JP2003077887A - 半導体基板の加工方法及び装置、並びに半導体基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気化学反応による孔形成時のサイドブラン
チの発生を防ぐ。 【解決手段】 電気化学反応の領域１１よりも広い範囲
に拡散層３０を形成し、該拡散層３０の領域に、その深
さより深い傷１２を付け、前記拡散層３０を突き抜けた
傷の部分にだけに電流を流して、半導体基板１０を加工
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板の加工
方法及び装置、並びに半導体基板に係り、特に、３次元
積層素子の層間配線や光素子での３次元導波路等に使用
する貫通孔や、基板を貫通しない細くて深い深細孔を半
導体基板に形成する際に用いるのに好適な、半導体基板
の加工方法及び装置、並びに半導体基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】携帯電話に代表されるように、携帯電子
機器の高機能化や小型化は、製品の寿命や売上高を決め
る重要な要因である。２１世紀にやってくるであろうマ
ルチメディア時代には、この傾向はますます強くなると
考えられる。これを解決するためには、電子素子の高集
積化とパッケージを含めた素子の小型化を達成する必要
がある。

【０００３】そのため、現在は、パターンの微細化によ
って平面での素子密度を上げる努力が行われているが、
それも限界にきている。従って、素子を更に高密度化す
るには、今後、３次元方向に積層した素子構造が採用さ
れるものと推定される。このとき必要となる要素技術
は、層間配線のための貫通孔形成技術と、半導体（通常
はシリコンＳｉ）基板積層のための接合技術である。

【０００４】上記のような層間配線のための貫通孔形成
技術として、Ｄｅｅｐ ＲＩＥ（Reactive Ion Etchi
ng）法やレーザ法が以前から存在する。

【０００５】前者のＤｅｅｐ ＲＩＥ法は、複数の特殊
ガスを交互に流し、エッチング反応と二酸化珪素ＳｉＯ
₂の堆積反応とを交互に行う異方性エッチングである。
即ち、孔の壁面にＣＶＤ（Chemical Vapor Depositio
n）法で薄いＳｉＯ₂膜を堆積させて、壁面方向（横方
向）のエッチングを防ぎ、深さ方向だけにエッチングす
ることでアスペクト比（口径に対する深さの比）の大き
い孔を形成している。

【０００６】又、後者のレーザ法では、シリコンを熱で
溶かして孔形成を行う。即ち、シリコン基板の適所に適
当な断面形状のレーザ光を照射し、このレーザ光の照射
位置で、レーザ光によるアブレーションを生じさせてシ
リコンを除去しつつ孔を形成する。

【０００７】更に、層間配線のための別の貫通孔形成方
法として、特開平１０−２５６２２７号に開示の技術も
ある。この貫通孔形成方法では、光電界研磨法を利用し
て、アスペクト比の大きい貫通孔を形成している。具体
的には、予めシリコン基板の表裏面の対応する位置に水
酸化カリウムＫＯＨにより断面Ｖ字の溝を双方向から形
成し、このシリコン基板をフッ化水素ＨＦを含む電解液
の電解槽に入れる。そして、シリコン基板の表面及び裏
面と電解槽中のカソード電極との間に直流電圧を印加し
つつ、シリコン基板の表面及び裏面から励起光を当て
て、表裏面の双方向から垂直方向に貫通孔を形成する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｄｅｅ
ｐ ＲＩＥ法では、化学反応によるエッチング作用を利
用しているので、反応箇所から反応生成物を取り除き、
新しい反応ガスを供給しないと、深さ方向への孔形成が
進まない。このため口径が小さく、しかも深さ方向の距
離が長くなると、新旧ガス（反応種）の交換が不十分と
なり、孔形成が進行しなくなる。更に、特殊ガスを使用
しているので、環境汚染対策や防爆・火災対策に高額な
投資が必要である。

【０００９】又、レーザ法では、シリコンを熱で溶かし
ているため、溶けて飛び散ったシリコン破片が孔の周り
に散乱する。従って、このシリコン破片の除去に余分な
工程が必要になる。又、熱で溶かしているため、出来上
がった孔壁面の凹凸が激しくなったり、孔周辺に破砕層
が形成される。又、レーザ法で一度に複数の孔形成を行
うと、中心より外に行く程、出来た孔はシリコン表面に
対し斜めに形成される。このような多くの欠点があるの
で、高い加工精度を要求される層間配線や光導波路用貫
通孔には使用することができない。

【００１０】又、特開平１０−２５６２２７号の貫通孔
形成方法では、熱的あるいは機械的衝撃から素子を守る
ことができるが、滑らかな壁面の貫通孔を形成すること
が容易でない。即ち、貫通孔の壁面から横方向にエッチ
ングが進行して、後述するサイドブランチが形成されて
しまうという問題がある。

