(57)【要約】【課題】  選択的に且つ微細に複合機能を持ちえる構造に非多孔質層を加工し、半導体素子、光透過性基板、微小電気機械機構等に好適に応用可能な三次元多孔質構造体及びその製造方法を提供する。【解決手段】  シリコン基板中に部分的に多孔質層を形成し、その基板上にシリコン層を形成し、そのシリコン層に多孔質層を形成することを繰り返すことによって三次元構造の異なる複数の多孔質領域を有する三次元多孔質構造体を作製する。また、シリコン基板中に部分的に高濃度不純物領域を形成し、その基板上にシリコン層を形成して部分的に高濃度不純物領域を形成する処理を複数回行い、その後、高濃度不純物領域に多孔質領域を形成することによって三次元構造の異なる複数の多孔質領域を有する三次元多孔質構造体を作製する。【選択図】        図１
2006108366.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元構造の異なる複数の多孔質領域を有することを特徴とする三次元多孔質構造体。
【請求項２】
複数の深さの位置に異なる多孔質領域を有することを特徴とする三次元多孔質構造体。
【請求項３】
同一素子内の複数の位置において複数の深さに異なる多孔質領域を有することを特徴とする三次元多孔質構造体。
【請求項４】
複数の深さに異なる多孔質領域を有し、その一部がある深さにおいて結合していることを特徴とする三次元多孔質構造体。
【請求項５】
両面に多孔質領域を有することを特徴とする三次元多孔質構造体。
【請求項６】
深さにより異なる多孔度を持った複数の多孔質領域を有することを特徴とする三次元多孔質構造体。
【請求項７】
非多孔質層上にマスクを形成する工程と、前記非多孔質層のマスクが形成されていない領域に多孔質層を形成する工程と、非多孔質層を積層する工程とを複数回繰り返すことによって、多孔質層が多層配置された三次元多孔質構造体を製造することを特徴とする三次元多孔質構造体の製造方法。
【請求項８】
非多孔質層にマスクを形成する工程と、前記非多孔質層のマスクで覆われていない領域に高濃度不純物領域を形成する工程と、非多孔質層を積層する工程とを複数回繰り返し実施し、その後、前記高濃度不純物領域に多孔質領域を形成する工程を実施することによって、多孔質層が多層配置された三次元多孔質構造体を製造することを特徴とする三次元多孔質構造体の製造方法。
【請求項９】
前記多孔質領域を形成する工程は、陽極化成処理又はステインエッチ処理によって行うことを特徴とする請求項７又は８に記載の三次元多孔質構造体の製造方法。
【請求項１０】
前記高濃度不純物領域を形成する工程は、２種類以上のイオンを注入することで行うことを特徴とする請求項８に記載の三次元多孔質構造体の製造方法。
【請求項１１】
前記高濃度不純物領域の熱処理工程を更に含むことを特徴とする請求項８に記載の三次元多孔質構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子、光透過性基板、微小電気機械機構等に応用され得る多孔質構造体及びその製造方法に関し、特に、三次元構造の異なる複数の多孔質領域を有する三次元多孔質構造体及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリコン基体としては、直下に支持体のない無支持薄層構造を有するシリコン基体が提案されており、その加工方法としては、非多孔質シリコンの表面または表面裏面とも部分的に多孔質を形成し、表面から裏面まで多孔質化し、その前後で薄層を形成する方法が提案されている（特許文献１）。また、部分的に多孔質を形成する方法として、部分的にマスクで覆い、露出した部分を多孔質化する方法、部分的に高抵抗化し、露出した低抵抗部分を多孔質化する方法が提案されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開平５−９０１１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記構造及び製造方法では、各単一機能を満たす一部品にしかならず、例えば、半導体素子や光透過性基板等の製品として機能するためには、その他の多数部品と組み合わせる必要があり、精度が低下する恐れがある。また、微小化が困難であり、製品が大きくなってしまう懸念があった。
