JPH04261862A - シリコンウェーハから精密エッチング3次元装置を製作する方法 - Google Patents

シリコンウェーハから精密エッチング3次元装置を製作する方法

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JPH04261862A
JPH04261862A JP3121387A JP12138791A JPH04261862A JP H04261862 A JPH04261862 A JP H04261862A JP 3121387 A JP3121387 A JP 3121387A JP 12138791 A JP12138791 A JP 12138791A JP H04261862 A JPH04261862 A JP H04261862A
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vias
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Donald J Drake
ジェイ ドレイク ドナルド
James F O'neill
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はシリコンウェーハからの
精密エッチング3次元機械的または電気機械的構造体の
製作に関し、更に詳細には、化学的にマスクされたシリ
コンウェーハの前面のエッチングのために2段階式シリ
コンエッチング処置を用い、且つ同時に、ウェーハの背
面上の耐エッチング性マスクに損傷を生じさせるクラッ
クを防止し、かかる背面クラックを通じて不所望の背面
エッチングが生ずることのないようにする方法に関する
【0002】
【従来の技術】機械的または電気機械的構造体または装
置を作るためにシリコンウェーハの前面の精密エッチン
グが要求されるウェーハエッチング適用分野においては
、ウェーハの背面マスキング層に損傷が生じて不所望の
背面エッチングを生じさせるために装置の歩留が低下さ
せられる。背面エッチングの欠陥は、例えば熱インクジ
ェット溝板のようなダイの歩留を著しく低下させる可能
性がある。また、背面エッチング欠陥は、エッチング後
にウェーハを処理するのに必要な真空式取り扱い機器の
妨げになる可能性がある。
【0003】背面マスキング薄膜は極めて虚弱であり、
処理に必要な通常のウェーハ取り扱い中に機械的損傷を
受けやすい。通例のエッチマスキング層の一例としては
窒化シリコンがあり、これは引っ張り応力のかかった膜
として化学蒸着される。窒化シリコンは、一般に、種々
の有用なエッチング剤に対して優れた化学的耐エッチン
グ性を有しているが、引っ張り応力がかかると簡単に傷
及びクラックが生じ易い。即ち、クラックは内部の引っ
張り応力が開放するからである。即ち、窒化シリコンの
背面被覆に何かが機械的に接触すると口の開いたクラッ
ク及び傷が生じ、背面エッチング欠陥となり易い。
【0004】背面エッチングは、例えばインクジェット
式プリントヘッドのインク流案内用溝板におけるような
前面エッチングされたシリコン構造体の歩留を低下させ
る可能性がある。本発明者にかかる「シリコン構造体の
ための製作方法」(Fabricating Meth
od for Silicon Structure)
 なる発明の名称の継続中の米国特許出願には本発明と
類似の方法が開示されているが、1段式シリコンエッチ
ング処理を用いているに過ぎない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、シリ
コンウェーハの背面に、背面化学的マスキング層の上に
機械的保護膜を設け、これにより、無損傷のマスキング
層がウェーハ背面をエッチング損傷から保護するように
することにある。この機械的保護膜は、マスキング膜に
対し、ウェーハを露出させるクラックを発生させて不所
望なエッチングを生じさせる機械的損傷を防止すること
により、マスキング膜の完全性を保護する。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明においては、シリ
コンウェーハの1面のみからのエッチングによってシリ
コンウェーハから精密エッチング3次元装置を製作する
ための2段式エッチング方法を提供する。かかる3次元
装置の一例としてはインク流案内溝板があり、この溝板
は、選択的アドレス可能な加熱素子のアレイを包含する
加熱板と整列及び整合させられると、熱インクジェット
式プリントヘッドを形成する。ウェーハは前面及び背面
を有し、一実施例においては、前面のみがエッチングさ
れてそこに凹所を形成する。二酸化シリコン(SiO2
)のような第1の化学的マスキング層をウェーハの前面
及び背面に堆積させ、次いで、その上に多結晶シリコン
のような第1の機械的損傷保護層を堆積させる。例えば
、ウェーハの背面を回転チャックに取り付けてウェーハ
前面上にフォトレジストの第1の層を回転被覆すること
により、ウェーハ上の前記保護層の前面に第1のフォト
レジスト層を被着させる。ウェーハの前面上の第1のフ
ォトレジスト層の被着及びパターン付け最中は、第1の
