JP2003326498A

JP2003326498A - 半導体デバイス及びその製造方法

Info

Publication number: JP2003326498A
Application number: JP2002129821A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Shimoji; 規之下地; Masaki Takaoka; 将樹高岡
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2002-05-01
Filing date: 2002-05-01
Publication date: 2003-11-18

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体基板の裏面から表面側に貫通孔を形成
し、基板表面の所望の位置に所望の大きさの開口を形成
する。【解決手段】半導体基板１にエッチングストッパとし
て機能するガイド２を形成する。ガイド２に幅Ｗ２の開
口２０１を形成しておく。開口２０１は、貫通孔３の形
成に用いるマスクの開口に対向しており、その幅Ｗ２は
マスクの開口幅Ｗ４よりも狭い。基板裏面１ｂから表面
１ａに向かってエッチングを行う途中で、エッチングの
進行方向がガイド２に形成された開口２０１により制御
されるので、基板表面１ａの開口１０１の幅Ｗ１及び位
置のずれを抑制することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイス、
なかでもマイクロマシン用半導体デバイス及びその製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、シリコンなどの半導体材料を
利用したマイクロマシン技術が提供されている。このマ
イクロマシン技術を用いたデバイスとしては、各種セン
サ、マイクロアクチュエータ、マイクロポンプやバルブ
などの流体制御デバイスが挙げられる。このようなデバ
イスでは、一般的には、半導体基板の表面に絶縁膜や金
属パターンを用いて立体的な構造物が形成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図６は、マイクロポン
プの構造及びその動作原理を示す説明図である。同図
（ａ）は吐出モードのマイクロポンプを示す説明図、同
図（ｂ）は吐出モードのマイクロポンプを示す説明図、
同図（ｃ）はマイクロポンプのバルブ、入口及び出口の
平面図、同図（ｄ）はバルブの拡大図である。マイクロ
ポンプは、仕切板６２が形成された耐熱ガラス板６１
と、バルブ７２ａ，７２ｂ及び貫通孔７３ａ，７３ｂ，
７３ｃ，７３ｄ（貫通孔７３）が形成されたシリコン基
板７１と、耐熱ガラス板６１と反対側のシリコン基板面
に接合された耐熱ガラス板８１とから形成される。耐熱
ガラス板６１の仕切板６２上には、仕切板６２を振動さ
せるためのピエゾアクチュエータ６３が取り付けられて
いる。バルブ７２ａ，７２ｂは、液路となる貫通孔７３
を有するシリコン基板７１上に、液路をふさぐような形
状のポリシリコンでできた円盤状の弁と、片側を基板に
固定され前記弁を支える４本の腕とから形成される（図
６（ｃ）、（ｄ）参照）。

【０００４】このような構造のマイクロポンプは、ピエ
ゾアクチュエータ６３に電圧を印加することにより動作
する。電圧を印加されたピエゾアクチュエータ６３は、
仕切板６２を押し下げる。これにより圧力室６６内の圧
力が高まり、入口６４側のバルブ７２ａが閉じ、出口６
５側のバルブ７２ｂが開いてそこから液が吐出される
（図６（ａ）参照）。電圧が切られると、仕切板６２が
元に戻ろうとする。これにより圧力室６６内の圧力が下
がり、出口６５側のバルブ７２ｂが閉じ、入口６４側の
バルブ７２ａが開いて新しい液が圧力室６６に吸入され
る（図６（ｂ）参照）。

【０００５】ところで、このようなマイクロポンプの製
造工程では、バルブ７２ａ，７２ｂをシリコン基板７１
に形成した後、バルブ７２と精密に位置があうように貫
通孔７３ｂ、７３ｄを形成する。また、耐熱ガラス板６
１に形成される液の入口６４や出口６５と精密に位置が
あうように、貫通孔７３ａ、７３ｃを形成する。貫通孔
７３は、シリコン基板７１の両面にマスクを形成してお
き、シリコン基板７１を表面及び裏面から異方性エッチ
ングすることにより形成される。

【０００６】しかし、シリコンなど半導体基板の厚さ
は、例えば６インチ用ウェハの基板であれば約６２５μ
ｍであり、エッチングする深さが深い。そのため、形成
される貫通孔が半導体基板の表面や裏面に貫通するまで
にエッチングの進行方向がずれ、表面の狙った位置に貫
通孔を到達させることが難しい。その原因としては例え
ば以下のことが考えられる。

