(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板の｛１００｝面と結晶学的に等価な面に｛１１０｝面と結晶学的に等価な滑らかな面を形成する方法であって、
前記シリコン基板は結晶構造がダイヤモンド構造であり、
前記シリコン基板における該シリコン基板のカッティングファセットに平行である＜１００＞方向と結晶学的に等価な方向に対して０度より大きくて９０度より小さく且つ４５度に等しくない傾斜角度をなすように向けられた側壁を有するエッチング窓を持つエッチングマスクを、前記｛１００｝面と結晶学的に等価な面に形成するステップと、
前記エッチング窓を用いて異方性エッチング処理をエッチング液に適合した温度のもとでエッチング液を用いて行い、前記｛１１０｝面と結晶学的に等価な、平均表面粗度が２００ｎｍより低い面を形成するステップとを備えたことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記異方性エッチング処理は、水酸化カリウム、水、及びイソプロパノールを含む６０度から９５度の温度のエッチング液で攪拌しながら行われるウェットエッチング処理であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記傾斜角度は、２２度以上４５度未満であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記傾斜角度は、４５度より大きく６８度以下であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
シリコン基板の｛１１０｝面と結晶学的に等価な面に｛１００｝面と結晶学的に等価な滑らかな面を形成する方法であって、
前記シリコン基板は結晶構造がダイヤモンド構造であり、
前記シリコン基板における該シリコン基板のカッティングファセットに平行である＜１１０＞方向と結晶学的に等価な方向に対して０度より大きくて９０度より小さく且つ４５度に等しくない傾斜角度をなすように向けられた側壁を有するエッチング窓を持つエッチングマスクを、前記｛１１０｝面と結晶学的に等価な面に形成するステップと、
前記エッチング窓を用いて異方性エッチング処理をエッチング液に適合した温度のもとでエッチング液を用いて行い、前記｛１００｝面と結晶学的に等価な、平均表面粗度が２００ｎｍより低い面を形成するステップとを備えたことを特徴とする方法。
【請求項６】
前記傾斜角度は２２度以上４５度未満である、又は前記傾斜角度は４５度より大きく６８度以下であることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
シリコン発光装置の滑らかな４５度の反射傾斜面を形成する方法であって、
第１の特定の結晶面を有するシリコン基板を用意するステップと、
前記第１の特定の結晶面に対応する結晶方位に対して２２度以上６８度以下且つ４５度に等しくない傾斜角度をなすように向けられた側壁を有するエッチング窓を持つエッチングマスクを、前記第１の特定の結晶面に形成するステップと、
前記エッチング窓を用いて前記シリコン基板に異方性エッチング処理をエッチング液に適合した温度のもとでエッチング液を用いて行い、平均表面粗度が２００ｎｍより低い第２の特定の結晶面である前記反射面を形成するステップとを備え、
前記第１及び第２の特定の結晶面は４５±１度の鋭角をなすことを特徴とする方法。
【請求項８】
前記第１及び第２の特定の結晶面は、ダイアモンド構造の｛１００｝面及び｛１１０｝面と結晶学的に等価な面であることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は特定方位の面を形成する方法に関するものであり、特に、シリコン基板の｛１１０｝面又は｛１００｝面と結晶学的に等価な面を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１（ａ）及び図１（ｂ）を参照すると、光ピックアップに用いられる単一のレーザモジュールのパッケージ構造が概略的に示されている。このレーザモジュールは、レーザダイオード１０２と２つの受光器１０３とが基板１００上に配置された構成となっている。レーザダイオード１０２から発されたレーザ光１０４は、レーザモジュールの上方に配置されたレンズ（図示せず）を介して読み取ろうとするディスクに送られる。その後、ディスクで反射された光は、受光器１０３によって受光され、続く手順でさらに処理される。レンズはレーザ光の進路に位置していないため、従来、レーザ光を上方に導くためのマイクロプリズムがレーザ光の進路に取り付けられる。あるいは、より有利な方法として、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示されるように、基板１００の４５度面１０１を利用して、マイクロプリズムを要さずに同様の目的を達成している。図示されるように、レーザダイオード１０２から発されたレーザ光１０４は、面１０１に入射し、面１０１で反射されてレンズを通過する。この方法によると、マイクロプリズムが不要となり、レーザモジュールの製造コストを削減できるとともに、製造工程を間単にすることができる。
