JPH0460501A - グレーティングの製造方法 - Google Patents

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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） る。

（従来の技術） たとえば特定波長の赤外線光などを、選択的に反射もし
くは透過するいわゆるグレーティングは、第７図（ａ）
に平面的に、この第７図（ａ）のＡ−Ａ線に沿って第７
図（ｂ）　　さらに第７図（ａ）のＢ−Ｂ線に沿って第
７図（ｃ）にそれぞれ断面的に示すような構造を成して
いる。また、このような構造ヲ成すグレーティングは、
一般にシリコンの（１１Ｏ）ウェハーを用い、次のよう
にして製造されていた。

すなわち、（１１０）シリコンウェハー１の一方の面に
＋１１１１　面に沿ってエツチング用ストライブ状のマ
スク・パターンを先ず被着形成する。次いで前記被着形
成したマスク・パターン側から異方性エツチング処理を
施し、この異方性エツチング処理の途中でエツチングを
停止して、前記パターンに対応した複数列の溝２を形設
することによって、所要のグレーティングを製造してい
る。

（発明が解決しようとする課題） ところで、この種のグレーティングは、機能上形設され
る溝２の底が平坦でであることが必要である。しかしな
がら、前記従来技術によって製造されるグレーティング
の場合、形設された溝２の底は、長手方向が波形になり
易く平坦にならないという問題があった（第７図（ｂ）
参照）。

前記問題に対する改善策として、次のような手段が試み
られている。すなわち、異方性エツチング処理に用いる
エツチング液を工夫したり、異方性エツチング処理で形
設された溝２の底を滑らかにするために、さらに等、方
性エツチング処理を施すことなど検討されている。しか
し、前記問題の解決は難しく、要求される性能を持つグ
レーティングは未だ得られていないのが実情である。

本発明は、要求される性能を満たすべく、形設される溝
の底か良好な平滑性を有するグレーティングを、容易に
かつ再現性よく製造し得る製造方法の提供を目的とする
。

Ｕ発明の構成コ （課題を解決するだめの手段） 本発明に係るグレーティングの製造方法は、シリコンの
（１１０）ウェハーに前記のシリコン（１１０）ウェハ
ーとは異なる異方性の層を一体化した積層型ウェハーの
シリコン（１１０）ウェハー面にエツチング用のストラ
イプ状マスク・パターンを被着形成する工程と、 前記エツチング用ストライプ状のマスク・パターンを被
着形成した積層型ウェノ＼−に異方性エツチング処理を
施す工程とを具備し、 前記異方性エツチング処理によって深溝加工される（月
Ｏ）シリコン層とは異なる異方性の層か現れたときに前
記異方性エツチングか自動的に停止するようにしたこと
を特徴とする。

ここで、異方性エツチングを停止させる具体的な手段と
しては、たとえば（ＩＩＩ）面のエツチング速度か遅い
ことを利用するほかに、酸化膜層、ｐＩの高濃度層なと
か挙げられる。

（作用） 本発明によれば、Ｈ？ｇ加工を行うシリコン（１１０）
ウェハー（層）を含む２層以上の積層構造（積層型）の
ウェハーを用い、シリコン（１１０）ウェハー面に、所
要の異方性エツチング処理を施し、深溝加工を行う。し
かして、この深溝加工が進行し、前記シリコン層とは異
方性が異なる他の層に達すると、前記異方性エツチング
は自動的に停止するので、底面の平坦な溝が確実に形設
される。

（実施例） 以下第１図ないし第６図を参照して本発明の詳細な説明
する。

実施例１ 本実施例は、シリコン（１１０）に比べ（１１１）　面
のエツチング速度が遅いことを利用した場合を説明する
。すなわち、（１１０）シリコンウェハーと（１１１）
シリコンウェハーを貼り合わせて成る積層型ウェハーを
素材とした場合を例示する。

第１図は製造工程の概略を示すブロック図であり、先ず
両面をそれぞれ研磨したシリコン（１１０）ウェハー１
とシリコン（１１１）ウェハー３とを用意し、これら両
シリコンウェハー１．３をシリコンの直接接合技術（た
とえば、応用物理学会誌　第５６巻　第３号（１９１１
７）ｐＩ）、　３１３〜３７６に記載）を用いて貼り合
わせて、積層型ウェハー４を構成する。

