JPH10181032A - スルーホールの作製方法、スルーホールを有するシリコン基板、該基板を用いたデバイス、インクジェットヘッドの製造方法およびインクジェットヘッド - Google Patents
スルーホールの作製方法、スルーホールを有するシリコン基板、該基板を用いたデバイス、インクジェットヘッドの製造方法およびインクジェットヘッドInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 スルーホールの開口径バラツキを防ぐ。
【解決手段】 シリコン基板にスルーホールを作製する
方法であって、（ａ）該基板表面のスルーホール形成部
位に前記基板材料に対して選択的にエッチングが可能な
犠牲層を形成する工程と、（ｂ）前記基板上に該犠牲層
を被覆するように耐エッチング性を有するパッシベイシ
ョン層を形成する工程と、（ｃ）前記犠牲層に対応した
開口部を有するエッチングマスク層を前記基板裏面に形
成する工程と、（ｄ）該開口部より前記犠牲層が露出す
るまで基板を結晶軸異方性エッチングにてエッチングす
る工程と、（ｅ）前記基板エッチング工程により露出し
た部分より前記犠牲層をエッチングし除去する工程と、
（ｆ）前記パッシベイション層の一部を除去しスルーホ
ールを形成する工程と、を有することを特徴とする。
方法であって、（ａ）該基板表面のスルーホール形成部
位に前記基板材料に対して選択的にエッチングが可能な
犠牲層を形成する工程と、（ｂ）前記基板上に該犠牲層
を被覆するように耐エッチング性を有するパッシベイシ
ョン層を形成する工程と、（ｃ）前記犠牲層に対応した
開口部を有するエッチングマスク層を前記基板裏面に形
成する工程と、（ｄ）該開口部より前記犠牲層が露出す
るまで基板を結晶軸異方性エッチングにてエッチングす
る工程と、（ｅ）前記基板エッチング工程により露出し
た部分より前記犠牲層をエッチングし除去する工程と、
（ｆ）前記パッシベイション層の一部を除去しスルーホ
ールを形成する工程と、を有することを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンウエハに
形成する貫通孔（以下「スルーホール」）の製造方法、
スルーホール形成に用いる基板、該基板を用いたデバイ
ス、インクジェットヘッドの製造方法およびインクジェ
ットヘッドに関する。
形成する貫通孔（以下「スルーホール」）の製造方法、
スルーホール形成に用いる基板、該基板を用いたデバイ
ス、インクジェットヘッドの製造方法およびインクジェ
ットヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、小型の可動機構を有する微小機械
がマイクロメカニクス技術により検討されている。特
に、半導体集積回路形成技術（半導体フォトリソグラフ
ィプロセス）を用いて単結晶シリコン基板に形成するマ
イクロ構造体は、基板上に複数の小型で作製再現性の高
い微小な機械部品を作製することが可能であるため、ア
レイ化、低コスト化が比較的容易となり、かつ小型化に
より従来の機械式構造体に比べて高速応答性が期待でき
るものである。このような半導体フォトリソグラフィプ
ロセスを用いるマイクロメカニクス技術において、シリ
コンの（１１１）面と他の結晶面とのエッチング速度差
が生じることを利用したシリコン結晶軸異方性エッチン
グを用いるバルクマイクロマシーニング（Ｂｕｌｋ Ｍ
ｉｃｒｏ−Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）は、薄膜カンチレバー
やノズル等を形成するために用いるスルーホールを精度
良く作製する上で必須の技術である。そして、シリコン
基板の裏面のみから結晶軸異方性エッチングを行いスル
ーホールを作製する方法は、基板表面にカンチレバーや
マイクロバルブ等の様々のデバイスを作製することが可
能な方法であることから、この方法を用い様々なデバイ
スの研究開発がなされている。
がマイクロメカニクス技術により検討されている。特
に、半導体集積回路形成技術（半導体フォトリソグラフ
ィプロセス）を用いて単結晶シリコン基板に形成するマ
イクロ構造体は、基板上に複数の小型で作製再現性の高
い微小な機械部品を作製することが可能であるため、ア
レイ化、低コスト化が比較的容易となり、かつ小型化に
より従来の機械式構造体に比べて高速応答性が期待でき
るものである。このような半導体フォトリソグラフィプ
ロセスを用いるマイクロメカニクス技術において、シリ
コンの（１１１）面と他の結晶面とのエッチング速度差
が生じることを利用したシリコン結晶軸異方性エッチン
グを用いるバルクマイクロマシーニング（Ｂｕｌｋ Ｍ
ｉｃｒｏ−Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）は、薄膜カンチレバー
やノズル等を形成するために用いるスルーホールを精度
良く作製する上で必須の技術である。そして、シリコン
基板の裏面のみから結晶軸異方性エッチングを行いスル
ーホールを作製する方法は、基板表面にカンチレバーや
マイクロバルブ等の様々のデバイスを作製することが可
能な方法であることから、この方法を用い様々なデバイ
スの研究開発がなされている。
【０００３】ところで、カンチレバーを利用するデバイ
スとしては、走査型プロープ顕微鏡（以下、「ＳＰＭ」
という）に用いられるカンチレバー型プローブがある。
導体の表面原子の電子構造を直接観察できる走査型トン
ネル顕微鏡（ＳＴＭ）が開発されて（Ｇ．Ｂｉｎｎｉｇ
ｅｔ ａｌ．Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．，４９，
５７（１９８３））、単結晶、非晶質を問わず実空間像
の高い分解能で測定ができるようになって以来、ＳＰＭ
が材料の微細構造評価の分野でさかんに研究されるよう
になっており、今日、ＳＰＭの機能向上を目指し様々の
機能が集積化された薄膜カンチレバーが提案されてい
る。例えば、物質の表面に働く斥力、引力を検知して試
料表面の凹凸像を測定できる原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）
においては、一般的なカンチレバーのたわみ検出法であ
る光てこ方式の代わりにピエゾ抵抗体をカンチレバー上
に集積化したピエゾ抵抗カンチレバー（Ｍ．Ｔｏｒｔｏ
ｎｅｓｅ ｅｔ ａｌ．“Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ
Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ ｕｓｉｎｇ ａ Ｐｉｅｚｏｒ
ｅｓｉｓｔｉｖｅ Ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ”，Ｔｈｅ６
ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎ
ｃｅ ｏｎ Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｓｅｎｓｏｒｓ
ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ，Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ
’９１，１９９１，ｐ４４８−４５１）を挙げること
ができる。このピエゾ抵抗カンチレバーは、光てこ方式
に必要とされたレーザー、光学コンポーネントや光検出
素子等の外部検出機構を用いることなく、真空中や低温
下でも表面凹凸を検出することが可能である。
スとしては、走査型プロープ顕微鏡（以下、「ＳＰＭ」
という）に用いられるカンチレバー型プローブがある。
導体の表面原子の電子構造を直接観察できる走査型トン
ネル顕微鏡（ＳＴＭ）が開発されて（Ｇ．Ｂｉｎｎｉｇ
ｅｔ ａｌ．Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．，４９，
５７（１９８３））、単結晶、非晶質を問わず実空間像
の高い分解能で測定ができるようになって以来、ＳＰＭ
が材料の微細構造評価の分野でさかんに研究されるよう
になっており、今日、ＳＰＭの機能向上を目指し様々の
機能が集積化された薄膜カンチレバーが提案されてい
る。例えば、物質の表面に働く斥力、引力を検知して試
料表面の凹凸像を測定できる原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）
においては、一般的なカンチレバーのたわみ検出法であ
る光てこ方式の代わりにピエゾ抵抗体をカンチレバー上
に集積化したピエゾ抵抗カンチレバー（Ｍ．Ｔｏｒｔｏ
ｎｅｓｅ ｅｔ ａｌ．“Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ
Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ ｕｓｉｎｇ ａ Ｐｉｅｚｏｒ
ｅｓｉｓｔｉｖｅ Ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ”，Ｔｈｅ６
ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎ
ｃｅ ｏｎ Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｓｅｎｓｏｒｓ
ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ，Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ
’９１，１９９１，ｐ４４８−４５１）を挙げること
ができる。このピエゾ抵抗カンチレバーは、光てこ方式
に必要とされたレーザー、光学コンポーネントや光検出
素子等の外部検出機構を用いることなく、真空中や低温
下でも表面凹凸を検出することが可能である。
【０００４】このようなピエゾ抵抗カンチレバーを前述
のシリコン結晶軸異方性エッチングを用いて作製する場
合の作製方法を図２０を用いて説明する。
のシリコン結晶軸異方性エッチングを用いて作製する場
合の作製方法を図２０を用いて説明する。
【０００５】まず、基板としてｐ型シリコン基板５０１
表面に二酸化シリコン層５０２とｎ型シリコン層５０３
を形成したＳＯＩウエハ５００を用意する（図２０
（ａ））。次にSOIウエハの表面及び裏面に二酸化シリ
コン層５０４を形成した後、表面側の二酸化シリコン膜
５０４を除去し、次いでｎ型シリコン層にボロン（Ｂ）
を注入・拡散することで抵抗体（ｒｅｓｉｓｔｏｒ）５
０５を形成し、ｎ型シリコン層にカンチレバーのパター
ンを形成する。更にカンチレバー上にパッシベイション
層である二酸化シリコン薄膜５０７を形成するとともに
コンタクトホールを設け、Ａｌ金属電極５０８を形成す
る。また、裏面の二酸化シリコン膜５０４にはエッチン
グ用の開口部５０６を設ける（図２０（ｂ））。次に開
口部５０６からシリコン結晶軸異方性エッチング液であ
るＥＤＰ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉａｍｉｎｅ／Ｐｙｒｏ
ｃａｔｅｃｈｏｌ）を用いてｐ型シリコン基板をエッチ
ングし、シリコン基板の（１１１）面と二酸化シリコン
層５０２のメンブレンからなる溝を形成する。その後メ
ンブレンとなっている二酸化シリコン層５０２の一部を
フッ酸水溶液にて除去しスルーホールを作製することに
よりピエゾ抵抗カンチレバーが作製できる（図２０
（ｃ））。
表面に二酸化シリコン層５０２とｎ型シリコン層５０３
を形成したＳＯＩウエハ５００を用意する（図２０
（ａ））。次にSOIウエハの表面及び裏面に二酸化シリ
コン層５０４を形成した後、表面側の二酸化シリコン膜
５０４を除去し、次いでｎ型シリコン層にボロン（Ｂ）
を注入・拡散することで抵抗体（ｒｅｓｉｓｔｏｒ）５
０５を形成し、ｎ型シリコン層にカンチレバーのパター
ンを形成する。更にカンチレバー上にパッシベイション
層である二酸化シリコン薄膜５０７を形成するとともに
コンタクトホールを設け、Ａｌ金属電極５０８を形成す
る。また、裏面の二酸化シリコン膜５０４にはエッチン
グ用の開口部５０６を設ける（図２０（ｂ））。次に開
口部５０６からシリコン結晶軸異方性エッチング液であ
るＥＤＰ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉａｍｉｎｅ／Ｐｙｒｏ
ｃａｔｅｃｈｏｌ）を用いてｐ型シリコン基板をエッチ
ングし、シリコン基板の（１１１）面と二酸化シリコン
層５０２のメンブレンからなる溝を形成する。その後メ
ンブレンとなっている二酸化シリコン層５０２の一部を
フッ酸水溶液にて除去しスルーホールを作製することに
よりピエゾ抵抗カンチレバーが作製できる（図２０
（ｃ））。
【０００６】ところで、シリコン基板の裏面より結晶軸
異方性エッチングを行いスルーホールを作製する方法で
は図２１に示すところの基板表面のスルーホールの開口
長ｄは、基板裏面のスルーホールの開口長Ｄと基板の厚
さｔ、及び用いる結晶異方性エッチング液により決ま
り、（１００）面の結晶方位面を有するシリコン基板で
は、開口長ｄは略〔数１〕の関係で表すことができる。
異方性エッチングを行いスルーホールを作製する方法で
は図２１に示すところの基板表面のスルーホールの開口
長ｄは、基板裏面のスルーホールの開口長Ｄと基板の厚
さｔ、及び用いる結晶異方性エッチング液により決ま
り、（１００）面の結晶方位面を有するシリコン基板で
は、開口長ｄは略〔数１〕の関係で表すことができる。
【０００７】 ｄ〜（Ｄ−２ｔ／ｔａｎ（５４．７°）＋２Ｒｔ／ｓｉｎ（５４．７°）） …〔数１〕 ここで、Ｒは（１１１）面と（１００）面のエッチレー
ト比である。このように予め与えられたカンチレバーの
材料及び膜厚から、開口長Ｄを変えるだけで所望の長さ
のカンチレバーを得ることができ、これにより所望の共
振周波数やばね定数を有するカンチレバーを作製するこ
とが可能である。また、同様に所望のオリフィス径のノ
ズルを作製することが可能である。このようにシリコン
基板の裏面から結晶軸異方性エッチングしてスルーホー
ルを作製する方法により、基板表面にカンチレバーやノ
ズル等の様々のデバイスを作製することが可能となる。
上述した２つの例では何れも開口長によりカンチレバー
長、オリフィス径を決定している。
ト比である。このように予め与えられたカンチレバーの
材料及び膜厚から、開口長Ｄを変えるだけで所望の長さ
のカンチレバーを得ることができ、これにより所望の共
振周波数やばね定数を有するカンチレバーを作製するこ
とが可能である。また、同様に所望のオリフィス径のノ
ズルを作製することが可能である。このようにシリコン
基板の裏面から結晶軸異方性エッチングしてスルーホー
ルを作製する方法により、基板表面にカンチレバーやノ
ズル等の様々のデバイスを作製することが可能となる。
上述した２つの例では何れも開口長によりカンチレバー
長、オリフィス径を決定している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、シリコ
ンウエハは、ウエハ間やウエハロット間で、製造に伴う
基板厚及び結晶軸方位を示すオリエンテーションフラッ
ト（以下「ＯＦ」と言う）のバラツキを有している。例
えば４”φのシリコンウエハ間及びロット間バラツキ
は、厚みで５００μｍから５２５μｍであり（厚み分布
差Δｔ＝２５μｍ）、結晶軸方位で±０．４°程度とな
っている。この為、（１００）面の結晶軸を有する４”
φの基板では、厚み分布差Δｔによって３５μｍ程の表
面の開口長バラツキΔｄがウエハ間またはロット間で生
じることになる。
ンウエハは、ウエハ間やウエハロット間で、製造に伴う
基板厚及び結晶軸方位を示すオリエンテーションフラッ
ト（以下「ＯＦ」と言う）のバラツキを有している。例
えば４”φのシリコンウエハ間及びロット間バラツキ
は、厚みで５００μｍから５２５μｍであり（厚み分布
差Δｔ＝２５μｍ）、結晶軸方位で±０．４°程度とな
っている。この為、（１００）面の結晶軸を有する４”
φの基板では、厚み分布差Δｔによって３５μｍ程の表
面の開口長バラツキΔｄがウエハ間またはロット間で生
じることになる。
【０００９】また裏面開口部はＯＦに合わせてパターン
ニングされるため、ＯＦの角度分布差より裏面開口部の
角度のバラツキが生じることになる。したがって上述の
ＯＦの角度分布差では１０００μｍ角の開口長を表面に
開ける場合には１２μｍ程の開口長バラツキがウエハ間
またはロット間で生じることになる。
ニングされるため、ＯＦの角度分布差より裏面開口部の
角度のバラツキが生じることになる。したがって上述の
ＯＦの角度分布差では１０００μｍ角の開口長を表面に
開ける場合には１２μｍ程の開口長バラツキがウエハ間
またはロット間で生じることになる。
【００１０】以上のように、シリコン基板裏面からエッ
チングしスルーホールを作製する場合、ウエハ製造時に
発生する基板厚み分布及びＯＦ角度分布に伴い基板表面
の開口長バラツキΔｄが発生する。カンチレバー作製に
おいては、この開口長バラツキΔｄにより、カンチレバ
ーの長さが基板によって数十μｍ程度変動することとな
り、作製したカンチレバーの機械特性である共振周波数
やばね定数が基板毎に異なってしまう。そのため、従来
ウエハによらず同一の機械特性と持つカンチレバーを得
ることが困難であった。
チングしスルーホールを作製する場合、ウエハ製造時に
発生する基板厚み分布及びＯＦ角度分布に伴い基板表面
の開口長バラツキΔｄが発生する。カンチレバー作製に
おいては、この開口長バラツキΔｄにより、カンチレバ
ーの長さが基板によって数十μｍ程度変動することとな
り、作製したカンチレバーの機械特性である共振周波数
やばね定数が基板毎に異なってしまう。そのため、従来
ウエハによらず同一の機械特性と持つカンチレバーを得
ることが困難であった。
【００１１】また近年、結晶軸異方性エッチング液とし
てはＫＯＨ、ＥＤＰは毒性が強く取り扱いが難しいこと
から、ＴＭＡＨ（Ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ ａｍｍｏｎ
ｉｕｍｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）が用いられるようになって
きている。このＴＭＡＨは毒性が低く、金属イオンを含
まない為にＬＳＩプロセスとのコンパチビリティーに優
れたエッチング液である。このＴＭＡＨにおいては、シ
リコンの（１１１）面と（１００）面のエッチレート比
ＲはＴＭＡＨ濃度に依存しており（Ｕ．Ｓｃｈｎａｋｅ
ｎｂｅｒｇ ｅｔ ａｌ．，“ＴＭＡＨＷ Ｅｔｃｈｎ
ａｔｓ ｆｏｒＳｉｌｉｃｏｎ Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉ
ｎｉｎｇ”，Ｔｈｅ ６ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎ
ａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔ
ａｔｅＳｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ，
Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ ’９１，１９９１，ｐｐ８１
５−８１８）、例えば２２ｗｔ％ではＲが０．０３、１
０ｗｔ％ではＲが０．０５となる。上述のエッチングレ
ート比Ｒを〔数１〕にあてはめると、ＴＭＡＨ濃度の差
によって５２５μｍの基板で２７μｍの開口長バラツキ
Δｄが生じることとなる。すなわち、ＴＭＡＨを用いて
スルーホールを作製する場合には基板厚み分布及びＯＦ
角度分布に加えてエッチング中のエッチング液の濃度変
化により開口長ｄの誤差範囲がさらに大きくなる。
てはＫＯＨ、ＥＤＰは毒性が強く取り扱いが難しいこと
から、ＴＭＡＨ（Ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ ａｍｍｏｎ
ｉｕｍｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）が用いられるようになって
きている。このＴＭＡＨは毒性が低く、金属イオンを含
まない為にＬＳＩプロセスとのコンパチビリティーに優
れたエッチング液である。このＴＭＡＨにおいては、シ