【０００７】１）貫通孔が貫通すべき表面の位置と、裏
面におけるエッチングの開始位置とのアライメントを画
像処理により行うが、画像処理のずれによりアライメン
トの精度を得ることが難しい。２）半導体基板中に存在する格子欠陥のためにエッチン
グの進行方向にずれが生じ、表面の開口位置が狙ってい
た位置からずれてしまう。

【０００８】３）エッチングは温度や湿度によるエッチ
ングスピードの変動が大きく、バッチ処理などを行った
場合、ウェハ間やウェハ面内でのエッチング速度、サイ
ドエッチング量のばらつきを抑えることが難しい。その
ため、貫通孔を形成するにあたり、半導体基板の表面に
おける開口部の位置及び大きさにマージンを持たせた設
計にせざるを得ず、半導体デバイスが大きくなり、製造
コストが上昇してしまう。具体的には、６インチ用シリ
コン基板を用いて基板表面に幅２０μｍ程度の貫通孔を
形成したい場合でも、製作段階では１００μｍ程度の開
口用スペースを見込んでいる。

【０００９】本発明の課題は、半導体基板の一面に、他
方の面から精度良く貫通孔を形成することにある。本発
明の別の課題は、半導体基板の一面に必要十分な大きさ
の開口を有する貫通孔を他方の面から形成することによ
り、高密度の半導体デバイスを製造及び提供することに
ある。

【００１０】本発明のさらに別の課題は、ウェハや製造
プロセスに関わらず貫通孔を安定して形成することによ
り、安定した品質の半導体デバイスを製造することにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】発明１に係る半導体デバ
イスは、第１貫通孔が形成された半導体基板と、面状の
第１ガイドと、を有している。第１ガイドは、前記半導
体基板の面方向に沿って前記半導体基板内部に形成さ
れ、第１開口を有し、前記第１貫通孔の一部を構成して
いる。また前記第１ガイドの第１開口の幅は、前記第１
貫通孔の第１面における開口幅よりも小さく、前記第１
貫通孔の第２面における開口幅よりも大きく形成されて
いる。

【００１２】このような構造の半導体デバイスは、所望
の位置に所望の大きさの開口が基板表面に形成されてい
るため、開口の位置や大きさがずれる場合のマージンを
考慮する必要がなく、他の素子を高密度に集積すること
ができ、半導体チップの小型化、低コスト化を図ること
ができる。基板表面の開口の形状は、帯状、矩形、円上
など特に限定されない。

【００１３】発明２に係る半導体デバイスは、発明１の
半導体デバイスにおいて、前記第１ガイドが前記半導体
基板に比してエッチングレートの遅い材料で形成されて
いる。このように形成された第１ガイドを用いれば、第
１貫通孔をエッチングする工程において、第１ガイドの
第１開口からエッチングが進行する。したがって、第１
ガイドの膜厚を厚くしなくても貫通孔形成の際にエッチ
ングストッパとして機能する。そのため、シリコン基板
表面上の開口の位置や大きさが目的に添った半導体デバ
イスを作成しやすい利点がある。例えば、シリコン基板
を用いるのであれば、ＳｉＯ２やボロンなどの不純物の
拡散層で第１ガイドを形成することが挙げられる。Ｓｉ
Ｏ２からなる第１ガイドは、アルカリ性エッチングにお
いてシリコンの約１０００倍の選択比を有するため、エ
ッチングストッパとして好適である。

【００１４】発明３に係る半導体デバイスは、発明１ま
たは２の半導体デバイスにおいて、第１貫通孔を形成す
る前記半導体基板の内壁は、前記半導体基板の特定方位
の面である。例えばシリコン基板であれば、異方性エッ
チングにより貫通孔の内壁に（１１１）面を出すことが
できる。このような貫通孔は、安定なので好ましい。

【００１５】発明４に係る半導体デバイスは、発明１〜
３のいずれかの半導体デバイスにおいて、面状の第２ガ
イドをさらに有している。この第２ガイドは、前記半導
体基板の面方向に沿って前記第１ガイドと前記第２面と
の間に形成され、第２開口を有し、前記第１貫通孔の一
部を構成している。前記第２開口の幅は、前記第１開口
の幅よりも小さく、かつ前記第１貫通孔の第２面におけ
る開口幅よりも大きく形成されている。