マスキング層の背面は、クラックを生じさせる機械的損
傷の発生のないように第1の保護層によって保護される
【0007】第1のフォトレジスト層をパターン付けし
てこれに第1及び第2の組のヴァイアの所定のパターン
を作り、ウェーハの前面を露出させる。パターン付けし
た第1のフォトレジスト層及び第1の保護層を除去する
。窒化シリコンのような第2のマスキング層を、第1の
マスキング層のパターン付けされた前面層及び背面層の
上に堆積させ、次いで第2の保護層を前面及び背面の第
2のマスキング層の上に堆積させる。第2のフォトレジ
スト層を、ウェーハの前面に、第2の保護層の前面の上
に被着及びパターン付けする。この間、第2のマスキン
グ層の背面層は、その上の第2の保護層によって保護さ
れている。第2のフォトレジスト層をパターン付けし、
ウェーハ前面の第1のマスキング層内の第1の組のヴァ
イアと整列しているがこれよりも若干小さい一組のヴァ
イアを作る。第2の保護層及びその下の第2のマスキン
グ層をエッチングしてそこに一組のヴァイアを作り、第
1のマスキング層内の第1の組のヴァイアを通してウェ
ーハの前面を露出させる。第2のフォトレジスト層を除
去した後、ウェーハを異方性エッチングし、第1の組の
比較的緩い許容誤差の凹所をそこに作る。第2の保護層
を、次いで第2のマスキング層を、除去する。ウェーハ
を再びエッチング浴に入れて、小さい厳しい許容誤差の
第2の組の凹所をウェーハ前面に異方性エッチングし、
そして第1のマスキング層を除去して仕上がり精密エッ
チング3次元装置を後に残す。この残された3次元装置
が複数である場合には、ダイシングのような区分処理に
よってこれらを分割する。他の実施例においては、ウェ
ーハの背面及び前面をエッチングし、この間、耐エッチ
ング性マスキング層のパターン付け中に機械的損傷を受
けやすい面を保護層によって常に同様に保護する。
【0008】以下、本発明をその実施例について図面を
参照して詳細に説明する。図面においては、同じ符号は
同じ部材を示す。
【0009】
【実施例】(100)シリコンウェーハ10から1つま
たは複数の精密エッチング3次元構造体12を製作する
方法を図1ないし図10に示す。図15は、複数の精密
エッチング構造体12が作られているシリコンウェーハ
10の平面図であり、図15の平面図は、図1ないし図
10について後述する製作段階が終わった後、そして、
破線で示す互いに直行する垂直及び水平のダイシング線
13、15にそれぞれ沿ってウェーハをダイシングする
前のウェーハの状態を示すものである。図16に、精密
エッチングシリコン構造体12の代表的な例をインク流
案内用溝板として示す。この溝板は、破線で示す加熱素
子板20と整列させられてこれに結合され、米国特許第
4,899,181号及び米国再公布特許Re第32,
572号に開示されている形式の熱インクジェット式プ
リントヘッド17を構成する。これら米国特許の内容に
ついては本明細書において参照として説明する。外部供
給源(図示せず)からのインク(図示せず)は若干の負
圧の下で入口25に入り、そして、シリコン基板12を
通して異方性エッチングされた凹所であるリザーバ24
を満たす。インク溝として働く平行な細長い比較的小形
の厳しい許容誤差の凹所22のアレイが、大形の緩い許
容誤差のリザーバ24が異方性エッチングされた後に、
異方性エッチングまたは等方性エッチングされる。一実
施例においては、この緩い許容誤差でエッチングされた
リザーバのエッチングは、前記溝のエッチングと同時に
終わる。前記溝は、リザーバに隣接する端部が閉塞され
ており、他端は開放しておって液滴放出ノズル19とし
て働く。前掲の米国特許第4,899,181号に開示
されているように、インクは、矢印23で示すように、
リザーバ24から厚膜絶縁ポリマ層27内の凹所28を
通って溝22へ流れる。このポリマ層は、破線で示して
あり、加熱素子板20に添着されてパターン付けされる
。前記厚膜層もパターン付けされ、加熱素子21上から
該厚膜層を除去してピット26を形成するようになって
いる。このピットは、業界に周知のように、加熱素子へ
の電気パルスの選択的印加によって発生させられる一時
的気泡(図示せず)の横移動を抑制する。本実施例では
窒化シリコンまたは二酸化シリコンである耐エッチング
マスク14は溝板から除去される。しかし、図示のよう
に、加熱素子との組立の前には残っていてもよい。米国
再公布Re第32,572号に開示されているように、
溝22とリザーバ24との間の連通は、厚膜層27内の
凹所28の代わりに、エッチング処理によって、または
フライス削り作業によっても得られる。
【0010】次に図1ないし図10を参照して、例えば
図16について前述した溝板のような、シリコン構造体
12に対して製作課程または方法を説明する。単一のシ
リコンウェーハ10から複数のシリコン構造体を同時に
形成することができるのであるが、1つのかかる構造体
12一部だけを断面で示す。また、過程の説明の都合上
、大形の緩い許容誤差の凹所と平行な唯1つの厳しい許
容誤差の凹所について説明する。
【0011】図1に、第1の耐エッチング性マスキング
層34を有している予め清浄化した(100)シリコン
ウェーハ10の一部を断面で示す。このマスキング層は