リコンの（１１１）面と（１００）面のエッチレート比
ＲはＴＭＡＨ濃度に依存しており（Ｕ．Ｓｃｈｎａｋｅ
ｎｂｅｒｇ ｅｔ ａｌ．，“ＴＭＡＨＷ Ｅｔｃｈｎ
ａｔｓ ｆｏｒＳｉｌｉｃｏｎ Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉ
ｎｉｎｇ”，Ｔｈｅ ６ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎ
ａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔ
ａｔｅＳｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ，
Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ ’９１，１９９１，ｐｐ８１
５−８１８）、例えば２２ｗｔ％ではＲが０．０３、１
０ｗｔ％ではＲが０．０５となる。上述のエッチングレ
ート比Ｒを〔数１〕にあてはめると、ＴＭＡＨ濃度の差
によって５２５μｍの基板で２７μｍの開口長バラツキ
Δｄが生じることとなる。すなわち、ＴＭＡＨを用いて
スルーホールを作製する場合には基板厚み分布及びＯＦ
角度分布に加えてエッチング中のエッチング液の濃度変
化により開口長ｄの誤差範囲がさらに大きくなる。
【００１２】シリコン基板に所望の開口長を有するノズ
ルの作製方法としては、シリコン基板に高濃度のｐ型拡
散層を形成する方法が知られている（Ｅ．Ｂａｓｓｏｕ
ｓ，“Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｎｏｖｅｌ Ｔ
ｈｒｅｅ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｍｉｃｒｏｓｔｒ
ｕｃｔｕｒｅｓ ｂｙ ｔｈｅ Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉ
ｃ Ｅｔｃｈｉｎｇ ｏｆ（１００）ａｎｄ（１１０）
Ｓｉｌｃｏｎ”，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ｏｎ Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｖｏｌ．ＥＤ−２５，Ｎ
ｏ．１０，１９７８，ｐ１１７８−）。これは、不純物
濃度が７×１０19（ｃｍ3）以上のｐ型拡散層は結晶軸
異方性エッチング液でエッチングされない性質を利用す
る方法である。シリコン基板に二酸化シリコン膜を形成
し、該二酸化シリコン膜をオリフィス形状にパターニン
グした後に高濃度にボロン（Ｂ）を基板に拡散しｐ型拡
散層を形成し、再度二酸化シリコン膜を形成し、基板裏
面側の二酸化シリコン膜に開口部を形成し、結晶軸異方
性エッチングによりエッチングすることにより、（１１
１）面とオリフィスを有するｐ型拡散層のメンブレンと
に囲まれたノズルを作製でき、精度良くオリフィスを作
製できる。しかしながら、この方法ではメンブレン厚み
が３μｍと薄く、メンブレン厚みを厚くするためには高
濃度不純物注入する必要があるが、そのため、イオン注
入法により行う場合の注入時間を長く、且つ拡散層厚を
厚くするため拡散時間を長く取る必要がある。例えば、
１５〜２０μｍ程度の拡散層を得ようとすると、１×１
０16ａｔｏｍ／ｃｍ2以上の不純物イオン注入量が必要
となり、また１，１７５℃にて１５〜２０時間程度の拡
散時間が必要となり、生産性が低下することになる。ま
た、このようにシリコン基板が高温にて長時間熱処理さ
れると、バルク内に結晶欠陥が発生、増加することがあ
る。そして、前記欠陥により結晶軸異方性エッチングの
工程で終端される（１１１）面にエッチング荒れが発生
し、開口端を直線性よく形成できず、基板表面の開口長
ｄに寸法分布が生じる。
ルの作製方法としては、シリコン基板に高濃度のｐ型拡
散層を形成する方法が知られている（Ｅ．Ｂａｓｓｏｕ
ｓ，“Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｎｏｖｅｌ Ｔ
ｈｒｅｅ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｍｉｃｒｏｓｔｒ
ｕｃｔｕｒｅｓ ｂｙ ｔｈｅ Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉ
ｃ Ｅｔｃｈｉｎｇ ｏｆ（１００）ａｎｄ（１１０）
Ｓｉｌｃｏｎ”，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ｏｎ Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｖｏｌ．ＥＤ−２５，Ｎ
ｏ．１０，１９７８，ｐ１１７８−）。これは、不純物
濃度が７×１０19（ｃｍ3）以上のｐ型拡散層は結晶軸
異方性エッチング液でエッチングされない性質を利用す
る方法である。シリコン基板に二酸化シリコン膜を形成
し、該二酸化シリコン膜をオリフィス形状にパターニン
グした後に高濃度にボロン（Ｂ）を基板に拡散しｐ型拡
散層を形成し、再度二酸化シリコン膜を形成し、基板裏
面側の二酸化シリコン膜に開口部を形成し、結晶軸異方
性エッチングによりエッチングすることにより、（１１
１）面とオリフィスを有するｐ型拡散層のメンブレンと
に囲まれたノズルを作製でき、精度良くオリフィスを作
製できる。しかしながら、この方法ではメンブレン厚み
が３μｍと薄く、メンブレン厚みを厚くするためには高
濃度不純物注入する必要があるが、そのため、イオン注
入法により行う場合の注入時間を長く、且つ拡散層厚を
厚くするため拡散時間を長く取る必要がある。例えば、
１５〜２０μｍ程度の拡散層を得ようとすると、１×１
０16ａｔｏｍ／ｃｍ2以上の不純物イオン注入量が必要
となり、また１，１７５℃にて１５〜２０時間程度の拡
散時間が必要となり、生産性が低下することになる。ま
た、このようにシリコン基板が高温にて長時間熱処理さ
れると、バルク内に結晶欠陥が発生、増加することがあ
る。そして、前記欠陥により結晶軸異方性エッチングの
工程で終端される（１１１）面にエッチング荒れが発生
し、開口端を直線性よく形成できず、基板表面の開口長
ｄに寸法分布が生じる。
【００１３】さらに、シリコン基板上に回路を集積する
場合、ｎＭＯＳのウェルや絶縁拡散層等を形成するため
に、上記と同程度の、高温で長時間の熱処理が行われ
る。このような、熱処理による結晶欠陥はシリコンウエ
ハのロット毎に違い、且つウエハ内の各部分毎でも異な
る為、開口部毎にその開口長ｄの寸法分布が異なる。マ
イクロメカニクスデバイスと電子回路とを集積化する場
合には、前記結晶欠陥のために基板表面の開口端の直線
性を精度良く作製できないという問題が生じる。加え
て、この方法では、前述したＳＯＩ基板を用いて作製す
るピエゾ抵抗カンチレバーのような予め形成したデバイ
スの下部に拡散層を形成することはできない。
場合、ｎＭＯＳのウェルや絶縁拡散層等を形成するため
に、上記と同程度の、高温で長時間の熱処理が行われ
る。このような、熱処理による結晶欠陥はシリコンウエ
ハのロット毎に違い、且つウエハ内の各部分毎でも異な
る為、開口部毎にその開口長ｄの寸法分布が異なる。マ
イクロメカニクスデバイスと電子回路とを集積化する場
合には、前記結晶欠陥のために基板表面の開口端の直線
性を精度良く作製できないという問題が生じる。加え
て、この方法では、前述したＳＯＩ基板を用いて作製す
るピエゾ抵抗カンチレバーのような予め形成したデバイ
スの下部に拡散層を形成することはできない。
【００１４】本発明は、上記従来技術の有する問題点に
鑑みなされたものであり、その目的は、（１）シリコン
基板の裏面のみからエッチングしてスルーホールを作製
でき、（２）シリコンウエハ間及びロット間のウエハ厚
さバラツキによらず所望の開口長ｄを得ることができ、
（３）シリコンウエハ間及びロット間のＯＦの角度バラ
ツキによらず所望の開口長ｄを得ることができ、（４）
使用するシリコン結晶異方性エッチング液の種類によら
ず精度良くスルーホールの開口長ｄを制御でき、（５）
生産性が高く、且つ製造の容易で作製再現性の高い、
（６）長時間の高温熱処理を施しても、開口端面を直線
性よく形成でき、（７）基板表面に形成するデバイス形
状によらない、スルーホールの作製方法、スルーホール
形成用基板、スルーホールを有する基板、及びこれを用
いたデバイスを提供するものである。
鑑みなされたものであり、その目的は、（１）シリコン
基板の裏面のみからエッチングしてスルーホールを作製
でき、（２）シリコンウエハ間及びロット間のウエハ厚
さバラツキによらず所望の開口長ｄを得ることができ、
（３）シリコンウエハ間及びロット間のＯＦの角度バラ
ツキによらず所望の開口長ｄを得ることができ、（４）
使用するシリコン結晶異方性エッチング液の種類によら
ず精度良くスルーホールの開口長ｄを制御でき、（５）
生産性が高く、且つ製造の容易で作製再現性の高い、
（６）長時間の高温熱処理を施しても、開口端面を直線
性よく形成でき、（７）基板表面に形成するデバイス形
状によらない、スルーホールの作製方法、スルーホール
形成用基板、スルーホールを有する基板、及びこれを用
いたデバイスを提供するものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成する本
発明は、シリコン基板にスルーホールを作製する方法で
あって、(ａ）該基板表面のスルーホール形成部位に前
記基板材料に対して選択的にエッチングが可能な犠牲層
を形成する工程と、（ｂ）前記基板上に該犠牲層を被覆
するように耐エッチング性を有するパッシベイション層
を形成する工程（ｃ）前記犠牲層に対応した開口部を有
するエッチングマスク層を前記基板裏面に形成する工程
と、（ｄ）該開口部より前記犠牲層が露出するまで基板
を結晶軸異方性エッチングにてエッチングする工程と、
（ｅ）前記基板エッチング工程により露出した部分より
前記犠牲層をエッチングし除去する工程と、（ｆ）前記
パッシベイション層の一部を除去しスルーホールを形成
する工程と、を有することを特徴とするスルーホールの
作製方法である。
発明は、シリコン基板にスルーホールを作製する方法で
あって、(ａ）該基板表面のスルーホール形成部位に前
記基板材料に対して選択的にエッチングが可能な犠牲層
を形成する工程と、（ｂ）前記基板上に該犠牲層を被覆
するように耐エッチング性を有するパッシベイション層
を形成する工程（ｃ）前記犠牲層に対応した開口部を有
するエッチングマスク層を前記基板裏面に形成する工程
と、（ｄ）該開口部より前記犠牲層が露出するまで基板
を結晶軸異方性エッチングにてエッチングする工程と、
（ｅ）前記基板エッチング工程により露出した部分より
前記犠牲層をエッチングし除去する工程と、（ｆ）前記
パッシベイション層の一部を除去しスルーホールを形成
する工程と、を有することを特徴とするスルーホールの
作製方法である。
【００１６】また、シリコン基板にスルーホールを作製
する方法であって、（ａ）前記基板の一部にシリコンエ
ピタキシャル成長を阻止するエピタキシャル阻止層を形
成し、前記基板上にシリコンのエピタキシャル層を形成
することにより前記エピタキシャル阻止層上のスルーホ
ール形成部位に前記基板材料に対して選択的にエッチン
グが可能な犠牲層を形成する工程と、（ｂ）前記基板上
に該犠牲層を被覆するように耐エッチング性を有するパ
ッシベイション層を形成する工程（ｃ）前記犠牲層に対
応した開口部を有するエッチングマスク層を前記基板裏
面に形成する工程と、（ｄ）該開口部より前記エピタキ
シャル阻止層が露出するまで基板を結晶軸異方性エッチ
ングによりエッチングする工程と、（ｅ）前記エピタキ
シャル阻止層の前記基板エッチング工程により露出した
部分を除去する工程と、（ｆ）前記エピタキシャル阻止
層の除去部分より前記犠牲層をエッチングし除去する工
程と、（ｇ）前記パッシベイション層の一部を除去しス
ルーホールを形成する工程と、を有することを特徴とす
るスルーホールの作製方法である。
する方法であって、（ａ）前記基板の一部にシリコンエ
ピタキシャル成長を阻止するエピタキシャル阻止層を形
成し、前記基板上にシリコンのエピタキシャル層を形成
することにより前記エピタキシャル阻止層上のスルーホ
ール形成部位に前記基板材料に対して選択的にエッチン
グが可能な犠牲層を形成する工程と、（ｂ）前記基板上
に該犠牲層を被覆するように耐エッチング性を有するパ
ッシベイション層を形成する工程（ｃ）前記犠牲層に対
応した開口部を有するエッチングマスク層を前記基板裏
面に形成する工程と、（ｄ）該開口部より前記エピタキ
シャル阻止層が露出するまで基板を結晶軸異方性エッチ
ングによりエッチングする工程と、（ｅ）前記エピタキ
シャル阻止層の前記基板エッチング工程により露出した
部分を除去する工程と、（ｆ）前記エピタキシャル阻止
層の除去部分より前記犠牲層をエッチングし除去する工
程と、（ｇ）前記パッシベイション層の一部を除去しス
ルーホールを形成する工程と、を有することを特徴とす
るスルーホールの作製方法である。
【００１７】本発明によれば、基板の表面に開口寸法を
決定する犠牲層を基板に形成することにより、基板裏面
側からエッチングする場合、基板の厚み、ＯＦの角度バ
ラツキ、及びエッチング液の濃度バラツキ等により生じ
る開口寸法の誤差、高温熱処理による開口端の直線性劣
化等を回避することができ高精度に開口寸法を制御する
ことが可能となる。また、犠牲層を基板に埋め込み形成
する時には、基板表面の平坦性を保つことができる。本
発明の作製方法は生産性が高く、且つ製造が容易で作製
再現性の高いスルーホールの作製方法である。
決定する犠牲層を基板に形成することにより、基板裏面
側からエッチングする場合、基板の厚み、ＯＦの角度バ
ラツキ、及びエッチング液の濃度バラツキ等により生じ
る開口寸法の誤差、高温熱処理による開口端の直線性劣
化等を回避することができ高精度に開口寸法を制御する
ことが可能となる。また、犠牲層を基板に埋め込み形成
する時には、基板表面の平坦性を保つことができる。本
発明の作製方法は生産性が高く、且つ製造が容易で作製
再現性の高いスルーホールの作製方法である。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下の本発明のスルーホールの形
成工程を詳細に説明する。
成工程を詳細に説明する。
【００１９】本発明では、まず、シリコン基板の異方性
エッチング前に基板表面に犠牲層を形成する。そして、
犠牲層を形成した基板の表面にさらにパッシベイション
層を形成し、裏面より基板をエッチングする。この時、
基板の裏面にはエッチング液にエッチング耐性の有る開
口部を有するマスク層を設けておき、該開口部からシリ
コン基板をエッチングし溝を形成する。シリコン基板の
エッチングは、結晶軸異方性エッチングとなるエッチン
グ液により行い、ＫＯＨ、ＥＤＰ、ＴＭＡＨ、ヒドラジ
ン等の結晶面によるエッチング速度差を生じるエッチン
グ液が用いられる。エッチングを進めることにより、エ
ッチングにより形成される溝は犠牲層に達する。次に犠
牲層を除去するわけであるが、犠牲層はシリコン基板と
パッシベイション層との間に挟まれており、犠牲層が速
やかにエッチングできる様に犠牲層は等方性エッチング
にてエッチングされる。等方性エッチング液としては、
犠牲層をエッチングした後に、シリコン基板が等方性エ
ッチングされて開口長の制御ができなくならない様に、
シリコン基板を等方性エッチングしないエッチング液か
ら選ばれる。これにより、シリコン基板にパッシベイシ
ョン層を形成した場合にはパッシベイション層からなる
メンブレンが形成される。この後開口部分のパッシベイ
ション層をエッチングすることによりスルーホールを形
成することができる。
エッチング前に基板表面に犠牲層を形成する。そして、
犠牲層を形成した基板の表面にさらにパッシベイション
層を形成し、裏面より基板をエッチングする。この時、
基板の裏面にはエッチング液にエッチング耐性の有る開
口部を有するマスク層を設けておき、該開口部からシリ
コン基板をエッチングし溝を形成する。シリコン基板の
エッチングは、結晶軸異方性エッチングとなるエッチン
グ液により行い、ＫＯＨ、ＥＤＰ、ＴＭＡＨ、ヒドラジ
ン等の結晶面によるエッチング速度差を生じるエッチン
グ液が用いられる。エッチングを進めることにより、エ
ッチングにより形成される溝は犠牲層に達する。次に犠
牲層を除去するわけであるが、犠牲層はシリコン基板と
パッシベイション層との間に挟まれており、犠牲層が速
やかにエッチングできる様に犠牲層は等方性エッチング
にてエッチングされる。等方性エッチング液としては、
犠牲層をエッチングした後に、シリコン基板が等方性エ
ッチングされて開口長の制御ができなくならない様に、
シリコン基板を等方性エッチングしないエッチング液か
ら選ばれる。これにより、シリコン基板にパッシベイシ
ョン層を形成した場合にはパッシベイション層からなる
メンブレンが形成される。この後開口部分のパッシベイ
ション層をエッチングすることによりスルーホールを形
成することができる。
【００２０】ここで、犠牲層に用いられる好ましい材料
としては多結晶シリコン膜が挙げられる。多結晶シリコ
ン膜はＬＳＩプロセスとのコンパチビリティーに優れて
おり、プロセス再現性が高く犠牲層に好適である。多結
晶シリコン膜を犠牲層に用いることで、犠牲層をエッチ
ングするための等方性エッチング液をシリコン結晶異方
性エッチング液としても用いることができるため、裏面
開口部を介してシリコン基板をエッチングし、同一のエ
ッチング液にて犠牲層を除去することが可能となり、工
程が容易となる。犠牲層の厚みとしては薄膜形成可能な
厚みであればよい。犠牲層厚みが薄いと、シリコン基板
とパッシベイション層との間に等方性エッチング液が侵
入しにくくなるが、犠牲層をエッチングする工程と基板
をエッチングする工程を交互又は同時に繰返すことによ
り、犠牲層による開口長の制御が同様に可能となる。例
えば、犠牲層に数百〜数千オングストロームの多結晶シ
リコンを用いた場合には、犠牲層の等方性エッチングと
基板と異方性エッチングを同時に行うことができる。
としては多結晶シリコン膜が挙げられる。多結晶シリコ
ン膜はＬＳＩプロセスとのコンパチビリティーに優れて
おり、プロセス再現性が高く犠牲層に好適である。多結
晶シリコン膜を犠牲層に用いることで、犠牲層をエッチ
ングするための等方性エッチング液をシリコン結晶異方
性エッチング液としても用いることができるため、裏面
開口部を介してシリコン基板をエッチングし、同一のエ
ッチング液にて犠牲層を除去することが可能となり、工
程が容易となる。犠牲層の厚みとしては薄膜形成可能な
厚みであればよい。犠牲層厚みが薄いと、シリコン基板
とパッシベイション層との間に等方性エッチング液が侵
入しにくくなるが、犠牲層をエッチングする工程と基板
をエッチングする工程を交互又は同時に繰返すことによ
り、犠牲層による開口長の制御が同様に可能となる。例
えば、犠牲層に数百〜数千オングストロームの多結晶シ
リコンを用いた場合には、犠牲層の等方性エッチングと
基板と異方性エッチングを同時に行うことができる。
【００２１】また、シリコン基板上に形成される犠牲層
はフォトリソグラフィプロセス、及びエッチングを適用
することで所望の形状にパターニングされるもしくは、
シリコン基板の一部の結晶性、材質を変化させる、ある
いは多孔質化させることによりシリコン基板上に埋め込
み犠牲層として形成される。このような埋め込み犠牲層
の形成方法を具体的に説明すると、多孔質シリコンはシ
リコン基板の一部を陽極化成（Ａｎｏｄｉｚａｔｉｏ
ｎ）することにより形成できる。５〜５０％の体積濃度
の弗化水素酸（以後、弗酸と言う）をいれた容器に、シ
リコン窒化膜、レジスト等の弗酸に耐触性を持つ膜によ
り被覆されたシリコン基板と白金電極を浸せきする。多
孔質シリコンを形成する所望の部分の前記耐触性を持つ
膜の一部は除去してある。白金電極をマイナス電極、シ
リコン基板をプラス電極に接続して５〜数１００ｍＡ／
ｃｍ2の電流を流すとシリコン基板は開口部から０．５
から１０μｍ／分程のスピードで多孔質化される。ま
た、シリコン基板の両面に接触する弗酸を隔離するよう
に容器内を２分割して、各々の分割容器に電極を挿入し
電流を流してもよい。この場合にはシリコン基板に直接
電極を取り付ける必要がない。このようにして、前記耐
