmaske 60 zeigt,kann die Öffnungvon jeglicher Form oder Größe sein.
    [0039] Sobalddie Ätzmaske 60 aufdem Siliziumwafer 50 ausgebildet worden ist, wird der Siliziumwafer 50 unterVerwendung des Ätzers 100 der 2 geätzt. Obgleich in 2 nicht gezeigt, werdendie zweite Hauptoberfläche 52 unddie Seitenoberflächendes Siliziumwafers 50 derart maskiert oder abgedeckt, daß ein Freiliegender zweiten Hauptoberfläche 52 undder Seitenoberflächendes Siliziumwafers 50 gegenüber der KOH-Lösung 20 begrenztist.
    [0040] Sodannwird der Siliziumwafer 50 mit der Anlegeelektrode 220 für elektrischesPotential der Anodisierungsvorrichtung 200 verbunden undin die KOH-Lösung 20 eingetaucht.Ein elektrischer Kontakt zwischen dem Siliziumwafer 50 undder Anlegeelektrode 220 für elektrisches Potential kannbeispielsweise wie folgt erhalten werden: zunächst wird beispielsweise ineinem Teil der zweiten Hauptoberfläche 52 des Siliziumwafers 50 eineKontaktbohrung gebildet. Dann wird diese Kontaktbohrung mit einem leitfähigen Material,beispielsweise Aluminium, gefüllt.Sodann wird das leitfähigeMaterial maskiert, um ein Freiliegen gegenüber der KOH-Lösung 20 zuvermeiden. Somit sind der Siliziumwafer 50 und die Anlegeelektrode 220 für das elektrischePotential miteinander überdas leitfähigeMaterial elektrisch miteinander verbunden.
    [0041] Die 4A bis 4C zeigen den Ablauf beim Ätzen desSiliziumwafers 50. Zunächstwird ein elektrisches Potential von der Gleichstromenergiequelle 210 anden Siliziumwafer 50 angelegt, der in die KOH-Lösung 20 einge tauchtist, so daß dieAusbildung eines Oxidfilms 70 durch einen Anodisierungsvorgangbewirkt wird.
    [0042] Genauergesagt wird bei dem Anodisierungsvorgang das elektrische Potential,welches an den in die KOH-Lösung 20 eingetauchtenSiliziumwafer 50 angelegt wird, gleich oder größer alsein Passivierungspotential eingestellt. Hierbei ist das Passivierungspotentialals ein elektrisches Potential definiert, bei welchem ein Anodenstrom,der durch den Siliziumwafer 50 fließt, relativ zum elektrischen Potentialder Referenzelektrode 230 maximal wird.
    [0043] ImErgebnis wird, wie es in 4A gezeigt ist,der Siliziumoxidfilm 70, der der Oxidfilm der vorliegendenErfindung ist, auf der ersten Hauptoberfläche 51 des Siliziumwafers 50 ausgebildet,der in der Öffnung 61 der Ätzmaske 60 freigelegtist. Danach beginnt der Ätzprozessauf der ersten Hauptoberfläche 51.
    [0044] Wieoben beschrieben ist, wird der Siliziumoxidfilm 70 durchdie Anodisierung zu Beginn des Ätzprozessesausgebildet. Vorzugsweise wird die Anlegung des elektrischen Potentialsan den Siliziumwafer 50 zur Erzeugung des Oxidfilms zumindest zuBeginn der Ätzprozessesfür zweiMinuten oder längergehalten. Auf diese Weise kann der Siliziumoxidfilm 70 ingeeigneter Weise ausgebildet werden. Somit wird z.B. der Oxidfilm 70,der eine Dicke von etwa 1 nm aufweist, ausgebildet. Die Ausbildungdes Siliziumoxidfilms 70 wird z.B. durch eine Analyse unterVerwendung des Röntgenstrahlenfotoelektronenspektroskopie-(XPS)-Verfahrens überprüft bzw.bestätigt.
    [0045] Beider Initiierung des Ätzprozessesauf der ersten Hauptoberfläche 51 desSiliziumwafers 50 wird der Ätzprozess ohne Anlegung deselektrischen Potentials an den Siliziumwafer 50 fortgesetzt,d.h. der Ätzprozesswird fortgesetzt, währenddie Anlegung des elektrischen Potentials an den Siliziumwafer 50 gestopptwird.
    [0046] Danachwird, wie es in 4B gezeigtist, der Siliziumoxidfilm 70, der in der Öffnung 61 der Ätzmaske 60 freigelegtist, durch die KOH-Lösung 20 geätzt undentfernt. Sobald das Ätzendes Siliziumoxidfilms 70 beendet ist, wird ein Siliziumteildes Siliziumwafers 50 freigelegt, und es beginnt ein Siliziumätzprozess.
