JP2003175499A - マイクロ流体デバイス - Google Patents
マイクロ流体デバイスInfo
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- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
- B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
- B81C1/00023—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems without movable or flexible elements
- B81C1/00119—Arrangement of basic structures like cavities or channels, e.g. suitable for microfluidic systems
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
- B81B2201/05—Microfluidics
- B81B2201/058—Microfluidics not provided for in B81B2201/051 - B81B2201/054
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
- B81B2203/03—Static structures
- B81B2203/0315—Cavities
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
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- B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
- B81B2203/03—Static structures
- B81B2203/0353—Holes
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- Dispersion Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】能動的マイクロ流体デバイスの製造方法におい
て、種々の形状のマイクロ溝及びフィルターの形成を可
能にする。 【解決手段】マイクロフルイディックス用途用のマイク
ロ構造体の形成方法において、機械的に安定な支持体層
をエッチング可能な材料の層上に形成する。異方性エッ
チングを、マスクを介して行い、支持体層を通り上記エ
ッチング可能な材料中にまで伸びている孔パターンを形
成する。各孔を通して等方性エッチングを行い、各孔の
下のエッチング可能な材料中支持体層の下に広がる対応
する空洞を形成する。追加の堆積可能な層を、この堆積
可能な層の上記各孔上に張り出している部分が合流し、
これにより各孔の下に形成された空洞が閉鎖されるまで
支持体層上に形成する。
て、種々の形状のマイクロ溝及びフィルターの形成を可
能にする。 【解決手段】マイクロフルイディックス用途用のマイク
ロ構造体の形成方法において、機械的に安定な支持体層
をエッチング可能な材料の層上に形成する。異方性エッ
チングを、マスクを介して行い、支持体層を通り上記エ
ッチング可能な材料中にまで伸びている孔パターンを形
成する。各孔を通して等方性エッチングを行い、各孔の
下のエッチング可能な材料中支持体層の下に広がる対応
する空洞を形成する。追加の堆積可能な層を、この堆積
可能な層の上記各孔上に張り出している部分が合流し、
これにより各孔の下に形成された空洞が閉鎖されるまで
支持体層上に形成する。
Description
【０００１】（発明の背景）
１．発明の分野
本発明は、マイクロ構造体の製造に関し、特にマイクロ
機械加工基板（ｍｉｃｒｏ−ｍａｃｈｉｎｅｄ ｓｕｂ
ｓｔｒａｔｅ）からの能動的マイクロ流体デバイス（ａ
ｃｔｉｖｅ ｍｉｃｒｏ−ｆｌｕｉｄｉｃ ｄｅｖｉｃ
ｅ）の製造方法に関する。
機械加工基板（ｍｉｃｒｏ−ｍａｃｈｉｎｅｄ ｓｕｂ
ｓｔｒａｔｅ）からの能動的マイクロ流体デバイス（ａ
ｃｔｉｖｅ ｍｉｃｒｏ−ｆｌｕｉｄｉｃ ｄｅｖｉｃ
ｅ）の製造方法に関する。
【０００２】２．関連技術の説明
マイクロ流体デバイスは、多くの用途に使用されてい
る。これらは２種の種類：能動的及び受動的に分類され
る。能動的デバイスの代表例には、マイクロ−検出／分
析／反応器系；マイクロ−化学検出／分析／反応器系；
マイクロ−光−流体（ｍｉｃｒｏ−ｏｐｔｏ−ｆｌｕｉ
ｄｉｃｓ）系；マイクロ−液体送達系；マイクロ−液体
相互連絡系；マイクロ−液体輸送系；マイクロ−液体混
合系；マイクロ−バルブ／ポンプ系；マイクロ流動／加
圧系；マイクロ−液体制御系；マイクロ−加熱／冷却
系；マイクロ流体パッケイジ；マイクロ−インクジェッ
ト印刷；バイオチップ及びチップ上実験（ｌａｂｏｒａ
ｔｏｒｙ−ｏｎ−ａ−ｃｈｉｐ）、ＬＯＡＣ、デバイス
がある。
る。これらは２種の種類：能動的及び受動的に分類され
る。能動的デバイスの代表例には、マイクロ−検出／分
析／反応器系；マイクロ−化学検出／分析／反応器系；
マイクロ−光−流体（ｍｉｃｒｏ−ｏｐｔｏ−ｆｌｕｉ
ｄｉｃｓ）系；マイクロ−液体送達系；マイクロ−液体
相互連絡系；マイクロ−液体輸送系；マイクロ−液体混
合系；マイクロ−バルブ／ポンプ系；マイクロ流動／加
圧系；マイクロ−液体制御系；マイクロ−加熱／冷却
系；マイクロ流体パッケイジ；マイクロ−インクジェッ
ト印刷；バイオチップ及びチップ上実験（ｌａｂｏｒａ
ｔｏｒｙ−ｏｎ−ａ−ｃｈｉｐ）、ＬＯＡＣ、デバイス
がある。
【０００３】受動的［すなわち、チップ外エレクトロニ
クス（ｏｆｆ−ｃｈｉｐ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）］
マイクロ−溝（ｃｈａｎｎｅｌｓ）の代表例には、マイ
クロ−化学検出／分析系；マイクロ−検出／分析系；マ
イクロ−化学検出／分析系；マイクロ−光−流体系；マ
イクロ−液体送達系；マイクロ−液体相互連絡系；マイ
クロ−液体輸送系；マイクロ−液体混合系；マイクロ−
バルブ／ポンプ系；マイクロ流動／加圧系；マイクロ−
液体制御系；マイクロ−加熱／冷却系；マイクロ流体パ
ッケイジ；マイクロ−インクジェット印刷；バイオチッ
プ及びＬＯＡＣデバイスがある。
クス（ｏｆｆ−ｃｈｉｐ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）］
マイクロ−溝（ｃｈａｎｎｅｌｓ）の代表例には、マイ
クロ−化学検出／分析系；マイクロ−検出／分析系；マ
イクロ−化学検出／分析系；マイクロ−光−流体系；マ
イクロ−液体送達系；マイクロ−液体相互連絡系；マイ
クロ−液体輸送系；マイクロ−液体混合系；マイクロ−
バルブ／ポンプ系；マイクロ流動／加圧系；マイクロ−
液体制御系；マイクロ−加熱／冷却系；マイクロ流体パ
ッケイジ；マイクロ−インクジェット印刷；バイオチッ
プ及びＬＯＡＣデバイスがある。
【０００４】従来技術は、マイクロ−溝を備えた受動的
マイクロ−流体デバイスが種々のポリマー基板の組合わ
せ、例えばアクリロニトリル−ブタジエン−スチレンコ
ポリマー、ポリカーボネート、ポリジメチルシロキサン
（ＰＤＭＳ）、ポリエチレン、ポリメチルメタクリレー
ト（ＰＭＭＡ）、ポリメチルペンテン、ポリプロピレ
ン、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリテトラフルオロ
エチレン（ＰＴＦＥ）、ポリウレタン、ポリビニルクロ
リド（ＰＶＣ）、ポリビニリデンフロリド（ＰＶＦ）、
又はその他のポリマーからほとんど製造されていること
を開示している。
マイクロ−流体デバイスが種々のポリマー基板の組合わ
せ、例えばアクリロニトリル−ブタジエン−スチレンコ
ポリマー、ポリカーボネート、ポリジメチルシロキサン
（ＰＤＭＳ）、ポリエチレン、ポリメチルメタクリレー
ト（ＰＭＭＡ）、ポリメチルペンテン、ポリプロピレ
ン、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリテトラフルオロ
エチレン（ＰＴＦＥ）、ポリウレタン、ポリビニルクロ
リド（ＰＶＣ）、ポリビニリデンフロリド（ＰＶＦ）、
又はその他のポリマーからほとんど製造されていること
を開示している。
【０００５】この場合、この第一基板と別のこのような
基板との組立て及び熱補助結合より前に、これらの基板
の一つに存在するマイクロ−流体溝ネットワークを確定
するためには、リソグラフィ又は機械的スタンピングが
使用されている。この場合、電気泳動又は電気−浸透に
よる液体移動、分析及びデータジェネレーション（ｄａ
ｔａ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）を惹起させるために用い
られる外部プロセッサーに接続するための導電性層をも
ってパターン形成することができる単純な受動的マイク
ロ流体デバイスが得られる。米国特許Ｎｏ．６，１６
７，９１０の図１ａ〜１ｃは、このようなポリマー基板
の融合から得られる受動的マイクロ流体デバイスの例を
示している。
基板との組立て及び熱補助結合より前に、これらの基板
の一つに存在するマイクロ−流体溝ネットワークを確定
するためには、リソグラフィ又は機械的スタンピングが
使用されている。この場合、電気泳動又は電気−浸透に
よる液体移動、分析及びデータジェネレーション（ｄａ
ｔａ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）を惹起させるために用い
られる外部プロセッサーに接続するための導電性層をも
ってパターン形成することができる単純な受動的マイク
ロ流体デバイスが得られる。米国特許Ｎｏ．６，１６
７，９１０の図１ａ〜１ｃは、このようなポリマー基板
の融合から得られる受動的マイクロ流体デバイスの例を
示している。
【０００６】従来技術はまた、マイクロ−溝を備えた受
動的マイクロ流体デバイスを、種々のマイクロ機械加工
