(57)【要約】【課題】角部や端辺における欠けやヒビの発生を抑制することができるＭＥＭＳ構造体を提供する。【解決手段】単結晶シリコン基板に形成されたＭＥＭＳ構造体であって、前記単結晶シリコン基板は、前記構造体が形成される前記単結晶シリコン基板の第一面の表面から第一の深さまで、不純物を含有する結晶構造を有し、前記不純物の濃度は１×１０19〜１×１０22ｃｍ-3である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶シリコン基板に形成されたＭＥＭＳ構造体であって、
前記単結晶シリコン基板は、前記構造体が形成される前記単結晶シリコン基板の第一面の表面から第一の深さまで、不純物を含有する結晶構造を有し、
前記不純物の濃度は１×１０19〜１×１０22ｃｍ-3であることを特徴とするＭＥＭＳ構造体。
【請求項２】
前記第一の深さは、１〜５μｍの範囲のいずれかであることを特徴とする、
請求項１に記載のＭＥＭＳ構造体。
【請求項３】
前記不純物は、ゲルマニウムであることを特徴とする、
請求項１または２に記載のＭＥＭＳ構造体。
【請求項４】
前記不純物は、窒素、りん、ひ素、アンチモン、硼素、アルミニウム、ガリウム、もしくはインジウム、であることを特徴とする請求項１または２に記載のＭＥＭＳ構造体。
【請求項５】
単結晶シリコン基板の一主面にゲルマニウムイオンを注入する工程と、
前記ゲルマニウムイオンを注入したい単結晶シリコン基板に熱処理を行なってゲルマニウムとシリコンとを共晶化する工程と、
前記単結晶シリコン基板の所定の部分をエッチングすることで、ＭＥＭＳ構造体を形成する工程と、を含むこと、
を特徴とするＭＥＭＳ構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ構造体、およびのその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）は、微小構造体形成技術の１つで、ミクロンオ−ダーの微小機械構造物と電子部品とを融合した、新しい機能のデバイスを作る技術やその製品のことをいう。ＭＥＭＳでは、主にシリコンウェーハに微小な機械構造物を形成することで、例えば自動車部品（エアーバッグセンサ等）、インクジェットヘッド、画像投影装置等の市場向けの製品が量産されている。
【０００３】
シリコンウェーハにＭＥＭＳ構造体を形成する場合、ドライエッチングやアルカリ性薬剤による異方性ウエットエッチングを施すことにより、形成することができる。すなわち、ドライエッチングや異方性ウエットエッチングにより、直角や鋭角、端辺を有する構造など、所望の形状をシリコンウェーハに形成することができる。シリコン半導体プロセスの応用により、ＭＥＭＳ構造体の精密化、微細化、高精度化が進み、更に細かい形状を形成することが可能になってきた。
【０００４】
例えば、特許文献１には、シリコンウェーハに微細加工を施して液滴吐出ヘッドのノズルプレートを製造する方法が開示されている。特許文献１に開示されている液滴吐出ヘッドのノズルプレートの製造方法によれば、シリコンウェーハの一方の面に、液滴を吐出するためのノズル孔の噴出口部分となる第一の凹部と、導入口部分となる第二の凹部とを形成し、前記シリコンウェーハのもう一方の面から上記基板を研磨してシリコンウェーハを薄膜化し、ノズルプレートを製造している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３８５７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、シリコン単結晶は、硬く緻密な反面、もろく、シリコン単結晶でＭＥＭＳを形成した場合、角部や端辺に欠けやヒビが入りやすい。特に、シリコン単結晶は、結晶方向に沿った崩落や結晶欠陥を生じやすいという特性がある。かかる特性はＭＥＭＳ構造体を作成する上で課題となっていた。