、好ましくは、両面上にあって各々が厚さ約5000Å
である熱成長二酸化シリコン(SiO2)層34である
。 図1に示すウェーハ部分またはシリコン構造体12の上
面を前面12Aと呼び、下面を背面12Bと呼ぶことに
する。多結晶シリコンのような第1の機械的保護層36
を、化学蒸着(CVD)により二酸化シリコンまたは酸
化物層34の前面及び背面の上に0.1ないし1.0μ
m の厚さに堆積させる。この保護層は、ウェーハまた
は構造体12の前面上のフォトレジストまたは感光層の
被着及びパターン付け中、ウェーハまたはシリコン構造
体の背面上のマスキング層に対する機械的損傷を防止す
る。背面マスキング層に損傷があるとクラックが発生し
、その結果、不所望のエッチングが生じ、歩留が低下す
ることになる。半導体業界に周知のように、約0.5な
いし10μm の厚さを有する例えばKIT820(登
録商標)のような代表的な第1のフォトレジスト層30
を、真空チャック(図示せず)を用いて、シリコン基板
12の前面12A上の保護層36の上に回転被覆する。
【0012】図2に示すように、フォトレジスト層30
を露光及び現像してフォトレジスト内に第1及び第2の
組のヴァイア29A及び29Bをそれぞれ形成する。第
1の組のヴァイア29A(図にはその内の1つを示す)
は比較的大形の貫通凹所をエッチングするために用いら
れ、この凹所は、例えば、図16に示す溝板内のインク
リザーバとして用いられる。このような大形の凹所はエ
ッチングに数時間かかり、これに対して、例えばインク
溝のような小形の凹所は20ないし30分しかかからな
いから、エッチング剤内に必要よりも長い時間にわたっ
て入れておかないならば、小形の凹所の寸法的許容誤差
をはるかに厳しくすることができる。従って、本発明は
異方性エッチング処理を提供し、これは、背面を不所望
のエッチングに対して保護し、大形の緩い許容誤差の凹
所についての別個のエッチング、及びこれに続く小形の
厳しい許容誤差の凹所のエッチングを可能にする。緩い
許容誤差及び厳しい許容誤差のエッチングをこのように
別々にすることは前掲の米国特許第4,863,560
号に開示されており、その内容は参照として本明細書に
おいて説明する。第2の組のヴァイア29B(実際には
多数あるが、図にはその内の1つを示す)は、厳しい寸
法的許容誤差及び選択的な短いエッチング時間を必要と
する比較的小形の凹所をエッチングするのに用いられる
。図3に示すように、第1の保護層36及び第1のマス
キング層34(即ち、それぞれ多結晶シリコン層及び酸
化物層)を順々にエッチングして内部に第1及び第2の
組のヴァイアを形成する。これらヴァイアはウェーハま
たはシリコン構造体12の前面12Aを露出させる。次
に、第1のフォトレジスト層を除去する。
【0013】第1のフォトレジスト層を除去した後、第
1の保護層を除去し、パターン付け済みの第1のマスキ
ング層34だけを残す。図4に示すように、第2の耐エ
ッチング層14(第1のマスキング層34に対する損傷
なしに除去可能である)を、第1のマスキング層の前面
及び背面に、及び構造体12の前面上にある前記層内の
第1及び第2の組のヴァイアの上に堆積させる。好まし
い第2のマスキング層は窒化シリコンであり、化学蒸着
(CVD)により、0.05ないし0.5μm の厚さ
に堆積させられる。第2のマスキング層14の堆積の後
、好ましくは多結晶シリコンの第2の保護層16を、シ
リコン構造体12の両面に、第2のマスキング層の上に
、0.1ないし1.0μm の厚さに堆積させる。図5
に示すように、第1のフォトレジスト層と類似の第2の
フォトレジスト層を、構造体12の前面に、そして第2
の保護層の上に、回転被覆する。構造体12の背面上の
第2の保護層は、第2のフォトレジスト層の堆積及びパ
ターン付け中に、ウェーハ10または構造体12の背面
上の第1及び第2のマスキング層に対して機械的損傷を
生じさせるクラックを防止する。第2のフォトレジスト
層30はパターン付けされ、第1のマスキング層内の第
1の組のヴァイア19Aと類似しておってこれと整列す
る一組のヴァイア29Cを該フォトレジスト層内に形成
する。この組のヴァイア29Cは第1の組のヴァイア2
9Aよりも若干小さく、従ってヴァイア29Cが作る貫
通凹所は所望のものよりも若干小さく、そして、後述す
るように、後でこの小さい凹所をエッチングする最中に
若干拡大される。
【0014】次に、図6に示すように、第2の保護層1
6及び第2のマスキング層14を順々にプラズマエッチ
ングして内部にヴァイア29Cを作り、これによってシ
リコン構造体12の前面12Aを露出させ、次いで第2
のフォトレジスト層をこれから除去する。次に図7につ
いて説明すると、ウェーハまたはシリコン構造体12を
KOHのようなエッチング浴内に入れて異方性エッチン
グを行なう。3ないし4時間後、{111}面の壁を有
する貫通凹所が作られる。多結晶シリコンを第2の保護
層16として用いる場合には、これは同時にエッチング
除去され、第1のマスキング層34の上に欠陥なしの第
2のマスキング層14が残される。
【0015】図8は第2のマスキング層を除去した後の
シリコン構造体12の状態を示すものであり、第1及び