シリカ又は石英基板の組合わせによって製造することが
できることを開示している。この場合もまた、組立て及
び融合結合が必要である。この場合、電気泳動又は電気
−浸透による液体移動、分析及びデータジェネレーショ
ンを惹起させるために用いられる外部プロセッサーに接
続するための導電性層をもってパターン形成することが
できる単純な受動的マイクロ流体デバイスが得られる。
米国特許Ｎｏ．６，１３１，４１０の図１は、このよう
なシリカ基板の融合から得られるマイクロ溝を備えたこ
のような受動的マイクロ流体デバイスの例を示してい
る。
動的マイクロ流体デバイスを、種々のマイクロ機械加工
シリカ又は石英基板の組合わせによって製造することが
できることを開示している。この場合もまた、組立て及
び融合結合が必要である。この場合、電気泳動又は電気
−浸透による液体移動、分析及びデータジェネレーショ
ンを惹起させるために用いられる外部プロセッサーに接
続するための導電性層をもってパターン形成することが
できる単純な受動的マイクロ流体デバイスが得られる。
米国特許Ｎｏ．６，１３１，４１０の図１は、このよう
なシリカ基板の融合から得られるマイクロ溝を備えたこ
のような受動的マイクロ流体デバイスの例を示してい
る。
【０００７】従来技術は、マイクロ溝を備えた受動的マ
イクロ流体デバイスを、受動的マイクロ機械加工シリコ
ン構造基板から製造することができることを開示してい
る。この場合もまた、組立て及び少なくとも２回の準組
立て構造体の融合結合が必要である。この場合、液体移
動、分析及びデータジェネレーションを惹起させるため
に用いられる外部プロセッサーに接続するための単純な
受動的マイクロ流体デバイスが得られる。米国特許Ｎ
ｏ．５，７０５，０１８の図１〜３は、受動的マイクロ
機械加工シリコン基板から得られるマイクロ溝を備えた
このような受動的マイクロ流体デバイスの例を示してい
る。
イクロ流体デバイスを、受動的マイクロ機械加工シリコ
ン構造基板から製造することができることを開示してい
る。この場合もまた、組立て及び少なくとも２回の準組
立て構造体の融合結合が必要である。この場合、液体移
動、分析及びデータジェネレーションを惹起させるため
に用いられる外部プロセッサーに接続するための単純な
受動的マイクロ流体デバイスが得られる。米国特許Ｎ
ｏ．５，７０５，０１８の図１〜３は、受動的マイクロ
機械加工シリコン基板から得られるマイクロ溝を備えた
このような受動的マイクロ流体デバイスの例を示してい
る。
【０００８】従来技術はまた、能動的マイクロ流体デバ
イスを、能動的マイクロ機械加工シリコン基板から製造
することができる能動的マイクロ流体デバイス（マイク
ロ溝を備えていない）を製造することができることを開
示している。この場合、シリコン基板に集積された制御
エレクトロニクスが、能動的−チップ上液体プロセッサ
ー及び連絡デバイスとして使用される。この場合、マイ
クロ溝を用いることなく、予め定められた貯蔵器におい
て、種々のフルイディックス、分析及び（リモート）デ
ータ連絡機能を、液体移動、分析及びデータジェネレー
ションを担う外部液体プロセッサーを必要とせずに行う
ことができる洗練されたデバイスが得られる。米国特許
Ｎｏ．６，１１７，６４３の図３Ｂは能動的マイクロ機
械加工シリコン基板から得られるこのような能動的マイ
クロ流体デバイス（マイクロ溝を備えていない）の例を
開示している。
イスを、能動的マイクロ機械加工シリコン基板から製造
することができる能動的マイクロ流体デバイス（マイク
ロ溝を備えていない）を製造することができることを開
示している。この場合、シリコン基板に集積された制御
エレクトロニクスが、能動的−チップ上液体プロセッサ
ー及び連絡デバイスとして使用される。この場合、マイ
クロ溝を用いることなく、予め定められた貯蔵器におい
て、種々のフルイディックス、分析及び（リモート）デ
ータ連絡機能を、液体移動、分析及びデータジェネレー
ションを担う外部液体プロセッサーを必要とせずに行う
ことができる洗練されたデバイスが得られる。米国特許
Ｎｏ．６，１１７，６４３の図３Ｂは能動的マイクロ機
械加工シリコン基板から得られるこのような能動的マイ
クロ流体デバイス（マイクロ溝を備えていない）の例を
開示している。
【０００９】（発明の概要）本発明は、能動的半導体デ
バイス上のマイクロ流体要素及びマイクロ溝の作成に、
５００℃よりも低い最高加工温度を使用し、これにより
マイクロ溝を備えた集積能動的マイクロ流体デバイスを
与える、改良されたマイクロ機械加工技術に関する。マ
イクロ溝を備えたマイクロ流体デバイスの製造には、マ
イクロ流体素子及び流体の処理用のマイクロ溝の製作が
必要である。
バイス上のマイクロ流体要素及びマイクロ溝の作成に、
５００℃よりも低い最高加工温度を使用し、これにより
マイクロ溝を備えた集積能動的マイクロ流体デバイスを
与える、改良されたマイクロ機械加工技術に関する。マ
イクロ溝を備えたマイクロ流体デバイスの製造には、マ
イクロ流体素子及び流体の処理用のマイクロ溝の製作が
必要である。
【００１０】本発明に従い、マイクロフルイディックス
用途用のマイクロ構造体の製造方法が提供され、この方
法は、基板上にエッチング可能な材料の層を形成する工
程；上記エッチング可能な材料上に機械的に安定な支持
体層を形成する工程；マスクを介して異方性エッチング
を行い、上記支持体層を通り上記エッチング可能な材料
中にまで伸びている孔パターンを形成する工程、ここで
これらの孔は予め定められた距離で相互に分離されてい
る；上記各孔を通して等方性エッチングを行い、上記各
孔の下の上記エッチング可能な材料中上記支持体層下に
広がる対応する空洞を形成する工程；次いで上記支持体
層上に堆積可能な材料の追加の層を、上記堆積可能な層
の上記各孔上に張り出している部分が合流し、これによ
り上記空洞が閉鎖されるまで形成する工程を包含する。
用途用のマイクロ構造体の製造方法が提供され、この方
法は、基板上にエッチング可能な材料の層を形成する工
程；上記エッチング可能な材料上に機械的に安定な支持
体層を形成する工程；マスクを介して異方性エッチング
を行い、上記支持体層を通り上記エッチング可能な材料
中にまで伸びている孔パターンを形成する工程、ここで
これらの孔は予め定められた距離で相互に分離されてい
る；上記各孔を通して等方性エッチングを行い、上記各
孔の下の上記エッチング可能な材料中上記支持体層下に
広がる対応する空洞を形成する工程；次いで上記支持体
層上に堆積可能な材料の追加の層を、上記堆積可能な層
の上記各孔上に張り出している部分が合流し、これによ
り上記空洞が閉鎖されるまで形成する工程を包含する。
【００１１】これらの孔は一般に、等方性エッチング
後、空洞が重複し、マイクロ溝を形成するように距離を
離して設定すべきである。一態様において、これらの孔
は、空洞間に柱状体が形成されるように離れて配置する
ことができる。この態様はマイクロ−フィルターの製作
に有用である。本発明は、相補型金属酸化膜半導体（Ｃ
ｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ
Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）デバイス、ＣＭＯＳデバ
イス、又は高電圧ＣＭＯＳ（又はＢＣＤ）デバイスの上
に、能動的マイクロ機械加工シリコン基板からマイクロ
溝を備えた能動的マイクロ流体デバイスを直接に形成す
ることを可能にする。
後、空洞が重複し、マイクロ溝を形成するように距離を
離して設定すべきである。一態様において、これらの孔
は、空洞間に柱状体が形成されるように離れて配置する
ことができる。この態様はマイクロ−フィルターの製作
に有用である。本発明は、相補型金属酸化膜半導体（Ｃ
ｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ
Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）デバイス、ＣＭＯＳデバ
イス、又は高電圧ＣＭＯＳ（又はＢＣＤ）デバイスの上
に、能動的マイクロ機械加工シリコン基板からマイクロ
溝を備えた能動的マイクロ流体デバイスを直接に形成す
ることを可能にする。
【００１２】ＣＭＯＳデバイスは、低信号レベルを有す
る液体中に懸濁状態で存在する物質の電子キャパシタン
ス検出（同定）を実行するための重要な予備要件であ
る、非常に少ない検出レベルを可能にする。ＣＭＯＳデ
バイスはまた、必須データ処理及び（リモート）通信機
能を実行することができる。適度の動作電圧及び動作電
流を備えた高電圧ＣＭＯＳ（又は２極型−ＣＭＯＳ−Ｄ
ＭＯＳ、ＢＣＤ）デバイスは、マイクロ溝で要求される
マイクロフルイディックス（ｍｉｃｒｏ−ｆｌｕｉｄｉ
ｃｓ）を行うことができ、また完全チップ上実験の概念
の集積を可能にする。
る液体中に懸濁状態で存在する物質の電子キャパシタン
ス検出（同定）を実行するための重要な予備要件であ
る、非常に少ない検出レベルを可能にする。ＣＭＯＳデ
バイスはまた、必須データ処理及び（リモート）通信機
能を実行することができる。適度の動作電圧及び動作電
流を備えた高電圧ＣＭＯＳ（又は２極型−ＣＭＯＳ−Ｄ
ＭＯＳ、ＢＣＤ）デバイスは、マイクロ溝で要求される
マイクロフルイディックス（ｍｉｃｒｏ−ｆｌｕｉｄｉ
ｃｓ）を行うことができ、また完全チップ上実験の概念
の集積を可能にする。
【００１３】本発明は、ＣＭＯＳ及び高電圧ＣＭＯＳ
（又はＢＣＤ）デバイスに、５００℃を超えない最高処
理温度において第二の基板を用いることなく、また熱結
合を用いることなく、マイクロフルイディックス素子及
びマイクロ溝の形成を可能にするマイクロ機械加工工程
を統合するために用いられる改良されたマイクロ機械加
工技術を用いる。５００℃の最高処理温度は、その下に
存在するＣＭＯＳ及び高電圧ＣＭＯＳ（ＢＣＤ）デバイ
スの劣化を防止し、またプラスティック変形、剥離、亀
裂、離層及びその他のマイクロ流体デバイスのマイクロ
機械加工に用いられる薄膜に付随する高熱関連問題など
のいずれの機械的問題をも防止する。
（又はＢＣＤ）デバイスに、５００℃を超えない最高処
