JPH03199051A - ウェーハ内に開口部を形成する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野〉 本発明は、ウェーハの一部を部分的にエツチングし、こ
のウェーハの他の部分を完全にエツチングすることによ
ってシリコン・ウェーハのサーマル・インク・ジェット
・プリントヘッドを加工する方法に関する。さらに詳し
くは、本発明は、腐蝕性のマスク材料を使用してシリコ
ン・ウェーへの一部に部分的に異方性のエツチングを行
う方法に関する０部分的エツチングの深さは、マスク材
料の腐蝕速度またはマスク材料の厚さのいずれかによっ
て制御され、その結果、ウェーハの残りの部分のエツチ
ングの終了した時点で所望の部分的エツチングの深さを
得ることができる。

〈従来技術〉 サーマル・インク・ジェット印刷は、要求によって小滴
を滴下するタイプのインク・ジェット・システムであり
、通常は抵抗ヒータであるサーマル・エネルギー・ジェ
ネレータに電気パルスを選択的に与えることによって、
要求に応じてインクの小滴を放出するものであり、この
ジェネレータはチャンネル・オリフィスすなわちノズル
から所定距離だけ上流にある毛管を充填した並列インク
・チャンネル内に位置する。ノズルと反対側のチャンネ
ルの端部は、小型のインク貯槽と連通し、このインク貯
槽には大型の外部インク供給装置が接続されている。プ
リントヘッドは、通常その上にヒータの位置するヒータ
・プレートとチャンネル・ル−トを有し、このチャンネ
ル・プレート内にはチャンネルが形成され、これはイン
クをインク供給装置からレジスタ（ｒｅｓ　ｉ　５ｔｏ
ｒ）に供給してノズルから吐出させるインク経路として
機能する。

サーマル・インク・ジェット・プリントヘッドは、チャ
ンネル・プレートにチャンネルを形成する場合、方向に
よって決まるエツチングの性質を利用する。シリコンで
あることが望ましいウェーハは、ｒｌｏＯＪ面とシリコ
ンの場合１００面に対して５４．７°の角度の内部ｒｌ
ｌｌＪ面に実質的に存在するその主要面を有している。

１００面に対して横方向すなわち平行に作用するよりも
より以上に１００面に対して直角に作用する異方性エツ
チング液を使用することによって、開口部はシリコン・
ウェーハ内に形成される。従って、エツチング液は１１
１面ではあまり作用せず、これによって逆ピラミッド型
の開口部をウェーハに残す、この開口部の位置は、エツ
チングを行うウェーハの表面にエツチング・マスクを載
置し、次にこれを介してエツチング液が１００面を腐蝕
するマスク材料にバイアを開口することによって決定さ
れる。もし終わりまでエツチングを行えば（すなわち、
露出した１００面が全て除去されれば）、この開口部の
深さは、−船釣にバイアのサイズとウェーハの厚さの関
数である１例えば、もしエツチング・マスクＭのバイア
の開口部Ｖが、厚さが２０ミルのシリコン・ウェーへの
反対側Ｃ８に丁度届く貫通孔Ｈを形成するように設計さ
れていれば（第６Ｂ図参照）、これは、実際には厚さが
２０ミルのウェーハＷ２に幅１．４ミルの開口部Ｏを形
成しく第６Ａ図）、厚さが２１ミルのウェーハＷ３には
全く開口部を形成しない（第６Ｃ図参照〉。

バイアの開口部Ｖのサイズを小さくすると、またキャビ
ティの深さにも影響を及ぼすが、その理由は、バイアの
サイズによって腐蝕を受ける１００面の面積が決まるか
らである。

特に、深さは下記の公式によって定義される。

すなわち、開口部の深さは、最小のバイアの開口部寸法
と５４．７％の正接との積の１／２に等しいくシリコン
・ウェーハの場合〉。

この技術によって、小さな許容寸法誤差でシリコン・ウ
ェーハに構造的パターンをエツチングすることが可能に
なる。パターンは、貫通孔の技術（例えば、ウェーハに
貫通孔を作る第６Ａ図および第６Ｂ図〉、９字型溝の終
了部（例えば、所定の深さのＶ字型溝の凹部を作る第６
Ｃ図および第６Ｄ図）、またはこれ等の両者の組み合わ
せによって形成される。しかし、時には、ウェーハ内で
同時に終了する深さの異なった大きなエツチング領域を
作ることが有用であり、上述の技術はこのニーズを容易
に満足することはできない０例えば、もし２０ミルのシ
リコン・ウェーハが深さ約４６ないし４７ミクロン、幅
約６５ミクロンの貫通開口部とＶ字型溝のチャンネルを
有するようにパターン化されれば、エツチング液（例え
ば、９５℃で３０％のＫＯＨ）がこの貫通孔を形成する
には約４時間を要するが、この９字型溝を形成するには
実質的により短い時間しかかからない、エツチング動作
のステップが１回の場合、貫通開口部が完成するまでウ
ェーハはエツチング液内に止どまり、したがってＶ字型
溝のエツチングが終了した後でも、このＶ字型溝は引き
続いてエツチング液にさらされる。ウェーハがエツチン
グ液に残る時間が長いほど、エツチング液が腐蝕するこ
とのできる結晶欠陥をＶ字型溝内に見出だす可能性が高
くなり、したがって所望の６５ミクロンのチャンネル幅
に影響を及ぼす。