本発明のいくつかの態様が解決しようとする課題は、角部や端辺における欠けやヒビの発生を抑制することができるＭＥＭＳ構造体、およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るＭＥＭＳ構造体は、
単結晶シリコン基板に形成されたＭＥＭＳ構造体であって、
前記単結晶シリコン基板は、前記構造体が形成される前記単結晶シリコン基板の第一面の表面から第一の深さまで、不純物を含有する結晶構造を有し、
前記不純物の濃度は１×１０19〜１×１０22ｃｍ-3である。
【０００８】
このようなＭＥＭＳ構造体によれば、単結晶シリコン基板の第一面の表面から第一の深さまで、不純物を含有する結晶構造を有する。したがって、このようなＭＥＭＳ構造体では、基板の第一面の形成されたＭＥＭＳ構造体を構成する構造部に、欠けやヒビが生じることを抑制することができる。
【０００９】
本発明に係るＭＥＭＳ構造体は、
前記第一の深さは、０．１〜５μｍの範囲のいずれかであってよい。
【００１０】
このようなＭＥＭＳ構造体によれば、ＭＥＭＳ構造体を構成する構造部の角部の欠けの発生を抑制することができる。
【００１１】
本発明に係るＭＥＭＳ構造体は、
前記不純物は、ゲルマニウムであってもよい。
【００１２】
このようなＭＥＭＳ構造体によれば、不純物としてゲルマニウムが導入され、シリコンとゲルマニウムを含有する結晶構造を有しているので、基板の第一面の形成されたＭＥＭＳ構造体を構成する構造部に、欠けやヒビが生じることを抑制することができる。
【００１３】
本発明に係るＭＥＭＳ構造体は、
前記不純物は、窒素、りん、ひ素、アンチモン、硼素、アルミニウム、ガリウム、もしくはインジウム、であってもよい。
【００１４】
このようなＭＥＭＳ構造体によれば、不純物として、窒素、りん、ひ素、アンチモン、硼素、アルミニウム、ガリウム、もしくはインジウムが導入され、シリコンは前記不純物を含有する結晶構造を有しているので、前記基板の第一面に構成されたＭＥＭＳ構造体を構成する構造部の角部に欠けが発生することを抑制することができる。また同時にシリコンの電気伝導のためのキャリアを発生させる効果によりＭＥＭＳ構造体端部が低抵抗化されるため、静電気による放電破壊からもＭＥＭＳ構造体を保護することができる。
【００１５】
本発明に係るＭＥＭＳ構造体の製造方法は、
単結晶シリコン基板の一主面にゲルマニウムイオンを注入する工程と、
前記ゲルマニウムイオンを注入したい単結晶シリコン基板に熱処理を行なってゲルマニウムとシリコンとを共晶化する工程と、
前記単結晶シリコン基板の所定の部分をエッチングすることで、ＭＥＭＳ構造体を形成する工程と、を含む。
【００１６】
本発明に係るＭＥＭＳ構造体の製造方法によれば、基板の表面の形成されたＭＥＭＳ構造体を構成する構造部に、欠けやヒビが生じることを抑制するできるＭＥＭＳ構造体の製造を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施形態に係るＭＥＭＳ構造体を模式的に示す断面図。
【図２】第１の実施形態に係るＭＥＭＳ構造体を模式的に示す平面図。
【図３】第１の実施形態に係るＭＥＭＳ構造体を模式的に示す底面図。
【図４】本発明を説明する模式図。
【図５】第１の実施形態に係るＭＥＭＳ構造体の製造工程を模式的に示す断面図。
【図６】第１の実施形態に係るＭＥＭＳ構造体の製造工程を模式的に示す断面図。
【図７】第２の実施形態に係るＭＥＭＳ構造体を模式的に示す断面図。
【図８】第３の実施形態に係るＭＥＭＳ構造体を模式的に示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
１．  第１の実施形態
１．１．  ＭＥＭＳ構造体