理温度において第二の基板を用いることなく、また熱結
合を用いることなく、マイクロフルイディックス素子及
びマイクロ溝の形成を可能にするマイクロ機械加工工程
を統合するために用いられる改良されたマイクロ機械加
工技術を用いる。５００℃の最高処理温度は、その下に
存在するＣＭＯＳ及び高電圧ＣＭＯＳ（ＢＣＤ）デバイ
スの劣化を防止し、またプラスティック変形、剥離、亀
裂、離層及びその他のマイクロ流体デバイスのマイクロ
機械加工に用いられる薄膜に付随する高熱関連問題など
のいずれの機械的問題をも防止する。
【００１４】開示されている新規材料の組合わせは、低
圧化学蒸着ポリシリコン、ＬＰＣＶＤポリシリコン、及
びプラズマ強化化学蒸着シリカ、ＰＥＣＶＤ Ｓｉ
Ｏ2、及びその組合せを代表的に使用するマイクロ電子
−機械加工−系（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃ
ｈａｎｉｃａｌ−Ｓｙｓｔｅｍｓ）（ＭＥＭＳ）に典型
的なものではない。ＬＰＣＶＤポリシリコンの使用は、
その５５０℃を超える要求される堆積温度を有すること
から排除される。
圧化学蒸着ポリシリコン、ＬＰＣＶＤポリシリコン、及
びプラズマ強化化学蒸着シリカ、ＰＥＣＶＤ Ｓｉ
Ｏ2、及びその組合せを代表的に使用するマイクロ電子
−機械加工−系（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃ
ｈａｎｉｃａｌ−Ｓｙｓｔｅｍｓ）（ＭＥＭＳ）に典型
的なものではない。ＬＰＣＶＤポリシリコンの使用は、
その５５０℃を超える要求される堆積温度を有すること
から排除される。
【００１５】革新的犠牲材料（ｓａｃｒｉｆｉｃｉａｌ
ｍａｔｅｒｉａｌ）は、窒素化チタンのコリメーテッ
ド リアクティブフィジカル蒸着（Ｃｏｌｌｉｍａｔｅ
ｄＲｅａｃｔｉｖｅ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＣＲＰＶＤ ＴｉＮであ
る。この犠牲ＣＲＰＶＤ ＴｉＮ材料は、優れた機械的
性質、プラズマ増速化学蒸着、ＰＥＣＶＤ、ＳｉＯ2の
厚い層におけるマイクロ溝の確立に用いられる等方性ウ
エットエッチング溶液（ＩｓｏｔｒｏｐｉｃＷｅｔ Ｅ
ｔｃｈｉｎｇ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）に対する優れた選択
性、及び約４００℃の蒸着温度を有する。
ｍａｔｅｒｉａｌ）は、窒素化チタンのコリメーテッ
ド リアクティブフィジカル蒸着（Ｃｏｌｌｉｍａｔｅ
ｄＲｅａｃｔｉｖｅ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＣＲＰＶＤ ＴｉＮであ
る。この犠牲ＣＲＰＶＤ ＴｉＮ材料は、優れた機械的
性質、プラズマ増速化学蒸着、ＰＥＣＶＤ、ＳｉＯ2の
厚い層におけるマイクロ溝の確立に用いられる等方性ウ
エットエッチング溶液（ＩｓｏｔｒｏｐｉｃＷｅｔ Ｅ
ｔｃｈｉｎｇ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）に対する優れた選択
性、及び約４００℃の蒸着温度を有する。
【００１６】（好適態様の詳細な説明）現存するＣＭＯ
Ｓ及び高電圧ＣＭＯＳ（又はＢＣＤ）デバイス上のマイ
クロ溝を備えたマイクロ流体デバイスの形成工程は、２
００１年４月２７日付けで出願された我々の共に係続中
の米国特許出願Ｎｏ．０９／８４２，５３６に記載され
ている。最初の製造工程、工程０において、最後のＬＰ
ＣＶＤポリシリコンレベル１４と第一金属レベルとの
間、又は別様には、第一金属レベルと第二金属レベルと
の間における、層間絶縁層分離（ＩＬＤ）１２を包含す
る半導体デバイス１０（図１）の形成に、ＣＭＯＳプロ
セスを用いる。この絶縁層分離１２は、開示しようとす
るマイクロ機械加工工程の開始前の時点で存在させる。
開口部は、この分離誘電体１２を経て、最後のＬＰＣＶ
Ｄポリシリコン層又は液体移動用高電圧ＣＭＯＳデバイ
スに連結した電極として用いられる第一金属レベルの領
域に達するまで形成する。
Ｓ及び高電圧ＣＭＯＳ（又はＢＣＤ）デバイス上のマイ
クロ溝を備えたマイクロ流体デバイスの形成工程は、２
００１年４月２７日付けで出願された我々の共に係続中
の米国特許出願Ｎｏ．０９／８４２，５３６に記載され
ている。最初の製造工程、工程０において、最後のＬＰ
ＣＶＤポリシリコンレベル１４と第一金属レベルとの
間、又は別様には、第一金属レベルと第二金属レベルと
の間における、層間絶縁層分離（ＩＬＤ）１２を包含す
る半導体デバイス１０（図１）の形成に、ＣＭＯＳプロ
セスを用いる。この絶縁層分離１２は、開示しようとす
るマイクロ機械加工工程の開始前の時点で存在させる。
開口部は、この分離誘電体１２を経て、最後のＬＰＣＶ
Ｄポリシリコン層又は液体移動用高電圧ＣＭＯＳデバイ
スに連結した電極として用いられる第一金属レベルの領
域に達するまで形成する。
【００１７】マイクロ機械加工の工程１において、約
０．１０μｍ厚さのＰＥＣＶＤ Ｓｉ 3Ｎ4の層１６を４
００℃で堆積させる。工程２において、約０．１０μｍ
厚さのＣＲＰＶＤ ＴｉＮの層１８を４００℃で堆積さ
せる。工程３において、約１０．０μｍ厚さのＰＥＣＶ
Ｄ ＳｉＯ2の層２０を４００℃で堆積させる。次い
で、工程４において、約０．１０μｍ厚さのＣＲＰＶＤ
ＴｉＮの層２２を４００℃で堆積させる。工程５にお
いて、約０．４０μｍ厚さのＰＥＣＶＤＳｉ3Ｎ4の層２
４を４００℃で堆積させる。工程６において、約０．２
０μｍ厚さのＣＲＰＶＤ ＴｉＮの層２６を４００℃で
堆積させる。
０．１０μｍ厚さのＰＥＣＶＤ Ｓｉ 3Ｎ4の層１６を４
００℃で堆積させる。工程２において、約０．１０μｍ
厚さのＣＲＰＶＤ ＴｉＮの層１８を４００℃で堆積さ
せる。工程３において、約１０．０μｍ厚さのＰＥＣＶ
Ｄ ＳｉＯ2の層２０を４００℃で堆積させる。次い
で、工程４において、約０．１０μｍ厚さのＣＲＰＶＤ
ＴｉＮの層２２を４００℃で堆積させる。工程５にお
いて、約０．４０μｍ厚さのＰＥＣＶＤＳｉ3Ｎ4の層２
４を４００℃で堆積させる。工程６において、約０．２
０μｍ厚さのＣＲＰＶＤ ＴｉＮの層２６を４００℃で
堆積させる。
【００１８】工程７において、図２に示されているよう
に、第一のマイクロ機械加工用マスクを適用し、ＭＥＭ
Ｓ領域を確定する。この後、ＣＲＰＶＤ ＴｉＮ／ＰＥ
ＣＶＤ Ｓｉ3Ｎ4／ＣＲＰＶＤ ＴｉＮサンドイッチ体
の異方性リアクティブイオンエッチング（Ａｎｉｓｏｔ
ｒｏｐｉｃ ＲＩＥ）を行い、次いでＰＥＣＶＤ Ｓｉ
Ｏ2層２０の部分的異方性ＲＩＥを行い、これにより残
留肩部分２０ａが残される。工程８において、図３に示
されているように、第二のマイクロ機械加工用マスクを
適用し、等方性ウエットエッチング開口部２９を確定
し、次いでＣＲＰＶＤＴｉＮ／ＰＥＣＶＤ Ｓｉ3Ｎ4／
ＣＲＰＶＤ ＴｉＮサンドイッチ体の異方性ＲＩＥを行
い、次いでＭＥＭＳ領域の外側のＰＥＣＶＤ ＳｉＯ2
のＣＲＰＶＤＴｉＮ層の底部２８に達するまでの異方性
ＲＩＥを完了させる。追加のマイクロ溝のＰＥＣＶＤ
ＳｉＯ2層２０中への開口部２９の進入度合に制限はな
い。
に、第一のマイクロ機械加工用マスクを適用し、ＭＥＭ
Ｓ領域を確定する。この後、ＣＲＰＶＤ ＴｉＮ／ＰＥ
ＣＶＤ Ｓｉ3Ｎ4／ＣＲＰＶＤ ＴｉＮサンドイッチ体
の異方性リアクティブイオンエッチング（Ａｎｉｓｏｔ
ｒｏｐｉｃ ＲＩＥ）を行い、次いでＰＥＣＶＤ Ｓｉ
Ｏ2層２０の部分的異方性ＲＩＥを行い、これにより残
留肩部分２０ａが残される。工程８において、図３に示
されているように、第二のマイクロ機械加工用マスクを
適用し、等方性ウエットエッチング開口部２９を確定
し、次いでＣＲＰＶＤＴｉＮ／ＰＥＣＶＤ Ｓｉ3Ｎ4／
ＣＲＰＶＤ ＴｉＮサンドイッチ体の異方性ＲＩＥを行
い、次いでＭＥＭＳ領域の外側のＰＥＣＶＤ ＳｉＯ2
のＣＲＰＶＤＴｉＮ層の底部２８に達するまでの異方性
ＲＩＥを完了させる。追加のマイクロ溝のＰＥＣＶＤ
ＳｉＯ2層２０中への開口部２９の進入度合に制限はな
い。
【００１９】工程９において、図４に示されているよう
に、約０．１０μｍ厚さのＣＲＰＶＤ ＴｉＮの層３０
を４００℃で堆積させる。工程１０において、図５に示
されているように、垂直側壁上にＣＲＰＶＤ ＴｉＮス
ペーサー３２を付与するＣＲＰＶＤ ＴｉＮの異方性リ
アクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）を行い、開口部
を形成し、ここに等方性ウエットエッチングを行う。
に、約０．１０μｍ厚さのＣＲＰＶＤ ＴｉＮの層３０
を４００℃で堆積させる。工程１０において、図５に示
されているように、垂直側壁上にＣＲＰＶＤ ＴｉＮス
ペーサー３２を付与するＣＲＰＶＤ ＴｉＮの異方性リ
アクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）を行い、開口部
を形成し、ここに等方性ウエットエッチングを行う。
【００２０】工程１１において、図６に示されているよ
うに、エチレングリコール、Ｃ2Ｈ4Ｏ2Ｈ2、フッ化アン
モニウム、ＮＨ4Ｆ、及び酢酸、ＣＨ3ＣＯＯＨの混合物
を用いるか、又は別法として、フッ化アンモニウム、Ｎ
Ｈ4Ｆ、フッ化水素酸、ＨＦ、及び水、Ｈ2Ｏの混合物を
用いて、マイクロ溝が適当に確定されるように、ＰＥＣ
ＶＤ ＳｉＯ2層２０の等方性ウエットエッチングを行
う。これら２回の等方性ウエットエッチングは、上部の
ＰＥＣＶＤ Ｓｉ3Ｎ4層の保護に用いられるＣＲＰＶＤ
ＴｉＮに対して選択的である。この等方性ウエットエ
ッチングの後、ＣＲＰＶＤ ＴｉＮ／ＰＥＣＶＤ Ｓｉ
3Ｎ4／ＣＲＰＶＤ ＴｉＮサンドイッチ体はマイクロ溝
上で空中に存在することになる。このＣＲＰＶＤ Ｔｉ
Ｎ及びＰＥＣＶＤ Ｓｉ3Ｎ4層の機械的性質及び相対厚
さは、当該構造体が機械的に安定であるように、すなわ
ち確定されたマイクロ溝の上で上方に又は下方に曲がら
ず、その下に存在するＰＥＣＶＤ ＳｉＯ2の縁端部を
剥離せず、及び故障又は崩壊しないように調節する。
うに、エチレングリコール、Ｃ2Ｈ4Ｏ2Ｈ2、フッ化アン
