JP2002514689A - 電気化学的なエッチング方法によって製造された穿孔されたシリコンダイヤグラム - Google Patents

電気化学的なエッチング方法によって製造された穿孔されたシリコンダイヤグラム

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JP2002514689A JP2000548533A JP2000548533A JP2002514689A JP 2002514689 A JP2002514689 A JP 2002514689A JP 2000548533 A JP2000548533 A JP 2000548533A JP 2000548533 A JP2000548533 A JP 2000548533A JP 2002514689 A JP2002514689 A JP 2002514689A
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ヴェント ヘルマン
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Abstract

(57)【要約】 シリコンから成る基板が第１領域と第２領域とを有している。この第１領域には貫通する孔が設けられている。第２領域には基板を貫通しない孔が設けられている。中間製品の製造は孔を電気化学的にエッチングし、マスク層で基板の表面全体をカバーし、、第２領域における孔の底部を有利にはＫＯＨでエッチングすることに行われている。このマスク層は基板の裏側ではフォトリソグラフィック的に構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 種々異なる技術的な使用用途のために特にミクロンまたはサブミクロン領域の
孔直径を有する高価な光学的または機械的なフィルタとして、穿孔された中間製
品は必要とされている。このような使用用途はとりわけ等多孔性の膜（Ｉｓｏｐ
ｏｒｏｅｓｅ Ｍｅｍｂｒａｎ）、巻き戻し可能なフィルタ、ラミニザトア（Ｌ
ａｍｉｎｉｓａｔｏｒ）、触媒担体、試薬担体、バッテリおよび燃料電池用の電
極、ノズルプレート、格子管（Ｒｏｅｈｒｇｉｔｔｅｒ）または例えば光または
マイクロ波のような電磁波のためのフィルタである。
【０００２】 ドイツ連邦共和国特許第４２０２４５４号明細書に基づき、このような分野に
おける孔直径を製造可能である、穿孔された中間製品を製造するための方法が公
知である。この方法ではｎ型ドーピングされた単一結晶のシリコンから成る基板
の第１主要面に、電気化学的なエッチングによって孔が前記第１主要面に対して
垂直に形成され、したがって構成された層が生じる。電気化学的なエッチングは
フッ素を含有する電解質で行われる。この電解質に基板が陽極として接続されて
いる。完成された中間製品の厚さにほぼ相応する深さに孔の深さが達した場合に
、プロセスパラメータは孔の横断面が増大しかつ中間製品を形成する小さなプレ
ートとして構成された層が取り外される程度に変化する。
【０００３】 隣合って位置する孔が一緒に形成せれることは製造するために必要であるので
、製造されて穿孔された中間製品の形は基板の形に相応する。この穿孔された中
間製品では孔が縁部にまで連続して貫通している。これにより穿孔された中間製
品の機械的な強度は制限される。
【０００４】 本発明の課題は、高められた機械的な強度を有する穿孔された中間製品と、こ
のような中間製品を製造する方法とを提供することである。
【０００５】 この課題は本発明では請求項１記載の穿孔された中間製品と、請求項４記載の
穿孔された中間製品を製造する方法によって解決された。本発明の別の構成は従
属請求項に記載されている。
【０００６】 中間製品はシリコンから成る基板を有しており、この基板に第１領域と第２領
域とが設けられている。第１領域では孔が第１主要面から第２主要面まで基板を
貫通している。この第１領域において中間製品は貫通している。第２領域には孔
が設けられており、これらの孔は第１主要面から出発して基板に向かって延びて
いるが、この基板を貫通はしない。これにより第２領域では孔の下方に大量の基
板材料が存在しており、この基板材料は穿孔された中間製品の安定性を高める。
これにより、穿孔された中間製品は破損に対してわずかな危険性で組付け可能で
ある。
【０００７】 有利には孔の深さの方向で見て、第２領域における基板の厚さが第１領域にお
ける厚さよりも厚く形成されている。
【０００８】 多数の第１領域を設けることによって、特に触媒担体または試薬担体として使
用するために種々異なるフィルタ領域を規定することができる。
【０００９】 穿孔された中間製品を組付けるために、第２領域を環状に構成しかつ第１領域
をこの第２領域内に配置すると有利である。この場合には第２の領域の大部分の
縁部が穿孔された中間製品のためのフレームとして作用する。
【００１０】 有利には穿孔された中間製品は電気化学的なエッチング法によって製造される
。このためにシリコンからなる基板の第１主要面に電気化学的なエッチングによ
って孔が形成される。これらの孔の深さは基板の厚さよりは小さく構成されてい
る。第１主要面と、孔の表面と、第１主要面とは反対側に位置する第２主要面と
にマスク層が設けられている。第２主要面の領域におけるマスク層は、第２主要
面が第１領域で開放されているように構成されている。次いで構成されたマスク
層をエッチングマスクとして使用して基板は開放された第２主要面の領域で少な
くとも孔の底部にまでエッチングされる。それからマスク層は取り外され、その
結果第１領域に配置された孔は基板を第１主要面から第２主要面まで貫通する。
【００１１】 マスク層は有利にはＳｉ3Ｎ4またはＳｉＯ2から形成される。
【００１２】 貫通する孔を第１領域に形成するために基板のエッチングは有利にはＫＯＨを
用いて行われる。これにより第２主要面では第２の領域のために、＜１１１＞方
向を備えた面をもった縁部領域が得られる。
【００１３】 電気化学的なエッチングは有利にはフッ素を含有した、酸性の電解質で行われ
、この場合基板は陽極として電解槽に接続されている。この基板が陽極として接
