(57)【要約】本発明は、分離、リリース層、犠牲材用の応用のために体積に対して大きな表面の材料を用いる。この発明では、材料の構想、応用物の設計、作製形態を概説する。本発明は、堆積された柱状ボイド・ネットワーク材料を体積に対して大きな表面の材料として用いて論証を行う。多数の具体的な応用において、母材上の積層体状に構造体を生成し、分離層の材料アプローチを用いて、この積層体を本分離法を用いて母材から分離することが有利であることが示された。また、本材料は、優れたリリース層の用途を有している。多数の具体的な応用において、本アプローチが、キャビティ、チャンネル、エア・ギャップ、及び種々の基板上又は中における関連する構造体の独特の作製を可能にすることが示された。さらに、キャビティ形成法を積層体形成法と組み合わせることが可能かつ好都合であることが実証された。
2004507880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理するための方法であって、
（ａ）基板の表面上方に、高い対体積表面積比の材料層を形成する工程、及び
（ｂ）前記高い対体積表面積比の材料層の少なくとも一部を除去する工程
を備える方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、高い対体積表面積比の材料層は、工程（ａ）において基板上方に堆積され、ここで、前記高い対体積表面積比の材料層は、１０，０００対１までの比率を有することを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法であって、高い対体積表面積比の材料層は、金属、誘電体、又は半導体が堆積した柱状ボイド層であることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３記載の方法であって、柱状ボイド層は、連続するボイドに侵入する、複数の一様で本質的に非接触の基本柱状様ユニットからなり、ここで、前記ユニットは、調節可能な規則的間隔、調節可能な一様の高さ、及び調節可能な可変の直径を有するとともに、前記複数の基本柱状様ユニットは、一様な方向に向けられて基板上に配置されることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４記載の方法であって、基本柱状様ユニットは、シリコン、ゲルマニウム、炭素、水素、無機化合物、有機化合物、及びこれらを混合したものからなるグループから選択される少なくとも１つの成分を含むことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項３記載の方法であって、柱状ボイド層は、少なくとも１０ｎｍの厚みを有することを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項３記載の方法であって、柱状ボイド層は、大気圧よりも低圧の真空環境下で堆積されることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項３記載の方法であって、柱状ボイド層は、２５０℃よりも低い温度で堆積されることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１記載の方法であって、高い対体積表面積比の材料層は、当該高い対体積表面積比の材料層と基板との間に配置される少なくとも１つの介在層上に形成されることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１記載の方法であって、工程（ｂ）における高い対体積表面積比の材料層の除去は、化学的手段、物理的手段、又はこれらの組み合わせによって行われることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１記載の方法であって、工程（ｂ）における高い対体積表面積比の材料層の除去は、ドライエッチング、ウェットエッチングおよびこれらの組み合わせからなるグループから選択される手段によって行われることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１記載の方法であって、基板の一部も、工程（ｂ）における高い対体積表面積比の材料層の少なくとも一部の除去の前、間、又は後に除去されることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項９記載の方法であって、高い対体積表面積比の材料層と基板との間の介在層の一部も除去されることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１記載の方法であって、工程（ａ）において基板の表面上に高い対体積表面積比の材料層を形成した後に、前記高い対体積表面積比の材料層上に少なくとも１つのコーティングを堆積する工程をさらに備えることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の方法であって、少なくとも１つのコーティングは、有機材料又は無機材料であることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１４記載の方法であって、装置、コーティング構造体、コーティング、及びこれらの混合したものからなるグループから選択される前記少なくとも１つの構成要素上に、装置、構造体、又はこれらの組み合わせを作製する工程をさらに備えることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１６記載の方法であって、工程（ｂ）において高い対体積表面積比の材料層の少なくとも一部の除去が、装置、コーティング構造体、コーティング、及びこれらの混合したものからなるグループから選択される少なくとも１つの構成要素を基板から離脱させることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１６記載の方法であって、装置、コーティング構造体、コーティング、及びこれらの混合したものからなるグループから選択される少なくとも１つの構成要素を通じてスルーホールを生成させ、高い対体積表面積比の材料層を除去する工程をさらに備えることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１６記載の方法であって、基板を介してスルーホールを生成して、高い対体積表面積比の材料層を除去する工程をさらに備えることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１６記載の方法であって、少なくとも１つのコーティングを通じてスルーホールを生成させ、高い対体積表面積比の材料層を除去する工程をさらに備えることを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１６記載の方法であって、装置、コーティング構造体、コーティング、及びこれらの混合したものからなるグループから選択される少なくとも１つの構成要素上に、第２のコーティングを形成する工程をさらに備えることを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項１７または請求項２１記載の方法であって、第２のコーティングの系は、搬送基板として作用し、それによって、工程（ｂ）における高い対体積表面積比の材料層の除去後に、装置及び構造体で構成される組み合わせを移送させることを可能にすることを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項２２記載の方法であって、生成されたスルーホールを通じての工程（ｂ）における高い対体積表面積比の材料層の除去後に、基板から、装置、コーティング構造体、コーティング、及びこれらを混合したものからなるグループから選択される少なくとも１つの構成要素を分離し、その後、前記分離された装置、コーティング構造体、コーティング、またはこれらを混合したものを第２の基板上に配置する工程をさらに備えることを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項１記載の方法であって、工程（ｂ）における高い対体積表面積比の材料層の一部の除去の工程は、高い対体積表面積比の材料層をその一部を維持するように選択的にエッチングする工程を備えることを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項２４記載の方法であって、高い対体積表面積比の材料層の維持された部分の上に少なくとも１つの層を形成する工程をさらに備えることを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項２５記載の方法であって、
（ａ）高い対体積表面積比の材料層にアクセスするスルーホールを生成する工程と、
（ｂ）上記スルーホールを用いて高い対体積表面積比の材料層の維持された部分を除去してキャビティ構造体を形成する工程
とをさらに備えることを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項２６記載の方法であって、スルーホールを用いて高い対体積表面積比の材料層の維持された部分を除去してキャビティ構造体を形成する工程に続いて、前記少なくとも１つの層上に、少なくとも１つの更なる層を堆積する工程をさらに備えることを特徴とする方法。
【請求項２８】
請求項１記載の方法であって、基板を準備する工程が、基板上にステンシル層を堆積する工程、ステンシル層をパターニングする工程、そしてステンシル層の一部を除去する工程を備え、それによって、上記基板の露出部と、上記ステンシル層の少なくとも１つの維持層を残すことを特徴とする方法。
【請求項２９】
請求項２８記載の方法であって、高い対体積表面積比の材料層を形成する工程は、基板の露出表面上及びステンシル層の少なくとも１つの維持層上に、高い対体積表面積比の材料層を形成する工程を備え、さらにステンシル層をリフトオフする工程、それによって、その上に堆積された高い対体積表面積比の材料層の一部を除去することも備えることを特徴とする方法。