本発明の目的は、１回のエツチングのステップでウェー
ハ内に深さの異なる開口部をエツチングする方法を提供
することによって上述の欠点を解消することであり、そ
の結果、ウェーハ内の開口部は保母同時に所望のエツチ
ング深さを達成し、これによってより浅い開口部がエツ
チング液にさらされる時間の長さを削減する。

この目的とその他の目的および利点は本発明の方法によ
って達成され、この方法は、腐蝕可能なマスク材料を使
用してウェーハの一部を部分的に異方的にエツチングす
る０部分的エツチングの深さは、マスク材料の腐蝕速度
および（または）マスク材料の厚さのいずれかを制御す
ることによって制御され、その結果、ウェーハの残りの
部分のエツチングが終了するのと同時に所望の部分エツ
チングの深さが得られる。

（実施例） 下記の図面を参照して本発明を説明するが、ここで同一
の参照番号は同一の部品を示す。

本発明はシリコン・ウェーハについて説明するが、本発
明は方向によって決まるエツチングを行うことのできる
いずれの種類のウェーハまたは基板に対しても適用する
ことができる０本発明は、またウェーハ内にテラス（す
なわち、傾斜した側壁を有するウェーハの開口部）を設
けることについて説明するが、本発明はＶ字型溝または
貫通孔を有するいずれのエツチングされた開口部にも適
用することができる。さらに、本発明は、１９８９年２
月２日に出願された米国特許出願番号第０７／３０５，
０４１号および米国特許番号第ＲＥ３２，５２７号に開
示され、この開示が参考としてここに含まれているプリ
ントヘッドの組み立てに関連して説明するが、本発明は
、深さの変化する開口部を有するウェーハを使用したい
ずれの種類のプリントヘッドにも適用することができる
。

本発明は、テラス１２、Ｖ字型溝１４、および貫通孔１
６を形成する工程を示す第１図ないし第４図を参照して
、説明する。第１図では、腐蝕性の第１マスク層１８が
テラス１２の所望の位置に載置されているが、これは、
この第１マスク層１８をウェーハ１０の上部表面を覆う
ように載置し、次に腐蝕可能マスク材料をパターン化し
て所望の位置にこの腐蝕性の第１マスク層１８を残すこ
とによって行われることが望ましい０次に非腐蝕性の第
２マスク層２２をウェーハ１０上の載置してウェーハ１
０と腐蝕性の第１マス、り層１８を覆う４次に、この非
腐蝕性の第２マスク材料をパターン化して所望のバイア
を形成し、このバイアの少なくとも１つは第１マスク層
１８を露出させる。第１図では、非腐蝕性の第２マスク
層２２が３つのバイアを有するようにパターン化される
。すなわち、これらのバイアは、テラス１２用の第１バ
イア１２Ｖ、Ｖ字型溝１４用の第２バイア、および貫通
孔１６用の第３バイア１６Ｖである。留意するべきこと
は、非腐蝕性の第２マスク層２２は、腐蝕性の第１マス
ク層１８の端部と若干型なる可能性があることである。

さらに、留意するべきことは、非腐蝕性の第２マスク層
２２を載置してから、腐蝕性の第１マスク層１８を載置
してもよいことである。

次に、ウェーハ１０をエツチング液に浸漬する。エツチ
ングは１回のステップの工程であることが望ましく、こ
こでウェーハは最も深い開口部（例えば、貫通孔１６）
を形成するのに十分な所定の時間だけエツチング液に浸
漬される。２０ミルの厚さのウェーハに貫通孔をエツチ
ングするには、この所定の時間は、９５℃で３０％のＫ
ＯＨを使用した場合、約４時間である。この所定時間は
、エツチング液の種類、エツチング液の温度およびエツ
チング液の濃度によって変化する。