モニウム、ＮＨ4Ｆ、及び酢酸、ＣＨ3ＣＯＯＨの混合物
を用いるか、又は別法として、フッ化アンモニウム、Ｎ
Ｈ4Ｆ、フッ化水素酸、ＨＦ、及び水、Ｈ2Ｏの混合物を
用いて、マイクロ溝が適当に確定されるように、ＰＥＣ
ＶＤ ＳｉＯ2層２０の等方性ウエットエッチングを行
う。これら２回の等方性ウエットエッチングは、上部の
ＰＥＣＶＤ Ｓｉ3Ｎ4層の保護に用いられるＣＲＰＶＤ
ＴｉＮに対して選択的である。この等方性ウエットエ
ッチングの後、ＣＲＰＶＤ ＴｉＮ／ＰＥＣＶＤ Ｓｉ
3Ｎ4／ＣＲＰＶＤ ＴｉＮサンドイッチ体はマイクロ溝
上で空中に存在することになる。このＣＲＰＶＤ Ｔｉ
Ｎ及びＰＥＣＶＤ Ｓｉ3Ｎ4層の機械的性質及び相対厚
さは、当該構造体が機械的に安定であるように、すなわ
ち確定されたマイクロ溝の上で上方に又は下方に曲がら
ず、その下に存在するＰＥＣＶＤ ＳｉＯ2の縁端部を
剥離せず、及び故障又は崩壊しないように調節する。
【００２１】工程１２において、図７に示されているよ
うに、水酸化アンモニウム、ＮＨ4ＯＨ、過酸化水素、
Ｈ2Ｏ2及び水、Ｈ2Ｏの混合物を用いて、ＣＲＰＶＤ
ＴｉＮの等方性ウエット除去を行う。この等方性ウエッ
ト除去は、ＰＥＣＶＤ ＳｉＯ2に対して、及びＰＥＣ
ＶＤ Ｓｉ3Ｎ4に対して選択的である。この工程は、図
の平面から突出しているマイクロ溝を形成する空洞３４
の形成をもたらす。この等方性ウエットエッチング後、
ＰＥＣＶＤ Ｓｉ3Ｎ4層はマイクロ溝上で空中に存在す
ることになり、当該層が機械的に安定であるように、す
なわち確定されたマイクロ溝の上で上方に又は下方に曲
がらず、その下に存在するＰＥＣＶＤ ＳｉＯ2の縁端
部を剥離せず、及び故障又は崩壊しないように、その機
械的性質及び厚さを調節する。
うに、水酸化アンモニウム、ＮＨ4ＯＨ、過酸化水素、
Ｈ2Ｏ2及び水、Ｈ2Ｏの混合物を用いて、ＣＲＰＶＤ
ＴｉＮの等方性ウエット除去を行う。この等方性ウエッ
ト除去は、ＰＥＣＶＤ ＳｉＯ2に対して、及びＰＥＣ
ＶＤ Ｓｉ3Ｎ4に対して選択的である。この工程は、図
の平面から突出しているマイクロ溝を形成する空洞３４
の形成をもたらす。この等方性ウエットエッチング後、
ＰＥＣＶＤ Ｓｉ3Ｎ4層はマイクロ溝上で空中に存在す
ることになり、当該層が機械的に安定であるように、す
なわち確定されたマイクロ溝の上で上方に又は下方に曲
がらず、その下に存在するＰＥＣＶＤ ＳｉＯ2の縁端
部を剥離せず、及び故障又は崩壊しないように、その機
械的性質及び厚さを調節する。
【００２２】工程１３において、図８に示されているよ
うに、開口部２９の閉鎖を、４００℃の温度において約
１．４０μｍ厚さのＰＥＣＶＤ ＳｉＯ2層３５の堆積
により行う。垂直表面上へのＰＥＣＶＤ ＳｉＯ2の自
然の張り出しは、これらの表面上に堆積した物質の横方
向成長を可能にし、最終的には開口部の閉鎖を可能にす
ることから、この操作が可能である。この開口部２９の
ＰＥＣＶＤ ＳｉＯ2による閉鎖は、開口しているマイ
クロ貯蔵体に比較して、２枚の基板の結合を必要とせず
に閉じられたマイクロ溝の形成を可能にし、また能動的
マイクロ溝の形成を可能にすることから、重要である。
若干のＰＥＣＶＤ ＳｉＯ2材料が、電極上でマイクロ
溝の底部に堆積する。
うに、開口部２９の閉鎖を、４００℃の温度において約
１．４０μｍ厚さのＰＥＣＶＤ ＳｉＯ2層３５の堆積
により行う。垂直表面上へのＰＥＣＶＤ ＳｉＯ2の自
然の張り出しは、これらの表面上に堆積した物質の横方
向成長を可能にし、最終的には開口部の閉鎖を可能にす
ることから、この操作が可能である。この開口部２９の
ＰＥＣＶＤ ＳｉＯ2による閉鎖は、開口しているマイ
クロ貯蔵体に比較して、２枚の基板の結合を必要とせず
に閉じられたマイクロ溝の形成を可能にし、また能動的
マイクロ溝の形成を可能にすることから、重要である。
若干のＰＥＣＶＤ ＳｉＯ2材料が、電極上でマイクロ
溝の底部に堆積する。
【００２３】図９は、走査電子顕微鏡写真、ＳＥＭ、で
あり、ＰＥＣＶＤ ＳｉＯ2によるマイクロ溝の閉鎖を
示す横断面及び表面を示している。この写真は、マイク
ロ溝上の長形で狭い開口部の閉鎖を示すＳＥＭである。
この手段に関しては、上記で引用した我々の係属中の出
願に記載されている手段と同様である。この係属中の出
願において、開口部２９（図３）は、長形で狭い溝の形
態である。現存するＣＭＯＳ及び高電圧ＣＭＯＳ（又は
ＢＣＤ）デバイス上におけるマイクロ溝を備えたマイク
ロ流体デバイスの形成は、この長形で狭い溝の代わり
に、以下で説明するように、溝の通路に沿って伸びてい
る一連の「点線状孔」（ｄｏｔｔｅｄ ｈｏｌｅｓ）を
用いることによって改良することができる。これらの孔
は、適当なマスクを用いることによって同様の方法で溝
として形成することができる。
あり、ＰＥＣＶＤ ＳｉＯ2によるマイクロ溝の閉鎖を
示す横断面及び表面を示している。この写真は、マイク
ロ溝上の長形で狭い開口部の閉鎖を示すＳＥＭである。
この手段に関しては、上記で引用した我々の係属中の出
願に記載されている手段と同様である。この係属中の出
願において、開口部２９（図３）は、長形で狭い溝の形
態である。現存するＣＭＯＳ及び高電圧ＣＭＯＳ（又は
ＢＣＤ）デバイス上におけるマイクロ溝を備えたマイク
ロ流体デバイスの形成は、この長形で狭い溝の代わり
に、以下で説明するように、溝の通路に沿って伸びてい
る一連の「点線状孔」（ｄｏｔｔｅｄ ｈｏｌｅｓ）を
用いることによって改良することができる。これらの孔
は、適当なマスクを用いることによって同様の方法で溝
として形成することができる。
【００２４】この手段は、点線状孔が広く種々の閉じら
れたマイクロ流体素子の製造に使用することができるこ
とから、かなりの柔軟性を有するという利点を有する。
これらの孔は小さい径を有することから、これらは容易
に閉鎖され、またこれらの孔はウエット等方性エッチン
グ後（工程１１、図６）、エッチングされた空洞を重複
させて、孔通路の下に伸びている一つの連続する溝を形
成するのに充分に近接している。これらの孔は、図８を
引用して説明されているように、溝として同一様相で閉
鎖されている。図３に例示されている開口部２９は、共
に係属中の出願におけるような連続する溝の代わりに、
紙平面に対して法線に伸びている一連の孔の一つである
と考えることができる。
れたマイクロ流体素子の製造に使用することができるこ
とから、かなりの柔軟性を有するという利点を有する。
これらの孔は小さい径を有することから、これらは容易
に閉鎖され、またこれらの孔はウエット等方性エッチン
グ後（工程１１、図６）、エッチングされた空洞を重複
させて、孔通路の下に伸びている一つの連続する溝を形
成するのに充分に近接している。これらの孔は、図８を
引用して説明されているように、溝として同一様相で閉
鎖されている。図３に例示されている開口部２９は、共
に係属中の出願におけるような連続する溝の代わりに、
紙平面に対して法線に伸びている一連の孔の一つである
と考えることができる。
【００２５】すなわち、一本の連続する長形の狭い開口
部（工程８、図３）の代わりに、最大の予め定められた
距離により間隔をあけられ、正確に配置されている最小
サイズの一連の孔が形成される。これらの正確に配置さ
れている孔はまた、孔間の予め定められた距離が孔の配
列方向で重複するエッチングを可能にすることから、マ
イクロ溝のウエットエッチングを可能にする（工程１
１、図６）。一連に配列された孔の孔サイズは最小であ
るべきであり、好ましくは約０．８μｍである。孔サイ
ズは、０．３μｍ〜５．０μｍの範囲であることができ
る。孔サイズが小さいほど、閉鎖は容易である。
部（工程８、図３）の代わりに、最大の予め定められた
距離により間隔をあけられ、正確に配置されている最小
サイズの一連の孔が形成される。これらの正確に配置さ
れている孔はまた、孔間の予め定められた距離が孔の配
列方向で重複するエッチングを可能にすることから、マ
イクロ溝のウエットエッチングを可能にする（工程１
１、図６）。一連に配列された孔の孔サイズは最小であ
るべきであり、好ましくは約０．８μｍである。孔サイ
ズは、０．３μｍ〜５．０μｍの範囲であることができ
る。孔サイズが小さいほど、閉鎖は容易である。
【００２６】その下に存在するマイクロ溝の確定に用い
られる一連に配列されている孔の隣接孔間の予め定めら
れた最大距離は、最小であるべきである。この距離は好
ましくは、約２．０μｍであり、０．８μｍ〜１０．０
μｍの範囲であることができる。隣接する孔間の最大距
離を予め定められた数値（これはＰＥＣＶＤ ＳｉＯ 2
の厚さに依存する；工程３）よりも小さく維持すると、
生成するマイクロ溝は最小の波しわしか有しない滑らか
な横壁を有し、また同等の長形の狭い開口部に比較し
て、ＰＥＣＶＤ ＳｉＯ2による閉鎖がはるかに容易で
ある（工程１３、図８）。
られる一連に配列されている孔の隣接孔間の予め定めら
れた最大距離は、最小であるべきである。この距離は好
ましくは、約２．０μｍであり、０．８μｍ〜１０．０
μｍの範囲であることができる。隣接する孔間の最大距
離を予め定められた数値（これはＰＥＣＶＤ ＳｉＯ 2
の厚さに依存する；工程３）よりも小さく維持すると、
生成するマイクロ溝は最小の波しわしか有しない滑らか
な横壁を有し、また同等の長形の狭い開口部に比較し
て、ＰＥＣＶＤ ＳｉＯ2による閉鎖がはるかに容易で
ある（工程１３、図８）。
【００２７】隣接する孔間の予め定められた距離は、例
えば機械フィルターとして使用する場合、二回のウエッ
トエッチングした領域間に残留柱状体が残されるように
意図的に増加することができる。この場合、隣接する孔
間の距離は、ウエットエッチングされるＰＥＣＶＤ Ｓ
ｉＯ2（工程３）の厚さよりも大きくなければならな
い。このウエットエッチングされるＰＥＣＶＤ ＳｉＯ
2（工程３）の厚さは、好ましくは約８．０μｍである
が、１．０〜１００．０μｍの範囲であることができ
る。点線状孔形成手段を用いて得られるマイクロ溝は、
直線状であることができ、又は基板の平面に対して屈曲
した線状であることができる。この場合、点線状孔は屈
曲した線上に位置しており、これにより要求される屈曲
したマイクロ溝の形成が可能にされる。