【００１６】貫通孔を形成するプロセスで形成途中の貫
通孔が第１ガイド及び第２ガイドにより複数回に渡って
誘導されるので、ガイドが１つの場合に比してより正確
な位置に正確なサイズの開口が半導体基板上に形成され
ている。発明５に係る半導体デバイス製造方法は、ガイ
ド形成ステップと、貫通孔形成ステップと、を含んでい
る。ガイド形成ステップでは、半導体基板内部に、前記
半導体よりもエッチングレートの遅い材料で、前記基板
の面方向に沿った、かつ第１開口を有する面状のガイド
を形成する。貫通孔形成ステップでは、前記第１面側か
ら前記半導体基板をエッチングすることにより、前記半
導体基板の第１面から第２面に向かうほど幅が小さくな
る貫通孔を形成する。

【００１７】形成途中の貫通孔の位置やサイズのずれを
第１ガイドで修正するので、貫通孔により半導体表面に
形成される開口の位置及び大きさを、目的にあったもの
にすることができる。貫通孔により半導体表面に形成さ
れる開口の形状は、マスク及び第１ガイドの第１開口の
形状により適宜設計可能であり、帯状、ストライプ状、
円状、矩形状、多孔状などに形成可能である。

【００１８】発明６に係る半導体デバイスの製造方法
は、発明５の製造方法において、前記ガイド形成ステッ
プが以下のサブステップを含んでいる。・前記半導体基板の第２面上であって前記ガイドに形成
される前記第１開口に対応する位置に、レジストを形成
するサブステップ。・前記レジストを介して前記半導体基板表面に酸素イオ
ンを打ち込み、アニールすることにより、前記第１開口
を有する酸化膜を前記半導体基板内部に形成するサブス
テップ。

【００１９】例えばシリコン基板であれば、酸化膜とし
てＳｉＯ２を形成することにより、シリコンに比してエ
ッチングレートの遅いガイドを形成することができる。
発明７に係る半導体デバイスの製造方法は、発明５の製
造方法において、前記ガイド形成ステップが以下のサブ
ステップを含んでいる。・半導体基板の表面であって前記ガイドに形成される前
記第１開口に対応する位置に、レジストを形成するサブ
ステップ。・前記レジストを介して前記半導体基板の表面に不純物
を高濃度に注入し、拡散させることにより、前記半導体
基板の表面に高濃度不純物拡散層を形成するサブステッ
プ。・前記高濃度不純物拡散層上に半導体のエピタキシャル
層を形成することにより、前記第１開口を有する高濃度
不純物拡散層が内部に形成された前記半導体基板を得る
サブステップ。

【００２０】この方法を用いれば、エピタキシャル層の
表面に各種素子や機能部を作成することができ、半導体
チップの品質を安定させる上で好ましい。

【００２１】

【発明の実施の形態】＜第１実施形態例＞図１に本発明
の第１実施形態に係る半導体デバイスの基本構造を示
す。この半導体デバイスは、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰな
どの半導体基板１と面状のガイド２とを有し、半導体基
板１を貫通する貫通孔３が形成されている。

【００２２】半導体基板１の表面１ａには、デバイスの
種類に応じ、各種の機能部が形成されている場合があ
る。半導体基板１の表面１ａ及び裏面１ｂには、貫通孔
３によりそれぞれ開口１０１及び開口１０２が形成され
ている。開口１０１，１０２の平面形状は、半導体基板
１の表面１ａ上に形成する機能部や貫通孔３の機能によ
り異なり、帯状、円状、矩形状など特に限定されない。

【００２３】面状のガイド２は、半導体基板１の内部
に、基板の面方向に沿って形成されている。ガイド２
は、例えばボロン（Ｂ）、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、
アンチモン（Ｓｂ）、などの不純物拡散層や、Ｓｉ基板
１に酸素イオンを打ち込んだ後に熱処理して得られるＳ
ｉＯ２層などで形成される。この他にも、ガイド２の材
料は、半導体基板１よりもエッチングの選択比が高い材
料であれば特に限定されず、貫通孔３の形成に用いるエ
ッチャントに適した材料を用いればよい。ガイド２の厚
さは、貫通孔３の形成に用いるエッチャントによって異
なるが、エッチングのストッパーとして機能しうる厚さ
である。

