JPH05315316A - 多孔部品の製造方法 - Google Patents

多孔部品の製造方法

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JPH05315316A
JPH05315316A JP5031198A JP3119893A JPH05315316A JP H05315316 A JPH05315316 A JP H05315316A JP 5031198 A JP5031198 A JP 5031198A JP 3119893 A JP3119893 A JP 3119893A JP H05315316 A JPH05315316 A JP H05315316A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 μm範囲からサブμm範囲の穴直径を得るこ
とができかつ簡単に実施可能な多孔部品の製造方法を提
供する。 【構成】nドーピングされた単結晶シリコンから成る基
板1の第1の表面2に電気化学的エッチングにより穴4
をこの第1の表面2に対して垂直に形成してパターン化
された層7を作り、穴4の深さが完成部品の厚みにほぼ
相当する深さに達しとき、穴4の断面積が増大しパター
ン化された層7が部品を形成する板として分離されるよ
うにエッチングのプロセスパラメータを変更する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は多孔部品の製造方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】多くの技術分野においては、特にμm範
囲からサブμm範囲の孔直径を有する価格的に手頃な光
学的または機械的フィルタとして、多孔部品が必要であ
る。このような分野としては、例えば同じ直径の孔を多
数有する多孔膜、逆流可能なフィルタ、整流体、触媒ホ
ルダー、バッテリおよび燃料セル用の電極、ノズル板、
管格子、または例えば光またはマイクロ波のような電磁
波用のフィルタなどがある。
【0003】このようなフィルタの公知の製造方法は所
謂LIGA技術(LI=Lithographie、G
=Galvanik、A=Abformung)であ
る。例えばベッカー(E.W.Becker)等の著書「マイ
クロエレクトロニク・エンジニアリング(Microe
lectronic Engeneering)」(第
4巻、1986年発行、第35頁以下)によって知られ
ているLIGA技術においては、厚いホトラック膜がシ
ンクロトロン放射を用いてパターン化される。その後こ
のパターンはプラスチックの電気的成形および成形技術
によってフィルタへ転写される。LIGA技術を用いる
と2μmの最小パターン幅を得ることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フィル
タの貫流方向に対して平行な次元に対してはパターン化
が不可能である。シンクロトロン放射の使用を必要とす
ることはこの方法を非常に高価にする。
【0005】本発明の課題は、μm範囲からサブμm範
囲の孔直径が得られしかも簡単に実施可能な多孔部品の
製造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明によれば、nドーピングされた単結晶シリコ
ンから成る基板の第1の表面に電気化学的エッチングに
よって穴が第1の表面に対して垂直に形成され、それに
よりパターン化された層が生成され、その際電気化学的
エッチングは基板が陽極として接続されている電解液内
で行われ、この電解液内で第1の表面が電解液に接触
し、エッチング除去に影響する電流密度が調整され、穴
の深さがほぼ完成部品の厚みに相当する深さに達しと
き、穴の断面積が増大しパターン化された層が部品を形
成する板として分離されるようにエッチングのプロセス
パラメータが変更される。
【0007】本発明のその他の構成は請求項2以降に記
載されている。
【0008】基板は電気化学的エッチングの際には陽極
として接続されるので、nドーピングされたシリコン内
の少数電荷キャリヤは電解液に接触している第1の表面
へ移動する。この第1の表面には空間電荷領域が形成さ
れる。表面の窪み領域の電界強さは窪み以外の領域の電
界強さよりも大きいので、少数電荷キャリヤは特にこの
個所へ移動する。これによって表面のパターン化が達成
される。初めは小さい非平坦部がエッチングによって深
くなればなる程、増大する電界強さのために少数電荷キ
ャリヤがその非平坦部へ移動する量が多くなり、そして
この個所でのエッチング作用が強くなる。穴は基板内で
〈100〉結晶方向へ成長する。従って、〈100〉方
位を有する基板を使用すると有利である。
【0009】穴または溝を作るためにnドーピングされ
たシリコンを電気化学的エッチングすることは例えばヨ
ーロッパ特許出願公開第0296348号明細書により
公知であり、そこでは特にDRAMセル用の溝をこのよ
うにして作っている。しかしながら、そこでは基板から
板を分離するためにこのエッチング方法を使用すること
については考慮されていない。
【0010】エッチング作用は基板内の電流密度と電解
液内のフッ化物濃度とに関係する。電解液内の電流密度
を高めるかまたは電解液内のフッ化物濃度を減らすこと
によって、エッチング作用が大きくなる。この事実が本
発明においては利用されており、穴の深さがほぼ完成部
品の厚みに相当する深さに達しとき、穴断面積が大きく
