(57)【要約】【課題】半導体基板側面からの力に対して機械的・構造的に強く、また半導体基板上の構造物が剥がれにくい微細化の可能な半導体デバイス及びその製造方法を提供する。【解決手段】半導体基板の主体１０５と、半導体基板１００に凹部２００を形成するように主体１０５よりも薄肉に形成され、かつ少なくとも１つの貫通孔２２０が形成されている薄肉部２１０とを有し、薄肉部２１０は、主体１０５よりもエッチングレートが遅くなるように形成されている、半導体デバイスを提供する。薄肉部２１０は、凹部２００両側の主体の橋渡し構造を提供しており、半導体基板の主体１０５側面からの力に対して半導体デバイスを機械的・構造的に強くできる。よって、半導体基板主体１０５や薄肉部２１０上、または貫通孔２２０を介して形成された配線、膜、半導体素子等の構造物を半導体デバイスから剥がれにくくすることができる。【選択図】　　　図１
2004130458.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の主体と、
前記半導体基板に凹部を形成するように前記主体よりも薄肉に形成され、かつ少なくとも１つの貫通孔が形成されている薄肉部とを有し、
前記薄肉部は、前記主体よりもエッチングレートが遅くなるように形成されている、半導体デバイス。
【請求項２】
前記薄肉部と前記主体とが一体に形成されている、請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項３】
前記薄肉部には不純物が注入されている、請求項１または２に記載の半導体デバイス。
【請求項４】
前記薄肉部は選択酸化膜により形成されている、請求項１または２に記載の半導体デバイス。
【請求項５】
半導体基板の第１面にエッチングストッパを形成するエッチングストッパ形成ステップと、
前記半導体基板の前記第１面と反対側の第２面側から、前記エッチングストッパが残留するように前記半導体基板をエッチングすることにより、前記半導体基板に凹部を形成しかつ少なくとも１つの貫通孔が形成された薄肉部を形成する薄肉部形成ステップと、
を含む半導体デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、シリコンなどの半導体材料を利用したマイクロマシン技術が提供されている。このマイクロマシン技術を用いたデバイスとしては、各種センサ、半導体レーザ、マイクロアクチュエータ、マイクロポンプやバルブなどの流体制御デバイスなどが挙げられる。このようなデバイスは、一般的には、半導体基板の表面に絶縁膜や金属パターンを用いて立体的な構造物を形成することにより構築されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図２１（ａ）は貫通孔を有する従来の半導体デバイスの断面斜視図、同図（ｂ）はその半導体基板を裏面から観察した平面図である。貫通孔１７が形成されることによって、半導体基板１０表面には第１開口２２が形成され、半導体基板１０裏面には第２開口２４が形成されている。このような貫通孔は、一般的に半導体基板１０裏面からアルカリエッチングを行うことによって形成される。この時、半導体基板１０表面の第１開口２２を所望の位置、大きさに形成するために、半導体基板１０裏面の第２開口２４は、通常、第１開口２２より大きい開口を有するマスクを用いて形成される。このような貫通孔１７を形成するシリコンなどの半導体基板の厚さは、例えば６インチ用ウェハの基板であれば約６２５μｍであり、エッチングする深さが深い。そのため、貫通孔を形成するにあたり、半導体基板の表面における第１開口２２の位置及び大きさにマージンを持たせた設計にせざるを得ない。具体的には、６インチ用半導体基板を用いて第１開口２２の幅が２０μｍ程度の貫通孔を形成したい場合でも、製作段階では幅１００μｍ程度の開口用スペースを見込んでいる。よって、半導体基板１０表面における第１開口２２及び半導体基板１０裏面における第２開口２４がともに大きくなるため、半導体基板両側からの力Ｆ（図２１（ａ）矢印参照）に対して機械的・構造的に弱い構造となる。
【０００４】
図２１（ｃ）は同図（ａ）の半導体デバイス上に半導体素子を形成した場合の平面図、同図（ｄ）は同図（ｃ）の半導体デバイスのＤ−Ｄ’での断面斜視図である。半導体基板１０上には、配線４２の一部であるゲート電極３２とソース３４とドレイン３６とを含む半導体素子３０が形成されている。半導体素子３０上には、層間絶縁膜３８と配線４０，４４とが順に形成されている。配線４０は、半導体基板１０裏面から表面にかけて、貫通孔１７の壁面１９に沿うように形成されており、層間絶縁膜３８のコンタクトホールを介して半導体素子３０のソース３４と接続されている。配線４４は、層間絶縁膜３８のコンタクトホールを介してドレイン３６と接続されている。
