JPH0590243A - Ｓｉ基体の加工方法 - Google Patents

Ｓｉ基体の加工方法

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JPH0590243A
JPH0590243A JP3275054A JP27505491A JPH0590243A JP H0590243 A JPH0590243 A JP H0590243A JP 3275054 A JP3275054 A JP 3275054A JP 27505491 A JP27505491 A JP 27505491A JP H0590243 A JPH0590243 A JP H0590243A
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porous
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single crystal
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JP3275054A
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English (en)
Inventor
Kiyobumi Sakaguchi
清文 坂口
Takao Yonehara
隆夫 米原
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P50/00—Etching of wafers, substrates or parts of devices
    • H10P50/60—Wet etching
    • H10P50/61—Electrolytic etching
    • H10P50/613—Electrolytic etching of Group IV materials

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 非多孔質Ｓｉを加工し、任意の形状で、任意
の大きさで、表面から裏面へ貫通する穴をあける。 【構成】 非多孔質Ｓｉ基体１１を部分的に１ケ所以
上、表面から裏面まで多孔質化する工程と、該非多孔質
Ｓｉ領域１３を化学エッチングにより除去する工程と、
を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、Ｓｉ基体の加工方法に
係り、特に、Ｓｉ基体を高精度に効率的且つ均一に加工
することができるＳｉ基体の加工方法に関する。本発明
は、半導体素子、光透過性基板、及び微細機械機構の加
工等に応用され得る。
【０００２】
【従来の技術】近年、Ｓｉ基体を加工して作製する微細
機械機構等が研究されている。バルクＳｉのエッチング
加工方法としては、化学エッチング、反応性イオンエッ
チング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ ｌｏｎ Ｅｔｃｈ
ｉｎｇ）がよく知られている。
【０００３】化学エッチング法は、レジスト、Ｓｉ3 Ｎ
4 、あるいはＳｉＯ2 などをマスクとして、Ｓｉ基体を
エッチング液に浸潤させ、マスクで覆われていない部分
のみをエッチングする方法である。
【０００４】反応性イオンエッチング法は、レジスト、
Ｓｉ3 Ｎ4 、あるいはＳｉＯ2 などをマスクとして、反
応性イオン雰囲気中で、マスクで覆われていない部分の
みをエッチングする方法である。
【０００５】
【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
記バルクＳｉエッチング方法では、エッチングする領域
とエッチングしない領域とでは、材料の差がないため、
耐エッチング特性に優れたエッチングマスクを必要とす
る。
【０００６】化学エッチングでは、横方向にオーバーエ
ッチングされたり、異方性エッチングでは、低エッチン
グレート面があらわれ、表面に垂直な壁面だけでエッチ
ング部を構成することは不可能である。また、Ｓｉ基体
の面方位によっても形状が変化してしまう。
【０００７】反応性イオンエッチング法では、垂直にエ
ッチングすることはできるが、数百μｍ〜数ｍｍもの厚
いＳｉをくり貫くことは、ほとんど不可能である。
【０００８】本発明の目的は、容易に、かつ均一に、バ
ルクＳｉを加工し、Ｘ線マスク、光透過性基体、マイク
ロマシンニング等に応用できるＳｉ基体の加工方法を提
供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段および作用】本発明のＳｉ
基体の加工方法は、非多孔質Ｓｉ基体を部分的に１ケ所
以上、表面から裏面まで多孔質化する工程と、該多孔質
Ｓｉ領域を化学エッチングにより除去する工程と、を有
することを特徴とする。
【００１０】以下、本発明の作用について説明するが、
まず、本発明の理解を容易化するために、本発明に用い
る多孔質Ｓｉについて説明する。
【００１１】多孔質Ｓｉは、Uhlir 等によって１９５６
年に半導体の電解研磨の研究過程に於て発見された（A.
Uhlir, Bell Syst.Tech.J., vol 35,p.333(1956)) 。ま
た、ウナガミ等は、陽極化成におけるＳｉの溶解反応を
研究し、ＨＦ溶液中のＳｉの陽極反応には正孔が必要で
あり、その反応は、次のようであると報告している（T.
ウナガミ: J. Electrochem.Soc., vol.127, p.476 (198