続されているので、小数キャリアが電解質と接触状態にある第１主要面に向かっ
てシリコン内を移動する。そこには空乏層が形成される。表面における凹部の領
域における電界の強さがそれ以外の場所よりも常に大きいので、小数キャリアは
静的に分配されて各表面に設けられた凹部に優先的に移動していく。これにより
第１主要面が構成される。始めは小さい凹凸がエッチングによって深くなるにつ
れて、電界が強まることに基づき小数キャリアはますます活発に動き出しかつエ
ッチング作用がこの場所でより強くなる。この穴は基板において結晶学的な＜１
００＞方向に向かって広がっていく。
【００１４】 有利には２〜１０質量％のＨＦの濃度の電解質が使用される。電気化学的なエ
ッチングでは１．５〜３Ｖの電圧が加えられている。これにより２０μｍの孔が
得られる。５Ω・ｃｍのドーピングされた基板では孔の直径は有利には２μｍで
ある。
【００１５】 基板で電流密度を調節するために電気化学的なエッチングの際に基板の第２主
要面を照明すると有利である。
【００１６】 次に本発明の実施形態を図面に示した実施例に基づき詳説する。
【００１７】 ５Ω・ｃｍの抵抗比を有する、ｎ型ドーピングされた単結晶シリコンから成る
基板１は第１の主要面２に表面位相が設けられている。この表面位相は規則的な
間隔をおいて配置された凹部を有しており、これらの凹部はフォトリソグラフィ
法のプロセス段階においてアルカリ性のエッチングによって製造されている。択
一的にこの表面位相を、光誘導される電気化学的なエッチングによって形成する
こともできる。
【００１８】 基板１の第１主要面２はフッ素を含有する、酸性の電解質に接続させられる。
この電解質は２〜１０質量％、有利には５質量％のフッ化水素酸濃度を有してい
る。基板１の第１主要面２に水素気泡が発生するのを抑えるためにこの電解質に
酸化剤例えば過酸化水素を添加してよい。
【００１９】 基板１は陽極として接続される。基板１と電解質２との間には１．５〜５Ｖ、
有利には３Ｖの電圧が加えられている。この基板１は、第１主要面２とは反対側
に位置する第２の主要面３から光で照らされ、結果として１０ｍＡ／ｃｍ2の電
流密度が調節される。前記凹部から出発して電気化学的なエッチングで孔４は形
成される。これらの孔４は第１主要面２に対して垂直に延在している（図１参照
）。４．５時間エッチングした後これらの孔４は、第１主要面２から孔延在方向
に向かって測定して３００μｍの深さおよび２μｍの直径に達する。隣接し合う
孔４の間の間隔は４μｍである。
【００２０】 ＣＶＤ法によって窒化シリコンから成るマスク層５が１００ｎｍの厚さで形成
される。このマスク層５は第１主要面２も第２主要面３も孔４の表面もカバーす
る。フォトリソグラフィ的に製造されたマスク（図示せず）と、ＣＦ4、Ｏ2を用
いたプラズマエッチングによってマスク層５は第２主要面３の領域において構成
される（図２参照）。これにより第１領域６と第２領域７が定義付けられる。こ
の第１領域６では第２主要面３が開放されている。また第２領域では主要面３は
マスク層５によってカバーされている。この第１主要面２と孔４の表面は同様に
マスク層５によって完全にカバーされている。
【００２１】 次いで５０質量％の濃度のＫＯＨを用いたエッチングによって基板１は少なく
とも孔４の底部にまでエッチングされる。基板１のエッチングは、第２主要面３
から測定して６２５μｍの厚さの基板では３５０μｍの深さまで行われる。これ
により第１領域６では孔４の底部の領域におけるマスク層５の表面が開放される
（図３参照）。ＫＯＨを用いたエッチングではエッチングの浸食は結晶学的な優
先方向に沿って行われるので、第２領域７の縁部では縁部領域７１が形成される
。この縁部領域７１は＜１１１＞方向を備えた表面を有している。
【００２２】 ５０質量％のＨＦを用いてマスク層５を除去することによって、穿孔された中
間製品が生ぜしめられる。この中間製品は第１領域６では貫通した孔４を有して
いる（図４参照）。第１領域６には第２領域７が隣接しており、これらの第２領
域７では基板１の孔４は貫通していない。第２領域７は穿孔された中間製品に安
定性を与える。
【００２３】 この穿孔された中間製品の種々異なる分野において、第１領域６は種々異なる
形状を有している（図５の平面図参照）。第１領域６を、多数の孔を有する大き
な面例えば長方形状または正方形状で、または一列の孔を有する長手方向で、ま
たは単一の孔のみを有する正方形状で形成してよい。この場合、第１領域６は、
この第１領域６における孔４の底部を開放するために水酸化カリウム（ＫＯＨ）
によるエッチングに制限されて、第２領域７の１つの縁部領域７１によって取り
囲まれている。第２領域７の幾何学的な形状は要求された安定性に相応して選択
される。これらの第２領域７の幾何学的な形状は特にウェブ、格子、個々の窓、
間隙フレームまたは個々の特徴に相応している。
【００２４】 択一的にマスク層５を熱的な酸化によってＳｉＯ2から形成することができる
。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１主要面から出発した孔を有する基板の断面図である。
【図２】 第１主要面と第２主要面とを定義づけるためにマスク層を構成した基板の断面
図である。
【図３】 孔の底部まで基板をエッチングした状態の基板の断面図である。
【図４】 図５のＩＶ−ＩＶ線に沿って示した、マスク層を取り外した状態の基板の断面
図である。
【図５】 図４に示した中間製品の平面図である。
【符号の説明】
１ 基板、 ２ 第１主要面、 ３ 第２主要面、 ４ 孔、 ５ マスク層
、 ６ 第１領域、 ７ 第２領域、 ７１ 縁部領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヘルマン ヴェント ドイツ連邦共和国 グラスブルン アム ヴァイクセルガルテン 49 (72)発明者 ラインハルト シュテングル ドイツ連邦共和国 シュタットベルゲン ベルクシュトラーセ ３ (72)発明者 ゲリット ランゲ ドイツ連邦共和国 ミュンヘン マインド ゥルシュトラーセ １ (72)発明者 シュテファン オットウ ドイツ連邦共和国 ドレスデン プットブ ーザー ヴェーク 10