まず、第１の実施形態に係るＭＥＭＳ構造体の例である液滴吐出ヘッドのノズルプレートについて、図面を参照しながら説明する。図１は、第１の実施形態に係るノズルプレート１００を模式的に示す断面図である。図２は、第１の実施形態に係るノズルプレート１００を模式的に示す平面図である。なお、図１は、図２のＡ−Ａ線断面図である。図３は、第１の実施形態に係るノズルプレート１００を模式的に示す底面図である。また、便宜上、図１〜３では、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を図示している。
【００２０】
ノズルプレート１００は、基板１０の第一面２０に平面形状が円形の孔４０が設けられ、基板１０の第二面３０に平面形状が矩形の凹部５０が設けられている。ノズルプレート１００の第二面３０側はキャビティプレート（図面では不図示）と接合され、上記凹部５０とキャビティプレートに設けられた凹部とで、インクキャビティ（圧力室）を形成する。孔４０の底面は凹部５０の底面に達しており、孔４０と凹部５０とは、それぞれ底面部分で接続されている。すなわち、第一の実施態様に係るノズルプレート１００を構成要素とする液滴吐出ヘッドにおいては、凹部５０がインクキャビティ（圧力室）の一部を構成し、孔４０からインク液滴を吐出することができるので、キャビティプレートに隣接して配置したインク吐出手段、例えば圧電変換素子により、図１の左側（−Ｘ方向）からインクキャビティ（凹部５０）に導入したインクを、インクキャビティ内で加圧し、孔４０を通じて吐出することが可能である。なお、実際の液滴吐出ヘッドには他の要素、例えばインクをインクキャビティに導入するインク流路等もあるが、説明を簡略化するため、本発明を説明するために必要のない要素については、記載を省略する。
【００２１】
図１〜３に示す第１の実施形態は、１個の孔４０と１個のインクキャビティとから構成される１ノズルのヘッドであるが、孔４０とインクキャビティとの組み合わせをＹ方向にアレイ状に配列することにより、マルチノズルのインクジェットヘッドを構成することができる。
【００２２】
基板１０として、単結晶シリコンウェーハを用いる。
基板１０の、少なくとも第一面２０の表面付近にはゲルマニウムが導入され、シリコンとゲルマニウムの共晶層６０が形成されている。単結晶シリコンにゲルマニウムを導入し、シリコンとゲルマニウムとを共晶化することによって、結晶構造に展延性がつき、ＭＥＭＳ構造体を構成する構造物に欠けやヒビが発生することを防止することができる。
【００２３】
基板１０のゲルマニウムが導入されている部分、すなわち共晶層６０におけるゲルマニウムの濃度は、１×１０19以上１×１０22ｃｍ-3以下あり、好ましくは１×１０20以上４×１０21ｃｍ-3以下である。単結晶シリコン中のゲルマニウム濃度を１×１０19ｃｍ-3以上とすることにより、基板１０の第一面２０側に形成された孔４０のエッジ部分、すなわちＭＥＭＳ構造体の構造物の周辺に、欠けやヒビが発生することを抑制することができ、ゲルマニウム濃度を１×１０20以上とすることにより、孔４０の周辺に、欠けやヒビが発生することを抑制する効果をより高めることができる。また、単結晶シリコンを用いた基板１０に導入するゲルマニウムの濃度を１×１０22ｃｍ-3以下とすることにより、シリコンの結晶構造を維持するシリコン同士の共有結合が脆くなり、表面部分のシリコン層の膜剥がれの発生や構造体が崩れてしまうことを抑制することができる。
【００２４】
本実施形態では、ゲルマニウムは基板１０の第一面２０の表面から深さ５μｍの範囲に亘って導入され、基板を構成するシリコンと導入されたゲルマニウムとが共晶化されて、共晶層６０を構成する。なお、ゲルマニウムは、少なくとも基板１０の第一面２０の表面付近に導入されていれば良い。基板１０の第一面２０の表面付近にゲルマニウムを導入することにより、結晶構造が単結晶シリコンのみから構成される場合に比べ、結晶構造のうち、第一面２０付近の結晶構造に展延性がつき、第一面２０の表面付近に形成されたＭＥＭＳ構造体の孔４０の周辺に、欠けやヒビが発生することを防止することができる。特に、基板１０の第一面２０の表面付近に導入され、シリコンと共晶化されたゲルマニウムは、表面孔４０の角部８０に欠けが生じることを有効に防止する。