【０００３】
レーザ光をレンズの方に適切に反射するには、面１０１は正確に４５度の反射面でなければならない。基板１００に４５度面１０１を形成するための工程を示した図２（ａ）から図２（ｃ）を参照いただきたい。図２（ａ）は、上面が｛１００｝面と結晶学的に等価な面である円柱状の結晶棒２００の概略側面図である。円柱状の結晶棒２００は、｛１００｝面と結晶学的に等価な面である上面に対して平行な破線面に沿って切断され、｛１００｝面と結晶学的に等価な面及び＜１００＞方向と結晶学的に等価な方位を各々有する複数のシリコンウェーハ２０１が得られる。その後、図２（ｂ）に示されるように、少なくとも一つのエッチング窓２９９を有するエッチングマスク２９０（一部を図示）がシリコンウェーハ２０１の｛１００｝面と結晶学的に等価な面に形成される。エッチング窓２９９の側壁２９８は、シリコンウェーハ２０１のカッティングファセットに対して４５度の傾斜角度をなす向きになっており、このカッティングファセットは、一般に当技術分野において「主フラット」と呼ばれるものであり、図２（ｂ）に示すように、＜１００＞によって示される方向と結晶学的に等価な方向に向いている。次に、エッチングマスク２９０を設けた状態でＫＯＨ−イソプロパノールエッチング液を用いて異方性エッチング処理を行うことにより、図２（ｃ）の断面図に示されるように、４５度面１０１すなわち｛１１０｝面と結晶学的に等価な面がシリコンウェーハ２０１のエッチング窓部分に形成される。
【０００４】
しかしながら、実際には、結果として生じる面１０１の平均表面粗度は所望されるほど低くはなく、通常２００ｎｍ程度となることが分かっている。面１０１が滑らかでないのは、｛１１０｝面と結晶学的に等価な面と共に｛１１１｝面と結晶学的に等価な微小な面が多く存在するためであり、これについては、Ｓｅｎｓｏｒｓ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ａ  第４８巻  ２２９−２３８頁（１９９５）  Ｉｒｅｎａ  Ｂａｒｙｃｋａ及びＩｒｅｎａ  Ｚｕｂｅｌの“Ｓｉｌｉｃｏｎ  ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  ｅｔｃｈｉｎｇ  ｉｎ  ＫＯＨ−ｉｓｏｐｒｏｐａｎｏｌ  ｅｔｃｈａｎｔ”で論じられている。理由は、｛１１１｝面と結晶学的に等価な面は｛１１０｝面と結晶学的に等価な面よりも安定しており、よって、エッチング処理中に誘発されやすいためである。
【０００５】
光通信に用いられる光源の波長は通常、可視線から赤外線の範囲にあり、光記憶装置に用いられるレーザ波長も同様にかなり限定されているため、反射面の表面粗度は優れた結像特性を確保する上で重要である。例えば、平均表面粗度は入射光の波長の１０分の１未満である必要があり、さもないと、入射光の著しい分散損失が生じる恐れがある。一方、記憶密度が高まるにつれて、光記憶装置の光源の動作波長が制限される。従って、２００ｎｍの平均表面粗度はそのような用途に適しておらず、よって、表面品質を向上させる必要がある。上述したように、｛１１１｝面と結晶学的に等価な面は｛１１０｝面と結晶学的に等価な面よりも安定している。つまり、エッチング窓２９９の側壁２９８とシリコンウェーハ２０１の＜１００＞方向と結晶学的に等価な方向との傾斜角度を５４．７４度にして、図２（ｂ）に示されるシリコンウェーハ２０１の異方性エッチング処理を行うと、図２（ｄ）に示されるように、十分な滑らかさを有する５４．７４度の｛１１１｝面と結晶学的に等価な面１９９が形成される。従って、別の従来技術は、安定していて滑らかな｛１１１｝面と結晶学的に等価な面を利用して、望ましい４５度の｛１１１｝面と結晶学的に等価な面を得ているが、以下、これについて説明を述べる。
【０００６】