第２図は、所定の時間より短い、例えば、４時間の工程
の場合に１〜２時間経過したくエツチング液の種類、温
度および濃度にもよるが〉エツチング工程を示す、ウェ
ーハはＶ字型溝１４および貫通孔１６用の第２および第
３バイア１４Ｖ、１６Ｖでそれぞれエツチングを終了し
ているが、第１バイア１２Ｖを通ってこのウェーハはま
だ腐蝕されていない、何故ならば、エツチング液はまだ
腐蝕性の第１マスク層１８を通ってエツチングを行って
いないからである。しかし、第２図は、腐蝕性の第１マ
スク層１８の厚さがこの第１マスク層１８の腐蝕によっ
て薄くなっていることを示している。

第３図は、もう少し時間の経過した、例えば、４時間の
工程の場合に約３時間経過した（エツチング液の種類、
温度および濃度にもよるが〉エツチング工程を示す、第
３図では、Ｖ字型溝１４のエツチングは終了しているが
、貫通孔１６のエツチングは継続している。たとえＶ字
型溝１４のエツチングが終了しても（上で論じた公式に
よる深さまで）、このＶ字型溝１４は、残りのエツチン
グ工程の期間中引き続いてエツチング液にさらされるく
すなわち、エツチング液の種類、温度および濃度によっ
て、約１時間の間〉、このように引き続いてさらされる
ことによって、エツチング液が腐蝕する可能性のあるＶ
字型溝内の結晶欠陥がこのエツチング液によって表面化
される危険性が増し、従って、Ｖ字型溝の所望の幅に影
響が及ぶ、第３図は、またエツチング液によって第１マ
スク層１８のエツチングが終了し、このエツチング液は
ウェーハを腐蝕してテラス１２を形成することができる
ことを示す、しかし、ウェーハをエツチングすることに
よるテラスの形成は、腐蝕性のマスク層１８の存在によ
って、約３時間遅れている。従って、テラスのエツチン
グは貫通孔１６のエツチングを完了するのに必要な長さ
のみ継続されるため、このテラス１２はエツチング液に
過剰にさらされることがない。

第４図は、エツチング液の工程の完了したウェーハ、例
えば、所定の４時間が終了したウェーハを示し、この時
点でウェーハはエツチング液に対する露出から除去され
る。第４図では、エツチング液は完全にウェーハを通過
してウェーハを行って、貫通孔１６を形成している。し
かし、テラス１２の深さと幅は制限されているが、その
理由は、テラスがエツチング液にさらされる時間はより
短くなって、エツチング液がテラスの結晶欠陥を表面化
する危険を小さくしているからである。留意するべきこ
とは、もしテラスがエツチング液にさらされたままだと
すると、テラス１２のエツチングはなお継続していたこ
とになる。

従って、エツチング液にさらす時間を制御することによ
って、テラスの深さを制御することができる。しかし、
本発明によって、必要以上に長くテラスをエツチング液
にさらすことなく、一方では貫通孔の完了を待ちながら
、１回のエツチング作業でテラス１２、Ｖ字型溝１４お
よび貫通孔１６の所望の深さを得ることが可能になる。

第１図ないし第４図の概念は、Ｖ字型溝１４にもまた適
用することが可能である。すなわち、■字型溝１４をエ
ツチングする前に先ずエツチング液が第１マスク層を腐
蝕しなければならないように、第１マスク層１８をバイ
ア１４Ｖ上に載置することができる。従って、Ｖ字型溝
のエツチングを終了するタイミングを貫通孔のエツチン
グの終了とほぼ同じになるように制御することがで、そ
の結果、Ｖ字型溝１４は貫通孔のエツチングに必要な時
間ずっとエツチング液にさらされないですむ。

従って、本発明は、ウェーハに対して部分的にエツチン
グを行ったシリコン・ウェーハ上の大きな領域を作ると
同時に、ウェーハの他の部分をエツチングによって完全
に貫通する方法を提供する０部分的にエツチングによっ
て孔を設けるこ領域にシリコン・エツチング液の中で遅
い速度で腐蝕する材料のマスクを使用することによって
、これを達成することができる。テラス構造の深さは、
マスクの腐蝕速度、マスク材料の厚さ、または両者の組
み合わせと併せてバイアのサイズ（上で論じた公式）に
よって制御することができる。

二酸化シリコンは腐蝕可能なマスクの最も適した例であ
り、３０％ＫＯＨ’Ｃの場合、熱酸化物で約１．ｃｚｍ
／時間、ＬＯＴＯＸ、４％ＰＳＧで８．４μｍ／時間の
エツチング速度を有する。非常に深いテラスの場合、Ｌ
ＯＴＯＸのマスク材料が適しているが、テラスが浅い場
合には、熱酸化物が適している。ＥＤＰがエツチング液
である場合にエツチング停止層として多量の不純物を添
加した層を利用するＯＤＥ構造の場合、窒化マスク層を
使用することができるが、その理由は、窒化物は６０μ
ｍ／時間の速度でエツチングを行い、窒化物の非常に薄
い層は非常に有効なエツチング抵抗層として知られてい
るからである。