【００１１】本発明は、前記従来の問題点を解消するべ
くなされたもので、電気化学反応による加工時のサイド
ブランチの発生を防止することを課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板に
光を照射して、半導体基板内に電荷を発生させ、該電荷
を用いた電気化学反応により、半導体基板を加工する半
導体基板の加工方法において、前記電気化学反応の領域
よりも広い範囲に拡散層を形成し、該拡散層の領域に、
その深さより深い傷を付け、前記拡散層を突き抜けた傷
の部分だけに電流を流して、半導体基板を加工すること
により、前記課題を解決したものである。

【００１３】又、前記拡散層の領域に、電気的に逆バイ
パスをかけ、空乏層を設けることで電流制御して、部分
的に化学反応させるようにしたものである。

【００１４】本発明は、又、半導体基板に光を照射し
て、半導体基板内に電荷を発生させ、該電荷を用いた電
気化学反応により、半導体基板を加工する半導体基板の
加工装置において、前記電気化学反応の領域よりも広い
範囲に拡散層を形成する手段と、該拡散層の領域に、そ
の深さより深い傷を付ける手段と、前記拡散層を突き抜
けた傷の部分だけに電流を流す手段とを備えることによ
り、前記課題を解決したものである。

【００１５】本発明は、又、半導体基板に光を照射し
て、半導体基板内に電荷を発生させ、該電荷を用いた電
気化学反応により、半導体基板を加工する半導体基板の
加工方法において、前記電気化学反応の領域よりも広い
範囲に高抵抗層を形成し、該高抵抗層の領域に、その深
さより深い傷を付け、前記高抵抗層を突き抜けた傷の部
分だけに電流を流して、半導体基板を加工するようにし
て、前記課題を解決したものである。

【００１６】又、半導体基板に光を照射して、半導体基
板内に電荷を発生させ、該電荷を用いた電気化学反応に
より、半導体基板を加工する半導体基板の加工装置にお
いて、前記電気化学反応の領域よりも広い範囲に高抵抗
層を形成する手段と、該高抵抗層の領域に、その深さよ
り深い傷を付ける手段と、前記高抵抗層を突き抜けた傷
の部分だけに電流を流す手段とを備えることにより、同
じく前記課題を解決したものである。

【００１７】本発明は、又、半導体基板に光を照射し
て、半導体基板内に電荷を発生させ、該電荷を用いた電
気化学反応により、半導体基板を加工する半導体基板の
加工方法において、半導体基板の加工面と反対側の面
に、加工用傷に対応する開口部を有する遮光膜を形成し
て、光の照射強度を制御するようにして、前記課題を解
決したものである。

【００１８】又、半導体基板に光を照射して、半導体基
板内に電荷を発生させ、該電荷を用いた電気化学反応に
より、半導体基板を加工する半導体基板の加工装置にお
いて、半導体基板の加工面と反対側の面に、加工用傷に
対応する開口部を有する遮光膜を形成する手段を設け、
光の照射強度を制御するようにして、同じく前記課題を
解決したものである。

【００１９】本発明は、又、半導体基板に光を照射し
て、半導体基板内に電荷を発生させ、該電荷を用いた電
気化学反応により、半導体基板を加工する半導体基板の
加工方法において、前記光の照射強度を弱くして、浮遊
電荷の発生を防ぐことにより、前記課題を解決したもの
である。

【００２０】又、半導体基板に光を照射して、半導体基
板内に電荷を発生させ、該電荷を用いた電気化学反応に
より、半導体基板を加工する半導体基板の加工装置にお
いて、前記光の照射強度を弱くして、浮遊電荷の発生を
防ぐ手段を設けることにより、同じく前記課題を解決し
たものである。

【００２１】本発明は、又、半導体基板に光を照射し
て、半導体基板内に電荷を発生させ、該電荷を用いた電
気化学反応により、半導体基板を加工する半導体基板の
加工方法において、照射光の波長を７５０ｎｍ以下の短
波長側として、照射光により発生する電荷のサイドブラ
ンチ位置までの移動距離が長くなるようにして、前記課
題を解決したものである。

【００２２】又、半導体基板に光を照射して、半導体基
板内に電荷を発生させ、該電荷を用いた電気化学反応に
より、半導体基板を加工する半導体基板の加工装置にお
いて、波長７５０ｎｍ以下の短波長側の照射光を照射す
る手段を備え、照射光により発生する電荷のサイドブラ
ンチ位置までの移動距離が長くなるようにして、同じく
前記課題を解決したものである。