図３（ａ）から図３（ｃ）を参照いただきたい。｛１００｝面と結晶学的に等価な上面を有する円柱状の結晶棒３００は、上面に対して９．７４度傾いた破線面に沿って切断され、シリコンウェーハ３０１が形成される。その後、図３（ｂ）に示されるように、少なくとも一つのエッチング窓３９９を有するエッチングマスク３９０（一部を図示）がシリコンウェーハ３０１の表面に形成される。エッチング窓３９９の側壁３９８は、シリコンウェーハ３０１の＜１００＞方向と結晶学的に等価な方向に対して略０度の向きになっている。次に、図３（ｃ）に示されるように、ＫＯＨ−イソプロパノールエッチング液を用いて異方性エッチング処理を行うことにより、４５度の｛１１０｝面と結晶学的に等価な面４０１がシリコンウェーハ３０１に形成される。このようにして形成された４５度面４０１の平均表面平滑度は十分に改善されている。しかしながら、この工程の適用には制限がある。このシリコンウェーハは結晶棒を傾斜した角度で特別に切断することにより得られるため、シリコンウェーハを特別に注文する必要がある。さらに、図３（ｃ）に示されるように、４５度面４０１に加えて、シリコンウェーハ３０１自体の特定の結晶学的に等価な方位により、面４０１の反対側に６４．４度の面３８０が形成される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、光源の反射面として用いられる、優れた表面平滑度を有するシリコン基板の４５度面を形成するための方法を提供する。
【０００８】
また、本発明は、各エッチング窓に、対向する４５度面を同時に形成するための方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の側面によると、シリコン基板の｛１１０｝面と結晶学的に等価な面を形成する方法が提供される。まず、｛１００｝面と結晶学的に等価な面を有するシリコン基板を用意する。次に、エッチング窓を有するエッチングマスクを、｛１００｝面と結晶学的に等価な面に形成する。エッチング窓は、シリコン基板の＜１００＞方向と結晶学的に等価な方向に対してある傾斜角度をなす向きの側壁を有する。傾斜角度は、０度より大きくて９０度より小さく、且つ４５度に等しくない角度である。その後、エッチング窓を用いて異方性エッチング処理を行い、シリコン基板に｛１１０｝面と結晶学的に等価な面を形成する。
【００１０】
シリコン基板は、ダイアモンド構造の結晶構造を有することが好ましい。
【００１１】
一実施形態においては、異方性エッチング処理は、エッチング液で行われるウェットエッチング処理である。
【００１２】
一実施形態においては、エッチング液は水酸化カリウム、水及びイソプロパノールの混合液である。
【００１３】
一実施形態においては、異方性エッチング処理は、エッチング液の温度を６０度から９５度にして、攪拌しながら行われる。
【００１４】
傾斜角度は、２２度以上４５度未満であることが好ましい。
【００１５】
傾斜角度は、４５度より大きく６８度以下であることが好ましい。
【００１６】
本発明の第２の側面によると、シリコン基板の｛１００｝面と結晶学的に等価な面を形成する方法が提供される。まず、｛１１０｝面と結晶学的に等価な面を有するシリコン基板を用意する。次に、エッチング窓を有するエッチングマスクを、｛１１０｝面と結晶学的に等価な面に形成する。エッチング窓は、シリコン基板の＜１１０＞方向と結晶学的に等価な方向に対してある傾斜角度をなす向きの側壁を有する。傾斜角度は、０度より大きくて９０度より小さく、且つ４５度に等しくない角度である。その後、エッチング窓を用いて異方性エッチング処理を行い、シリコン基板に｛１００｝面と結晶学的に等価な面を形成する。
【００１７】
本発明の第３の側面によると、シリコン発光装置の反射面を形成する方法が提供される。まず、第１の特定の結晶面を有するシリコン基板を用意する。次に、エッチング窓を有するエッチングマスクを、第１の特定の結晶面に形成する。エッチング窓は、第１の特定の結晶面に対応する結晶方位に対してある傾斜角度をなす向きの側壁を有する。傾斜角度は、２２度以上６８度以下、、且つ４５度に等しくない角度である。その後、エッチング窓を用いてシリコン基板に異方性エッチング処理を行い、第２の特定の結晶面として知られる反射面を形成する。第１及び第２の特定の結晶面は略４５度の鋭角をなす。
【００１８】
一実施形態においては、第１及び第２の特定の結晶面は、ダイアモンド構造の｛１００｝面及び｛１１０｝面と結晶学的に等価な面である。
【００１９】
本発明の上述の内容は、以下の詳細な説明及び添付図面を検討頂ければ、当業者にはより容易に理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
シリコン基板に一又は複数の安定した滑らかな４５度面をエッチングにより形成するため、本発明によると、シリコン基板上に形成されるエッチング窓のシリコン基板の結晶方位に対する傾斜角度が選択される。以下、例を挙げて説明する。