えば機械フィルターとして使用する場合、二回のウエッ
トエッチングした領域間に残留柱状体が残されるように
意図的に増加することができる。この場合、隣接する孔
間の距離は、ウエットエッチングされるＰＥＣＶＤ Ｓ
ｉＯ2（工程３）の厚さよりも大きくなければならな
い。このウエットエッチングされるＰＥＣＶＤ ＳｉＯ
2（工程３）の厚さは、好ましくは約８．０μｍである
が、１．０〜１００．０μｍの範囲であることができ
る。点線状孔形成手段を用いて得られるマイクロ溝は、
直線状であることができ、又は基板の平面に対して屈曲
した線状であることができる。この場合、点線状孔は屈
曲した線上に位置しており、これにより要求される屈曲
したマイクロ溝の形成が可能にされる。
【００２８】「点線状孔」は、独立した孔のマトリック
スからの「ボールルーム」（ｂａｌｌ−ｒｏｏｍ）の形
成に使用することができる。ボールルームは、異形であ
ることができ、また非常に大きいサイズを包含する種々
のサイズを有することができる。大型ボールルームの場
合、最上層構造体（ＣＲＰＶＤ ＴｉＮ／ＰＥＣＶＤＳ
ｉ3Ｎ4／ＣＲＰＶＤ）の圧縮又は引張機械的応力は、最
低であるべきであり、好ましくは１０００Ｍｐａよりも
低くなければならず、これによりその下に存在するＰＥ
ＣＶＤ ＳｉＯ2のウエットエッチング中における当該
構造体の離層又は亀裂が防止される。
スからの「ボールルーム」（ｂａｌｌ−ｒｏｏｍ）の形
成に使用することができる。ボールルームは、異形であ
ることができ、また非常に大きいサイズを包含する種々
のサイズを有することができる。大型ボールルームの場
合、最上層構造体（ＣＲＰＶＤ ＴｉＮ／ＰＥＣＶＤＳ
ｉ3Ｎ4／ＣＲＰＶＤ）の圧縮又は引張機械的応力は、最
低であるべきであり、好ましくは１０００Ｍｐａよりも
低くなければならず、これによりその下に存在するＰＥ
ＣＶＤ ＳｉＯ2のウエットエッチング中における当該
構造体の離層又は亀裂が防止される。
【００２９】図１０は、点線状孔形成手段で得られたマ
イクロ溝の走査電子顕微鏡写真、ＳＥＭ、であり、横断
面を示している。この写真はＳＥＭを単に目的とするも
のである。この場合、工程９は、開口部の横方向エッチ
ングに対して保護するために行われたのではなかった。
図１１は、点線状孔形成手段で得られたマイクロ溝の走
査電子顕微鏡写真、ＳＥＭ、を示している。空洞３４
は、対応する孔４０の下に明確に見出すことができる。
各孔に付随する空洞は重複して、マイクロ溝を形成して
いる。図１２は、点線状孔形成手段で得られた一連の独
立型マイクロ溝の走査電子顕微鏡写真、ＳＥＭであり、
横断面を示している。図１３は、点線状孔形成手段で得
られた一連の独立型マイクロ溝の走査電子顕微鏡写真、
ＳＥＭ平面図を示している。
イクロ溝の走査電子顕微鏡写真、ＳＥＭ、であり、横断
面を示している。この写真はＳＥＭを単に目的とするも
のである。この場合、工程９は、開口部の横方向エッチ
ングに対して保護するために行われたのではなかった。
図１１は、点線状孔形成手段で得られたマイクロ溝の走
査電子顕微鏡写真、ＳＥＭ、を示している。空洞３４
は、対応する孔４０の下に明確に見出すことができる。
各孔に付随する空洞は重複して、マイクロ溝を形成して
いる。図１２は、点線状孔形成手段で得られた一連の独
立型マイクロ溝の走査電子顕微鏡写真、ＳＥＭであり、
横断面を示している。図１３は、点線状孔形成手段で得
られた一連の独立型マイクロ溝の走査電子顕微鏡写真、
ＳＥＭ平面図を示している。
【００３０】図１４は、独立した孔のマトリックスから
得られた大型の「ボールルーム」の走査電子顕微鏡写
真、ＳＥＭ平面図を示している。この表面層は、その下
に存在する構造を露出させるために機械的に取り除かれ
ている。例示されている構造体はＳＥＭを単に目的にす
るものであり、実際のデバイスを代表するものではな
い。図１５は、点線状孔形成手段を用いるＴ型マイクロ
溝を形成するための点線状孔の配置を示している。孔４
０が敷設され、図８に示されている製作品でＴの字型に
形成されている。引き続いて等方性ウエットエッチング
が行われると（図３）、エッチングされた空洞は重複
し、Ｔ−型溝４２を形成する。これは、図８を引用して
説明されているように、単一の空洞と同様な方法で閉鎖
されている。
得られた大型の「ボールルーム」の走査電子顕微鏡写
真、ＳＥＭ平面図を示している。この表面層は、その下
に存在する構造を露出させるために機械的に取り除かれ
ている。例示されている構造体はＳＥＭを単に目的にす
るものであり、実際のデバイスを代表するものではな
い。図１５は、点線状孔形成手段を用いるＴ型マイクロ
溝を形成するための点線状孔の配置を示している。孔４
０が敷設され、図８に示されている製作品でＴの字型に
形成されている。引き続いて等方性ウエットエッチング
が行われると（図３）、エッチングされた空洞は重複
し、Ｔ−型溝４２を形成する。これは、図８を引用して
説明されているように、単一の空洞と同様な方法で閉鎖
されている。
【００３１】図１６は、交差配置されている孔４０によ
る溝交差点の形成を示している。この原則は図１５の場
合と同一である。ウエット等方性エッチング後、エッチ
ングされた空洞は重複して、マイクロ溝４６を形成す
る。これらは次いで、上記と同一方法で閉鎖されてる。
図１７は、角度をつけたマイクロ溝分割（スプリッタ
ー、ｓｐｌｉｔｔｅｒ）４８の形成を例示しており、図
１８は、散開／収束型マイクロ溝５０の形成を例示して
おり、また図１９は、フィルター５２の形成を例示して
いる。後者の場合、孔４０はエッチング後、フィルター
を形成する空洞５２のパターンをもたらすパターンで分
布する。
る溝交差点の形成を示している。この原則は図１５の場
合と同一である。ウエット等方性エッチング後、エッチ
ングされた空洞は重複して、マイクロ溝４６を形成す
る。これらは次いで、上記と同一方法で閉鎖されてる。
図１７は、角度をつけたマイクロ溝分割（スプリッタ
ー、ｓｐｌｉｔｔｅｒ）４８の形成を例示しており、図
１８は、散開／収束型マイクロ溝５０の形成を例示して
おり、また図１９は、フィルター５２の形成を例示して
いる。後者の場合、孔４０はエッチング後、フィルター
を形成する空洞５２のパターンをもたらすパターンで分
布する。
【００３２】多く上記構造の変異形は、当業者にとって
明白であると見做される。基板は全く能動的デバイスで
はなく、受動的基板として使用される。適当な基板の例
には、シリコン、石英、サファイア、アルミナ、アクリ
ロニトリル−ブタジエン−スチレンコポリマー、ポリカ
ーボネート、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポ
リエチレン、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、
ポリメチルペンテン、ポリプロピレン、ポリスチレン、
ポリスルホン、ポレテトラフルオロエチレン（ＰＴＦ
Ｅ）、ポリウレタン、ポリビニルクロリド（ＰＶＣ）、
ポリビニリデンフロリド（ＰＶＦ）がある。基板は下記
デバイスを包含する種々の型式の低電圧デバイスを包含
することができる：感応性（ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ）Ｎ−
型ＭＯＳ、感応性Ｐ−型ＭＯＳ、高速ＮＰＮ二極（Ｂｉ
ｐｏｌａｒ）、高速ＰＮＰ二極、二極−ＮＭＯＳ、二極
−ＰＭＯＳ又は低信号検出及び／又は高速動作が可能な
いずれかその他の半導体デバイス。
明白であると見做される。基板は全く能動的デバイスで
はなく、受動的基板として使用される。適当な基板の例
には、シリコン、石英、サファイア、アルミナ、アクリ
ロニトリル−ブタジエン−スチレンコポリマー、ポリカ
ーボネート、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポ
リエチレン、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、
ポリメチルペンテン、ポリプロピレン、ポリスチレン、
ポリスルホン、ポレテトラフルオロエチレン（ＰＴＦ
Ｅ）、ポリウレタン、ポリビニルクロリド（ＰＶＣ）、
ポリビニリデンフロリド（ＰＶＦ）がある。基板は下記
デバイスを包含する種々の型式の低電圧デバイスを包含
することができる：感応性（ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ）Ｎ−
型ＭＯＳ、感応性Ｐ−型ＭＯＳ、高速ＮＰＮ二極（Ｂｉ
ｐｏｌａｒ）、高速ＰＮＰ二極、二極−ＮＭＯＳ、二極
−ＰＭＯＳ又は低信号検出及び／又は高速動作が可能な
いずれかその他の半導体デバイス。
【００３３】基板は下記デバイスを包含する種々の型式
の高電圧デバイスを包含することができる：Ｎ−型二重
拡散ドレイン（Ｄｏｕｂｌｅ Ｄｉｆｆｕｓｅｄ Ｄｒ
ａｉｎ）ＭＯＳ、Ｐ−型二重拡散ドレインＭＯＳ、Ｎ−
型拡張ドレイン（ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ｄｒａｉｎ）ＭＯ
Ｓ、Ｐ−型拡張ドレインＭＯＳ、二極ＮＰＮ、二極ＰＮ
Ｐ、二極−ＮＭＯＳ、二極−ＰＭＯＳ、二極−ＣＯＭＳ
−ＤＭＯＳ（ＢＣＤ）、トレンチ（Ｔｒｅｎｃｈ）ＭＯ
Ｓ又は１０〜２０００ボルトの範囲の電圧で高電圧動作
することができるいずれかその他の半導体デバイス。
の高電圧デバイスを包含することができる：Ｎ−型二重
拡散ドレイン（Ｄｏｕｂｌｅ Ｄｉｆｆｕｓｅｄ Ｄｒ
ａｉｎ）ＭＯＳ、Ｐ−型二重拡散ドレインＭＯＳ、Ｎ−
型拡張ドレイン（ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ｄｒａｉｎ）ＭＯ
Ｓ、Ｐ−型拡張ドレインＭＯＳ、二極ＮＰＮ、二極ＰＮ
Ｐ、二極−ＮＭＯＳ、二極−ＰＭＯＳ、二極−ＣＯＭＳ
−ＤＭＯＳ（ＢＣＤ）、トレンチ（Ｔｒｅｎｃｈ）ＭＯ
Ｓ又は１０〜２０００ボルトの範囲の電圧で高電圧動作
することができるいずれかその他の半導体デバイス。
【００３４】基板は、オンチップ光電子機能（ｏｎ−ｃ
ｈｉｐ ｏｐｔｏ−ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｆｕｎｃｔ
ｉｏｎ）、例えばレーザー発射及び光検出が可能である
化合物半導体部分を有することができる。この場合、基
板は：オンチップ光電子機能を備えたシリコン、ＩＩＩ
−Ｖ化合物半導体、ＩＩ−ＩＶ化合物半導体又はＩＩ−
ＩＩＩ−ＩＶ−Ｖ半導体の組合せであることができる。
工程０の低級ポリシリコン又はＡｌ−合金キャパシタ電
極は、別種の導電性層、例えば銅、金、白金、ロジウ
ム、タングステン、モリブデン、シリサイド（Ｓｉｌｉ
ｃｉｄｅ）又はポリサイド（ｐｏｌｙｃｉｄｅ）により
置き換えることができる。
ｈｉｐ ｏｐｔｏ−ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｆｕｎｃｔ
ｉｏｎ）、例えばレーザー発射及び光検出が可能である
化合物半導体部分を有することができる。この場合、基
板は：オンチップ光電子機能を備えたシリコン、ＩＩＩ
−Ｖ化合物半導体、ＩＩ−ＩＶ化合物半導体又はＩＩ−
ＩＩＩ−ＩＶ−Ｖ半導体の組合せであることができる。
工程０の低級ポリシリコン又はＡｌ−合金キャパシタ電
極は、別種の導電性層、例えば銅、金、白金、ロジウ
ム、タングステン、モリブデン、シリサイド（Ｓｉｌｉ
ｃｉｄｅ）又はポリサイド（ｐｏｌｙｃｉｄｅ）により
置き換えることができる。
【００３５】工程１で確定される低級Ｓｉ3Ｎ4層は、工
程１１のウエットエッチングの選択性が、このＳｉ3Ｎ4
層の下に位置する電極の過度のエッチングを防止するた
めに貧弱であるか、又は良好である場合には、厚くする
か、又はさらに薄くすることができ、あるいは流体が、
このＳｉ3Ｎ4層の下に位置する電極と物理的に接触しな
ければならない場合、単純に省略することもできる。工
程２で確定される犠牲ＴｉＮ層は、工程１１のウエット
エッチングの選択性が、この犠牲ＴｉＮ層の下に位置す
る材料の過度のエッチングを防止するために貧弱である
か、良好であるか、又は単に充分に良好である場合に
は、さらに厚くするか、さらに薄くするか、又は単純に
省略することができ、あるいはマイクロ溝の内側に存在
する流体が、このＴｉＮ層の下に位置する電極と物理的
に接触していなければならない場合、単純に省略するこ
とができる。
程１１のウエットエッチングの選択性が、このＳｉ3Ｎ4
層の下に位置する電極の過度のエッチングを防止するた
めに貧弱であるか、又は良好である場合には、厚くする
か、又はさらに薄くすることができ、あるいは流体が、
このＳｉ3Ｎ4層の下に位置する電極と物理的に接触しな
ければならない場合、単純に省略することもできる。工
程２で確定される犠牲ＴｉＮ層は、工程１１のウエット
エッチングの選択性が、この犠牲ＴｉＮ層の下に位置す
る材料の過度のエッチングを防止するために貧弱である
か、良好であるか、又は単に充分に良好である場合に
は、さらに厚くするか、さらに薄くするか、又は単純に
省略することができ、あるいはマイクロ溝の内側に存在
する流体が、このＴｉＮ層の下に位置する電極と物理的
に接触していなければならない場合、単純に省略するこ
とができる。
【００３６】工程３で確定されるマイクロ溝のＳｉＯ2
材料は、マイクロ溝の必要サイズに応じて、１０．０μ
ｍよりも厚くするか、又は薄くすることができる。工程
３で確定されるマイクロ溝のＳｉＯ2材料は、堆積ポリ
マー薄膜／厚膜（プラズマ−重合又はその他のポリマー
薄膜／厚膜堆積技術を用いる）、例えばアクリロニトリ
ル−ブタジエン−スチレンコポリマー、ポリカーボネー
ト、ボリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリエチレ
ン、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリメチ
ルペンテン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリスル
ホン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリ
ウレタン、ポリビニルクロリド（ＰＶＣ）、ポリビニリ
デンフロリド（ＰＶＦ）により置き換えることができ
る。この場合、別の層に対して選択的である適当な等方
性ウエットエッチングを用いることによって、ポリマー
薄膜／厚膜中にマイクロ溝が確定される。同一のポリマ
ー薄膜／厚膜堆積技術を使用し、マイクロ溝全体にわた
る開口部の閉鎖を確保することができる。低金属化温度
を使用して、ポリマー膜の熱分解を防止しなければなら
ないこともある。
材料は、マイクロ溝の必要サイズに応じて、１０．０μ
ｍよりも厚くするか、又は薄くすることができる。工程
３で確定されるマイクロ溝のＳｉＯ2材料は、堆積ポリ
マー薄膜／厚膜（プラズマ−重合又はその他のポリマー
薄膜／厚膜堆積技術を用いる）、例えばアクリロニトリ
ル−ブタジエン−スチレンコポリマー、ポリカーボネー
ト、ボリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリエチレ
ン、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリメチ
ルペンテン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリスル
ホン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリ
ウレタン、ポリビニルクロリド（ＰＶＣ）、ポリビニリ
デンフロリド（ＰＶＦ）により置き換えることができ
る。この場合、別の層に対して選択的である適当な等方
性ウエットエッチングを用いることによって、ポリマー
薄膜／厚膜中にマイクロ溝が確定される。同一のポリマ
ー薄膜／厚膜堆積技術を使用し、マイクロ溝全体にわた
る開口部の閉鎖を確保することができる。低金属化温度
を使用して、ポリマー膜の熱分解を防止しなければなら
ないこともある。
【００３７】工程３で確定されるマイクロ溝のＳｉＯ2
材料は、スパンオン（ｓｐｕｎ−ｏｎ）ポリイミド層に
より置き換えることができる。この場合、別の層に対し
て選択的である等方性ウエットエッチングを使用し、ポ
リイミド膜中のマイクロ溝の形成を可能にしなければな
らない。同一のポリマー薄膜／厚膜堆積技術を使用し、
マイクロ溝全体にわたる開口部の閉鎖を確保することが
できる。この場合、低金属化温度を使用して、ポリイミ
ド膜の熱分解を防止しなければならない。工程３で確定
されるマイクロ溝のＳｉＯ2材料は、種々の元素、例え
ば水素、ホウ素、炭素、窒素、フッ素、アルミニウム、
リン、塩素又は砒素により混合することができる。
材料は、スパンオン（ｓｐｕｎ−ｏｎ）ポリイミド層に
より置き換えることができる。この場合、別の層に対し
て選択的である等方性ウエットエッチングを使用し、ポ
リイミド膜中のマイクロ溝の形成を可能にしなければな
らない。同一のポリマー薄膜／厚膜堆積技術を使用し、
マイクロ溝全体にわたる開口部の閉鎖を確保することが
できる。この場合、低金属化温度を使用して、ポリイミ
ド膜の熱分解を防止しなければならない。工程３で確定
されるマイクロ溝のＳｉＯ2材料は、種々の元素、例え
ば水素、ホウ素、炭素、窒素、フッ素、アルミニウム、
リン、塩素又は砒素により混合することができる。
【００３８】工程３で確定されるマイクロ溝のＰＥＣＶ
Ｄ ＳｉＯ2材料は、ＰＥＣＶＤ以外に、下記技術を包
含する技術により堆積させることができる；低圧化学蒸
着、ＬＰＣＶＤ、有機金属気相成長法、ＭＯＣＶＤ、電
子サイクロトロン共鳴（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏ
ｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）堆積、ＥＣＲＤ、高周
波スパッタリング（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ
Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）堆積、ＲＦＳＤ。工程４で確定
される犠牲ＴｉＮ層は、工程１１のウエットエッチング
の選択性が、この犠牲ＴｉＮ層の上に位置する材料の過
度のエッチングを防止するために貧弱であるか、良好で
あるか、又は単に充分良好である場合、さらに厚くする
か、さらに薄くするか、又は単に省略することができ
る。
Ｄ ＳｉＯ2材料は、ＰＥＣＶＤ以外に、下記技術を包
含する技術により堆積させることができる；低圧化学蒸
着、ＬＰＣＶＤ、有機金属気相成長法、ＭＯＣＶＤ、電
子サイクロトロン共鳴（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏ
ｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）堆積、ＥＣＲＤ、高周
波スパッタリング（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ
Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）堆積、ＲＦＳＤ。工程４で確定
される犠牲ＴｉＮ層は、工程１１のウエットエッチング
の選択性が、この犠牲ＴｉＮ層の上に位置する材料の過
度のエッチングを防止するために貧弱であるか、良好で
あるか、又は単に充分良好である場合、さらに厚くする
か、さらに薄くするか、又は単に省略することができ
る。
【００３９】工程４、工程６、及び工程９で確定される
犠牲ＴｉＮは、ａ）そり、離層、亀裂又はその他の工程
１１で得られた空中に存在する構造の劣化を防止する機
械的性質、及びｂ）工程１１でマイクロ溝の確定に用い
られる等方性ウエットエッチング溶液に対する優れた選
択性を有する、別種の犠牲層で置き換えることができ
る。工程４、工程６、及び工程９で確定される犠牲ＣＲ
ＯＶＤ ＴｉＮは、下記技術を包含する別の技術により
堆積させることもできる：有機金属気相成長法、ＭＯＣ
ＶＤ、低圧化学蒸着、ＬＰＣＶＤ、プラズマ増速化学蒸
着、ＰＥＣＶＤ、ロングスルー（Ｌｏｎｇ Ｔｈｒｏｕ
ｇｈ）堆積、ＬＴＤ、ホロー陰極堆積、ＨＣＤ、及び高