【０００５】
このような半導体デバイスは、半導体基板の両面に半導体素子を有する半導体デバイスや複数の半導体基板を積層した大規模なＬＳＩに適用することができる。しかし、半導体基板１０表面には第１開口２２が大きく形成されているため、高密度に配線を形成することが難しく、半導体デバイスの微細化に不向きである。また、半導体基板両側からの力に対して機械的・構造的に弱い構造であるので、半導体デバイスがたわみ、半導体基板上に形成された構造物の剥がれを生じさせる場合がある。
【０００６】
本発明の課題は、半導体基板側面からの力に対して機械的・構造的に強い半導体基板及びその製造方法を提供することである。
本発明の別の課題は、微細化の可能な半導体デバイス及びその製造方法を提供することである。
本発明の別の課題は、半導体デバイスに形成された配線等の構造物が剥離しにくい半導体デバイス及びその製造方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本願第１発明は、半導体基板の主体と、前記半導体基板に凹部を形成するように前記主体よりも薄肉に形成され、かつ少なくとも１つの貫通孔が形成されている薄肉部とを有し、前記薄肉部は、前記主体よりもエッチングレートが遅くなるように形成されている、半導体デバイスを提供する。
【０００８】
半導体デバイスは、半導体基板の主体と半導体基板に凹部を形成するように主体よりも薄肉に形成され、かつ少なくとも１つの貫通孔が形成されている薄肉部とを有している。薄肉部は、凹部両側の主体の橋渡し構造を提供しており、半導体基板の主体側面からの力に対して半導体デバイスを機械的・構造的に強くできる。また、薄肉部には１以上の貫通孔が形成されているため、例えば、薄肉部に配線を形成でき、さらに凹部両側の主体に渡る配線を形成することが容易である。さらには、薄肉部上に半導体素子を形成することもでき、半導体デバイスの高密度化・微細化が可能となる。また、薄肉部により半導体デバイスが機械的・構造的に強化されているため、半導体デバイスのたわみが低減される。よって、半導体基板主体や薄肉部上、または貫通孔を介して形成された配線、膜、半導体素子等の構造物を半導体デバイスから剥がれにくくすることができる。
【０００９】
本願第２発明は、前記第１発明において、前記薄肉部と前記主体とが一体に形成されている半導体デバイスを提供する。
半導体基板を削ることにより形成された薄肉部と半導体基板の主体とにより一体に半導体デバイスを形成する。よって、半導体基板の主体側面からの力に対して半導体デバイスを機械的・構造的に強くできる。
【００１０】
本願第３発明は、前記第１または第２発明において、前記貫通孔には金属配線が形成されている半導体デバイスを提供する。
貫通孔に金属配線を形成することで、半導体基板表面から裏面にわたる配線を形成することができ、半導体デバイスの高密度化・微細化が可能となる。
本願第４発明は、前記第１または第２発明において、前記薄肉部上には樹脂膜が形成されている半導体デバイスを提供する。
【００１１】
凹部を形成する薄肉部が樹脂膜と接触するため、半導体デバイスと樹脂膜との接触面積が増加する。よって、樹脂膜を半導体デバイスから剥がれにくくすることができる。
本願第５発明は、前記第１乃至第４発明において、前記薄肉部には不純物が注入されている、半導体デバイスを提供する。
【００１２】
半導体基板表面に不純物を添加することで、不純物が添加された部分のエッチングレートを遅くすることができる。よって、半導体基板裏面からのエッチングにより、半導体基板主体よりも薄い薄肉部を形成することができる。不純物としては、エッチングレートを遅くすることができる不純物であれば良く、ボロン、リン、ゲルマニウム等の不純物であると好ましい。
【００１３】
本願第６発明は、前記第１乃至第４発明において、前記薄肉部は選択酸化膜により形成されている、半導体デバイスを提供する。
半導体基板表面に選択酸化膜を形成することで、選択酸化膜部分のエッチングレートを遅くすることができる。よって、半導体基板裏面からのエッチングにより、半導体基板主体よりも薄い薄肉部を形成することができる。また、選択酸化膜の形成は、ＬＳＩ集積回路の通常の工程により形成できる。よって、特別の工程が必要でないため、製造工程を短縮して製造コストを低減することが可能である。また、選択酸化膜により形成された薄肉部は、電気的に良好に絶縁可能な層間絶縁膜として使用可能である。
【００１４】
