JP2018140478A - シリコンチップ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】シリコン基板に設けられた貫通孔11と、この貫通孔を覆うように設けられた窒化シリコン膜21と、この上に設けられた第1酸化シリコン膜22と、前記貫通孔の前記シリコン基板の内面及び前記窒化シリコン膜の前記第1酸化シリコン膜とは反対側に設けられた第2酸化シリコン膜23と、前記第1酸化シリコン膜、前記窒化シリコン膜及び前記第2酸化シリコン膜に設けられた微細孔と、を具備し、前記微細孔は、前記第2酸化シリコン膜側から前記第1酸化シリコン膜側の開口に向かって前記開口側ほど内径が漸大する形状であり、前記微細孔の内周面は、前記窒化シリコン膜の領域の内周面である第1傾斜面31aと、前記第1酸化シリコン膜の領域の内周面である第2傾斜面32aとを含み、前記第2傾斜面の膜厚方向に対して傾斜する傾きが、前記第1傾斜面の傾きより大きい。
【選択図】図1
Description
図1には、本実施形態に係る人工脂質二分子膜を形成するための土台となるシリコンチップ、すなわち、人工脂質二分子膜形成用のシリコンチップの構造を模式的に示す。
図1(a)に示すように、人工脂質二分子膜形成用のシリコンチップ(単にチップともいう)1は、シリコン基板10を具備し、シリコン基板10には、四角錐台形状の貫通孔である貫通孔11が設けられている。シリコン基板10の貫通孔11の小面積の方の第1開口部12が形成された表面には、窒化シリコン(Si3N4)膜21と、窒化シリコン(Si3N4)膜21上に設けられた第1酸化シリコン(SiO2)膜22とが設けられている。
まず、RFスパッタリングで成膜した酸化シリコン膜120をエッチング時間するのに要する時間を計測する。すなわち、ダミー基板を用いて、エッチング液に緩衝フッ化水素酸(BHF)を用いた場合と、例えば、5%フッ化水素酸(HF)を用いた場合のそれぞれについて、エッチング時間を計測する。そして、計測した時間の半分を1割増した時間をエッチング時間とし、基板をBHF、5%HFの順にエッチングすることで、第1微細孔321を形成する。
また、傾斜面311aは開口(図中上方)に近づくほど大きくなる凸曲面で形成される。
ここで、酸化シリコン膜120及び140の等方性エッチングは、5%フッ化水素酸を用いて行うことができる。
図2のプロセスにより工程(h)を実施したものを実施例1のチップとした。微細孔の模式図を図3(a)に示す。
図2のプロセスの(h)の工程の後、酸化シリコン膜120を緩衝フッ化水素酸(BHF)で除去したものを、比較例1のチップとした。微細孔の模式図を図3(b)に示す。
図2のプロセスの(h)の工程を、緩衝フッ化水素酸(BHF)のみを用いて実施して第2酸化シリコン膜23に傾斜が第1傾斜面31aと同程度の微細孔32Aを形成したものを、比較例2のチップとした。微細孔の模式図を図3(c)に示す。
実施例1及び比較例1、2のチップをそれぞれn個用い、以下の手順で人工脂質二分子膜を形成し、膜形成試行回数n回の内、100ギガオーム以上の膜が形成された確率を膜形成確率とした。
実施例1及び比較例1、2のチップをそれぞれについて、試験例1で形成した人工脂質二分子膜について、遠心耐性試験を実施した。
試験例1で人工脂質二分子膜抵抗が100ギガオーム以上の膜が形成できたチップについて、水面を20回上下させる操作を行い、その後の膜抵抗が100ギガオーム以上維持できたものを耐性ありとした。結果は、表1に示す。
試験例1で人工脂質二分子膜抵抗が100ギガオーム以上の人工脂質二分子膜が形成できたチップを、0mVで放置し、30分毎に、膜の両側の水溶液にAg/AgCl電極を介して+100mVと−100mVの電圧を順番に印加し、観測された電流値から人工脂質二分子膜抵抗を上述した通りに算出し、人工脂質二分子膜抵抗が100ギガオームを維持していた時間を膜寿命とした。結果は、表1に示す。
10 シリコン基板
11 貫通孔
12 第1開口部
13 第2開口部