【請求項３０】
請求項２９記載の方法であって、（ｃ）基板と高い対体積表面積比の材料層の上に第２の層を堆積する工程をさらに備えることを特徴とする方法。
【請求項３１】
請求項３０記載の方法であって、工程（ｃ）において前記生成されたスルーホールを通じて高い対体積表面積比の材料層を除去して、キャビティ構造体を作り出すため、前記第２の層を通じてスルーホールを生成する工程をさらに備えることを特徴とする方法。
【請求項３２】
請求項３１記載の方法であって、工程（ｃ）において生成されたスルーホールを通じて高い対体積表面積比の材料層を除去して、キャビティ構造体を作り出した後、（ｄ）上記スルーホールをブロックする層を堆積する工程をさらに備えることを特徴とする方法。
【請求項３３】
請求項３１記載の方法であって、工程（ｃ）において生成されたスルーホールを介して柱状ボイド層を除去してキャビティ構造体を作り出した後、上記キャビティ構造体中にガス又は液体を添加する工程と、上記スルーホールをブロックして上記キャビティ構造体を封止する層を堆積する工程とをさらに備えることを特徴とする方法。
【請求項３４】
請求項１記載の方法であって、工程（ａ）の前に、基板上にある材料の系を堆積させ、続いて、この堆積させた材料の系の部分を、この材料の系の一部を維持しつつ選択的に除去することを特徴とする方法。
【請求項３５】
請求項３４記載の方法であって、基板上に高い対体積表面積比の材料層を形成する工程は、高い対体積表面積比の材料層の一部を除去して維持された材料の一部を露出させる工程をさらに備えることを特徴とする方法。
【請求項３６】
請求項３５記載の方法であって、高い対体積表面積比の材料層とあらかじめ堆積させた材料の露出部分の上に付加的な材料を堆積する工程をさらに備え、この付加的な材料の一部があらかじめ堆積させた材料の一つの露出部分に接触するようにすることを特徴とする方法。
【請求項３７】
基板から材料の系を移送する方法であって、
（ａ）基板上に高い対体積表面積比の材料層を形成すること、
（ｂ）上記高い対体積表面積比の材料層上に少なくとも１層のコーティングを形成すること、
（ｃ）上記少なくとも１層のコーティング上に装置、コーティング構造体、コーティング、及びこれらを混合したものからなるグループから選択される少なくとも１つの構成要素を作製すること、及び
（ｄ）上記高い対体積表面積比の材料層を除去し、それによって、装置、コーティング構造体、コーティング、及びこれらを混合したものからなるグループから選択される上記少なくとも１つの構成要素を上記基板から分離すること
を備える方法。
【請求項３８】
請求項３７記載の方法であって、高い対体積表面積比の材料層は、柱状ボイド層であることを特徴とする方法。
【請求項３９】
請求項３８記載の方法であって、ボイド層は堆積させたものであることを特徴とする方法。
【請求項４０】
請求項３８記載の方法であって、柱状ボイド層は、ナノ・スケールの構成物であり、
（ａ）連続するボイドに入り込む、複数の一様で本質的に非接触の基本柱状様ユニットを備え、ここで、このユニットは、調節可能な規則的間隔、調節可能な一様の高さ、及び調節可能な可変の直径を有し、そして
（ｂ）上記複数の基本柱状ユニットは、基板上に一様な方向に向けて配置される
ことを特徴とする方法。
【請求項４１】
請求項３７記載の方法であって、第１の基板が剛性を有することを特徴とする方法。
【請求項４２】
請求項３７記載の方法であって、第１の基板は、シリコンウェハ、石英、ガラス、有機材料、ポリマー、セラミックス、半導体、金属、絶縁材料、及びこれらを混合したものからなるグループから選択される少なくとも１つのものであることを特徴とする方法。
【請求項４３】
請求項３７記載の方法であって、工程（ｂ）における高い対体積表面積比の材料層の上に少なくとも１つのコーティングを形成することは、塗布、スピンコート、スクリーニング、プリント、スパッタ、蒸着、化学的堆積、物理的堆積、及び延展からなるグループから選択される技術によって実行されることを特徴とする方法。
【請求項４４】
請求項３７記載の方法であって、少なくとも１つのコーティングは、有機物、無機物、又はこれらのいくつかの組み合わせであることを特徴とする方法。
【請求項４５】
請求項３７記載の方法であって、少なくとも１つのコーティングは、化学的に活性な材料、ポリマー、絶縁体、窒化物、酸化物、圧電材料、強誘電材料、金属、焦電材料、生化学的材料、及び半導体からなるグループから選択される材料であることを特徴とする方法。
【請求項４６】
請求項３７記載の方法であって、装置、コーティング構造体、コーティング、及びこれらを混合したものからなるグループから選択される少なくとも１つの構成要素は、センサ、アクチュエータ、電子素子、化学微小流体工学装置、ディテクタ、固定用構造体、回路、ディスプレイ、音響装置、ソーラー・セル、オプト・エレクトロニクス装置、燃料電池、及びこれらの組み合せからなるグループから選択されることを特徴とする方法。
【請求項４７】
請求項３７記載の方法であって、高い対体積表面積比の材料層を除去するために用いられるスルーホールの生成工程をさらに備えることを特徴とする方法。
【請求項４８】
請求項４７記載の方法であって、スルーホールは、基板、高い対体積表面積比の材料層、基板及び高い対体積表面積比の材料層の間の介在層、体積に対して高い表面積比の材料層上のコーティング層、又はこれらの組み合せからなるグループから選択される少なくとも１つの層を通して形成されることを特徴とする方法。
【請求項４９】
請求項４７記載の方法であって、スルーホールの生成は、分解、ドライエッチング、及びウェットエッチンからなるグループから選択される技術を用いて実行されることを特徴とする方法。
【請求項５０】
請求項３７記載の方法であって、工程（ｄ）において高い対体積表面積比の材料層を除去することは、化学的手段、熱的手段、機械的手段、又はこれらの組み合わせによって実行されることを特徴とする方法。
【請求項５１】
請求項３７記載の方法であって、装置、コーティング構造体、コーティング、及びこれらを混合したものからなるグループから選択される少なくとも１つの構成要素を、第２の基板の上に配置する工程をさらに備えることを特徴とする方法。
【請求項５２】
請求項５１記載の方法であって、装置、コーティング構造体、コーティング、及びこれらを混合したものからなるグループから選択される少なくとも１つの構成要素の上に少なくとも１つのコーティングを堆積する工程をさらに備えることを特徴とする方法。
【請求項５３】
請求項５２記載の方法であって、装置、コーティング構造体、コーティング、及びこれらを混合したものからなるグループから選択される少なくとも１つの構成要素上の少なくとも１つのコーティングは、工程（ｄ）において装置、コーティング構造体、コーティング、及びこれらを混合したものからなるグループから選択される少なくとも１つの構成要素を基板から分離した後に、第２の基板上に配置されることを特徴とする方法。
【請求項５４】
請求項５１記載の方法であって、第２の基板は、可撓性を有するか、湾曲するか、不規則な形状であるか、又はこれらの全てであることを特徴とする方法。
【請求項５５】
請求項５４記載の方法であって、第２の基板は、有機材料であることを特徴とする方法。
【請求項５６】
請求項５１記載の方法であって、第２の基板上に配置された、装置、コーティング構造体、コーティング、及びこれらを混合したものからなるグループから選択される少なくとも１つの構成要素は、トランジスタ、ダイオード、ディスプレイ、センサ、アクチュエータ、ディテクタ、音響工学装置又はその配列、微小電子機械装置、燃料電池、生化学的な系又はその配列、及びソーラー・セルからなるグループから選択される薄膜の系の作製のためのものであることを特徴とする方法。
【請求項５７】
キャビティ構造体を生成するための方法であって、
（ａ）基板上に、高い対体積表面積比の材料層を形成すること、
（ｂ）上記高い対体積表面積比の材料層の上に少なくとも１つの層を形成すること、
（ｃ）上記高い対体積表面積比の材料層の一部を除去してキャビティ構造を形成すること
を備えることを特徴とする方法。
【請求項５８】
請求項５７記載の方法であって、高い対体積表面積比の材料層は、柱状ボイド層であることを特徴とする方法。
【請求項５９】
請求項５８記載の方法であって、柱状ボイド層を堆積させることを特徴とする方法。
【請求項６０】
請求項５８記載の方法であって、柱状ボイド層は、ナノ・スケールの構成物であり、
（ａ）連続するボイドに入り込む、複数の一様で本質的に非接触の基本柱状様ユニットを備え、ここで、このユニットは、調節可能な規則的間隔、調節可能な一様の高さ、及び調節可能な可変の直径を有し、そして
（ｂ）上記複数の基本柱状様ユニットは、基板上に一様な方向に向けて配置されること
を特徴とする方法。
【請求項６１】
請求項５７記載の方法であって、基板は、シリコンウェハ、石英、ガラス、有機材料、ポリマー、セラミックス、半導体、金属、及びこれらを混合したものからなるグループから選択されるものであることを特徴とする方法。
【請求項６２】
請求項５７記載の方法であって、工程（ａ）において基板上に堆積される高い対体積表面積比の材料層は、続いてパターニングされることを特徴とする方法。
【請求項６３】
請求項５７記載の方法であって、高い対体積表面積比の材料層は、軟質のマスク材料、硬質のマスク材料、又はこれらの組み合わせを用いてパターニングされることを特徴とする方法。
【請求項６４】
請求項５７記載の方法であって、工程（ｃ）における高い対体積表面積比の材料層の一部の除去は、化学的手段、機械的手段、又はこれらの組み合わせによって実行される。
【請求項６５】
請求項５７記載の方法であって、工程（ｃ）における高い対体積表面積比の材料層の一部の除去は、基板の一部の除去を伴うことを特徴とする方法。
【請求項６６】