    [0047] ObwohlEinzelheiten des Prozeßmechanismusnicht vollständigverstanden sind, ist das folgende denkbar. D.h., wenn der Ätzprozessdes Siliziums gleichzeitig mit dem Ende des Ätzprozesses des Siliziumoxidfilms 70 durchgeführt wird,ist der Anfangspunkt des Ätzprozessesdes Siliziums eine hydrophile Oberfläche. Die Ausbildung der hydrophilenOberflächeermöglichtdie Initiierung eines einheitlichen Ätzens des Siliziums.
    [0048] DerSiliziumwafer 50 wird auf der ersten Hauptoberfläche 51 geätzt, undschließlichwird die Vertiefung 2 ausgebildet, wie es in 4C gezeigt ist. Die sichergebende geätzteOberfläche 2a,die die Basisoberfläche 2a derVertiefung 2 ist, besitzt einen hohen Glättegrad.Die Membran 3 wird somit als die Vertiefung 2 ausgebildet.Danach wird die Ätzmaske 60 durchz.B. Ätzenselektiv vom Siliziumwafer 50 entfernt, so daß der HalbleiterdrucksensorS1 der 1 ausgebildetwird.
    [0049] 5 zeigt eine beispielhafteVerbesserung der Glätteder geätztenOberfläche 2a. 5 ist ein Diagramm, daszeigt, wie eine Rauhigkeit Rz der geätzten Oberfläche 2a vondem KOH-Konzentrationspegel abhängt.Das Ergebnis der 5 wirddurch einen Ätzprozesserhalten, bei dem die Temperatur der KOH-Lösung 20 durch dieTemperatursteuerung 30 bei 110°C gehalten wird, und der Sili ziumoxidfilm 70, dereine Dicke von näherungsweise1 nm aufweist, wird durch den Anodisierungsprozess auf der Oberfläche desSiliziumwafers 50, der zu ätzen ist, ausgebildet.
    [0050] Wiees in 5 gezeigt ist,hängt dieOberflächenrauhigkeitRz der geätztenOberfläche 2a von demKOH-Konzentrationspegelin der KOH-Lösung 20 ab.In dem vorliegenden Beispiel wird die Oberflächenrauhigkeit Rz kleiner als0,8 μm,wenn der KOH-Konzentrationspegel in einem Bereich liegt, der gleichoder größer als39 Gew.-% aber gleich oder kleiner als 48 Gew.-% ist (d.h. in einemBereich von 39–48Gew.-%). Die resultierende Glätteder geätztenOberfläche 2a istfür einepraktische Verwendung geeignet.
    [0051] DieserPegel entspricht einem Pegel, der erhalten wird, wenn die Vertiefungund die Membran in einem Siliziumsubstrat ausgebildet sind, dasdie Hauptoberflächemit einer Oberflächenausrichtung von(100) aufweist, die es ermöglicht,einen hohen Glättegradin der geätztenOberflächezu erreichen. Dieser Pegel sichert geeignete Membrancharakteristika.
    [0052] 6 zeigt experimentelle Ergebnisse,die durch Änderungder Ätzbedingungen,d.h. der KOH-Konzentration und der Temperatur der KOH-Lösung 20zum Zeitpunkt der Durchführung des Ätzprozessesnach der Ausbildung des Siliziumoxidfilms 70 erhalten werden,wobei der Siliziumfilm 70 ähnlich dem Fall der 5 eine Dicke von etwa 1 nmaufweist und durch den Anodisierungsprozess ausgebildet wird, derauf dem Siliziumwafer 50 durchgeführt wird.
    [0053] In 6 ist ein kartesisches Koordinatensystemgezeigt, in dem die KOH-Konzentration (Gew.-%) an der Abszisse unddie Lösungstemperatur(°C) aufder Ordinate dargestellt sind. Ein Bereich R, der ein in 6 dargestellter gestrichelterBereich ist, stellt einen Bereich dar, innerhalb dem die geätzte Oberfläche 2a eineOberflächenrauhigkeitRz von weniger als 0,8 μmerreicht.
    [0054] Indem Bereich R stellt eine obere Grenze der Lösungstemperatur einen Siedepunktder KOH-Lösung 20 dar.Insbesondere ist die OberflächenrauhigkeitRz der geätztenOberfläche 2a für die praktischeVerwendung solange geeignet, wie der KOH-Konzentrationspegel unddie Temperatur der KOH-Lösung 20 innerhalbdes durch den Bereich R dargestellten Bereichs liegen.
    [0055] Daherist es, wie es durch den Bereich R der 6 gezeigt ist, bei dem Ätzverfahrender vorliegenden Ausführungsformzur Verbesserung der Glätteder geätztenOberflächewünschenswert,die KOH-Konzentration der KOH-Lösung 20 indem Bereich einzustellen, der gleich oder größer als 39 Gew.-% aber gleichoder kleiner als 48 Gew.-% ist, und die Lösungstemperatur im Bereicheinzustellen, der gleich oder größer als90°C, abergleich oder kleiner als 140°Cist.