0) ）。
【００１２】 Si + 2HF + (2-n)e+ → SiF2 + 2H+ + ne- SiF2 + 2HF → SiF4 + H2 SiF4 + 2HF → H2SiF6 又は、 Si + 4HF + (4-λ)e+ → SiF4 + 4H+ + λe- SiF4 + 2HF → H2SiF6 ここで、ｅ+ 及び、ｅ- はそれぞれ、正孔と電子を表し
ている。また、ｎ及びλは夫々Ｓｉ１原子が溶解するた
めに必要な正孔の数であり、ｎ＞２又は、λ＞４なる条
件が満たされた場合に多孔質Ｓｉが形成されるとしてい
る。
【００１３】このように、多孔質Ｓｉを作製するために
は、正孔が必要であり、Ｎ型Ｓｉに比べてＰ型Ｓｉの方
が多孔質Ｓｉに変質しやすい。
【００１４】しかし、Ｎ型Ｓｉも正孔の注入があれば、
多孔質Ｓｉに変質することが知られている（R.P.Holmst
rom and J.Y.Chi. Appl.Phys.Lett. Vol.42,386(1983)
）。この多孔質Ｓｉ層は、単結晶Ｓｉの密度２．３３
ｇ／ｃｍ3 に比べて、ＨＦ溶液濃度を５０〜２０％に変
化させることで、その密度を１．１〜０．６ｇ／ｃｍ3
の範囲に変化させることができる。この多孔質Ｓｉ層
は、透過電子顕微鏡による観察によれば、平均約６００
オングストローム程度の径の孔が形成される。その密度
は単結晶Ｓｉに比べると、半分以下になるにもかかわら
ず、単結晶性は維持されており、多孔質層の上部へ単結
晶Ｓｉ層をエピタキシャル成長させることも可能であ
る。
【００１５】一般にＳｉ単結晶を酸化すると、その体積
は約２．２倍に増大するが、多孔質Ｓｉの密度を制御す
ることにより、その体積膨張を抑制することが可能とな
り、基体の反りと、表面残留単結晶層に導入されるクラ
ックを回避できる。単結晶Ｓｉの多孔質Ｓｉに対する酸
化後の体積比Ｒは次のように表わすことができる。
【００１６】Ｒ＝２．２×（Ａ／２．３３） ここで、Ａは多孔質Ｓｉの密度である。もし、Ｒ＝１、
すなわち酸化後の体積膨張がない場合には、Ａ＝１．０
６（ｇ／ｃｍ3 ）となり、多孔質Ｓｉ層の密度を１．０
６にすれば、体積膨張を抑制することができる。
【００１７】また、多孔質層はその内部に大量の空隙が
形成されているために、密度が半分以下に減少する。そ
の結果、体積に比べて表面積が飛躍的に増大するため、
その化学エッチング速度は、非多孔質層のエッチング速
度に比べて、著しく増速される。
【００１８】本発明はこのような技術的背景のもとに成
されたものである。以下、本発明の作用について説明す
る。
【００１９】前述したように、多孔質層はその内部に大
量の空隙が形成されているために、密度が半分以下に減
少する。その結果、体積に比べて表面積が飛躍的に増大
するため、その化学エッチング速度は、非多孔質層のエ
ッチング速度に比べて、著しく増速される。
【００２０】本発明は、このような多孔質Ｓｉの性質を
利用するものであり、その特徴とするところは、非多孔
質Ｓｉ基体を部分的に１ケ所以上、表面から裏面まで多
孔質化して、非多孔質Ｓｉ領域に比べて著しくエッチン
グ速度が増速された多孔質Ｓｉ領域を形成し、この多孔
質Ｓｉ領域を化学エッチングにより除去することにあ
る。
【００２１】本発明において用いられる多孔質Ｓｉは、
陽極化成時の電流の流れに沿って形成されるため、マス
クや不純物分布を設けることなどにより、電流の流れを
制御することができ、ほぼ任意の形状に非多孔質Ｓｉを
作成し加工することが可能となる。
【００２２】また、本発明は、非多孔質Ｓｉ基体を部分
的に１ケ所以上多孔質Ｓｉに変質させ、エッチング防止
膜を使用せずに、極めて効率よくかつ高精度に多孔質Ｓ
ｉ領域を除去し、該非多孔質Ｓｉ基体に部分的に１ケ所
以上裏面まで貫通する穴を開けることが可能となる。
【００２３】
【実施態様例】以下、本発明の実施態様例について説明
する。 ［実施態様例１］図１に、非多孔質Ｓｉの表面裏面とも
部分的にマスクで覆い、露出した部分を表面から裏面ま
で多孔質化する場合の例を示す。
【００２４】図１（ａ）に示すように、非多孔質Ｓｉ１
１の表面裏面ともマスク１２で覆い、部分的に窓をあけ
る。ここで、マスクとして、化学エッチングに対して耐
性の強いポリイミド膜、アピエゾンワックス、高抵抗の
エピタキシャル膜や高抵抗の非エピタキシャル堆積膜な
どが用いられる。
【００２５】次に、露出した部分を表面から裏面まで多
孔質化する（図１（ｂ））。このとき多孔質Ｓｉ領域１
３は、陽極化成時の電流の流れに沿って形成されるた
め、マスク１２により、ほぼ任意の形状に多孔質Ｓｉ領
域を作製することができる。
【００２６】その後、マスク１２を剥離し、多孔質Ｓｉ
領域１３を化学エッチングして除去する。もちろん、多
孔質Ｓｉ領域１３を選択的にエッチングしてから、マス
クを剥離しても良い。さらに、マスク１２がエピタキシ
ャル層などのように、本加工品の応用に対してなんら悪
影響を与えない場合には、マスク１２を剥離する必要は
ないことは明らかである。
【００２７】図１（ｃ）に本実施態様例の完了図を示
す。このように、非多孔質Ｓｉを部分的に１ケ所以上任
意の形状で穴を表面から裏面まで貫通させることができ
る。
【００２８】ここで、マスクを表面、裏面とも面内の同
位置に配置すれば、穴の壁面は表面に垂直になり、ずら
して配置すれば、壁面は斜めになる。 ［実施態様例２］図２に、非多孔質Ｓｉの表面に部分的
にマスクで覆い、露出した部分から裏面まで多孔質化す
る場合の例を示す。
【００２９】図２（ａ）に示すように、非多孔質Ｓｉ２