【００２５】
ゲルマニウムを導入する部分の最大の深さに制限はなく、ＭＥＭＳ構造体を構成する構造物の大きさ、形状等を考慮して適宜決定されてよい。すなわち、第一面２０に形成する構造物の高さ（図１でＺ方向の大きさ）が小さい場合は、ゲルマニウムを導入する最大の深さは浅くてもよい。一方、第一面２０に形成する構造物が大きい場合は、ＭＥＭＳ構造体のうち、第一面２０の表面の近くに存在する部分のみにゲルマニウムを導入してもよく、または構造物全体が共晶層６０に含まれるよう、ゲルマニウムを深い範囲まで導入しても良い。ゲルマニウムを導入する深さは、基板１０の第一面２０の表面から０．１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。
【００２６】
第１の実施形態において、ゲルマニウムは、単結晶シリコンからなる基板１０に導入され、シリコンとゲルマニウムとは共晶化されている。シリコンとゲルマニウムとが共晶化することにより、結晶構造に展延性がつき、ＭＥＭＳ構造体の構造部分に発生する欠けやヒビを防止することができる。
【００２７】
ＭＥＭＳ構造体の欠けやヒビを防止することができる理由は定かではないが、以下のように考えている。
すなわち、図４に示すように、ＭＥＭＳ構造体を作成する基板がシリコンのみから形成される場合、ドライエッチングや、アルカリ性薬液を用いたウエットエッチングによってＭＥＭＳ構造体を作成すると、立体構造の角の部分はシリコン結晶の端部が露出する。この場合、結晶面に沿ったへき開が生じやすくなる。
【００２８】
一方、第１の実施形態に係るノズルプレート１００は、基板１０の第一面２０の表面付近にはゲルマニウムが導入され、シリコンとゲルマニウムの共晶層が形成されている。ゲルマニウムはシリコンと同じ４価であることからシリコン単結晶にゲルマニウムを導入すると立方晶を形成するが、シリコンとゲルマニウムとは格子定数が異なることから、結晶格子はゲルマニウムが存在する部分で歪が生じる。この結果、可塑性が高くなり、外力に対して、欠けや結晶欠陥が生じにくくなったと考える。
【００２９】
１．２．  ＭＥＭＳ構造体の製造方法
次に、第１の実施形態に係るノズルプレート１００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図５〜図６は、第１の実施形態に係るノズルプレート１００の製造工程を模式的に示す図である。なお、図５〜図６は、製造工程中の断面図を示している。なお、図５〜図６は、図１に対応している。
【００３０】
図５（Ａ）に示すように、まず、厚さが２８０μｍの単結晶シリコンの基板１０を用意し、この基板１０の全面に膜厚１μｍの酸化膜１１０を均一に成膜する。酸化膜１１０は、例えば熱酸化装置に基板１０をセットし、酸素と水蒸気の混合雰囲気下で、酸化温度１０００℃で酸化処理を行うことにより形成する。酸化膜１１０は、シリコンの耐エッチング材として使用するものである。
【００３１】
次に、図５（Ｂ）に示すように、基板１０の第二面３０の酸化膜１１０上にフォトレジスト１３０をコーティングし、フォトリソ技術によりパターニングを行い、凹部５０を形成する部分のフォトレジストを除去する。
【００３２】
そして、図５（Ｃ）に示すように、例えば、基板１０の第二面３０の酸化膜１１０を、前記フォトレジストをマスクにして、ＣＦ4などならなるフロン系ガスによるドライエッチングによりエッチングを行い、酸化膜１１０をパターニングする。この後、レジスト剥離液により、前記レジストを剥離する。
【００３３】