触性を持つ膜の一部を除去した部分に多孔質シリコン層
を有するシリコン基板を得ることができる。反応条件に
より異なるが、弗酸に耐性のある膜としては、Ｃｒ、Ｃ
ｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｐｔ、シリコン窒化膜、多結晶
シリコン等が利用できる。また、陽極化成の為に電圧を
印加するシリコン基板に、基板とは異なる電荷極性を有
する不純物拡散層を設け耐触性を持つ膜として利用する
ことも可能である（Ｋ．Ｉｍａｉ，Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａ
ｔｅＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｖｏｌ．２４，ｐ１５９
−１６４）。
はフォトリソグラフィプロセス、及びエッチングを適用
することで所望の形状にパターニングされるもしくは、
シリコン基板の一部の結晶性、材質を変化させる、ある
いは多孔質化させることによりシリコン基板上に埋め込
み犠牲層として形成される。このような埋め込み犠牲層
の形成方法を具体的に説明すると、多孔質シリコンはシ
リコン基板の一部を陽極化成（Ａｎｏｄｉｚａｔｉｏ
ｎ）することにより形成できる。５〜５０％の体積濃度
の弗化水素酸（以後、弗酸と言う）をいれた容器に、シ
リコン窒化膜、レジスト等の弗酸に耐触性を持つ膜によ
り被覆されたシリコン基板と白金電極を浸せきする。多
孔質シリコンを形成する所望の部分の前記耐触性を持つ
膜の一部は除去してある。白金電極をマイナス電極、シ
リコン基板をプラス電極に接続して５〜数１００ｍＡ／
ｃｍ2の電流を流すとシリコン基板は開口部から０．５
から１０μｍ／分程のスピードで多孔質化される。ま
た、シリコン基板の両面に接触する弗酸を隔離するよう
に容器内を２分割して、各々の分割容器に電極を挿入し
電流を流してもよい。この場合にはシリコン基板に直接
電極を取り付ける必要がない。このようにして、前記耐
触性を持つ膜の一部を除去した部分に多孔質シリコン層
を有するシリコン基板を得ることができる。反応条件に
より異なるが、弗酸に耐性のある膜としては、Ｃｒ、Ｃ
ｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｐｔ、シリコン窒化膜、多結晶
シリコン等が利用できる。また、陽極化成の為に電圧を
印加するシリコン基板に、基板とは異なる電荷極性を有
する不純物拡散層を設け耐触性を持つ膜として利用する
ことも可能である（Ｋ．Ｉｍａｉ，Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａ
ｔｅＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｖｏｌ．２４，ｐ１５９
−１６４）。
【００２２】以上の方法により形成した多孔質層は水酸
化ナトリウム水溶液、あるいは弗酸等のエッチング液を
用いることにより、シリコンの多孔質層とシリコン基板
のエッチング速度の違いにより多孔質層のみを高速で選
択的にエッチングすることができる。多孔質シリコンの
エッチング液としては、弗酸系のエッチング液として、
弗酸＋過酸化水素酸（Ｈ2Ｏ2）、弗酸＋Ｈ2Ｏ2＋アルコ
ール、バッファード弗酸（ＨＦとＮＨ３Ｆとの混合
液）、バッファード弗酸＋Ｈ2Ｏ2、バッファード弗酸＋
Ｈ2Ｏ2＋アルコール、がある。また、シリコンの結晶軸
異方性エッチング液を用いても、多孔質シリコンを等方
性エッチングすることが可能である。異方性エッチング
液を用いることで、エッチング液を変えずに埋め込み犠
牲層を等方性エッチングできる。
化ナトリウム水溶液、あるいは弗酸等のエッチング液を
用いることにより、シリコンの多孔質層とシリコン基板
のエッチング速度の違いにより多孔質層のみを高速で選
択的にエッチングすることができる。多孔質シリコンの
エッチング液としては、弗酸系のエッチング液として、
弗酸＋過酸化水素酸（Ｈ2Ｏ2）、弗酸＋Ｈ2Ｏ2＋アルコ
ール、バッファード弗酸（ＨＦとＮＨ３Ｆとの混合
液）、バッファード弗酸＋Ｈ2Ｏ2、バッファード弗酸＋
Ｈ2Ｏ2＋アルコール、がある。また、シリコンの結晶軸
異方性エッチング液を用いても、多孔質シリコンを等方
性エッチングすることが可能である。異方性エッチング
液を用いることで、エッチング液を変えずに埋め込み犠
牲層を等方性エッチングできる。
【００２３】埋め込み犠牲層としては上述の他に、シリ
コン基板に形成した多孔質シリコンを熱酸化して得られ
る、二酸化シリコンを用いることも可能である。二酸化
シリコンは、通常の単結晶シリコンの酸化速度に比べ
て、百倍以上も早く（Ｈ．Ｔａｋａｉ ａｎｄ Ｔ．Ｉ
ｔｏｈ，“Ｐｏｒｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ ｌａｙｅｒ
ｓ ａｎｄ ｉｔｓ ｏｘｉｄｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓ
ｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ ｓｔｒｕｃ
ｔｕｒｅ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．６
０，ｐ２２２−２２５，１９８６）、一部に多孔質シリ
コンを埋め込み形成したシリコン基板を酸化することに
より多孔質シリコン部分に二酸化シリコンからなる埋め
込み犠牲層を形成できる。この場合も、シリコン基板を
マスク層を介して異方性エッチングし、溝が二酸化シリ
コンの埋め込み犠牲層に達した後に、弗酸系のエッチン
グ液にて開口部より埋め込み犠牲層をエッチングするこ
とにより、基板表面に所望の寸法を有する開口を形成す
ることができる。
コン基板に形成した多孔質シリコンを熱酸化して得られ
る、二酸化シリコンを用いることも可能である。二酸化
シリコンは、通常の単結晶シリコンの酸化速度に比べ
て、百倍以上も早く（Ｈ．Ｔａｋａｉ ａｎｄ Ｔ．Ｉ
ｔｏｈ，“Ｐｏｒｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ ｌａｙｅｒ
ｓ ａｎｄ ｉｔｓ ｏｘｉｄｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓ
ｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ ｓｔｒｕｃ
ｔｕｒｅ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．６
０，ｐ２２２−２２５，１９８６）、一部に多孔質シリ
コンを埋め込み形成したシリコン基板を酸化することに
より多孔質シリコン部分に二酸化シリコンからなる埋め
込み犠牲層を形成できる。この場合も、シリコン基板を
マスク層を介して異方性エッチングし、溝が二酸化シリ
コンの埋め込み犠牲層に達した後に、弗酸系のエッチン
グ液にて開口部より埋め込み犠牲層をエッチングするこ
とにより、基板表面に所望の寸法を有する開口を形成す
ることができる。
【００２４】他の埋め込み犠牲層としては、シリコン基
板とは結晶性の異なる、シリコン基板の一部に埋め込み
形成した多結晶シリコンが用いられる。多結晶シリコン
は、シリコン基板の一部にシリコンのエピタキシャル成
長を阻害するエピタキシャル阻止層を形成し、前記基板
上にシリコンのエピタキシャル層を成長させることによ
り前記エピタキシャル阻止層上に多結晶シリコン層から
なる犠牲層を形成することができる。多結晶シリコンは
シリコンの結晶軸異方性エッチング液に対して等方性エ
ッチングすることができる。エピタキシャル阻止層とし
ては、エピタキシャル成長を阻止する、すなわち、多結
晶または、アモルファス状の構造を有する層であればよ
く、成長温度の熱に耐性を持つ材質からなる。このよう
な材料としては例えば、シリコン半導体形成プロセスと
のコンパチビリティーに優れた、プロセス再現性の高い
二酸化シリコン膜、シリコン窒化膜、多結晶シリコン膜
が好適である。特に、二酸化シリコン膜やシリコン窒化
膜は異方性エッチング液に対してエッチング耐性が良好
であり、開口でより基板をエッチングするに際して、エ
ッチングを停止する事が可能であり、エッチング停止層
の役割も有している。また、埋め込み犠牲層を異方性エ
ッチング液にて等方性エッチングする際犠牲層下部のシ
リコンがエッチングされるのを防止できる。
板とは結晶性の異なる、シリコン基板の一部に埋め込み
形成した多結晶シリコンが用いられる。多結晶シリコン
は、シリコン基板の一部にシリコンのエピタキシャル成
長を阻害するエピタキシャル阻止層を形成し、前記基板
上にシリコンのエピタキシャル層を成長させることによ
り前記エピタキシャル阻止層上に多結晶シリコン層から
なる犠牲層を形成することができる。多結晶シリコンは
シリコンの結晶軸異方性エッチング液に対して等方性エ
ッチングすることができる。エピタキシャル阻止層とし
ては、エピタキシャル成長を阻止する、すなわち、多結
晶または、アモルファス状の構造を有する層であればよ
く、成長温度の熱に耐性を持つ材質からなる。このよう
な材料としては例えば、シリコン半導体形成プロセスと
のコンパチビリティーに優れた、プロセス再現性の高い
二酸化シリコン膜、シリコン窒化膜、多結晶シリコン膜
が好適である。特に、二酸化シリコン膜やシリコン窒化
膜は異方性エッチング液に対してエッチング耐性が良好
であり、開口でより基板をエッチングするに際して、エ
ッチングを停止する事が可能であり、エッチング停止層
の役割も有している。また、埋め込み犠牲層を異方性エ
ッチング液にて等方性エッチングする際犠牲層下部のシ
リコンがエッチングされるのを防止できる。
【００２５】また、高温での熱処理を行うことで結晶欠
陥を有するシリコン基板を用いた場合では、異方性エッ
チング後の結晶欠陥による（１１１）面の荒れが発生す
るが、作り込み犠牲層を導入することで開口長ｄの寸法
精度の高い、寸法分布の無い開口を得ることが可能とな
る。
陥を有するシリコン基板を用いた場合では、異方性エッ
チング後の結晶欠陥による（１１１）面の荒れが発生す
るが、作り込み犠牲層を導入することで開口長ｄの寸法
精度の高い、寸法分布の無い開口を得ることが可能とな
る。
【００２６】開口部と犠牲層の寸法は、開口部を介して
エッチングし形成される溝の基板表面側の溝寸法に比べ
て犠牲層の寸法が大きくなるようにする。これにより、
犠牲層にて基板表面の開口長を制御することが可能とな
る。結晶方位面が（１００）のシリコン基板を用いた場
合には、犠牲層の長さｄ１（図２参照）の範囲を〔数
１〕のｄを用いて以下の様に表すことができる。
エッチングし形成される溝の基板表面側の溝寸法に比べ
て犠牲層の寸法が大きくなるようにする。これにより、
犠牲層にて基板表面の開口長を制御することが可能とな
る。結晶方位面が（１００）のシリコン基板を用いた場
合には、犠牲層の長さｄ１（図２参照）の範囲を〔数
１〕のｄを用いて以下の様に表すことができる。
【００２７】ｄ１＞ｄ …〔数２〕
【００２８】また、基板の結晶方位面が（１００）から
角度α（°）のオフセットを有するシリコン基板では、
多孔質シリコン層の長さｄ１は以下〔数３〕の範囲とな
る。
角度α（°）のオフセットを有するシリコン基板では、
多孔質シリコン層の長さｄ１は以下〔数３〕の範囲とな
る。
【００２９】 ｄ１＞（Ｄ−ｔ／ｔａｎ（５４．７°＋α）−ｔ／ｔａｎ（５４．７°−α） ＋Ｒｔ／ｓｉｎ（５４．７°＋α）＋Ｒｔ／ｓｉｎ（５４．７°−α）） …〔 数３〕 三角関数内の角度αはオフセットにより生じた基板の方
位面と（１１１）面のなす角度から一義的に決定される
ものである。本発明の方法は、他の結晶方位面を有する
シリコンにおいても有効である。
位面と（１１１）面のなす角度から一義的に決定される
ものである。本発明の方法は、他の結晶方位面を有する
シリコンにおいても有効である。
【００３０】本発明により形成されたスルーホールを調
べてみると、異方性エッチングによるスルーホールの基
板裏面側の開口径をＤ'、基板表面（カンチレバーやイ
ンク吐出部等の機能素子形成面）側の開口径をｄ’と
し、シリコン基板の厚みをｔとした時に、ｄ’が ｄ’＞（Ｄ−２ｔ／ｔａｎ（５４．７°）） …〔数４〕 の関係を有しているものであり、この構成により開口径
をそれほど大きくしなくても基板表面の所望の開口径を
得ることができ、基板の大きさを従来に比べ小型化する
ことが可能である。さらには基板の機械的強度の向上に
もつながる。
べてみると、異方性エッチングによるスルーホールの基
板裏面側の開口径をＤ'、基板表面（カンチレバーやイ
ンク吐出部等の機能素子形成面）側の開口径をｄ’と
し、シリコン基板の厚みをｔとした時に、ｄ’が ｄ’＞（Ｄ−２ｔ／ｔａｎ（５４．７°）） …〔数４〕 の関係を有しているものであり、この構成により開口径
をそれほど大きくしなくても基板表面の所望の開口径を
得ることができ、基板の大きさを従来に比べ小型化する
ことが可能である。さらには基板の機械的強度の向上に
もつながる。
【００３１】本発明において、パッシベイション層を犠
牲層上に形成する場合、犠牲層をエッチングすること
で、パッシベイション層からなるメンブレンが形成され
る。ここで、パッシベイション膜は結晶軸異方性エッチ
ング液、及び犠牲層用の等方性エッチング液にエッチン
グ耐性を持つ材料からなる。このことにより、基板表面
に様々なデバイスを形成することが可能となる。なお、
パッシベイション層の形成方法としては、従来公知の技
術たとえば真空蒸着法やスパッタ法、化学気相成長、鍍
金法、薄膜塗布法等の薄膜作製技術を用いることが可能
である。
牲層上に形成する場合、犠牲層をエッチングすること
で、パッシベイション層からなるメンブレンが形成され
る。ここで、パッシベイション膜は結晶軸異方性エッチ
ング液、及び犠牲層用の等方性エッチング液にエッチン
グ耐性を持つ材料からなる。このことにより、基板表面
に様々なデバイスを形成することが可能となる。なお、
パッシベイション層の形成方法としては、従来公知の技
術たとえば真空蒸着法やスパッタ法、化学気相成長、鍍
金法、薄膜塗布法等の薄膜作製技術を用いることが可能
である。
【００３２】本発明のスルーホールの作製方法またはス
ルーホール形成用基板を用いて、ガスまたは液体供給用
ノズルを作製することが可能である。また、前記基板の
表面に発熱抵抗体、流路、ノズル等を形成することによ
りスルーホールをインク供給口に用いたインクジェット
プリンターヘッドを作製することが可能である。
ルーホール形成用基板を用いて、ガスまたは液体供給用
ノズルを作製することが可能である。また、前記基板の
表面に発熱抵抗体、流路、ノズル等を形成することによ
りスルーホールをインク供給口に用いたインクジェット
プリンターヘッドを作製することが可能である。
【００３３】また、本発明において、基板表面の犠牲層
上にパッシベイション層を介して薄膜カンチレバーを形
成しておき、基板裏面の開口部よりエッチングしスルー
ホールを形成することにより走査型プローブ顕微鏡に用
いるカンチレバーを作製することが可能である。
上にパッシベイション層を介して薄膜カンチレバーを形
成しておき、基板裏面の開口部よりエッチングしスルー
ホールを形成することにより走査型プローブ顕微鏡に用
いるカンチレバーを作製することが可能である。
【００３４】（実施例）以下本発明のスルーホール及び
その作製方法、該スルーホールを用いて作製したデバイ
スを図１乃至図１９及び図２２の図面に示す実施例を用
いて詳細に説明する。
その作製方法、該スルーホールを用いて作製したデバイ
スを図１乃至図１９及び図２２の図面に示す実施例を用
いて詳細に説明する。
【００３５】（第１実施例）図１は本発明のスルーホー
ルの作製方法の工程を示す断面図である。図２は本発明
のスルーホールを作製する為の埋め込み犠牲層１１とな
る多孔質シリコン層を形成した基板の上面図及びその断
面図であり、図３（ａ）は作製したスルーホール形状の
特徴の一例を示す断面から見た斜視図である。本発明の
スルーホールは図３（ａ）〜（ｂ）に示す様に、従来の
図２０と比べ、スルーホール断面が、台形形状ではな
く、折り曲がった形状が特徴となっている。本発明の形
成方法を用いることにより、スルーホール断面形状をエ
ッチング時間により図３（ａ）〜（ｂ）に示す様に変え
ることが可能である。例えば、これにより、従来（１１
１）の結晶面で囲まれたノズルの流体のコンダクタンス
を、所望の値に変えることも可能となる。
ルの作製方法の工程を示す断面図である。図２は本発明
のスルーホールを作製する為の埋め込み犠牲層１１とな
る多孔質シリコン層を形成した基板の上面図及びその断
面図であり、図３（ａ）は作製したスルーホール形状の
特徴の一例を示す断面から見た斜視図である。本発明の
スルーホールは図３（ａ）〜（ｂ）に示す様に、従来の
図２０と比べ、スルーホール断面が、台形形状ではな
く、折り曲がった形状が特徴となっている。本発明の形
成方法を用いることにより、スルーホール断面形状をエ
ッチング時間により図３（ａ）〜（ｂ）に示す様に変え
ることが可能である。例えば、これにより、従来（１１
１）の結晶面で囲まれたノズルの流体のコンダクタンス
を、所望の値に変えることも可能となる。
【００３６】以下に本発明のスルーホールの作製方法を
図１を用いて説明する。基板厚みが５２５μｍで結晶方
位面が（１００）のｐ型で抵抗率が０．０２Ω・ｃｍの
シリコン基板１０上にＬＰＣＶＤ（Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓ
ｕｒｅ ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ）法を用いて弗酸耐性膜として窒化シリコン膜
９を１００ｎｍ成膜する。次いで、フォトリソグラフィ
プロセスにより形成したフォトレジストをマスクとし
て、窒化シリコン膜９をＣＦ４ガスを用いて反応性イオ
ンエッチングを行い、ついで、フォトレジストを剥離す
ることにより、図１（ａ）に示すようにシリコンを露出
させた。次に、多孔質シリコンを形成する為の層１１を
次のようにして形成した。まず、弗酸（４９％）：水：
エタノール＝１：１：１の溶液に窒化シリコン膜９が設
けてあるシリコン基板１０を浸し、陽極化成を行った。
この時、シリコン基板と対向電極の間に３０ｍＡ／ｃｍ
２の電流を流した。この時の多孔質化の速度は２μｍ／
ｍｉｎであり、１０μｍ深さの埋め込み犠牲層となる多
孔質シリコンを形成した。そして、この後に窒化シリコ
ン膜９を除去した（図１（ｂ））。埋め込み犠牲層のパ
ターンは、図２に示すようにその一辺がｄ１の正方形と
した。
図１を用いて説明する。基板厚みが５２５μｍで結晶方
位面が（１００）のｐ型で抵抗率が０．０２Ω・ｃｍの
シリコン基板１０上にＬＰＣＶＤ（Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓ
ｕｒｅ ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ）法を用いて弗酸耐性膜として窒化シリコン膜
９を１００ｎｍ成膜する。次いで、フォトリソグラフィ
プロセスにより形成したフォトレジストをマスクとし
て、窒化シリコン膜９をＣＦ４ガスを用いて反応性イオ
ンエッチングを行い、ついで、フォトレジストを剥離す
ることにより、図１（ａ）に示すようにシリコンを露出
させた。次に、多孔質シリコンを形成する為の層１１を
次のようにして形成した。まず、弗酸（４９％）：水：
エタノール＝１：１：１の溶液に窒化シリコン膜９が設
けてあるシリコン基板１０を浸し、陽極化成を行った。
この時、シリコン基板と対向電極の間に３０ｍＡ／ｃｍ
２の電流を流した。この時の多孔質化の速度は２μｍ／
ｍｉｎであり、１０μｍ深さの埋め込み犠牲層となる多
孔質シリコンを形成した。そして、この後に窒化シリコ
ン膜９を除去した（図１（ｂ））。埋め込み犠牲層のパ
ターンは、図２に示すようにその一辺がｄ１の正方形と
した。
【００３７】次にパッシベイション膜１２及び後工程に
てシリコン基板１０を裏面から結晶軸異方性エッチング
する際のマスク層１３となる窒化シリコン膜を基板表面
及び裏面にＬＰＣＶＤにてそれぞれ５００ｎｍ成膜し
た。そして、基板裏面のマスク層に、フォトリソグラフ
ィプロセスにより形成したフォトレジストをマスクとし
て、ＣＦ４ガスを用いた反応性イオンエッチングを行っ