【００２３】本発明は、又、前記のいずれかに記載の方
法により加工されたことを特徴とする半導体基板を提供
するものである。

【００２４】以下、ｎ型シリコン基板に孔や溝を形成す
る場合を例にとって、本発明の作用を説明する。

【００２５】電気化学反応を利用する加工では、孔や溝
の位置、口径を決定するため、図１に示す如く、例えば
ｎ型のシリコン（Ｓｉ）基板１０の加工面１０ａに逆ピ
ラミッド状の３次元的な傷１２を設けて、電界を部分的
に収束させ、基板１０の裏面１０ｂから照射される光に
よって発生される電荷（ｎ型Ｓｉ基板では正孔２４）を
前記傷１２に集中させ、シリコン基板１０の加工面側に
充満させたフッ酸等の電解液２０と反応させる。シリコ
ン基板１０に設けた傷１２は、先端が鋭角で、しかも表
面に対して深さ方向を向いている。このため、正孔２４
は鋭角な傷１２の先端に収束し、この部分だけで電気化
学反応が起きて、Ｈ₂ＳｉＦ₆が水に溶け出し、深さ方向
に成長し、深細孔等が形成される。

【００２６】図において、１４は、シリコン窒化（Ｓｉ
₃Ｎ₄）膜やＳｉＯ₂膜等の絶縁膜、１６は、金・ニッケ
ル合金（Ａｕ／Ｎｉ）等の保護膜である。

【００２７】一方、前記傷１２を形成するに際して、２
次元的には、図２に示す如く、加工面にある絶縁膜１４
に、例えば矩形をエッチングで窓開けしている。しかし
ながら、電荷は、深さ方向の傷だけでなく、ＸＹ２次元
平面方向の傷にも収束する。従って、シリコン基板表面
の絶縁膜１４の深細孔を開ける位置に、エッチングでパ
ターンを設けると、該エッチングによる窓の四隅に電荷
が収束する。

【００２８】深細孔を電気化学反応で形成するときに
は、深さ方向にできた傷が必要で、シリコン基板表面に
異方性エッチングでできる２次元パターンは不必要であ
る。この不必要な２次元パターンが原因でできる電気化
学反応痕は、収束電荷量も少ないので、できた孔は不完
全であるし、不必要なところにできてしまう厄介な孔と
なる。この孔がサイドブランチ（枝状孔）と呼ばれ、幹
孔の四隅に発生する。

【００２９】以下、サイドブランチについて詳述する。

【００３０】電荷を収束させるために、シリコン基板へ
傷（例えばＶ溝）を異方性エッチングで作るときを考え
る。孔１８の間隔がある距離、例えば８０μｍより広い
場合には、図３に示す如く、Ｖ溝１２の一辺に４５°の
角度を付けた稜線方向にサイドブランチ１９が現われ
る。なお、図４に示すような、Ｖ溝１２の一辺に平行な
断面にはサイドブランチは現われない。又、孔と孔の間
隔が８０μｍより狭い場合には、Ｖ溝の一辺に４５°の
角度と平行の両断面共にサイドブランチは現われない。

【００３１】このことから、孔間隔が８０μｍ以下のと
き、孔にかかる電界は、図５に示す如く、互いに干渉し
合い、あたかも同一電界がかかっているように働いてお
り、そのため、孔と孔の間に存在する正孔２４はどちら
かの孔に流れる電流に吸い込まれていると思われる。

【００３２】一方、孔間隔が８０μｍより大きい場合
は、図６に示す如く、孔にかかる電界は互いに影響され
ることなく、独立した電界となり、独自の孔形成反応を
起こしている。従って、孔と孔の間に存在する余分な正
孔２４"は、どちらの孔に流れる電流にも吸い寄せられ
ることなく浮遊するようになる。この浮遊する余分な正
孔２４"が、横方向から孔１８に吸い寄せられてサイド
ブランチ１９を形成すると思われる。

【００３３】サイドブランチ１９を拡大して図７に示
す。加工面１０ａに近いＡ領域のサイドブランチの横方
向の長さはほぼ同じで、深細孔先端近傍のＢ領域のサイ
ドブランチ１９´より長くなっている。又、Ａ領域のサ
イドブランチの横方向の長さは、Ｖ溝１２の対角線の長
さＬにほぼ等しい。一方、Ｂ領域のサイドブランチ１９
´は、孔先端に近いほど短くなっている。これらのこと
から、Ａ領域には正孔は存在せず、Ｂ領域に余分な正孔
が浮遊し、この正孔がどちらかの孔に係る電界に引か
れ、横方向から孔壁面にくっついて部分的な反応を起こ
す。このとき、規則性は全く無い。これがサイドブラン
チが発生するメカニズムと思われる。

