JPH05299409A - 三次元シリコンデバイスの製造方法 - Google Patents
三次元シリコンデバイスの製造方法Info
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- JPH05299409A JPH05299409A JP4341171A JP34117192A JPH05299409A JP H05299409 A JPH05299409 A JP H05299409A JP 4341171 A JP4341171 A JP 4341171A JP 34117192 A JP34117192 A JP 34117192A JP H05299409 A JPH05299409 A JP H05299409A
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- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】大型凹部と高寸法精度の小型凹部を含む三次元
デバイスを中間的リトグラフ工程を行わず、単一面二工
程エッチィングにより簡便に精度高く得られる製造方
法。 【構成】三次元シリコン構造物が、異なるエッチング剤
を用いて単一面二工程異方性エッチング法によって、(1
00)面シリコンウエーハから製作される。 二工程エッチ
ング法の開始前に、二つのエッチングマスクは、最後に
形成され最初に用いられる最大、最深のエッチング凹部
と共に、該ウエーハの単一面の高寸法精度の小型凹部形
成用マスクの上に大型凹部形成用マスクを形成したもの
である。最後に形成されたマスクは、最初に形成された
マスクを露出させるために除去される。小型でより精度
の高い凹部のための異方性エッチング剤は、マスクエッ
チングを最少にし、高精度を必要とするエッチングリセ
スの寸法制御を改善するために選択される。
デバイスを中間的リトグラフ工程を行わず、単一面二工
程エッチィングにより簡便に精度高く得られる製造方
法。 【構成】三次元シリコン構造物が、異なるエッチング剤
を用いて単一面二工程異方性エッチング法によって、(1
00)面シリコンウエーハから製作される。 二工程エッチ
ング法の開始前に、二つのエッチングマスクは、最後に
形成され最初に用いられる最大、最深のエッチング凹部
と共に、該ウエーハの単一面の高寸法精度の小型凹部形
成用マスクの上に大型凹部形成用マスクを形成したもの
である。最後に形成されたマスクは、最初に形成された
マスクを露出させるために除去される。小型でより精度
の高い凹部のための異方性エッチング剤は、マスクエッ
チングを最少にし、高精度を必要とするエッチングリセ
スの寸法制御を改善するために選択される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、シリコンから三次元デ
バイスを製造するための単一面二工程異方性エッチング
法に関し、より具体的には、大型凹部（recesses）及び
高い寸法精度（high-tolerance）の小型凹部（recesse
s）（例えば感熱インク噴射プリントヘッドのインク流
方向付け部）の両方を有するシリコンデバイスを製造す
るための本方法の使用に関する。
バイスを製造するための単一面二工程異方性エッチング
法に関し、より具体的には、大型凹部（recesses）及び
高い寸法精度（high-tolerance）の小型凹部（recesse
s）（例えば感熱インク噴射プリントヘッドのインク流
方向付け部）の両方を有するシリコンデバイスを製造す
るための本方法の使用に関する。
【０００２】
【従来の技術】シリコンの異方性エッチングにおける基
本的物理的利点は、(111) 結晶平面は非常にゆっくりと
エッチングされ、 一方他のすべての結晶平面は急速にエ
ッチングされる。 その結果、 長方形及び正方形のみが、
高度の精密さで(100) 面シリコン素材に生成される。 長
方形及び正方形のみを有するエッチングマスクを用いる
場合でさえも、エッチング凹部の寸法精度では、長方形
及び正方形の境界を定めるマスクバイア（mask vias ）
のエッジは、(111) 面及び(100) 面の結晶平面の交差部
に整合されることが必要である。半導体工業では、シリ
コンウェハー中に大型凹部又はスルーホールを有し、さ
らにそれらに付随する比較的浅い高寸法精度（high-tol
erance）の凹部を有するシリコンデバイスが一般的であ
る。例えばインク噴射プリントヘッドは、シリコンチャ
ネル板及び加熱板から製作できる。各チャネル板は、開
放底がインク入口を画定することができるようにシリコ
ン板を貫通エッチングした比較的大きなインク溜めを有
し、さらに一方の端でインク溜めに通じ、他方はノズル
を形成するように開いている、一組の平行に走る浅い伸
長チャネル凹部を有している。該チャネル凹部には、非
常に高い寸法精度を有する精密な幾何図形的配列が要求
される。米国特許第RE32,572号により詳しく記載された
ように、チャネル板が加熱板に整合されて接着される場
合、大型凹部はインク溜めになり、浅い伸長チャネル
は、ノズルとインク溜めとの間のインク導入細管とな
る。
本的物理的利点は、(111) 結晶平面は非常にゆっくりと
エッチングされ、 一方他のすべての結晶平面は急速にエ
ッチングされる。 その結果、 長方形及び正方形のみが、
高度の精密さで(100) 面シリコン素材に生成される。 長
方形及び正方形のみを有するエッチングマスクを用いる
場合でさえも、エッチング凹部の寸法精度では、長方形
及び正方形の境界を定めるマスクバイア（mask vias ）
のエッジは、(111) 面及び(100) 面の結晶平面の交差部
に整合されることが必要である。半導体工業では、シリ
コンウェハー中に大型凹部又はスルーホールを有し、さ