てシリコン面を露出させ次いで、フォトレジストを剥離
することによりマスク層１３に図１（ｃ）に示す開口部
１４を形成した。図２に基板上面から見た開口部のパタ
ーン形状を示すもので、本実施例では開口部の開口長は
一辺がＤの正方形とした。ここで、開口長Ｄは、結晶軸
異方性エッチング液によりシリコン基板を貫通した際の
図２上面図の点線で示した正方形の一辺の幅δが犠牲層
である多孔質シリコン層の幅ｄ１に比べて小さくなるよ
うにした。
てシリコン基板１０を裏面から結晶軸異方性エッチング
する際のマスク層１３となる窒化シリコン膜を基板表面
及び裏面にＬＰＣＶＤにてそれぞれ５００ｎｍ成膜し
た。そして、基板裏面のマスク層に、フォトリソグラフ
ィプロセスにより形成したフォトレジストをマスクとし
て、ＣＦ４ガスを用いた反応性イオンエッチングを行っ
てシリコン面を露出させ次いで、フォトレジストを剥離
することによりマスク層１３に図１（ｃ）に示す開口部
１４を形成した。図２に基板上面から見た開口部のパタ
ーン形状を示すもので、本実施例では開口部の開口長は
一辺がＤの正方形とした。ここで、開口長Ｄは、結晶軸
異方性エッチング液によりシリコン基板を貫通した際の
図２上面図の点線で示した正方形の一辺の幅δが犠牲層
である多孔質シリコン層の幅ｄ１に比べて小さくなるよ
うにした。
【００３８】フォトレジストを剥離した後にシリコン基
板を濃度２７％の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液にて
液温度９０℃で結晶軸異方性エッチングし、（１１１）
の結晶面からなる面で囲まれたピラミッド状の溝を形成
した（図１（ｄ））。この状態から、さらにエッチング
を進めることにより、埋め込み犠牲層１１である多孔質
シリコンがＫＯＨ水溶液により等方性エッチングされ除
去され、パッシベイション膜によるメンブレン１７が形
成された（図１（ｅ））。この後、基板裏面からＣＦ４
ガスを用いてパッシベイション膜のメンブレン部分に反
応性イオンエッチングを行い除去し、スルーホール１９
を形成した（図１（ｆ））。
板を濃度２７％の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液にて
液温度９０℃で結晶軸異方性エッチングし、（１１１）
の結晶面からなる面で囲まれたピラミッド状の溝を形成
した（図１（ｄ））。この状態から、さらにエッチング
を進めることにより、埋め込み犠牲層１１である多孔質
シリコンがＫＯＨ水溶液により等方性エッチングされ除
去され、パッシベイション膜によるメンブレン１７が形
成された（図１（ｅ））。この後、基板裏面からＣＦ４
ガスを用いてパッシベイション膜のメンブレン部分に反
応性イオンエッチングを行い除去し、スルーホール１９
を形成した（図１（ｆ））。
【００３９】なお、基板の厚みを変えた場合の影響を調
べる為に、基板厚みが５００μｍで結晶方位面が〈１０
０〉のシリコン基板に上記と同様の多孔質シリコン層パ
ターン形状で且つ開口部を形成しスルーホールを形成し
たところ、基板の厚みによらずシリコン基板の表面に本
実施例と同様の開口寸法を得ることができた。このよう
に本発明のスルーホールの作製方法では、埋め込み犠牲
層の長さｄ１により開口長ｄ（図３（ａ）図示、θ＝５
４．７°）が決定でき、基板の厚みバラツキにより表面
の開口長が変動することがないことがわかる。
べる為に、基板厚みが５００μｍで結晶方位面が〈１０
０〉のシリコン基板に上記と同様の多孔質シリコン層パ
ターン形状で且つ開口部を形成しスルーホールを形成し
たところ、基板の厚みによらずシリコン基板の表面に本
実施例と同様の開口寸法を得ることができた。このよう
に本発明のスルーホールの作製方法では、埋め込み犠牲
層の長さｄ１により開口長ｄ（図３（ａ）図示、θ＝５
４．７°）が決定でき、基板の厚みバラツキにより表面
の開口長が変動することがないことがわかる。
【００４０】なお、図１（ｅ）において、結晶軸異方性
エッチングを停止せずに続けることにより、基板断面に
おいて埋め込み犠牲層が除去された後に形成された埋め
込み犠牲層下部の突起部がエッチングされ、図３（ｃ）
に示す基板断面が（１１１）面で囲まれたスルーホール
を形成することができた。このような断面形状を有する
スルーホールでも、基板の厚みバラツキによる開口長ｄ
のバラツキを回避することが可能となっていた。
エッチングを停止せずに続けることにより、基板断面に
おいて埋め込み犠牲層が除去された後に形成された埋め
込み犠牲層下部の突起部がエッチングされ、図３（ｃ）
に示す基板断面が（１１１）面で囲まれたスルーホール
を形成することができた。このような断面形状を有する
スルーホールでも、基板の厚みバラツキによる開口長ｄ
のバラツキを回避することが可能となっていた。
【００４１】また、本発明のスルーホールの作製方法で
は、開口部の開口長Ｄが多少変動しても、開口長ｄへの
影響がない。このＤの許容範囲は、図２において以下の
〔数５〕を満たす範囲である。
は、開口部の開口長Ｄが多少変動しても、開口長ｄへの
影響がない。このＤの許容範囲は、図２において以下の
〔数５〕を満たす範囲である。
【００４２】（ｄ１−δ）＞０ …〔数５〕
【００４３】（第2実施例）図４は本発明のスルーホー
ルの作製方法の工程を示す断面図である。図５は本発明
のスルーホールを作製する為の犠牲層を形成した基板の
上面図及びその断面図である。図６（ａ）は作製したス
ルーホール形状の特徴の一例を示す断面から見た斜視図
である。本発明のスルーホールは図６（ａ）〜（ｂ）に
示す様に、従来構成の図２０と比べ、スルーホール断面
が、台形形状ではなく、折れ曲がった形状が特徴となっ
ている。本発明の作製方法を用いることにより、スルー
ホール断面形状をエッチング時間により図６（ａ）〜
（ｂ）に示す様に突起から凹みに変えることが可能であ
る。例えば、これにより、従来（１１１）の結晶面で囲
まれたノズルの流体のコンダクタンスを、所望の値に変
えることも可能となる。
ルの作製方法の工程を示す断面図である。図５は本発明
のスルーホールを作製する為の犠牲層を形成した基板の
上面図及びその断面図である。図６（ａ）は作製したス
ルーホール形状の特徴の一例を示す断面から見た斜視図
である。本発明のスルーホールは図６（ａ）〜（ｂ）に
示す様に、従来構成の図２０と比べ、スルーホール断面
が、台形形状ではなく、折れ曲がった形状が特徴となっ
ている。本発明の作製方法を用いることにより、スルー
ホール断面形状をエッチング時間により図６（ａ）〜
（ｂ）に示す様に突起から凹みに変えることが可能であ
る。例えば、これにより、従来（１１１）の結晶面で囲
まれたノズルの流体のコンダクタンスを、所望の値に変
えることも可能となる。
【００４４】以下に本発明のスルーホールの作製方法を
図４を用いて説明する。基板厚みが５２５μｍで結晶方
位面が（１００）のシリコン基板１０上に後工程にてシ
リコン基板１０を裏面から結晶軸異方性エッチングする
際のマスク層１３となる窒化シリコン膜を基板の表面及
び裏面にＬＰＣＶＤ（ＬｏｗＰｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅ
ｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法
にてそれぞれ５００ｎｍ成膜した。そして、基板裏面の
エッチング用マスク層１３に、フォトリソグラフィプロ
セスにより形成したフォトレジストをマスクとして、Ｃ
Ｆ４ガスを用いた反応性イオンエッチングを行って、シ
リコン面を露出させ、次いでフォトレジストを剥離する
ことにより、マスク層１３に開口部１４を形成した。基
板の表面の窒化シリコン膜をＣＦ４ガスを用いた反応性
イオンエッチングにて除去した後、真空蒸着法にて犠牲
層１１となるＣｕ薄膜を３μｍ成膜し、フォトリソグラ
フィプロセスにより形成したフォトレジストをマスクと
して、Ｃｕ薄膜を塩化第２鉄水溶液（２０％）にてエッ
チングした後、フォトレジストを剥離し、図４（ａ）に
示す犠牲層１１を形成した。図５に基板上面から見た犠
牲層のパターンを示し、本実施例ではその一辺がｄ１の
正方形とした。ここで、開口部の開口長Ｄは、結晶軸異
方性エッチング液によりシリコン基板を貫通した際の図
５上面図の点線で示した正方形の一辺の幅δが犠牲層の
幅ｄ１に比べて小さくなるようにした。
図４を用いて説明する。基板厚みが５２５μｍで結晶方
位面が（１００）のシリコン基板１０上に後工程にてシ
リコン基板１０を裏面から結晶軸異方性エッチングする
際のマスク層１３となる窒化シリコン膜を基板の表面及
び裏面にＬＰＣＶＤ（ＬｏｗＰｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅ
ｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法
にてそれぞれ５００ｎｍ成膜した。そして、基板裏面の
エッチング用マスク層１３に、フォトリソグラフィプロ
セスにより形成したフォトレジストをマスクとして、Ｃ
Ｆ４ガスを用いた反応性イオンエッチングを行って、シ
リコン面を露出させ、次いでフォトレジストを剥離する
ことにより、マスク層１３に開口部１４を形成した。基
板の表面の窒化シリコン膜をＣＦ４ガスを用いた反応性
イオンエッチングにて除去した後、真空蒸着法にて犠牲
層１１となるＣｕ薄膜を３μｍ成膜し、フォトリソグラ
フィプロセスにより形成したフォトレジストをマスクと
して、Ｃｕ薄膜を塩化第２鉄水溶液（２０％）にてエッ
チングした後、フォトレジストを剥離し、図４（ａ）に
示す犠牲層１１を形成した。図５に基板上面から見た犠
牲層のパターンを示し、本実施例ではその一辺がｄ１の
正方形とした。ここで、開口部の開口長Ｄは、結晶軸異
方性エッチング液によりシリコン基板を貫通した際の図
５上面図の点線で示した正方形の一辺の幅δが犠牲層の
幅ｄ１に比べて小さくなるようにした。
【００４５】次にパッシベイション膜１２となる窒化シ
リコン膜（アモルファスシリコンナイトライド：ａ−Ｓ
ｉＮ）を５００ｎｍ成膜した（図４（ａ））。
リコン膜（アモルファスシリコンナイトライド：ａ−Ｓ
ｉＮ）を５００ｎｍ成膜した（図４（ａ））。
【００４６】フォトレジストを剥離した後にシリコン基
板を濃度２７％の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液にて
液温度９０℃で結晶軸異方性エッチングし、（１１１）
の結晶面からなる面で囲まれたピラミッド状の台形形状
となる溝を形成した（図４（ｃ））。そして、犠牲層を
露出させた後、塩化第２鉄水溶液（２０％）にてＣｕ犠
牲層を等方性エッチングすることにより除去した（図４
（ｄ））。次いで、再度ＫＯＨ水溶液により犠牲層下部
のシリコンをエッチングし犠牲層のあった下部のシリコ
ンが結晶軸異方性エッチングされ、パッシベイション膜
のメンブレンが形成された（図４（ｅ））。この後、裏
面からＣＦ4ガスを用いて反応性イオンエッチングを行
いパッシベイション膜によるメンブレン部分を除去し、
スルーホールを形成した（図４（ｆ））。
板を濃度２７％の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液にて
液温度９０℃で結晶軸異方性エッチングし、（１１１）
の結晶面からなる面で囲まれたピラミッド状の台形形状
となる溝を形成した（図４（ｃ））。そして、犠牲層を
露出させた後、塩化第２鉄水溶液（２０％）にてＣｕ犠
牲層を等方性エッチングすることにより除去した（図４
（ｄ））。次いで、再度ＫＯＨ水溶液により犠牲層下部
のシリコンをエッチングし犠牲層のあった下部のシリコ
ンが結晶軸異方性エッチングされ、パッシベイション膜
のメンブレンが形成された（図４（ｅ））。この後、裏
面からＣＦ4ガスを用いて反応性イオンエッチングを行
いパッシベイション膜によるメンブレン部分を除去し、
スルーホールを形成した（図４（ｆ））。
【００４７】なお、図４（ｅ）において、結晶軸異方性
エッチングを停止せず続けることにより、基板断面の突
起部がエッチングされ、図６（ｂ）のような犠牲層下部
が垂直となる断面をもつスルーホールを形成できた。さ
らにエッチングを行うことにより、図６（ｃ）に示す基
板断面が（１１１）面で囲まれたスルーホールを形成す
ることができた。このような断面形状を有するスルーホ
ールでも、基板の厚みバラツキによる開口長ｄのバラツ
キを回避することが可能となっていた。
エッチングを停止せず続けることにより、基板断面の突
起部がエッチングされ、図６（ｂ）のような犠牲層下部
が垂直となる断面をもつスルーホールを形成できた。さ
らにエッチングを行うことにより、図６（ｃ）に示す基
板断面が（１１１）面で囲まれたスルーホールを形成す
ることができた。このような断面形状を有するスルーホ
ールでも、基板の厚みバラツキによる開口長ｄのバラツ
キを回避することが可能となっていた。
【００４８】（第３実施例）本発明に用いる埋め込み犠
牲層を形成した基板の上面図及びその断面図を図７に示
す。基板上面から見た埋め込み犠牲層のパターンを一辺
がｄ２とする正方形形状とし、第１実施例と同様の工程
を用いてスルーホールを作製した。但し、基板裏面の開
口部を（１１０）の方位に対して角度αずらしてパター
ニングした。αは１°とした。なお、ｄ２及び裏面開口
部の寸法により決定されるδとの間に〔数３〕のｄ１を
ｄ２とする関係がなりたっている。
牲層を形成した基板の上面図及びその断面図を図７に示
す。基板上面から見た埋め込み犠牲層のパターンを一辺
がｄ２とする正方形形状とし、第１実施例と同様の工程
を用いてスルーホールを作製した。但し、基板裏面の開
口部を（１１０）の方位に対して角度αずらしてパター
ニングした。αは１°とした。なお、ｄ２及び裏面開口
部の寸法により決定されるδとの間に〔数３〕のｄ１を
ｄ２とする関係がなりたっている。
【００４９】作製したスルーホールの基板表面の開口長
ｄは、ｄ２と略一致した正方形形状となり、角度αによ
らずに埋め込み犠牲層の形状により決定できた。すなわ
ち、本発明のスルーホールの作製方法により、シリコン
ウエハ間及びロット間のＯＦの角度バラツキがあっても
所望の開口長ｄを得ることができた。
ｄは、ｄ２と略一致した正方形形状となり、角度αによ
らずに埋め込み犠牲層の形状により決定できた。すなわ
ち、本発明のスルーホールの作製方法により、シリコン
ウエハ間及びロット間のＯＦの角度バラツキがあっても
所望の開口長ｄを得ることができた。
【００５０】（第４実施例）本発明に用いる犠牲層を形
成した基板の上面図及びその断面図を図８に示す。基板
上面からみた犠牲層のパターンが直径ｄ１とする円形状
とし、第２実施例と同様の工程を用いてスルーホールを
作製した。但し、基板裏面の開口部を（１１０）の方位
に対して角度αずらしてパターニングした。αは１°と
した。
成した基板の上面図及びその断面図を図８に示す。基板
上面からみた犠牲層のパターンが直径ｄ１とする円形状
とし、第２実施例と同様の工程を用いてスルーホールを
作製した。但し、基板裏面の開口部を（１１０）の方位
に対して角度αずらしてパターニングした。αは１°と
した。
【００５１】作製したスルーホールの基板表面の開口長
ｄは、円形の犠牲層を囲む図８の２点斜線で示した正方
形形状となり、角度αによらずに犠牲層の直径により決
定できた。すなわち、本発明のスルーホールの作製方法
により、シリコンハウス間及びロット間のＯＦの角度バ
ラツキがあっても所望の開口長ｄを得ることができた。
ｄは、円形の犠牲層を囲む図８の２点斜線で示した正方
形形状となり、角度αによらずに犠牲層の直径により決
定できた。すなわち、本発明のスルーホールの作製方法
により、シリコンハウス間及びロット間のＯＦの角度バ
ラツキがあっても所望の開口長ｄを得ることができた。
【００５２】（第５実施例）本発明の第５実施例である
スルーホールの作製方法を以下に説明する。犠牲層をＬ
ＰＣＶＤ（ＬｏｗＰｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）による多結晶
シリコン膜（以下ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜）、パッシベイショ
ン層及びマスク層をＬＰＣＶＤ法による窒化シリコン膜
に変えた以外は、図４の工程と同様の方法によりスルー
ホールを作製した。ＫＯＨ水溶液によりシリコン基板を
異方性エッチングし、犠牲層を露出させた。さらにエッ
チングを進めることにより、犠牲層がＫＯＨ水溶液によ
り等方性エッチングされると同時に犠牲層のあった下部
のシリコンが結晶軸異方性エッチングされ、図４（ｅ）
に示したと同様のパッシベイション膜のメンブレンが形
成された。この後、裏面からＣＦ４ガスを用いて反応性
イオンエッチングを行いパッシベイション膜のメンブレ
ン部分を除去し、図４（ｆ）と同様のスルーホールが作
製できた。作製したスルーホールの開口長は、第２実施
例のスルーホールの開口長と同様であった。犠牲層、及
びパッシベイション層の材料に制限されることなく、精
度良くスルーホールの開口長ｄを制御できた。
スルーホールの作製方法を以下に説明する。犠牲層をＬ
ＰＣＶＤ（ＬｏｗＰｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）による多結晶
シリコン膜（以下ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜）、パッシベイショ
ン層及びマスク層をＬＰＣＶＤ法による窒化シリコン膜
に変えた以外は、図４の工程と同様の方法によりスルー
ホールを作製した。ＫＯＨ水溶液によりシリコン基板を
異方性エッチングし、犠牲層を露出させた。さらにエッ
チングを進めることにより、犠牲層がＫＯＨ水溶液によ
り等方性エッチングされると同時に犠牲層のあった下部
のシリコンが結晶軸異方性エッチングされ、図４（ｅ）
に示したと同様のパッシベイション膜のメンブレンが形
成された。この後、裏面からＣＦ４ガスを用いて反応性
イオンエッチングを行いパッシベイション膜のメンブレ
ン部分を除去し、図４（ｆ）と同様のスルーホールが作
製できた。作製したスルーホールの開口長は、第２実施
例のスルーホールの開口長と同様であった。犠牲層、及
びパッシベイション層の材料に制限されることなく、精
度良くスルーホールの開口長ｄを制御できた。
【００５３】（第６実施例）本実施例では、スルーホー
ル作製方法を利用して作製した薄膜カンチレバーについ
て説明する。薄膜カンチレバーはＳＰＭ用のプロープと
して利用することができる。作製した薄膜カンチレバー
の斜視図を図１０に示す。本発明の薄膜カンチレバー２
６を保持するシリコンブロック２８の断面は、従来の点
線で示した直線状ではなく、折れ曲がった形状を有して
いる。シリコンブロックは、カンチレバーをＡＦＭ装置
にマウントする為に、取り扱いに十分な大きさが必要で
ある。本発明に係る図１０に示す薄膜カンチレバーでは
開口部を従来に比べて小さくしても同様の長さのカンチ
レバーを得ることが可能であり、シリコンブロックのチ
ッピングサイズを小さくできる。これにより、シリコン
ウエハー一枚当りに形成可能なカンチレバー数を増やす
事ができ、一プローブ当りのコストを低減できる。
ル作製方法を利用して作製した薄膜カンチレバーについ
て説明する。薄膜カンチレバーはＳＰＭ用のプロープと
して利用することができる。作製した薄膜カンチレバー
の斜視図を図１０に示す。本発明の薄膜カンチレバー２
６を保持するシリコンブロック２８の断面は、従来の点
線で示した直線状ではなく、折れ曲がった形状を有して
いる。シリコンブロックは、カンチレバーをＡＦＭ装置
にマウントする為に、取り扱いに十分な大きさが必要で
ある。本発明に係る図１０に示す薄膜カンチレバーでは
開口部を従来に比べて小さくしても同様の長さのカンチ
レバーを得ることが可能であり、シリコンブロックのチ
ッピングサイズを小さくできる。これにより、シリコン
ウエハー一枚当りに形成可能なカンチレバー数を増やす
事ができ、一プローブ当りのコストを低減できる。
【００５４】以下に本発明の薄膜カンチレバーの作製方
法を図９を用いて説明する。基板厚みが５２５μｍで結
晶方位面が〈１００〉のｎ型で抵抗率が０．０２Ω・ｃ
ｍのシリコン基板２０に第１実施例と同様の方法により
多孔質シリコン２７を形成した（図９（ａ））。次に、
酸化ガスを用いて多孔質シリコン２７が形成されたシリ