本願第７発明は、半導体基板の第１面にエッチングストッパを形成するエッチングストッパ形成ステップと、前記半導体基板の前記第１面と反対側の第２面側から、前記エッチングストッパが残留するように前記半導体基板をエッチングすることにより、前記半導体基板に凹部を形成しかつ少なくとも１つの貫通孔が形成された薄肉部を形成する薄肉部形成ステップとを含む半導体デバイスの製造方法を提供する。
【００１５】
エッチングストッパは、不純物の注入された半導体基板や選択酸化膜等によりエッチングレートを低下できるように形成されている。半導体基板の第１面にエッチングストッパを有する半導体基板を第２面からエッチングすると、エッチングストッパは、半導体基板の主体に挟まれた薄肉部として残留し、凹部を形成する。薄肉部は、エッチングストッパが形成されていない部分を有し、エッチングによりその部分の半導体基板が貫通するため、少なくとも１つの貫通孔を有している。
【００１６】
このようにして得られた半導体デバイスは、凹部両側の主体の橋渡しとなる薄肉部が形成されているので、半導体基板の主体側面からの力に対して機械的・構造的に強い利点がある。また、薄肉部には１以上の貫通孔が形成されているため、例えば、薄肉部に配線を形成でき、さらに凹部両側の主体に渡る配線を形成することが容易である。さらには、薄肉部上に半導体素子を形成することもでき、半導体デバイスの高密度化・微細化が可能となる。また、薄肉部により半導体デバイスが機械的・構造的に強化されているため、半導体デバイスのたわみが低減される。よって、半導体基板主体や薄肉部上、または貫通孔を介して形成された配線、膜、半導体素子等の構造物を半導体デバイスから剥がれにくくすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の第１実施形態例を説明する。図１（ａ）は本発明の第１実施形態に係る半導体デバイスの断面斜視図、同図（ｂ）はその半導体デバイスを半導体基板裏面から観察した平面図である。
この半導体デバイスの半導体基板１００は、半導体基板の主体１０５と半導体基板１００表面側の薄肉部２１０とを有している。薄肉部２１０は、半導体基板の主体１０５の間に位置しており、半導体基板の主体１０５よりも薄く形成されている。また、薄肉部２１０と半導体基板の主体１０５により、凹部２００と半導体基板１００裏面側の開口２４０とが形成されている。薄肉部２１０には、少なくとも１つの貫通孔２２０が形成されている。この薄肉部２１０は、不純物注入や選択酸化膜により形成することができる。
【００１８】
このように、半導体基板の主体１０５の間に薄肉部２１０が形成されているため、これが半導体基板の主体１０５両側の橋渡しの役割を果たしている。よって、半導体基板両側からの力Ｆ（図１（ａ）矢印）に対して半導体デバイスを機械的・構造的に強くできる。また、薄肉部２１０には１以上の貫通孔２２０が形成されているため、例えば、薄肉部２１０に配線を形成でき、さらに凹部２００両側の主体１０５に渡る配線を形成することも容易である。さらには、薄肉部２１０上に半導体素子を形成することもでき、半導体デバイスの高密度化・微細化が可能となる。また、選択酸化膜により形成された薄肉部は、電気的に良好に絶縁可能な層間絶縁膜として使用可能である。また、薄肉部２１０により半導体デバイスが機械的・構造的に強化されているため、半導体デバイスのたわみが低減される。よって、半導体基板主体１０５や薄肉部２１０上、または貫通孔２２０を介して形成された配線、膜、半導体素子等の構造物を半導体デバイスから剥がれにくくすることができる。
【００１９】
この半導体デバイスの製造方法を説明する。製造方法には、例えば、薄肉部をボロン等の不純物の注入により形成する第１の製造工程と、薄肉部を選択酸化膜により形成する第２の製造工程とが挙げられる。図２（ａ）〜（ｃ）は図１（ａ）の第１の製造工程を示す断面図、図３は不純物濃度とシリコンエッチングレートとの関係図、図５（ａ）〜（ｄ）は図１（ａ）の第２の製造工程を示す断面図である。
【００２０】
第１の製造工程を図２（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。まず、半導体基板の主体１０５が形成される部分（α）及び貫通孔２２０が形成される部分（β）の半導体基板１００上にレジスト等のマスク１１０を形成する。そして、マスク１１０の開口部分（γ）を通して半導体基板１００の表面にボロン等の不純物を注入する（同図（ａ）参照）。注入する不純物は、シリコンエッチングレートを遅くすることができる不純物であれば良く、ボロン、リン、ゲルマニウム等の不純物であると好ましい。不純物の注入は、不純物の注入がない、または少ない半導体基板よりもエッチングレートを遅くできる濃度で行う。図３は、シリコン基板にボロンを注入する場合であれば１×１０１９ｐｃｓ／ｃｍ３以上の濃度で打ち込むと良好にエッチングレートを遅くすることができることを示している。
【００２１】