らにそれらに付随する比較的浅い高寸法精度（high-tol
erance）の凹部を有するシリコンデバイスが一般的であ
る。例えばインク噴射プリントヘッドは、シリコンチャ
ネル板及び加熱板から製作できる。各チャネル板は、開
放底がインク入口を画定することができるようにシリコ
ン板を貫通エッチングした比較的大きなインク溜めを有
し、さらに一方の端でインク溜めに通じ、他方はノズル
を形成するように開いている、一組の平行に走る浅い伸
長チャネル凹部を有している。該チャネル凹部には、非
常に高い寸法精度を有する精密な幾何図形的配列が要求
される。米国特許第RE32,572号により詳しく記載された
ように、チャネル板が加熱板に整合されて接着される場
合、大型凹部はインク溜めになり、浅い伸長チャネル
は、ノズルとインク溜めとの間のインク導入細管とな
る。
【０００３】このようなプリントヘッドでは、同一シリ
コン基板表面の深さがわずか１又は２ミル（mil ）の垂
直方向に隣接する小チャネルを有する、厚さ１５から２
５ミルのウェーハを完全に貫通するように、しばしばエ
ッチングされる大型インク溜めの生成が頻繁に要望され
る。そのような構造物の製作に関連する主な問題は、チ
ャネル及びインク溜めは別々にエッチングしなければな
らず、さらにその後、例えばインク流のバイパス形成の
ために、パターン形成されてエッチングされる加熱プレ
ート上の厚手のフィルム層を用いるというような、多様
な方法により、チャネル及びインク溜めが結合されなけ
ればならないということである。一般には、チャネル板
は、最初に(100) 面シリコンウェーハーに複数のインク
溜めをエッチングし、その後二番目のリトグラフ工程で
インク溜めのエッジに正確にチャネル板を整合し、続い
てエッチングマスクの輪郭を描き、さらに、付随するチ
ャネルのセットの複数の浅い溝をエッチングするのに充
分な、第二の短時間異方性エッチング工程に付すことに
よって製作される。このようなプロセスの利点は、チャ
ネルを定めるマスクが、チャネル及びインク溜めを同時
に描く場合のおよそ１／１０もアンダーカットされるの
で、チャネル寸法の制御は非常に高いものとなろうとい
うことである。これは、(111) 平面が明確なエッチング
率を有し、さらにこれら二つの事例におけるチャネルの
エッチング時間は１０倍の違いがあるためである。この
ような二工程プロセスの問題は、二度目のリトグラフ工
程を異方性エッチングを施したウェーハ上で実施するこ
とは、その大掛かりな工程及び／又はエッチングされた
スルーホールのゆえに困難であるということである。
コン基板表面の深さがわずか１又は２ミル（mil ）の垂
直方向に隣接する小チャネルを有する、厚さ１５から２
５ミルのウェーハを完全に貫通するように、しばしばエ
ッチングされる大型インク溜めの生成が頻繁に要望され
る。そのような構造物の製作に関連する主な問題は、チ
ャネル及びインク溜めは別々にエッチングしなければな
らず、さらにその後、例えばインク流のバイパス形成の
ために、パターン形成されてエッチングされる加熱プレ
ート上の厚手のフィルム層を用いるというような、多様
な方法により、チャネル及びインク溜めが結合されなけ
ればならないということである。一般には、チャネル板
は、最初に(100) 面シリコンウェーハーに複数のインク
溜めをエッチングし、その後二番目のリトグラフ工程で
インク溜めのエッジに正確にチャネル板を整合し、続い
てエッチングマスクの輪郭を描き、さらに、付随するチ
ャネルのセットの複数の浅い溝をエッチングするのに充
分な、第二の短時間異方性エッチング工程に付すことに
よって製作される。このようなプロセスの利点は、チャ
ネルを定めるマスクが、チャネル及びインク溜めを同時
に描く場合のおよそ１／１０もアンダーカットされるの
で、チャネル寸法の制御は非常に高いものとなろうとい
うことである。これは、(111) 平面が明確なエッチング
率を有し、さらにこれら二つの事例におけるチャネルの
エッチング時間は１０倍の違いがあるためである。この
ような二工程プロセスの問題は、二度目のリトグラフ工
程を異方性エッチングを施したウェーハ上で実施するこ
とは、その大掛かりな工程及び／又はエッチングされた
スルーホールのゆえに困難であるということである。
【０００４】米国特許第4,863,560 号は、異方性エッチ
ングによって、シリコン基板から三次元構造物を製作す
るための別の二工程プロセスを開示する。この方法で
は、ウェーハは比較的長時間のエッチング処理を経るの
で、インク溜め及び一切の必要なスルーホールは、粗い
窒化シリコンマスクを介して形成される。その後、該窒
化物マスクを剥がし、前もってパターン形成された、引
き続いて短時間チャネルエッチング工程に使用する高温
酸化シリコンマスキング層を露出させる。この方法で
は、チャネルは非常に短時間のエッチング工程で形成さ
れるので、先に述べた単一工程法に付随するチャネル幅
の変動の問題を回避できる。この方法では二つの問題が
生じる。まず第一に、酸化物層は、ある種の異方性エッ
チング物質、例えば水酸化カリウムで甚だしい腐食を被
るということである。第二に、酸化物マスキング層は、
通常およそ１１００℃で行われる高温加熱酸化処理を受
けるため、ウエハー中に急速な酸素濃縮物による欠陥の
生成及び結晶格子の破壊を引き起こす。そのような欠陥
により寸法制御、特にチャネルの寸法制御が失われ、結
果として許容誤差外のシリコンデバイスを生じる。
ングによって、シリコン基板から三次元構造物を製作す
るための別の二工程プロセスを開示する。この方法で
は、ウェーハは比較的長時間のエッチング処理を経るの
で、インク溜め及び一切の必要なスルーホールは、粗い
窒化シリコンマスクを介して形成される。その後、該窒
化物マスクを剥がし、前もってパターン形成された、引