本発明は、エツチングを行ったチャンネル、プレート３
１　（１９８９年２月３日に出願された米国特許出願第
０７／３０５．０４１号に開示され、その開示がここに
参考として含まれているが、第５図に概略的に示すダイ
ス線１３のような〉を有するサーマル・インク・ジェッ
ト・プリントヘッドに適用することができる。このチャ
ンネル・プレート３１は他のものと共に、複数のエツチ
ングで貫通された供給孔２４、端部供給孔２４に隣接す
る浅いＶ字型溝の貯槽４２、および複数のインク・チャ
ンネル凹部２０を有する。チャンネル凹部２０の一端は
ダイス線１３に沿ってさいの目に切断されてノズルを形
成し、他端は供給孔２４とＶ字型溝の貯槽４２に連通す
る。第５図は、貫通孔２４のエツチング完了前のチャン
ネル・プレート３１を示し、これは１１１面の側壁２４
Ｓと１００面の床すなわち底部２４Ｂを有する。

チャンネル凹部２０の最適なチャンネル凹部のサイズは
通常深さが４６ないし４７ミクロン、直径が約６５ミク
ロンである。１回のエツチング動作の場合、チャンネル
凹部２０のエツチングは供給孔２４のエツチングの終了
時間の十分前に終了する。従って、チャンネル凹部２０
は供給孔のエツチングを待っている間にエツチング液に
さらされ、エツチング液が腐蝕することのできる凹部２
０内の結晶欠陥をエツチング液が表面化させる危険が大
きくなり、その結果、凹部の幅が潜在的に変化する。こ
の潜在的な欠点をなくすため、第１図ないし第４図を参
照して説明したのと同じ方法で、腐蝕性の第１マスク層
１８をチャンネル凹部２０の位置に載置してパターン化
し、次に非腐蝕性の第２マスク層２２を載置してパター
ン化して腐蝕性の第１マスク層と供給孔２４と浅い凹部
４２用のバイアを露出させることができる。腐蝕性のマ
スク材料、バイアのサイズ、およびエツチング液の露出
時間にもよるが、腐蝕可能マスク層の腐蝕速度および（
！！たは）Ｋ蝕可能マスク層の厚さを制御することによ
って、チャンネル凹部の深さを制御することができる。

さらに、腐蝕速度および（または）腐蝕可能マスク層の
厚さを制御することによって、チャンネル凹部２０のエ
ツチング終了時間を制御することができ、その結果、供
給孔２４のエツチング完了時点で、所望のチャンネル深
さを得ることができる。第５図は、第３図に相当する時
点でのチャンネル・プレート３１のエツチングを示し、
ここでＶ字型溝４２のエツチングは終了し、供給孔２４
のエツチングは継続し、エツチング液が腐蝕性のマスク
層を陥去しているのでチャンネル凹部２０のエツチング
が始まったばかりである。

好適な実施例を参照して本発明を説明したが、これらの
実施例は図示を意図するするものであって、限定を意図
するものではない。

添付の特許請求の範囲で規定する本発明の精神と範囲か
ら逸脱することなく、種々の変更と変形が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は、本発明によるエツチング工程の
種々のステップにおけるシリコン・ウェーハの概略側面
図である。 第５図は、エツチング工程完了前のチャンネル・プレー
トの拡大概略図である。 第６Ａ図ないし第６Ｄ図は、エツチングを行ったシリコ
ン・ウェーハの概略側面図である。 １８・・・腐蝕性の第１マスク層 ２２・・・非腐蝕性の第２マスク層 １０・・・シリコン・ウェーハ １２・・・テラス １４・・・Ｖ字型溝 １６・・・貫通孔

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ウェーハ内に開口部を形成する方法において、上記
   の方法は： 上記のウェーハ上に表面に腐蝕性の第１マスクを載置す
   るステップ； 上記の腐蝕性の第１マスクをパターン化して上記の開口
   部の所望の位置に腐蝕性の第１マスク層を形成するステ
   ップ； 上記の腐蝕性のマスク層の上に第２マスク層を設けるス
   テップ； 上記の第２マスク層をパターン化して上記の腐蝕性の第
   １マスク層を露出させるステップ；および 上記の腐蝕性の第１マスク層を介して上記のウェーハ内
   に異方性エッチングを行い、上記の開口部を所定の深さ
   に形成するステップ；によつて構成されることを特徴と
   する方法。