１の表面をマスク２２で覆い、部分的に窓をあける。こ
こで、マスクとして、化学エッチングに対して耐性の強
いポリイミド膜、アピエゾンワックス、高抵抗のエピタ
キシャル膜や高抵抗の非エピタキシャル堆積膜などが用
いられる。
【００３０】次に、露出した部分から裏面まで多孔質化
する（図２（ｂ））。
【００３１】その後、マスク２２を剥離し、多孔質Ｓｉ
領域２３を化学エッチングして除去する。もちろん、多
孔質Ｓｉ領域２３を選択的にエッチングしてから、マス
ク２２を剥離しても良い。さらに、マスク２２がエピタ
キシャル層などのように、本加工品の応用に対してなん
ら悪影響を与えない場合には、マスク２２を剥離する必
要はないことは明らかである。
【００３２】図２（ｃ）に本実施態様例の完了図を示
す。このように、非多孔質Ｓｉを部分的に１ケ所以上任
意の形状で穴を表面から裏面まで貫通させることができ
る。 ［実施態様例３］図３に、非多孔質Ｓｉの表面裏面とも
部分的に高抵抗化し、露出した低抵抗部分を表面から裏
面まで多孔質化する場合の例を示す。
【００３３】図３（ａ）に示すように、非多孔質Ｓｉ３
１の表面裏面とも部分的に高抵抗化して高抵抗領域３２
を作製する。片面におのおの少なくとも１ケ所以上の低
抵抗領域が露出している。高抵抗領域３２は、イオン注
入、あるいは不純物拡散など非堆積法により形成させ
る。
【００３４】次に、露出した低抵抗部分を表面から裏面
まで多孔質化する（図３（ｂ））。このとき多孔質Ｓｉ
領域３３は、陽極化成時の電流の流れに沿って形成され
るため、高抵抗領域３２により、ほぼ任意の形状に多孔
質Ｓｉ領域を作製することができる。
【００３５】その後、多孔質Ｓｉ領域３３を化学エッチ
ングして除去する。
【００３６】図３（ｃ）に本実施態様例の完了図を示
す。このように、非多孔質Ｓｉを部分的に１ケ所以上任
意の形状で穴を表面から裏面まで貫通させることができ
る。
【００３７】ここで、高抵抗領域３２を表面裏面とも面
内の同位置に配置すれば、穴の壁面は表面に垂直にな
り、ずらして配置すれば、壁面は斜めになる。 ［実施態様例４］図４に、非多孔質Ｓｉの表面に部分的
に高抵抗化し、露出した低抵抗部分から裏面まで多孔質
化する場合の例を示す。
【００３８】図４（ａ）に示すように、非多孔質Ｓｉ４
１の表面を部分的に高抵抗化して高抵抗領域４２を作製
する。片面におのおの少なくとも１ケ所以上の低抵抗領
域が露出している。高抵抗領域４２は、イオン注入、あ
るいは不純物拡散など非堆積法により形成させる。
【００３９】次に、露出した低抵抗部分から裏面まで多
孔質化する（図４（ｂ））。
【００４０】その後、多孔質Ｓｉ領域４３を化学エッチ
ングして除去する。
【００４１】図４（ｃ）に本実施態様例の完了図を示
す。このように、非多孔質Ｓｉを部分的に１ケ所以上任
意の形状で穴を表面から裏面まで貫通させることができ
る。
【００４２】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
詳細に説明する。 （実施例１）２００μｍ厚の低抵抗単結晶Ｓｉ基体上両
面に、高抵抗のエピタキシャルＳｉ層をＭＢＥ（分子線
エピタキシ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔ
ａｘｙ）法により、０．５μｍ形成した。成長条件は、
以下の通りである。
【００４３】 温度 ： ７００℃ 圧力 ： １×１０-9Ｔｏｒｒ 成長速度 ： ０．１ｎｍ／ｓｅｃ その後、エピタキシャルＳｉ層上にリソグラフィー技術
によりレジストをパターニングし、エピタキシャルＳｉ
層が露出している領域を低抵抗単結晶Ｓｉ基体が露出す
るまで、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング：Ｒｅａｃｔ
ｉｖｅ ｌｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）法によりエッチングし
た。このとき、露出している低抵抗領域が、各面に少な
くとも１ケ所以上存在していた。また、露出している低
抵抗領域が、表面裏面とも面内で同位置に配置した。こ
れによって、次の陽極化成で、非多孔質Ｓｉ領域を残す
ためのマスクが形成された。
【００４４】ＨＦ溶液中において陽極化成を行った。
【００４５】陽極化成条件は以下のとおりであった。
【００４６】 電流密度： ３０（ｍＡ・ｃｍ-2） 陽極化成溶液： ＨＦ：Ｈ2 Ｏ：Ｃ2 Ｈ5 ＯＨ＝１：
１：１ 時間： １．６（時間） 多孔質Ｓｉの厚み： ２００（μｍ） Ｐｏｒｏｓｉｔｙ： ５６（％） 表面から裏面までマスクのない部分が多孔質化された。
この基体を弗硝酸酢酸（１：３：８）溶液に浸潤した。
前述したように、多孔質Ｓｉのエッチング速度は単結晶
のエッチング速度に対して百倍ほど増速される。
【００４７】通常の単結晶Ｓｉの弗硝酸酢酸（１：３：
８）溶液に対するエッチング速度は、約毎分１μｍ弱程
度であるので、２００μｍ厚の多孔質Ｓｉ領域は２分で
除去された。裏面まで貫通した穴が、少なくとも１ケ所
以上、部分的に形成された単結晶Ｓｉ基体が得られた。
この穴の壁面は、表面に垂直であった。ここでは、穴の
開口部の形状、大きさは、マスクパターンのみで決定さ
れ、その大きさに、用いた基体の大きさ以下という制限
があるだけであった。
【００４８】本実施例のマスクは高抵抗エピタキシャル
Ｓｉ膜を用いたが、他材料の、高抵抗で弗硝酸酢酸に対
する耐性の強い、塗布層、堆積膜またはエピタキシャル
膜でも同様の結果が得られた。このとき、陽極化成後で