き続いて短時間チャネルエッチング工程に使用する高温
酸化シリコンマスキング層を露出させる。この方法で
は、チャネルは非常に短時間のエッチング工程で形成さ
れるので、先に述べた単一工程法に付随するチャネル幅
の変動の問題を回避できる。この方法では二つの問題が
生じる。まず第一に、酸化物層は、ある種の異方性エッ
チング物質、例えば水酸化カリウムで甚だしい腐食を被
るということである。第二に、酸化物マスキング層は、
通常およそ１１００℃で行われる高温加熱酸化処理を受
けるため、ウエハー中に急速な酸素濃縮物による欠陥の
生成及び結晶格子の破壊を引き起こす。そのような欠陥
により寸法制御、特にチャネルの寸法制御が失われ、結
果として許容誤差外のシリコンデバイスを生じる。
【０００５】現時点では、感熱インク噴射チャネル板
は、二つの別々の水酸化カリウム分子配向依存エッチン
グプロセス、又は米国特許第4,863,560 号に記載された
二工程水酸化カリウム分子配向依存エッチングプロセス
によって製造されている。後者のプロセスでは、まずチ
ャネル板のインク溜めがエッチングされ、続いてチャネ
ルのエッチングが行われる。第二のエッチング工程の
間、マスキング層は、水酸化カリウムエッチング槽中で
容易にエッチングされてしまうという不利のある熱成長
性酸化層である。従って、高寸法精度を要する小型チャ
ネル凹部は、酸化物マスクのアンダーカットだけでな
く、該マスク中のバイアのエッジのエッチングによる除
去にも同様に対応できるよう設計される必要がある。
は、二つの別々の水酸化カリウム分子配向依存エッチン
グプロセス、又は米国特許第4,863,560 号に記載された
二工程水酸化カリウム分子配向依存エッチングプロセス
によって製造されている。後者のプロセスでは、まずチ
ャネル板のインク溜めがエッチングされ、続いてチャネ
ルのエッチングが行われる。第二のエッチング工程の
間、マスキング層は、水酸化カリウムエッチング槽中で
容易にエッチングされてしまうという不利のある熱成長
性酸化層である。従って、高寸法精度を要する小型チャ
ネル凹部は、酸化物マスクのアンダーカットだけでな
く、該マスク中のバイアのエッジのエッチングによる除
去にも同様に対応できるよう設計される必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、シリ
コンウェーハの単一面に、付加的な中間リトグラフ工程
及び各後続エッチング工程のためのエッチングマスクの
輪郭書き込みを必要とすることなく実施される、少なく
とも二つの連続する異方性エッチング工程を施すことを
可能にすることであり、さらに、水酸化カリウム中の酸
化物マスキング層を用いる不利を被らない、分子配向依
存エッチングにより三次元シリコンデバイスを製造する
方法を提供することである。
コンウェーハの単一面に、付加的な中間リトグラフ工程
及び各後続エッチング工程のためのエッチングマスクの
輪郭書き込みを必要とすることなく実施される、少なく
とも二つの連続する異方性エッチング工程を施すことを
可能にすることであり、さらに、水酸化カリウム中の酸
化物マスキング層を用いる不利を被らない、分子配向依
存エッチングにより三次元シリコンデバイスを製造する
方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決する手段】前記目的は、異方性エッチング
により二面(100) シリコンウェーハの単一面に大型凹部
及び高寸法精度の小型凹部の両方を有する三次元デバイ
スを製造する方法であって、（ａ）該ウェーハの両面に
第一の耐エッチング性材料の第一層を付着するステップ
と、（ｂ）該ウェーハの一方の面に耐エッチング性材料
の第一層をパターン形成し、その後の高寸法精度凹部の
異方性エッチングのためのバイア（via ）を生成するス
テップと、（ｃ）該ウェーハ両面の第一の耐エッチング
性材料の第一層の上に、上記の一方の面の第一層のバイ
アも含めて、第二の耐エッチング性材料の第二層を付着
するステップと、（ｄ）第一の耐エッチング性材料の該
第一層にバイアを含むウェーハの同一面に耐エッチング
性材料の第二層をパターン形成し、異方性エッチングに
より該ウェーハに比較的大型の凹部を形成するために、
第一の耐エッチング性材料の第一層にバイアのいずれの
境界よりも内側にある第二の耐エッチング性材料の第二
層に少なくとも一つのバイアを生成するステップであっ
て、第二の耐エッチング性材料の第二層をパターン形成
された該バイアは、耐エッチング性素材の第一層が露出
されないように、第一の耐エッチング性マスクのバイア
の境界内に常にあるステップと、（ｅ）該ウェーハを第
一の異方性エッチング剤中に予め定めた時間置いて、第
二の耐エッチング性材料の第二層のバイアを介して、該
ウェーハに比較的大型の凹部をエッチングするステップ
と、（ｆ）第一の耐エッチング性材料の第一層を損傷す
ることなく、第二の耐エッチング性材料の第二層を除去
するステップと、（ｇ）パターン形成された第一の耐エ
ッチング性材料を含む該ウェーハを、予め定めた時間、
第二の異方性エッチング剤中に置いて高寸法精度の小型
凹部をエッチングするステップであって、第１の耐エッ
チング性材料は第２の異方性エッチング剤で実質的にエ
ッチング不能であるため高精度小型凹部の寸法制御が向
上されるステップとを含む三次元シリコンデバイスの製
造方法によって解決される。
により二面(100) シリコンウェーハの単一面に大型凹部
及び高寸法精度の小型凹部の両方を有する三次元デバイ
スを製造する方法であって、（ａ）該ウェーハの両面に
第一の耐エッチング性材料の第一層を付着するステップ
と、（ｂ）該ウェーハの一方の面に耐エッチング性材料
の第一層をパターン形成し、その後の高寸法精度凹部の
異方性エッチングのためのバイア（via ）を生成するス