【００２４】ガイド２には、幅Ｗ２の開口２０１が形成
されている。この開口２０１は、半導体基板１の両面の
開口１０１，１０２に対向する位置に設けられている。
開口２０１の平面形状は、半導体基板表面１ａに形成さ
れる開口１０１に従って形成され、帯状、円状、矩形状
などである。この開口２０１の幅Ｗ２は、貫通孔３によ
り基板裏面１ｂの開口１０２の幅Ｗ４よりも狭く（Ｗ４
＞Ｗ２）、基板表面１ａの開口１０１の幅Ｗ１よりも広
い（Ｗ２＞Ｗ１）。また、開口幅Ｗ２は、貫通孔３を形
成する半導体基板１の内壁と裏面１ｂの延長線とがなす
角θとガイド２の基板表面１ａからの深さＤとに依存す
る。例えば深さＤが大きい場合よりも小さい場合の方が
開口幅Ｗ２は狭く形成される。また角θが大きい場合よ
り小さい場合の方が開口幅Ｗ２は広く形成される。

【００２５】貫通孔３は、基板裏面１ｂから表面１ａに
向かうほどその幅を狭くしながら、半導体基板１を貫通
している。貫通孔３を形成する半導体基板１の内壁は、
例えばシリコンの（１１１）面とすることができる。た
だしどの方位の面が出ているか、言い換えれば貫通孔３
の内壁と基板裏面１ｂの延長線とがなす角θは、貫通孔
３の形成に用いるエッチャントに依存する。なお、（１
００）面のＳｉ基板の場合であって特定の方位の面が貫
通孔３に出ている場合には、貫通孔３の平面形状、すな
わち開口１０１，１０２及び開口２０１の形状は帯状ま
たは矩形状である。

【００２６】次に図２を参照し、図１に示す半導体デバ
イスの製造方法について説明する。ここでは、一例とし
てシリコン基板を用いた製造方法について説明する。ま
ずシリコン基板１の表面上にレジスト膜５を形成し、Ｓ
ＩＭＯＸ(Separation by IM planted OXygen)の手法を
用いて酸素イオンを打ち込む（同図（Ａ））。レジスト
膜５の形状は、ガイド２に形成しようとする開口２０１
と対応する形状である。酸素イオンを打ち込む深さＤ
は、シリコン基板１の表面に素子を形成するための厚み
を考慮して決定される。通常、深さＤが数μｍ〜１０μ
ｍあれば、素子形成には十分である。次いで高温でアニ
ールし、レジスト膜５を除去することにより、ＳｉＯ２
からなり、レジスト膜５と同様の形状の開口２０１を有
するガイド２を形成する（同図（Ｂ））。ガイド２の厚
さは、貫通孔３の形成に用いるエッチャントによっても
異なるが、エッチングにより貫通孔３を形成する処理に
おいてガイド２がストッパとして機能しうる厚さに形成
する。エッチングレートが遅ければガイド２は薄くても
良く、逆にエッチングレートが早ければガイド２をより
厚く形成する。６インチ用シリコン基板のエッチャント
としてＴＭＡＨを用いる場合、ガイド２の厚さは概ね
０．５μｍが適当である。同様にして、シリコン基板１
の裏面１ｂにパターニングされたＳｉＯ２膜を形成す
る。パターニングされたＳｉＯ２膜は、形成しようとす
る貫通孔３の基板裏面１ｂ上の開口１０２と対応する開
口を有している。

【００２７】その後、ＳｉＯ２層をマスク４として、シ
リコン基板１の裏面側からアルカリ性エッチングまたは
酸性エッチングを行う（同図（Ｃ））。アルカリ性エッ
チングであれば、例えばエッチャントとしてＴＭＡＨ
(テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド)２２％
溶液を用い、８０℃でエッチングを行う。エッチャント
は、ＫＯＨなど他のアルカリ性エッチャントでも、また
酸性エッチャントでも良く、半導体の電気的特性を損な
わないエッチャントであれば特に限定されない。貫通孔
３内面にシリコンの特定の方位面を出したい場合にはＴ
ＭＡＨなどを用いて異方性エッチングを行い、シリコン
（１１１）面などで貫通孔３の内壁を構成する。一般的
には、最密面であり安定している（１１１）面を出すこ
とが好ましい。なおエッチャントの濃度が低すぎると、
貫通孔３の内壁がエッチピットで覆われてエッチングが
進まなくなり、貫通孔３を形成しにくくなる傾向があ
る。