コン基板２０を熱酸化して、二酸化シリコンからなる埋
め込み犠牲層２１を形成した。埋め込み犠牲層を形成す
る際に、二酸化シリコンがシリコン基板にも同時に形成
される（図９（ｂ））。本実施例ではこの基板上に形成
された二酸化シリコンをパッシベイション層２２とし
た。
法を図９を用いて説明する。基板厚みが５２５μｍで結
晶方位面が〈１００〉のｎ型で抵抗率が０．０２Ω・ｃ
ｍのシリコン基板２０に第１実施例と同様の方法により
多孔質シリコン２７を形成した（図９（ａ））。次に、
酸化ガスを用いて多孔質シリコン２７が形成されたシリ
コン基板２０を熱酸化して、二酸化シリコンからなる埋
め込み犠牲層２１を形成した。埋め込み犠牲層を形成す
る際に、二酸化シリコンがシリコン基板にも同時に形成
される（図９（ｂ））。本実施例ではこの基板上に形成
された二酸化シリコンをパッシベイション層２２とし
た。
【００５５】次に、構造体層２５及び後工程にてシリコ
ン基板２０を裏面から結晶軸異方性エッチングする際の
マスク層２３となる窒化シリコン膜をＬＰＣＶＤにて５
００ｎｍ成膜した（図９（ｃ））。基板裏面のマスク層
２３に、フォトリソグラフィプロセスにより形成したフ
ォトレジストをマスクとして、ＣＦ4ガスを用いて反応
性イオンエッチングを行い、フォトレジストを剥離し、
シリコンが露出した開口部２４を形成した。さらに、構
造体層を開口部を形成したと同様の方法を用いて薄膜カ
ンチレバー部分２６部分を形成した（図９（ｄ））。
ン基板２０を裏面から結晶軸異方性エッチングする際の
マスク層２３となる窒化シリコン膜をＬＰＣＶＤにて５
００ｎｍ成膜した（図９（ｃ））。基板裏面のマスク層
２３に、フォトリソグラフィプロセスにより形成したフ
ォトレジストをマスクとして、ＣＦ4ガスを用いて反応
性イオンエッチングを行い、フォトレジストを剥離し、
シリコンが露出した開口部２４を形成した。さらに、構
造体層を開口部を形成したと同様の方法を用いて薄膜カ
ンチレバー部分２６部分を形成した（図９（ｄ））。
【００５６】次いで、シリコン基板２０を濃度２２％の
ＴＭＡＨ水溶液にて液温度８０℃で基板を結晶軸異方性
エッチングし、（１１１）の結晶面からなる面で囲まれ
た台形状の溝を形成した（図９（ｅ））。次に、バッフ
ァード弗酸により埋め込み犠牲層２１をエッチング除去
し、スルーホール２９を形成した（図９（ｆ））。最後
に、シリコン基板をシリコンブロック２８に分割するこ
とで、図１０に示した薄膜カンチレバーが作製できた。
ＴＭＡＨ水溶液にて液温度８０℃で基板を結晶軸異方性
エッチングし、（１１１）の結晶面からなる面で囲まれ
た台形状の溝を形成した（図９（ｅ））。次に、バッフ
ァード弗酸により埋め込み犠牲層２１をエッチング除去
し、スルーホール２９を形成した（図９（ｆ））。最後
に、シリコン基板をシリコンブロック２８に分割するこ
とで、図１０に示した薄膜カンチレバーが作製できた。
【００５７】エッチング液であるＴＭＡＨ水溶液の濃度
を変えた場合を調べるために、図９（ｅ）に示したシリ
コン基板を濃度１０％のＴＭＡＨ水溶液にて液温度８０
℃で基板を結晶軸異方性エッチングし、図９（ｆ）の工
程により薄膜カンチレバーを作製したところ、結晶軸異
方性エッチング液の濃度によらず上記と同様の大きさの
スルーホールを形成できた。すなわち、本発明の方法に
よれば精度良くスルーホールの開口長を制御でき、同等
の長さの薄膜カンチレバーを得ることができることがわ
かる。
を変えた場合を調べるために、図９（ｅ）に示したシリ
コン基板を濃度１０％のＴＭＡＨ水溶液にて液温度８０
℃で基板を結晶軸異方性エッチングし、図９（ｆ）の工
程により薄膜カンチレバーを作製したところ、結晶軸異
方性エッチング液の濃度によらず上記と同様の大きさの
スルーホールを形成できた。すなわち、本発明の方法に
よれば精度良くスルーホールの開口長を制御でき、同等
の長さの薄膜カンチレバーを得ることができることがわ
かる。
【００５８】（第７実施例）本実施例では、スルーホー
ル作製方法を利用して作製した薄膜カンチレバーについ
て説明する。薄膜カンチレバーはＳＰＭ用のプローブと
して利用することができる。作製した薄膜カンチレバー
の斜視図を図１２に示す。本発明の薄膜カンチレバー２
６を保持するシリコンブロック２８の断面は、従来の点
線で示した直線状ではなく、折れ曲がった形状を有して
いる。シリコンブロックは、カンチレバーをＡＦＭ装置
にマウントする為に、取り扱いに十分な大きさが必要で
ある。図１２に示す薄膜カンチレバーでは開口部を従来
に比べて小さくしても同様の長さのカンチレバーを得る
ことが可能であり、シリコンブロックのチッピングサイ
ズを小さくできる。これにより、シリコンウエハ一枚当
りに形成可能なカンチレバー数を増やす事ができ、一プ
ローブ当りのコストを低減できる。
ル作製方法を利用して作製した薄膜カンチレバーについ
て説明する。薄膜カンチレバーはＳＰＭ用のプローブと
して利用することができる。作製した薄膜カンチレバー
の斜視図を図１２に示す。本発明の薄膜カンチレバー２
６を保持するシリコンブロック２８の断面は、従来の点
線で示した直線状ではなく、折れ曲がった形状を有して
いる。シリコンブロックは、カンチレバーをＡＦＭ装置
にマウントする為に、取り扱いに十分な大きさが必要で
ある。図１２に示す薄膜カンチレバーでは開口部を従来
に比べて小さくしても同様の長さのカンチレバーを得る
ことが可能であり、シリコンブロックのチッピングサイ
ズを小さくできる。これにより、シリコンウエハ一枚当
りに形成可能なカンチレバー数を増やす事ができ、一プ
ローブ当りのコストを低減できる。
【００５９】以下に本発明の薄膜カンチレバーの作製方
法を図１１を用いて説明する。基板厚みが５２５μｍで
結晶方位面が〈１００〉のシリコン基板２０上にＬＰＣ
ＶＤ（Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて犠牲
層２１となる多結晶シリコン膜（以下ｐｏｌｙ−Ｓｉ
膜）を５００ｎｍ成膜し、フォトリソグラフィプロセス
により形成したフォトレジストをマスクとして、ｐｏｌ
ｙ−Ｓｉ膜をＣＦ4ガスを用いて反応性イオンエッチン
グを行った後、フォトレジストを剥離することで犠牲層
２１を形成した。
法を図１１を用いて説明する。基板厚みが５２５μｍで
結晶方位面が〈１００〉のシリコン基板２０上にＬＰＣ
ＶＤ（Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて犠牲
層２１となる多結晶シリコン膜（以下ｐｏｌｙ−Ｓｉ
膜）を５００ｎｍ成膜し、フォトリソグラフィプロセス
により形成したフォトレジストをマスクとして、ｐｏｌ
ｙ−Ｓｉ膜をＣＦ4ガスを用いて反応性イオンエッチン
グを行った後、フォトレジストを剥離することで犠牲層
２１を形成した。
【００６０】次に酸化ガスを用いてシリコン基板２０を
熱酸化して、３００ｎｍのパッシベイション膜２２を基
板及び犠牲層表面に形成した（図１１（ｂ））。この
後、構造体層２５及び後工程にてシリコン基板２０を裏
面から結晶軸異方性エッチングする際のマスク層２３と
なる窒化シリコン膜をＬＰＣＶＤにて５００ｎｍ成膜し
た（図１１（ｃ））。基板裏面のマスク層に、フォトリ
ソグラフィプロセスにより形成したフォトレジストをマ
スクとして、ＣＦ4ガスを用いて反応性イオンエッチン
グを行った後、フォトレジストを剥離することで、シリ
コンが露出した開口部２４を形成した。さらに、構造体
層を開口部を形成したと同様の方法を用いて薄膜カンチ
レバー２６部分を形成した（図１１（ｄ））。
熱酸化して、３００ｎｍのパッシベイション膜２２を基
板及び犠牲層表面に形成した（図１１（ｂ））。この
後、構造体層２５及び後工程にてシリコン基板２０を裏
面から結晶軸異方性エッチングする際のマスク層２３と
なる窒化シリコン膜をＬＰＣＶＤにて５００ｎｍ成膜し
た（図１１（ｃ））。基板裏面のマスク層に、フォトリ
ソグラフィプロセスにより形成したフォトレジストをマ
スクとして、ＣＦ4ガスを用いて反応性イオンエッチン
グを行った後、フォトレジストを剥離することで、シリ
コンが露出した開口部２４を形成した。さらに、構造体
層を開口部を形成したと同様の方法を用いて薄膜カンチ
レバー２６部分を形成した（図１１（ｄ））。
【００６１】シリコン基板２０を濃度２２％のＴＭＡＨ
水溶液にて液温度８０℃で基板を結晶軸異方性エッチン
グし、（１１１）の結晶面からなる面で囲まれたピラミ
ッド状の凹部を形成し、さらにエッチングを進めること
により犠牲層２１がＴＭＡＨ水溶液により等方性エッチ
ングされると同時に犠牲層下部のシリコンが結晶軸異方
性エッチングされ（図１１（ｅ））、犠牲層が完全にエ
ッチングされた後にパッシベイション膜２２のメンブレ
ンが形成された（図１１（ｆ））。この後、ＨＦ水溶液
にてパッシベイション膜２２をエッチングしメンブレン
２７部分を除去、スルーホールを形成した（図１１
（ｇ））。最後に、シリコン基板をシリコンブロック２
８に分割することで、薄膜カンチレバーが作製できた
（図１２参照）。
水溶液にて液温度８０℃で基板を結晶軸異方性エッチン
グし、（１１１）の結晶面からなる面で囲まれたピラミ
ッド状の凹部を形成し、さらにエッチングを進めること
により犠牲層２１がＴＭＡＨ水溶液により等方性エッチ
ングされると同時に犠牲層下部のシリコンが結晶軸異方
性エッチングされ（図１１（ｅ））、犠牲層が完全にエ
ッチングされた後にパッシベイション膜２２のメンブレ
ンが形成された（図１１（ｆ））。この後、ＨＦ水溶液
にてパッシベイション膜２２をエッチングしメンブレン
２７部分を除去、スルーホールを形成した（図１１
（ｇ））。最後に、シリコン基板をシリコンブロック２
８に分割することで、薄膜カンチレバーが作製できた
（図１２参照）。
【００６２】更に、エッチング液であるＴＭＡＨ水溶液
の濃度を変えた場合を調べるために、図１１（ｄ）に示
したシリコン基板を濃度１０％のＴＭＡＨ水溶液にて液
温度８０℃で基板を結晶軸異方性エッチングし、図１１
（ｅ）から（ｆ）の工程により薄膜カンチレバーを作製
したところ、エッチング液濃度によらず上記と同様の大
きさのスルーホールを形成できた。このように本発明の
方法によれば、ＴＭＡＨ水溶液の濃度によらず、精度良
くスルーホールの開口長を制御でき、同等の長さの薄膜
カンチレバーを得ることができることがわかる。
の濃度を変えた場合を調べるために、図１１（ｄ）に示
したシリコン基板を濃度１０％のＴＭＡＨ水溶液にて液
温度８０℃で基板を結晶軸異方性エッチングし、図１１
（ｅ）から（ｆ）の工程により薄膜カンチレバーを作製
したところ、エッチング液濃度によらず上記と同様の大
きさのスルーホールを形成できた。このように本発明の
方法によれば、ＴＭＡＨ水溶液の濃度によらず、精度良
くスルーホールの開口長を制御でき、同等の長さの薄膜
カンチレバーを得ることができることがわかる。
【００６３】（第８実施例）本実施例にて、図２０に示
したＳＯＩ基板を用いたピエゾ抵抗カンチレバーに、本
発明のスルーホールの作製方法を応用した例について説
明する。図１３及び図１４にピエゾ抵抗カンチレバーの
作製工程図を示す。工程図は正面図及び正面図に記入し
た断面での断面図からなる。
したＳＯＩ基板を用いたピエゾ抵抗カンチレバーに、本
発明のスルーホールの作製方法を応用した例について説
明する。図１３及び図１４にピエゾ抵抗カンチレバーの
作製工程図を示す。工程図は正面図及び正面図に記入し
た断面での断面図からなる。
【００６４】図２０と同様のｐ型シリコン基板５１に二
酸化シリコン層５２とｎ型シリコン層５３が形成された
ＳＯＩウエハ５０を用いた（図１３（ａ））。ｎ型シリ
コン層５３の一部を図１３（ｂ）に示すようにフォトリ
ソグラフィとＣＦ４ガスを用いた反応性イオンエッチン
グにより除去し、露出した二酸化シリコン層５２をバッ
ファード弗酸にてエッチングする。次に、ｎ型シリコン
層５３を弗酸耐性膜のマスク（図１３（ｂ）実線）とし
て用いて、ｐ型シリコン基板５１を電極として陽極化成
を行い３０μｍ深さの多孔質シリコン５９（図１３
（ｂ）斜線領域）を形成した。陽極化成を長く行うこと
で多孔質シリコン領域が横方向に延び、カンチレバーと
なるｎ型シリコン層の下部のｐ型シリコン基板も多孔質
化した。次に、ｎ型シリコン層にボロン（Ｂ）を注入・
拡散し抵抗体５５を形成した（図１３（ｃ））。次にｎ
型シリコン層５３及び二酸化シリコン層５２にカンチレ
バーのパターンをフォトリソグラフィプロセスとエッチ
ングによりパターニングし、次いで、酸化ガスを用いて
多孔質シリコン５９を熱酸化して、二酸化シリコンから
なる埋め込み犠牲層６１を形成した。埋め込み犠牲層を
形成する際には、同時に抵抗体５５表面及びシリコン基
板裏面も酸化され二酸化シリコン薄膜５７と二酸化シリ
コン層５４が形成される。裏面の二酸化シリコン層５４
には異方性エッチングのための開口部５６を設けた（図
１３（ｄ））。次に、二酸化シリコン薄膜５７にコンタ
クトホールを設け、Ａｌ金属電極５８を形成した（図１
４（ｅ））。次いで、基板裏面の開口部５６からシリコ
ンの結晶軸異方性エッチング液であるＥＤＰによりｐ型
シリコン基板を埋め込み犠牲層６１が露出するまで異方
性エッチングし（１１１）面からなる溝を形成した（図
１４（ｆ））。続いてバッファード弗酸により埋め込み
犠牲層６１のメンブレン部をエッチング除去し、スルー
ホールを作製することによりピエゾ抵抗カンチレバーが
作製できた（図１４（ｇ））。
酸化シリコン層５２とｎ型シリコン層５３が形成された
ＳＯＩウエハ５０を用いた（図１３（ａ））。ｎ型シリ
コン層５３の一部を図１３（ｂ）に示すようにフォトリ
ソグラフィとＣＦ４ガスを用いた反応性イオンエッチン
グにより除去し、露出した二酸化シリコン層５２をバッ
ファード弗酸にてエッチングする。次に、ｎ型シリコン
層５３を弗酸耐性膜のマスク（図１３（ｂ）実線）とし
て用いて、ｐ型シリコン基板５１を電極として陽極化成
を行い３０μｍ深さの多孔質シリコン５９（図１３
（ｂ）斜線領域）を形成した。陽極化成を長く行うこと
で多孔質シリコン領域が横方向に延び、カンチレバーと
なるｎ型シリコン層の下部のｐ型シリコン基板も多孔質
化した。次に、ｎ型シリコン層にボロン（Ｂ）を注入・
拡散し抵抗体５５を形成した（図１３（ｃ））。次にｎ
型シリコン層５３及び二酸化シリコン層５２にカンチレ
バーのパターンをフォトリソグラフィプロセスとエッチ
ングによりパターニングし、次いで、酸化ガスを用いて
多孔質シリコン５９を熱酸化して、二酸化シリコンから
なる埋め込み犠牲層６１を形成した。埋め込み犠牲層を
形成する際には、同時に抵抗体５５表面及びシリコン基
板裏面も酸化され二酸化シリコン薄膜５７と二酸化シリ
コン層５４が形成される。裏面の二酸化シリコン層５４
には異方性エッチングのための開口部５６を設けた（図
１３（ｄ））。次に、二酸化シリコン薄膜５７にコンタ
クトホールを設け、Ａｌ金属電極５８を形成した（図１
４（ｅ））。次いで、基板裏面の開口部５６からシリコ
ンの結晶軸異方性エッチング液であるＥＤＰによりｐ型
シリコン基板を埋め込み犠牲層６１が露出するまで異方
性エッチングし（１１１）面からなる溝を形成した（図
１４（ｆ））。続いてバッファード弗酸により埋め込み
犠牲層６１のメンブレン部をエッチング除去し、スルー
ホールを作製することによりピエゾ抵抗カンチレバーが
作製できた（図１４（ｇ））。
【００６５】本発明の方法においては、スルーホールの
基板表面の開口長ｄは図１３の埋め込み犠牲層の幅ｄ１
より決定でき、基板の厚み、ＯＦ等バラツキにより開口
長ｄが変動することがない。これにより、所望の長さの
カンチレバーを常に作製することができ、共振周波数や
ばね定数等の機械的特性の揃ったピエゾ抵抗カンチレバ
ーを提供することができた。
基板表面の開口長ｄは図１３の埋め込み犠牲層の幅ｄ１
より決定でき、基板の厚み、ＯＦ等バラツキにより開口
長ｄが変動することがない。これにより、所望の長さの
カンチレバーを常に作製することができ、共振周波数や
ばね定数等の機械的特性の揃ったピエゾ抵抗カンチレバ
ーを提供することができた。
【００６６】（第９実施例）本実施例にて、図２０に示
したＳＯＩ基板を用いたピエゾ抵抗カンチレバーに、本
発明のスルーホールの作製方法を応用した例について説
明する。図１５及び図１６にピエゾ抵抗カンチレバーの
作製工程図を示す。工程図は正面図及び正面図に記入し
た断面での断面図からなる。
したＳＯＩ基板を用いたピエゾ抵抗カンチレバーに、本
発明のスルーホールの作製方法を応用した例について説
明する。図１５及び図１６にピエゾ抵抗カンチレバーの
作製工程図を示す。工程図は正面図及び正面図に記入し
た断面での断面図からなる。
【００６７】図２０と同様のｐ型シリコン基板５１に二
酸化シリコン層５２とｎ型シリコン層５３が形成された
ＳＯＩウエハ５０を用い（図１５（ａ））、熱酸化によ
り二酸化シリコン膜５４を形成した後に、表面の二酸化
シリコン膜をＨＦ水溶液にて除去し、ｎ型シリコン層に
ボロン（Ｂ）を注入・拡散して抵抗体５５を形成し（図
１５（ｂ））、フォトリソグラフィプロセスとエッチン
グにより、ｎ型シリコン層にカンチレバーのパターン
を、裏面の二酸化シリコン膜５４に開口部５６を夫々設
ける。次に、カンチレバー上に二酸化シリコン薄膜５７
を形成する。二酸化シリコン薄膜５７の一部をＨＦ水溶
液にてエッチング除去し、シリコンが露出した部分に犠
牲層６１を形成する（図１５（ｃ））。犠牲層はＬＰＣ
ＶＤにより成膜したｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を用いた。次に、
基板表面の全面にパッシベイション層６２となる二酸化
シリコン薄膜をスパッタ法により形成し、コンタクトホ
ールを設け、Ａｌ金属電極５８を形成する（図１６
（ｄ））。開口部５６からシリコンの結晶軸異方性エッ
チング液であるＥＤＰによりｐ型シリコン基板をエッチ
ングし（１１１）面からなる溝を形成し、続いてＥＤＰ
により犠牲層６１を等方性エッチングした。このとき、
同時に犠牲層下部のシリコンがエッチングされ、犠牲層
が完全に除去されカンチレバー下部のシリコンがエッチ
ング除去される（図１６（ｅ））。この後、ＨＦ水溶液
にてパッシベイション膜２２の一部をエッチング除去
し、スルーホールを形成を作製することによりピエゾ抵
抗カンチレバーが作製できた（図１６（ｆ））。
酸化シリコン層５２とｎ型シリコン層５３が形成された
ＳＯＩウエハ５０を用い（図１５（ａ））、熱酸化によ
り二酸化シリコン膜５４を形成した後に、表面の二酸化
シリコン膜をＨＦ水溶液にて除去し、ｎ型シリコン層に
ボロン（Ｂ）を注入・拡散して抵抗体５５を形成し（図
１５（ｂ））、フォトリソグラフィプロセスとエッチン
グにより、ｎ型シリコン層にカンチレバーのパターン
を、裏面の二酸化シリコン膜５４に開口部５６を夫々設
ける。次に、カンチレバー上に二酸化シリコン薄膜５７
を形成する。二酸化シリコン薄膜５７の一部をＨＦ水溶
液にてエッチング除去し、シリコンが露出した部分に犠
牲層６１を形成する（図１５（ｃ））。犠牲層はＬＰＣ
ＶＤにより成膜したｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を用いた。次に、
基板表面の全面にパッシベイション層６２となる二酸化
シリコン薄膜をスパッタ法により形成し、コンタクトホ
ールを設け、Ａｌ金属電極５８を形成する（図１６
（ｄ））。開口部５６からシリコンの結晶軸異方性エッ
チング液であるＥＤＰによりｐ型シリコン基板をエッチ
ングし（１１１）面からなる溝を形成し、続いてＥＤＰ
により犠牲層６１を等方性エッチングした。このとき、
同時に犠牲層下部のシリコンがエッチングされ、犠牲層
が完全に除去されカンチレバー下部のシリコンがエッチ
ング除去される（図１６（ｅ））。この後、ＨＦ水溶液
にてパッシベイション膜２２の一部をエッチング除去
し、スルーホールを形成を作製することによりピエゾ抵
抗カンチレバーが作製できた（図１６（ｆ））。
【００６８】スルーホールの基板表面の開口長ｄは図１
５の犠牲層の幅ｄ１より決定でき、基板の厚み、ＯＦ等
バラツキにより開口長ｄが変動することがない。これに
より、所望の長さのカンチレバーを常に作製することが
でき、共振周波数やばね定数等の機械的特性の揃ったピ
エゾ抵抗カンチレバーを提供することができた。
５の犠牲層の幅ｄ１より決定でき、基板の厚み、ＯＦ等
バラツキにより開口長ｄが変動することがない。これに
より、所望の長さのカンチレバーを常に作製することが