次に、半導体基板１００裏面上に、不純物を注入した部分（γ）と対向する位置に開口を有するシリコン酸化膜等の裏面エッチ用マスク１２０を形成する（同図（ｂ）参照）。
この裏面エッチ用マスク１２０を用いて、エッチング処理による異方性エッチングを半導体基板１００裏面より行い、貫通孔２２０を有する薄肉部２１０を形成する。このとき、半導体基板の主体１０５と薄肉部２１０とにより囲まれる凹部２００が形成される。このエッチングの際、γ部分の半導体基板１００の表面には不純物が注入されているため、エッチングレートが前記不純物の注入されていない半導体基板１００よりも遅くなる。そのため、不純物が注入された部分（γ）はエッチングされることなく残留し、薄肉部２１０が形成される。一方、不純物が注入されていない部分（β）の半導体基板はその表面までエッチングが進行して、貫通孔２２０が形成される。最後に、マスク１１０，１２０を除去する（同図（ｃ）参照）。半導体基板１００裏面からのエッチング処理としては、アルカリエッチング処理を行うと好ましい。アルカリエッチングは、ＳｉＯ２やＳｉ３Ｎ４等のマスクにより処理が可能であり、またエッチング処理における横方向の広がりの少ない異方性エッチングが可能であるので開口寸法の制御性が良い。
【００２２】
このように、不純物注入の場所を制御することにより、貫通孔２２０を正確に位置制御して形成することができる。
上記では、γ部分に薄肉部２１０を形成し、β部分に貫通孔２２０を形成しているが、図４に示すように貫通孔２２０と薄肉部２１０とを形成しても良い。
次に、第２の製造工程を図５（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。まず、半導体基板１００を酸化することにより、半導体基板１００上にシリコン酸化膜１３０を形成する。さらに、半導体基板の主体１０５が形成される部分（α）及び貫通孔２２０が形成される部分（β）のシリコン酸化膜１３０上にシリコン窒化膜等のマスク１１０を形成する（同図（ａ）参照）。
【００２３】
次に、この半導体基板１００を熱酸化することで、マスク１１０の開口部分（γ）に選択酸化膜（ＬＯＣＯＳ）１４０を形成する（同図（ｂ）参照）。
さらに、選択酸化膜１４０を形成した部分と対向する位置に開口を有するシリコン酸化膜等の裏面エッチ用マスク１２０を半導体基板１００裏面上に形成する（同図（ｃ）参照）。
【００２４】
このマスク１２０を用いて、エッチング処理、好ましくはアルカリエッチング処理による異方性エッチングを半導体基板１００裏面より行い、薄肉部２１０（選択酸化膜１４０）と貫通孔２２０とを形成する。このエッチングの際、γ部分の半導体基板１００の表面には選択酸化膜１４０が形成されているため、選択酸化膜１４０が形成されていない部分よりエッチングレートが遅くなる。そのため、選択酸化膜が形成された部分（γ）はエッチングされることなく残留し、薄肉部２１０（選択酸化膜１４０）が形成される。一方、選択酸化膜が形成されていない部分（β）の半導体基板はその表面までエッチングが進行して、貫通孔２２０が薄肉部２１０に形成される。この時、半導体基板の主体１０５と薄肉部２１０とにより囲まれる凹部２００が形成される。最後に、マスク１１０，１２０を除去する（同図（ｄ）参照）。
【００２５】
選択酸化膜１４０の形成は、ＬＳＩ集積回路の通常の工程により形成できる。よって、特別の工程が必要でないため、製造工程を短縮して製造コストを低減することが可能である。また、選択酸化膜を形成する場所を制御することにより、貫通孔２２０を正確に位置制御して形成することができる。
上記では、γ部分に薄肉部２１０を形成し、β部分に貫通孔２２０を形成しているが、図６に示すように貫通孔２２０と薄肉部２１０とを形成しても良い。
【００２６】
［実施例１］
図７は、第１の実施形態による基本構造を、微細配線を有する半導体デバイスに適用した場合の実施例である。この半導体デバイスの半導体基板１００は、半導体基板の主体１０５と半導体基板１００表面側の薄肉部２１０と半導体基板１００上に形成された層間絶縁膜３８０と配線４００，４２０とを有している。薄肉部２１０は、半導体基板の主体１０５の間に位置しており、半導体基板の主体１０５よりも薄く形成されている。この薄肉部２１０には、貫通孔２２０が形成されている。また、薄肉部２１０と半導体基板の主体１０５により、凹部２００と半導体基板裏面側の開口２４０とが形成されている。配線４００は、半導体基板１００表面及び裏面を結合する配線であり、貫通孔２２０を介して凹部２００の壁面２４５に沿って形成されている。また、配線４２０は、薄肉部２１０上の層間絶縁膜３８０に形成されている。このように、薄肉部２１０により半導体デバイスの機械的・構造的強度の向上を図りつつ、かつ薄肉部２１０に高密度に配線を形成することにより半導体デバイスの微細化が可能となる。また、薄肉部２１０により半導体デバイスが機械的・構造的に強化されているため、半導体デバイスのたわみが低減される。よって、半導体基板主体１０５や薄肉部２１０上、または貫通孔２２０を介して形成された配線４００，４２０、層間絶縁膜３８０、半導体素子等の構造物を半導体デバイスから剥がれにくくすることができる。