【００２８】エッチングにより基板表面１ａに開口する
貫通孔３を形成した後、マスク４を除去することによ
り、半導体デバイスが得られる（同図（Ｄ））。エッチ
ングにより基板裏面１ｂから表面１ａに向かって貫通孔
３が形成されていくプロセスにおいて、エッチングの進
行方向がガイド２により制限されるので、ガイド２がな
い場合に比して基板表面１ａに形成される開口１０１の
幅Ｗ１及び位置のずれを抑制することができる。

【００２９】このようにして得られた半導体デバイス
は、貫通孔３の基板表面１ａの開口幅Ｗ１が小さく、ま
た所望の位置に形成されている。具体的には、６インチ
用のシリコン基板であれば、シリコン基板表面上に約２
０μｍやそれ以下の開口幅を持つ帯状の貫通孔３を形成
することができる。そのため、開口１０１の大きさのず
れや位置のずれのためのマージンを小さくでき、本デバ
イスを用いた半導体チップの小型化、高密度化を促進す
ることができる。また、ウェハやエッチングプロセス毎
に基板表面１ａの開口１０１の大きさや位置がずれるこ
とを防ぎ、歩留まりを向上させ、本デバイスを用いた半
導体チップの低コスト化を図ることができる。

【００３０】＜その他の実施形態例＞（Ａ）図３は、図２に示す製造方法において、ガイド２
の形成方法が異なる実施形態例である。図２と同様に、
シリコン基板を用いた半導体デバイスを例にとって説明
する。まず、シリコン基板１’の表面にレジスト膜５を
形成し、レジスト膜５を介してボロン、砒素、リンなど
のイオンをシリコン基板の表面に高濃度に注入する（同
図（Ａ））。次いで注入したイオンを拡散させ、ガイド
２となる高濃度拡散層をシリコン基板１’表面に形成す
る（同図（Ｂ））。レジスト膜５を除去し、高濃度拡散
層２上にシリコンをエピタキシャル成長させ、Ｓｉエピ
タキシャル層６を形成する（同図（Ｃ））。またシリコ
ン基板１’の裏面に、イオン注入及び拡散により開口を
有する拡散層を形成する。その後、拡散層からなるマス
ク４を介してシリコン基板１を裏面からエッチングし
（同図（Ｄ））、貫通孔３を有する半導体デバイスを得
る（同図（Ｅ））。

【００３１】この方法において、アルカリ性エッチャン
トに対してボロンの拡散層をガイド２に用いる場合、ボ
ロンの濃度を適切に制御する必要がある。ＴＭＡＨを用
いた場合のボロンの拡散層のシリコンに対するエッチン
グ選択比は、ボロンの濃度が１０¹⁹／ｃｍ³以上で１０
０程度であり、前述のＳｉＯ２の選択比が約１０００で
あるのに対して低いことが知られている。従って、少な
くとも高濃度拡散層であるガイド２のボロン濃度が１０
¹⁹／ｃｍ³以上になるように、ボロンを注入することが
好ましい。

【００３２】また、ガイド２上に形成するＳｉエピタキ
シャル層６の厚さは、ガイド２からシリコン基板１の表
面に貫通孔３が到達する間に、ガイド２がストッパとし
て機能するように設定される。ただし、前述したよう
に、エピタキシャル層６に素子を作りこむための厚さ数
μｍ〜１０μｍは必要である。この方法は、エピタキシ
ャル層６上に素子を作成することができ、前記図２に示
した製造方法に比してコストが低い利点がある。ただ
し、ガイド２に用いる材料によっては、エッチングレー
トが十分遅いとは言えないので、ガイド２の不純物濃度
に注意を要する。