次に、図５（Ｄ）に示すように、再度基板１０の第二面３０にフォトレジスト１３０をコーティングする。引き続き、フォトリソ技術を用いてパターニングを行い、基板１０の第二面３０側から見て孔４０に対応する部分のホフォトレジスト１３０を除去し、直径３０μｍの開口部を形成する。
【００３４】
そして、図６（Ｅ）に示すように、前記フォトレジスト１３０をマスクにして、ＳＦ6等のガスにより、基板１０を第二面３０側からドライエッチングを行い、シリコンを約７０μｍエッチングする。この結果、直径約３０μｍ、深さ約７０μｍの、シリコン基板を貫通していない穴４２が形成される。この後、レジスト剥離液により、前記フォトレジストを除去する。
【００３５】
次に、図６（Ｆ）に示すように、パターニングがなわれている酸化膜１１０を有する基板の第二面３０側から、ＳＦ6等のガスによるドライエッチングによって、シリコンを深さ５０μｍで異方性ドライエッチングして、基板１０の第二面３０に深さ５０μｍの凹部
５０を形成すると共に、前記穴４２の深さを１２０μｍまで深くする。
【００３６】
次に図６（Ｇ）に示すように、基板１０の第一面２０、第二面３０の酸化膜１１０をフッ酸系薬液によるエッチングにより除去する。
【００３７】
さらに、図６（Ｈ）において、基板１０の第二面３０側を支持基板（図面には不図示）に貼り合わせ、第一面２０側からバックグラインダーやポリッシャー等によって、基板厚さが約１００μｍになるように粗い研磨を行なう。研磨により、前記第二面３０側から形成した穴４２は基板１０の第一面２０に露出し、孔（貫通した穴）４０が形成される。
【００３８】
次に、図６（Ｉ）に示すように、イオン注入技術により、基板１０の第一面２０側から、ゲルマニウムをイオン注入する。ゲルマニウムの注入は、１価のプラスイオン化したゲルマニウムイオンを、５０ＫｅＶの加速エネルギーで、基板１０表面にイオン注入する。前記エネルギーでゲルマニウムイオンを注入すると、基板表面から３０ｎｍ程度の深さに分布のピークが、１σとして±１０ｎｍの分布でゲルマニウムイオンが注入される。さらに、注入するゲルマニウムの量（ドーズ量）を５×１０15ｃｍ-2程度にすることで、基板最表面からゲルマニウムのピークを含む４０ｎｍ程度の深さまでのシリコン単結晶が結合を壊されて、非晶質（アモルファス）状態になる。ゲルマニウムイオンの注入により、基板１０の表面単結晶構造は壊されると共に、シリコン中にゲルマニウムを１×１０21ｃｍ-3程度の濃度で含有することになる。
【００３９】
ゲルマニウムイオンを注入した後、基板１０に１０００℃で熱処理を施すことで、シリコンの再結晶化が起こる。しかし、基板１０の表面付近はシリコンにゲルマニウムが含まれているため、シリコンとゲルマニウムが結合して結晶化することになり、基板１０の表面付近は、シリコン単結晶構造とは異なり、結晶に歪みをもった構造として再結晶化される。さらに、加熱の過程で、ゲルマニウムの熱拡散が基板１０の表面から内部に向かって起こり、基板１０の表面から０．１〜５μｍの深さにシリコン−ゲルマニウムの共晶層６０が形成される。
【００４０】
その後、基板１０の第一面２０にＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）装置等によって研磨を行い、第一面２０を滑らかに加工する。ＣＭＰ装置によって研磨をおこなうことにより、第一面２０を鏡面状に、高精度に仕上げることができる。
【００４１】
以上の工程により、第一の実施形態に係るＭＥＭＳ構造体を製造することができる。
本実施形態に係るＭＥＭＳ構造体の製造方法によれば、基板１０の第一面２０の表面付近にゲルマニウムを導入し、シリコンとゲルマニウムとを共晶化することができる。単結晶シリコンにゲルマニウムを導入し、シリコンとゲルマニウムとを共晶化することによって、結晶構造に展延性がつき、孔４０のエッジ部分に欠けやヒビが発生することを抑制することができる。
【００４２】