第2のヴァイア29A及び28Bが露出させられ、従っ
てまたこれを通って前面12Aが露出させられる。図9
について説明すると、ウェーハまたはシリコン構造体を
KOHのような異方性エッチング浴内に10ないし30
分間入れて第2のエッチング段階を行ない、3次元シリ
コン装置12のエッチングを完了する。第1の組のヴァ
イアを通してエッチングされた小形の凹所32は深さが
10ないし75μm であって極めて小さい許容誤差で
精密エッチングされ、一方、これよりも大きい前記凹所
は、ほぼ同時に、シリコン構造体12の前面12Aにお
いて拡大されて比較的狭い棚部39を形成する。構造体
12を十分に長くエッチング剤内に入れておくと、棚部
39はエッチング除去され、{111}面を有する凹所
の壁だけが残ることになる。前記大形の貫通凹所の寸法
的要件は遥かに低いので、狭い棚部39の存在は重要な
ものではなく、無視することもできる。前記小形の凹所
は図16における溝22となる。最後の選択随意の段階
は図10に示す第1のマスキング層34の除去である。 或いはまた、凹所24の底部を覆っている第1のマスキ
ング層のみを除去し(図16)、これをインク入口とし
て働かせ。
【0016】図1ないし図10について前述した精密エ
ッチング3次元シリコン装置を製作する方法は、シリコ
ン内に2つの異なるエッチング深さを形成するために2
つのマスキング層を必要とする。即ち、例えば、一方は
、完全貫通エッチングされて第2の化学的マスキング層
によって形成されるリザーバであり、他方は、深さが1
0ないし75μm に過ぎない一組の毛管状溝であって
第1の化学的マスキング層によって形成される。本発明
の主な目的は、2つのフォトレジスト層の被着及びパタ
ーン付け最中のマスキング層の保護であり、これにより
、クラックを発生させる損傷を防止し、従って不所望の
エッチングを防止し、製作歩留を大幅に改善することで
ある。従って、2段階シリコンエッチング方法は、溝の
寸法的制御を大きくするという利点を提供する。即ち、
この溝がエッチングされるのは短時間に過ぎず、貫通エ
ッチングされたリザーバは早くエッチングされてしまっ
ている。2段階エッチングには2倍の数のフォトレジス
ト層を被着及びパターン付けすることが必要であるが、
シリコンウェーハは、好ましくは多結晶シリコンの保護
層によって常に保護されており、この多結晶シリコンは
異方性エッチング剤内で簡単にエッチングされ、製作過
程を簡単にする。
【0017】他の方法においては、第2のエッチング剤
を等方性エッチング剤とする。即ち、シリコン構造体を
等方性エッチング剤にさらす時間が比較的短いからであ
る。前記他の方法においては、エッチングされた凹所の
壁は、図7ないし図10に示す凹所の壁と異なり、一般
に半球状(図示せず)となる。図1なしい図10につい
て説明したシリコンウェーハからの精密エッチング3次
元装置の製作方法は、第1のマスキング層の被着及びパ
ターン付け中に第1の耐エッチング層34を被覆且つ保
護する第1の保護層36を削除することにより、歩留低
下を最小にしながら簡単にすることができる。これが可
能であるのは、好ましくは二酸化シリコンである第1の
耐エッチング性マスクの背面にあるクラックまたは傷が
エッチング剤にさらされる時間が比較的短いということ
を意味する比較的浅い厳しい許容誤差の凹所のエッチン
グ中にウェーハをマスクするのに第1の耐エッチング性
マスキング層を用いるからである。大形の貫通凹所のエ
ッチングのためにエッチング浴に長時間さらされている
最中は、第1のマスキング層は第2のマスキング層によ
って覆われている。即ち、図1ないし図10に示す製作
過程は同じままである。但し、図1ないし図3において
、保護層36は堆積されてない。
【0018】従って、この変形した過程(図示せず)は
図1ないし図10に示す過程と類似する。差異は、第1
の保護層が除かれているということである。この変形し
た過程を説明すると次のようになる。即ち、二酸化シリ
コンの第1の耐エッチング性マスキング層34をシリコ
ンウェーハまたは基板の前面12A及び背面12Bに堆
積させる。このウェーハを、背面下向きに真空チャック
に載せて該チャックと接触させる。感光層またはフォト
レジスト層30を前記ウェーハの前面に回転被覆し、パ
ターン付けして第1及び第2の組のヴァイア29A及び
29Bを内部に作り、これを通して第1のマスキング層
を露出させる。次に、第1のマスキング層をプラズマエ
ッチングし、前記と類似の第1及び第2のヴァイアを内
部に作って前記ウェーハの前面を露出させ、そして前記
フォトレジスト層を除去する。窒化シリコンの第2の耐
エッチング性マスキング層14をウェーハの前面及び背
面に堆積させ、その前面層内の第1及び第2の組のヴァ
イアを含む前記第1の耐エッチング性マスキング層を覆
う。多結晶シリコンの機械的損傷保護層16をウェーハ
の両面に堆積させ、第2の耐エッチング性マスキング層
を覆う。このウェーハを面下向きに真空チャックに載せ
、そして、第2のフォトレジスト層を第2のマスキング
層の前面層上に回転被覆してパターン付けし、第1のマ
スキング層内の第1の組のヴァイアと類似の一組のヴァ