あれば、マスクを剥離しても良い。 （実施例２）２００μｍ厚の低抵抗単結晶Ｓｉ基体上両
面に、高抵抗のエピタキシャルＳｉ層を減圧ＣＶＤ（化
学気相堆積：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏ
ｓｉｔｉｏｎ）法により、０．５μｍ形成した。成長条
件は、以下の通りである。
【００４９】 ソースガス： ＳｉＨ4 キャリアガス： Ｈ2 温度： ８５０℃ 圧力： １×１０-2Ｔｏｒｒ 成長速度： ３．３ｎｍ／ｓｅｃ その後、エピタキシャルＳｉ層上にリソグラフィー技術
によりレジストをパターニングし、エピタキシャルＳｉ
層が露出している領域を低抵抗単結晶Ｓｉ基体が露出す
るまで、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング：Ｒｅａｃｔ
ｉｖｅ ｌｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）法によりエッチングし
た。このとき、露出している低抵抗領域が、各面に少な
くとも１ケ所以上存在していた。また、露出している低
抵抗領域が、表面裏面とも面内で同位置に配置した。こ
れによって、次の陽極化成で、非多孔質Ｓｉ領域を残す
ためのマスクが形成された。
【００５０】ＨＦ溶液中において陽極化成を行った。
【００５１】陽極化成条件は以下のとおりであった。
【００５２】 電流密度： ３０（ｍＡ・ｃｍ-2） 陽極化成溶液：ＨＦ：Ｈ2 Ｏ：Ｃ2 Ｈ5 ＯＨ＝１：１：
１ 時間： １．６（時間） 多孔質Ｓｉの厚み： ２００（μｍ） Ｐｏｒｏｓｉｔｙ： ５６（％） 表面から裏面までマスクのない部分が多孔質化された。
この基体を７ＭＮａＯＨ溶液に浸潤した。前述したよう
に多孔質Ｓｉのエッチング速度は単結晶Ｓｉのエッチン
グ速度に対して百倍ほど増速される。通常の単結晶Ｓｉ
の７ＭＮａＯＨ溶液に対するエッチング速度は、約毎分
１μｍ弱程度であるので、２００μｍ厚の多孔質Ｓｉ領
域は２分で除去された。裏面まで貫通した穴が、少なく
とも１ケ所以上、部分的に形成された単結晶Ｓｉ基体が
得られた。この穴の壁面は、表面に垂直であった。ここ
では、穴の開口部の形状、大きさは、マスクパターンの
みで決定され、その大きさに、用いた基体の大きさ以下
という制限があるだけであった。
【００５３】本実施例のマスクは高抵抗エピタキシャル
Ｓｉ膜を用いたが、他材料の、高抵抗で７ＭＮａＯＨ溶
液に対する耐性の強い、塗布層堆積膜またはエピタキシ
ャル膜でも同様の結果が得られた。このとき、陽極化成
後であれば、マスクを剥離しても良い。 （実施例３）２００μｍ厚の低抵抗単結晶Ｓｉ基体上両
面に、高抵抗のエピタキシャルＳｉ層をＬＰＥ（液相エ
ピタキシ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘ
ｙ）法により、３μｍ形成した。成長条件は、以下の通
りである。
【００５４】 溶媒： Ｓｎ 成長温度： ９００℃ 成長雰囲気： Ｈ2 成長時間： ３０ｍｉｎ その後、エピタキシャルＳｉ層上にリソグラフィー技術
によりレジストをパターニングし、エピタキシャルＳｉ
層が露出している領域を低抵抗単結晶Ｓｉ基体が露出す
るまで、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング：Ｒｅａｃｔ
ｉｖｅ ｌｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）法によりエッチングし
た。このとき、露出している低抵抗領域が、各面に少な
くとも１ケ所以上存在していた。また、露出している低
抵抗領域が、表面裏面とも面内で同位置に配置した。こ
れによって、次の陽極化成で、非多孔質Ｓｉ領域を残す
ためのマスクが形成された。
【００５５】ＨＦ溶液中において陽極化成を行った。
【００５６】陽極化成条件は以下のとおりであった。
【００５７】 電流密度： ３０（ｍＡ・ｃｍ-2） 陽極化成溶液：ＨＦ：Ｈ2 Ｏ：Ｃ2 Ｈ5 ＯＨ＝１：１：
１ 時間： １．６（時間） 多孔質Ｓｉの厚み： ２００（μｍ） Ｐｏｒｏｓｉｔｙ： ５６（％） 表面から裏面までマスクのない部分が多孔質化された。
この基体を６ＭＫＯＨ溶液に浸潤した。前述したように
多孔質Ｓｉのエッチング速度は単結晶Ｓｉのエッチング
速度に対して百倍ほど増速される。通常の単結晶Ｓｉの
６ＭＫＯＨ溶液に対するエッチング速度は、約毎分１μ
ｍ弱程度であるので、２００μｍ厚の多孔質Ｓｉ領域は
２分で除去された。裏面まで貫通した穴が、少なくとも
１ケ所以上、部分的に形成された単結晶Ｓｉ基体が得ら
れた。この穴の壁面は、表面に垂直であった。ここで
は、穴の開口部の形状、大きさは、マスクパターンのみ
で決定され、その大きさに、用いた基体の大きさ以下と
いう制限があるだけであった。
【００５８】本実施例のマスクは高抵抗エピタキシャル
Ｓｉ膜を用いたが、他材料の、高抵抗で６ＭＫＯＨ溶液
に対して耐性の強い、塗布層、堆積膜またはエピタキシ
ャル膜でも同様の結果が得られた。このとき、陽極化成
後であれば、マスクを剥離しても良い。 （実施例４）２００μｍ厚の低抵抗単結晶Ｓｉ基体上両
面に、高抵抗のエピタキシャルＳｉ層をバイアススパッ
タ法により、０．５μｍ形成した。成長条件は、以下の
通りである。
【００５９】 ＲＦ周波数： １００ＭＨｚ 高周波電力： ６００Ｗ Ａｒガス圧力： ８×１０-3Ｔｏｒｒ 直流バイアス： −２００Ｖ 基体直流バイアス：＋５Ｖ 温度： ３００℃ 成長時間： ６０ｍｉｎ その後、エピタキシャルＳｉ層上にリソグラフィー技術