請求項５７記載の方法であって、高い対体積表面積比の材料層の上の少なくとも１つの層は、化学的に活性な材料、ポリマー、絶縁体、窒化物、酸化物、圧電材料、強誘電材料、金属、焦電材料、生化学的材料、及び半導体からなるグループから選択される材料であることを特徴とする方法。
【請求項６７】
請求項５７記載の方法であって、工程（ｃ）において高い対体積表面積比の材料層が除去された後に、キャビティ構造体中にガス又は液体を付加する工程をさらに備えることを特徴とする方法。
【請求項６８】
請求項５７記載の方法であって、少なくとも１つの層を介して高い対体積表面積比の材料層にアクセスするスルーホールを生成する工程をさらに備えることを特徴とする方法。
【請求項６９】
請求項５７記載の方法であって、工程（ｃ）において高い対体積表面積比の材料層が除去された後に、基板上に付加的な層を形成し、それによって、スルーホールをブロックする工程をさらに備えることを特徴とする方法。
【請求項７０】
請求項５７記載の方法であって、キャビティ構造体の高さが少なくとも１０ｎｍであることを特徴とする方法。
【請求項７１】
請求項５７記載の方法であって、キャビティ構造体の幅が少なくとも約１０ｎｍであることを特徴とする方法。
【請求項７２】
請求項５７記載の方法であって、キャビティ構造体の生成は、ＭＥＭＳ；フィールド放出源；ボロメータ構造体；加速度計；光トラップ；共振；フィールド整形；伝送；音響トラップ；ディスプレイの微小ミラー形成；生物医学及び医学装置；ＤＮＡ及びタンパク質の分類を含む機能のための分別構造体；細胞栄養摂取、成長制御、又は双方；毛管機能；固相結晶化又は絶縁体上シリコン構造のためのゲッタリング領域；層間応力制御；光導波路及び光応用装置；電子的、化学的、及び電気化学的センサ、クロマトグラフィ、化学反応物質／生成物の移送のための流体チャンネル；燃料電池；ディスプレイ；及び分子分別からなるグループから選択される使用法の作製のために提供されることを特徴とする方法。
【請求項７３】
基板中にキャビティ構造体を生成する方法であって、
（ａ）基板上に少なくとも１つのステンシル層を形成すること、
（ｂ）上記ステンシル層の一部を除去し、それによって、上記基板の露出部を生成すること、
（ｃ）上記ステンシル層及び上記露出した基板上に高い対体積表面積比の材料層を形成すること、
（ｄ）上記ステンシル層の一部をリフトオフし、それによって、その上に形成された高い対体積表面積比の材料層の一部を除去するとともに、上記露出した基板上に形成された高い対体積表面積比の材料層を残すこと、
（ｅ）上記基板と高い対体積表面積比の材料層の上に少なくとも１つの層を形成すること、及び
（ｆ）上記高い対体積表面積比の材料層を除去してキャビティ構造を形成すること
を備えることを特徴とする方法。
【請求項７４】
請求項７３記載の方法であって、ステンシル層は、フォトレジスト、窒化物、酸化物、金属、ポリマー、誘電体、及びこれらを混合したものからなるグループから選択される材料を含むことを特徴とする方法。
【請求項７５】
請求項７３記載の方法であって、基板は、シリコンウェハ、石英、ガラス、有機材料、ポリマー、セラミック、半導体、金属、絶縁体、及びこれらを混合したものからなるグループから選択されることを特徴とする方法。
【請求項７６】
請求項７３記載の方法であって、工程（ｂ）においてステンシル層を除去することは、分解、ドライエッチング、ウェットエッチング、及びこれらの組み合わせからなるグループから選択される技術を用いて実行されることを特徴とする方法。
【請求項７７】
請求項７３記載の方法であって、高い対体積表面積比の材料層を、堆積させることを特徴とする方法。
【請求項７８】
請求項７３記載の方法であって、高い対体積表面積比の材料層は、柱状ボイド層であることを特徴とする方法。
【請求項７９】
請求項７８記載の方法であって、柱状ボイド層は、ナノ・スケールの構成物であり、
（ａ）連続するボイドに入り込む、複数の一様で本質的に非接触の基本柱状様ユニットを備え、ここで、前記ユニットは、調節可能な規則的間隔、調節可能な一様の高さ、及び調節可能な可変の直径を有し、そして
（ｂ）上記複数の基本柱状ユニットは、基板上に一様な方向に向けて配置される
ことを特徴とする方法。
【請求項８０】
請求項７３記載の方法であって、工程（ｄ）におけるステンシル層のリフトオフは、分解、エッチング、またはこれらの組み合わせによって実行されることを特徴とする方法。
【請求項８１】
請求項７３記載の方法であって、少なくとも１つの層は、化学的に活性な材料、ポリマー、絶縁体、窒化物、酸化物、圧電材料、強誘電材料、金属、焦電材料、生化学的材料、及び半導体からなるグループから選択される材料であることを特徴とする方法。
【請求項８２】
請求項７３記載の方法であって、工程（ｆ）における高い対体積表面積比の材料層の除去は、化学的手段、機械的手段、又はこれらの組み合わせによって実行されることを特徴とする方法。
【請求項８３】
請求項７３記載の方法であって、高い対体積表面積比の材料層にアクセスするスルーホールを生成する工程をさらに備えることを特徴とする方法。
【請求項８４】
請求項７３記載の方法であって、工程（ｆ）において高い対体積表面積比の材料層が除去された後に、キャビティ構造体中にガス又は液体を付加する工程をさらに備えることを特徴とする方法。
【請求項８５】
請求項８３記載の方法であって、更なる層を堆積する工程をさらに備え、ここで、この更なる層は、スルーホールをブロッキングすることを特徴とする方法。
【請求項８６】
請求項８５記載の方法であって、更なる層は、誘電体、高分子材料、金属、フォトレジスト、窒化物、酸化物、生化学的材料、半導体、及び絶縁体材料、並びにこれらを混合したものからなるグループから選択される材料であることを特徴とする方法。
【請求項８７】
請求項７３記載の方法であって、キャビティ構造体は、少なくとも１０ｎｍの高さを有することを特徴とする方法。
【請求項８８】
請求項７３記載の方法であって、キャビティ構造体は、少なくとも１０ｎｍの幅を有することを特徴とする方法。
【請求項８９】
請求項７３記載の方法であって、キャビティ構造体の生成は、ＭＥＭＳ；フィールド放出源；ボロメータ構造体；加速度計；光トラップ；共振；フィールド整形；伝送；音響トラップ；ディスプレイの微小ミラー形成；生物医学及び医学装置；ＤＮＡ及びタンパク質の分類を含む機能のための分別構造体；細胞栄養摂取、成長制御、又は双方；毛管機能；固相結晶化又は絶縁体上シリコン構造のためのゲッタリング領域；層間応力制御；光導波路及び光応用装置；電子的、化学的、及び電気化学的センサ、クロマトグラフィ、化学反応物質／生成物の移送のための流体チャンネル；燃料電池；ディスプレイ；及び分子分別からなるグループから選択される使用法の作製のために供されることを特徴とする方法。
【請求項９０】
基板上の第１及び第２の材料の系の間に少なくとも１つの接触領域を作製する方法であって、
（ａ）基板上に第１の材料の系を形成する工程、
（ｂ）第１の材料の系の一部をエッチングする工程と、
（ｃ）第１の材料の系及び上記基板上に高い対体積表面積比の材料層を形成する工程と、
（ｄ）高い対体積表面積比の材料層の一部を除去して第１の材料の系の一部を露出させる工程と、
（ｅ）高い対体積表面積比の材料層と第１の材料の系の露出した部分との上に第２の材料の系を形成して、第２の材料の系を第１の材料の系の一部と接触させる工程と、
（ｆ）高い対体積表面積比の材料層を除去し、それによって、第１及び第２の材料の系間の一部を開放しつつ少なくとも１つの接触領域を維持する工程
とを備えることを特徴とする方法。
【請求項９１】
請求項９０記載の方法であって、第１の材料の系は、金属、半導体、化学的に活性な材料、ポリマー、絶縁体、窒化物、酸化物、圧電材料、強誘電材料、焦電材料、生化学的材料、有機材料、及びこれらの組み合わせからなるグループから選択されることを特徴とする方法。
【請求項９２】
請求項９０記載の方法であって、基板は、シリコンウェハ、石英、ガラス、有機材料、ポリマー、セラミックス、半導体、金属、及びこれらを混合したものからなるグループから選択される材料であることを特徴とする方法。
【請求項９３】
請求項９０記載の方法であって、第２の材料の系は、金属、半導体、化学的に活性な材料、ポリマー、絶縁体、窒化物、酸化物、圧電材料、強誘電材料、焦電材料、生化学的材料、有機材料、及びこれらの組み合わせからなるグループから選択されることを特徴とする方法。
【請求項９４】
請求項９０記載の方法であって、高い対体積表面積比の材料層の除去は、化学的手段、物理的手段、又はこれらの組み合わせによって容易に行われることを特徴とする方法。
【請求項９５】
請求項９４記載の方法であって、高い対体積表面積比の材料層の化学的手段による除去は、２５μｍ／分又はそれ未満のエッチ速度であることを特徴とする方法。
【請求項９６】
請求項９０記載の方法であって、第１及び第２の材料の系の間に少なくとも１つの接触領域を製作することは、ＭＥＭＳ装置、カンチレバー構造体、マイクロスイッチ構造体、マイクロミラー構造体、アクチュエータ、フィールド放出源、ボロメータ構造体、加速度計、生物医学及び医学装置、分類及び付加用の構造体、及び電子光学的、化学的、及び電気化学的センサからなるグループから選択された構造体の製造に供されることを特徴とする方法。
【請求項９７】
化学的搬送／化学的触媒作用の組立体を作製する方法であって、反応物質、反応生成物、又はそれらの双方に耐える基板上又は内部にチャンネルを形成する工程を含み、チャンネルおよび触媒作用構造体は、請求項１の方法によって形成されることを特徴とする方法。
【請求項９８】
燃料セルを製造する方法であって、
（ａ）基板上にマスク層を堆積すること、
（ｂ）ステンシル層を用いて上記マスク層中にチャンネル領域の配置を画定すること、
（ｃ）上記マスク層中の画定された領域と、犠牲層材料に隣接する上記ステンシル層とを覆うこと、
（ｄ）上記ステンシル層を分解又はエッチングするによって、ステンシルの被覆領域中の上記犠牲層材料をリフトオフすること、
（ｅ）工程（ｄ）において形成された層に対して、結果として得た表面の全体に亘ってアノード材料を堆積すること、