【００２７】
図８（ａ）〜（ｄ）、図９（ａ）〜（ｂ）は、図７の半導体デバイスの製造工程である。図９（ｂ）は、半導体デバイスの断面斜視図であり、配線４００は、貫通孔２２０を介して凹部２００の壁面２４５に沿って形成され、配線４２０は、薄肉部２１０上の層間絶縁膜３８０及び半導体基板の主体１０５上に形成されている。
【００２８】
まず、半導体基板１００上に、開口を有するレジスト等のマスク５００を形成する。そして、マスク５００の開口部分から半導体基板１００の表面にボロン（Ｂ）等の不純物を注入する（図８（ａ）参照）。マスク５００の開口場所は、薄肉部を形成する部分であり、注入する不純物の種類や濃度は上述の通りである。次にマスク５００を除去し、半導体基板１００上に層間絶縁膜３８０を形成する（図８（ｂ）参照）。
【００２９】
さらに、層間絶縁膜３８０上に配線４２０を形成し、半導体基板１００裏面上に不純物を注入した部分と対向する位置に開口を有するシリコン酸化膜等の裏面エッチ用マスク５２０を形成する（図８（ｃ）参照）。
裏面エッチ用マスク５２０を用いて、エッチング処理、好ましくはアルカリエッチング処理による異方性エッチングを半導体基板１００裏面より行い、ボロン（Ｂ）等の不純物が注入されていない半導体基板１００を除去する。これにより、薄肉部２１０、貫通孔２２０、凹部２００が形成される。さらに、マスク５２０を除去する（図８（ｄ）参照）。
【００３０】
次に、半導体基板１００裏面からのドライエッチングにより、貫通孔２２０により露出された層間絶縁膜３８０を配線４２０の表面が露出されるまで除去する（図９（ａ）参照）。
配線４００を貫通孔２２０を介して凹部２００の壁面２４５に沿って形成し、配線４２０と配線４００とを接続する（図９（ｂ）参照）。配線４００を形成するためのマスクは、非平面へのマスク形成が可能な方法を用いて形成される。例えば、加圧した気体とともにレジスト粒子を噴霧して霧化して行う。この時、半導体基板に付着したレジスト粒子の乾燥と粒子同士の融合による平坦化の速度が最適になるように、半導体基板と噴霧器の距離、半導体基板の温度等を最適化してレジストの作成を行う。
【００３１】
［実施例２］
図１０は、図７の半導体デバイスを積層した場合の実施例である。図１０に示すように、半導体基板１５０上には、ゲート電極３２０とソース３４０とドレイン３６０とを含む半導体素子３００が形成されている。半導体素子３００上には、層間絶縁膜３８０と配線４４０，４４５とが順に形成されている。配線４４０，４４５は、層間絶縁膜３８０のコンタクトホールを介してそれぞれソース３４０，ドレイン３６０と接続されている。この半導体基板１５０の上部に半導体基板１００を積層して、一体の半導体デバイスを構成している。上部の半導体基板１００上の配線構成は、図７と同様である。ここで、上部の半導体基板１００と下部の半導体基板１５０との電気的結合は、下部の半導体基板１５０の配線４４０，４４５と上部の半導体基板１００の配線４００との接続により行われている。以上では２層の積層構造について述べたが、複数の半導体基板を積層することもできる。このようにすることで、薄肉部２１０による半導体デバイスの機械的・構造的強度が向上し、半導体デバイスのたわみが低減される。この結果、半導体基板上の配線、膜、半導体素子等の構造物を半導体デバイスから剥がれにくくすることができる。また、薄肉部２１０に高密度に配線を形成することによる半導体デバイスの微細化や、さらに半導体デバイスの多層化が可能となる。
【００３２】
［実施例３］
図１１は、半導体基板の表面及び裏面に半導体素子が形成された半導体デバイスの実施例を示す。半導体基板１００の表面及び裏面上には、ゲート電極３２０とソース３４０とドレイン３６０とを含む半導体素子３００がそれぞれ形成されている。半導体素子３００上には、層間絶縁膜３８０と配線４００が順に形成されている。この半導体基板１００表面及び裏面上の半導体素子３００は、配線４００により互いに接続されている。配線４００は、薄肉部２１０上及び半導体基板の主体１０５上に形成され、かつ貫通孔２２０を介して凹部２００の壁面２４５に沿って形成されている。このような構成により、薄肉部２１０による半導体デバイスの機械的・構造的強度が向上し半導体デバイスのたわみが低減される。その結果、半導体基板上の配線、膜、半導体素子等の構造物が半導体デバイスから剥離しにくくなり、薄肉部２１０に配線や半導体素子３００を高密度に形成することによる半導体デバイスの微細化が可能となる。また、半導体基板１００表面と裏面ともに半導体素子３００を形成して互いに配線接続ができるので、半導体デバイスの高密度化がさらに可能である。