テップと、（ｃ）該ウェーハ両面の第一の耐エッチング
性材料の第一層の上に、上記の一方の面の第一層のバイ
アも含めて、第二の耐エッチング性材料の第二層を付着
するステップと、（ｄ）第一の耐エッチング性材料の該
第一層にバイアを含むウェーハの同一面に耐エッチング
性材料の第二層をパターン形成し、異方性エッチングに
より該ウェーハに比較的大型の凹部を形成するために、
第一の耐エッチング性材料の第一層にバイアのいずれの
境界よりも内側にある第二の耐エッチング性材料の第二
層に少なくとも一つのバイアを生成するステップであっ
て、第二の耐エッチング性材料の第二層をパターン形成
された該バイアは、耐エッチング性素材の第一層が露出
されないように、第一の耐エッチング性マスクのバイア
の境界内に常にあるステップと、（ｅ）該ウェーハを第
一の異方性エッチング剤中に予め定めた時間置いて、第
二の耐エッチング性材料の第二層のバイアを介して、該
ウェーハに比較的大型の凹部をエッチングするステップ
と、（ｆ）第一の耐エッチング性材料の第一層を損傷す
ることなく、第二の耐エッチング性材料の第二層を除去
するステップと、（ｇ）パターン形成された第一の耐エ
ッチング性材料を含む該ウェーハを、予め定めた時間、
第二の異方性エッチング剤中に置いて高寸法精度の小型
凹部をエッチングするステップであって、第１の耐エッ
チング性材料は第２の異方性エッチング剤で実質的にエ
ッチング不能であるため高精度小型凹部の寸法制御が向
上されるステップとを含む三次元シリコンデバイスの製
造方法によって解決される。
【０００８】本発明の実施例においては、三次元シリコ
ン構造物は、異なるエッチング剤を用いて単一面二工程
異方性エッチング法によって(100)面シリコンウェーハ
から製造される。 二つのエッチングマスクは二工程エッ
チング法の開始前に、ウェーハの単一面上に形成された
一方のエッチングマスクの上に他方が形成され、一番大
きく一番深くエッチングされた凹部のためのマスクはで
最後に形成され最初に用いられる。最後に形成されたマ
スクは除去され、最初に形成されたマスクを損なうこと
なく最初に形成されたマスクが露出される。マスクエッ
チングを最少にし、厳密な許容誤差と均一なサイズが必
要とされるエッチングされた凹部の寸法制御を改善する
ために、より小さな、より厳密な凹部用異方性エッチン
グ剤が選択される。好ましい実施例では、最初の耐エッ
チング性マスクは、感熱成長性酸化物で、二番目の耐エ
ッチング性マスクは、窒化シリコンである。窒化シリコ
ンマスクに、最初のマスクのバイア内にあるバイアを形
成するためにパターン形成される。従って、該窒化シリ
コンマスクは、常に該酸化物マスクを保護し、それゆえ
異方性エッチング剤は水酸化カリウムでも良い。窒化シ
リコンマスクはその後除去され、パターン形成された酸
化物マスクを露出させる。二酸化物マスクと共に用いら
れるエッチング剤としては、(100) 面及び(111) 面との
間のエッチング速度の比率が、水酸化カリウムの速度の
およそ１／２に減少するが、エチレンジアミン−ピロカ
テコール−水（ＥＤＰ) を用いる。しかしながら、ＥＤ
Ｐエッチング剤は、ＥＤＰ中の二酸化物層のエッチング
速度が、１分につき３オングストロームにすぎず、殆ど
無視できるという利点を有する。
ン構造物は、異なるエッチング剤を用いて単一面二工程
異方性エッチング法によって(100)面シリコンウェーハ
から製造される。 二つのエッチングマスクは二工程エッ
チング法の開始前に、ウェーハの単一面上に形成された
一方のエッチングマスクの上に他方が形成され、一番大
きく一番深くエッチングされた凹部のためのマスクはで
最後に形成され最初に用いられる。最後に形成されたマ
スクは除去され、最初に形成されたマスクを損なうこと
なく最初に形成されたマスクが露出される。マスクエッ
チングを最少にし、厳密な許容誤差と均一なサイズが必
要とされるエッチングされた凹部の寸法制御を改善する
ために、より小さな、より厳密な凹部用異方性エッチン
グ剤が選択される。好ましい実施例では、最初の耐エッ
チング性マスクは、感熱成長性酸化物で、二番目の耐エ
ッチング性マスクは、窒化シリコンである。窒化シリコ
ンマスクに、最初のマスクのバイア内にあるバイアを形
成するためにパターン形成される。従って、該窒化シリ
コンマスクは、常に該酸化物マスクを保護し、それゆえ
異方性エッチング剤は水酸化カリウムでも良い。窒化シ
リコンマスクはその後除去され、パターン形成された酸
化物マスクを露出させる。二酸化物マスクと共に用いら
れるエッチング剤としては、(100) 面及び(111) 面との
間のエッチング速度の比率が、水酸化カリウムの速度の
およそ１／２に減少するが、エチレンジアミン−ピロカ
テコール−水（ＥＤＰ) を用いる。しかしながら、ＥＤ
Ｐエッチング剤は、ＥＤＰ中の二酸化物層のエッチング
速度が、１分につき３オングストロームにすぎず、殆ど
無視できるという利点を有する。
【０００９】
【実施例】図１では、（100)面シリコンウェーハ１０
が、両側面１１及び１３（図２）の厚さ１０００から７
５００Åの熱成長性酸化物層（ＳｉＯ2 ）１２と共に、
平面図に部分的に示されている。これを、図１に示す面
である面１１にバイア１４及び一組の伸長平行バイア１
６を形成するためにリトグラフ処理が行われる。これら
のバイアによって、その後インクチャネル及びインク溜
めとして働く高寸法精度の小型凹部及び大型凹部、並び
に感熱インク噴射プリントヘッドのチャネル板の製造が
可能となる。該チャネル板は、本発明の図示のため典型
的な三次元シリコンデバイスとして選ばれたものであ
る。図１は、最終的なインクチャネルを表すものとして
３つの伸長バイア１６のみを示しているが、実際のプリ
ントヘッドには、１インチ当たり１５０から１０００個
のバイアが存在する。この数個のバイア１６を有する簡