によりレジストをパターニングし、エピタキシャルＳｉ
層が露出している領域を低抵抗単結晶Ｓｉ基体が露出す
るまで、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング：Ｒｅａｃｔ
ｉｖｅ ｌｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）法によりエッチングし
た。このとき、露出している低抵抗領域が、各面に少な
くとも１ケ所以上存在していた。また、露出している低
抵抗領域が、表面裏面とも面内で同位置に配置した。こ
れによって、次の陽極化成で、非多孔質Ｓｉ領域を残す
ためのマスクが形成された。
【００６０】ＨＦ溶液中において陽極化成を行った。
【００６１】陽極化成条件は以下のとおりであった。
【００６２】 電流密度： ３０（ｍＡ・ｃｍ-2） 陽極化成溶液：ＨＦ：Ｈ2 Ｏ：Ｃ2 Ｈ5 ＯＨ＝１：１：
１ 時間： １．６（時間） 多孔質Ｓｉの厚み： ２００（μｍ） Ｐｏｒｏｓｉｔｙ： ５６（％） 表面から裏面までマスクのない部分が多孔質化された。
この基体を弗硝酸酢酸（１：３：８）溶液に浸潤した。
前述したように多孔質Ｓｉのエッチング速度は単結晶Ｓ
ｉのエッチング速度に対して百倍ほど増速される。通常
の単結晶Ｓｉの弗硝酸酢酸（１：３：８）溶液に対する
エッチング速度は、約毎分１μｍ弱程度であるので、２
００μｍ厚の多孔質Ｓｉ領域は２分で除去された。裏面
まで貫通した穴が、少なくとも１ケ所以上、部分的に形
成された単結晶Ｓｉ基体が得られた。この穴の壁面は、
表面に垂直であった。ここでは、穴の開口部の形状、大
きさは、マスクパターンのみで決定され、その大きさ
に、用いた基体の大きさ以下という制限があるだけであ
った。
【００６３】本実施例のマスクは高抵抗エピタキシャル
Ｓｉ膜を用いたが、他材料の、高抵抗で弗硝酸酢酸溶液
について耐性の強い、塗布層、堆積膜またはエピタキシ
ャル膜でも同様の結果が得られた。このとき、陽極化成
後であれば、マスクを剥離しても良い。 （実施例５）２００μｍ厚の低抵抗単結晶Ｓｉ基体上両
面に、アピエゾンワックスを部分的に塗布した。このと
き、露出している低抵抗領域が、各面に少なくとも１ケ
所以上存在していた。また、露出している低抵抗領域
が、表面裏面とも面内で同位置に配置した。これによっ
て、次の陽極化成で、非多孔質Ｓｉ領域を残すためのマ
スクが形成された。
【００６４】ＨＦ溶液中において陽極化成を行った。
【００６５】陽極化成条件は以下のとおりであった。
【００６６】 電流密度： ３０（ｍＡ・ｃｍ-2） 陽極化成溶液：ＨＦ：Ｈ2 Ｏ：Ｃ2 Ｈ5 ＯＨ＝１：１：
１ 時間： １．６（時間） 多孔質Ｓｉの厚み： ２００（μｍ） Ｐｏｒｏｓｉｔｙ： ５６（％） 表面から裏面までマスクのない部分が多孔質化された。
この基体を弗硝酸酢酸（１：３：８）溶液に浸潤した。
前述したように多孔質Ｓｉのエッチング速度は単結晶Ｓ
ｉのエッチング速度に対して百倍ほど増速される。通常
の単結晶Ｓｉの弗硝酸酢酸（１：３：８）溶液に対する
エッチング速度は、約毎分１μｍ弱程度であるので、２
００μｍ厚の多孔質Ｓｉ領域は２分で除去された。裏面
まで貫通した穴が、少なくとも１ケ所以上、部分的に形
成された単結晶Ｓｉ基体が得られた。この穴の壁面は、
表面に垂直であった。ここでは、穴の開口部の形状、大
きさは、マスクパターンのみで決定され、その大きさ
に、用いた基体の大きさ以下という制限があるだけであ
った。
【００６７】本実施例のマスクはアピアゾンワックスを
用いたが、他材料の、高抵抗で弗硝酸酢酸に対して耐性
の強い、塗布層、堆積膜またはエピタキシャル膜でも同
様の結果が得られた。このとき、陽極化成後であれば、
マスクを剥離しても良い。 （実施例６）２００μｍ厚の低抵抗単結晶Ｓｉ基体上両
面に、マスクとして１μｍのポリイミドを塗布し形成し
た。このとき、露出しているＳｉ領域が、各面に少なく
とも１ケ所以上存在していた。また、露出しているＳｉ
領域が、表面裏面で、ずらして配置した。これによっ
て、次の陽極化成で、非多孔質Ｓｉ領域を残すためのマ
スクが形成された。
【００６８】ＨＦ溶液中において陽極化成を行った。
【００６９】陽極化成条件は以下のとおりであった。
【００７０】 電流密度： ３０（ｍＡ・ｃｍ-2） 陽極化成溶液：ＨＦ：Ｈ2 Ｏ：Ｃ2 Ｈ5 ＯＨ＝１：１：
１ 時間： １．６（時間） 多孔質Ｓｉの厚み： ２００（μｍ） Ｐｏｒｏｓｉｔｙ： ５６（％） 表面から裏面までマスクのない部分が多孔質化された。
マスクのポリイミドを剥離した後、この基体を弗硝酸酢
酸（１：３：８）溶液に浸潤した。前述したように多孔
質Ｓｉのエッチング速度は単結晶Ｓｉのエッチング速度
に対して百倍ほど増速される。通常の単結晶Ｓｉの弗硝
酸酢酸（１：３：８）溶液に対するエッチング速度は、
約毎分１μｍ弱程度であるので、２００μｍ厚の多孔質
Ｓｉ領域は２分で除去された。裏面まで貫通した穴が、
少なくとも１ケ所以上、部分的に形成された単結晶Ｓｉ
基体が得られた。この穴の壁面は、マスクの開口部のず
れの分だけ表面に対して斜めであった。ここでは、穴の
開口部の形状、大きさは、マスクパターンのみで決定さ
れ、その大きさに、用いた基体の大きさ以下という制限
があるだけであった。
【００７１】本実施例のマスクはポリイミドを用いた
が、他材料の、高抵抗で弗硝酸酢酸に対する耐性の強
い、塗布層、堆積膜またはエピタキシャル膜でも同様の
結果が得られた。このとき、陽極化成後であれば、マス