【０００４】
本発明の目的は、選択的に且つ微細に複合機能を持ちえる構造に非多孔質層を加工し、半導体素子、光透過性基板、微小電気機械機構等に好適に応用可能な三次元多孔質構造体及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の三次元多孔質構造体は、上記目的を達成するため、三次元構造の異なる複数の多孔質領域を有することを特徴とする。
【０００６】
また、本発明の三次元多孔質構造体は、複数の深さの位置に異なる多孔質領域を有することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の三次元多孔質構造体は、同一素子内の複数の位置において複数の深さに異なる多孔質領域を有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の三次元多孔質構造体は、複数の深さに異なる多孔質領域を有し、その一部がある深さにおいて結合していることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の三次元多孔質構造体は、両面に多孔質領域を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の三次元多孔質構造体は、深さにより異なる多孔度を持った複数の多孔質領域を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の三次元多孔質構造体の製造方法は、非多孔質層上にマスクを形成する工程と、前記非多孔質層のマスクが形成されていない領域に多孔質層を形成する工程と、非多孔質層を積層する工程とを複数回繰り返すことによって、多孔質層が多層配置された三次元多孔質構造体を製造することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の三次元多孔質構造体の製造方法は、非多孔質層にマスクを形成する工程と、前記非多孔質層のマスクで覆われていない領域に高濃度不純物領域を形成する工程と、非多孔質層を積層する工程とを複数回繰り返し実施し、その後、前記高濃度不純物領域に多孔質領域を形成する工程を実施することによって、多孔質層が多層配置された三次元多孔質構造体を製造することを特徴とする。
【００１３】
本発明に用いる多孔質層は、陽極化成時の電流の流れに沿って形成されるため、マスクや不純物濃度分布を設けること等により、電流の流れを制御することができ、ほぼ任意の形状、多孔度に非多孔質層を加工することが可能となり、精度よく微細に三次元多孔質構造体を作製することができる。
【００１４】
更に、上記製造方法により、半導体素子、光透過性基板、微小電気機械機構等の各機能を満たす設計に合わせた構造、性質の多孔質領域を有する三次元多孔質構造体を作製することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、三次元構造の異なる複数の多孔質領域を有する三次元多孔質構造体を容易且つ自由に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１７】
（第１の実施形態）
本発明の好適な第１の実施形態に係る三次元多孔質構造体の製造方法について説明する。図１は第１の実施形態に係る三次元多孔質構造体の製造方法を示す概念図である。
【００１８】
まず、図１（ａ）に示す工程では、非多孔質シリコン１１の表面をマスク１２で覆い、部分的に開口部を設ける。マスク１２としては、弗酸に対して耐性の強いポリイミド膜、アピエゾンワックス、窒化膜等が好適である。
【００１９】
次いで、図１（ｂ）に示す工程では、非多孔質シリコン１１の露出した部分に多孔質領域１３を形成する。多孔質領域１３は、例えば、電解液（化成液）中で陽極化成処理（陽極処理）を施すことによって形成することができる。電解液としては、例えば、弗化水素を含む溶液、弗化水素及びエタノールを含む溶液、弗化水素及びイソプロピルアルコールを含む溶液等が好適である。なお、多孔質層１３の形成方法としては、これに限ることなく、例えば、ステインエッチ処理によって行ってもよい。
【００２０】