【００３４】又、深細孔形成の初期には、深細孔と深細
孔の間に存在する余分な正孔のため、シリコン表面にあ
るＶ溝の稜線に、その余分な正孔が収束する。この正孔
は、稜線と先端部に収束したもの以外は、正方形をして
いるＶ溝表面の四隅に集中する電流に吸い込まれるの
で、稜線上の四隅にサイドブランチができる。図７か
ら、２つの深細孔が向き合っているサイドブランチをよ
く見ると、片側のサイドブランチが大きい場合は、対に
なっている反対側のサイドブランチは小さくなってい
る。

【００３５】これを確かめるために、表面から２００μ
ｍの位置まで研磨した輪切り状の孔の口を観察したのが
図８である。正常時は図２に示したような正方形の口
が、対角線（稜線）方向の隅部に電流が集中し、そこに
反応が起きて大きくなったサイドブランチ付きの口が見
られる。即ち、深細孔と深細孔の間に存在する余分な正
孔が、どちらかの孔に吸い込まれ、偏った電流集中が起
き、横方向の反応を起こしてサイドブランチを作る。こ
のため、反対側の孔には電流集中は無く、サイドブラン
チもできない。従って、互い違いのサイドブランチとな
る。

【００３６】このようなサイドブランチを減らすべく、
発明者は、次のような対策を考えた。

【００３７】その１つは、孔形成時の深細孔を輪切りに
したとき、その輪切り口全面に電流が均一に流れるよう
にすることである。即ち、絶縁膜１４の開口工程直後
に、図９に示す如く、例えばボロンやアルミニウムを拡
散して、例えば深さ２．２μｍ、表面濃度４×１０¹⁶at
ms/cm³の、電気化学反応領域１１より広い拡散層３０を
形成する。その後、例えばレーザ光により拡散層３０よ
り深い傷１２を設ける。

【００３８】この状態で電気化学反応により孔開けを行
うと、ｎ型シリコン基板１０にプラス、ｐ型拡散領域３
０にマイナスの直流電圧がかかる。そのため、このｐｎ
接合部は逆方向にバイアスがかかり、電流が流れ難くな
る。そして、ｐｎ接合の無い、ｐ型拡散領域より深く突
き出た傷１２の先端にだけ電流が流れる。又、この拡散
領域３０が電解液２０中の例えばＦと結合し、陽極化成
して多孔質（ポーラス）Ｓｉへ変わっても、ポーラスＳ
ｉ層は抵抗が高く（５ＭΩ以上）、この部分への電流の
流れ込みが少なくなる。このため、図９に示すように、
傷１２の先端にだけに電流が流れるようになる。

【００３９】又、シリコン基板１０内に発生する浮遊正
孔２４"の数を減らす目的で、図１０に示す如く、シリ
コン基板１０の裏面１０ｂに、例えば厚さ１．０μｍの
金属アルミニウムをスパッタリングして遮光膜３４を設
け、更に、加工面１０ａの傷１２に対応する位置に同程
度の大きさの開口部３５を設けて、部分照射に変更する
ことができる。

【００４０】あるいは、裏面１０ｂから照射する光の照
射強度を弱くして、電流密度を従来の半分の６ｍＡ／cm
²以下にすることができる。

【００４１】更に、照射光の波長を例えば７５０ｎｍ以
下（望ましくは３５０ｎｍ以下）の短波長側にシフトさ
せて、励起した正孔２４が照射面（即ち裏面１０ｂ）の
近傍のみで発生するようにし、正孔のサイドブランチ形
成位置への移動距離Ｍが長くなるようにすることができ
る。これに対して、シリコンは赤外線を通すため、例え
ば１０００ｎｍ以上の長波長とした場合には、シリコン
基板１０内の全域で正孔２４が発生してしまい、深細孔
１８の側面から結びついてサイドブランチが発生しやす
くなる。

【００４２】この対策により、シリコン基板内の電気抵
抗が増加し、電子と正孔が深細孔先端より光源側で再結
合することが増え、深細孔先端への電界集中は更に強く
なる。そのため、多くの正孔が深細孔先端に収束し、深
さ方向の孔成長速度が増加するが、サイドブランチのよ
うな横方向への孔の成長は無くなる。

【００４３】又、孔形成の出発点となる傷を四辺形のＶ
溝にすると、稜線に正孔が集束する。そのため、稜線方
向の四隅に電流が集中するので、Ｖ溝を図１１に例示す
る如く、例えば、深さ１０μｍ、口径１０μｍ程度の丸
型のレーザ傷にして、稜線が出来ないようにする。

【００４４】これらの対策のいずれか、又は、組合せの
結果、サイドブランチの発生をほとんど無くすることが
できた。

【００４５】なお、上記説明では、ｎ型シリコン基板を
例にとって説明していたが、ｐ型シリコン基板であって
も、比抵抗が例えば１Ω・ｃｍ以下の低抵抗であれば、
拡散層３０の代りに高抵抗層を設けることによって、サ
イドブランチの発生を抑制しつつ深細孔や貫通孔を形成
できる。