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 穿孔された中間製品であって、 第１領域（６）と第２領域（７）とを有する、シリコンから成る基板（１）が
    設けられており、 前記第１領域（６）に複数の孔（４）が設けられていて、該孔（４）が基板（
    １）を第１主要面（２）から第２主要面（３）に貫通しており、 前記第２領域（７）に複数の孔が設けられていて、該孔が第１主要面（２）か
    ら出発して基板（１）に向かって延びているが、基板（１）を貫通していないこ
    とを特徴とする、穿孔された中間製品。
  2. 【請求項２】 前記第２領域（７）が第２主要面（３）の領域おいて＜１１
    １＞配向を備えた面をもった縁部領域（７１）を有している、請求項１記載の中
    間製品。
  3. 【請求項３】 前記孔（４）の深さが前記第１領域（６）と前記第２領域（
    ７）とにおいてほぼ同じであり、 前記孔（４）の方向で見て前記第１領域（６）よりも前記第２領域（７）のほ
    うが基板（１）が厚くなっている、請求項１または２記載の中間製品。
  4. 【請求項４】 穿孔された中間製品を製造する方法において、 電気化学的なエッチングにより、シリコンから成る基板（１）の第１主要面（
    ２）に孔（４）を形成し、この場合該孔（４）の深さが基板（１）の厚さよりも
    小さくなるようにし、 前記第１主要面（２）と、前記孔（４）の表面と、前記第１主要面（２）とは
    反対側に位置する第２主要面（３）とにマスク層（５）を設け、 前記第２主要面（３）が第１の領域（６）において開放されるように前記マス
    ク層（５）を前記第２主要面（３）の領域において構成し、 この構成されたマスク層をエッチングマスクとして使用して、基板（１）を少
    なくとも孔（４）の底部にまでエッチングし、 前記マスク層（５）を取り外し、その結果第１の領域（６）に配置された孔（
    ４）が基板（１）を第１主要面（２）から第２主要面（３）まで貫通することを
    特徴とする、穿孔された中間製品を製造する方法。
  5. 【請求項５】 前記マスク層（５）をＳｉ3Ｎ4から形成する、請求項４記載
    の方法。
  6. 【請求項６】 基板（１）のエッチングがＫＯＨを用いて行われる、請求項
    ４または５記載の方法。
  7. 【請求項７】 電気化学的なエッチングがフッ素を含有する、酸性の電解質
    で行われ、基板を陽極として電解槽に接続する、請求項４から６までのいずれか
    １項記載の方法。
  8. 【請求項８】 フッ素を含有する、酸性の電解質を２〜１０質量％のフッ化
    水素濃度で使用し、 電気化学的なエッチングの際に１．５〜３ボルトの電圧を加える、請求項７記
    載の方法。
  9. 【請求項９】 基板（１）の第２主要面（３）を、電気化学的なエッチング
    の際に基板（１）において電流密度を調節するために照らす、請求項４から８ま
    でのいずれか１項記載の方法。
JP2000548533A 1998-05-08 1999-05-03 電気化学的なエッチング方法によって製造された穿孔されたシリコンダイヤグラム Withdrawn JP2002514689A (ja)

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