また、基板表面のシリコンにゲルマニウムを注入しＣＭＰ工程においては、露出した穴４２を含む基板１０の第一面２０を、研磨剤を含む研磨パッドで擦る。このとき、基板１０の第一面２０の表面が、シリコンとゲルマニウムの共晶層が形成されている。すなわち、シリコン単結晶のように格子定数が一定ではないため、ＣＭＰ工程において研磨材を含む研磨パッドで擦っても、孔４０のエッジ部分でへき開が起こりにくくなる。
【００４３】
第１の実施形態に係るＭＥＭＳ構造体の製造方法によれば、単結晶シリコンを用いた基板１０の第一面２０側の表面にゲルマニウムを導入し、基板を構成するシリコンと導入したゲルマニウムとを共晶化して、シリコン基板表面に共晶層を形成することができる。この結果、ゲルマニウムが導入された部分の結晶構造に展延性がつき、基板表面形成されたＭＥＭＳ構造体の角部や側壁等に欠けやヒビが発生しにくくなるという効果を奏する。また、かかる効果は製造過程においても同様で、例えばＣＭＰ工程において、研磨材を含む研磨パッドでＭＥＭＳ構造体を擦っても、へき開が起こりにくいという効果を奏する。
【００４４】
２．  第２の実施形態
２．１．  ＭＥＭＳ構造体
次に、第２の実施形態に係るＭＥＭＳ構造体の例である液滴吐出ヘッドのノズルプレートについてについて、図面を参照しながら説明する。図７は、第２の実施形態に係るノズルプレート２００を模式的に示す断面図である。以下、ノズルプレート２００において、上述したノズルプレート１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略または簡略する。
【００４５】
ノズルプレート１００では、図１に示すように、単結晶シリコンを用いた基板１０の第一面２０の表面付近にゲルマニウムイオンが導入され、シリコンとゲルマニウムとが共晶化していた。これに対し、図７に示すノズルプレート２００では、単結晶シリコンを用いた基板１０の第一面２０の表面付近に加え、第二面３０の表面付近にもゲルマニウムが導入され、シリコンとゲルマニウムとが共晶化して共晶層７０を構成している。
【００４６】
共晶層７０におけるゲルマニウムの濃度は、１×１０19以上１×１０22ｃｍ-3以下あり、好ましくは１×１０20以上４×１０21ｃｍ-3以下である。共晶層７０におけるゲルマニウム濃度を１×１０20以上とすることにより、単結晶シリコンを用いた基板１０の第二面３０の側に作成されたＭＥＭＳ構造体の構造物である凹部５０の周辺に、欠けやヒビの発生を防止することができる。第２の実施形態では、共晶層７０は、約１×１０21ｃｍ-3のゲルマニウムをシリコン結晶中に含有する。
【００４７】
基板１０の第二面３０側に導入されたゲルマニウムは、少なくとも基板１０の第二面３０の表面付近に導入されていれば良い。単結晶シリコンを用いた基板１０の第二面３０の表面付近にゲルマニウムを導入し、シリコンとゲルマニウムとを共晶化することにより、第二面３０に形成した凹部５０の角部９０が欠けたり、凹部５０の側壁にヒビ割れが生じたりすることを、防止することができる。基板１０の第二面３０側にゲルマニウムを導入する深さは、第二面３０に形成するＭＥＭＳ構造体の構造物（本実施形態においては、凹部５０）の大きさ、形状等を考慮して適宜決定されてよい。
【００４８】
なお、ゲルマニウムを基板１０全体に亘って導入してもよい。ゲルマニウムを基板の第一面２０から第二面３０までの基板１０全体に亘って導入する場合には、基板１０の製造段階で、基板１０にゲルマニウムを導入するのが好ましい。すなわち、ゲルマニウムが所定量導入された基板１０を準備し、かかる基板１０を使用して、ノズルプレート２００（ＭＥＭＳ構造体）を基板１０の第一面２０および／または第二面３０に製造すればよい。
【００４９】
第２の実施態様においては、基板１０の第二面３０側の表面から深い部分は表面から約５μｍの部分まで、ゲルマニウムが導入されている。
本発明の好ましい態様においては、ゲルマニウムが導入される最も深い部分の深さは、第二面３０側の表面から１〜５μｍの範囲である。