なるようにエッチング除去が増大させられる。上述した
ように、エッチング作用は穴の下部領域でのみ行われる
ので、穴の上部領域すなわち第1の表面近傍における穴
断面積は変化しない。しかしながら、下部領域において
は穴は大きくなる。電気化学的エッチングは、隣接する
穴が合体しそれによってパターン化された層が板として
分離されるまで続けられる。板は穴を細孔として含むつ
ながったシリコンから構成される。この板は多孔部品、
例えば機械的または電気的フィルタとして使用可能であ
る。
【0011】本発明による方法によれば、20μm〜5
0nmの孔直径を良好に作成することができる。
【0012】この板は例えば拡散または注入によって基
板とは別のドーピングを施すことができる。このように
して多孔部品の導電率を調整することができる。
【0013】板の表面に絶縁層を設けることによって多
孔部品の表面状態を変えることができる。これによって
部品が絶縁される。板の表面にシリコン熱酸化物または
シリコン熱窒化物を作成することによって、その表面は
不活性化され、外界に対して抵抗力を有し、そして化学
的に不活性になる。
【0014】基板内の電流密度は基板の第1の表面とは
反対側の表面に光照射することによって特に簡単に制御
することができる。この場合板の分離は光照射を増大さ
せることによって行われる。この場合、光照射を変える
ことによって第1の表面に対して垂直な孔の断面積を変
えることもできる。光照射を連続的に変えることによっ
て例えば円錐穴を作成することができる。
【0015】穴を形成する前に基板の第1の表面に表面
トポロジーを設けることは本発明の枠内である。このよ
うにして第1の表面には窪みが設けられ、この窪みが電
気化学的エッチングの際にエッチング作用の開始点とな
る。これによって穴の配置が決定される。
【0016】第1の表面が規則的に配置された窪みから
成る表面トポロジーを設けられる場合、板はほぼ一定の
厚みとなる。この場合穴の間隔はほぼ等しく、それゆえ
隣合う穴間において板を分離するためにエッチング作用
を増大させることによってエッチング除去されなければ
ならない材料量はほぼ等しい。その場合ほぼ全ての穴が
同時に合体する。
【0017】さらに、完成した板はこの場合パターン幅
すなわち穴の幅もしくは穴の間に残存する橋絡片が狭い
限界値内で一定となることを示す。パターン幅を10%
以内に一定保持することが観察された。
【0018】本発明による方法においては、基板の第1
の表面が穴を形成する前に規則的に配置された窪みを設
けられる場合、0.1μm以下の最小パターン幅を得る
ことができる。表面トポロジーはその際には例えば第1
の表面上にホトラックマスクを作成しその後第1の表面
をアルカリエッチングすることによって作られる。ホト
ラックマスクを作成するために通常の光学的ホトリトグ
ラフィーが使用される。
【0019】穴をエッチング形成する電解液内で光誘導
式電気化学的エッチングによって表面トポロジーを製作
することは本発明の枠内である。
【0020】
【実施例】次に本発明を図面および実施例に基づいて詳
細に説明する。
【0021】例えば5Ωcmの導電率を有するnドーピ
ングされた単結晶シリコンから成る基板1は第1の表面
2に表面トポロジーが設けられている(図1参照)。表
面トポロジーは規則的な間隔で配置された窪み3を含ん
でいる。
【0022】窪み3は例えば通常のホトリトグラフィー
によってホトラックマスクを作成しその後アルカリエッ
チングを行うことにより作成される。表面トポロジーは
また光誘導式電気化学的エッチングによって形成するこ
とができる。
【0023】基板1の第1の表面2はフッ化物を含有す
る酸性電解液に接触させられる。この電解液は1〜50
%、好ましくは3%のフッ化水素酸濃度を有している。
基板1の第1の表面2に水素泡が発生するのを抑制する
ために、電解液には酸化剤、例えば過酸化水素を添加す
ることができる。
【0024】基板1は陽極として接続される。基板1と
電解液との間には0〜20V、好ましくは3ボルトの電
圧が印加される。基板1は背面側から光を照射され、そ
れにより例えば10mA/cm2 の電流密度に調整され
る。窪み3(図1参照)から出発して電気化学的エッチ
ングにより第1の表面2に対して垂直に延びる(図2参
照)穴4が作成される。その際に第1の表面2にパター
ン化された層7が形成される。
【0025】約60分のエッチング時間後に陽極側電流
密度は例えば30mA/cm2 に高められる。その際電
解液と基板1との間の電圧は2ボルトに減らされる。電
流密度はさらに基板1の背面の光照射によって調整され
る。
【0026】電気化学的エッチングのパラメータを変更
してエッチングを引き続いて行うことにより、穴4の下
部領域の断面積が拡大する。各穴4の底には空洞状拡大
部5が形成される。この空洞状拡大部5の断面積は、そ
れぞれ隣接する空洞状拡大部5を分離しているシリコン
がエッチング除去されるまで大きくなる(図4参照)。
このシリコンのエッチング除去は上述したプロセスパラ
メータの場合には約10分後に生じる。
【0027】穴4を有する独立したシリコンから成る板
6が形成される。上述したプロセスパラメータによれ
ば、30μmの板厚が得られる。この厚みは従来の鋸挽
きによって得られたシリコン基板厚みよりもはるかに小
さい。
【0028】図5は板6の平面図である。この板6を形
成するパターン化された独立層7では円形または正方形