（ｆ）上記アノード材料をパターンニングしてアノードを形成すること、
（ｇ）工程（ｄ）において形成された層に対して、上記結果として得た表面上に電解質を堆積すること、
（ｈ）上記犠牲層にアクセスするための手段を用いること、
（ｉ）このような手段を用いてチャンネルとなるべき領域において犠牲層をエッチング又は分解すること、
（ｊ）犠牲層の除去された領域を、下方の材料を次に又は引き続いてエッチング又は分解するための画定領域として用いて、燃料、強酸化性物質、又は双方に耐えるチャンネルを生成すること、
（ｋ）工程（ｄ）において形成された層に対し結果として得た表面上に、カソードを堆積してパターニングすること、及び
（ｌ）工程（ｄ）において形成された層に対し結果として得た表面上に相互接続及び接触を堆積及びパターニングし、これにより、燃料電池のための電流及び電力発生を提供すること
を備えることを特徴とする方法。
【請求項９９】
請求項９８記載の方法であって、高い対体積表面積比の材料は、付着、分別、固定、又はこれらの組み合わせの機能を実行することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の技術分野】
この発明は、半導体及び誘電体の堆積された薄膜に向けられたものである。この発明は、さらに、これらの薄膜の分離、リリース（ｒｅｌｅａｓｅ）及び犠牲層への適用における使用法に関する。これらの薄膜の分離層とリリース層への適用は、マイクロエレクトロニクス、ディスプレイ、ソーラー・セル、センサ、ディテクタ、オプト・エレクトロニクス、バイオテクノロジー、及びマイクロ・エレクトロ・メカニカル（ＭＥＭｓ）の装置やシステムのような分野のための製造処理において材料や構造を分離するための機能を含んでいる。これらの薄膜の犠牲層への適用は、微小流体工学（ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｓ）、分離／分類機構、燃料電池、誘電体、音響構造体、光学構造体のためのチャンネル、チューブ、エア・ギャップ、キャビティのような用途のための、ボイド領域の形成のための犠牲膜の機能を含んでいる。
【０００２】
【関連技術の説明】
分離層の取り組み法は、物質のシステムを二つの個別のシステムに物理的に分するために用いられる。この取り組み法は、異なる材料の間に配置されるある種の分離材料であって、エッチされ、機械的に研磨され、溶解され、少なくとも２つの物理的に分離された別個に組み分けされる材料を残すような分離材料の使用に基づくものである。リリース層も、同様に使用されるが、リリース層への適用では、２材料の系が完全に分離されない。分離若しくはリリース層の材料は、多くの場合、ポリマー（例えばフォとレジスト）、二酸化シリコン、多結晶シリコン（Ｓａｎｇ−Ｇｏｏｋ Ｋｉｍ ａｎｄ Ｋｙｕ−Ｈｏ Ｗａｎｇ， Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ， １５， ３０ （１９９９））である。最近、電解的にエッチされたポーラスシリコンが、マイクロエレクトロニクスへの応用として、絶縁体上にシリコンを配したＳＯＩウェハを製造するための分離層として用いられている（Ｔ． Ｙｏｎｅｈａｒａ ａｎｄ Ｋ． Ｓａｋａｇｕｃｈｉ， Ａｂｓｔｒｕｃｔ ＃４３８， Ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ， Ｆａｌｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ， Ｏｃｔ．， ２０００， Ｐｈｏｅｎｉｘ， Ａｚ．）。
【０００３】
犠牲層の取り組み法は、マイクロ・スケールまたはナノ・スケールのボイド若しくはキャビティ領域を生成するために用いられている。このようなボイドやキャビティは、閉じた中空の空間であり、続いて満たされることになる。ボイドの生成は、犠牲物質の除去によって達成され、１またはそれ以上の材料の外皮によって囲まれた中空領域を残す。ボイドやキャビティのサイズや形状は、特定の応用のために設計され得る。形状は変化させることができ、チャンネル、チューブ、エア・ギャップ、キャビティのような様々な機能を持たせることができる。一般に使用されている犠牲層の材料は、ポリマー、二酸化シリコン、及び多結晶シリコンを含む（Ｍ． Ｂ． Ｓｔｅｒｎ， Ｍ． Ｗ． Ｇｅｉｓ ａｎｄ Ｊ． Ｅ． Ｃｕｒｔｉｎ， Ｊ． Ｖａｃ． Ｓｏｃ． Ｔｅｃｈｎｏｌ． Ｖｏｌ．Ｂ１５（６）， ｐｐ．２８８７（１９９７） ａｎｄ Ｓ． Ｗ． Ｔｕｒｎｅｒ ａｎｄ Ｈ． Ｇ． Ｃｒａｉｇｈｅａｄ， Ｐｒｏｃ． ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．３２５８， ｐｐ．１１４ （１９９８））。
【０００４】
堆積させたり熱的に成長させた二酸化シリコン、及び堆積されたポリシリコンは、最もよく使用される犠牲層であり（Ｐ． Ｊ． Ｆｒｅｎｃｈ， Ｊ． Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ． Ｍｉｃｒｏｅｎｇ． Ｖｏｌ．６． ｐｐ． １９７ （１９９６） ａｎｄ Ｓｕｇｉｙａｍａ， Ｏ． Ｔａｂａｔａ， Ｋ． Ｓｈｉｍａｏｋａ ａｎｄ Ｒ． ａｓａｈｉ， ＩＥＤＭ Ｔｅｃｈ． Ｄｉｇ． ．）、そのエッチ速度は、それらが開放された領域に堆積されたときには、相対的に非常に高いものとなり得る。チャンネル、チューブ、エア・ギャップ、キャビティのようなボイド構造の生成に犠牲層が用いられるとき、これらの材料は、もちろん、キャップ層に覆われており、これらは、ボイド領域となる部分の「天井」を形成する。そして、ボイドまたはキャビティ領域は、キャップ層の近くまたは内部にあるウインドウまたはスルーホールを介して、犠牲層をエッチング除去することによって形成される。このウインドウにより、エッチャントがアクセスし反応生成物が退出する。その結果、エッチ速度が化学反応率そのものよりも、エッチャントの、反応生成物質の、或いはその両者の輸送過程に依存することから、エッチ速度が非常に低いものとなる。つまり、犠牲層の除去は、化学的なエッチ速度と同様、犠牲層の材料に対するエッチャントのアクセスとこれからの反応生成物の除去に依存する。その結果、開放領域に堆積されるとき早いエッチ速度を有する材料は、犠牲層として使用するとき、しばしば相当に遅いエッチ速度を有する。
【０００５】
旧来のポーラスシリコンは、シリコンの電気化学的エッチングによって形成され、犠牲層への適用も試みられている（Ｔ． Ｅ． Ｂｅｌｌ， Ｐ． Ｔ． Ｊ． Ｇｅｎｎｉｓｓｅｎ， Ｄ． ＤｅＭｕｎｔｅｒ ａｎｄ Ｍ． Ｋｕｈｌ， Ｊ． Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ． Ｍｉｃｒｏｅｎｇ． Ｖｏｌ．６， ｐｐ．３６１（１９９６） ａｎｄ Ｐ． Ｓｔｅｉｎｅｒ， Ａ． Ｒｉｃｈｔｅｒ ａｎｄ Ｗ． Ｌａｎｇ， Ｊ． Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ． Ｍｉｃｒｏｅｎｇ． Ｖｏｌ．３， ｐｐ．３２（１９９３））。しかしながら、その材料の使用は、以下の理由によって妨げられる。つまり、その一様性と制御性の欠如と、材料を生成するために必要な電気化学的エッチングのための電気伝導路を有する必要性と、それを導電体上に形成すべき事実と、その電気化学的エッチング後に材料中に残される残留不純物とによって妨げられる。
【０００６】
一般に、ボイド構造を製造するためには、犠牲層を用いるほかに多数の方法がある。犠牲層の使用を含む全ての取り組み法は、２つの基本的な方法に分類される。第１は、バルクのマイクロ・マシニング、基板対基板またはウェハ対ウェハのボンディング技術であり、エッチング、ミリング（ｍｉｌｌｉｎｇ）、型押し（ｅｍｂｏｓｓｉｎｇ）、型打ち（ｓｔａｍｐｉｎｇ）等の標準的方法を用いて表面に特徴形状を形成し、それによって、ナノまたはマイクロチャンネル形状を作る。原理的上、このボンディング技術は比較的簡単な方法である。しかしながら、これはアノーディックまたは直接（溶融）接合が必要であり、頂部と底部とをアライメントするという決定的な不利な点を有する。このことは、２つの基板のミス・アライメントと、接合工程の間に接合界面で微小ボイドが形成されることとによって、微小チャンネル寸法の製作を困難にする。第２の技術は、表面のマイクロ・マシニングであり、犠牲層の使用を基礎とする方法である。犠牲層の使用を基礎とすることから、この方法は、犠牲層の除去の工程が比較的複雑な方法となるが、チャンネル寸法を数ナノメータまで下げることができる（Ｍ． Ｊ． ｄｅＢｏｕｒ， Ｗ． Ｔｊｅｒｋｓｔｒａ ｅｔ ａｌ．， Ｊ． ｏｆ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ， Ｖｏｌ．９， Ｎｏ．１， ｐｐ．９４， Ｍａｒｃｈ ２０００）。これらの技術の間で、表面マイクロ・マシニングは、微細な構造を作製するための方法として最も信頼できるものであり、光共振キャビティのような厳密な構造寸法が必要とされる応用に対して現に最も信頼性を有する方法である。
【０００７】
この発明は、装置製造において、分離及びリリース層の材料の使用と犠牲材料による取り組み法に基づく。特に、分離、リリース及び犠牲への適用のための新しい材料の使用と、分離層、リリース層及び犠牲層の実現のための新規で単純な処理の流れとにも続く。この発明の新しい材料は、材料体積に対する材料面積が大きな薄膜に堆積される。体積に対する面積比が大きなことは、エッチング用の化学物質が簡単にアクセスし反応生成物が簡単に除去されることを許容する材料（つまり材料体積）の領域間において大きな空間領域を保証する。これは、材料を本質的に非常に一様に湿性として、非常に均一なアタック及び除去に導く。さらに、大きな表面積は、除去用の化学物質にさらされたときに材料の効果的な化学的アタックを確実にする。体積に対して面積の大きな構造は、また、機械的な刺激が除去に有用な、或いはこの材料中にトラップされたガスが除去を増進するような機械的脆性材料に通じる。この発明の材料により、分離層の応用のための方法、及び犠牲層の応用のための分離方法が他のリリース・分離方法よりも信頼できるものとなり、他のリリース及び犠牲層の取り組み法よりも迅速なものとなり、厳密なプロセス制御を許容する。さらに、これらの新規な材料は、堆積され、それゆえプラスチック、ガラス及び金属箔を含んでこれに限定されない様々な基板とともに使用される。