イアを作ってこれと整列させる。この処理段階中、ウェ
ーハの背面の保護層は第2のマスキング層内のクラック
及び傷を防止する。第2のフォトレジスト層内の前記組
のヴァイアは第1のマスキング層内の第1の組のヴァイ
アよりも若干小さく、第1のマスキング層の縁が、その
後に行なわれる第2のマスキング層のエッチングにさら
されるのを防止する。前記保護層及び第2のマスキング
層は順々にプラズマエッチングされて内部に一組のヴァ
イアを作り、ウェーハ前面を露出させる。第2のフォト
レジスト層を除去し、そしてこのウェーハをエッチング
浴に入れて異方性エッチングし、比較的大形の緩い許容
誤差の貫通凹所を内部に作る。前記保護層が多結晶シリ
コンである場合には、これは前記貫通凹所がエッチング
される間に同時にエッチング除去される。さもない場合
には、前記保護層を別個の段階で除去する。第2のマス
キング層を除去し、第1のマスキング層及びその内部の
第1及び第2の組のヴァイアを露出させる。このウェー
ハをエッチング浴に入れ、第2の組のヴァイアを通して
ウェーハの前面内に比較的浅い厳しい許容誤差の凹所を
等方性エッチングまたは異方性エッチングし、且つ同時
に、第1の組のヴァイアを通して比較的大形の凹所のエ
ッチングを完了する。前述の場合と同じように、異方性
エッチングを行なう場合には、エッチング浴内にある時
間が比較的短いので、大形の凹所内に小さい棚部39が
作られる。最終段階として、第1のマスキング層を除去
する。または、これをこの精密エッチング構造体上に残
しておいてもよい。多重装置がこのエッチング済みウェ
ーハ内に包含されている場合には、ダイシングのような
分離処理によってこれら装置を分離することが必要とな
る。
【0019】他の実施例においては、3次元構造体を前
面及び背面からエッチングする。エッチングがウェーハ
の前面及び背面の両方に生ずるというこの処理に対して
は、処理は、図1ないし図3について説明したのと同じ
に開始し、第1の保護層36の除去で終わり、第1のマ
スキング層34だけが残り、前面上の第1及び第2の組
のヴァイア29A及び29Bでパターン付けされる。ウ
ェーハの背面の第1のマスキング層34をパターン付け
するため、図17に示すように、ウェーハ12上の第1
の前面及び背面マスキング層を、好ましくは多結晶シリ
コンの第2の保護層40の化学蒸着によって覆う。この
ウェーハを前面12A下向きに真空チャック(図示せず
)に載せて該チャックと接触させ、感光性またはフォト
レジストの層42を第2の保護層40の背面に回転被覆
し、パターン付けして第3及び第4の組のヴァイア44
A及び44Bをそれぞれ作る。第2の保護層40及び第
1のマスキング層34を順々にプラズマエッチングし、
そして、図18に示すように、感光性またはフォトレジ
ストの層42をこれから除去する。
【0020】処理は、図4ないし図10について説明し
たように進行する。但し、この場合、第1のマスキング
層34の背面は、第1のマスキング層34の前面層内の
第1及び第2の組のヴァイア29A及び29Bに加え、
第3及び第4の組のヴァイア44A及び44Bでパター
ン付けされる。図19について説明すると、第2の保護
層40を除去し、そして第2のマスキング層46を堆積
させ、その上に第3の保護層47を堆積させる。これら
層は、いずれも、例えば化学的蒸着(CVD)により前
記組のヴァイアを包含する第1のマスキング層の前面及
び背面に堆積させられる。第2の耐エッチング性マスキ
ング層は好ましくは窒化シリコンであり、第3の保護層
は好ましくは多結晶シリコンであるが、他の層に対する
損傷なしに順々に堆積及び除去することができるならば
他の材料を使用することもできる。ここでも、ウェーハ
を背面下向きに真空チャック(図示せず)に載せ、フォ
トレジストまたは他の感光材料の第3の層48を、前面
上に、第3の保護層の上に、回転被覆し、そして、第1
の組のヴァイア29Aと整列しておってこれよりも若干
小さい一組のヴァイア49でパターン付けする。この処
理段階中、第3の保護層が、比較的虚弱な第2のマスキ
ング層に対する損傷を防止し、このようにして、クラッ
クまたは傷が第2のマスキング層に生ずることを防止す
る。第3の保護層47及び第2のマスキング層46を第
3のフォトレジスト層48内の前記組のヴァイア49を
通して順々にプラズマエッチングし、次いで、第3のフ
ォトレジスト層を除去する。前記の代わりに、第3の保
護層を除去し、そして第4の保護層を堆積させ、次いで
これを感光層で被覆してパターン付けしてもよい。
【0021】図20に、ウェーハを、KOHのような異
方性エッチング浴内に十分に長い時間にわたって入れて
おいて適等する深さの凹所が形成された後の状態を示す
。図示の例においては、3または4時間にわたって入れ
ておいて貫通凹所24を形成する。第3の保護層が多結
晶シリコンである場合には、これは同時にエッチング除
去される。さもない場合には、別個の除去段階が必要に
なる。次に、第2のマスキング層46を除去し、次いで
、第1及び第2の組のヴァイアが内部にパターン付けさ
れている第1のマスキング層を有するウェーハの等方性
または異方性のエッチングを行なう。等方性エッチング
浴を比較的短時間用いる場合には、前面12A及び背面