【００２１】
図４（ａ）を参照すると、ダイアモンド構造の結晶構造を有するシリコンから成るシリコン基板５００が示されている。シリコン基板５００は、｛１００｝面と結晶学的に等価な上面及び＜１００＞方向と結晶学的に等価な方位を有し、結晶棒（図示せず）を該結晶棒の｛１００｝面と結晶学的に等価な上面に対して平行な面に沿って切断することにより得られる。シリコン基板５００の｛１００｝面と結晶学的に等価な面に、一つのエッチング窓５４０を有するエッチングマスク５３０が形成される。エッチング窓５４０は、パターンを形成し、エッチングマスク５３０をドライエッチング処理によりエッチングすることによって得られる。エッチング窓５４０の側壁５４１は、シリコン基板５００の＜１００＞方向と結晶学的に等価な方向に対して傾斜角度αの向きになっている。図２（ａ）を参照して上述したように、この実施形態の図４（ａ）に示される＜１００＞と結晶学的に等価な方向は基板のカッティングファセットに平行な方向を示す。
【００２２】
上述したように、｛１１０｝面と結晶学的に等価な面と共に｛１１１｝面と結晶学的に等価な微小な面が多数存在すると、反射面の表面平滑度の低下をまねくため、４５度の傾斜角度は正確な４５度面を形成するのに適さない。一方、本発明の発明者が研究したところによると、傾斜角度αを０度より大きくて４５度より小さい、又は４５度より大きくて９０度より小さい角度にすると、滑らかな４５度面が得られる。
【００２３】
図４（ａ）に示される実施形態においては、傾斜角度αは０度より大きく４５度より小さくなるように選択され、例えば２２度とする。２２度の傾斜角度を有するエッチング窓５４０をエッチングマスク５３０に形成した後、６０度から９５度の温度のエッチング液で異方性エッチング処理を行う。その結果、図４（ａ）のそれぞれＤ−Ｄ’断面図及びＥ−Ｅ’断面図である図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示されるように、四方の４５度面５５０がシリコン基板５００のエッチング窓部分に形成される。異方性エッチング処理に用いられるエッチング液は、水酸化カリウム、水及びイソプロパノールの混合液等である。当該混合液における各成分の比率は、所望のエッチング速度によって決まる。異方性エッチング処理中においては、４５度反射面に容易に付着して表面平滑度に悪影響を与える気泡を除去するため、エッチング液を継続的に攪拌する必要がある。
【００２４】
図５（ａ）を参照して、シリコン基板の｛１１０｝面と結晶学的に等価な面を形成する別の実施形態を説明する。本実施形態において、シリコン基板５００を形成するステップ及び異方性エッチング処理を行うステップが含まれるが、これらのステップは図４（ａ）に示したものと同様であり、ここでは重ねて説明を行わない。本実施形態においては、エッチングマスク５３０のエッチング窓５４２は、図２（ｂ）に示すようにシリコンウェーハのカッティングファセットに平行な＜１００＞方向と結晶学的に等価な方向と側壁５４３との傾斜角度αが４５度より大きく９０度より小さい角度、例えば６８度、になるように形成される。異方性エッチング処理が行われると、図５（ａ）のそれぞれＦ−Ｆ’断面図及びＧ−Ｇ’断面図である図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示されるように、四方の４５度面５５２がシリコン基板５００のエッチング窓部分に形成される。
【００２５】
図６（ａ）を参照すると、複数のエッチング窓５４８及び５４９がシリコン基板５００上のエッチングマスク５３０に形成されている。異方性エッチング処理が行われると、図６（ａ）のＨ−Ｈ’断面図である図６（ｂ）に示されるように、２組の四方４５度面５５４及び５５５がシリコン基板５００のエッチング窓部分に形成される。このような方法によると、レーザモジュールの反射面加工における複雑さが大いに緩和されるとともにコストが大幅に削減される。
【００２６】
上記の各実施形態において、本発明に用いられるエッチングマスク５３０は二酸化珪素（ＳｉＯ２）又は窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）から成り、これらは、異方性エッチング処理を行った後に、フッ化水素酸を用いて除去することができる。本発明によると、｛１００｝面と結晶学的に等価な面と｛１１０｝面と結晶学的に等価な面とがなす鋭角が、軽微なずれはあるが、略４５度になるように、傾斜角度αが調整される。本発明の発明者の研究によると、傾斜角度αが４５度から外れるほど、結果として生じる４５度面の平均表面平滑度は高くなる。一方、傾斜角度αが４５度に近くなるほど、正確な４５度面からの角度のずれが小さくなる。この選択は製造者に委ねられ、実際の必要条件によって決められる。例えば、許容し得るずれを±１度として、４５度の｛１１０｝面と結晶学的に等価な面を得ることが求められるとき、傾斜角度αは２２−４５度又は４５−６８度の範囲に調整される必要がある。