クを剥離しても良い。 （実施例７）２００μｍ厚の低抵抗単結晶Ｓｉ基体片面
に、高抵抗のエピタキシャルＳｉ層をＭＢＥ（分子線エ
ピタキシ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａ
ｘｙ）法により、０．５μｍ形成した。成長条件は、以
下の通りである。
【００７２】 温度： ７００℃ 圧力： １×１０-9Ｔｏｒｒ 成長速度： ０．１ｎｍ／ｓｅｃ その後、エピタキシャルＳｉ層上にリソグラフィー技術
によりレジストをパターニングし、エピタキシャルＳｉ
層が露出している領域を低抵抗単結晶Ｓｉ基体が露出す
るまで、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング：Ｒｅａｃｔ
ｉｖｅ ｌｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）法によりエッチングし
た。このとき、露出している低抵抗領域が、各面に少な
くとも１ケ所以上存在していた。これによって、次の陽
極化成で、非多孔質Ｓｉ領域を残すためのマスクが形成
された。
【００７３】ＨＦ溶液中において陽極化成を行った。
【００７４】陽極化成条件は以下のとおりであった。
【００７５】 電流密度： ３０（ｍＡ・ｃｍ-2） 陽極化成溶液：ＨＦ：Ｈ2 Ｏ：Ｃ2 Ｈ5 ＯＨ＝１：１：
１ 時間： １．６（時間） 多孔質Ｓｉの厚み： ２００（μｍ） Ｐｏｒｏｓｉｔｙ： ５６（％） 表面から裏面までマスクのない部分を通して多孔質化さ
れた。この基体を弗硝酸酢酸（１：３：８）溶液に浸潤
した。前述したように多孔質Ｓｉのエッチング速度は単
結晶Ｓｉのエッチング速度に対して百倍ほど増速され
る。通常の単結晶Ｓｉの弗硝酸酢酸（１：３：８）溶液
に対するエッチング速度は、約毎分１μｍ弱程度である
ので、２００μｍ厚の多孔質Ｓｉ領域は２分で除去され
た。裏面まで貫通した穴が、少なくとも１ケ所以上、部
分的に形成された単結晶Ｓｉ基体が得られた。ここで
は、穴の開口部の形状、大きさは、マスクパターンのみ
で決定され、その大きさに、用いた基体の大きさ以下と
いう制限があるだけであった。
【００７６】本実施例のマスクは、高抵抗エピタキシャ
ルＳｉ膜を用いたが、他材料の、高抵抗で弗硝酸酢酸に
対する耐性の強い、塗布層、堆積膜またはエピタキシャ
ル膜でも同様の結果が得られた。このとき、陽極化成後
であれば、マスクを剥離しても良い。 （実施例８）２００μｍ厚のＰ型低抵抗（１×１０19ｃ
ｍ-3）単結晶Ｓｉ基体上両面に、レジストによりマスク
をし、その開口部をイオン注入、および、それに続く熱
処理によって高抵抗領域を形成した。注入および熱処理
条件は次の通りであった。
【００７７】 イオン種： Ｐ+ エネルギー： １２０ｋｅＶ 注入量： ２×１０14ｃｍ-2 熱処理： ９００℃、３０ｍｉｎ このとき、イオン注入されなかった低抵抗領域が、各面
に少なくとも１ケ所以上存在していた。また、その低抵
抗領域が、表面裏面とも面内で同位置に配置した。これ
によって、次の陽極化成で、非多孔質Ｓｉ領域を残すた
めのマスクが形成された。
【００７８】ＨＦ溶液中において陽極化成を行った。
【００７９】陽極化成条件は以下のとおりであった。
【００８０】 電流密度： ３０（ｍＡ・ｃｍ-2） 陽極化成溶液：ＨＦ：Ｈ2 Ｏ：Ｃ2 Ｈ5 ＯＨ＝１：１：
１ 時間： １．６（時間） 多孔質Ｓｉの厚み： ２００（μｍ） Ｐｏｒｏｓｉｔｙ： ５６（％） 表面から裏面までイオン注入されていない部分が多孔質
化された。この基体を弗硝酸酢酸（１：３：８）溶液に
浸潤した。前述したように多孔質Ｓｉのエッチング速度
は単結晶Ｓｉのエッチング速度に対して百倍ほど増速さ
れる。通常の単結晶Ｓｉの弗硝酸酢酸（１：３：８）溶
液に対するエッチング速度は、約毎分１μｍ弱程度であ
るので、２００μｍ厚の多孔質Ｓｉ領域は２分で除去さ
れた。裏面まで貫通した穴が、少なくとも１ケ所以上、
部分的に形成された単結晶Ｓｉ基体が得られた。この穴
の壁面は、表面に垂直であった。ここでは、穴の開口部
の形状、大きさは、イオン注入時のパターンのみで決定
され、その大きさに、用いた基体の大きさ以下という制
限があるだけであった。
【００８１】本実施例の高抵抗領域形成にはイオン注入
法を用いたが、拡散法でも同様の結果が得られた。 （実施例９）２００μｍ厚のＰ型低抵抗（２×１０17ｃ
ｍ-3）単結晶Ｓｉ基体上両面に、レジストによりマスク
をし、その開口部をイオン注入、および、それに続く熱
処理によって高抵抗領域を形成した。注入および熱処理
条件は次の通りであった。
【００８２】 イオン種： Ｈ+ エネルギー： １００ｋｅＶ 注入量： ２×１０15ｃｍ-2 熱処理： ５００℃、３０ｍｉｎ このとき、イオン注入されなかった低抵抗領域が、各面
に少なくとも１ケ所以上存在していた。また、その低抵
抗領域が、表面裏面とも面内で同位置に配置した。これ
によって、次の陽極化成で、非多孔質Ｓｉ領域を残すた
めのマスクが形成された。
【００８３】ＨＦ溶液中において陽極化成を行った。
【００８４】陽極化成条件は以下のとおりであった。
【００８５】 電流密度： ３０（ｍＡ・ｃｍ-2） 陽極化成溶液：ＨＦ：Ｈ2 Ｏ：Ｃ2 Ｈ5 ＯＨ＝１：１：
１ 時間： １．６（時間） 多孔質Ｓｉの厚み： ２００（μｍ） Ｐｏｒｏｓｉｔｙ： ５６（％） 表面から裏面までイオン注入されていない部分が多孔質
化された。この基体を７ＭＮａＯＨ溶液に浸潤した。前
述したように多孔質Ｓｉのエッチング速度は単結晶Ｓｉ
のエッチング速度に対して百倍ほど増速される。通常の