12Bにある浅い凹所は円筒状または半球形状に凹んだ
凹所(図示せず)となる。好ましくは、異方性エッチン
グ剤を用い、浅い凹所32、37、38を作る。その各
々は、図21に示すように、{111}面に従う壁を有
す。図9及び図10におけると同じように、棚部39が
凹所24の壁に形成される。この棚部は、凹所24の入
口を取り巻いている面が{100}面であるので、第2
のマスキング層14が図8に示すように除去されるとき
に作られる。
【0022】第2のマスキング層46の背面層を、大形
の貫通凹所24と同時にエッチングするようにパターン
付けするならば、浅い凹所38も貫通凹所となる。これ
を可能にするためには、第3の保護層47を第3のフォ
トレジスト層48で被覆した後、図22に示す第4のフ
ォトレジスト層50を第3の保護層47の背面層上に回
転被覆することが必要となる。第3及び第4のフォトレ
ジスト層を順次パターン付けし、前記組のヴァイア49
、及び第1のマスキング層34の背面層内の第3の組の
ヴァイア44Aと整列しているがこれよりも若干小さい
類似の一組のヴァイア51を形成する。即ち、第3の保
護層47を、これが多結晶シリコンである場合には、大
形の緩い許容誤差の貫通凹所24及び38Aの異方性エ
ッチングと同時に除去した後、及び第2のマスキング層
46を除去した後、ウェーハを等方性または異方性のエ
ッチング浴へ、好ましくは異方性エッチング浴へ戻し、
ウェーハ12の前面12A及び背面12Bにそれぞれあ
る厳しい許容誤差の浅い凹所32及び37のエッチング
を行なう。
【0023】図24に示すように、浅い厳しい許容誤差
の凹所のエッチング中、前述したように短時間の異方性
エッチング中に、貫通凹所24内の棚部39及び貫通凹
所38A内の棚部52が形成される。ウェーハ12のこ
の断面図は、第1のマスキング層34の除去後の状態を
示すものである。2面エッチング法が多くの理由で有用
である。しかし、熱インクジェット式プリントヘッドの
溝板に対しては、これを用いてページ幅プリントヘッド
に対するサブユニットの組立てのための接合(but)
用端部を形成することができ、または、例えば米国特許
第4,829,324号に開示されているようにダイシ
ング位置をも形成することができる。
【0024】2面エッチング法による精密エッチング3
次元シリコン装置を製作する他の方法を、図11ないし
図14に、例えば(100)シリコンウェーハの一部の
ような、{100}面の前面及び背面を有するシリコン
基板12の部分的断面図で示す。図11ないし図14に
は、図1ないし図10について前述した製作法における
基板12の前面及び背面上の第1のマスキング層の上に
第3の化学的マスキング層を追加堆積した状態を示して
ある。即ち、第3の保護層を、CVDにより、第1の2
つのマスキング層の上に堆積させる。前記他の方法にお
いて、第1のマスキング層14は、図1ないし図10に
ついて説明した方法において用いた二酸化シリコンでは
なく、窒化シリコンであり、その上に二酸化シリコンを
第3のマスキング層34として堆積させる。次に、第1
の機械的損傷保護層16を、好ましくは多結晶シリコン
を、第3のマスキング層の前面及び背面上に堆積させる
。第1のフォトレジスト層30を、真空チャックを用い
て、第1の保護層36の前面上に回転被覆する。この間
、第1の保護層の背面は真空チャックと接触しており、
虚弱なマスキング層に対して機械的損傷を発生させるク
ラックを防止する。
【0025】図11に、図1ないし図10における方法
について前述したヴァイアの組と同構造の第1及び第2
の組のヴァイアのためにパターン付けされたフォトレジ
スト層を示す。第1の保護層、第3のマスキング層及び
第1のマスキング層を順々にプラズマエッチングしてこ
れに第1及び第2のヴァイアを形成し、シリコン構造体
12の前面12Aを露出させる。次いで第1のフォトレ
ジスト層を除去し、そして次に第1の保護層を除去する
。図12に示すように、第3のマスキング層の前面及び
背面を、前面層内の第1及び第2の組のヴァイアを含み
、第2のマスキング層38、好ましくは窒化シリコンの
堆積により、次いで第2の保護層36、好ましくは多結
晶シリコンの堆積によって、順々に被覆する。シリコン
構造体12、例えば溝板即ちプリントヘッド17(図1
6)を製作する第1の方法におけると同じように、第2
のフォトレジスト層30を第2の保護層の前面に回転被
覆し、そして、第1及び第3のマスキング層内の第1の
組のヴァイアと整列しているがこれよりも若干小さいヴ
ァイアを作るようにパターン付けする。この間、構造体
背面のマスキング層は、第1、第2及び第3のマスキン
グ層の背面を覆う保護層36によって損傷から保護され
る。
【0026】図13は、第2の保護層及び第2のマスキ
ング層を順々にプラズマエッチングしてこれに一組のヴ
ァイアを形成し、次いでこれを用い、ウェーハまたは基
板12を通すエッチングによって大形の凹所をエッチン
グする、という状態を示すものである。一般的ウェーハ
に対しては、厚さは約0.508mm(約20ミル)で
ある。次に、フォトレジスト層30をシリコン構造体1
2から除去し、次いで、この構造体を異方性エッチング