略な模式平面図は、説明を容易にするために用いられて
おり、同様な原理が実際のプリントヘッドにも適用され
るということは理解されよう。バイア１４及び１６を形
成するために酸化物層１２がパターン形成された後、該
ウェーハの両面に窒化シリコン（Ｓｉ3 Ｎ4 ）層１８が
付着され、シリコンウェーハ表面１１は、酸化物層にパ
ターン形成されたバイアを通して露出される。
が、両側面１１及び１３（図２）の厚さ１０００から７
５００Åの熱成長性酸化物層（ＳｉＯ2 ）１２と共に、
平面図に部分的に示されている。これを、図１に示す面
である面１１にバイア１４及び一組の伸長平行バイア１
６を形成するためにリトグラフ処理が行われる。これら
のバイアによって、その後インクチャネル及びインク溜
めとして働く高寸法精度の小型凹部及び大型凹部、並び
に感熱インク噴射プリントヘッドのチャネル板の製造が
可能となる。該チャネル板は、本発明の図示のため典型
的な三次元シリコンデバイスとして選ばれたものであ
る。図１は、最終的なインクチャネルを表すものとして
３つの伸長バイア１６のみを示しているが、実際のプリ
ントヘッドには、１インチ当たり１５０から１０００個
のバイアが存在する。この数個のバイア１６を有する簡
略な模式平面図は、説明を容易にするために用いられて
おり、同様な原理が実際のプリントヘッドにも適用され
るということは理解されよう。バイア１４及び１６を形
成するために酸化物層１２がパターン形成された後、該
ウェーハの両面に窒化シリコン（Ｓｉ3 Ｎ4 ）層１８が
付着され、シリコンウェーハ表面１１は、酸化物層にパ
ターン形成されたバイアを通して露出される。
【００１０】窒化シリコン層の厚さは、適切な耐エッチ
ング性マスクを提供すると同時に、工程の適用範囲を確
実にしするに充分であり、、さらにその後の処理工程に
おける操作による損傷を防ぐに足る強固さを備えるもの
である。一般には、該窒化シリコン層は、１０００から
３０００Åの厚さで付着される。その後窒化シリコン層
をリトグラフ処理に付し、バイア２０がウェーハ１０の
剥き出しのシリコン表面１１を露出させることになるよ
うに、バイア２０を生成する。酸化物層の保護のため
に、酸化物バイア１４の内側に、幅およそ２５マイクロ
メートルの窒化シリコンのボーダー（枠部）２１が設け
られる。この寸法のボーダーは、７マイクロメートルも
アンダーカットされた（これは通常この後の異方性エッ
チング工程で生じる）酸化物層をも保護できる。これ
は、通常の異方性エッチング剤が水酸化カリウム（ＫＯ
Ｈ）であり、ＫＯＨは酸化物層をエッチングするので必
要である。従って、露出酸化物バイアのエッジは、エッ
チングされそのサイズを増加する傾向にあり、そのため
製造プロセスの設計をより複雑なものにする。配向依存
エッチング法で製造される三次元シリコンデバイスにお
いて、高寸法精度の小型の凹部と大型の凹部の両方を供
給する場合は特に複雑となる。
ング性マスクを提供すると同時に、工程の適用範囲を確
実にしするに充分であり、、さらにその後の処理工程に
おける操作による損傷を防ぐに足る強固さを備えるもの
である。一般には、該窒化シリコン層は、１０００から
３０００Åの厚さで付着される。その後窒化シリコン層
をリトグラフ処理に付し、バイア２０がウェーハ１０の
剥き出しのシリコン表面１１を露出させることになるよ
うに、バイア２０を生成する。酸化物層の保護のため
に、酸化物バイア１４の内側に、幅およそ２５マイクロ
メートルの窒化シリコンのボーダー（枠部）２１が設け
られる。この寸法のボーダーは、７マイクロメートルも
アンダーカットされた（これは通常この後の異方性エッ
チング工程で生じる）酸化物層をも保護できる。これ
は、通常の異方性エッチング剤が水酸化カリウム（ＫＯ
Ｈ）であり、ＫＯＨは酸化物層をエッチングするので必
要である。従って、露出酸化物バイアのエッジは、エッ
チングされそのサイズを増加する傾向にあり、そのため
製造プロセスの設計をより複雑なものにする。配向依存
エッチング法で製造される三次元シリコンデバイスにお
いて、高寸法精度の小型の凹部と大型の凹部の両方を供
給する場合は特に複雑となる。
【００１１】窒化シリコン層１８にバイア２０がパター
ン形成された後、ウェーハ１０を予め決定した時間（お
よそ３時間）ＫＯＨで異方性エッチングに付して、ウェ
ーハを完全に貫通した凹部２２を形成する。三次元シリ
コンデバイスのこの例では、インク注入口として使用す
るための開放底を有するインク溜め３０となる。
ン形成された後、ウェーハ１０を予め決定した時間（お
よそ３時間）ＫＯＨで異方性エッチングに付して、ウェ
ーハを完全に貫通した凹部２２を形成する。三次元シリ
コンデバイスのこの例では、インク注入口として使用す
るための開放底を有するインク溜め３０となる。
【００１２】図２は、最初の異方性エッチングの後、窒
化シリコン層１８により覆われるバイア１４、１６と共
にインク溜め凹部３０を示すことができるように描い
た、図１の線２−２における断面図を示す。アンダーカ
ット２５は、アンダーカット幅Ｄ、典型的には７マイク
ロメートル、を有するように描かれている。
化シリコン層１８により覆われるバイア１４、１６と共
にインク溜め凹部３０を示すことができるように描い
た、図１の線２−２における断面図を示す。アンダーカ
ット２５は、アンダーカット幅Ｄ、典型的には７マイク
ロメートル、を有するように描かれている。
【００１３】図３では、窒化シリコン層１８を除去し、
ウェーハを清浄にし、耐エッチング性マスクとしてのパ
ターン形成された酸化物層１２を用いて再びウェーハを
配向依存エッチングに付して、小型の綿密な寸法精度の
チャネル凹部２４をエッチングした後の図２のウェーハ
の断面図が示されている。異方性エッチング剤、例えば
ＫＯＨがこの処理工程で用いられる場合、該酸化物マス