【０００８】
【発明の概要】
本発明は、基板を処理するための方法に向けられており、（ａ）基板を準備する工程、（ｂ）基板の表面上に、体積に対して高い表面積比の材料層を形成する工程、及び（ｃ）続く基板処理の間に体積に対して高い表面積比の材料層の少なくとも一部を除去する工程を備える。本発明のある具体例では、工程（ｂ）において、体積に対して高い表面積比の材料層が基板の上方に堆積される。本発明の別の具体例では、体積に対して高い表面積比の材料層が柱状ボイドの層であり、金属、誘電体、半導体、又は有機材料が堆積されている。柱状ボイド層は、切れ目なく連続するボイドに入り込む、複数の一様で本質的に非接触の基本柱状ユニットからなり、ここにおいて上記ユニットは、調節可能な規則的間隔、調節可能な一様の高さ、及び調節可能な可変の直径を有するとともに、複数の基本柱状ユニットは、一様な方向に向けられて基板上に配置される。基本柱状ユニットは、シリコン、ゲルマニウム、炭素、水素、他の無機物、若しくはこれらの混合物で構成される。柱状ボイド層は、少なくとも１０ｎｍの厚みを有し、大気圧よりも低圧の真空環境下で、２５０℃よりも低い温度で堆積される。
【０００９】
本発明の具体例では、体積に対して高い表面積比の材料層は、体積に対して高い表面積比の材料層と基板との間に配置される少なくとも１つの介在層上に形成される。
【００１０】
本発明の別の具体例では、工程（ｂ）における体積に対して高い表面積比の材料層の除去は、化学的手段、物理的手段、又はそれらの組み合わせによって行われる。工程（ｂ）における体積に対して高い表面積比の材料層の化学的手段による除去は、ドライエッチング、ウェットエッチング、又はそれらの混合によって行われる。また、基板の一部も、工程（ｂ）における体積に対して高い表面積比の材料層の少なくとも一部の除去の前、間、又は後に除去される。本発明の別の具体例では、体積に対して高い表面積比の材料層と基板との間の介在層の一部が同様に除去される。
【００１１】
本発明のさらなる具体例では、上記方法は、工程（ｂ）において基板の表面上方に体積に対して高い表面積比の材料層を形成した後に、体積に対して高い表面積比の材料層の上方に少なくとも１つのコーティングを堆積する工程をさらに備える。このコーティングは、有機材料であっても無機材料であってもよい。
【００１２】
本発明のある具体例では、上記少なくとも１つのコーティング上に装置、構造体、又はこれら双方を作製して、装置／コーティング、構造体／コーティング、又はこれらを混合したものを形成する。工程（ｃ）において体積に対して高い表面積比の材料層の少なくとも一部を除去することにより、装置／コーティング、構造体／コーティング、又はこれらを混合したものを基板から解放することになる。本発明のある好ましい具体例では、装置／コーティング、構造体／コーティング、又はこれらを混合したものを介してスルーホールを生成して体積に対して高い表面積比の材料層を除去する。スルーホールは、基板、コーティング、又はこれらの双方を介して生成される。この方法は、装置／コーティング、構造体／コーティング、又はこれらを混合したものの上方に第２のコーティングを形成する工程をさらに備えるものとすることができる。第１のコーティング、第２のコーティング、及びそれら双方は、基板として働き、それによって、工程（ｃ）の体積に対して高い表面積比の材料層の除去後に、装置と構造体からなる組み合わせを搬送する。本発明のさらなる具体例では、生成されたスルーホールを介しての工程（ｃ）における体積に対して高い表面積比の材料層の除去後に、基板から装置／コーティング、構造体／コーティング、又はこれらを混合したものを分離し、その後に、搬送用基板を用いて第２の基板上に装置／コーティング、構造体／コーティング、又はこれらを混合したものを配置する工程をさらに備える。
【００１３】
本発明の別の具体例では、上述の方法の工程（ｃ）における体積に対して高い表面積比の材料層の除去は、体積に対して高い表面積比の材料層をその一部を維持するように選択的にエッチングする工程を備える。この方法は、体積に対して高い表面積比の材料層の維持された部分の上方に少なくとも１つの層を形成する工程をさらに備える。別のさらなる工程は、体積に対して高い表面積比の材料層にアクセスするスルーホールを生成することを備える。そして、このスルーホールを用いて体積に対して高い表面積比の材料層の維持された部分を除去してキャビティ構造を形成する。前述の少なくとも１つの層の上方に少なくとも１つのさらなる層を体積する工程によって、スルーホールの閉鎖が結果として生じるようにする。
【００１４】
本発明のさらなる具体例では、上述の方法の工程（ａ）において基板を準備する工程は、基板上にステンシル層を堆積する工程と、ステンシル層をパターニングする工程と、ステンシル層の一部を除去して基板の露出部を残しステンシル層の少なくとも１つの維持層を残す。基板の露出部は、ステンシル層をマスクとして利用して続いて除去される。
【００１５】
体積に対して高い表面積比の材料層を形成する工程は、基板の露出表面上に、及びステンシル層の少なくとも１つの維持層上に、体積に対して高い表面積比の材料層を形成することを含み、さらにステンシル層をリフトオフする工程を備え、それにより、その上に堆積された体積に対して高い表面積比の材料層の一部をも除去する。さらなる工程は、基板と体積に対して高い表面積比の材料層との上方に第２の層を堆積する。そして、スルーホールが、生成される。
【００１６】
第２の層を介しての体積に対して高い表面積比の材料層の除去後にキャビティ構造を形成し、その後必要に応じて、スルーホールをブロックする層を堆積する工程をさらに備える。工程（ｃ）において柱状ボイド層を除去した後に、体積に対して高い表面積比の材料層の除去は、生成されたスルーホールを介してキャビティ構造を作製し、その後に、キャビティ構造中にガス又は液体を添加する工程をさらに備え、その後、スルーホールをブロックするとともにキャビティ構造を封止する層を堆積する工程をさらに備える。
【００１７】
本発明のある具体例では、基板を準備する工程が、基板上にある材料の系（システム）を堆積する工程と、堆積された材料の系のいくつかの部分をこの材料の系の一部を維持しつつ選択的に除去する工程とを備える。本発明の好ましい具体例では、基板上方に体積に対して高い表面積比の材料層を形成する工程は、基板と維持された材料の上方に体積に対して高い表面積比の材料層を形成する工程を備え、体積に対して高い表面積比の材料層の一部を除去して維持された材料の一部を露出させる工程をさらに備える。本方法は、体積に対して高い表面積比の材料層と、先行して堆積された材料のいくつかの露出部分の上方に付加的な材料を堆積する工程を備え、付加的な材料の一部が先行して堆積された材料の露出部分に接触するようにする。
【００１８】
本発明は、基板から複数材料の系を移送する方法にも向けられており、（ａ）基板上に体積に対して高い表面積比の材料層を形成する工程と、（ｂ）体積に対して高い表面積比の材料層の上方に少なくとも１層のコーティングを形成する工程と、（ｃ）少なくとも１層のコーティング上方に装置、構造、又は双方を形成して、装置／コーティング、構造コーティング、又はそれらの混合物を形成する工程と、（ｄ）体積に対して高い表面積比の材料層を除去して系を基板から分離する工程とを備える。本発明のある具体例では、体積に対して高い表面積比の材料層が柱状ボイド層である。本発明の別の具体例では、柱状ボイド層が堆積されたものである。この柱状ボイド層は、ナノ・スケールの構成物であり、（ａ）切れ目なく連続するボイドに入り込む、複数の一様で本質的に非接触の基本柱状ユニットであって、調節可能な規則的間隔、調節可能な一様の高さ、及び調節可能な可変の直径を有するとともに、（ｂ）複数の基本柱状ユニットは、一様な方向に向けられて基板上に配置される。
【００１９】
本発明の好ましい具体例では、第１基板が剛性を有する。本発明のより好ましい具体例では、シリコンウェハ、石英、ガラス、有機材料、ポリマー、セラミックス、半導体、金属、絶縁材料、及びそれらの混合物からなるグループから選択される。
【００２０】
本発明の具体例では、工程（ｂ）における体積に対して高い表面積比の材料層の上方への少なくとも１つのコーティングの形成が、堆積され、付着され（ａｐｐｌｉｅｄ）、スピンコートされ、スクリーン（ｓｃｒｅｅｎ）又は網掛され、プリントされ、スパッタされ、蒸着され、及び拡げられることからなるグループから選択された技術によって実行される。少なくとも１つのコーティングは、有機物又は無機物であり、好ましくは、化学的に活性な材料、ポリマー、絶縁体、窒化物、酸化物、圧電材料、強誘電材料、金属、焦電材料、生化学的材料、及び半導体からなるグループから選択される材料である。上記装置は、センサ、アクチュエータ、電子素子、化学微小流体工学装置、回路、ディスプレイ、光学装置、音響装置、ソーラー・セル、ディスプレイ又はオプト・エレクトロニクス装置、燃料電池、及びそれらの組み合わせからなるグループから選択された構造体である。
【００２１】