浴内に、浴組成、温度、浴濃度及びウェーハ厚さに応じ
、約3ないし4時間入れて深い凹所をエッチングする。 第2の保護層36は、これが多結晶シリコンである場合
には、例えばKOHのエッチング浴によって同時の除去
される。図14について説明すると、第2のマスキング
層38を除去し、そしてシリコン構造体12を他の異方
性エッチング浴に20ないし30分間入れ、第1及び第
3のマスキング層内の第2の組のヴァイアによって小さ
い浅い凹所を選択的に形成する。更に、軽いエッチング
が、これもエッチング剤にさらされる大形凹所内に行な
われ、浅い棚部39がその中に形成される。例えばプリ
ントヘッドの溝板17内のリザーバ及び溝を表す凹所の
細密エッチング及び緩い許容誤差のエッチング後の第1
及び第3のマスキング層の除去により、前述した図10
及び図16に示すような精密エッチング3次元シリコン
構造体または装置が形成される。
【0027】要約すると、本発明においては、シリコン
ウェーハの上に堆積された虚弱な機械的損傷を受けやす
い化学的マスキング層の上に機械的保護層を被覆して用
い、例えばこのウェーハを真空チャックに載せてフォト
レジストで被覆というような処理に必要な通常の取り扱
い中に前記マスキング層を保護する。窒化シリコン及び
二酸化シリコンは種々の有用な化学的エッチングに対し
て優れた耐エッチング性を有し、従って好ましいマスキ
ング層となるが、これに引っ張り応力が加わると簡単に
クラックが生じて口が開きやすい。即ち、クラックが広
がると内部応力が開放されるからである。前述の実施例
においては、好ましい保護層である多結晶シリコンを2
つのマスキング層の上に堆積させ、順々にパターン付け
して2つの異なるエッチング深さを作ったものを用いる
。これにより、前面上の窒化シリコンをエッチングして
パターン付けするための同じ化学作用を用いて前述保護
層をパターン付けすることができるようになる。ウェー
ハの前面上の各マスキング層内の各パターンのヴァイア
は、その背面層を、クラックを発生させる損傷から保護
する。このクラックが発生すると、ウェーハ背面に不所
望のエッチングを生じさせ、歩留を低下させ且つ製作費
を増大させる可能性があるのである。
【0028】追加の処理段階によってウェーハの両面の
エッチングを行ない、この間、保護層が、例えばフォト
レジスト層を被着及びパターン付けするために用いる器
具と接触しているウェーハマスキング層を常に保護する
。以上、本発明をその実施例について説明したが、本発
明の範囲内で種々の変形及び変更を行なうことができる
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における3次元装置製作の種々の段階に
おける状態を示す断面図である。
【図2】本発明における3次元装置製作の種々の段階に
おける状態を示す断面図である。
【図3】本発明における3次元装置製作の種々の段階に
おける状態を示す断面図である。
【図4】本発明における3次元装置製作の種々の段階に
おける状態を示す断面図である。
【図5】本発明における3次元装置製作の種々の段階に
おける状態を示す断面図である。
【図6】本発明における3次元装置製作の種々の段階に
おける状態を示す断面図である。
【図7】複数のエッチング済み装置を内部に有するシリ
コンウェーハの平面図である。
【図8】図7に示す装置をダイシング作業によって分離
させた後のエッチング製作済み3次元装置の例として示
すエッチング溝板の断面図である。
【図9】本発明の他の実施例における3次元装置製作の
他の段階における状態を示す断面図である。
【図10】本発明の他の実施例における3次元装置製作
の他の段階における状態を示す断面図である。
【図11】本発明にかかる3次元装置を製作する他の実
施例の種々の段階における状態を示す断面図である。
【図12】本発明にかかる3次元装置を製作する他の実
施例の種々の段階における状態を示す断面図である。
【図13】本発明にかかる3次元装置を製作する他の実
施例の種々の段階における状態を示す断面図である。
【図14】本発明にかかる3次元装置を製作する他の実
施例の種々の段階における状態を示す断面図である。
【図15】複数の装置が内部にエッチングされているシ
リコンウェーハの平面図である。
【図16】図15に示す装置をダイシング作業によって
分離した後の、エッチングで製作された3次元装置の一
例としてのエッチング済み溝板の拡大断面図である。
【図17】シリコンウェーハの前面及び背面をエッチン
グする、本発明にかかる3次元装置を製作する更に他の
実施例の種々の段階における状態を示す断面図である。
【図18】シリコンウェーハの前面及び背面をエッチン
グする、本発明にかかる3次元装置を製作する更に他の
実施例の種々の段階における状態を示す断面図である。
【図19】シリコンウェーハの前面及び背面をエッチン
グする、本発明にかかる3次元装置を製作する更に他の
実施例の種々の段階における状態を示す断面図である。
【図20】シリコンウェーハの前面及び背面をエッチン
グする、本発明にかかる3次元装置を製作する更に他の
実施例の種々の段階における状態を示す断面図である。
【図21】シリコンウェーハの前面及び背面をエッチン