キング層も点線２７で示されるようにエッチングされる
であろう。マスキング層のそのような腐食は、非常に綿
密な寸法精度の小型エッチング凹部を有する三次元シリ
コンデバイスの設計を非常に複雑なものとする。 しかし
ながら、 ＫＯＨエッチングをエチレンジアミンーピロカ
テコール−Ｈ2 Ｏエッチング（ＥＤＰ）に変更すること
により、製造は非常に改良される。該酸化物層のＥＤＰ
エッチング速度は１分当たりおよそ１オングストローム
で、これは無視できる値であり、小型凹部のエッチング
についてはＥＤＰのエッチング時間がおよそ４０から５
０分であるので無視することができる。(100)結晶平面
と(111)結晶平面との間のＥＤＰエッチング速度比率
は、ＫＯＨのそれのおよそ１／２まで減少するが、小型
チャネル凹部２４は、エッチング剤組成、エッチング剤
温度及び寸法特性に依存しつつ、それでも１時間以内で
良好にエッチングされる。エッチング時間は、ＫＯＨに
ついて必要な時間のおよそ２倍であるが、この増加時間
は、エッチング槽中の酸化物層の通常のアンダーカット
と共に、マスクの腐食及びその結果としてのバイアサイ
ズの増加を考慮する必要性がなくなるということを考え
てみれば重大なことではない。この二度目のエッチング
工程は、該エッチングがチャネル板の各チャネルの最終
的なチャネル幅を決定し、チャネル幅のこの均一性は、
言い換えればインクの一滴量の均一性を規定し、従って
プリントヘッドの全体的な品質及び解析度を規定するの
で、非常に重要である。
ウェーハを清浄にし、耐エッチング性マスクとしてのパ
ターン形成された酸化物層１２を用いて再びウェーハを
配向依存エッチングに付して、小型の綿密な寸法精度の
チャネル凹部２４をエッチングした後の図２のウェーハ
の断面図が示されている。異方性エッチング剤、例えば
ＫＯＨがこの処理工程で用いられる場合、該酸化物マス
キング層も点線２７で示されるようにエッチングされる
であろう。マスキング層のそのような腐食は、非常に綿
密な寸法精度の小型エッチング凹部を有する三次元シリ
コンデバイスの設計を非常に複雑なものとする。 しかし
ながら、 ＫＯＨエッチングをエチレンジアミンーピロカ
テコール−Ｈ2 Ｏエッチング（ＥＤＰ）に変更すること
により、製造は非常に改良される。該酸化物層のＥＤＰ
エッチング速度は１分当たりおよそ１オングストローム
で、これは無視できる値であり、小型凹部のエッチング
についてはＥＤＰのエッチング時間がおよそ４０から５
０分であるので無視することができる。(100)結晶平面
と(111)結晶平面との間のＥＤＰエッチング速度比率
は、ＫＯＨのそれのおよそ１／２まで減少するが、小型
チャネル凹部２４は、エッチング剤組成、エッチング剤
温度及び寸法特性に依存しつつ、それでも１時間以内で
良好にエッチングされる。エッチング時間は、ＫＯＨに
ついて必要な時間のおよそ２倍であるが、この増加時間
は、エッチング槽中の酸化物層の通常のアンダーカット
と共に、マスクの腐食及びその結果としてのバイアサイ
ズの増加を考慮する必要性がなくなるということを考え
てみれば重大なことではない。この二度目のエッチング
工程は、該エッチングがチャネル板の各チャネルの最終
的なチャネル幅を決定し、チャネル幅のこの均一性は、
言い換えればインクの一滴量の均一性を規定し、従って
プリントヘッドの全体的な品質及び解析度を規定するの
で、非常に重要である。
【００１４】最初のエッチング工程の終了後、耐エッチ
ング性酸化物層１２を除去する。ウェーハ部１０は、こ
の時点で、貫通開口部２７を有する完全に形成された大
型インク溜め３０及びチャネル２４をもつ。ランド２９
は、当業者に良く知られているように、加熱板上の厚い
フィルム層に形成された溝（トレンチ）によってバイパ
スされた、インク溜め３０とチャネル２４との間のウェ
ーハ表面１１に形成されている（例えば米国特許第4,77
4,530号参照）。配向依存エッチング法は、先に述べた
ように外角形成が弱いので、インク溜めとチャネルの間
のランド２９を形成することが望ましい。しかしなが
ら、所望の場合には、インクのバイパス流路を必要とせ
ずチャネルとインク溜めとの間の連絡を行うダイシング
（方形切断）工程により、該ランドを除去することも可
能である。前述の記載は単一チャネルダイについてのも
のであるが、米国特許第RE32,572号が開示するように、
単一シリコンウェーハから本プロセスで同時に多くのチ
ャネルダイが形成できることは理解できよう。図３に示
すように、図２に示される窒化シリコン層１８を剥ぎ取
り、ウェーハを清浄にし、マスクとして酸化シリコン層
１２を用いて、異方性エッチング剤ＥＤＰ中で該ウェー
ハを再度異方性エッチングに付しチャネル２４をエッチ
ングする。チャネルのエッチングと同時に、わずかにイ
ンク溜めを拡大するボーダー２１をエッチングし、一方
その(111)結晶平面壁を維持する。すべての異方性エッ
チング剤と同様に、マスクは２５に示されるようにわず
かにアンダーカットされている。
ング性酸化物層１２を除去する。ウェーハ部１０は、こ
の時点で、貫通開口部２７を有する完全に形成された大
型インク溜め３０及びチャネル２４をもつ。ランド２９
は、当業者に良く知られているように、加熱板上の厚い
フィルム層に形成された溝（トレンチ）によってバイパ
スされた、インク溜め３０とチャネル２４との間のウェ
ーハ表面１１に形成されている（例えば米国特許第4,77
4,530号参照）。配向依存エッチング法は、先に述べた
ように外角形成が弱いので、インク溜めとチャネルの間
のランド２９を形成することが望ましい。しかしなが
ら、所望の場合には、インクのバイパス流路を必要とせ
ずチャネルとインク溜めとの間の連絡を行うダイシング
（方形切断）工程により、該ランドを除去することも可
能である。前述の記載は単一チャネルダイについてのも