また、多孔質領域１３を互いに多孔度の異なる２層以上の層からなる多層構造としてもよい。多層構造の多孔質領域１３としては、表面側に第１の多孔度を有する第１の多孔質シリコン層、その下に、第１の多孔度より大きい第２の多孔度を有する第２の多孔質Ｓｉ層を含むことが好ましい。第１の多孔度としては１０％〜３０％が好ましく、１５％〜２５％が更に好ましい。第２の多孔度としては１０％〜７０％が好ましい。
【００２１】
次いで、図１（ｃ）に示す工程では、マスク１２を剥離し、多孔質領域１３を部分的に一層配置した構造を形成する。
【００２２】
次に、図１（ｄ）に示す工程では、多孔質領域１３を部分的に配置した図１（ｃ）の基板上に非多孔質シリコン層１４を形成する。非多孔質シリコン層１４としては、単結晶Ｓｉ層、多結晶Ｓｉ層、非晶質Ｓｉ層等のＳｉ層であっても何ら問題ない。更に、非多孔質シリコン層１４の表面をマスク１２で覆い、部分的に開口部を設ける。
【００２３】
次いで、図１（ｅ）に示す工程では、非多孔質シリコン層１４の露出した部分に多孔質領域１３を形成する。この場合の多孔質シリコン層１３の形成方法は図１（ｂ）で説明した方法と同様である。
【００２４】
次に、図１（ｆ）に示す工程では、マスク１２を剥離し、多孔質領域１３を部分的に二層配置した構造を形成する。
【００２５】
また、図１（ｇ）〜（ｉ）に示す工程では、図１（ｄ）〜（ｆ）に示す工程を同様に繰り返し実施し、多孔質領域１３を部分的に多層配置した三次元構造を形成する。
【００２６】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る基板の作製方法について説明する。図２は本発明の第２の実施形態に係る基板の作製方法を示す概念図である。
【００２７】
まず、図２（ａ）に示す工程では、非多孔質シリコン２１の表面をマスク２２で覆い、部分的に開口部を設ける。非多孔質シリコンとしては、高抵抗Ｎ型基板が好適であり、マスク２２としては、イオン注入の保護膜としてフォトレジスト膜、窒化膜等が好適である。
【００２８】
次いで、図２（ｂ）に示す工程では、非多孔質シリコン２１の露出した部分に不純物領域２３を形成する。不純物領域２３は、Ａｓ及びＢをイオン注入等により、高濃度に形成することが望ましい。
【００２９】
次に、図２（ｃ）に示す工程では、マスク２２を剥離し、不純物領域２３を部分的に一層配置した構造を形成する。
【００３０】
次いで、図２（ｄ）に示す工程では、不純物領域２３が部分的に配置された図２（ｃ）の基板上に非多孔質シリコン層２４を形成する。非多孔質シリコン層２４の形成は、同非多孔質シリコン２１上への形成のため、従来技術により容易に精度よく形成することが可能である。更に、非多孔質シリコン層２４の表面をマスク２２で覆い、部分的に開口部を設ける。
【００３１】
次に、図２（ｅ）に示す工程では、非多孔質シリコン層２４の露出した部分に不純物領域２３を形成する。不純物領域２３としては、Ａｓ及びＢをイオン注入等により、高濃度に形成することが望ましい。
【００３２】
次いで、図２（ｃ）〜（ｅ）に示す工程を同様に繰り返し実施し、図２（ｆ）に示す工程で不純物領域２３が拡散により結合するように熱処理を実施し、不純物領域２３を部分的に多層配置した三次元構造を形成する。
【００３３】
次に、図２（ｇ）に示す工程では、非多孔質シリコン２１に不純物領域２３を形成した部分に多孔質領域２５を形成する。多孔質領域２５は、例えば、電解液（化成液）中で陽極化成処理（陽極処理）を施すことによって、不純物領域２３濃度分布に沿って形成することができる。ここで、電解液としては、例えば、弗化水素を含む溶液、弗化水素及びエタノールを含む溶液、弗化水素及びイソプロピルアルコールを含む溶液等が好適である。多孔質領域２５の形成方法としては、ステインエッチ処理によって行ってもよい。また、多孔質領域２５を互いに多孔度の異なる２層以上の層からなる多層構造としてもよい。
【００３４】
次いで、図２（ｈ）に示す工程では、マスク２２を剥離し、多孔質領域２５を部分的に多層配置した三次元構造を形成する。
【実施例】
【００３５】
次に、本発明を実施例に基づき説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
【００３６】
（実施例１）