グする、本発明にかかる3次元装置を製作する更に他の
実施例の種々の段階における状態を示す断面図である。
【図22】図17ないし図21に示す更に他の実施例の
方法に従って3次元装置を製作する際の種々の段階にお
ける状態を示す断面図である。
【図23】図17ないし図21に示す更に他の実施例の
方法に従って3次元装置を製作する際の種々の段階にお
ける状態を示す断面図である。
【図24】図17ないし図21に示す更に他の実施例の
方法に従って3次元装置を製作する際の種々の段階にお
ける状態を示す断面図である。
【符号の説明】
12  シリコン基板 14、34、38、46  マスキング層16、36、
40、47  保護層 22、24、28、32、37、38、38A  凹所
29A、29B、29C、44A、44B、49、51
  ヴァイア

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  前面及び背面を有するシリコンウェー
    ハから、該ウェーハの前面のみをエッチングすることに
    よって精密エッチング3次元装置を製作する方法におい
    て、(a)   第1の耐エッチング性マスキング層を
    清浄なシリコンウェーハの前面及び背面に堆積させる段
    階と、(b)   前記ウェーハの前面及び背面の第1
    のマスキング層の上に第1の機械的損傷保護層を堆積さ
    せる段階と、(c)   前記ウェーハ前面上の第1の
    保護層の上に第1の感光層を被着及びパターン付けして
    第1のフォトレジスト層内に第1及び第2の組のパター
    ンのヴァイアを作り、もって前記組のヴァイアを通して
    前記第1の保護層を露出させ、この間、前記ウェーハ背
    面の第1のマスキング層をその上の前記第1の保護層に
    よって損傷から保護する段階と、(d)   前記第1
    のフォトレジスト層内の第1及び第2の組のヴァイアを
    通して露出させられた前記ウェーハ前面の第1の保護層
    及びその下の第1のマスキング層をエッチングして、こ
    れに、前記ウェーハ前面を露出させるヴァイアの組を形
    成する段階と、(e)   前記パターン付けされた第
    1の感光層を前記ウェーハの前面から除去する段階と、
    (f)   前記第1の保護層を前記ウェーハの前面及
    び背面から除去する段階と、(g)   前記ウェーハ
    の前面及び背面の第1の耐エッチング性マスキング層の
    上に第2の耐エッチング性マスキング層を堆積させ、も
    って、前記ウェーハ前面を露出させる前記第1のマスキ
    ング層内のヴァイアを前記第2のマスキング層によって
    被覆する段階と、(h)   前記ウェーハの前面及び
    背面上の第2のマスキング層の上に第2の機械的損傷保
    護層を堆積させる段階と、(i)   前記ウェーハ前
    面の第2の保護層の上に第2の感光層を被着及びパター
    ン付けして前記第1のマスキング層内の第1の組のヴァ
    イアと類似及び整列する一組のヴァイアを作る段階とを
    有し、前記第2のフォトレジスト層内の一組のヴァイア
    は前記第1のマスキング層内の第1の組のヴァイアより
    も若干小さく、この間、前記ウェーハ背面の第2のマス
    キング層をその上の第2の保護層によって損傷から保護
    し、更に、(j)   前記露出した第2の保護層及び
    その下の第2のマスキング層を前記第2の感光層内の前
    記組のヴァイアを通してエッチングして、そこに、前記
    ウェーハ前記を露出させる一組のヴァイアを形成する段
    階と、(k)   前記パターン付けされた第2のフォ
    トレジスト層を前記ウェーハの前面から除去する段階と
    、(l)   前記第2の保護層及び第2のマスキング
    層内の前記組のヴァイアを通って露出させられた前記ウ
    ェーハの前面が比較的大形の緩い許容誤差の凹所をそこ
    に作るように前記ウェーハをエッチング浴内で異方性エ
    ッチングする段階と、(m)   前記第2の保護層を
    除去し、次いで前記第2の保護層の除去によって露出さ
    せられた前記第2のマスキング層を除去することによっ
    て、実質的に完成された前記大形の緩い許容誤差の凹所
    を持つ前記ウェーハの上に欠陥なしの第1のマスキング
    層を残す段階と、(n)   前記ウェーハをエッチン
    グ浴内で異方性エッチングする段階とを有し、もって、
    前記第1のマスキング層内の第1及び第2の組のヴァイ
    アを通って露出させられたウェーハの前面が、前記第2
    の組のヴァイアを通して前側の前記ウェーハ面に比較的
    小形の厳しい許容誤差の凹所を作り、同時に、前記第1
    の組のヴァイアを通して前記前側ウェーハ面における前
    記比較的大形の凹所のエッチングが完了させられること
    を特徴とするシリコンウェーハから精密エッチング3次
    元装置を製作する方法。
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