のであるが、米国特許第RE32,572号が開示するように、
単一シリコンウェーハから本プロセスで同時に多くのチ
ャネルダイが形成できることは理解できよう。図３に示
すように、図２に示される窒化シリコン層１８を剥ぎ取
り、ウェーハを清浄にし、マスクとして酸化シリコン層
１２を用いて、異方性エッチング剤ＥＤＰ中で該ウェー
ハを再度異方性エッチングに付しチャネル２４をエッチ
ングする。チャネルのエッチングと同時に、わずかにイ
ンク溜めを拡大するボーダー２１をエッチングし、一方
その(111)結晶平面壁を維持する。すべての異方性エッ
チング剤と同様に、マスクは２５に示されるようにわず
かにアンダーカットされている。
【００１５】図４は完成した三次元シリコンデバイス
（この場合はチャネル板）の断面図を示す。酸化物マス
キング層１２は除去されている。加熱板３２は、感熱イ
ンク噴射プリントヘッドにおけるチャネル板の機能を理
解しやすいように、点線で付け加えられている。米国特
許第4,774,530号で開示されたように、加熱板は、加熱
エレメント３４のアレイ及び穴（ピット）３８によって
該加熱エレメントを露出するため、及び溝４０によって
チャネル板ランド２９の回りに流路を提供するためにパ
ターン形成された厚いフィルム層３６を有する。チャネ
ル板ウェーハ及び加熱板ウェーハは位置合わせされて固
着され、ダイシングして、固着されたダイを多数の個々
のプリントヘッドに分割される。点線４２は、チャネル
２４の末端でノズルを形成するためのダイシング切断の
位置を示している。従って、インクは、注入口２７から
プリントヘッドに注入され、インク溜め３０を満し、さ
らに、チャネル２４とインク溜め３０とを連絡する厚い
フィルム溝４０を通ってランド２９の回りを流れる。チ
ャネルは、毛細管作用によりインクで満たされ、ダイシ
ング線４２に沿ってダイシング切断することによって形
成されたノズルでメニスカスをつくる。
（この場合はチャネル板）の断面図を示す。酸化物マス
キング層１２は除去されている。加熱板３２は、感熱イ
ンク噴射プリントヘッドにおけるチャネル板の機能を理
解しやすいように、点線で付け加えられている。米国特
許第4,774,530号で開示されたように、加熱板は、加熱
エレメント３４のアレイ及び穴（ピット）３８によって
該加熱エレメントを露出するため、及び溝４０によって
チャネル板ランド２９の回りに流路を提供するためにパ
ターン形成された厚いフィルム層３６を有する。チャネ
ル板ウェーハ及び加熱板ウェーハは位置合わせされて固
着され、ダイシングして、固着されたダイを多数の個々
のプリントヘッドに分割される。点線４２は、チャネル
２４の末端でノズルを形成するためのダイシング切断の
位置を示している。従って、インクは、注入口２７から
プリントヘッドに注入され、インク溜め３０を満し、さ
らに、チャネル２４とインク溜め３０とを連絡する厚い
フィルム溝４０を通ってランド２９の回りを流れる。チ
ャネルは、毛細管作用によりインクで満たされ、ダイシ
ング線４２に沿ってダイシング切断することによって形
成されたノズルでメニスカスをつくる。
【００１６】要約すれば、本発明は、単一面二工程異方
性又は配向依存エッチング法による三次元シリコンデバ
イスのバッチ製造に関する。両方の耐エッチング層は、
シリコンウェーハの単一面の一方の層の上に他方の層を
連続的に形成され、パターン形成されたものである。最
も許容誤差の少ない又は最も精密な耐エッチング性パタ
ーン形成層は最初にパターン形成され、最も大まかな耐
エッチング性パターン形成層は、最後にパターン形成さ
れるが、最初に使用される。最後に付着された耐エッチ
ング性層中に、パターン形成された大型でより大まかな
バイアは、最初に形成されパターン形成された耐エッチ
ング性層中の下の大型バイアが最後に付着させパターン
形成された耐エッチング性層の回りを、最初の耐エッチ
ング性層を最初に用いられる異方性エッチング剤（一般
に、最初のそのようなエッチング剤はＫＯＨで、最後の
耐エッチング性材料は窒化シリコンである）から保護す
るように設けられた周囲の間隙及びボーダーで取り囲む
ように配置される。いったん粗い異方性エッチングが完
了すると、最後に付着させた耐エッチング性層が除去さ
れる。最初に形成された耐エッチング性層は、上にある
最後に付着させた耐エッチング性層を取り除く工程によ
って損傷を受けない材料でできていることが必要で、さ
らに、最後の層と共に除去されることがないよう、最後
の耐エッチング性層と異なる材料でなければならない。
次に、高寸法精度の小型凹部が、該パターン形成された
耐エッチング性層をエッチングしないような異方性エッ
チング剤でエッチングする。この方法は、一般に、先行
技術による製造方法の技術の範疇である。最初に形成さ
れる耐エッチング性材料は高温で形成され、例えば加熱
成長酸化シリコンであるので、エッチングされた凹部中
に欠陥を生じさせる酸素の凝集が発生し、このため、該
凹部の寸法的許容誤差に影響を与える。本発明の如く、
耐エッチング性層が異方性エッチング剤によってエッチ
ングされないため、より薄い耐エッチング性層を用いる
ことが可能となることによって、酸化物層が成長する時
間が短くなり、さらに、酸素凝集を生じる時間もそれに
対応して短縮される。二回目の異方性エッチング剤とし
て本質的には二酸化シリコンをエッチングしないＥＤＰ
を使用することによって、高寸法精度凹部についてより
高い制御が可能となり、さらに、より薄い酸化物層を成
長させる時間が減少することによって酸素凝集の生成量
が減少する。酸素凝集は、エッチングされた凹部に欠陥
を生じるので望ましくないものである。
性又は配向依存エッチング法による三次元シリコンデバ
イスのバッチ製造に関する。両方の耐エッチング層は、
シリコンウェーハの単一面の一方の層の上に他方の層を