【００３３】
［実施例４］
図１２は図１１の半導体デバイスを積層した場合の実施例である。半導体素子３００が形成された別の半導体基板１５０上に図１１の半導体デバイスを積層することもでき、さらなる半導体デバイスの高密度化・多層化が可能となる。ここでは、２層の積層構造について述べたが、複数の半導体デバイスを積層することもできる。
【００３４】
［実施例５］
図１３は第１実施形態の基本構造をマイクロポンプに適用した場合の実施例、図１４（ａ）は凹部７３０ｂの拡大図、同図（ｂ）は図１３のＡ−Ａ’断面の平面図、同図（ｃ）はバルブの拡大図である。
マイクロポンプは、仕切板６２０が形成された樹脂板６１０と、半導体基板７１０と、樹脂板６１０と反対側の半導体基板裏面に接合された樹脂板８１０とを有している。
【００３５】
半導体基板７１０は、半導体基板の主体７０５と薄肉部７１５とを含んでいる。また、薄肉部７１５と半導体基板の主体７０５とにより凹部７３０ａ〜７３０ｄ（凹部７３０）が形成されている。凹部７３０ａ，７３０ｃは、流体を半導体基板表面から裏面へと導き、凹部７３０ｂ，７３０ｄは、流体を半導体基板裏面から表面へと導く。また、薄肉部７１５には貫通孔７３５ａ，７３５ａ’　７３５ｂ，７３５ｂ’，７３５ｃ，７３５ｃ’　７３５ｄ，７３５ｄ’（貫通孔７３５）が設けられており、貫通孔７３５ａ，７３５ａ’は凹部７３０ａに、貫通孔７３５ｂ，７３５ｂ’は凹部７３０ｂに、貫通孔７３５ｃ，７３５ｃ’は凹部７３０ｃに、貫通孔７３５ｄ，７３５ｄ’は凹部７３０ｄに対応して形成されている。樹脂板６１０は、半導体基板７１０上の熱酸化膜７７２及び酸化膜７７４上に形成されており、仕切板６２０を有している。この仕切板６２０は、貫通孔７３５ｂ，７３５ｂ’からの流体をそれぞれ分離する圧力室６６０ａ，６６０ｂ（圧力室６６０）を有するように形成されている（圧力室６６０ｂは図示せず）。樹脂板６１０の仕切板６２０上には、仕切板６２０を振動させるためのピエゾアクチュエータ６３０が取り付けられている。バルブ７２０ａ，７２０ａ’，７２０ｂ，７２０ｂ’（バルブ７２０）は、液路となる貫通孔７３５を有する半導体基板７１０上に、液路をふさぐような形状のポリシリコンでできた円盤状の弁と、片側を基板に固定され前記弁を支える４本の腕とから形成される（図１４（ｃ）参照）。それぞれの凹部７３０に対する貫通孔、バルブ、圧力室の構成をまとめると、次の通りである。凹部７３０ａに対して貫通孔が２箇所（７３５ａ，７３５ａ’）、凹部７３０ｃに対して貫通孔が２箇所（７３５ｃ，７３５ｃ’）、設けられている。一方、凹部７３０ｂに対して、貫通孔が２箇所（７３５ｂ，７３５ｂ’）、バルブが２箇所（７２０ａ，７２０ａ’）、圧力室が２箇所（圧力室６６０ａ，６６０ｂ）設けられている。凹部７３０ｄには、貫通孔が２箇所（７３５ｄ，７３５ｄ’）、バルブが２箇所（７２０ｂ，７２０ｂ’）設けられている。本実施例では、上記のように凹部一箇所に対して貫通孔、バルブ等が、それぞれ２個設けられているが、２箇所以上設けられていても良い。
【００３６】
このようなマイクロポンプは、薄肉部７１５に複数の貫通孔７３５を形成することができので、複数の貫通孔上に高密度にバルブを形成することが可能である。また、薄肉部７１５により半導体デバイスの機械的・構造的強度が向上して半導体デバイスのたわみが低減され、樹脂膜やバルブを半導体デバイスから剥がれにくくすることが可能である。さらに、例えばバルブ７２０ごとに設けた圧力室６６０を、図１５に示すＬ字形やステップ形状など様々な形状に形成することで、様々な形態のマイクロポンプを得ることができる。
【００３７】
図１６（ａ）〜（ｄ）、図１７（ａ）〜（ｂ）、図１８（ａ）〜（ｂ）、図１９（ａ）〜（ｂ）は、図１４（ｂ）のＢ−Ｂ’断面におけるマイクロポンプの要部の製造工程を示し、図１９（ｂ）は、図１４（ｂ）のＢ−Ｂ’断面におけるマイクロポンプの要部の構成を示す。また、図２０（ａ）〜（ｅ）は、図１４（ｂ）のＣ−Ｃ’断面におけるマイクロポンプの要部の製造工程を示し、同図（ｅ）は、図１４（ｂ）のＣ−Ｃ’断面におけるマイクロポンプの要部の構成を示す。
【００３８】
図１９（ｂ）のマイクロポンプの要部の構成は、図１３と同様であり、図２０（ｅ）のマイクロポンプの要部は、以下の構成からなる。