圧イオン化堆積、ＨＰＩＤ。
犠牲ＴｉＮは、ａ）そり、離層、亀裂又はその他の工程
１１で得られた空中に存在する構造の劣化を防止する機
械的性質、及びｂ）工程１１でマイクロ溝の確定に用い
られる等方性ウエットエッチング溶液に対する優れた選
択性を有する、別種の犠牲層で置き換えることができ
る。工程４、工程６、及び工程９で確定される犠牲ＣＲ
ＯＶＤ ＴｉＮは、下記技術を包含する別の技術により
堆積させることもできる：有機金属気相成長法、ＭＯＣ
ＶＤ、低圧化学蒸着、ＬＰＣＶＤ、プラズマ増速化学蒸
着、ＰＥＣＶＤ、ロングスルー（Ｌｏｎｇ Ｔｈｒｏｕ
ｇｈ）堆積、ＬＴＤ、ホロー陰極堆積、ＨＣＤ、及び高
圧イオン化堆積、ＨＰＩＤ。
【００４０】工程５で確定される上部Ｓｉ3Ｎ4層は、プ
ラステック変形、剥離、亀裂、離層及び工程１１におけ
るその他の問題などの機械的問題が防止されるように、
その機械的性質及び周辺材料の機械的性質に応じて、
０．４０μｍよりも厚くするか、又は薄くすることがで
きる。工程６で確定される犠牲ＴｉＮ層は、工程１１の
ウエットエッチングの選択性が、この犠牲ＴｉＮ層の下
に位置する材料の過度のエッチングを防止するために貧
弱であるか、良好であるか、又は単に充分良好である場
合には、さらに厚くするか、さらに薄くするか、又は単
に省略することができる。工程７において確定される部
分的異方性ＲＩＥは、デバイスにおけるＭＥＭＳ及び非
ＭＥＭＳ領域の確定が不必要である場合、省略すること
ができる。
ラステック変形、剥離、亀裂、離層及び工程１１におけ
るその他の問題などの機械的問題が防止されるように、
その機械的性質及び周辺材料の機械的性質に応じて、
０．４０μｍよりも厚くするか、又は薄くすることがで
きる。工程６で確定される犠牲ＴｉＮ層は、工程１１の
ウエットエッチングの選択性が、この犠牲ＴｉＮ層の下
に位置する材料の過度のエッチングを防止するために貧
弱であるか、良好であるか、又は単に充分良好である場
合には、さらに厚くするか、さらに薄くするか、又は単
に省略することができる。工程７において確定される部
分的異方性ＲＩＥは、デバイスにおけるＭＥＭＳ及び非
ＭＥＭＳ領域の確定が不必要である場合、省略すること
ができる。
【００４１】開口部の垂直側壁上にＣＲＰＶＤ ＴｉＮ
「スペーサー」を付与する工程９及び工程１０において
それぞれ確定されるＣＲＰＶＤ ＴｉＮの堆積及び部分
的ＲＩＥは、工程１１のウエットエッチングの選択性
が、開口部の垂直側壁上にＣＲＰＶＤ ＴｉＮ「スペー
サー」が不必要である場合、省略することができる。工
程９で確定される犠牲ＴｉＮ層は、工程１１のウエット
エッチングの選択性が、この犠牲ＴｉＮ層の後ろに位置
する材料の過度のエッチングを防止するためには貧弱で
あるか、又は良好である場合は、さらに厚くするか、又
はさらに薄くすることができる。
「スペーサー」を付与する工程９及び工程１０において
それぞれ確定されるＣＲＰＶＤ ＴｉＮの堆積及び部分
的ＲＩＥは、工程１１のウエットエッチングの選択性
が、開口部の垂直側壁上にＣＲＰＶＤ ＴｉＮ「スペー
サー」が不必要である場合、省略することができる。工
程９で確定される犠牲ＴｉＮ層は、工程１１のウエット
エッチングの選択性が、この犠牲ＴｉＮ層の後ろに位置
する材料の過度のエッチングを防止するためには貧弱で
あるか、又は良好である場合は、さらに厚くするか、又
はさらに薄くすることができる。
【００４２】工程１１で確定されるＰＥＣＶＤ ＳｉＯ
2のウエット等方性エッチングは、ａ）Ｃ2Ｈ4Ｏ2Ｈ2、
ＮＨ4Ｆ、及びＣＨ3ＣＯＯＨ、又は別法として、ｂ）Ｎ
Ｈ4Ｆ、ＨＦ、及びＨ2Ｏのどちらか以外の液体混合物を
用いて行い、これによりマイクロ溝を適当に確立するこ
とができる。工程１の底部層（又はこのような底部層を
使用しない場合は、底部電極）に対して、及びこのウエ
ットエッチング中に空中に存在することとなる層組合せ
に対して、充分に選択性である場合、ＰＥＣＶＤ Ｓｉ
Ｏ2のいずれか別の異方性ウエットエッチングを使用す
ることもできる。
2のウエット等方性エッチングは、ａ）Ｃ2Ｈ4Ｏ2Ｈ2、
ＮＨ4Ｆ、及びＣＨ3ＣＯＯＨ、又は別法として、ｂ）Ｎ
Ｈ4Ｆ、ＨＦ、及びＨ2Ｏのどちらか以外の液体混合物を
用いて行い、これによりマイクロ溝を適当に確立するこ
とができる。工程１の底部層（又はこのような底部層を
使用しない場合は、底部電極）に対して、及びこのウエ
ットエッチング中に空中に存在することとなる層組合せ
に対して、充分に選択性である場合、ＰＥＣＶＤ Ｓｉ
Ｏ2のいずれか別の異方性ウエットエッチングを使用す
ることもできる。
【００４３】工程１２で確定されるＣＲＰＶＤ ＴｉＮ
の等方性ウエット除去は、犠牲ＣＲＰＶＤ ＴｉＮが手
順の中で使用されない場合、省略することができる。工
程１２で確定されるＣＲＰＶＤ ＴｉＮの等方性ウエッ
ト除去は、この等方性ウエット除去がＰＥＣＶＤ Ｓｉ
Ｏ2に対して、及びこの等方性ウエット除去において接
触するその他の層に対して選択性である場合、ＮＨ4Ｏ
Ｈ、Ｈ2Ｆ2、及びＨ2Ｏ以外の別種の液体混合物を用い
て行うことができる。
の等方性ウエット除去は、犠牲ＣＲＰＶＤ ＴｉＮが手
順の中で使用されない場合、省略することができる。工
程１２で確定されるＣＲＰＶＤ ＴｉＮの等方性ウエッ
ト除去は、この等方性ウエット除去がＰＥＣＶＤ Ｓｉ
Ｏ2に対して、及びこの等方性ウエット除去において接
触するその他の層に対して選択性である場合、ＮＨ4Ｏ
Ｈ、Ｈ2Ｆ2、及びＨ2Ｏ以外の別種の液体混合物を用い
て行うことができる。
【００４４】工程１３において確定されるマイクロ溝の
ＳｉＯ2材料は、充填される開口部の大きさに応じて、
１．４０μｍよりも厚くするか、又は薄くすることがで
きる。工程１３で確定されるマイクロ溝のＳｉＯ2材料
は、堆積ポリマー膜（プラズマ−重合又はその他のポリ
マー薄膜／厚膜堆積技術を用いる）、例えばアクリロニ
トリル−ブタジエン−スチレンコポリマー、ポリカーボ
ネート、ボリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリエ
チレン、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ
メチルペンテン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ
スルホン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、
ポリウレタン、ポリビニルクロリド（ＰＶＣ）、ポリビ
ニリデンフロリド（ＰＶＦ）により置き換えることがで
きる。
ＳｉＯ2材料は、充填される開口部の大きさに応じて、
１．４０μｍよりも厚くするか、又は薄くすることがで
きる。工程１３で確定されるマイクロ溝のＳｉＯ2材料
は、堆積ポリマー膜（プラズマ−重合又はその他のポリ
マー薄膜／厚膜堆積技術を用いる）、例えばアクリロニ
トリル−ブタジエン−スチレンコポリマー、ポリカーボ
ネート、ボリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリエ
チレン、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ
メチルペンテン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ
スルホン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、
ポリウレタン、ポリビニルクロリド（ＰＶＣ）、ポリビ
ニリデンフロリド（ＰＶＦ）により置き換えることがで
きる。
【００４５】工程１３で確定されるマイクロ溝のＳｉＯ
2材料は、種々の元素、例えば水素、ホウ素、炭素、窒
素、フッ素、アルミニウム、リン、塩素又は砒素により
混合することができる。工程１３で確定されるマイクロ
溝のＰＥＣＶＤＳｉＯ2材料は、ＰＥＣＶＤ以外に、下
記技術を包含する別の技術により堆積させることができ
る；低圧化学蒸着、ＬＰＣＶＤ、有機金属気相成長法、
ＭＯＣＶＤ、電子サイクロトロン共鳴堆積、ＥＣＲＤ、
高周波スパッタリング堆積、ＲＦＳＤ。また、滑らかで
継ぎ目のない上部表面が得られるように、スピンオンガ
ラス（Ｓｐｉｎ−ＯｎＧｌａｓｓ）、ＳＯＧなどの充填
技術の使用を組み込むことができる。
2材料は、種々の元素、例えば水素、ホウ素、炭素、窒
素、フッ素、アルミニウム、リン、塩素又は砒素により
混合することができる。工程１３で確定されるマイクロ
溝のＰＥＣＶＤＳｉＯ2材料は、ＰＥＣＶＤ以外に、下
記技術を包含する別の技術により堆積させることができ
る；低圧化学蒸着、ＬＰＣＶＤ、有機金属気相成長法、
ＭＯＣＶＤ、電子サイクロトロン共鳴堆積、ＥＣＲＤ、
高周波スパッタリング堆積、ＲＦＳＤ。また、滑らかで
継ぎ目のない上部表面が得られるように、スピンオンガ
ラス（Ｓｐｉｎ−ＯｎＧｌａｓｓ）、ＳＯＧなどの充填
技術の使用を組み込むことができる。
【００４６】点線状孔形成手段を用いて機械加工される
フルイディックス素子は、Ｔ型マイクロ溝；交差型マイ
クロ溝；分割型マイクロ溝；収束型マイクロ溝；分岐型
マイクロ溝；種々の幅を有するマイクロ溝；フィルタ
ー；に制限されることなく適用することができ、及びま
たマイクロ検出／分析／反応器；マイクロ−光−流体装
置；マイクロ液体送達系；マイクロ液体連絡系；マイク
ロ液体輸送系；マイクロ液体混合装置；マイクロ−バル
ブ／ポンプ系；マイクロ流動／加圧系；マイクロ液体制
御系；マイクロ−加熱／冷却系；マイクロ流体パッケイ
ジ；マイクロインクジェット印刷；チップ上実験デバイ
ス、ＬＯＡＣデバイス；ＭＥＭＳ要求性の閉じられたマ
イクロ溝（ＭＥＭＳ ｒｅｑｕｉｒｉｎｇ ｅｎｃｌｏ
ｓｅｄ ｍｉｃｒｏ−ｃｈａｎｎｅｌｓ）；及びＭＥＭ
Ｓ要求性マイクロ溝；に使用することができる。開示さ
れている新規点線状孔形成手段の重要な利点は、その柔
軟性にある。
フルイディックス素子は、Ｔ型マイクロ溝；交差型マイ
クロ溝；分割型マイクロ溝；収束型マイクロ溝；分岐型
マイクロ溝；種々の幅を有するマイクロ溝；フィルタ
ー；に制限されることなく適用することができ、及びま