本発明のある具体例では、上述の方法は、体積に対して高い表面積比の材料層が柱状ボイド層を除去するために用いられるスルーホールの生成工程を備える。このスルーホールは、基板、体積に対して高い表面積比の材料層、基板及び体積に対して高い表面積比の材料層の間の介在層、体積に対して高い表面積比の材料層の上方の層、又はそれらの組み合せからなるグループから選択された少なくとも１つの層に形成され、ここにおいて、スルーホールの形成は、溶解、ドライエッチング、ウェットエッチング、反応性イオンエッチング、深いシリコンエッチング、及び磁気エンハンス型反応性イオンエッチングからなるグループから選択される技術を用いて実行される。本発明の別の具体例では、工程（ｄ）において体積に対して高い表面積比の材料層を除去することは、化学的手段、機械的手段、又はこれらの組み合わせによって実行される。本発明のさらなる具体例では、本方法が第２基板の上方に、分離された装置／コーティング、構造コーティング、又はそれらの混合物を配置する工程をさらに備える。本発明の別の具体例では、その方法は、装置／コーティング、構造コーティング、又はそれらの混合物の上方に少なくとも１つのコーティングを堆積する工程をさらに備え、ここで少なくとも１つのコーティングは、工程（ｄ）において基板から系を分離した後に第２の基板上に配置するために用いるキャリア基板である。本発明の好ましい具体例では、第２の基板は、可撓性を有し、有機物、ガラス、又は金属箔材料である。第２の基板上方の系の用途は、以下に限るものではないが、薄膜トランジスタの作製、電子素子、センサ、アクチュエータ、音響工学素子、検出器、微小電子機械装置、ディスプレイ、燃料電池、オプト・エレクトロニクス、又はソーラー・セルである。
【００２２】
本発明は、キャビティ構造を生成ための方法に向けられており、（ａ）基板の少なくとも一部の上方に体積に対して高い表面積比の材料層を形成することと、（ｂ）体積に対して高い表面積比の材料層の上方に少なくとも１つの層を形成することと、（ｃ）体積に対して高い表面積比の材料層の一部を除去してキャビティ構造を形成することとを備える。本発明のある具体例では、工程（ａ）において基板上方の体積に対して高い表面積比の材料層が軟質のマスク材料、硬質のマスク材料、又はそれらの組み合わせを用いてパターニングされる。本発明の別の具体例では、工程（ｃ）における体積に対して高い表面積比の材料層の一部の除去が、化学的手段、物理的手段、機械的手段、又はそれらの組み合わせによって実行される。本発明のさらなる具体例では、工程（ｃ）における体積に対して高い表面積比の材料層の除去が、基板の一部を同様に除去する。体積に対して高い表面積比の材料層の上方の上記１つの層は、化学的に反応しやすい材料、ポリマー、絶縁物、窒化物、酸化物、圧電材料、強誘電材料、金属、焦電材料、生化学的材料、及び半導体からなるグループから選択される材料である。本発明のある具体例では、工程（ｃ）における体積に対して高い表面積比の材料層の除去の後において、キャビティ構造中にガス又は液体が付加される。本発明のある具体例では、上記方法が、少なくとも１つの層、基板、又は双方を介して体積に対して高い表面積比の材料層にアクセスするスルーホールを形成する工程をさらに備える。そして、上述の方法は、工程（ｃ）の体積に対して高い表面積比の材料層の除去の後に、基板上方に付加的な層を形成しそれによってスルーホールをブロッキングする工程をさらに備える。
【００２３】
本発明の具体例では、キャビティ構造の高さが少なくとも１０ｎｍであり、キャビティ構造の幅が少なくとも約１０ｎｍである。
【００２４】
キャビティ構造の生成は、ＭＥＭＳ、ボロメータ、化学反応系、加速度計、ディスプレイ、微小ミラー構造物、セル、及び他の種類の研究、同定のために供され、固相結晶化又は絶縁体上のシリコン構造のためのゲッタリング領域、光学的及び音響的な導波路及び装置の応用、化学センサのための流体チャンネル、クロマトグラフィ、音響学装置、燃料電池、及び分子の分別のために供される。
【００２５】
本発明は、基板中にキャビティ構造を生成するための方法に関し、（ａ）基板上の少なくとも一部に少なくとも１つのステンシル層を形成することと、（ｂ）ステンシル層の一部を除去して基板の露出部を生成することと、（ｃ）ステンシル層及び露出した基板の上方に体積に対して高い表面積比の材料層を形成することと、（ｄ）ステンシル層の一部をリフトオフし、これによってこの上に形成された体積に対して高い表面積比の材料層の一部を除去するとともに、露出した基板上に形成された体積に対して高い表面積比の材料層を残すことと、（ｅ）基板と体積に対して高い表面積比の材料層との上方に少なくとも１つの層を形成することと、（ｆ）体積に対して高い表面積比の材料層を除去してキャビティ構造を形成することとを備える。ステンシル層は、フォトレジスト、窒化物、酸化物、金属、ポリマー、誘電体、半導体、及びそれらの混合物からなるグループから選択された材料で構成される。基板は、Ｓｉウェハ、石英、ガラス、有機材料、セラミック、半導体、金属、及びそれらの混合物からなるグループから選択される。本発明のある具体例では、工程（ｂ）においてステンシル層が、溶解すること、ドライエッチングすること、ウェットエッチングすること、及びそれらの組み合わせからなるグループから選択された技術を用いて処理される。本発明の好ましい具体例では、工程（ｄ）におけるステンシル層の一部のリフトオフが、溶解すること、エッチングすること、機械的手段、及びそれらの組み合わせによって実行される。本発明の別の具体例で、本方法は、スルーホールを形成して体積に対して高い表面積比の材料層にアクセスする工程をさらに備える。本発明のさらなる具体例で、本方法は、工程（ｆ）における体積に対して高い表面積比の材料層の除去の後に上記キャビティ構造中にガス又は液体を付加する。本発明のある具体例で、本方法は、さらなる層を堆積する工程をさらに備え、このさらなる層は、スルーホールをブロックする。このさらなる層は、誘電体、高分子材料、金属、フォトレジスト、窒化物、酸化物、及びそれらの混合物からなるグループから選択される材料である。
【００２６】
本発明は、基板の上方の第１及び第２材料の系の間に少なくとも１つの接触領域を作製する方法であって、（ａ）基板上方に第１材料の系を形成する工程と、（ｂ）第１材料の系の一部をエッチングする工程と、（ｃ）基板及び第１材料の系の上方に体積に対して高い表面積比の材料層を形成する工程と、（ｄ）体積に対して高い表面積比の材料層の一部を除去して第１材料の系の一部を露出させる工程と、（ｅ）体積に対して高い表面積比の材料層と第１材料の系の露出した部分との上方に第２材料の系を形成する工程であって、第２材料の系を第１材料の系の一部と接触させる工程と、（ｆ）体積に対して高い表面積比の材料層を除去する工程であって、第１及び第２材料の系間の一部を開放しつつ少なくとも１つの接触領域を維持する工程とを備える。本発明の具体例では、第１及び第２材料の系が、金属、半導体、化学的に反応性を有する材料、ポリマー、絶縁体、窒化物、酸化物、圧電材料、強誘電材料、金属、焦電材料、生化学的材料、半導体、及びこれらの組み合わせからなるグループから選択される。基板は、Ｓｉウェハ、石英、ガラス、有機材料、ポリマー、セラミックス、半導体、金属、及びこれらの混合物からなるグループから選択される。本発明の別の具体例では、化学的手段による体積に対して高い表面積比の材料層の除去は、約２５μｍ／分又はそれ未満のエッチ速度である。第１及び第２材料の間に少なくとも１つの接触領域を生産することは、ＭＥＭＳ装置、カンチレバー構造体、マイクロスイッチ構造体、フィールド放出源、マイクロミラー構造体、及びアクチュエータからなるグループから選択された構造の製造に供される。
【００２７】
本発明は、反応物質、反応生成物、又はそれらの双方に耐える基板の内部又は上方にチャンネルを形成する工程を含み、これらチャンネルは、上記において説明した方法によって形成される。より明確には、燃料電池を製造する方法は、（ａ）基板上にマスク層を堆積することと、（ｂ）マスク層中にチャンネル領域の配置を画定することと、（ｃ）マスク層中の画定領域と犠牲層材料に隣接するステンシル層とを覆うことと、（ｄ）下方に存在するステンシル層をエッチングして除去することにより、ステンシルの被覆領域中の犠牲層材料をリフトオフすることと、（ｅ）結果的に得た表面の上方に亘ってアノード及び触媒材料を堆積することと、（ｆ）工程（ｅ）のこの材料の系をパターンニングしてアノードを形成することと、（ｇ）結果的に得た表面に電解質を堆積することと、（ｈ）犠牲層にアクセスするための手段を用いることと、（ｉ）このような手段を用いてチャンネルとなるべき領域で犠牲層をエッチング又は溶解することと、（ｊ）下方の材料を次に又は引き続いてエッチング又は溶解するための画定領域としてこれらの犠牲層の除去された領域を用いて、燃料、強酸化性物質、又は双方に耐えるチャンネルを生成することと、（ｋ）カソード及び触媒材料を堆積してパターニングすることと、（ｌ）電流及び電力発生に必要な相互接続や接続を堆積しパターニングすることとを備える。
【００２８】
本発明は、分離、リリース層及び犠牲材料への応用のため、「堆積されたままの」体積に対して高い表面積比の材料の使用に向けられている。これらの応用では、分離、リリース層及び犠牲材料が、化学的アタック、溶解、機械的撹拌又は分解、ガス圧又は化学的作用、又はこれらのいくつかの組み合わせによって除去される。分離層への応用の場合、材料の除去は、少なくとも２つの物理的に分離された材料の系を生成する。リリース層への応用の場合、材料の除去は、少なくとも一カ所に付着して残る材料の系を生成する。犠牲層への応用の場合、材料の除去は、材料の系中に囲まれたボイド又はキャビティ（これは続いて満たされもても良いが満たされなくてもよい）を生成する。本発明は、制御可能なボイド・ネットワークを備える堆積された柱状のボイド・ネットワーク薄膜を用いて説明（ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅ）される。これらの材料は、連続的な薄膜（ボイドのないもの）から、（ａ）連続的なボイド中における柱状ユニットのネットワークと（ｂ）柱状ユニットを付着させた基板とからなる薄膜までの可変で適合性を有する形態構造を有する。これらは、例えばシリコン、ゲルマニウム、炭素、水素、及びそれらの混合の化学元素を基礎とすることができる。薄膜は、化学反応によって酸化物、窒化物、及び金属間化合物に転化させてもよい。これらの薄膜を支持する基板は、ガラス、金属、絶縁材料、ポリマー材料、半導体、半導体含有材料を含んでこれに限られない様々な材料で構成することができる。既述のように、体積に対して高い表面積比の分離／犠牲薄膜のコンセプトは、集められて集団となりプラズマ・システム中で堆積されるユニットのネットワークを伴うナノ構造を持つ柱状／ボイド材料を用いて本発明で説明される。柱状ユニットのネットワークの間隔と高さは、酸化、ケイ化、エッチング、電圧、電流、スパッティング電圧（ｓｐｕｔｔｉｎｇ ｖｏｌｔａｇｅ）、プラズマ基板間の電圧、基板温度、プラズマパワー、処理圧、基板近傍の電磁場、堆積ガス及び流量、チャンバの条件調節、及び基板表面からなるグループから選択される変量によって調節される。