でき、共振周波数やばね定数等の機械的特性の揃ったピ
エゾ抵抗カンチレバーを提供することができた。
【００６９】（第10実施例）本実施例にて、インクジェ
ットプリンターヘッド（以下、単にインクジェットヘッ
ドとも称す）に、本発明のスルーホールの作製方法を応
用した例について説明する。
ットプリンターヘッド（以下、単にインクジェットヘッ
ドとも称す）に、本発明のスルーホールの作製方法を応
用した例について説明する。
【００７０】まず、本発明を適用可能なインクジェット
プリンターヘッドの一般的な構成について説明する。
プリンターヘッドの一般的な構成について説明する。
【００７１】図１７は、本発明を適用可能なインクジェ
ットプリンターヘッドの一例を示す摸式図であり、説明
のために適当な面で切断してある。尚、本図において電
気熱変換素子を駆動するための電気的な配線等は図示し
ていない。
ットプリンターヘッドの一例を示す摸式図であり、説明
のために適当な面で切断してある。尚、本図において電
気熱変換素子を駆動するための電気的な配線等は図示し
ていない。
【００７２】図１７において３０４は吐出エネルギー発
生素子３０１及びインク供給口３０３を備えるSi基板で
あり、長溝状の貫通口からなるインク供給口３０３の長
手方向の両側に吐出エネルギー発生素子である電気熱変
換素子３０１がそれぞれ1列ずつ千鳥状に電気熱変換素
子の間隔が片側300dpiピッチで配列されている。この基
板３０４上にはインク流路を形成するためのインク流路
壁となっている被覆樹脂層３０６が設けられており、こ
の被覆樹脂層３０６上に更に吐出口３０２を備える吐出
口プレート３０５が設けられている。ここで、図１７に
おいては被覆樹脂層３０６と吐出口プレート３０５とは
別部材として示されているが、この被覆樹脂層３０６を
スピンコート等の手法によって基板３０４上に形成する
ことにより被覆樹脂層３０６と吐出口プレート３０５と
を同一部材として同時に形成することも可能である。
生素子３０１及びインク供給口３０３を備えるSi基板で
あり、長溝状の貫通口からなるインク供給口３０３の長
手方向の両側に吐出エネルギー発生素子である電気熱変
換素子３０１がそれぞれ1列ずつ千鳥状に電気熱変換素
子の間隔が片側300dpiピッチで配列されている。この基
板３０４上にはインク流路を形成するためのインク流路
壁となっている被覆樹脂層３０６が設けられており、こ
の被覆樹脂層３０６上に更に吐出口３０２を備える吐出
口プレート３０５が設けられている。ここで、図１７に
おいては被覆樹脂層３０６と吐出口プレート３０５とは
別部材として示されているが、この被覆樹脂層３０６を
スピンコート等の手法によって基板３０４上に形成する
ことにより被覆樹脂層３０６と吐出口プレート３０５と
を同一部材として同時に形成することも可能である。
【００７３】本実施例では上述のインク供給口部分の作
製に本発明のスルーホールの作製方法を適用するもので
ある。
製に本発明のスルーホールの作製方法を適用するもので
ある。
【００７４】ところで、上述の構成のインクジェットプ
リンターヘッドのインク供給口を異方性エッチングによ
って形成する場合には、先に説明したようにスルーホー
ル（インク供給口）の径が、基板の厚み、オリフラ角度
のばらつき及びエッチング液濃度のばらつき等によりヘ
ッドによってばらついてしまうことがある。このインク
供給口径にばらつきが生じると各吐出エネルギー発生素
子とインク供給口間の距離がばらつくため各吐出エネル
ギー発生素子でのインク供給特性が不均一となりインク
ジェットプリンターヘッドの動作周波数特性に多大な影
響を及ぼす。したがって、上述の構成のインクジェット
プリンターヘッドにおいては吐出エネルギー発生素子と
インク供給口間の距離を高精度に制御することが重要で
あるが、本発明のスルーホールの作製方法を適用するこ
とにより、高精度のインク供給口を容易に作製すること
ができ、高品位のインクジェットプリンターヘッドを提
供することができるものである。
リンターヘッドのインク供給口を異方性エッチングによ
って形成する場合には、先に説明したようにスルーホー
ル（インク供給口）の径が、基板の厚み、オリフラ角度
のばらつき及びエッチング液濃度のばらつき等によりヘ
ッドによってばらついてしまうことがある。このインク
供給口径にばらつきが生じると各吐出エネルギー発生素
子とインク供給口間の距離がばらつくため各吐出エネル
ギー発生素子でのインク供給特性が不均一となりインク
ジェットプリンターヘッドの動作周波数特性に多大な影
響を及ぼす。したがって、上述の構成のインクジェット
プリンターヘッドにおいては吐出エネルギー発生素子と
インク供給口間の距離を高精度に制御することが重要で
あるが、本発明のスルーホールの作製方法を適用するこ
とにより、高精度のインク供給口を容易に作製すること
ができ、高品位のインクジェットプリンターヘッドを提
供することができるものである。
【００７５】以下、本実施例の作成工程を図１８の工程
断面図を用いて説明する。尚、図１８は図１７における
A−A'線で切断したときの断面図として示されている。
また、図面中基板の右側は一部省略されており、インク
供給口は実際には基板中央付近に設けられるものであ
る。
断面図を用いて説明する。尚、図１８は図１７における
A−A'線で切断したときの断面図として示されている。
また、図面中基板の右側は一部省略されており、インク
供給口は実際には基板中央付近に設けられるものであ
る。
【００７６】本実施例においては、基板として基板厚み
が６２５μｍで結晶方位面が（１００）のシリコン基板
を用いた。まず、後の熱処理工程時の基板のクラックを
防止するため、基板を酸化ガスにて熱酸化し、基板表面
に二酸化シリコンを形成した。次いで、nMOSのウェルや
絶縁拡散層を形成するため、該基板をＣＭＯＳプロセス
におけるｐウエル形成と同様の熱処理条件、すなわち、
酸素雰囲気中で１２００℃、８時間の熱処理条件にて熱
処理を施した。次いで、先ほど基板面に形成された二酸
化シリコンをバッファード弗酸により除去して基板面を
清浄化した。この後上記高温熱処理を施したシリコン基
板１００上に酸化ガスを用いた熱酸化により再度二酸化
シリコンを形成し、フォトリソグラフィとバッファード
弗酸のエッチングによりスルーホール形成部位以外の部
分の二酸化シリコンを除去し、二酸化シリコンからなる
エピタキシャル阻止層９８を形成した。次にモノシラン
ガスを用いて誘導加熱式エピタキシャル成長装置により
基板表面にエピタキシャル層９９を形成した。なお、エ
ピタキシャル阻止層９８である二酸化シリコンの上には
シリコンがエピタキシャル成長する代わりに多結晶シリ
コンが形成される。本実施例ではこの多結晶シリコンを
犠牲層１１１として用いる。次に基板を更に酸化ガスに
て熱酸化し、基板の表面及び裏面に二酸化シリコン層１
０１、１０２を形成し、基板裏面側の二酸化シリコン層
１０２の一部をフォトリソグラフィプロセスとバッファ
ード弗酸によるエッチングにて除去しシリコンを露出さ
せエッチング用の開口部１１６を形成した（図１８
（ａ））。
が６２５μｍで結晶方位面が（１００）のシリコン基板
を用いた。まず、後の熱処理工程時の基板のクラックを
防止するため、基板を酸化ガスにて熱酸化し、基板表面
に二酸化シリコンを形成した。次いで、nMOSのウェルや
絶縁拡散層を形成するため、該基板をＣＭＯＳプロセス
におけるｐウエル形成と同様の熱処理条件、すなわち、
酸素雰囲気中で１２００℃、８時間の熱処理条件にて熱
処理を施した。次いで、先ほど基板面に形成された二酸
化シリコンをバッファード弗酸により除去して基板面を
清浄化した。この後上記高温熱処理を施したシリコン基
板１００上に酸化ガスを用いた熱酸化により再度二酸化
シリコンを形成し、フォトリソグラフィとバッファード
弗酸のエッチングによりスルーホール形成部位以外の部
分の二酸化シリコンを除去し、二酸化シリコンからなる
エピタキシャル阻止層９８を形成した。次にモノシラン
ガスを用いて誘導加熱式エピタキシャル成長装置により
基板表面にエピタキシャル層９９を形成した。なお、エ
ピタキシャル阻止層９８である二酸化シリコンの上には
シリコンがエピタキシャル成長する代わりに多結晶シリ
コンが形成される。本実施例ではこの多結晶シリコンを
犠牲層１１１として用いる。次に基板を更に酸化ガスに
て熱酸化し、基板の表面及び裏面に二酸化シリコン層１
０１、１０２を形成し、基板裏面側の二酸化シリコン層
１０２の一部をフォトリソグラフィプロセスとバッファ
ード弗酸によるエッチングにて除去しシリコンを露出さ
せエッチング用の開口部１１６を形成した（図１８
（ａ））。
【００７７】次いで、基板表面側の二酸化シリコン層１
０１の一部をフォトリソグラフィプロセスとＨＦ水溶液
によるエッチングしてシリコンを露出させた。この後、
二酸化シリコン層１０１上にインク液の沸騰により発生
する圧力を利用するバブルジェット方式用の発熱抵抗体
１０３を形成し、さらに発熱抵抗体１０３上に窒化シリ
コン膜からなるパッシベイション層９７を表面に形成し
た（図１８（ｂ））。開口部１１０と犠牲層１１１の寸
法は、図２に示したと同様に、裏面からエッチングによ
りシリコン基板を貫通した場合の表面の開口寸法に比べ
て犠牲寸法が大きくなるようにした。この後、後工程に
てエッチング除去することにより流路１０７となる流路
形成層１０４を設け、さらに流路形成層１０４上部に吐
出口１０６を有するノズル形成層１０５を設けた（図１
８（ｃ））。
０１の一部をフォトリソグラフィプロセスとＨＦ水溶液
によるエッチングしてシリコンを露出させた。この後、
二酸化シリコン層１０１上にインク液の沸騰により発生
する圧力を利用するバブルジェット方式用の発熱抵抗体
１０３を形成し、さらに発熱抵抗体１０３上に窒化シリ
コン膜からなるパッシベイション層９７を表面に形成し
た（図１８（ｂ））。開口部１１０と犠牲層１１１の寸
法は、図２に示したと同様に、裏面からエッチングによ
りシリコン基板を貫通した場合の表面の開口寸法に比べ
て犠牲寸法が大きくなるようにした。この後、後工程に
てエッチング除去することにより流路１０７となる流路
形成層１０４を設け、さらに流路形成層１０４上部に吐
出口１０６を有するノズル形成層１０５を設けた（図１
８（ｃ））。
【００７８】開口部１１６からＴＭＡＨによりシリコン
基板をエッチングし（１１１）面からなる溝を形成し
た。ここで、シリコン異方性エッチングは、二酸化シリ
コンからなるエピタキシャル阻止層９８にてエッチング
が停止する（図１８（ｄ））。エピタキシャル阻止層９
８は、エッチング停止層の役割をなし、ウエハ内または
ウエハ間に複数の溝を形成した際の各溝でのエッチング
終了時間のバラツキに関係なく、次の工程である犠牲層
をエッチングする工程と異方性エッチング工程を独立に
管理することが可能となる。つづいて、バッファード弗
酸にてエピタキシャル阻止層９８をエッチングし、ＴＭ
ＡＨにて犠牲層１１１を等方性エッチングして除去する
ことで窒化シリコン膜からなるパッシベイション層の一
部からなるメンブレンが形成された。この後、ＣＦ4を
用いたＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）により
犠牲層１１１のあった上部のパッシベイション膜９７を
除去し、スルーホールであるインク供給口１０９を形成
し、流路形成層１０４を除去することによりインクジェ
ットプリンターヘッドを作製した（図１８（ｅ））。
基板をエッチングし（１１１）面からなる溝を形成し
た。ここで、シリコン異方性エッチングは、二酸化シリ
コンからなるエピタキシャル阻止層９８にてエッチング
が停止する（図１８（ｄ））。エピタキシャル阻止層９
８は、エッチング停止層の役割をなし、ウエハ内または
ウエハ間に複数の溝を形成した際の各溝でのエッチング
終了時間のバラツキに関係なく、次の工程である犠牲層
をエッチングする工程と異方性エッチング工程を独立に
管理することが可能となる。つづいて、バッファード弗
酸にてエピタキシャル阻止層９８をエッチングし、ＴＭ
ＡＨにて犠牲層１１１を等方性エッチングして除去する
ことで窒化シリコン膜からなるパッシベイション層の一
部からなるメンブレンが形成された。この後、ＣＦ4を
用いたＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）により
犠牲層１１１のあった上部のパッシベイション膜９７を
除去し、スルーホールであるインク供給口１０９を形成
し、流路形成層１０４を除去することによりインクジェ
ットプリンターヘッドを作製した（図１８（ｅ））。
【００７９】本発明の方法によりインク供給口を作製し
たことにより、表面のインク供給口の端部から発熱抵抗
体の中心までの距離Ｌが、開口部の開口長変動や、シリ
コン基板の厚み、ＯＦ等のバラツキ、高温熱処理による
開口端の直線劣化等により変動することを回避できた。
これにより、各吐出口におけるインク供給特性を揃える
ことができ、インクを安定且つ高精度に供給できるイン
ク供給口を有するインクジェットプリンターヘッドを提
供することが出来た。
たことにより、表面のインク供給口の端部から発熱抵抗
体の中心までの距離Ｌが、開口部の開口長変動や、シリ
コン基板の厚み、ＯＦ等のバラツキ、高温熱処理による
開口端の直線劣化等により変動することを回避できた。
これにより、各吐出口におけるインク供給特性を揃える
ことができ、インクを安定且つ高精度に供給できるイン
ク供給口を有するインクジェットプリンターヘッドを提
供することが出来た。
【００８０】また、本発明ではエピタキシャル阻止層と
して二酸化シリコンを用いたが、エピタキシャル成長を
行う際の成長温度に対して耐熱性を有し、エピタキシャ
ル成長を阻害する非晶質、多結晶体等の材料であれば金
属、半導体、絶縁体等、電気的特性に拠らず何れを用い
ても構わない。また、エピタキシャル阻止層をエッチン
グ停止層として用いる場合には、さらに、シリコン結晶
軸異方性エッチング液に耐性のある材料を用いることと
なる。
して二酸化シリコンを用いたが、エピタキシャル成長を
行う際の成長温度に対して耐熱性を有し、エピタキシャ
ル成長を阻害する非晶質、多結晶体等の材料であれば金
属、半導体、絶縁体等、電気的特性に拠らず何れを用い
ても構わない。また、エピタキシャル阻止層をエッチン
グ停止層として用いる場合には、さらに、シリコン結晶
軸異方性エッチング液に耐性のある材料を用いることと
なる。
【００８１】（第11実施例）本実施例にて、インクジェ
ットプリンターヘッドに、本発明のスルーホールの作製
方法を応用した例について、図１９の作製工程の断面図
を用いて説明する。
ットプリンターヘッドに、本発明のスルーホールの作製
方法を応用した例について、図１９の作製工程の断面図
を用いて説明する。
【００８２】基板として基板厚みが６２５μｍで結晶方
位面が（１００）のシリコン基板を用いた。まず、後の
熱処理工程時の基板のクラックを防止するため、基板上
に酸化ガスにて熱酸化し、基板表面に二酸化シリコンを
形成した。ついで、nMOSのウェルや絶縁拡散層を形成す
るため、該基板をＣＭＯＳプロセスにおけるｐウェル形
成と同様の熱処理条件、すなわち、酸素雰囲気中で１２
００℃、８時間の熱処理条件にて熱処理を施した。次い
で、先ほど基板面に形成された二酸化シリコンをバッフ
ァード弗酸により除去して基板面を清浄化した。この
後、上記高温熱処理を施したシリコン基板上に酸化ガス
を用いた熱酸化し、基板の表面及び裏面に二酸化シリコ
ン層１０１、１０２を形成した。更に基板表面側の二酸
化シリコン層１０１上にインク液の沸騰による圧力発生
を利用するバブルジェット方式用の発熱抵抗体１０３を
形成し、一方、基板裏面側の二酸化シリコン層１０２の
一部をフォトリソグラフィプロセスとＨＦ水溶液による
エッチングにて除去しシリコンを露出させ開口部１１６
を形成した（図１９（ａ））。次に、二酸化シリコン層
１０１の一部にフォトリソグラフィプロセスとＨＦ水溶
液によるエッチングにてシリコンを露出させた後に、該
シリコンが露出した部分に犠牲層となるｐｏｌｙ−Ｓｉ
膜を成膜し、フォトリソグラフィプロセスとＣＦ４を用
いたＲＩＥによるパターニングすることで犠牲層１１１
を形成し、さらに窒化シリコン膜からなるパッシベイシ
ョン層１１２を表面に形成した（図１９（ｂ））。開口
部と犠牲層の寸法は、図５に示した同様に、裏面よりエ
ッチングによりシリコン基板を貫通した際の表面の開口
寸法に比べて犠牲層寸法が大きくなるようにした。この
後、後工程にて除去することにより流路１０７となる流
路形成層１０４を設け、さらに流路形成層１０４上部に
吐出口１０６を有するノズル形成層１０５を設けた。開
口部１１６からＴＭＡＨによりシリコン基板をエッチン
グし（１１１）面からなる溝を形成し、続いてＴＭＡＨ
により犠牲層１１１を等方性エッチングして除去し、さ
らにエッチングを進めることにより犠牲層があった下部
のシリコンがエッチングされる。この後、ＣＦ4を用い
たＲＩＥにより犠牲層のあった上部のパッシベイション
膜１１２を除去し、スルーホールであるインク供給口１
０９を形成した。最後に流路形成層を除去することによ
りインクジエットプリンターヘッドを作製することがで
きた（図１９（ｄ））。
位面が（１００）のシリコン基板を用いた。まず、後の
熱処理工程時の基板のクラックを防止するため、基板上
に酸化ガスにて熱酸化し、基板表面に二酸化シリコンを
形成した。ついで、nMOSのウェルや絶縁拡散層を形成す
るため、該基板をＣＭＯＳプロセスにおけるｐウェル形
成と同様の熱処理条件、すなわち、酸素雰囲気中で１２
００℃、８時間の熱処理条件にて熱処理を施した。次い
で、先ほど基板面に形成された二酸化シリコンをバッフ
ァード弗酸により除去して基板面を清浄化した。この
後、上記高温熱処理を施したシリコン基板上に酸化ガス
を用いた熱酸化し、基板の表面及び裏面に二酸化シリコ
ン層１０１、１０２を形成した。更に基板表面側の二酸
化シリコン層１０１上にインク液の沸騰による圧力発生
を利用するバブルジェット方式用の発熱抵抗体１０３を
形成し、一方、基板裏面側の二酸化シリコン層１０２の
一部をフォトリソグラフィプロセスとＨＦ水溶液による
エッチングにて除去しシリコンを露出させ開口部１１６
を形成した（図１９（ａ））。次に、二酸化シリコン層
１０１の一部にフォトリソグラフィプロセスとＨＦ水溶
液によるエッチングにてシリコンを露出させた後に、該
シリコンが露出した部分に犠牲層となるｐｏｌｙ−Ｓｉ
膜を成膜し、フォトリソグラフィプロセスとＣＦ４を用
いたＲＩＥによるパターニングすることで犠牲層１１１
を形成し、さらに窒化シリコン膜からなるパッシベイシ
ョン層１１２を表面に形成した（図１９（ｂ））。開口
部と犠牲層の寸法は、図５に示した同様に、裏面よりエ
ッチングによりシリコン基板を貫通した際の表面の開口
寸法に比べて犠牲層寸法が大きくなるようにした。この
後、後工程にて除去することにより流路１０７となる流
路形成層１０４を設け、さらに流路形成層１０４上部に
吐出口１０６を有するノズル形成層１０５を設けた。開
口部１１６からＴＭＡＨによりシリコン基板をエッチン
グし（１１１）面からなる溝を形成し、続いてＴＭＡＨ
により犠牲層１１１を等方性エッチングして除去し、さ
らにエッチングを進めることにより犠牲層があった下部
のシリコンがエッチングされる。この後、ＣＦ4を用い
たＲＩＥにより犠牲層のあった上部のパッシベイション
膜１１２を除去し、スルーホールであるインク供給口１
０９を形成した。最後に流路形成層を除去することによ
りインクジエットプリンターヘッドを作製することがで
きた（図１９（ｄ））。
【００８３】本発明の方法によりインク供給口を作製し
たことにより、表面のインク供給口の端部から発熱抵抗
体の中心までの距離Ｌが、開口部の開口長変動や、シリ
コン基板の厚み、ＯＦ等バラツキ、高温熱処理による開
口端の直線性劣化等により変動することを回避できた。
これにより、各吐出口におけるインク供給特性をそろえ
ることができ、インクを安定かつ高精度に供給できるイ
ンク供給口を有するインクジェットプリンターヘッドを
提供することが出来た。
たことにより、表面のインク供給口の端部から発熱抵抗
体の中心までの距離Ｌが、開口部の開口長変動や、シリ
コン基板の厚み、ＯＦ等バラツキ、高温熱処理による開
口端の直線性劣化等により変動することを回避できた。
これにより、各吐出口におけるインク供給特性をそろえ
ることができ、インクを安定かつ高精度に供給できるイ