マイクロポンプは、半導体基板７１０と、半導体基板７１０の両面に接合された２つの樹脂板６１０，８１０とを含む。半導体基板７１０には、半導体基板の主体７０５と薄肉部７１５とが形成されている。また、薄肉部７１５と半導体基板の主体７０５とにより、凹部７３０ｂが形成されている。凹部７３０ｂにおいて、薄肉部７１５には貫通孔７３５ｂ，７３５ｂ’が形成されており、貫通孔７３５ｂ，７３５ｂ’上にはバルブ７２０ａ，７２０ａ’がそれぞれ形成されている。
【００３９】
樹脂板６１０は、半導体基板７１０上の熱酸化膜７７２及び酸化膜７７４上に形成されており、仕切板６２０を有している。仕切板６２０は、半導体基板７１０表面との間に圧力室６６０ａ及び６６０ｂを形成している。この仕切板６２０上には、仕切板６２０を振動させるためのピエゾアクチュエータが取り付けられ（図示せず）、圧力室６６０ａ，６６０ｂ内の圧力を変化させる。
【００４０】
図１６（ａ）〜（ｄ）、図１７（ａ）〜（ｂ）、図１８（ａ）〜（ｂ）、図１９（ａ）〜（ｂ）及び図２０（ａ）〜（ｅ）を参照して、マイクロポンプの要部の製造工程を説明する。
まず、前述の方法で、例えば（１００）シリコン基板である半導体基板７１０表面上に、不純物を注入する部分（γ）に開口を有するマスク７７０を形成する。マスク７７０は、例えばレジスト、酸化膜等からなる。そして、マスク７７０の開口（γ）を通して半導体基板７１０の表面にボロン等の不純物を注入する（図１６（ａ），図２０（ａ）参照）。不純物を注入する部分（γ）は、凹部７３０ａ〜７３０ｄ（凹部７３０）に対応している。
【００４１】
マスク７７０を取り除き、熱酸化膜７７２を形成し、熱酸化膜７７２の上に酸化膜７７４を堆積させる。熱酸化膜７７２及び酸化膜７７４は、バルブ７２０を形作るようにそれぞれ開口を有している（図１６（ｂ）参照）。また、熱酸化膜７７２及び酸化膜７７４を、バルブ７２０以外の部分に半導体素子を形成するためや、半導体素子を保護するために利用することもできる。
【００４２】
バルブ７２０を熱酸化膜７７２及び酸化膜７７４上に形成する（図１６（ｃ），図２０（ｂ）参照）。バルブ７２０は、例えば、ＣＶＤとフォトレジストをマスクにしたプラズマエッチングによりｐｏｌｙ−Ｓｉで形成される。
流体を半導体基板表面から裏面へ導く部分及び半導体基板裏面から表面へ導く部分、つまり凹部７３０に対応する部分に開口を有するレジスト７７６を、熱酸化膜７７２及び酸化膜７７４上に形成する。レジスト７７６の開口部分に位置する、熱酸化膜７７２及び酸化膜７７４をＨＦにより除去する（図１６（ｄ），図２０（ｃ）参照）。
【００４３】
樹脂板６１０に流体の流路を形成するために、入口６４０、圧力室６６０及び出口６５０に対応する部分にレジスト７７８を塗布する。レジスト７７８上に樹脂板６１０となる有機膜を、例えばスピンコートにより塗布する。入口６４０、仕切板６２０及び出口６５０に対応する有機膜を、例えばＯ２プラズマドライエッチングにより除去し、樹脂板６１０を形成する。半導体基板７１０に凹部７３０及び液路７５０を形成するためにレジスト７７８及び樹脂板６１０上に、裏面からのエッチングによる影響から保護するための保護膜７８０を形成する。まず、半導体基板７１０裏面に液路７５０に対応する部分に開口を有するレジスト７８２を形成し、半導体基板７１０裏面からのエッチングにより液路７５０を形成する（図１７（ａ）〜（ｂ）、図１８（ａ）〜（ｂ），図２０（ｄ）参照）。
【００４４】
レジスト７８２を除去し、凹部７３０に対応する部分に開口を有するレジスト７８４を半導体基板７１０裏面に形成し、半導体基板裏面からのエッチングにより凹部７３０を形成する。次に保護膜７８０を除去し、半導体基板表面から例えばＵＶ露光により全面露光を行う（図１９（ａ）参照）。
全面露光後、現像液によりレジスト７７８を除去し、半導体基板７１０裏面に樹脂板８１０を接合し、マイクロポンプを得る（図１９（ｂ）、図２０（ｅ）参照）。
【００４５】
このようなマイクロポンプは、貫通孔が形成される位置を不純物の注入位置により制御できるので、貫通孔の位置が正確に制御される。従って、バルブ、圧力室、液路、入口、出口など各種素子や機能部を半導体基板表面上に精度良く高密度に形成することができる。薄肉部を、前述のように選択酸化膜により形成することもできる。ここでは微細配線を有する半導体デバイス、マイクロポンプを例に挙げたが、他にマイクロバルブ、フローセンサ、光配線など様々なマイクロマシンに本発明を適用することができる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明を用いれば、半導体基板両側からの力に対して機械的・構造的に強い半導体基板を提供することができる。
本発明を用いれば、微細化の可能な半導体デバイスを提供することができる。また、本発明を用いれば、半導体デバイスに形成された配線等の構造物が剥離しにくい半導体デバイス及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の第１実施形態に係る半導体デバイスの断面斜視図。