【００２７】
ここまではシリコン基板の｛１１０｝面と結晶学的に等価な面を形成するための方法に言及することによって本発明を説明してきたが、本発明はその他の結晶学的に等価な面を形成するための別の方法にも適用することができる。例えば、本発明によると、｛１１０｝面と結晶学的に等価な上面及び＜１１０＞方向と結晶学的に等価な方位を有するシリコン基板を用いて、４５度の｛１００｝面と結晶学的に等価な面を形成することができる。図７（ａ）及び図７（ｂ）に示されるように、０度より大きくて９０度より小さい、且つ４５度に等しくない傾斜角度範囲αがここでも同様に目的達成のために適用される。さらに、本発明は、マイクロメカトロニクスシステム（ＭＥＭＳ）及び光通信においても同様に利用することができる。
【００２８】
以上、現在において最も実用的で好ましいと考えられる実施形態について本発明を説明してきたが、本発明は、開示された実施形態に限定されるものではなく、付記される請求項の最広義な解釈による趣旨及び範囲内における種々の変更及び同様の配置をも含むものであり、そのような変更及び同様の構造全てを包含する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】（ａ）は光ピックアップヘッドに用いられるレーザモジュールのパッケージ構造の概略斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図。
【図２】（ａ）から（ｃ）は、先行技術によるシリコンウェーハにおける４５度の｛１１０｝面と結晶学的に等価な面を形成する工程を示した概略図、（ｄ）は、先行技術によるシリコンウェーハにおける、４５度の｛１１１｝面と結晶学的に等価な面の形成に応用される十分に滑らかな５４．７４度の｛１１１｝面と結晶学的に等価な面を示した概略図。
【図３】（ａ）から（ｃ）は、先行技術によるシリコンウェーハにおける４５度の｛１１１｝面と結晶学的に等価な面を形成する別の工程を示した概略図。
【図４】（ａ）は本発明の一実施形態による、エッチング処理を行うためにエッチング窓が形成されたシリコンウェーハの一部分を概略的に示す上方から見た斜視図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ’断面図であり、エッチング処理後に生じた４５度の｛１１０｝面と結晶学的に等価な面を概略的に示す図、（ｃ）は（ａ）のＥ−Ｅ’断面図であり、エッチング処理後に生じた４５度の｛１１０｝面と結晶学的に等価な面を概略的に示す図。
【図５】（ａ）は本発明の別の実施形態による、エッチング処理を行うためにエッチング窓が形成されたシリコンウェーハの一部分を概略的に示す上方から見た斜視図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ’断面図であり、エッチング処理後に生じた４５度の｛１１０｝面と結晶学的に等価な面を概略的に示す図、（ｃ）は（ａ）のＧ−Ｇ’断面図であり、エッチング処理後に生じた４５度の｛１１０｝面と結晶学的に等価な面を概略的に示す図。
【図６】（ａ）は本発明のさらに別の実施形態による、エッチング処理を行うために２つのエッチング窓が形成されたシリコンウェーハの一部分を概略的に示す上方から見た斜視図、（ｂ）は（ａ）のＨ−Ｈ’断面図であり、エッチング処理後に生じた４５度の｛１１０｝面と結晶学的に等価な面を概略的に示す図。
【図７】（ａ）は本発明の一実施形態による、４５度の｛１００｝面と結晶学的に等価な面を得るためにエッチング窓が形成されたシリコンウェーハの一部分を概略的に示す上方から見た斜視図、（ｂ）は本発明の別の実施形態による、４５度の｛１００｝面と結晶学的に等価な面を得るためにエッチング窓が形成されたシリコンウェーハを概略的に示す上方から見た斜視図。
【符号の説明】
【００３０】
５００  シリコン基板
５３０  エッチングマスク
５４０  エッチング窓
５４１  側壁
５５０  ４５度面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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