前記貼り合わせて１枚となった積層型ウェハ４について
、必要に応してウェハー・エツジの削り落としなどの形
状整形加工を施す。その後、熱酸化処理を施してマスク
材料となるシリコン酸化膜５を形成する。なお、マスク
材料となるシリコン酸化膜５は異方性エッチャントとし
てヒドラジン、Ｅ　Ｐ　Ｗ　（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ　ｄｊ
ａｒｎｊｎｅ　Ｐｙｒｏｃａｔｅｃｈｏｌａｎｄ　Ｗａ
ｔｅｒ　）を用いる場合は充分耐性かあるか、水酸化カ
リウム（ＫＯＨ）水溶液の場合は耐性的には劣るので充
分であるといえないことか多い。このような場合は、シ
リコン・ナイトライド膜をマスク材料としてシリコンま
たはシリコン酸化膜上に形成する。また、マスク材料と
しては、蒸着などによって形成する金属薄膜を使用する
こともできるが、この場合は異方性エッチャントに対し
て充分に耐性かあることが条件となる。

次いで、第２図（ａ＞に平面的に、第２図（ｂ）に第２
図（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面を、また第２図（Ｃ）
に第２図（ａ）のＢ−Ｂ線に沿フた断面をそれぞれ示す
ように、フォトリソグラフィー技術を用いてシリコン（
１１０）ウェハー１側のマスク層５ａに、（＋１１＞面
に沿ったストライプ状のパターニンクヲ族す。バターニ
ング後、ヒドラジン、ＥＰＷ、水酸化カリウム水溶液な
との異方性エツチング液に投入して異方性エツチングを
行う。

前記異方性エツチング処理によって、ストライプの長平
方向は異方性エツチングの規則に従ってパターン通り（
１１０）ウェハー１に垂直にエツチングか進んで深溝２
か形成されていき、このエツチングは（１１０）ウェハ
ー１と（１１１）ウェハー３の境界まで進む。しかして
、異方性エツチングでは（ｌ］】）面は他の面よりもエ
ツチング速度か著しく遅いため、第３図に要部を断面的
に示すように、（１１０）ウェハー１に形成（形設）さ
れた溝２の底に（ＩＩＩ）ウェハー３の面が現れると、
前記エツチングは自動的に停止する。こうして形設され
た溝２の底は、貼り合わせた（Ｉｌｌ）ウェハー３の表
面であり、凹凸の無い滑らかで平らな面である。このよ
うに自動的に停止するまでエツチングを進めると底か平
らな溝２が容易に形成される。

前記工程終了後、稀弗酸や弗化アンモンを用いて積層型
ウェハー４表面のシリコン酸化膜５からなるのマスク層
５ａ、５ｂを除去し、必要に応じて金などの金属を蒸着
などて付ければ所望のグレーティングか完成する。

第４図（ａ）は上記により製造したグレーティングを平
面的に、第４図（ｂ）は第４図（ａ）のＡ−Ａ線に沿っ
た断面を、また第４図（Ｃ）は第４図（ａ）のＢ−Ｂ線
に沿った断面をそれぞれ示したものである。

このように、溝の底が平らでなければならないという機
能上の重要条件を満たすグレーティングを得ることがで
きた。なお、上記では両ウェハ１．３を貼り合わせた後
に、エツチングのマスク層５ａのバターニングを行って
いるが、予めパターニングを施したウェハー１．３を貼
り合わせてグレーティングを作製してもよい。

実施例２ 上記実施例１では、シリコン（１１０）ウェハー１にシ
リコン（３１１）ウェハー３を貼り合わせていたが、貼
り占わせる面の少くとも一方の面に予め酸化膜を形成し
たウェハー１および３をウェハーを貼り合わせる積層型
とした場合は、前記シリコン（１１０）ウェハー１とシ
リコン（１１１）ウェハー３の組み合せとする必要はな
く、任意の面方位のウェハーの組み合せか可能である。