    [0056] Essollte beachtet werden, daß der KOH-Konzentrationspegelund die Lösungstemperaturnicht auf die oben genannten begrenzt sind und in Abhängigkeitvon einer gewünschtenOberflächenrauhigkeitder geätztenOberflächeebenso wie von der Größe oderden Abmessungen eines zu ätzendenBereichs geeignet geändertwerden können.
    [0057] Dievorliegende Ausführungsformschafft ein Ätzverfahren,das die Glätteder geätztenOberfläche unterVerwendung der KOH-Lösungals Ätzlösung im Vergleichzum Stand der Technik verbessern kann.
    [0058] ImSiliziumsubstrat, das den Oxidfilm auf seiner Oberfläche aufweist,zeigt die Oberflächeeine hydrophile Eigenschaft. Die vorliegende Ausführungsformverwendet diese hydrophile Eigenschaft, um ein gleichförmiges Ätzen durchzuführen, und schafftdadurch die glatte geätzteOberfläche.
    [0059] Aufder Grundlage der obigen Tatsache kann eine ähnlich glatte geätzte Oberfläche alternativ durchAusbilden eines Oxidfilms auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats imvoraus vor dem Ätzenerhalten werden, indem Verwendung ein allgemeines thermisches Oxidationsverfahrensoder chemisches Aufdampfungsverfahren verwendet wird. Die vorliegendeAusführungsformschafft andererseits ein noch einfacheres Verfahren zur Ausbildungdes Oxidfilms, ohne einen zusätzlichenSchritt zur Ausbildung des Oxidfilms auf dem Siliziumsubstrat vordem Ätzenzu benötigen,indem ein Anodisierungsphänomengenutzt wird, das in der Ätzlösung auftritt.
    [0060] Außerdem wirdgemäß der vorliegenden Ausführungsformdas Siliziumsubstrat 1, das den Halbleiterdrucksensor S1bildet, durch das obige Ätzverfahrenausgebildet. Insbesondere wird zunächst der Siliziumoxidfilm 70 durchden Anodisierungsprozess in der ersten Hauptoberfläche 51 desSiliziumwafers 50, der in die KOH-Lösung 20 eingetaucht wird,ausgebildet, und der Ätzprozesswird auf der Seite der ersten Hauptoberfläche 51 auf der Siliziumoberfläche 50 durchgeführt.
    [0061] Obwohldie erste Hauptoberfläche 51,die die Oberflächedes zu ätzendenSiliziumsubstrats 1 ist, die (110)-Oberfläche aufweist, erzielt die geätzte Oberfläche, diedie Basisoberfläche 2a derVertiefung 2 ist, in vorteilhafter Weise eine OberflächenrauhigkeitRz von weniger als 0,8 μm.Mit anderen Worten erlangt gemäß der vorlie gendenAusführungsformdas Siliziumsubstrat 1 (das Halbleitersubstrat) die glattegeätzteOberfläche,die gemäß dem Stand derTechnik schwierig zu erhalten war, wobei die (110)-Oberfläche KOH-geätzt wird.
    [0062] Indem obigen Ätzverfahrenwird der Ätzprozesszuerst auf der Hauptoberfläche 51 desSiliziumwafers 50 gestartet, auf dem der Siliziumoxidfilm 70 durchden Anodisierungsprozess ausgebildet wurde, und danach wird das Ätzverfahrenohne Anlegung des elektrischen Potentials an den Siliziumwafer 50 fortgesetzt.Der Ätzprozesskann jedoch auch durchgeführtwerden, währenddas elektrische Potential, das die Ausbildung des Siliziumoxidfilms 70 ermöglicht,währenddes Ätzprozessesweiterhin an den Siliziumwafer 50 angelegt bleibt.
    [0063] Insbesonderekann das elektrische Potential, das die Anodisierung ermöglicht,währenddes Ätzprozesses,bei dem der Siliziumwafer 50 in die KOH-Lösung 20 eingetauchtwird, an den Siliziumwafer 50 angelegt bleiben. In einemderartigen Fall wird der Siliziumoxidfilm 70 auf der erstenHauptoberfläche 51 desSiliziumwafers 50 ausgebildet und außerdem gleichzeitig geätzt, umdie Vertiefung 2 auszubilden.
    [0064] Außerdem wirdin einem derartigen Fall erwartet, daß der auf der ersten Hauptoberfläche 51 desSiliziumwafers 50 ausgebildete Siliziumoxidfilm 70 diehydrophile Eigenschaft der Hauptoberfläche 51, die die zu ätzende Oberfläche ist,aufrechterhält. Somitwird die Einheitlichkeit der Ätzratein der geätztenOberflächeverbessert, und dadurch wird die glatte geätzte Oberfläche 2a in dem Siliziumwafer 50 erhalten.