21 窒化シリコン膜
22 第1酸化シリコン膜
23 第2酸化シリコン膜
30、31、32、33 微細孔
30a 内周面
31a 第1傾斜面
32a 第2傾斜面
31b、32b エッジ部
Claims (8)
- シリコン基板に設けられた貫通孔と、この貫通孔を覆うように設けられた窒化シリコン(Si3N4)膜と、この上に設けられた第1酸化シリコン(SiO2)膜と、前記貫通孔の前記シリコン基板の内周面及び前記窒化シリコン膜の前記第1酸化シリコン膜とは反対側に設けられた第2酸化シリコン膜と、前記第1酸化シリコン膜、前記窒化シリコン膜及び前記第2酸化シリコン膜に設けられた微細孔と、を具備し、前記微細孔は、前記第2酸化シリコン膜側から前記第1酸化シリコン膜側の開口に向かって前記開口側ほど内径が漸大する形状であり、前記微細孔の内周面は、前記窒化シリコン膜の領域の内周面である第1傾斜面と、前記第1酸化シリコン膜の領域の内周面である第2傾斜面とを含み、前記第2傾斜面の膜厚方向に対して傾斜する傾きが、前記第1傾斜面の傾きより大きいことを特徴とするシリコンチップ。
- 前記第1傾斜面は、傾斜の傾きが前記開口に近づくほど大きくなる凸曲面で形成され、前記第2傾斜面は、傾斜の傾きが前記開口に近づくほど小さくなる凹曲面で形成されていることを特徴とする請求項1記載のシリコンチップ。
- 前記微細孔の内周面には、前記窒化シリコン膜の領域も含めて酸化シリコン膜で覆われていることを特徴とする請求項1又は2記載のシリコンチップ。
- 前記貫通孔の内周面には、低誘電率絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項記載のシリコンチップ。
- 前記低誘電率絶縁膜は、アモルファスフッ素樹脂膜からなることを特徴とする請求項4記載のシリコンチップ。
- シリコン基板上に窒化シリコン膜を設け、この上に第1酸化シリコン膜を設ける第1膜形成工程と、
前記シリコン基板の前記窒化シリコン膜を設けた側とは反対側から、前記窒化シリコン膜まで貫通する貫通孔をウェットエッチングにより形成する貫通孔形成工程と、
前記貫通孔内に気相法により酸化シリコン膜を積層して第2酸化シリコン膜を形成する第2膜形成工程と、
前記貫通孔に対向する領域の前記第1酸化シリコン膜に緩衝フッ化水素酸及びフッ化水素酸を用いてウェットエッチングすることにより第1微細孔を形成する第1エッチング工程と、
前記第1微細孔に対向する領域の前記窒化シリコン膜に前記第1微細孔を介してリン酸を用いてウェットエッチングにより前記第1微細孔より大きな第2微細孔を形成する第2エッチング工程と、
前記第1酸化シリコン膜の前記第1微細孔の周囲及び前記第2微細孔に対向する前記第2シリコン膜をフッ化水素酸を用いてウェットエッチングすることにより、第3微細孔及び第4微細孔を形成し、前記第2微細孔、前記第3微細孔及び前記第4微細孔からなり、前記第2酸化シリコン膜側から前記第1酸化シリコン膜側の開口に向かって前記開口側ほど内径が漸大する形状であり、前記微細孔の内周面は、前記窒化シリコン膜の領域の内周面である第1傾斜面と、前記第1酸化シリコン膜の領域の内周面である第2傾斜面とを含み、前記第2傾斜面の膜厚方向に対して傾斜する傾きが、前記第1傾斜面の傾きより大きい微細孔を形成する第3エッチング工程と
を具備することを特徴とするシリコンチップの製造方法。 - 前記第3エッチング工程の後、
ウェット酸化工程と、
前記第2酸化シリコン膜上に低誘電率材料を塗布し、前記第4微細孔に対応する領域をドライエッチングすることにより第5微細孔を有する低誘電率絶縁膜を形成する低誘電率絶縁膜形成工程と
を具備することを特徴とする請求項6記載のシリコンチップの製造方法。 - 前記低誘電率絶縁膜形成工程の後、
前記微細孔の内周面に酸化シリコン膜を気相法により設ける第3膜形成工程を具備することを特徴とする請求項7記載のシリコンチップの製造方法。
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