【００５０】
第２の実施形態に係るノズルプレートにおいては、第一面２０の表面付近、および第二面３０の表面付近にゲルマニウムが導入され、さらにシリコンとゲルマニウムとが共晶化して共晶層６０，７０を構成している。この結果、ゲルマニウムが導入された部分の結晶構造に展延性がつき、ＭＥＭＳ構造体を構成する構造物に、欠けやヒビが発生することを抑制することができる。
【００５１】
３．  第３の実施形態
３．１  ＭＥＭＳ構造体
次に、第３の実施形態に係るＭＥＭＳ構造体の例である液滴吐出ヘッドのノズルプレートについてについて、図面を参照しながら説明する。図８は、第３の実施形態に係るノズルプレート３００を模式的に示す断面図である。以下、ノズルプレート３００において、上述したノズルプレート１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略、または簡略する。
【００５２】
ノズルプレート１００では、図１に示すように、単結晶シリコンを用いた基板１０の第一面２０の表面付近にゲルマニウムが導入され、シリコンとゲルマニウムとは共晶化していた。これに対し、ノズルプレート３００では、ゲルマニウムに替えて基板１０の第一面２０の表面付近にリンが導入され、シリコンとリンとは共晶化している。
【００５３】
第３の実施形態においては、単結晶シリコンを用いた基板１０の第一面２０の表面付近にリンが導入され、シリコンとリンと共晶化して共晶層６０を構成する。共晶層におけるリンの濃度は、１×１０19以上１×１０22ｃｍ-3以下あり、１×１０20以上４×１０21ｃｍ-3以下であることが好ましい。共晶層６０におけるリンの濃度を１×１０20ｃｍ-3以上とすることにより、基板１０の第一面２０の側に形成した孔４０の周辺に発生する欠けやヒビを防止しすることができる。また、共晶層６０におけるリンの濃度を１×１０22ｃｍ-3以下とすることにより、シリコンの結晶構造を維持するシリコン同士の共有結合が脆くなり、表面部分のシリコン層の膜剥がれの発生や構造体が崩れてしまうことを抑制することができる。
【００５４】
リンは、少なくとも基板１０の第一面２０の表面付近に導入されていれば良い。単結晶シリコンを用いた基板１０の第一面２０の表面付近にリンを導入し、シリコンとリンとを共晶化することにより、第一面２０に形成した孔４０のエッジ部分が欠けたり、孔４０の内壁にヒビ割れが生じたりすることを、防止することができる。基板１０の第一面２０の側にリンを導入する深さは、第一面２０に形成するＭＥＭＳ構造体の構造部の大きさ、形状等を考慮して適宜決定されてよい。
【００５５】
本発明の好ましい態様においては、リンが導入される最も深い部分の深さは、第一面２０の表面から１〜５μｍの範囲である。基板１０の第一面２０の表面付近にリンを導入することにより、第一面２０の表面付近がシリコンのみからなる結晶構造の場合と比べ、結晶構造に展延性がつき、第一面２０に形成された孔のエッジ部に欠けやヒビが発生することを防止することができる。
【００５６】
第三の実施形態においては、第一面２０の表面付近に加え、第二面３０の表面付近にもリンが導入され、シリコンとリンとが共晶化して共晶層７０を構成していることが望ましい。
【００５７】
基板１０の第二面３０の側へリンを導入する場合の共晶層７０におけるリン濃度は、１×１０19以上１×１０22ｃｍ-3以下あり、１×１０20以上４×１０21ｃｍ-3以下であることが好ましい。共晶層７０におけるリンの濃度を１×１０20ｃｍ-3以上とすることにより、基板１０の第二面３０の側に形成した凹部５０の周辺に発生する欠けやヒビを防止しすることができる。第３の実施形態における共晶層７０におけるリンの濃度は、１×１０21ｃｍ-3程度である。
【００５８】