たマイクロ検出／分析／反応器；マイクロ−光−流体装
置；マイクロ液体送達系；マイクロ液体連絡系；マイク
ロ液体輸送系；マイクロ液体混合装置；マイクロ−バル
ブ／ポンプ系；マイクロ流動／加圧系；マイクロ液体制
御系；マイクロ−加熱／冷却系；マイクロ流体パッケイ
ジ；マイクロインクジェット印刷；チップ上実験デバイ
ス、ＬＯＡＣデバイス；ＭＥＭＳ要求性の閉じられたマ
イクロ溝（ＭＥＭＳ ｒｅｑｕｉｒｉｎｇ ｅｎｃｌｏ
ｓｅｄ ｍｉｃｒｏ−ｃｈａｎｎｅｌｓ）；及びＭＥＭ
Ｓ要求性マイクロ溝；に使用することができる。開示さ
れている新規点線状孔形成手段の重要な利点は、その柔
軟性にある。
【図１】一連のマイクロ機械加工の６工程まで、及びこ
の工程６を包含するマイクロ流体デバイスの製造におけ
る中間段階を示す。
の工程６を包含するマイクロ流体デバイスの製造におけ
る中間段階を示す。
【図２】一連のマイクロ機械加工の工程７を示す。
【図３】一連のマイクロ機械加工の工程８を示す。
【図４】一連のマイクロ機械加工の工程９を示す。
【図５】一連のマイクロ機械加工の工程１０を示す。
【図６】一連のマイクロ機械加工の工程１１を示す。
【図７】一連のマイクロ機械加工の工程１２を示す。
【図８】一連のマイクロ機械加工の工程１３を示す。
【図９】マイクロ溝のＰＥＣＶＤ ＳｉＯ2による閉鎖
を示す走査電子顕微鏡写真、ＳＥＭ横断面図及び平面図
である。
を示す走査電子顕微鏡写真、ＳＥＭ横断面図及び平面図
である。
【図１０】点線状孔形成手段で得られたマイクロ溝の走
査電子顕微鏡写真、ＳＥＭ、横断面図である。
査電子顕微鏡写真、ＳＥＭ、横断面図である。
【図１１】点線状孔形成手段で得られたマイクロ溝の走
査電子顕微鏡写真、ＳＥＭ平面図である。
査電子顕微鏡写真、ＳＥＭ平面図である。
【図１２】点線状孔形成手段で得られた一連の独立型マ
イクロ溝の走査電子顕微鏡写真、ＳＥＭ横断面図であ
る。
イクロ溝の走査電子顕微鏡写真、ＳＥＭ横断面図であ
る。
【図１３】点線状孔形成手段で得られた一連の独立型マ
イクロ溝の走査電子顕微鏡写真、ＳＥＭ平面図である。
イクロ溝の走査電子顕微鏡写真、ＳＥＭ平面図である。
【図１４】独立した孔のマトリックスから得られた大型
のボールルームの走査電子顕微鏡写真、ＳＥＭ平面図で
ある（この表面層は、その下に存在する特徴を見るため
に機械的に取り除かれている）。
のボールルームの走査電子顕微鏡写真、ＳＥＭ平面図で
ある（この表面層は、その下に存在する特徴を見るため
に機械的に取り除かれている）。
【図１５】点線状孔形成手段を用いるＴ型マイクロ溝の
平面図である。
平面図である。
【図１６】点線状孔形成手段を用いる交差型マイクロ溝
の平面図である。
の平面図である。
【図１７】点線状孔形成手段を用いる角度をつけたマイ
クロ溝分割の平面図である。
クロ溝分割の平面図である。
【図１８】点線状孔形成手段を用いる分岐／収束型マイ
クロ溝の平面図である。
クロ溝の平面図である。
【図１９】点線状孔形成手段を用いるフィルターの例の
平面図である（酸化物が薄ければ薄いほど、孔間の距離
は狭くなり、マイクロフィルターは微細となる）。
平面図である（酸化物が薄ければ薄いほど、孔間の距離
は狭くなり、マイクロフィルターは微細となる）。
１０ 半導体デバイス
１２ 層間絶縁層分離
１４ ポリシリコンレベル
１６，２４ ＰＥＣＶＤ Ｓｉ3Ｎ4層
１８，２２，２６，３０ ＣＲＰＶＤ ＴｉＮ層
２０，３５ ＰＥＣＶＤ ＳｉＯ2層
２８ ＴｉＮ層の底部
２９ 開口部
３２ ＣＲＰＶＤ ＴｉＮスペーサー
３４ 空洞
４０ 孔
４２ Ｔ−型溝
４６ マイクロ溝
４８ マイクロ溝分割
５０ 散開／収束型マイクロ溝
５２ フィルターを形成する空洞
フロントページの続き
(72)発明者 ヘザー タイラー
カナダ国 ケベック、ブロモント、シェマ
ン デ ガスプ 347
Claims (29)
- 【請求項１】 マイクロフルイディックス用途用のマイ
クロ構造体の製造方法であって、 基板上にエッチング可能な材料の層を形成する工程；上
記エッチング可能な材料上に機械的に安定な支持体層を
形成する工程；マスクを介して異方性エッチングを行
い、上記支持体層を通り上記エッチング可能な材料中に
まで伸びている孔パターンを形成する工程、ここでこれ
らの孔は予め定められた距離で相互に分離されている；
上記各孔を通して等方性エッチングを行い、上記各孔の
下の上記エッチング可能な材料中上記支持体層の下に広
がる対応する空洞を形成する工程；及び上記支持体層上
に堆積可能な材料の追加の層を、上記堆積可能な材料の
上記各孔上に張り出している部分が合流し、これにより
上記各孔の下に形成されている空洞が閉鎖されるまで、
形成する工程；を包含する、上記製造方法。 - 【請求項２】 上記孔が、マイクロ溝の計画された通路
に沿うパターンで配置されており、かつ、上記予め定め
られた距離が上記空洞が支持体層の下で重複し、上記マ
イクロ溝が形成されるように選択される、請求項１に記
載の方法。 - 【請求項３】 孔サイズが、０．３μｍ〜５．０μｍの
範囲にある、請求項２に記載の方法。 - 【請求項４】 孔サイズが、約０．８μｍである、請求
項３に記載の方法。 - 【請求項５】 隣接する孔間の距離が、０．８μｍ〜１
０．０μｍの範囲にある、請求項２に記載の方法。 - 【請求項６】 上記隣接する孔間の距離が、約２．０μ
ｍである、請求項１に記載の方法。 - 【請求項７】 上記予め定められた距離を、上記空洞が
重複せず、それらの間に柱状部分が形成されるように選
択する、請求項１に記載の方法。 - 【請求項８】 上記パターンがＴ−形状であり、及び上
記等方性エッチングがＴ−形状マイクロ溝を生じさせ
る、請求項２に記載の方法。 - 【請求項９】 上記パターンが交差形状であり、及び上
記等方性エッチングが交差しているマイクロ溝を生じさ
せる、請求項２に記載の方法。 - 【請求項１０】 上記パターンがＹ−形状であり、及び
上記等方性エッチングがマイクロ溝分割を生じさせる、
請求項２に記載の方法。 - 【請求項１１】 上記孔のパターンが広い部分と狭い部
分とを有する列の形態にあり、及び上記等方性エッチン
グが狭い部分から広い部分まで広くなるマイクロ溝を生
じさせる、請求項２に記載の方法。 - 【請求項１２】 上記エッチング可能な材料層がＳｉＯ
2である、請求項２に記載の方法。 - 【請求項１３】 上記エッチング可能な材料層をＰＥＣ
ＶＤにより堆積させる、請求項１２に記載の方法。 - 【請求項１４】 上記支持体層をＳｉ3Ｎ4から形成す
る、請求項１３に記載の方法。 - 【請求項１５】 犠牲層を上記支持体層の下に堆積す
る、請求項１４に記載の方法。 - 【請求項１６】 犠牲層を上記支持体層の上に堆積す
る、請求項１５に記載の方法。 - 【請求項１７】 上記各犠牲層を、上記マイクロ溝の形
成後、少なくともマイクロ溝の近隣をエッチングするこ
とによって取り除く、請求項１７に記載の方法。 - 【請求項１８】 上記エッチング可能な材料の層を能動
的デバイスを含む基板上に堆積させる、請求項１に記載
の方法。 - 【請求項１９】 上記能動的デバイスがＣＭＯＳデバイ
スである、請求項１８に記載の方法。 - 【請求項２０】 マイクロフルイディックス用途用のマ
イクロ構造体の製造方法であって、 基板上にエッチング可能な材料の層を形成する工程；上
記エッチング可能な材料上に第一犠牲層を形成する工
程；上記第一犠牲層上に機械的に安定な支持体層を形成
する工程；上記支持体層上に第二犠牲層を形成する工
程；マスクを付与する工程；上記マスクを介して異方性
エッチングを行い、上記支持体層を通り上記エッチング
可能な材料中にまで伸びている孔パターンを形成する工
程、ここでこれらの孔は予め定められた距離で相互に分
離されている；上記各孔を通して等方性エッチングを行
い、上記各孔の下の上記エッチング可能な材料中、上記
支持体層の下に広がる対応する空洞を形成する工程；上
記第一及び第二犠牲層をそれぞれ取り除き、上記支持体
層を露出させる工程；及び上記支持体層上に堆積可能な
材料の追加層を、上記堆積可能な材料の上記各孔上に張
り出している部分が合流し、これにより上記各孔の下に
形成されている空洞が閉鎖されるまで、形成する工程；
を包含する、上記製造方法。 - 【請求項２１】 上記孔の形成後であって、上記等方性
エッチングを行う前に、追加の犠牲層を堆積させ、上記
孔用の側壁スペーサーを形成する、請求項２０に記載の
方法。 - 【請求項２２】 上記犠牲層がＴｉＮである、請求項２
１に記載の方法。 - 【請求項２３】 上記ＴｉＮをＣＲＰＶＤによって堆積
させる、請求項２２に記載の方法。 - 【請求項２４】 上記孔が、マイクロ溝の計画された通
路に沿うパターンで整列されており、かつ上記空洞が重
複して、上記マイクロ溝を形成する、請求項２０に記載
の方法。 - 【請求項２５】 上記堆積性材料の追加の層がＳｉＯ2
である、請求項２０に記載の方法。 - 【請求項２６】 上記追加の層をＰＥＣＶＤにより堆積
させる、請求項２５に記載の方法。 - 【請求項２７】 マイクロフルイディックス用途用のマ
イクロ構造体の製造方法であって、 基板上にエッチング可能な材料の層を形成する工程；上
記エッチング可能な材料上に第一犠牲層を形成する工
程；上記第一犠牲層上に機械的に安定な支持体層を形成
する工程；上記機械的に安定な支持体層に孔パターンを
形成する工程；上記各孔を通して等方性エッチングを行
い、上記各孔の下の上記エッチング可能な材料中、上記
支持体層の下に広がる対応する空洞を形成する工程；及
び上記支持体層上に堆積可能な材料の追加の層を、上記
堆積可能な材料の上記各孔上に張り出している部分が合
流し、これにより上記各孔の下に形成されている空洞が
閉鎖されるまで、形成する工程；を包含する、上記製造
方法。 - 【請求項２８】 上記孔のパターンがマイクロ溝の計画
された通路に沿って配置されており、かつ上記空洞が重
複して上記マイクロ溝を形成する、請求項２７に記載の
方法。 - 【請求項２９】 上記堆積可能な材料の追加の層がＰＥ
ＣＶＤにより堆積されたＳｉＯ2である、請求項２８に
記載の方法。
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