【００４６】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して、シリコン基
板への深細孔形成に適用した本発明の実施形態を詳細に
説明する。

【００４７】本実施形態の孔形成装置は、図１２に示す
如く、処理対象であるシリコン基板１０を、その表面が
電解液２０に接するように収容する処理槽４０と、該処
理槽４０の底面側からシリコン基板１０の裏面１０ｂに
キャリヤ形成用のレーザ光５２を照射するための光照射
装置５０と、前記処理槽４０に対して電解液２０を切り
換えつつ供給するための電解液供給装置６０と、前記処
理槽４０の外側に溜めた水層７２の水を新鮮な水に置換
する水置換装置７０と、前記処理槽４０に設けた水層７
２に超音波を供給する超音波発振装置８０と、前記水層
７２のＰＨ値を検出するＰＨ検出装置９０とを備えてい
る。

【００４８】前記処理槽４０は、シリコン基板１０を下
部に支持する一対の電解槽４２と、両電解槽４２を水層
７２を介して収容する外側槽４４からなる。各電解槽４
２は、電解液２０を収容する槽本体４２ａと、シリコン
基板１０を槽本体４２ａの底部に設けた開口に固定する
チャック４２ｂと、白金電極４３を電解液２０中でシリ
コン基板１０に対向して支持するホルダ４２ｃとを有す
る。

【００４９】一方、外側槽４４は、水層７２を収容する
槽本体４４ａと、光照射装置５０からのレーザ光５２を
透過させて各シリコン基板１０の裏面に入射させる、例
えばＰＭＭＡ透明板等からなる一対の窓部材４４ｂとを
有する。

【００５０】ここで、各電解槽４２には、電解液供給装
置６０からの電解液２０が切り換えつつ供給され、シリ
コン基板１０の表面に各種電気化学反応を進行させるこ
とができる。

【００５１】又、外側槽４４には、水置換装置７０から
の新鮮な水が常時供給されており、穿孔によってシリコ
ン基板１０の裏面側に漏れ出す電解液２０を除去して、
シリコン基板１０の裏面側で電気化学反応を生じること
や、光照射装置５０の腐食、損傷等の弊害を防止する。

【００５２】前記光照射装置５０は、励起光として紫外
光のレーザ光５２を発生する光源５４と、該光源５４か
らのレーザ光５２を適当な角度で反射して外側槽４４の
両窓部材４４ｂに入射させるためのミラー５６と、該ミ
ラー５６を水平な軸の廻りに回転させる駆動装置５８と
を備える。ここで、駆動装置５８の動作を制御して、ミ
ラー５６の角度を、実線で示す位置と一点鎖線で示す位
置の間で調整することにより、両シリコン基板１０の裏
面１０ｂに交互にレーザ光５２を入射させることができ
る。なお、光源５４は、適当な光学系を備えており、各
シリコン基板１０の裏面全体をほぼ均一に照明すること
ができる。又、光源５４は、ＹＡＧ等からのレーザ光
を、例えば高調波発生装置で第３高調波に短波長化して
使用している。

【００５３】前記電解液供給装置６０は、３つの電解液
貯留槽６１、６２、６３と、各電解液貯留槽６１、６
２、６３から、いずれかの電解液２１〜２３を切り換え
て吐出させる切換弁６４と、この切換弁６４からの電解
液２１〜２３を両電解槽４２に圧送するポンプ６６と、
両電解槽４２からの電解液２０を吸引するポンプ６７
と、該ポンプ６７からの電解液２０を切り換えて、いず
れかの電解液貯留槽６１、６２、６３に戻す切換弁６８
とを備えている。

【００５４】これにより、両電解槽４２に収容する電解
液２０を、まず第１電解液２１とし、次に第１電解液２
１を第２電解液２２に置換し、最後に第２電解液２２を
第３電解液２３に置換するという、各種電解液の変更が
可能になる。従って、両電解槽４２に取り付けられたシ
リコン基板１０に対して、第１〜第３電解液２１〜２３
による処理を順次施すことができる。

【００５５】以下、具体的な孔形成工程について説明す
る。

【００５６】まず、シリコン基板１０を準備し、図１３
に示す如く、その表面１０ａに、例えばシリコン窒化膜
からなる絶縁膜１４を成膜し、写真工程とエッチング工
程処理を行って、該絶縁膜１４に丸い開口１５を形成す
る。ここで、シリコン基板１０は、ｎ型のシリコン単結
晶を切り出して加工したものであり、対向する表面１０
ａ及び裏面１０ｂが（１００）面となっている。一方、
絶縁膜１４は、絶縁性の窒化シリコンをＣＶＤ等の手法
を用いて成膜したものであり、フォトリトグラフィ技
術、ドライエッチング等を用いて、必要箇所、即ち深細
孔を形成すべき位置に開口１５が形成される。このよう
な絶縁膜１４の開口部１５により、深細孔の位置にのみ
確実に電流を流すことができる。なお、以上のようなシ
リコン基板１０は、表面１０ａ側に、既に電子回路や光
学素子を作り込む加工を終了したものとすることができ
る。