単結晶Ｓｉの７ＭＮａＯＨ溶液に対するエッチング速度
は、約毎分１μｍ弱程度であるので、２００μｍ厚の多
孔質Ｓｉ領域は２分で除去された。裏面まで貫通した穴
が、少なくとも１ケ所以上、部分的に形成された単結晶
Ｓｉ基体が得られた。この穴の壁面は、表面に垂直であ
った。ここでは、穴の開口部の形状、大きさは、イオン
注入時のパターンのみで決定され、その大きさに、用い
た基体の大きさ以下という制限があるだけであった。
【００８６】本実施例の高抵抗領域形成にはイオン注入
法を用いたが、拡散法でも同様の結果が得られた。 （実施例１０）２００μｍ厚のＮ型低抵抗（１×１０19
ｃｍ-3）単結晶Ｓｉ基体上両面に、レジストによりマス
クをし、その開口部をイオン注入、および、それに続く
熱処理によって高抵抗領域を形成した。注入および熱処
理条件は次の通りであった。
【００８７】 イオン種： Ｂ+ エネルギー： １５０ｋｅＶ 注入量： ４×１０14ｃｍ-2 熱処理： ９００℃、３０ｍｉｎ このとき、イオン注入されなかった低抵抗領域が、各面
に少なくとも１ケ所以上存在していた。また、その低抵
抗領域が、表面裏面とも面内で同位置に配置した。これ
によって、次の陽極化成で、非多孔質Ｓｉ領域を残すた
めのマスクが形成された。
【００８８】ＨＦ溶液中において陽極化成を行った。
【００８９】陽極化成条件は以下のとおりであった。
【００９０】 電流密度： ３０（ｍＡ・ｃｍ-2） 陽極化成溶液：ＨＦ：Ｈ2 Ｏ：Ｃ2 Ｈ5 ＯＨ＝１：１：
１ 時間： １．６（時間） 多孔質Ｓｉの厚み： ２００（μｍ） Ｐｏｒｏｓｉｔｙ： ５６（％） 表面から裏面までイオン注入されていない部分が多孔質
化された。この基体を６ＭＫＯＨ溶液に浸潤した。前述
したように多孔質Ｓｉのエッチング速度は単結晶Ｓｉの
エッチング速度に対して百倍ほど増速される。通常の単
結晶Ｓｉの６ＭＫＯＨ溶液に対するエッチング速度は、
約毎分１μｍ弱程度であるので、２００μｍ厚の多孔質
Ｓｉ領域は２分で除去された。裏面まで貫通した穴が、
少なくとも１ケ所以上、部分的に形成された単結晶Ｓｉ
基体が得られた。この穴の壁面は、表面に垂直であっ
た。ここでは、穴の開口部の形状、大きさは、イオン注
入時のパターンのみで決定され、その大きさに、用いた
基体の大きさ以下という制限があるだけであった。
【００９１】本実施例の高抵抗領域形成にはイオン注入
法を用いたが、拡散法でも同様の結果が得られた。 （実施例１１）２００μｍ厚のＰ型低抵抗（１×１０19
ｃｍ-3）単結晶Ｓｉ基体上両面に、レジストによりマス
クをし、その開口部をイオン注入、および、それに続く
熱処理によって高抵抗領域を形成した。注入および熱処
理条件は次の通りであった。
【００９２】 イオン種： Ｐ+ エネルギー： １２０ｋｅＶ 注入量： ２×１０14ｃｍ-2 熱処理： ９００℃、３０ｍｉｎ このとき、イオン注入されなかった低抵抗領域が、各面
に少なくとも１ケ所以上存在していた。また、その低抵
抗領域が、表面裏面とも面内で同位置に配置した。これ
によって、次の陽極化成で、非多孔質Ｓｉ領域を残すた
めのマスクが形成された。
【００９３】ＨＦ溶液中において陽極化成を行った。
【００９４】陽極化成条件は以下のとおりであった。
【００９５】 電流密度： ３０（ｍＡ・ｃｍ-2） 陽極化成溶液：ＨＦ：Ｈ2 Ｏ：Ｃ2 Ｈ5 ＯＨ＝１：１：
１ 時間： １．６（時間） 多孔質Ｓｉの厚み： ２００（μｍ） Ｐｏｒｏｓｉｔｙ： ５６（％） 表面から裏面までイオン注入されていない部分が多孔質
化された。この基体を弗硝酸酢酸（１：３：８）溶液に
浸潤した。前述したように多孔質Ｓｉのエッチング速度
は単結晶Ｓｉのエッチング速度に対して百倍ほど増速さ
れる。通常の単結晶Ｓｉの弗硝酸酢酸（１：３：８）溶
液に対するエッチング速度は、約毎分１μｍ弱程度であ
るので、２００μｍ厚の多孔質Ｓｉ領域は２分で除去さ
れた。裏面まで貫通した穴が、少なくとも１ケ所以上、
部分的に形成された単結晶Ｓｉ基体が得られた。この穴
の壁面は、表面に垂直であった。ここでは、穴の開口部
の形状、大きさは、イオン注入時のパターンのみで決定
され、その大きさに、用いた基体の大きさ以下という制
限があるだけであった。
【００９６】本実施例の高抵抗領域形成にはイオン注入
法を用いたが、拡散法でも同様の結果が得られた。 （実施例１２）２００μｍ厚のＰ型低抵抗（１×１０19
ｃｍ-3）単結晶Ｓｉ基体上両面に、レジストによりマス
クをし、その開口部をイオン注入、および、それに続く
熱処理によって高抵抗領域を形成した。注入および熱処
理条件は次の通りであった。
【００９７】 イオン種： Ｐ+ エネルギー： １２０ｋｅＶ 注入量： ２×１０14ｃｍ-2 熱処理： ９００℃、３０ｍｉｎ このとき、イオン注入されなかった低抵抗領域が、各面
に少なくとも１ケ所以上存在していた。また、その低抵
抗領域が、表面裏面でずらして配置した。これによっ
て、次の陽極化成で、非多孔質Ｓｉ領域を残すためのマ
スクが形成された。ＨＦ溶液中において陽極化成を行っ
た。
【００９８】陽極化成条件は以下のとおりであった。
【００９９】 電流密度： ３０（ｍＡ・ｃｍ-2） 陽極化成溶液：ＨＦ：Ｈ2 Ｏ：Ｃ2 Ｈ5 ＯＨ＝１：１：
１ 時間： １．６（時間） 多孔質Ｓｉの厚み： ２００（μｍ） Ｐｏｒｏｓｉｔｙ： ５６（％） 表面から裏面までイオン注入されていない部分が多孔質
化された。この基体を弗硝酸酢酸（１：３：８）溶液に
浸潤した。前述したように多孔質Ｓｉのエッチング速度
は単結晶Ｓｉのエッチング速度に対して百倍ほど増速さ