実施例１では、図１の製造方法を用いて三次元多孔質構造体を作製した。
【００３７】
まず、非多孔質シリコン１１として、Ｐ型（１００）の比抵抗０．０１ΩｃｍＳｉ基板を使用し、Ｓｉ基板上に、マスク１２として、１μｍのポリイミド膜を塗布し成膜した。その後フォトリソグラフィーにより多孔質領域を形成する部分に開口部を設けた（図１（ａ））。
【００３８】
次に、部分的に開口部を設けたＳｉ基板に陽極化成を行った。陽極化成は４９％フッ化水素酸溶液とアルコール溶液を１：１の割合で混合した溶液中で１４分間、電流密度１０ｍＡ／ｃｍ２で行った。多孔質化されたＳｉ層１３の厚みは１５μｍであった（図１（ｂ））。
【００３９】
次いで、マスク１２を剥離し、多孔質領域１３が部分的に一層配置されたＳｉ基板を形成した（図１（ｃ））。
【００４０】
次に、酸素雰囲気で４００℃、６０分間の熱処理を行い多孔質Ｓｉ層１３の表面を安定化させた。その後、多孔質領域１３が部分的に配置されたＳｉ基板上にＳｉをエピタキシャル成長させて、１０μｍのエピタキシャルＳｉ層１４を形成した。
【００４１】
次に、エピタキシャルＳｉ層１４上に、マスク１２として１μｍのポリイミド膜を塗布し成膜した。その後フォトリソグラフィーにより多孔質領域を形成する部分に開口部を設けた（図１（ｄ））。
【００４２】
次に、部分的に開口部を設けたエピタキシャルＳｉ層１４に陽極化成を行った。陽極化成は４９％フッ化水素酸溶液とアルコール溶液を１：１の割合で混合した溶液中で９分間、電流密度１０ｍＡ／ｃｍ２で行った。多孔質化されたＳｉ層１３の厚みは１０μｍであった（図１（ｅ））。
【００４３】
次に、マスク１２を剥離し、多孔質領域１３が部分的に二層配置されたＳｉ基板を形成した（図１（ｆ））。
【００４４】
次いで、酸素雰囲気で４００℃、６０分間の熱処理を行い多孔質Ｓｉ層１３の表面を安定化させた。その後、多孔質領域１３が部分的に配置されたＳｉ基板上にＳｉをエピタキシャル成長させて、５μｍのエピタキシャルＳｉ層１４を形成した。
【００４５】
次に、エピタキシャルＳｉ層１４上に、マスク１２として１μｍのポリイミド膜を塗布し成膜した。その後フォトリソグラフィーにより多孔質領域を形成する部分に開口部を設けた（図１（ｇ））。
【００４６】
次に、部分的に窓開けされたエピタキシャルＳｉ層１４に陽極化成を行った。陽極化成は４９％フッ化水素酸溶液とアルコール溶液を１：１の割合で混合した溶液中で４分間、電流密度１０ｍＡ／ｃｍ２で行った。多孔質化されたＳｉ層１３の厚みは５μｍであった（図１（ｈ））。
【００４７】
次に、マスク１２を剥離し、多孔質領域１３が部分的に多層配置された三次元多孔質構造Ｓｉ基板を形成した（図１（ｉ））。
【００４８】
次に、本実施例の製造方法を用いて製造可能な三次元多孔質構造体の例を説明する。図３（ａ）〜（ｆ）はその本実施例の製造方法を用いて製造可能な三次元多孔質構造体の例を示す図（側面方向から見た模式図）、図４（ａ）〜（ｆ）はその上面方向から見た模式図である。図３（ａ）〜（ｆ）はそれぞれ図４（ａ）〜（ｆ）に対応している。
【００４９】
まず、図３（ａ）と図４（ａ）は複数の深さの位置に大きさの異なる多孔質層を有する場合の例を示す。この場合には、最も深い位置に多孔質層１０１が形成され、中間の位置に多孔質層１０２が形成され、最上層に多孔質層１０３が形成されている。これらの多孔質層は２辺の長さと高さが異なっている。
【００５０】
図３（ｂ）と図４（ｂ）は同一素子内の複数の位置（図３（ｂ）、図４（ｂ）では２箇所の位置）において、複数の深さに大きさの異なる多孔質層を有する例を示す。多孔質層１０１〜１０３は図３（ａ）、図４（ａ）と同様であるが、この他に多孔質層１０４、１０５が形成されている。多孔質層１０４と１０５は深さの異なる位置に形成され、２辺の長さと高さが異なっている。
【００５１】
図３（ｃ）〜図３（ｅ）と図４（ｃ）〜図４（ｅ）は複数の深さの位置に大きさの異なる複数の多孔質層を有し、その一部がある深さにおいて結合している例を示す。まず、図３（ｃ）と図４（ｃ）の例では多孔質層１０１と１０２と１０３が結合している。また、多孔質層１０３と１０６が結合している。
【００５２】
図３（ｄ）と図４（ｄ）の例では多孔質層１０７と１０２と１０９が結合している。また、多孔質層１０８と１０６と１０９が結合している。