【００２９】
本発明の分離についての取り組み法に伴うプラスチック積層品上に生成され得る高性能な構造を用いる他の取り組み法は、プラスチック又は他の材料の積層品の個別の装置内蔵アイランドをさいの目加工して独立のダイすなわちサイコロにする。そしてこれらは、静電気学、化学、又は立体化学的適合性（ｓｔｅｒｉｃ ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）に基づくもののような自己組立技術を用いて必要であればシステムに組み立てることができる。
【００３０】
添付図面において：
図１ａ〜ｄは、分離層とスルーホールのアクセスを用いたアプローチを示す。構造、回路、装置等（ここで示すのはＦＥＴ）が、母材の基板上に作製され、そしてそれに続いて分離される。装置作製処理の前に堆積され又は形成されたプラスチック材料は、分離後に必要となる機械的な保全性を与えるべく用いられる。図１ａは、柱状ボイド層又は犠牲層を有する剛性の基板、ポリマー・コーティング、及びそれの上に配置される装置、センサ、又はアクチュエータを示す。図１ｂは、系中にエッチングによって形成したスルーホールを示す。図１ｃは、柱状ボイド層又は犠牲層の除去を示し、それによって装置が基板から分離する。図１ｄは、凹凸を有する又は可撓性を有する基板上に配置された、分離された装置を示す。
【００３１】
図２ａ〜ｄは、分離層及びスルーホールを用いた別の取り組み法を示す。構造体、回路、装置等（ここで示しているのはＴＦＴ）が母材基板上に作製され、そしてそれに続いて分離された。図２において、装置製造処理の流れの後に堆積又は形成されるプラスチック材料が用いられて分離後の機械的保全性を与えている。図２ａは、柱状のボイド層又は犠牲層を有する剛性の基板と、ポリマー・コーティングと、装置、センサ、又はアクチュエータと、装置、センサ、又はアクチュエータを被覆してそれらの上に堆積される付加的なポリマーとを示す。図２ｂは、系中にエッチングによって形成したスルーホールを示す。図２ｃは、柱状ボイド層又は犠牲層の除去を示し、それによって装置が基板から分離する。図２ｄは、分離された装置であって、凹凸を有する又は可撓性を有する基板上に逆さに配置された装置を示す。
【００３２】
図３は、回路と燃料電池のようなパワーデバイスを含む多数のプラスチック積層体からなるＣＡＰＳ構造を示す。この例では、最後の積層体が系をディスプレイに作り上げる画素を含んでいる。組み立てられてこの系を作る個々の積層体は、それぞれが作製され、図１又は２において要点を説明した手法に従って分離される。
【００３３】
図４ａ〜ｆは、柱状ボイド・ネットワークの堆積シリコン薄膜の使用を図示するものであり、堆積／エッチングの取り組み法を用いて中空の断面を形成することを示す。図４ａは、柱状ボイド層又は犠牲層の基板上への堆積を示す。図４ｂは、柱状ボイド層又は犠牲層のリソグラフィとエッチングを示す。図４ｃは、エッチングされた柱状ボイド層又は犠牲層上に堆積される壁体状／キャッピング層を示す。図４ｄは、効果的なエッチングのために頂部や側部にエッチャントのアクセス窓をエッチングして必要なだけスルーホールを形成する。図４ｅは、柱状ボイド層又は犠牲層のエッチングを示す。図４ｆは、窓の充填、又は前述のボイド構造上方になされる別のコーティングの堆積を示す。
【００３４】
図５ａ〜ｈは、柱状ボイド・ネットワークの堆積シリコン薄膜の使用を図示するものであり、堆積／エッチング／リフトオフの取り組み法を用いて中空の断面を形成することを示す。図５ａは、基本層の堆積を示す。図５ｂは、リソグラフィと基本層及びステンシル層のエッチングとを示す。図５ｃは、柱状ボイド層又は犠牲層の堆積を示す。図５ｄは、犠牲層の一部とともにステンシル層を除去するためのリフトオフ処理を示す。図５ｅは、キャッピング層の堆積を示す。図５ｆは、湿式エッチャント用のアクセス窓のエッチングによって必要なだけのスルーホールを形成するのを示す。図５ｇは、柱状ボイド層又は犠牲層のエッチングを示す。図５ｈは、ボイド構造の窓の充填を示す。
【００３５】
図６ａ〜ｈは、柱状ボイド・ネットワークの堆積シリコン薄膜の使用を図示するものであり、チャンネル、チューブ、キャビティ等の比較的大きな断面の囲まれた中空の構造体を、単純な湿式の化学エッチングを用い所謂深いエッチング型の反応性イオンエッチング処理を用いないで形成したものを示す。図６ａは、基板上に堆積した基本層を示し、基板、最適なエッチストップ又はバリア層、堆積層（例えばアモルファスＳｉ又はポリシリコン）、基本層（例えばシリコン窒化層）を含むものを示す。図６ｂは、リソグラフィと基本層のエッチングとを示す。図６ｃは、柱状ボイド層又は犠牲層の堆積を示す。図６ｄは、柱状ボイド層又は犠牲層の一部とともにステンシル層を除去するリフトオフ処理を示す。図６ｅは、キャッピング層の堆積を示す。図６ｆは、エッチャントのアクセス窓のエッチングを示す。図６ｇは、犠牲層のエッチングと溝の生成を説明する。図６ｈは、窓の充填を示す。
【００３６】
図７は、図４において要点を説明した堆積／エッチングの取り組み法に従って作製したボイド又はキャビティ構造体の断面ＳＥＭの顕微鏡写真である。
図８は、図５において要点を説明した堆積／エッチング／リフトオフの取り組み法に従って作製したボイド又はキャビティ構造体の断面ＳＥＭの顕微鏡写真である。
【００３７】
図９ａはシリコンウェハを用いた燃料電池を図示する。
図９ｂはポリマー、ガラス、又は金属箔のような軽量基板上に堆積されたシリコンを用いた燃料電池を図示する。
図１０は、図９（ａ）及び９（ｂ）のための詳細な燃料電池の一連の処理を示す。
【００３８】
図１１ａ〜ｃは、犠牲層として柱状ボイド層を用いて形成される実際の分類すなわち分別構造体の図面である。このような構造体は、分離工程によって形成された積層体上に形成される。図１１ｂは、深いチャンネルと浅いチャンネルとの間の境界を示し、図１１ｃは、図１１ｂの拡大像を示す。
図１２は、検出のための分子固定を示す。検出は、分子体を固定する電極間のＡＣ又はＤＣの電気的応答を監視することによって達成される。
【００３９】
図１３ａ〜ｈは本願材料の応用のためのリリース層の形成を図示する。図１３ａは、Ｃｒ／Ａｕ堆積を示す。図１３ｂは、リソグラフィとエッチングを示す。図１３ｃは、柱状ボイド・ネットワークの材料の堆積を示す。図１３ｄは、接触用チップのエッチングを示す。図１３ｅは、ビーム支持エッチングを示す。図１３ｆは、柱状ボイド・ネットワークの材料のリソグラフィを示す。図１３ｇは、Ａｕの堆積を示す。図１３ｈは、柱状ボイド・ネットワークの材料のエッチングを示す。
【００４０】
【発明の詳述】
本発明において、大きなボイド体積を有し、それゆえ体積に対して高い表面積比の材料を製造するという取り組み法は、堆積されたままのポーラスな膜の成長を用いる。本発明において、ボイド領域（細孔部）は、膜の厚さに亘って膜を横切るように適度に均一になっている。堆積の方法は、以下の理由で独自で独特のものである。つまり、堆積が低温で行われ、本発明者らは、ボイドの寸法やボイドの要素部分の制御に本発明を用い得ること、ボイド柱のネットワークの形態的構造が関心のある厚みに亘って変化しないこと、柱が多結晶又はアモルファス材料であり得ることを実証的に説明したことによる。ＤＣ及びＲＦ放電、スパッタリング、高密度プラズマ装置を含むプラズマを用いた取り組み法が、成長中における堆積とエッチングの相互作用の制御に用いられ得る。本方法は、高密度プラズマの堆積とエッチングの相互作用を用いて説明され、高い多孔度（約９０％まで）を与えることができ、裏面接触（コンタクト）や陽極酸化に基づく湿式処理を伴うことなく制御された細孔寸法の材料を与えることができる。他の堆積法と異なり、本方法は、高密度プラズマの堆積／エッチング相互作用を基礎としており、それゆえ、高度の制御性を有する多孔度（約９０％まで）、厚さに伴って変化しない形態的構造、及びドープ又は非ドープの多結晶の柱状体を与える。また、本発明に特有のものは、ガラス、金属箔、絶縁体、プラスチック、及び半導体を含有する材料を含む様々なタイプの基板上に、体積に対して高い表面積比の材料を製造する能力である。
【００４１】
本説明において用いられる高密度プラズマ（ＨＤＰ）の堆積装置は、電子サイクロトロン共鳴プラズマ装置であった。特に、我々の体積に対して高い表面積比の柱状ボイド・ネットワークのシリコンは、高密度プラズマ装置（例えば、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＥＣＲ−ＣＶＤ） ｔｏｏｌ （Ｐｌａｓｍａ Ｔｈｅｒｍ ＳＬＲ−７７０））を使用し、プリカーサガスとして水素で希釈化されたシラン（Ｈ２：ＳｉＨ４）を用い、基板の堆積温度を２５０℃以下とすることによって実証的に説明された。この装置は、シリコンのエッチングと堆積とを競合して行わせ、２次元的なシリコン・アレイを生成し、分析により、シリコン柱状体の寸法が制御可能であり、形態的構造は、厚さに伴って著しく変化しない。他の堆積された柱状のシリコン材料と異なり、柱状体の間隔は、厚さにおいて膜が成長しても維持され得るとともに、柱状体の相の組成は、多結晶からアモルファスまで制御可能に変化する。結果として得られる柱状ボイド・ネットワークは、膜厚が１０〜２０ｎｍの範囲に達した後に、ナノ・スケールの形状寸法を有して完全に育成された。このことは、体積に対して高い表面比の結晶又はアモルファスのシリコンを、任意の基板上に約１０ｎｍより厚く、好ましくは１０〜２０ｎｍの任意の厚みに直接堆積することを可能にする。本発明によって製造される高ボイド体積の半導体膜は、そのまま装置内又は装置外での処理によって絶縁物又は金属化合物に変換される。