たとえば、（１１０）ウェハーと表面を酸化した（１０
０）ウェハーとを貼り合せて成る積層型ウェハを素材と
し、実施例１の場合と同様の工程によって、グレーティ
ングを製造したところ、シリコン（１１０）ウェハー１
に対する異方性エツチングは、（１１０）ウェハー１と
（１００）ウェハーとの間のンリコン酸化膜層て停止し
、実施例１の場合と同しように底が平らな溝か得られた
。

実施例３ 上記実施例１では、シリコン（１１０）ウェハー１にシ
リコン（１１１）ウェハー３を貼り合わせていたか、前
記シリコン（１１０）ウェハー１に対し常にシリコン（
１１１）ウェハー３の組み合せとする必要はな仁ｐ＋の
ウェハ　（／Ｑ度は７　Ｘ　１．０１９ｃａ＋−３以上
）であれば任意の面方位のウェハーを貼り合わせること
かできる。この場合ウェハー全体か前記ｐ＋濃度でなく
とも、貼り合わせる面の表面および近傍か前記濃度とな
っているウェハー　たとえばボロンを高濃度にイオン注
入したウェハーでもよい。

たとえば、（１１０）ウェハーとｐ十濃度７Ｘ１０１９
ａｍ−３以上の（１１０）ウェハーとを貼り合せて成る
積層型ウェハーを素材とし、実施例１の場合と同様の工
程によって、グレーティングを製造したところ、シリコ
ン（１１０）ウェハー１に対する異方性エツチングは、
ｐ中層の表面つまりｐ＋　（１１０）ウェハー表面で停
止し、実施例ユの場合と同じように底か平らな溝か得ら
れた。

実施例４ 上記実施例１ては（１１０）ウェハーに（１１１）シリ
コンウェハーを貼り合わせ積層型を用いたが、（１１１
’）シリコンウェハーの代りにガラス・ウェハーでもよ
い。この場合は予めエツチング用マスクのバターニング
を施した、（１１０）ウェハーをガラス・ウェハーに貼
り合わせるか、貼り合わせた後にエツチング用のマスク
層にバターニングを施す。

貼り合わせの手段としては静電接合がすぐれている。

たとえば、（１１０）ウェハーにガラス・ウェハを静電
接合して構成した積層型ウェハーを素材とし、実施例１
の場合に準じた工程によって、グレーティングを製造し
たところ、シリコン（ｎｏ）ウェハー１に対する異方性
エツチングは、ガラス・ウェハー表面で停止し、実施例
１の場合と同じように底が平らな溝が得られた。

実施例５ 上記実施例１においては、エツチングする積層型ウェハ
ーをエツチング液に投入して、そのまま異方性エツチン
グを進行させたが、この異方性エツチングに当り、前記
積層型ウェハーに電圧を印加するいわゆる電解エツチン
グであってもよい。

この場合は、伝導型かｐ型の（１１０）ウェハー１ａに
ｎ型の任意の面方位のウェハー１ｂを貼り合わせて成る
積層型ウェハーを素材とする。

前記積層型ウェハーを用意し、ｐ型の（１１０）ウェハ
ー１ａの酸化膜にバターニングを施し、第５図にその実
施態様を模式的に示すような系でエツチングを行った。

なお、第５図において、６は白金電極、７は異方性エツ
チング液、８は電源をそれぞれ示す。

この実施例の場合、異方性エツチングの電解エツチング
の特性上、エツチングはそのエツチングによって形設さ
れる溝の底にｎ型のウェハー表面か現れた時点で停止し
、実施例１の場合と同しように底か平らな溝か得られた
。