（ｂ）（ａ）の半導体デバイスを半導体基板裏面から観察した平面図。
【図２】（ａ）図１（ａ）の第１の製造工程を示す断面図（１）。
（ｂ）図１（ａ）の第１の製造工程を示す断面図（２）。
（ｃ）図１（ａ）の第１の製造工程を示す断面図（３）。
【図３】不純物濃度とシリコンエッチングレートとの関係図。
【図４】図１（ａ）の第１の製造工程によるその他の半導体デバイスを示す断面図。
【図５】（ａ）図１（ａ）の第２の製造工程を示す断面図（１）。
（ｂ）図１（ａ）の第２の製造工程を示す断面図（２）。
（ｃ）図１（ａ）の第２の製造工程を示す断面図（３）。
（ｄ）図１（ａ）の第２の製造工程を示す断面図（４）。
【図６】図１（ａ）の第２の製造工程によるその他の半導体デバイスを示す断面図。
【図７】第１の実施形態による基本構造を、微細配線を有する半導体デバイスに適用した場合の断面斜視図。
【図８】（ａ）図７の半導体デバイスの製造工程を示す断面斜視図（１）。
（ｂ）図７の半導体デバイスの製造工程を示す断面斜視図（２）。
（ｃ）図７の半導体デバイスの製造工程を示す断面斜視図（３）。
（ｄ）図７の半導体デバイスの製造工程を示す断面斜視図（４）。
【図９】（ａ）図７の半導体デバイスの製造工程を示す断面斜視図（５）。
（ｂ）図７の半導体デバイスの製造工程を示す断面斜視図（６）。
【図１０】図７の半導体デバイスを積層した場合の断面斜視図。
【図１１】半導体基板の表面及び裏面に半導体素子が形成された半導体デバイスの断面斜視図。
【図１２】図１１の半導体デバイスを積層した場合の断面斜視図。
【図１３】第１実施形態の基本構造をマイクロポンプに適用した場合の断面図。
【図１４】（ａ）凹部の拡大図。
（ｂ）図１３のＡ−Ａ’断面の平面図。
（ｃ）バルブの拡大図。
【図１５】Ｌ字形やステップ形状の圧力室を有するマイクロポンプ。
【図１６】（ａ）図１４（ｂ）のＢ−Ｂ’断面におけるマイクロポンプの要部の製造工程を示す断面図（１）
（ｂ）図１４（ｂ）のＢ−Ｂ’断面におけるマイクロポンプの要部の製造工程を示す断面図（２）
（ｃ）図１４（ｂ）のＢ−Ｂ’断面におけるマイクロポンプの要部の製造工程を示す断面図（３）
（ｄ）図１４（ｂ）のＢ−Ｂ’断面におけるマイクロポンプの要部の製造工程を示す断面図（４）
【図１７】（ａ）図１４（ｂ）のＢ−Ｂ’断面におけるマイクロポンプの要部の製造工程を示す断面図（５）
（ｂ）図１４（ｂ）のＢ−Ｂ’断面におけるマイクロポンプの要部の製造工程を示す断面図（６）
【図１８】
（ａ）図１４（ｂ）のＢ−Ｂ’断面におけるマイクロポンプの要部の製造工程を示す断面図（７）
（ｂ）図１４（ｂ）のＢ−Ｂ’断面におけるマイクロポンプの要部の製造工程を示す断面図（８）
【図１９】（ａ）図１４（ｂ）のＢ−Ｂ’断面におけるマイクロポンプの要部の製造工程を示す断面図（９）
（ｂ）図１４（ｂ）のＢ−Ｂ’断面におけるマイクロポンプの要部の製造工程を示す断面図（１０）
【図２０】（ａ）図１４（ｂ）のＣ−Ｃ’断面におけるマイクロポンプの製造工程（１）
（ｂ）図１４（ｂ）のＣ−Ｃ’断面におけるマイクロポンプの製造工程（２）
（ｃ）図１４（ｂ）のＣ−Ｃ’断面におけるマイクロポンプの製造工程（３）
（ｄ）図１４（ｂ）のＣ−Ｃ’断面におけるマイクロポンプの製造工程（４）
（ｅ）図１４（ｂ）のＣ−Ｃ’断面におけるマイクロポンプの製造工程（５）
【図２１】（ａ）貫通孔を有する従来の半導体デバイスの断面斜視図。
（ｂ）（ａ）の半導体基板を裏面から観察した平面図。
（ｃ）（ａ）に半導体素子を形成した場合の平面図。
（ｄ）（ｃ）のＤ−Ｄ’での断面図斜視図。
【符号の説明】
１０、１００、１５０、７１０：半導体基板
１０５、７０５：半導体基板の主体
１７、２２０、７３５：貫通孔
１９、２４５：壁面
２２：第１開口
２４：第２開口
３０、３００：半導体素子
３２、３２０：ゲート電極
３４、３４０：ソース
３６、３６０：ドレイン
３８、３８０：層間絶縁膜
４０、４２、４４、４００、４２０、４４０、４４５：配線
１１０、１２０、５００、５２０、７７０：マスク
１３０：シリコン酸化膜
１４０：選択酸化膜
２００、７３０：凹部
２１０、７１５：薄肉部
２４０：開口
６１０、８１０：樹脂板
６２０：仕切板
６３０：ピエゾアクチュエータ
６４０：入口
６５０：出口
６６０：圧力室
７２０：バルブ
７５０：液路
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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