【００３３】（Ｂ）半導体基板１内の異なる深さに複数
のガイド２ａ、２ｂ・・・を設けても良い。図４（Ａ）
は、開口２０１ａ、２０１ｂをそれぞれ有する面状のガ
イド２ａ、２ｂを基板表面方向に沿って設けた半導体デ
バイスである。ここで最も基板表面側の開口２０１ａ
は、開口２０１ｂ及び基板表面１ａの開口１０１と対向
している。また、最も基板裏面側の開口２０１ｂは、開
口２０１ａ及び基板裏面１ｂの開口１０２と対向してい
る。ガイドの開口２０１ａ、２０１ｂの開口幅Ｗ２、Ｗ
３及び基板両面の開口１０１，１０２の開口幅Ｗ１，Ｗ
４は、半導体基板の裏面１ｂから表面１ａに向けて狭く
なるように形成されている（Ｗ４＞Ｗ３＞Ｗ２＞Ｗ
１）。エッチングによる貫通孔３の形成プロセスにおい
て、エッチングの進行方向を多段階に渡りガイドするこ
とで、貫通孔３、すなわち開口１０１の幅や位置を一層
精度良く制御することができる。また、基板表面上の開
口１０１の幅Ｗ１をさらに小さく形成したり、その位置
を一層精度良くコントロールすることも期待できる。と
りわけ、半導体基板１が厚い場合や、半導体基板の表面
に微細な開口を形成したい場合に好ましいと考えられ
る。

【００３４】（Ｃ）貫通孔３の形成方法は、図２や図３
に示した異方性エッチングに限定されない。異方性エッ
チングを行わない場合、貫通孔３の内壁に特定の方位面
が出ないので、図４（Ｂ）に模式的に例示する多重アー
チ状の貫通孔３を有する半導体デバイスが形成される。
この場合であっても、貫通孔３の開口幅は、半導体基板
の裏面１ｂから表面１ａに向かって狭くなるように形成
されている。また、基板裏面１ｂの開口幅Ｗ４と、ガイ
ド２の開口幅Ｗ２と、基板表面１ａの開口幅Ｗ１とは、
Ｗ４＞Ｗ２＞Ｗ１の関係を有している。貫通孔３を形成
するためのマスクパターン及びガイド２の開口２０１の
形状を円状に形成し、等方性エッチングを行うことによ
り、平面形状が円状の貫通孔３を形成することができ
る。すなわち、半導体デバイスの表面１ａに円状の開口
１０１を形成することができる。

【００３５】（Ｄ）図４（Ｃ）は、複数の貫通孔３ａ，
３ｂが形成されている半導体デバイスを示す。基板表面
１ａには複数の開口１０１ａ、１０１ｂが形成され、基
板裏面１ｂには複数の開口１０２ａ、１０２ｂが形成さ
れている。ガイド２に複数の開口２０１ａ、２０１ｂを
形成し、基板裏面側の開口１０２ａ、１０２ｂに対応す
るエッチング用マスクを形成してエッチングを行うこと
により、複数の開口１０１ａ、１０１ｂが基板表面１ａ
に形成される。

【００３６】

【実施例】［マイクロポンプ］図５に、第１実施形態に
よる基本構造をマイクロポンプに適用した場合の実施例
を示す。図５（ａ）〜（ｆ）はマイクロポンプの要部の
製造工程を示し、同図（ｆ）はマイクロポンプの要部の
構成を示している。同図（ｆ）に示すように、マイクロ
ポンプは、バルブ２２ａ，２２ｂが形成されたシリコン
基板２１と、シリコン基板２１の両面に接合された耐熱
ガラス板１１及び耐熱ガラス板３１とを含む。

【００３７】耐熱ガラス板１１には、仕切板１２、液の
入口１３及び液の出口１４が形成されている。仕切板１
２は、シリコン基板２１表面との間に圧力室１５を形成
している。この仕切板１２上には、仕切板１２を振動さ
せるためのピエゾアクチュエータが取り付けられ（図示
せず）、圧力室１５内の圧力を変化させる。シリコン基
板２１には、貫通孔２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ
（貫通孔２３）が形成されている。このうち、貫通孔２
３ｂ及び２３ｄには、バルブ２２ａ及び２２ｂ（バルブ
２２）がそれぞれ取り付けられている。また、貫通孔２
３ａ及び２３ｄは、耐熱ガラス板１１に形成された入口
１３及び出口１４の位置にそれぞれ合うように開口し、
入口１４から吸入された液が貫通孔２３ａ、２３ｂ、２
３ｃ及び２３ｄを順次通って出口１５から吐出されるよ
うになっている。他の２つの貫通孔２３ｂ及び２３ｃ
は、仕切板１２とシリコン基板２１表面との間の圧力室
１５内に開口を有している。シリコン基板２１の裏面
は、耐熱ガラス板３１との間に液路２４を形成し、これ
により貫通孔２３ａが貫通孔２３ｂと、貫通孔２３ｃが
貫通孔２３ｄと、それぞれ連通するようになっている。