【００５７】図１４に、絶縁膜１４の開口１５の形状を
概念的に示す。なお、説明の便宜のため、開口１５のサ
イズは拡大して示している。シリコン基板１０の表面に
は、絶縁膜１４がほぼ全面に亘って形成されている。こ
の絶縁膜１４の適当な箇所に形成された開口１５は、丸
くなっており、この部分で露出するシリコン基板１０の
表面１０ａは、前記のような面方位（１００）となって
いる。

【００５８】次に、図１５に示す如く、例えばボロンを
熱拡散して、拡散層３０を形成する。

【００５９】次に、図１６に示す如く、絶縁膜１４を被
覆するように、例えば金・ニッケル合金の保護膜１６を
形成する。この際、絶縁膜１４の開口１５に対応させ
て、蒸着やリフトオフ等の各種手法を利用して、保護膜
１６にも開口１７を形成する。なお、保護膜１６は、電
解液２０による浸食から絶縁膜１４を保護するためのも
のであり、又、シリコン基板１０の表面側で受ける電荷
が均一に流れるようにし、保護膜が金属であるため、到
達した電荷を円滑に開口１７に供給することによって、
開口１７の位置における電気化学反応を促進する役割も
有する。

【００６０】次に、図１７に示す如く、シリコン基板１
０の裏面１０ｂに、前記開口１５、１７に対応する開口
３５を有する遮光膜３４を形成する。該遮光膜３４は、
紫外線を全く透過させないアルミニウム等の金属膜であ
る。

【００６１】次に、図１８に示す如く、開口１７の中央
に露出する半導体基板１０の表面１０ａに、窪み状の欠
陥である傷１２を形成する。この傷１２は、拡散層３０
を突き抜けるようにする。この傷１２は、シリコン基板
１０中の少数キャリヤを集めるためのものであり、深さ
方向先端が尖っていれば、ある程度任意の形状とするこ
とができ、レーザ光を照射することによって、容易に形
成することができる。これで、電解液で処理すべきシリ
コン基板１０の準備を終了する。

【００６２】次に、図１９に示す如く、シリコン基板１
０の傷１２を起点として、深細孔１８を形成する。

【００６３】具体的には、図１２に示す孔形成装置の電
解槽４２に、シリコン基板１０を表面１０ａが上側にな
るように固定する。次に、切換弁６４、６８、ポンプ６
６、６７等を適宜動作させて、電解槽４２を電解液貯留
槽６１からの電気化学用の第１電解液２１で満たす。こ
の第１電解液２１は、例えば２．５重量％程度のフッ酸
（ＨＦ）溶液とすることができる。

【００６４】次に、光照射装置５０からの紫外域のレー
ザ光５２を、窓部材４４ｂを介してシリコン基板１０の
裏面に入射させる。これにより、シリコン基板１０中に
正孔と電子のペアが効率的に対生成される。

【００６５】次に、シリコン基板１０の裏面電極を陽極
とし、白金電極４３との間に直流電圧を印加すると、シ
リコン基板１０の白金電極４３との間に電界が形成さ
れ、シリコン基板１０がｎ型基板の場合、少数キャリヤ
である正孔は、陰極である白金電極４３に向かって、シ
リコン基板１０の中を移動する。移動中に、正孔は、シ
リコン基板１０の表面近傍にある傷１２の先端に引き寄
せられて、ここに収束する。このようにして集まった正
孔による正電荷によって、傷１２先端の内面で第１電解
液２１とシリコン結晶とが反応し、シリコンの結合が優
先的に切断され、この部分でシリコンの電気化学反応、
即ち選択的なエッチングが進行する。

【００６６】なお、レーザ光５２は各シリコン基板に間
欠的に入射するが、正孔は一定の寿命を有して保持され
るので、正孔密度が高ければ、選択的なエッチングが連
続的に進行し、深細孔１８が形成される。

【００６７】このような深細孔１８の形成に際しては、
図１２の超音波発振装置８０を動作させて、シリコン基
板１０に超音波振動を与える。これにより、傷１２や深
細孔１８の先端部（反応点）に発生した反応物を速やか
に除去しつつ、新鮮な電解液を供給することができ、滑
らかな内壁の深細孔を迅速に形成することができる。