実施例６ 本実施例は、エピタキシャル成長させたウェハーを用い
た場合の例である。

この場合も前記異方性エツチングを停止させる手段とし
ては、ｐ＋の高濃度層と電解エツチングを適用し得る。

第６図は本実施例における製造工程の概略を示すブロッ
ク図である。先ず、両面を研磨した（１１０）ウニ・・
−にｐ中層（濃度は７ＸＩ０１９ｃｍ−３以上）をエピ
タキシャル成長させた。その後、必要に応して表面研磨
してから、酸化などのマスク材料形成の工程を経て、（
１１０）ウェハー（基板）側のマスク材料層にバターニ
ングを施し、異方性エツチングを行う。この異方性エツ
チングはエツチングにより形設される溝の底にｐ中層の
表面が露出するとそのｐ中層の表面で停止する。したが
って、前記２枚のウエノ＼−を貼り合わせ一体化した積
層型ウェハーを用いた他の実施例の場合と同様に溝の底
が平らなグレーティングが得られた。なお、前記異方性
エツチングは、電解エツチングであってもよい。ただし
この場合、伝導型ｐ型の（１１０）ウェハーにｎ型層を
エピタキシャル成長させて成る積層型、または逆に伝導
型がｎ型の（１１０）ウェハーにｐ型層をエピタキシャ
ル成長させて成る積層型ウェハーを用い、ｐ型の（１１
０）ウエノ＼−面にエツチング用のバターニングを施し
て、前記第５図に示した系でエツチングを行えばよい。

［発明の効果〕 上記説明したように、本発明によれば、機能上要求され
る性能を満たすに充分なね底面か平坦ないし平滑な溝を
備えたグレーティングを容易に得ることかできる。すな
わち（１］０）ウェハーとこれとは異なる異方性を呈す
る表面平滑性の層とを貼り合せ形の積層型ウェハーを素
材とし、この積層型ウェハーを構成する層の異方性エツ
チング速度を巧みに利用することによって、前記異方性
エツチングによって底面の平坦性ないし平滑性のすくれ
た深溝の形設か可能となり、要求される特性を十分に発
揮し得るグレーティングを提供し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るグレーティングの製造方法におけ
る工程の概略を示すブロック図、第２図（ａ）は本発明
に係るグレーティングの製造方法において積層型ウェハ
ー面にストライプ状のパタニングした状態を示す平面図
、第２図（ｂ）は第２図（ａ）の八−Ａ線に沿７た断面
図、第２図（ｃ）は第２図（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断
面図、第３図はエツチングされた積層型ウェハーの一部
拡大断面図、第４図（ａ）は本発明に係るグレーティン
グの製造方法で製造したグレーティングの平面図、第４
図（ｂ）は第４図（ａ）の＾−Ａ線に沿った断面図、第
４図（ｃ）は第４図（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図、
第５図は本発明に係るグレーティングの製造方法の他の
例における電解エツチングの実施態様を示す模式図、第
６図は本発明の他の実施例の製造工程の概略を示すブロ
ック図、第７図（ａ）は従来の製造方法で製造したグレ
ーティングの平面図、第７図（ｂ）は第７図（ａ）のＡ
−Ａ線に沿った断面図、第７図（Ｃ）は第７図（ａ＞の
Ｂ−Ｂ線に沿った断面図である。 １・・・・・（１１０）シリコンウェハー１ａ・・・・
・・ｐ型（１１０）シリコンウェハー１ｂ・・・・ｎ型
シリコンウェハ ２・・・・深溝 ３・・・（ＩＩＩ）シリコンウェハー ４・・・・・貼り合わせウェハー（積層型ウエノ＼−）
５・・・酸化膜 ５ａ・・・・−（１１０）ウェハー面のマスク５ｂ・・
・・・（１１１）ウェハー面のマスク６・・・・白金電
極 ７・・異方性エツチング液 ８・・・・・・電源

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 シリコンの（１１０）ウェハーに前記のシリコン（１１
   ０）ウェハーとは異なる異方性の層を一体化した積層型
   ウェハーのシリコン（１１０）ウェハー面にエッチング
   用のストライプ状マスク・パターンを被着形成する工程
   と、 前記エッチング用ストライプ状のマスク・パターンを被
   着形成した積層型ウェハーに異方性エッチング処理を施
   す工程とを具備し、 前記異方性エッチング処理によって深溝加工される（１
   １０）シリコン層とは異なる異方性の層が現れたときに
   前記異方性エッチングが自動的に停止するようにしたこ
   とを特徴とするグレーティングの製造方法。