断面を有する穴4が一様に分布している。穴4は例えば
2μmの直径を有し、例えば1.5μmの間隔で配置さ
れている。第1の表面2に向かって穴4は拡大してい
る。これは基板の第1の表面に作られた表面トポロジー
の結果である。穴の上部領域におけるこの拡大部8はフ
ィルタとしての板6が逆流可能であるという利点を有す
る。流れ方向を短時間反転させることによって駆動中に
フィルタを洗浄することができる。
【0029】導電率を変更するために板6はその後公知
の方法でドーピングすることができる。
【0030】表面を改善するために板6にはシリコン熱
酸化物またはシリコン熱窒化物を設けることができる。
これによって表面は化学的に不活性になり、板は部品と
して相応する分野で使用することができる。
【0031】板6はシリコンから形成されるので、それ
ぞれの分野で必要とする場合には、高温度で焼鈍または
再生することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】表面トポロジーを設けられたシリコン基板の断
面図。
【図2】一定断面積の穴が電気化学的エッチングによっ
て形成されているシリコン基板の断面図。
【図3】エッチングパラメータを変更することによって
断面積を拡大された穴が電気化学的エッチングによって
形成されているシリコン基板の断面図。
【図4】多孔板が分離されている基板を示す断面図。
【図5】多孔板の平面図。
【符号の説明】
1 基板 2 表面 3 窪み 4 穴 5 空洞状拡大部 6 板 7 パターン化された層 8 拡大部

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 nドーピングされた単結晶シリコンから
    成る基板(1)の第1の表面(2)に電気化学的エッチ
    ングにより穴(4)が第1の表面に対して垂直に形成さ
    れ、それによりパターン化された層(7)が生成され、
    その際電気化学的エッチングは基板が陽極として接続さ
    れている電解液内で行われ、この電解液内で第1の表面
    (2)が電解液に接触し、エッチング除去に影響する電
    流密度が調整され、穴(4)の深さがほぼ完成部品の厚
    みに相当する深さに達したとき、穴(4)の断面積が増
    大しパターン化された層(7)が部品を形成する板
    (6)として分離されるようにエッチングのプロセスパ
    ラメータが変更されることを特徴とする多孔部品の製造
    方法。
  2. 【請求項2】 電気化学的エッチングはフッ化物を含有
    する酸性電解液内で行われることを特徴とする請求項1
    記載の方法。
  3. 【請求項3】 基板は〈100〉板であることを特徴と
    する請求項1または2記載の方法。
  4. 【請求項4】 電流密度は基板(1)の第1の表面
    (2)とは反対側の第2の表面の光照射によって調整さ
    れることを特徴とする請求項1ないし3の1つに記載の
    方法。
  5. 【請求項5】 電解液は1〜50%のフッ化水素酸(H
    F)を含むことを特徴とする請求項1ないし4の1つに
    記載の方法。
  6. 【請求項6】 電解液は酸化剤を含むことを特徴とする
    請求項5記載の方法。
  7. 【請求項7】 板(6)を分離するために電流密度が高
    められることを特徴とする請求項1ないし6の1つに記
    載の方法。
  8. 【請求項8】 板(6)を分離するために電解液内のフ
    ッ化物濃度が減らされることを特徴とする請求項1ない
    し6の1つに記載の方法。
  9. 【請求項9】 基板(1)の第1の表面(2)には穴
    (4)を形成する前に穴の配置を決定する表面トポロジ
    ーが作られることを特徴とする請求項1ないし8の1つ
    に記載の方法。
  10. 【請求項10】 表面トポロジーは第1の表面(2)の
    規則的に配置された窪み(3)から構成されることを特
    徴とする請求項9記載の方法。
  11. 【請求項11】 表面トポロジーは第1の表面(2)上
    にホトラックマスクを作りその後第1の表面(2)をア
    ルカリエッチングすることによって作られることを特徴
    とする請求項9または10記載の方法。
  12. 【請求項12】 表面トポロジーは、第1の表面(2)
    に1100nm以下の波長を有する光源を使用して照射
    パターンを作成し、第1の表面(2)のエッチング除去
    を生ぜしめる陽極少数キャリヤ電流が照射パターンの露
    光個所にのみ局部的に基板を介して流れるように電解液
    内の電流密度が調整されることによって、電解液を用い
    た電気化学的エッチングにより作られることを特徴とす
    る請求項9または10記載の方法。
  13. 【請求項13】 板(6)のドーピングによって部品の
    導電率が調整されることを特徴とする請求項1ないし1
    2の1つに記載の方法。
  14. 【請求項14】 板(6)の表面には少なくとも1つの
    絶縁層が作られることを特徴とする請求項1ないし12
    の1つに記載の方法。
  15. 【請求項15】 請求項1ないし14の1つに記載の方
    法を使用して機械的または光学的フィルタを製造するこ
    とを特徴とするフィルタの製造方法。
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