【００３８】次に図５（ａ）〜（ｆ）を参照し、同図５
（ｆ）に示すマイクロポンプの製造方法について説明す
る。図５（ａ）及び（ｂ）は、耐熱ガラス板１１に仕切
板１２、入口１３及び出口１４を形成するプロセスを示
している。まずエッチングマスク、例えばＣｒ−Ｃｕを
耐熱ガラス板１１の両面に真空蒸着し、両面フォトエッ
チングによりレジスト１６を形成する（同図（ａ）参
照）。このエッチングマスク及びレジスト１６は、仕切
板１２、入口１３、出口１４及び圧力室１５に対応して
いる。次いで、例えば５０％ＨＦ液を用いて裏面の圧力
室１５部分を形成し、続いて圧力室１５部分をワックス
などで覆って表面をエッチングすることにより仕切板１
２を形成する。この仕切板１２をさらにワックスで覆
い、さらにエッチングして入口１３及び出口１４に相当
する貫通孔を形成する。その後レジストとエッチングマ
スクとを除去する（同図（ｂ）参照）。

【００３９】図５（ｃ）〜（ｅ）は、シリコン基板２１
にバルブ２２及び貫通孔２３を形成するプロセスを示し
ている。まず、前述の方法で、例えば（１００）シリコ
ン基板２１に、不純物拡散層からなるガイド１１０を形
成する（同図（ｃ））。液の中には強アルカリ性を有す
るものもあるので、不純物としてボロンを用いる場合に
は、ガイド１１０のボロン濃度を８×１０¹⁹／ｃｍ³以
上とすることが好ましい。また、シリコン基板２１の裏
面に液路２４に対応するエッチングマスクを例えばＳｉ
Ｏ２で形成し、異方性エッチングにより液路２４を形成
する（同図（ｃ）参照）。

【００４０】次いで、ＣＶＤとフォトレジストをマスク
にしたプラズマエッチングとにより、バルブ２２ａ、２
２ｂをシリコン基板２１の表面に形成する。シリコン基
板２１の両面を例えばＳｉ３Ｎ４やＳｉＯ２で保護し、
シリコン基板２１を裏面及び表面から異方性エッチング
することにより、シリコン基板２１を貫通する貫通孔２
３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄを形成する（同図（ｄ）
参照）。このうち、貫通孔２３ａ、２３ｃは、基板表面
から裏面に向かって幅が狭くなるように、シリコン表面
から形成される。また他の２つの貫通孔２３ｂ、２３ｄ
は、基板裏面から表面に向かって幅が狭くなるようにシ
リコン裏面から形成される。貫通孔２３の開口は、６イ
ンチ用シリコン基板であれば基板表面上の開口幅を約２
０μｍやそれ以下とすることができる。

【００４１】その後、Ｓｉ３Ｎ４などのエッチングマス
クを除去し（同図（ｅ）参照）、耐熱ガラス板１１，３
１とシリコン基板２１とを陽極接合により接合し、同図
（ｆ）に示すマイクロポンプを得る。接合条件は、例え
ば温度約４００℃であり、耐熱ガラス板側に負の電圧約
５００Ｖを印加する。このようなマイクロポンプにおい
ては、貫通孔２３を形成する段階で、開口を有するガイ
ド１１０がエッチングの進行方向を制御するので、貫通
孔２３の基板表面における開口幅や開口位置のずれを抑
制することができる。従って、バルブ２２や圧力室１
５、液路２４、入口１３、出口１４など各種素子や機能
部をシリコン表面上に高密度に形成することができる。

【００４２】ここではマイクロポンプを例に挙げたが、
他にマイクロバルブやフローセンサなど様々なマイクロ
マシンに本発明を適用可能である。

【００４３】

【発明の効果】本発明を用いれば、半導体基板中にエッ
チングストッパとして機能するガイドを形成しているの
で、半導体基板の一方の面上に、目的の位置に目的の大
きさの開口を有する貫通孔を他方の面から形成すること
ができる。また貫通孔の開口位置及び大きさをコントロ
ールできるので、高密度の半導体デバイスを歩留まり良
く安定して作成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態による半導体デバイスの
断面構成図。