【００６８】なお、深細孔１８でなく貫通孔の形成に際
しては、図１２のＰＨ検出装置９０を動作させて、水層
７２のＰＨ値を監視する。即ち、第１電解液２１中側の
圧力を、水層７２側の圧力よりも僅かに高くしておくこ
とにより、シリコン基板１０に貫通孔が形成された場合
には、電解槽４２中の第１電解液２１が水層７２中に流
入することになるので、貫通孔の形成を簡易且つ迅速に
行うことができる。

【００６９】次に、図１９に示す深細孔１８の内壁表面
をポーラス化する。具体的には、切換弁６４、６８、ポ
ンプ６６、６７等を適宜動作させて、電解槽４２の第１
電解液２１を電解液貯留槽６１に戻し、電解槽４２を電
解液貯留槽６２からの第２電解液２２で満たす。この第
２電解液２２としては、例えば５０重量％程度のＨＦ溶
液を用いることができる。

【００７０】次に、シリコン基板１０の裏面電極を陽極
とし、白金電極４３との間に直流電圧を印加すると、陽
極化成反応となり、深細孔１８の内壁表面で第２電解液
２２とシリコン結晶とが反応し、この部分でシリコンが
多孔質化（ポーラス化）する。具体的には、電流密度を
１０ｍＡ／ｃｍ²にして、３分４５秒間、陽極化する
と、約２．０μｍ程度の厚さの部分が多孔質シリコンと
なる。このような多孔質シリコンは、数ｎｍ〜数十ｎｍ
の孔を無数に有するので、表面積が非常に大きく、化学
的に活性になっている。

【００７１】次に図２０に示すように、深細孔１８の内
壁表面を酸化する。具体的には、切換弁６４、６８、ポ
ンプ６６、６７等を適宜動作させて、電解槽４２の第２
電解液２２を電解液貯留槽６２に戻し、電解槽４２を電
解液貯留槽６３からの酸化用の第３電解液２３で満た
す。この第３電解液２３としては、例えば２．０重量％
程度の蓚酸溶液を用いることができる。

【００７２】次に、シリコン基板１０の裏面電極を陽極
とし、白金電極４３との間に直流電圧を印加すると、深
細孔１８の内壁表面で第３電解液２３と多孔質シリコン
とが反応する陽極化成、即ち陽極酸化が進行し、この部
分にシリコン酸化膜１８´が形成される。例えば６Ｖの
直流電圧を印加して、３０分間陽極酸化を行うと、誘電
率が約４．４のＳｉＯ₂が形成される。

【００７３】このようにして、サイドブランチの無い深
細孔を形成することができる。

【００７４】前記実施形態においては、本発明に係る技
術を多く組合せていたので、効果が大きい。なお、必要
に応じて、一部の技術を省略することもできる。

【００７５】又、前記実施形態では、裏面まで貫通しな
い深細孔の形成に本発明が適用されていたが、本発明の
適用対象はこれに限定されず、貫通孔の形成にも同様に
適用できる。又、シリコン以外の半導体基板一般に同様
に適用できる。加工形状も孔に限定されず、溝の形成等
にも適用できる。

【００７６】

【発明の効果】本発明によれば、サイドブランチを発生
させることなく、半導体基板を加工することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の問題点を説明するための断面図

【図２】同じく平面図

【図３】同じくサイドブランチが生じている方向の断面
図

【図４】同じくサイドブランチが生じていない方向の断
面図

【図５】孔の間隔が狭い場合の正孔移動の様子を示す断
面図

【図６】孔の間隔が広い場合の正孔移動の様子を示す断
面図

【図７】サイドブランチが生じた深細孔を示す断面図

【図８】サイドブランチ部分の横断面図

【図９】本発明の原理を説明するための断面図

【図１０】同じく本発明による他の対策を説明するため
の断面図

【図１１】同じく更に他の対策を説明するための断面図

【図１２】孔形成装置に適用した本発明の実施形態の全
体構成図

【図１３】本実施形態における半導体基板の加工工程で
絶縁膜を付けた状態を示す断面図

【図１４】同じく平面図

【図１５】同じく本発明により拡散層を形成した状態を
示す断面図

【図１６】同じく保護膜を付けた状態を示す断面図

【図１７】同じく本発明により遮光膜を裏面に付けた状
態を示す断面図

【図１８】同じく本発明により傷を付けた状態を示す断
面図

【図１９】同じく深細孔を形成している状態を示す断面
図

【図２０】同じく深細孔の内側を酸化した状態を示す断
面図

【符号の説明】

１０…シリコン（Ｓｉ）基板 １２…傷（Ｖ溝） １４…絶縁膜 １６…保護膜 １８…深細孔 １９…サイドブランチ ２０、２１、２２、２３…電解液 ２４、２４´、２４"…正孔 ３０…拡散層 ３４…遮光膜 ３５…開口部 ４０…処理槽 ５０…光照射装置 ５２…レーザ光 ６０…電解液供給装置