基板１０の第二面３０の側にリンを導入する場合、リンは、少なくとも基板１０の第二面３０の表面付近に導入されていれば良い。単結晶シリコンを用いた基板１０の第二面３０の表面付近にリンを導入し、シリコンとリンとを共晶化することにより、第二面３０に形成した凹部５０の角部９０が欠けたり、凹部５０の側壁にヒビ割れが生じたりすることを、防止することができる。基板１０の第一面２０の側にリンを導入する深さは、第一面２０に形成するＭＥＭＳ構造体の構造物（本実施形態では凹部５０）の大きさ、形状等を考慮して適宜決定されてよい。
【００５９】
第３の実施形態のノズルプレート３００においては、基板１０の少なくとも基板表面付近にリンが導入され、シリコンとリンとが共晶化しているので、基板表面が単結晶シリコンから形成されている場合と比べて、孔のエッジ部分やキャビティーの端部に欠けやヒビが発生することを防止することができる。
【００６０】
また、第３の実施形態においては、シリコンからなる結晶構造にリンが導入されているが、シリコン結晶中にリンを導入すると、リンは導電性を付与する不純物として働くため、シリコン結晶のうちリンを導入した部分、すなわち基板１０の第一面２０の表面付近を低抵抗化し、静電気による放電破壊から保護することができる。不純物を含有しないシリコン単結晶は高抵抗であるのに対し、シリコン基板のリンを導入した表面部分は低抵抗となるからである。第３の実施形態に係るノズルプレート３００は、電界集中の緩和と耐電電荷の拡散いう効果を奏する。
【００６１】
３．２  変形例
第３の実施形態では、単結晶シリコン中にリンを導入したが、リンに替えて、窒素（Ｎ），ひ素（Ａｓ），アンチモン（Ｓｂ），ホウ素（Ｂ），アルミニウム（Ａｌ），ガリウム（Ｇａ），インジウム（Ｉｎ）等のシリコンに導電性を付与する不純物を基板１０に導入し、シリコンと前記不純物とを共晶化し、使用することができる。具体的には、周期律表のIII族に属する元素、V族に属する元素を、導電性を付与する不純物としてシリコンウェーハに導入することができる。
【００６２】
本変形例に係るＭＥＭＳ構造体は、単結晶シリコンを用いた基板１０の少なくとも基板表面付近に不純物が導入され、シリコンと前記不純物とが共晶化しているので、基板表面を含む基板全体が単結晶シリコンから形成されている場合と比べて、ＭＥＭＳ構造体の構造部分に発生する欠けやヒビを防止することができる。
【００６３】
また、リンを不純物として導入した場合と同様、単結晶シリコン基板に導電性を付与するものであることから、不純物を導入した部分は、シリコン単結晶の場合に比べて低抵抗化される。この結果、ＭＥＭＳ構造体を静電気による放電破壊から防止するという効果をも奏する。変形例に係るＭＥＭＳ構造体は、電界集中の緩和という効果を奏するという効果を奏する。
【００６４】
以上、液滴吐出ヘッドに使用するノズルプレートを例にとって説明してきたが、本発明は他の構造を有するシリコン構造体、あるいはＭＥＭＳ構造体にも同様に適用することができる。すなわち、本発明は、シリコンウェーハに微小な機械構造物を形成する場合に同様に適用することが可能であり、さらに電子部品を機械構造物と同一のシリコンウェーハ上に形成したＭＥＭＳ構造体にも適用可能である。本発明は、圧電振動子、ＭＥＭＳ振動子、加速度センサー等の各種デバイスに適用することもできる。
【００６５】
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果をする構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含むものである。
【符号の説明】
【００６６】
１０…  基板、２０…  第一面、３０…  第二面、４０…  孔、５０…  凹部、６０，７０…  共晶層、１００，２００，３００…  ＭＥＭＳ構造体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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