ンク供給口を有するインクジェットプリンターヘッドを
提供することが出来た。
【００８４】（第12実施例）上述の実施例のようにスル
ーホールの作製方法をインクジェットヘッドに適用する
構成は、例えば、特開平9−11479号公開公報にも記載さ
れているが、本発明者らが、該公報に記載される方法や
上述の実施例の方法にて複数個のインクジェットヘッド
を作製してみたところ、インク流路部分を形成するため
の型となる樹脂を前述のパッシベイション層上に設けて
おいた状態で異方性エッチングを行う際に、異方性エッ
チング完了後にノズル形成材料及びメンブレン膜にクラ
ックが入り、この部分に割れが生じることがあることが
判明した。本発明者らはこのメンブレン部の割れの原因
を調べたところ、この現象はメンブレン膜の応力によっ
て生じることがわかった。そこで、本発明者らはこの問
題に鑑み鋭意研究したところ、メンブレン膜となるパッ
シベイション層の応力をtensilとすることで、メンブレ
ン部の割れを殆ど防止することができることを発見し
た。具体的にはLP-SiN（減圧CVD装置にて形成したシリ
コン窒化膜）にてメンブレンとなるパッシベイション層
を形成した。本実施例では、本メンブレン部に形成され
たLP-SiNによりメンブレン部の応力がtensil側となるた
め異方性エッチング実施後でもメンブレン部に割れが生
じることはなかった。ここで、インクジェットヘッドの
場合、LP-SiNをウエハ全面に堆積すると新たな問題が生
じることが分かった。すなわち、インクジェットヘッド
となるウエハ全面にLP-SiNを堆積させるとLP-SiNの下に
存在するN-MOS,P-MOS,PNダイオード等の発熱抵抗体を駆
動する能動素子が正常に動作しなくなり、LP-SiNが能動
素子の電気特性に異常を生じさせることがわかった。そ
こで、本発明者らはこの問題を回避するためLP-SiNの形
成パターンを半導体デバイスの形成されている領域外に
形成するようにした。なお、本実施例においてはLP-SiN
の能動素子に対する影響を最小限にとどめるためにメン
ブレン部のみにLP-SiNを形成するようにしているが、少
なくとも能動素子上にLP-SiNを設けないようにすれば、
LP-SiNの形成領域については本実施例の形態に限られる
ものではない。
ーホールの作製方法をインクジェットヘッドに適用する
構成は、例えば、特開平9−11479号公開公報にも記載さ
れているが、本発明者らが、該公報に記載される方法や
上述の実施例の方法にて複数個のインクジェットヘッド
を作製してみたところ、インク流路部分を形成するため
の型となる樹脂を前述のパッシベイション層上に設けて
おいた状態で異方性エッチングを行う際に、異方性エッ
チング完了後にノズル形成材料及びメンブレン膜にクラ
ックが入り、この部分に割れが生じることがあることが
判明した。本発明者らはこのメンブレン部の割れの原因
を調べたところ、この現象はメンブレン膜の応力によっ
て生じることがわかった。そこで、本発明者らはこの問
題に鑑み鋭意研究したところ、メンブレン膜となるパッ
シベイション層の応力をtensilとすることで、メンブレ
ン部の割れを殆ど防止することができることを発見し
た。具体的にはLP-SiN（減圧CVD装置にて形成したシリ
コン窒化膜）にてメンブレンとなるパッシベイション層
を形成した。本実施例では、本メンブレン部に形成され
たLP-SiNによりメンブレン部の応力がtensil側となるた
め異方性エッチング実施後でもメンブレン部に割れが生
じることはなかった。ここで、インクジェットヘッドの
場合、LP-SiNをウエハ全面に堆積すると新たな問題が生
じることが分かった。すなわち、インクジェットヘッド
となるウエハ全面にLP-SiNを堆積させるとLP-SiNの下に
存在するN-MOS,P-MOS,PNダイオード等の発熱抵抗体を駆
動する能動素子が正常に動作しなくなり、LP-SiNが能動
素子の電気特性に異常を生じさせることがわかった。そ
こで、本発明者らはこの問題を回避するためLP-SiNの形
成パターンを半導体デバイスの形成されている領域外に
形成するようにした。なお、本実施例においてはLP-SiN
の能動素子に対する影響を最小限にとどめるためにメン
ブレン部のみにLP-SiNを形成するようにしているが、少
なくとも能動素子上にLP-SiNを設けないようにすれば、
LP-SiNの形成領域については本実施例の形態に限られる
ものではない。
【００８５】以下、本実施例のインクジェットヘッドの
製造方法について説明する。
製造方法について説明する。
【００８６】図２２−ａ〜ｇ及び図２３は本実施例のイ
ンクジェットヘッドの製造方法について説明する工程説
明図であり、論点を明確にするために、半導体装置にお
けるインク供給口部のみを図２２−ａ〜ｅで示し、さら
に、本発明の半導体装置の構成図となるように図２２−
ｆ、ｇ及び図２３ではインク吐出圧力発生素子部および
ノズル形成部を加えて示している。
ンクジェットヘッドの製造方法について説明する工程説
明図であり、論点を明確にするために、半導体装置にお
けるインク供給口部のみを図２２−ａ〜ｅで示し、さら
に、本発明の半導体装置の構成図となるように図２２−
ｆ、ｇ及び図２３ではインク吐出圧力発生素子部および
ノズル形成部を加えて示している。
【００８７】まず、P型シリコン基板、結晶面方位（１
００）、厚さ625μmのシリコンウエハ２１０を用意し、
これを熱酸化により、100〜500Åの酸化シリコン膜２１
１をシリコン基板上に形成した。さらに、その上に減圧
CVDにより堆積させたシリコン窒化膜２１２を1000〜300
0Åの厚みで形成した。（図２２−ａ）
００）、厚さ625μmのシリコンウエハ２１０を用意し、
これを熱酸化により、100〜500Åの酸化シリコン膜２１
１をシリコン基板上に形成した。さらに、その上に減圧
CVDにより堆積させたシリコン窒化膜２１２を1000〜300
0Åの厚みで形成した。（図２２−ａ）
【００８８】次に、上記シリコン窒化膜２１２を犠牲層
形成部近傍のみに残るようにパターニングする。この
時、パターニングの際のエッチングによりシリコン基板
の裏面についたシリコン窒化膜はすべて除去される。
（図２２−ｂ）
形成部近傍のみに残るようにパターニングする。この
時、パターニングの際のエッチングによりシリコン基板
の裏面についたシリコン窒化膜はすべて除去される。
（図２２−ｂ）
【００８９】次にシリコン基板を熱酸化することによ
り、基板表面に6000〜12000Åの酸化シリコン膜２１３
を形成する。この時パターニングされたシリコン窒化膜
の下の酸化膜は酸化されず、その両端の酸化膜13のみが
選択的に酸化が進み酸化シリコン膜の厚みがシリコン窒
化膜が設けられた部分よりも厚くなって基板表面側にも
成長している。この後、シリコン窒化膜をエッチングに
て除去する。（図２２−ｃ）
り、基板表面に6000〜12000Åの酸化シリコン膜２１３
を形成する。この時パターニングされたシリコン窒化膜
の下の酸化膜は酸化されず、その両端の酸化膜13のみが
選択的に酸化が進み酸化シリコン膜の厚みがシリコン窒
化膜が設けられた部分よりも厚くなって基板表面側にも
成長している。この後、シリコン窒化膜をエッチングに
て除去する。（図２２−ｃ）
【００９０】次に窒化シリコン膜２１２の下の部分にあ
ったシリコン酸化膜２１４の開口部となる部分をパター
ニング、エッチングし、基板のシリコン面を露出する。
そしてこのシリコンが露出した部分に犠牲層となるpoly
−Si膜２１５を形成する。このpoly−Si膜２１５のパタ
ーン幅が、後のプロセスにおいてインク供給口の幅に対
応することになる。本パターン幅については後述する。
（図２２−ｄ）
ったシリコン酸化膜２１４の開口部となる部分をパター
ニング、エッチングし、基板のシリコン面を露出する。
そしてこのシリコンが露出した部分に犠牲層となるpoly
−Si膜２１５を形成する。このpoly−Si膜２１５のパタ
ーン幅が、後のプロセスにおいてインク供給口の幅に対
応することになる。本パターン幅については後述する。
（図２２−ｄ）
【００９１】次に減圧CVD法により、シリコン窒化膜（L
P-SiN）２１６を500〜2000Å堆積し、メンブレン部（犠
牲層近傍）のみにこのシリコン窒化膜（LP-SiN）２１６
が残るようにパターンを形成した。次に常圧CVD法によ
り、PSG膜２１７を堆積し、これを所望のパターンに加
工した。次に配線電極となるAl-Cu膜（不図示）をPSG膜
２１７上に堆積し所望のパターンを形成した。この段階
で、インクを吐出するために駆動される能動素子が完成
される。（図２２−ｅ）（本実施例では論点を明確にす
るため、能動素子部は、この段階では図示せず、インク
供給口となるべきところのみを図示した。図２２−ａか
らｅ）
P-SiN）２１６を500〜2000Å堆積し、メンブレン部（犠
牲層近傍）のみにこのシリコン窒化膜（LP-SiN）２１６
が残るようにパターンを形成した。次に常圧CVD法によ
り、PSG膜２１７を堆積し、これを所望のパターンに加
工した。次に配線電極となるAl-Cu膜（不図示）をPSG膜
２１７上に堆積し所望のパターンを形成した。この段階
で、インクを吐出するために駆動される能動素子が完成
される。（図２２−ｅ）（本実施例では論点を明確にす
るため、能動素子部は、この段階では図示せず、インク
供給口となるべきところのみを図示した。図２２−ａか
らｅ）
【００９２】次に、プラズマCVDにより1.0〜1.8μmの膜
厚のプラズマシリコン酸化膜（p-SiO）２１８を堆積さ
せ、所望のパターンに加工した。
厚のプラズマシリコン酸化膜（p-SiO）２１８を堆積さ
せ、所望のパターンに加工した。
【００９３】次に発熱抵抗体２１９となるTaNを200〜10
00Å程度反応性スパッタリング法によってプラズマシリ
コン酸化膜（p-SiO）２１８上に堆積させ、それを所望
のパターンに加工した。次に発熱抵抗体の保護膜となる
プラズマシリコン窒化膜（p-SiN）２２０をプラズマCVD
法により6000〜12000Å程度堆積させた。
00Å程度反応性スパッタリング法によってプラズマシリ
コン酸化膜（p-SiO）２１８上に堆積させ、それを所望
のパターンに加工した。次に発熱抵抗体の保護膜となる
プラズマシリコン窒化膜（p-SiN）２２０をプラズマCVD
法により6000〜12000Å程度堆積させた。
【００９４】次に耐キャビテーション用に用いるTa膜２
２１を200〜1000Å程度スパッタ法により堆積した。そ
して、Ta膜２２１を所望のパターンにパターニングした
後、電極の取り出しのためのパターニングを施した。
（図２２−ｆ）
２１を200〜1000Å程度スパッタ法により堆積した。そ
して、Ta膜２２１を所望のパターンにパターニングした
後、電極の取り出しのためのパターニングを施した。
（図２２−ｆ）
【００９５】次に、インク流路を形成するための型にな
るフォトレジスト２２３を基板上に塗布し、インク流路
となるパターンにフォトレジスト層２２３をパターニン
グした。次いで、このパターニングされたフォトレジス
ト層２２３を被覆するようにインク流路壁及び吐出口プ
レートを形成するための被覆樹脂層２２２を設け、更に
この被覆樹脂層２２２に吐出口２２４を形成する。
るフォトレジスト２２３を基板上に塗布し、インク流路
となるパターンにフォトレジスト層２２３をパターニン
グした。次いで、このパターニングされたフォトレジス
ト層２２３を被覆するようにインク流路壁及び吐出口プ
レートを形成するための被覆樹脂層２２２を設け、更に
この被覆樹脂層２２２に吐出口２２４を形成する。
【００９６】その後、インクを基板の裏面から供給する
ためにSi基板を裏面側から異方性エッチングした。この
時使用した犠牲層15の幅及びインク供給口２２５の幅に
ついてそれぞれ形成するのに使用したマスク幅は、145
μm、500〜700μmであった。ただし、本寸法は製品の使
用により任意に設定するものであり、Si基板の厚さ等に
よっても変わるものである。また、本異方性エッチング
に用いたエッチング液はTMAH水溶液であり、エッチング
液温80〜90℃でのエッチング時間は、Si基板厚が625μm
程度のときに15〜20時間要した（図２２−ｇ）。
ためにSi基板を裏面側から異方性エッチングした。この
時使用した犠牲層15の幅及びインク供給口２２５の幅に
ついてそれぞれ形成するのに使用したマスク幅は、145
μm、500〜700μmであった。ただし、本寸法は製品の使
用により任意に設定するものであり、Si基板の厚さ等に
よっても変わるものである。また、本異方性エッチング
に用いたエッチング液はTMAH水溶液であり、エッチング
液温80〜90℃でのエッチング時間は、Si基板厚が625μm
程度のときに15〜20時間要した（図２２−ｇ）。
【００９７】次に基板の異方性エッチング後、インク供
給口部分に存在するシリコン窒化膜（LP-SiN）２１６お
よびプラズマシリコン窒化膜（p-SiN）２２０からなる
メンブレン部２２６をフッ素、酸素系のガスを用いたド
ライエッチングにて除去し、さらにインク流路となるべ
きところにあるフォトレジスト２２３を除去することに
より、本実施例のインクジェットヘッドを得た（図２
３）。
給口部分に存在するシリコン窒化膜（LP-SiN）２１６お
よびプラズマシリコン窒化膜（p-SiN）２２０からなる
メンブレン部２２６をフッ素、酸素系のガスを用いたド
ライエッチングにて除去し、さらにインク流路となるべ
きところにあるフォトレジスト２２３を除去することに
より、本実施例のインクジェットヘッドを得た（図２
３）。
【００９８】本実施例にインクジェットヘッドでは異方
性エッチング時にメンブレン割れを起こすものではな
く、高品位の印字が可能であった。また、能動素子の電
気特性も正常であり、優れた品質のインクジェットヘッ
ドを高い歩留りで作製することができるものであった。
性エッチング時にメンブレン割れを起こすものではな
く、高品位の印字が可能であった。また、能動素子の電
気特性も正常であり、優れた品質のインクジェットヘッ
ドを高い歩留りで作製することができるものであった。
【００９９】尚、本実施例においては、犠牲層を用いた
例で示したが、特開平9−11479号公開公報に記載される
ように犠牲層を用いない場合であっても本実施例の方法
は有効であり、メンブレン割れを防止できるものであっ
た。
例で示したが、特開平9−11479号公開公報に記載される
ように犠牲層を用いない場合であっても本実施例の方法
は有効であり、メンブレン割れを防止できるものであっ
た。
【０１００】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のスルーホ
ールの作製方法により、シリコン基板の厚さ、ＯＦの角
度、結晶異方性エッチング液濃度等のバラツキ、高温熱
処理による開口端の直線性劣化によらず、スルーホール
の開口長を再現性よく作製することが可能であった。ま
た、基板裏面よりエッチングによりスルーホールを形成
できるため、基板表面に形成されたデバイスによらずス
ルーホールを容易に作製することが可能であった。
ールの作製方法により、シリコン基板の厚さ、ＯＦの角
度、結晶異方性エッチング液濃度等のバラツキ、高温熱
処理による開口端の直線性劣化によらず、スルーホール
の開口長を再現性よく作製することが可能であった。ま
た、基板裏面よりエッチングによりスルーホールを形成
できるため、基板表面に形成されたデバイスによらずス
ルーホールを容易に作製することが可能であった。
【０１０１】また、本発明のスルーホールの作製方法及
びスルーホール形成用基板を用いて、長さの一様な薄膜
カンチレバーをウエハ間またはロット間のバラツキなく
作製でき、走査型プローブ顕微鏡等に用いる機械的特性
の揃ったカンチレバーを提供することが可能となった。
びスルーホール形成用基板を用いて、長さの一様な薄膜
カンチレバーをウエハ間またはロット間のバラツキなく
作製でき、走査型プローブ顕微鏡等に用いる機械的特性
の揃ったカンチレバーを提供することが可能となった。
【０１０２】また、本発明のスルーホールを有する基板
は、ガスまたは液体供給用ノズルとして用いることがで
き、前記基板の表面に発熱抵抗体、流路、ノズル等を形
成することによりスルーホールをインク供給口に用いた
インクジェットプリンターヘッドを作製することが可能
となった。
は、ガスまたは液体供給用ノズルとして用いることがで
き、前記基板の表面に発熱抵抗体、流路、ノズル等を形
成することによりスルーホールをインク供給口に用いた
インクジェットプリンターヘッドを作製することが可能
となった。
【図１】本発明のスルーホールの作製方法の第１実施例
の作製工程を示す断面図である。
の作製工程を示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施例の埋め込み犠牲層のパター
ン及び配置を示す断面図である。
ン及び配置を示す断面図である。
【図３】本発明の第１実施例のスルーホールの形状を示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図４】本発明のスルーホールの作製方法の第２実施例
の作製工程を示す断面図である。
の作製工程を示す断面図である。
【図５】本発明の第２実施例の犠牲層のパターン及び配
置を示す断面図である。
置を示す断面図である。
【図６】本発明の第２実施例のスルーホールの形状を示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図７】本発明の第３実施例の埋め込み犠牲層のパター
ン及び配置を示す断面図である。
ン及び配置を示す断面図である。
【図８】本発明の第４実施例の犠牲層のパターン及び配
置を示す断面図である。
置を示す断面図である。
【図９】本発明のスルーホールの作製方法を用いて作製
した薄膜カンチレバーの作製工程を示す断面図である。
した薄膜カンチレバーの作製工程を示す断面図である。
【図１０】本発明の第６の実施例の薄膜カンチレバーの
斜視図である。
斜視図である。
【図１１】本発明のスルーホールの作製方法を用いて作
製した薄膜カンチレバーの作製工程を示す断面図であ
る。
製した薄膜カンチレバーの作製工程を示す断面図であ
る。
【図１２】本発明の第７実施例の薄膜カンチレバーの斜
視図である。
視図である。
【図１３】本発明の第８実施例のピエゾ抵抗カンチレバ
ーの作製工程を示す断面図である。
ーの作製工程を示す断面図である。
【図１４】本発明の第８実施例のピエゾ抵抗カンチレバ
ーの作製工程を示す断面図である。
ーの作製工程を示す断面図である。
【図１５】本発明の第９実施例のピエゾ抵抗のカンチレ
バーの作製工程を示す断面図である。
バーの作製工程を示す断面図である。
【図１６】本発明の第９実施例のピエゾ抵抗のカンチレ
バーの作製工程を示す断面図である。
バーの作製工程を示す断面図である。
【図１７】本発明を適用可能なインクジェットプリンタ
ーヘッドの一例を示す摸式図である。
ーヘッドの一例を示す摸式図である。
【図１８】本発明の第１０実施例のインクジェットプリ
ンターヘッドの作製工程を示す断面図である。
ンターヘッドの作製工程を示す断面図である。
【図１９】本発明の第１１実施例のインクジェットプリ
ンターヘッドの作製工程を示す断面図である。
ンターヘッドの作製工程を示す断面図である。
【図２０】従来例のピエゾ抵抗カンチレバーの製造方法
の主要工程を示す断面図である。
の主要工程を示す断面図である。
【図２１】従来例のスルーホール作製の際の課題を説明
する為の断面図である。
する為の断面図である。
【図２２】本発明の第１２実施例のインクジェットヘッ
ドの製造方法について説明する工程説明図である。
ドの製造方法について説明する工程説明図である。
【図２３】本発明の第１２実施例のインクジェットヘッ
ドを示す模式的断面図である。
ドを示す模式的断面図である。