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体基板に光を照射して、半導体基板内
   に電荷を発生させ、該電荷を用いた電気化学反応によ
   り、半導体基板を加工する半導体基板の加工方法におい
   て、 前記電気化学反応の領域よりも広い範囲に拡散層を形成
   し、 該拡散層の領域に、その深さより深い傷を付け、 前記拡散層を突き抜けた傷の部分だけに電流を流して、
   半導体基板を加工することを特徴とする半導体基板の加
   工方法。
2. 【請求項２】前記拡散層の領域に、電気的に逆バイパス
   をかけ、空乏層を設けることで電流制御して、部分的に
   化学反応させることを特徴とする請求項１に記載の半導
   体基板の加工方法。
3. 【請求項３】半導体基板に光を照射して、半導体基板内
   に電荷を発生させ、該電荷を用いた電気化学反応によ
   り、半導体基板を加工する半導体基板の加工装置におい
   て、 前記電気化学反応の領域よりも広い範囲に拡散層を形成
   する手段と、 該拡散層の領域に、その深さより深い傷を付ける手段
   と、 前記拡散層を突き抜けた傷の部分だけに電流を流す手段
   と、 を備えたことを特徴とする半導体基板の加工装置。
4. 【請求項４】半導体基板に光を照射して、半導体基板内
   に電荷を発生させ、該電荷を用いた電気化学反応によ
   り、半導体基板を加工する半導体基板の加工方法におい
   て、 前記電気化学反応の領域よりも広い範囲に高抵抗層を形
   成し、 該高抵抗層の領域に、その深さより深い傷を付け、 前記高抵抗層を突き抜けた傷の部分だけに電流を流し
   て、半導体基板を加工することを特徴とする半導体基板
   の加工方法。
5. 【請求項５】半導体基板に光を照射して、半導体基板内
   に電荷を発生させ、該電荷を用いた電気化学反応によ
   り、半導体基板を加工する半導体基板の加工装置におい
   て、 前記電気化学反応の領域よりも広い範囲に高抵抗層を形
   成する手段と、 該高抵抗層の領域に、その深さより深い傷を付ける手段
   と、 前記高抵抗層を突き抜けた傷の部分だけに電流を流す手
   段と、 を備えたことを特徴とする半導体基板の加工装置。
6. 【請求項６】半導体基板に光を照射して、半導体基板内
   に電荷を発生させ、該電荷を用いた電気化学反応によ
   り、半導体基板を加工する半導体基板の加工方法におい
   て、 半導体基板の加工面と反対側の面に、加工用傷に対応す
   る開口部を有する遮光膜を形成して、 光の照射強度を制御することを特徴とする半導体基板の
   加工方法。
7. 【請求項７】半導体基板に光を照射して、半導体基板内
   に電荷を発生させ、該電荷を用いた電気化学反応によ
   り、半導体基板を加工する半導体基板の加工装置におい
   て、 半導体基板の加工面と反対側の面に、加工用傷に対応す
   る開口部を有する遮光膜を形成する手段を設け、 光の照射強度を制御することを特徴とする半導体基板の
   加工装置。
8. 【請求項８】半導体基板に光を照射して、半導体基板内
   に電荷を発生させ、該電荷を用いた電気化学反応によ
   り、半導体基板を加工する半導体基板の加工方法におい
   て、 前記光の照射強度を弱くして、浮遊電荷の発生を防ぐこ
   とを特徴とする半導体基板の加工方法。
9. 【請求項９】半導体基板に光を照射して、半導体基板内
   に電荷を発生させ、該電荷を用いた電気化学反応によ
   り、半導体基板を加工する半導体基板の加工装置におい
   て、 前記光の照射強度を弱くして、浮遊電荷の発生を防ぐ手
   段を設けたことを特徴とする半導体基板の加工装置。
10. 【請求項１０】半導体基板に光を照射して、半導体基板
    内に電荷を発生させ、該電荷を用いた電気化学反応によ
    り、半導体基板を加工する半導体基板の加工方法におい
    て、 照射光の波長を７５０ｎｍ以下の短波長側として、 照射光により発生する電荷のサイドブランチ位置までの
    移動距離が長くなるようにしたことを特徴とする半導体
    基板の加工方法。
11. 【請求項１１】半導体基板に光を照射して、半導体基板
    内に電荷を発生させ、該電荷を用いた電気化学反応によ
    り、半導体基板を加工する半導体基板の加工装置におい
    て、 波長７５０ｎｍ以下の短波長側の照射光を照射する手段
    を備え、 照射光により発生する電荷のサイドブランチ位置までの
    移動距離が長くなるようにしたことを特徴とする半導体
    基板の加工装置。
12. 【請求項１２】請求項１、２、４、６、８、１０のいず
    れかに記載の方法により加工されたことを特徴とする半
    導体基板。