れる。通常の単結晶Ｓｉの弗硝酸酢酸（１：３：８）溶
液に対するエッチング速度は、約毎分１μｍ弱程度であ
るので、２００μｍ厚の多孔質Ｓｉ領域は２分で除去さ
れた。裏面まで貫通した穴が、少なくとも１ケ所以上、
部分的に形成された単結晶Ｓｉ基体が得られた。この穴
の壁面は、マスクの開口部のずれの分だけ表面に対して
斜めであった。ここでは、穴の開口部の形状、大きさ
は、イオン注入時のパターンのみで決定され、その大き
さに、用いた基体の大きさ以下という制限があるだけで
あった。
【０１００】本実施例の高抵抗領域形成にはイオン注入
法を用いたが、拡散法でも同様の結果が得られた。 （実施例１３）２００μｍ厚のＰ型低抵抗（１×１０19
ｃｍ-3）単結晶Ｓｉ基体上片面に、レジストによりマス
クをし、その開口部をイオン注入、および、それに続く
熱処理によって高抵抗領域を形成した。注入および熱処
理条件は次の通りであった。
【０１０１】 イオン種： Ｐ+ エネルギー： １２０ｋｅＶ 注入量： ２×１０14ｃｍ-2 熱処理： ９００℃、３０ｍｉｎ このとき、イオン注入されなかった低抵抗領域が、各面
に少なくとも１ケ所以上存在していた。これによって、
次の陽極化成で、非多孔質Ｓｉ領域を残すためのマスク
が形成された。
【０１０２】ＨＦ溶液中において陽極化成を行った。
【０１０３】陽極化成条件は以下のとおりであった。
【０１０４】 電流密度： １５（ｍＡ・ｃｍ-2） 陽極化成溶液：ＨＦ：Ｈ2 Ｏ：Ｃ2 Ｈ5 ＯＨ＝１：１：
１ 時間： ２．６（時間） 多孔質Ｓｉの厚み： ２００（μｍ） Ｐｏｒｏｓｉｔｙ： ５６（％） 表面から裏面までイオン注入されていない部分を通して
多孔質化された。この基体を弗硝酸酢酸（１：３：８）
溶液に浸潤した。前述したように多孔質Ｓｉのエッチン
グ速度は単結晶Ｓｉのエッチング速度に対して百倍ほど
増速される。通常の単結晶Ｓｉの弗硝酸酢酸（１：３：
８）溶液に対するエッチング速度は、約毎分１μｍ弱程
度であるので、２００μｍ厚の多孔質Ｓｉ領域は２分で
除去された。裏面まで貫通した穴が、少なくとも１ケ所
以上、部分的に形成された単結晶Ｓｉ基体が得られた。
ここでは、穴の開口部の形状、大きさは、イオン注入時
のパターンのみで決定され、その大きさに、用いた基体
の大きさ以下という制限があるだけであった。
【０１０５】本実施例の高抵抗領域形成にはイオン注入
法を用いたが、拡散法でも同様の結果が得られた。
【０１０６】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
非多孔質Ｓｉ基体内に部分的に１ケ所以上設けられた多
孔質Ｓｉ領域を、高精度に、均一に化学エッチングする
ことにより、非多孔質Ｓｉを加工し、任意の形状で、任
意の大きさで、表面から裏面へ貫通する穴をあけること
が可能になる。
【０１０７】本発明に用いられる多孔質Ｓｉは、陽極化
成時の電流の流れに沿って形成されるため、マスクや不
純物分布を設けることなどにより、電流の流れを制御す
ることができ、ほぼ任意の形状に非多孔質Ｓｉを加工す
ることが可能となる。
【０１０８】また、本発明によれば、非多孔質Ｓｉ基体
を部分的に１ケ所以上多孔質Ｓｉに変質させ、エッチン
グ防止膜を使用せずに、化学エッチングにより極めて効
率よくかつ高精度に多孔質Ｓｉ領域を除去し、該非多孔
質Ｓｉ基体に部分的に１ケ所以上裏面まで貫通する領域
を形成することが可能となる。
【０１０９】さらに、本発明によれば、光透過性基体、
およびマイクロマシンニング等に応用できる物品を作製
することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施態様例の基本工程断面図で
ある。
【図２】本発明の第２の実施態様例の基本工程断面図で
ある。
【図３】本発明の第３の実施態様例の基本工程断面図で
ある。
【図４】本発明の第４の実施態様例の基本工程断面図で
ある。
【符号の説明】
１１ 非多孔質Ｓｉ基体 １２ マスク １３ 多孔質Ｓｉ領域 ２１ 非多孔質Ｓｉ基体 ２２ マスク ２３ 多孔質Ｓｉ領域 ３１ 低抵抗非多孔質Ｓｉ基体 ３２ 高抵抗Ｓｉ領域 ３３ 多孔質Ｓｉ領域 ４１ 低抵抗非多孔質Ｓｉ基体 ４２ 高抵抗Ｓｉ領域 ４３ 多孔質Ｓｉ領域

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 非多孔質Ｓｉ基体を部分的に１ケ所以
    上、表面から裏面まで多孔質化する工程と、該多孔質Ｓ
    ｉ領域を化学エッチングにより除去する工程と、を有す
    ることを特徴とするＳｉ基体の加工方法。
  2. 【請求項２】 前記多孔質化する工程は陽極化成である
    請求項１に記載のＳｉ基体の加工方法。
  3. 【請求項３】 前記陽極化成はＨＦ溶液中で行われる請
    求項２に記載のＳｉ基体の加工方法。
JP3275054A 1991-09-20 1991-09-27 Ｓｉ基体の加工方法 Pending JPH0590243A (ja)

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EP92116486A EP0534474B1 (en) 1991-09-27 1992-09-25 Method of processing a silicon substrate
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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