【図２】前記半導体デバイスの製造プロセスを示す図。

【図３】前記半導体デバイスの別の製造プロセスを示す
図。

【図４】本発明の別の実施形態による半導体デバイスの
断面構成図。（Ａ）複数のガイドを有する半導体デバイス。（Ｂ）アーチ状の貫通孔を有する半導体デバイス。

【図５】前記半導体デバイスをマイクロポンプに適用し
た場合の概略断面構成図。（ａ）耐熱ガラス板１１の形成プロセス（１）。（ｂ）耐熱ガラス板１１の形成プロセス（２）。（ｃ）シリコン基板の形成プロセス（１）。（ｄ）シリコン基板の形成プロセス（２）。（ｅ）シリコン基板の形成プロセス（３）。（ｆ）シリコン基板の形成プロセス（４）。

【図６】従来のマイクロポンプの構成及び動作説明図。（ａ）吐出モードのマイクロポンプ。（ｂ）吐出モードのマイクロポンプ。（ｃ）マイクロポンプのバルブ、入口及び出口の平面
図。

【符号の説明】

１：半導体基板２：ガイド３：貫通孔４：マスク１１、３１：耐熱ガラス板１２：仕切板１３：入口１４：出口１５：圧力室２１：シリコン基板（半導体基板）２２ａ，ｂ：バルブ２３ａ，ｂ，ｃ，ｄ：貫通孔２４：液路１１０：ガイド

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１貫通孔が形成された半導体基板と、前記半導体基板の面方向に沿って前記半導体基板内部に
形成され、第１開口を有し、前記第１貫通孔の一部を構
成している面状の第１ガイドと、を有し、前記第１貫通孔は、前記半導体基板の第１面から第２面
に向かうほどその幅が小さくなるように形成されてお
り、前記第１ガイドの第１開口の幅は、前記第１貫通孔の第
１面における開口幅よりも小さく、前記第１貫通孔の第
２面における開口幅よりも大きく形成されている、半導体デバイス。
【請求項２】前記第１ガイドは、前記半導体基板に比し
てエッチングレートの遅い材料で形成されている、請求
項１に記載の半導体デバイス。
【請求項３】前記第１貫通孔を形成する前記半導体基板
の内壁は、前記半導体基板の特定方位の面である、請求
項１または２に記載の半導体デバイス。
【請求項４】前記半導体基板の面方向に沿って前記第１
ガイドと前記第２面との間に形成され、第２開口を有
し、前記第１貫通孔の一部を構成している面状の第２ガ
イドをさらに有し、前記第２開口の幅は、前記第１開口の幅よりも小さく、
かつ前記第１貫通孔の第２面における開口幅よりも大き
く形成されている、請求項１から３のいずれかに記載の半導体デバイス。
【請求項５】半導体基板内部に、前記半導体よりもエッ
チングレートの遅い材料で、前記基板の面方向に沿っ
た、かつ第１開口を有する面状のガイドを形成するガイ
ド形成ステップと、前記第１面側から前記半導体基板をエッチングすること
により、前記半導体基板の第１面から第２面に向かうほ
ど幅が小さくなる貫通孔を形成する貫通孔形成ステップ
と、を含む、半導体デバイス製造方法。
【請求項６】前記ガイド形成ステップは、前記半導体基板の第２面上であって前記ガイドに形成さ
れる前記第１開口に対応する位置に、レジストを形成す
るサブステップと、前記レジストを介して前記半導体基板表面に酸素イオン
を打ち込み、アニールすることにより、前記第１開口を
有する酸化膜を前記半導体基板内部に形成するサブステ
ップと、を含む、請求項５に記載の半導体デバイス製造方法。
【請求項７】前記ガイド形成ステップは、半導体基板の表面であって前記ガイドに形成される前記
第１開口に対応する位置に、レジストを形成するサブス
テップと、前記レジストを介して前記半導体基板の表面に不純物を
高濃度に注入し、拡散させることにより、前記半導体基
板の表面に高濃度不純物拡散層を形成するサブステップ
と、前記高濃度不純物拡散層上に半導体のエピタキシャル層
を形成することにより、前記第１開口を有する高濃度不
純物拡散層が内部に形成された前記半導体基板を得るサ
ブステップと、を含む、請求項５に記載の半導体デバイスの製造方法。