連続的に形成され、パターン形成されたものである。最
も許容誤差の少ない又は最も精密な耐エッチング性パタ
ーン形成層は最初にパターン形成され、最も大まかな耐
エッチング性パターン形成層は、最後にパターン形成さ
れるが、最初に使用される。最後に付着された耐エッチ
ング性層中に、パターン形成された大型でより大まかな
バイアは、最初に形成されパターン形成された耐エッチ
ング性層中の下の大型バイアが最後に付着させパターン
形成された耐エッチング性層の回りを、最初の耐エッチ
ング性層を最初に用いられる異方性エッチング剤（一般
に、最初のそのようなエッチング剤はＫＯＨで、最後の
耐エッチング性材料は窒化シリコンである）から保護す
るように設けられた周囲の間隙及びボーダーで取り囲む
ように配置される。いったん粗い異方性エッチングが完
了すると、最後に付着させた耐エッチング性層が除去さ
れる。最初に形成された耐エッチング性層は、上にある
最後に付着させた耐エッチング性層を取り除く工程によ
って損傷を受けない材料でできていることが必要で、さ
らに、最後の層と共に除去されることがないよう、最後
の耐エッチング性層と異なる材料でなければならない。
次に、高寸法精度の小型凹部が、該パターン形成された
耐エッチング性層をエッチングしないような異方性エッ
チング剤でエッチングする。この方法は、一般に、先行
技術による製造方法の技術の範疇である。最初に形成さ
れる耐エッチング性材料は高温で形成され、例えば加熱
成長酸化シリコンであるので、エッチングされた凹部中
に欠陥を生じさせる酸素の凝集が発生し、このため、該
凹部の寸法的許容誤差に影響を与える。本発明の如く、
耐エッチング性層が異方性エッチング剤によってエッチ
ングされないため、より薄い耐エッチング性層を用いる
ことが可能となることによって、酸化物層が成長する時
間が短くなり、さらに、酸素凝集を生じる時間もそれに
対応して短縮される。二回目の異方性エッチング剤とし
て本質的には二酸化シリコンをエッチングしないＥＤＰ
を使用することによって、高寸法精度凹部についてより
高い制御が可能となり、さらに、より薄い酸化物層を成
長させる時間が減少することによって酸素凝集の生成量
が減少する。酸素凝集は、エッチングされた凹部に欠陥
を生じるので望ましくないものである。
【００１７】
【発明の効果】本発明は、上記構成としたため、シリコ
ンウェーハの単一面に、付加的な中間リトグラフ工程及
び各々の後続エッチング工程のためのエッチングマスク
の輪郭書き込みを必要とすることなく実施できる、少な
くとも二つの連続する異方性エッチング工程を施すこと
が可能となったものである。
ンウェーハの単一面に、付加的な中間リトグラフ工程及
び各々の後続エッチング工程のためのエッチングマスク
の輪郭書き込みを必要とすることなく実施できる、少な
くとも二つの連続する異方性エッチング工程を施すこと
が可能となったものである。
【図１】本発明の最初のエッチング工程を施したチャネ
ル板の模式的部分拡大平面図である。
ル板の模式的部分拡大平面図である。
【図２】線２−２で切断した図１の断面図である。
【図３】第二のエッチング工程を施した後の、図２に示
した部分のチャネル板の断面図である。
した部分のチャネル板の断面図である。
【図４】除去されるマスキング層と加熱板を点線で付加
した図３と同一の部分のチャネル板の断面図である。
した図３と同一の部分のチャネル板の断面図である。
１０ ウェーハ １２ 熱成長性酸化物層 １４ 酸化物バイア １６ 伸長平行バイア １８ 窒化シリコン層 ２０ バイア ２２ 大型凹部 ２４ 高寸法精度小型凹部（チャネル） ３０ 大型インク溜め
Claims (1)
- 【請求項１】 異方性エッチングにより二面(100) シリ
コンウェーハの単一面に大型凹部及び高寸法精度の小型
凹部の両方を有する三次元デバイスを製造する方法であ
って、 （ａ）該ウェーハの両面に第一の耐エッチング性材料の
第一層を付着するステップと、 （ｂ）該ウェーハの一方の面に耐エッチング性材料の第
一層をパターン形成し、その後の高寸法精度凹部の異方
性エッチングのためのバイア（via ）を生成するステッ
プと、 （ｃ）該ウェーハ両面の第一の耐エッチング性材料の第
一層の上に、上記の一方の面の第一層のバイアも含め
て、第二の耐エッチング性材料の第二層を付着するステ
ップと、 （ｄ）第一の耐エッチング性材料の該第一層にバイアを
含むウェーハの同一面に耐エッチング性材料の第二層を
パターン形成し、異方性エッチングにより該ウェーハに
比較的大型の凹部を形成するために、第一の耐エッチン
グ性材料の第一層にバイアのいずれの境界よりも内側に
ある第二の耐エッチング性材料の第二層に少なくとも一
つのバイアを生成するステップであって、第二の耐エッ
チング性材料の第二層をパターン形成された該バイア
は、耐エッチング性素材の第一層が露出されないよう
に、第一の耐エッチング性マスクのバイアの境界内に常
にあるステップと、 （ｅ）該ウェーハを第一の異方性エッチング剤中に予め
定めた時間置いて、第二の耐エッチング性材料の第二層
のバイアを介して、該ウェーハに比較的大型の凹部をエ
ッチングするステップと、 （ｆ）第一の耐エッチング性材料の第一層を損傷するこ
となく、第二の耐エッチング性材料の第二層を除去する
ステップと、 （ｇ）パターン形成された第一の耐エッチング性材料を
含む該ウェーハを、予め定めた時間、第二の異方性エッ
チング剤中に置いて高寸法精度の小型凹部をエッチング
するステップであって、第１の耐エッチング性材料は第
２の異方性エッチング剤で実質的にエッチング不能であ
るため高精度小型凹部の寸法制御が向上されるステップ
と、 を含む三次元シリコンデバイスの製造方法。
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