    [0065] Außerdem habenin einem derartigen Fall Studien gezeigt, daß die OberflächenrauhigkeitRz der geätzteno berfläche 2a eine ähnlicheAbhängigkeitvon dem KOH-Konzentrationspegel,wie es in 5 gezeigtist, und von den Ätzbedingungen,wie es in 6 gezeigtsind, zeigen würde.Außerdem würde dieOberflächenrauhigkeitRz von weniger als 0,8 μm über einenbreiteren Bereich der Konzentrationspegel und -bedingungen einschließlich denender in den 5 und 6 gezeigten erhalten werden.
    [0066] Ineinem derartigen Fall würdeder Siliziumoxidfilm 70 auf der oberen Schicht der Basisoberfläche 2a derVertiefung 2 belassen werden. Die OberflächenrauhigkeitRz würdejedoch dadurch nicht beeinflußtwerden. Der Siliziumoxidfilm 70, der auf der oberen Schichtder Basisoberfläche 2a belassen wird,kann geätztund gleichzeitig mit dem Entfernen der Ätzmaske 60 entferntwerden.
    [0067] Indem in 2 gezeigten Beispielwird der Anodisierungsprozess durchgeführt, während die Spannung von derGleichstromenergiequelle 210 angelegt ist. Anstelle derGleichstromenergiequelle 210 kann ein Potentiostat in einemVerfahren verwendet werden, das drei Elektroden, die die Referenzelektrodeenthalten, verwendet.
    [0068] Außerdem kanndie Hauptoberflächedes Siliziumsubstrats, das erfindungsgemäß geätzt wird, eine andere Oberflächenausrichtungals (110) aufweisen.
    [0069] Außerdem istdie Anwendung der vorliegenden Erfindung nicht auf den Drucksensorbegrenzt, sondern kann ein Ätzendes Siliziumsubstrats in der KOH-Lösung in einem Herstellungsprozeß von z.B. einemBeschleunigungssensor, einem Gassensor oder einem Strömungssensorumfassen.
    [0070] ZusätzlicheVorteile und Modifikationen sind für den Fachmann leicht denkbar.Die Erfindung ist daher in ihren breiteren Ausdrücken nicht auf die spezifischenEinzel heiten, die dargestellte Vorrichtung und die gezeigten undbeschriebenen Beispiele beschränkt.
    权利要求:
    Claims (5)
    [1] Verfahren zum Ätzen eines Halbleitersubstrats durchEintauchen des Halbleitersubstrats in eine Ätzlösung, gekennzeichnet durch: Eintaucheneines Siliziumsubstrats (50), das das Halbleitersubstratist, in eine Kaliumhydroxidlösung (20),die die Ätzlösung ist; Anodisiereneiner Hauptoberfläche(51) des Siliziumsubstrats (50), das in die Kaliumhydroxidlösung eingetauchtist, durch Anlegen eines elektrischen Potentials an das Siliziumsubstrat(50), wobei das Siliziumsubstrat (50) als eineAnode genutzt wird, so daß ein Oxidfilm(70) in der Hauptoberfläche(51) des Siliziumsubstrats (50) ausgebildet wird;und Ätzeneiner Hauptoberflächenseite(51) des Siliziumsubstrats (50) in der Kaliumhydroxidlösung.
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß das Ätzen derHauptoberflächenseite (51)des Siliziumsubstrats (50) ein Ätzen der Hauptoberflächenseite(51) des Siliziumsubstrats (50) ohne Anlegen deselektrischen Potentials an das Siliziumsubstrat (50) beider Initiierung des Ätzensder Hauptoberflächenseite(51) des Siliziumsubstrats (50) enthält.
    [3] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß das Ätzen derHauptoberflächenseite (51)des Siliziumsubstrats (50) ein Ätzen der Hauptoberflächenseite(51) des Siliziumsubstrats (50), während daselektrische Potential, das eine Ausbildung des Oxidfilms (70)bewirkt, an das Siliziumsubstrat (50) angelegt ist, enthält.
    [4] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,daß das Ätzen derHauptoberflächenseite(51) des Siliziumsubstrats (50) ein Aufrechterhalteneiner KOH-Konzentration der Kaliumhydroxidlösung (20) in einemBereich von 39–48 Gew.-%und außerdemein Aufrechterhalten der Lösungstemperaturder Kaliumhydroxidlösung(20) in einem Bereich von 90–140°C enthält.
    [5] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,daß dieHauptoberfläche (51)des Siliziumsubstrats (50) eine (110)-Oberfläche aufweist.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    US20040192050A1|2004-09-30|
    JP2004288920A|2004-10-14|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2010-01-21| 8139| Disposal/non-payment of the annual fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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