【００５３】
図３（ｅ）と図４（ｅ）の例では多孔質層１０７と１０２と１０９が結合している。また、多孔質層１０６と１０９が結合している。
【００５４】
図３（ｆ）と図４（ｆ）は多孔質層を両面に有する例を示す。多孔質層１０１〜１０３は図３（ａ）と図４（ａ）のものと同じであるが、更に、多孔質層１０３とは反対側の面に大きさの異なる多孔質層１１０が形成されている。
【００５５】
（実施例２）
実施例２では図２の製造方法を用いて三次元多孔質構造体を作製した。
【００５６】
まず、非多孔質シリコン２１として、Ｎ型（１００）の比抵抗５ΩｃｍＳｉ基板を使用し、Ｓｉ基板上に、マスク２２として１μｍのフォトレジスト膜を塗布し成膜した。その後フォトリソグラフィーにより不純物領域を形成する部分に開口部を形成した（図２（ａ））。
【００５７】
次に、部分的に開口部を設けたＳｉ基板の表面にＡｓ及びＢイオンを注入した。イオン注入はＡｓ濃度６Ｅ１９ａｔｍs／ｃｍ３、Ｂ濃度６Ｅ１８ａｔｍｓ／ｃｍ３で行った。（図２（ｂ））。
【００５８】
次に、マスク２２を剥離し、不純物領域２３が部分的に一層配置されたＳｉ基板を形成した（図２（ｃ））。
【００５９】
次に、不純物領域２３が部分的に配置されたＳｉ基板上にＳｉをエピタキシャル成長させて、０．３μｍのエピタキシャルＳｉ層２４を形成した。また、エピタキシャルＳｉ層２４上に、マスク２２として１μｍのフォトレジスト膜を塗布し成膜した。その後フォトリソグラフィーにより不純物領域を形成する部分に開口部を設けた（図２（ｄ））。
【００６０】
次に、部分的に開口部を設けたエピタキシャルＳｉ層２４の表面にＡｓ及びＢイオンを注入した。イオン注入はＡｓ濃度６Ｅ１９ａｔｍｓ／ｃｍ３、Ｂ濃度６Ｅ１８ａｔｍｓ／ｃｍ３で行った。（図２（ｅ））。
【００６１】
次いで、図２（ｃ）〜（ｅ）に示す工程を同様に繰り返し実施した。この時、マスク２２としては、ＬＰＣＶＤ法により窒化膜を成膜した。その後不純物領域２３が拡散により結合するように窒素雰囲気で１０００℃、３０分間の熱処理を行い、不純物領域２３が部分的に多層配置されたＳｉ基板を形成した。（図２（ｆ））。
【００６２】
次に、部分的に開口部を設けた不純物拡散層２３に陽極化成を行った。陽極化成は４９％フッ化水素酸溶液とアルコール溶液と水を２：１：７の割合で混合した溶液中で、最初、電流密度４ｍＡ／ｃｍ２で９０秒間、続けて、電流密度４３ｍＡ／ｃｍ２で９秒間、続けて、電流密度１７０ｍＡ／ｃｍ２で６秒間行った。不純物拡散領域２３に沿って、深さにより多高度の異なる多孔質領域２５が形成された（図２（ｇ））。
【００６３】
次に、マスク２２を剥離し、多孔質領域２５が部分的に多層配置された三次元多孔質構造Ｓｉ基板を形成した（図２（ｈ））。
【００６４】
図３（ｇ）と図４（ｇ）は本実施例の製造方法を用いて製造可能な例を示す模式図であり、深さにより異なる多孔度を持った多孔質層を有する例を示す。図３（ｇ）は側面方向から見た模式図、図４（ｇ）は上面方向から見た模式図である。多孔質層１０１〜１０３は図３（ａ）と図４（ａ）のものと同じであるが、多孔質層１０１〜１０３の多孔度がそれぞれ異なっている。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の三次元多孔質構造体の製造方法を説明する模式的断面図である。
【図２】本発明の三次元多孔質構造体の製造方法を説明する模式的断面図である。
【図３】本発明の三次元多孔質構造体の実施例を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明の三次元多孔質構造体の実施例を模式的に示す上面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１１、２１  非多孔質シリコン
１２、２２  マスク
１３、２５  多孔質領域
１４、２４  非多孔質シリコン層（エピタキシャル層）
２３  高濃度不純物領域
１０１〜１１０  多孔質領域
【図１】
2006108366.tif 000003
【図２】
2006108366.tif 000004
【図３】
2006108366.tif 000005
【図４】
2006108366.tif 000006