９ 窒化シリコン膜 １０、２０ シリコン基板 １１、２１、６１ 犠牲層 １２、２２、６２ パッシベイション層 １３、２３ マスク層 １４、２４、５６ 開口部 １７ メンブレン １９、２９、７０ スルーホール ２５ 構造体層 ２６ 薄膜カンチレバー ２７、５９ 多孔質シリコン ２８ シリコンブロック ５０ ＳＯＩウエハ ５１ ｐ型シリコン基板 ５２、５４ 二酸化シリコン層 ５３ ｎ型シリコン層 ５５ 抵抗体 ５７ 二酸化シリコン薄膜 ５８ 金属電極 ９６ 窒化シリコン膜 ９７ プラズマ窒化シリコン膜 ９８ エピタキシャル阻止層 ９９ エピタキシャル層 １００ シリコン基板 １０１、１０２ 二酸化シリコン層 １０３ 発熱抵抗体 １０４ 流路形成層 １０５ ノズル形成層 １０６ 吐出口 １０７ 流路 １０８ ノズル １０９ インク供給口 １１１ 犠牲層 １１２ パッシベイション層 １１６ 開口部 ３０１ 電気熱変換素子 ３０２ 吐出口 ３０３ インク供給口 ３０４ Ｓｉ基板 ３０５ 吐出口プレート ３０６ 被覆樹脂層 ５００ ＳＯＩウエハ ５０１ ｐ型シリコン基板 ５０２、５０４、５０７ 二酸化シリコン層 ５０３ ｎ型シリコン層 ５０５ 抵抗体 ５０６ 開口部 ５０８ 金属電極 ５１０ スルーホール ６００ シリコン基板 ６０１ シリコン窒化膜 ６０２ 下電極 ６０３、６０４ 開口部 ６０５ 犠牲層 ６０６ 上電極 ６０７ 通路 ６０８ コンタクトパッド ６１０ ベース板 ６１１ 閉鎖板 ６２０ ガス供給口 ６２１ ガス出口
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/3065 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｊ (72)発明者 川角 保志 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内 (72)発明者 早川 幸宏 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内 (72)発明者 藤田 桂 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内 (72)発明者 松野 靖司 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内 (72)発明者 滝沢 昌弘 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内 (72)発明者 牧野 憲史 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内
Claims (64)
- 【請求項１】 シリコン基板にスルーホールを作製する
方法であって、（ａ）該基板表面のスルーホール形成部
位に前記基板材料に対して選択的にエッチングが可能な
犠牲層を形成する工程と、（ｂ）前記基板上に該犠牲層
を被覆するように耐エッチング性を有するパッシベイシ
ョン層を形成する工程（ｃ）前記犠牲層に対応した開口
部を有するエッチングマスク層を前記基板裏面に形成す
る工程と、（ｄ）該開口部より前記犠牲層が露出するま
で基板を結晶軸異方性エッチングにてエッチングする工
程と、（ｅ）前記基板エッチング工程により露出した部
分より前記犠牲層をエッチングし除去する工程と、
（ｆ）前記パッシベイション層の一部を除去しスルーホ
ールを形成する工程と、を有することを特徴とするスル
ーホールの作製方法。 - 【請求項２】 前記犠牲層が多結晶シリコン膜よりなる
ことを特徴とする請求項１に記載のスルーホールの作製
方法。 - 【請求項３】 前記犠牲層をエッチングすることにより
前記パッシベイション層からなるメンブレンが形成され
ることを特徴とする請求項１に記載のスルーホールの形
成方法。 - 【請求項４】 前記異方性エッチングはTMAH液を用いて
行われる請求項１に記載のスルーホールの形成方法。 - 【請求項５】 前記犠牲層のエッチングが等方性エッチ
ングであることを特徴とする請求項１に記載のスルーホ
ールの形成方法。 - 【請求項６】 開口部と犠牲層の寸法が、開口部を介し
てエッチングし基板を貫通し形成される基板表面側の溝
寸法に比べて犠牲層の寸法が大きくなるようにしたこと
を特徴とする請求項１に記載のスルーホールの形成方
法。 - 【請求項７】 前記基板の結晶方位面が（１００）であ
ることを特徴とする請求項６に記載のスルーホールの作
製方法。 - 【請求項８】 開口部の寸法をＤ、犠牲層の寸法をｄ１
とし、シリコン基板の厚みをｔとし、基板の結晶方位面
の（１１１）面と（１００）面とのエッチレート比をＲ
とした時に、ｄ１が ｄ１＞（Ｄ−２ｔ／ｔａｎ（５４．７°）＋２Ｒｔ／ｓ
ｉｎ（５４．７°）） の範囲にあることを特徴とする請求項７に記載のスルー
ホールの作製方法。 - 【請求項９】 前記基板の結晶方位面が（１００）から
角度α（°）のオフセットを有するシリコン基板であっ
て、開口部の寸法をＤ、犠牲層の寸法をｄ１とし、シリ
コン基板の厚みをｔとし、基板が（１００）面（１１
１）と（１００）のエッチレート比をＲとした時に、ｄ
１が ｄ１＞（Ｄ−ｔ／ｔａｎ（５４．７°＋α）−ｔ／ｔａ
ｎ（５４．７°−α）＋Ｒｔ／ｓｉｎ（５４．７°＋
α）＋Ｒｔ／ｓｉｎ（５４．７°−α）） の範囲にあることを特徴とする請求項６に記載のスルー
ホールの作製方法。 - 【請求項１０】 前記犠牲層エッチング工程の際に前記
基板の前記犠牲層に接していた部分もエッチングされる
ことを特徴とする請求項１に記載のスルーホールの作製
方法。 - 【請求項１１】 前記犠牲層は、前記基板を陽極化成し
て多孔質化することにより前記基板に作り込まれるもの
であることを特徴とする請求項１に記載のスルーホール
の作製方法。 - 【請求項１２】 前記犠牲層は、前記基板を陽極化成し
て多孔質化することにより基板に作り込まれた多孔質シ
リコンを酸化した二酸化シリコンからなることを特徴と
する請求項１に記載のスルーホールの作製方法。 - 【請求項１３】 前記パッシベイション層からなるメン
ブレンの応力がtensilである請求項３に記載のスルーホ
ールの形成方法。 - 【請求項１４】 前記パッシベイション層は減圧CVD法
によって形成された窒化シリコン膜である請求項１３に
記載のスルーホールの形成方法。 - 【請求項１５】 前記パッシベイション層はスルーホー
ル近傍のみに残るようパターニングされる請求項１４に
記載のスルーホールの形成方法。 - 【請求項１６】 シリコン基板にスルーホールを作製す
る方法であって、（ａ）前記基板の一部にシリコンエピ
タキシャル成長を阻止するエピタキシャル阻止層を形成
し、前記基板上にシリコンのエピタキシャル層を形成す
ることにより前記エピタキシャル阻止層上のスルーホー
ル形成部位に前記基板材料に対して選択的にエッチング
が可能な犠牲層を形成する工程と、（ｂ）前記基板上に
該犠牲層を被覆するように耐エッチング性を有するパッ
シベイション層を形成する工程（ｃ）前記犠牲層に対応
した開口部を有するエッチングマスク層を前記基板裏面
に形成する工程と、（ｄ）該開口部より前記エピタキシ
ャル阻止層が露出するまで基板を結晶軸異方性エッチン
グによりエッチングする工程と、（ｅ）前記エピタキシ
ャル阻止層の前記基板エッチング工程により露出した部
分を除去する工程と、（ｆ）前記エピタキシャル阻止層
の除去部分より前記犠牲層をエッチングし除去する工程
と、（ｇ）前記パッシベイション層の一部を除去しスル
ーホールを形成する工程と、を有することを特徴とする
スルーホールの作製方法。 - 【請求項１７】 前記犠牲層が多結晶シリコン膜よりな
ることを特徴とする請求項１６に記載のスルーホールの
作製方法。 - 【請求項１８】 前記犠牲層をエッチングすることによ
り前記パッシベイション層からなるメンブレンが形成さ
れることを特徴とする請求項１６に記載のスルーホール
の形成方法。 - 【請求項１９】 前記異方性エッチングはTMAH液を用い
て行われる請求項１６に記載のスルーホールの形成方
法。 - 【請求項２０】 前記犠牲層のエッチングが等方性エッ
チングであることを特徴とする請求項１６に記載のスル
ーホールの形成方法。 - 【請求項２１】 開口部と犠牲層の寸法が、開口部を介
してエッチングし基板を貫通し形成される基板表面側の
溝寸法に比べて犠牲層の寸法が大きくなるようにしたこ
とを特徴とする請求項１６に記載のスルーホールの形成
方法。 - 【請求項２２】 前記基板の結晶方位面が（１００）で
あることを特徴とする請求項２１に記載のスルーホール
の作製方法。 - 【請求項２３】 開口部の寸法をＤ、犠牲層の寸法をｄ
１とし、シリコン基板の厚みをｔとし、基板の結晶方位
面の（１１１）面と（１００）面とのエッチレート比を
Ｒとした時に、ｄ１が ｄ１＞（Ｄ−２ｔ／ｔａｎ（５４．７°）＋２Ｒｔ／ｓ
ｉｎ（５４．７°）） の範囲にあることを特徴とする請求項２２に記載のスル
ーホールの作製方法。 - 【請求項２４】 前記基板の結晶方位面が（１００）か
ら角度α（°）のオフセットを有するシリコン基板であ
って、開口部の寸法をＤ、犠牲層の寸法をｄ１とし、シ
リコン基板の厚みをｔとし、基板が（１００）面（１１
１）と（１００）のエッチレート比をＲとした時に、ｄ
１が ｄ１＞（Ｄ−ｔ／ｔａｎ（５４．７°＋α）−ｔ／ｔａ
ｎ（５４．７°−α）＋Ｒｔ／ｓｉｎ（５４．７°＋
α）＋Ｒｔ／ｓｉｎ（５４．７°−α）） の範囲にあることを特徴とする請求項２１に記載のスル
ーホールの作製方法。 - 【請求項２５】 前記犠牲層は、前記基板を陽極化成し
て多孔質化することにより前記基板に作り込まれるもの
であることを特徴とする請求項１７に記載のスルーホー
ルの作製方法。 - 【請求項２６】 前記犠牲層は、前記基板を陽極化成し
て多孔質化することにより基板に作り込まれた多孔質シ
リコンを酸化した二酸化シリコンからなることを特徴と
する請求項１６に記載のスルーホールの作製方法。 - 【請求項２７】 前記パッシベイション層からなるメン
ブレンの応力がtensilである請求項１８に記載のスルー
ホールの形成方法。 - 【請求項２８】 前記パッシベイション層は減圧CVD法
によって形成された窒化シリコン膜である請求項２７に
記載のスルーホールの形成方法。 - 【請求項２９】 前記パッシベイション層はスルーホー
ル近傍のみに残るようパターニングされる請求項２８に
記載のスルーホールの形成方法。 - 【請求項３０】 機能素子と、該機能素子が形成された
面の裏面から結晶軸異方性エッチングにより形成された
スルーホールと、を有するシリコン基板であって、異方
性エッチングによるスルーホールの基板裏面側の開口径
をＤ'、機能素子形成面側の開口径をｄ’とし、シリコ
ン基板の厚みをｔとした時に、ｄ’が ｄ１＞（Ｄ−２ｔ／ｔａｎ（５４．７°））の範囲にあ
ることを特徴とするシリコン基板。 - 【請求項３１】 請求項３０に記載のシリコン基板を有
するとともに、前記機能素子は前記基板に一端を固定さ
れた薄膜カンチレバーからなることを特徴とする走査型
プローブ顕微鏡用カンチレバー。 - 【請求項３２】 インクを吐出する吐出口と、該吐出口
に連通するインク流路と、インクを吐出するための吐出
エネルギー発生素子と前記インク流路にインクを供給す
るスルーホールからなるインク供給口とを備えるシリコ
ン基板と、を有するインクジェットヘッドの製造方法で
あって、（ａ）前記基板表面のスルーホール形成部位に
前記基板材料に対して選択的にエッチングが可能な犠牲
層を形成する工程と、（ｂ）前記基板上に該犠牲層を被
覆するように耐エッチング性を有するパッシベイション
層を形成する工程（ｃ）前記犠牲層に対応した開口部を
有するエッチングマスク層を前記基板裏面に形成する工
程と、（ｄ）該開口部より前記犠牲層が露出するまで基
板を結晶軸異方性エッチングにてエッチングする工程
と、（ｅ）前記基板エッチング工程により露出した部分
より前記犠牲層をエッチングし除去する工程と、（ｆ）
前記パッシベイション層の一部を除去し前記インク供給
口となるスルーホールを形成する工程と、を有すること
を特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。 - 【請求項３３】 前記犠牲層が多結晶シリコン膜よりな
ることを特徴とする請求項３２に記載のインクジェット
ヘッドの製造方法。 - 【請求項３４】 前記犠牲層をエッチングすることによ
り前記パッシベイション層からなるメンブレンが形成さ
れることを特徴とする請求項３２に記載のインクジェッ
トヘッドの製造方法。 - 【請求項３５】 前記異方性エッチングはTMAH液を用い
て行われる請求項３２に記載のインクジェットヘッドの
製造方法。 - 【請求項３６】 前記犠牲層のエッチングが等方性エッ
チングであることを特徴とする請求項３２に記載のイン
クジェットヘッドの製造方法。 - 【請求項３７】 開口部と犠牲層の寸法が、開口部を介
してエッチングし基板を貫通し形成される基板表面側の
溝寸法に比べて犠牲層の寸法が大きくなるようにしたこ
とを特徴とする請求項３２に記載のインクジェットヘッ
ドの製造方法。 - 【請求項３８】 前記基板の結晶方位面が（１００）で
あることを特徴とする請求項３７に記載のインクジェッ
トヘッドの製造方法。 - 【請求項３９】 開口部の寸法をＤ、犠牲層の寸法をｄ
１とし、シリコン基板の厚みをｔとし、基板の結晶方位
面の（１１１）面と（１００）面とのエッチレート比を
Ｒとした時に、ｄ１が ｄ１＞（Ｄ−２ｔ／ｔａｎ（５４．７°）＋２Ｒｔ／ｓ
ｉｎ（５４．７°）） の範囲にあることを特徴とする請求項３８に記載のイン
クジェットヘッドの製造方法。 - 【請求項４０】 前記基板の結晶方位面が（１００）か
ら角度α（°）のオフセットを有するシリコン基板であ
って、開口部の寸法をＤ、犠牲層の寸法をｄ１とし、シ
リコン基板の厚みをｔとし、基板が（１００）面（１１
１）と（１００）のエッチレート比をＲとした時に、ｄ
１が ｄ１＞（Ｄ−ｔ／ｔａｎ（５４．７°＋α）−ｔ／ｔａ
ｎ（５４．７°−α）＋Ｒｔ／ｓｉｎ（５４．７°＋
α）＋Ｒｔ／ｓｉｎ（５４．７°−α）） の範囲にあることを特徴とする請求項３７に記載のイン
クジェットヘッドの製造方法。 - 【請求項４１】 前記犠牲層エッチング工程の際に前記
基板の前記犠牲層に接していた部分もエッチングされる
ことを特徴とする請求項３２に記載のインクジェットヘ
ッドの製造方法。 - 【請求項４２】 前記犠牲層は、前記基板を陽極化成し
て多孔質化することにより前記基板に作り込まれるもの
であることを特徴とする請求項３２に記載のインクジェ
ットヘッドの製造方法。 - 【請求項４３】 前記犠牲層は、前記基板を陽極化成し
て多孔質化することにより基板に作り込まれた多孔質シ
リコンを酸化した二酸化シリコンからなることを特徴と
する請求項３２に記載のインクジェットヘッドの製造方
法。 - 【請求項４４】 前記パッシベイション層からなるメン
ブレンの応力がtensilである請求項３４に記載のインク
ジェットヘッドの製造方法。 - 【請求項４５】 前記パッシベイション層は減圧CVD法
によって形成された窒化シリコン膜である請求項４４に
記載のインクジェットヘッドの製造方法。 - 【請求項４６】 前記パッシベイション層はスルーホー
ル近傍のみに残るようパターニングされる請求項４５に
記載のインクジェットヘッドの製造方法。 - 【請求項４７】 インクを吐出する吐出口と、該吐出口
に連通するインク流路と、インクを吐出するための吐出
エネルギー発生素子と前記インク流路にインクを供給す
るスルーホールからなるインク供給口とを備えるシリコ
ン基板と、を有するインクジェットヘッドの製造方法で
あって、（ａ）前記基板の一部にシリコンエピタキシャ
ル成長を阻止するエピタキシャル阻止層を形成し、前記
基板上にシリコンのエピタキシャル層を形成することに
より前記エピタキシャル阻止層上のスルーホール形成部
位に前記基板材料に対して選択的にエッチングが可能な
犠牲層を形成する工程と、（ｂ）前記基板上に該犠牲層
を被覆するように耐エッチング性を有するパッシベイシ
ョン層を形成する工程（ｃ）前記犠牲層に対応した開口
部を有するエッチングマスク層を前記基板裏面に形成す
る工程と、（ｄ）該開口部より前記エピタキシャル阻止
層が露出するまで基板を結晶軸異方性エッチングにより
エッチングする工程と、（ｅ）前記エピタキシャル阻止
層の前記基板エッチング工程により露出した部分を除去
する工程と、（ｆ）前記エピタキシャル阻止層の除去部
分より前記犠牲層をエッチングし除去する工程と、
（ｇ）前記パッシベイション層の一部を除去しスルーホ
ールを形成する工程と、を有することを特徴とするイン
クジェットヘッドの製造方法。 - 【請求項４８】 前記犠牲層が多結晶シリコン膜よりな
ることを特徴とする請求項４７に記載のインクジェット
ヘッドの製造方法。 - 【請求項４９】 前記犠牲層をエッチングすることによ
り前記パッシベイション層からなるメンブレンが形成さ
れることを特徴とする請求項４７に記載のインクジェッ
トヘッドの製造方法。 - 【請求項５０】 前記異方性エッチングはTMAH液を用い
て行われる請求項４７に記載のインクジェットヘッドの
製造方法。 - 【請求項５１】 前記犠牲層のエッチングが等方性エッ
チングであることを特徴とする請求項４７に記載のイン
クジェットヘッドの製造方法。 - 【請求項５２】 開口部と犠牲層の寸法が、開口部を介
してエッチングし基板を貫通し形成される基板表面側の
溝寸法に比べて犠牲層の寸法が大きくなるようにしたこ
とを特徴とする請求項４７に記載のインクジェットヘッ
ドの製造方法。 - 【請求項５３】 前記基板の結晶方位面が（１００）で
あることを特徴とする請求項５２に記載のインクジェッ
トヘッドの製造方法。 - 【請求項５４】 開口部の寸法をＤ、犠牲層の寸法をｄ
１とし、シリコン基板の厚みをｔとし、基板の結晶方位
面の（１１１）面と（１００）面とのエッチレート比を
Ｒとした時に、ｄ１が ｄ１＞（Ｄ−２ｔ／ｔａｎ（５４．７°）＋２Ｒｔ／ｓ
ｉｎ（５４．７°）） の範囲にあることを特徴とする請求項５３に記載のイン
クジェットヘッドの製造方法。 - 【請求項５５】 前記基板の結晶方位面が（１００）か
ら角度α（°）のオフセットを有するシリコン基板であ
って、開口部の寸法をＤ、犠牲層の寸法をｄ１とし、シ
リコン基板の厚みをｔとし、基板が（１００）面（１１
１）と（１００）のエッチレート比をＲとした時に、ｄ
１が ｄ１＞（Ｄ−ｔ／ｔａｎ（５４．７°＋α）−ｔ／ｔａ
ｎ（５４．７°−α）＋Ｒｔ／ｓｉｎ（５４．７°＋
α）＋Ｒｔ／ｓｉｎ（５４．７°−α）） の範囲にあることを特徴とする請求項５２に記載のイン
クジェットヘッドの製造方法。 - 【請求項５６】 前記犠牲層は、前記基板を陽極化成し
て多孔質化することにより前記基板に作り込まれるもの
であることを特徴とする請求項４８に記載のインクジェ
ットヘッドの製造方法。 - 【請求項５７】 前記犠牲層は、前記基板を陽極化成し
て多孔質化することにより基板に作り込まれた多孔質シ
リコンを酸化した二酸化シリコンからなることを特徴と
する請求項４７に記載のインクジェットヘッドの製造方
法。 - 【請求項５８】 前記パッシベイション層からなるメン
ブレンの応力がtensilである請求項４９に記載のインク
ジェットヘッドの製造方法。 - 【請求項５９】 前記パッシベイション層は減圧CVD法
によって形成された窒化シリコン膜である請求項５８に
記載のインクジェットヘッドの製造方法。 - 【請求項６０】 前記パッシベイション層はスルーホー
ル近傍のみに残るようパターニングされる請求項２８に
記載のインクジェットヘッドの製造方法。 - 【請求項６１】 インクを吐出する吐出口と、該吐出口
に連通するインク流路と、インクを吐出するための吐出
エネルギー発生素子と該吐出エネルギー発生素子が形成
された面の裏面から結晶軸異方性エッチングにより形成
されたスルーホールからなる前記インク流路にインクを
供給するためのインク供給口とを備えるシリコン基板
と、を有するインクジェットヘッドであって、 前記異方性エッチングによるスルーホールの基板裏面側
の開口径をＤ'、機能素子形成面側の開口径をｄ’と
し、シリコン基板の厚みをｔとした時に、ｄ’がｄ１＞
（Ｄ−２ｔ／ｔａｎ（５４．７°））の範囲にあること
を特徴とするインクジェットヘッド。 - 【請求項６２】 前記シリコン基板は前記吐出エネルギ
ー発生素子形成面に能動素子を備える請求項に記載のイ
ンクジェットヘッド。 - 【請求項６３】 前記シリコン基板はインク供給口近傍
に異方性エッチング時にメンブレン膜を形成するために
減圧CVD法で形成されたSiN膜を有する請求項62に記載の
インクジェットヘッド。 - 【請求項６４】 前記SiN膜は前記シリコン基板の前記
能動素子形成部を避けて設けられている請求項63に記載
のインクジェットヘッド。
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