【００４２】
本発明は、体積に対して高い表面比の膜であって、これから約９０％までの多孔度を有するボイド中に延びる複数の摂動部を備える膜を提供する。複数の摂動部は、基板或いは基本層に実質的に垂直に配置されている。複数の摂動部は、ロッド形状の柱状体であり、多結晶又はアモルファスとすることができ、シリコン材料のようなものとすることができる。多孔性は、連続するボイドによるものである。摂動部は、膜厚によって高さを調節可能であり、約１ｎｍから約１００ｎｍの直径を有する。つまり、柱状体は、約３ｎｍから約７ｎｍの直径を有する。さらに、摂動部は、約５０ｎｍから約５００ｎｍかそれ以上の直径を有するクラスター中に見出される。
【００４３】
柱状ボイド・ネットワーク型の体積に対して高い表面の堆積薄膜の特別な特質は、多くの要因によって制御される。これらは、（ａ）プラズマと基板と間の電圧、（ｂ）基板温度、（ｃ）プラズマ出力及び処理圧力、（ｄ）基板周辺の磁場、（ｅ）堆積ガス及び流量、（ｆ）チャンバ条件、（ｇ）スパッタリング電圧、及び／又は（ｈ）基板表面を含む。これら多数の要因の影響は、予期されるようなものとなっていない。
【００４４】
本発明は、さらに、材料の系を物理的に独立した系に分離したり、材料を部分的に分離された系にしたり、材料中に取り囲まれたキャビティを生成するための材料及び方法論を提供する。これらの材料と方法論の使用に起因する多くの応用が提示される。本発明は、体積に対して高い表面比の堆積材料は、分離、犠牲、又はリリースの材料として用いられる。体積に対して高い表面比の材料のうち特に効果的なものは、堆積された柱状ボイド・ネットワーク膜によって提供される。
【００４５】
本発明は、体積に対して高い表面の堆積された材料の具体例である、堆積された柱状ボイド・ネットワーク型のシリコンによって説明される。この材料は、大きく、かつ、調整可能な表面体積比（つまり、大きな表面積）を有する。この大きな対体積表面比とは、材料が大きな表面積を有し、化学的な攻撃に対して弱く、機械的に簡単に弱められることを意味する。この大きな対体積表面比は、柱状体に突き通されたボイド領域を介して化学種が自由に移動し得ることをも意味する。このことは、毛管作用によって材料が急速かつ一様に「ぬれて」、化学的な攻撃又は溶解に基づいて一様な除去処理に至ることを意味する。さらに、この材料の大きなボイド体積（つまり、大きな多孔度）によって、リリース層への応用においてガス圧又はガス相互作用が材料の系の分割・分離に用いられるならば、除去処理に用いられるガスを蓄えることができる。
【００４６】
体積に対して大きな表面（つまり、大きな表面積）の材料を製造するための様々な取り組み法がある。今日最も注目される技術は、前述した電気化学エッチングである。電気化学エッチングが大きな表面積のシリコンの製造に用いられるとき、結果として得られる材料は、一般に多孔質シリコンと呼ばれるものである。多孔質シリコンは、ベル研究所のウリア（Ｕｈｌｉｒ）によって１９５６年に電気化学的に得られたが、電気化学的にエッチングされたＳｉの多孔質の特質が認識されたのは、１９７０年以降である（Ｙ． Ｗａｔａｎａｂｅ ａｎｄ Ｔ． Ｓｕｚｕｋｉ， Ｒｅｖ． Ｅｌｅｃｔｒｏｎ． Ｃｏｍｍｕｎ． Ｌａｂ． １９， ８９９（１９７１）．最近の議論では、Ｒ． Ｃ． Ａｎｄｅｒｓｏｎ， Ｒ． Ｃ． Ｍｕｌｌｅｒ， ａｎｄ Ｃ． Ｗ． Ｔｏｂｉａｓ， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏ−ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ， Ｖｏｌ． ３， １０（１９９４））。
【００４７】
このようなウェットエッチングされた従来の多孔質Ｓｉ材料の開始材料は、従来のシリコンウェハ、又は低圧化学気相成長法（ＬＰＣＶＤ）やプラズマ・エンハンスト化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）のようないくつかの堆積方法によって製造された薄膜Ｓｉのいずれかである。いずれの場合においても、シリコンのサンプルが湿式の溶液中にさらされ、エッチングすべきサンプルを介して、溶液（例えば、フッ酸、水、及びエタノールの混合物）を介して、及び溶液に接触する電極（電極は例えば白金）を介して、エッチングすべきサンプルにコンタクト（接触部）を経て電流が流される。
【００４８】
電気化学的（アノーディック）なエッチングにおいて、構造（例えば細孔の寸法及び間隔）及び多孔質Ｓｉ層の膜厚は、シリコン自体の低効率（大きさとタイプ）、電流密度、付加される電位、電解質組成、光の照射、温度、及び暴露時間によって制御可能である。十分に長い暴露と十分に厚い開始材料に対しては、この電気化学的エッチング法は、ナノ・スケール構造（つまり、ナノメータのオーダの形状）が得られる段階に引き続き得るものである。シリコンの形状的構造は、普通行われるようにサンプルが単結晶ウェハからエッチングされたとき、連続的な単結晶であり、或いはサンプルが堆積された膜からエッチングされたとき、多結晶シリコンである。これらすべての従来の（電気化学的にエッチングされた）多孔質シリコン材料は、（１）湿式ゆえに、電気化学的なエッチング処理であること、（２）サンプル上に電気的な接触が必要になり、このエッチング中にサンプルを電流が流れること、（３）広範なエッチングの後に接続される、一般に切り離された多孔の領域を有すること、及び（４）シリコンの形成が最初に必要であり、続いてウェットエッチングが必要な連続処理の結果物であることによって区別される。さらにまた、電気的接触を有しなければならず、湿式の化学エッチング槽の準備、使用、処分が必要で、これらの湿式エッチングされた多孔質材料は、細孔中に残る残留エッチング種及び生成物が問題となる。多孔質シリコンの分離層及び犠牲層への適用では、これに最初に電気的接触を確立し、シリコンのリリース又は犠牲層となるべき領域中に電気化学的エッチングを施す。
【００４９】
本発明において、高い対体積表面積比の材料を製造するための取り組み法は、堆積を用いて堆積されたままの高い表面積の膜を成長させることにある。高い対体積表面積比の材料中における比率は、膜が連続でボイドを有しないとした場合に存在するものを超える面積を参酌することに基づくものである。高い対体積表面積比の材料中における好ましい比率は、１０，０００対１までである。高表面積膜は、リリース層又は犠牲層への適用が必要となるいずれかの場所に配置され得る堆積膜である。これらは、調整可能な体積表面積比の全範囲で堆積され得る。我々は、この調整能力が連続的な（表面積が膜面積、つまりボイドがない）膜から約９０％までの多孔率の材料までの形態的構造を許容する。この多孔率の制御性の特徴により、ねれ性、機械的な保全性、ガス含有量、及びエッチング速度のような特性を必要に応じて適合させ得る。本取り組み法は、低温で行われる堆積法を用い、必要な形態的構造を得るべく適合させる。エッチング工程は特に設けられておらず、リリース層又は犠牲層となるべき材料の準備に際して湿式の処理が用いられない。同様に、本発明で独特な点は、ガラス、金属箔、絶縁体、プラスチック、及び回路構造を備える基板を含む半導体含有材料等の様々なタイプの基板上に、応用に適合して設計された形態的構造を有する、これらの堆積膜の作製能力である。
【００５０】
分離層及び犠牲層への応用のための、堆積されたままの高い対体積表面積比の薄膜に関する構想は、プラズマ・エンハンスト化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）によって準備された柱状ボイド・ネットワークのシリコンを用いて実装的に説明される。特に、この取り組み法は、高密度プラズマ装置（例えば、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＥＣＲ−ＰＥＣＶＤ） ｔｏｏｌ （Ｐｌａｓｍａ Ｔｈｅｒｍ ＳＬＲ−７７０））を用い、柱状ボイド・ネットワークを準備することによって説明される。材料の堆積では、水素で希釈化されたシラン（Ｈ２：ＳｉＨ４）をプリカーサガスとして用い基板の堆積温度を２５０℃以下とした。高密度プラズマ装置の取り組み法では、シリコンのエッチングと堆積とを競合して行わせ、２次元的なシリコン・アレイを生成し、分析により、シリコン柱状体の寸法及び柱状体の間隔が制御可能であることが実証されている。結果的に得られる柱状体／ボイドのネットワーク構造体は、形状寸法でナノ・スケールであり、膜厚が１０から２０ｎｍの範囲に達した後に完全に育成される。柱状体の直径範囲は、３０ｎｍから約１００ｎｍの間である。このことは、結晶又はアモルファス相である高い対体積表面積の材料（つまり、高い多孔性の材料）を、任意の基板上に約１０ｎｍを超える任意の厚さで堆積させることを可能にする。本発明によって製造された柱状体／ボイドの半導体膜は、そのまま装置内で或いは装置外で処理することによって絶縁体や金属化合物に変換され得る。さらに、機能性の層を柱状体／ボイドのネットワーク材料の堆積の前後において形成又は堆積することもできる。高密度プラズマ装置における堆積パラメータの変更により、連続（ボイドなし）、中間、又は高ボイド密度材料のいずれかが得られる。
【００５１】
従来の多孔質シリコンと異なり、本発明で用いられている柱状ボイド・ネットワークのシリコンは、湿式の電気化学エッチングによるのではなく堆積され、任意の基板上の任意の場所形成されることが可能になる。本方法によって堆積されたものは、特有の柱状構造を有し柱状体の間にもとから形成されたボイド（つまり、中空の空間）を含む。つまり、その形態的構造は、ロッド上である特有の形状を有しており、これは、その上に膜が堆積される基板上の薄い移行層に対して垂直又は垂直に近くなっている。膜のボイドは、層を介して湿式エッチャントのアクセス窓又はスルーホールへ又はこれから反応物質又は反応生成物が移動することを許容することにより、犠牲、分離、又はリリース層の応用において材料の迅速な除去を促進するように連続する。犠牲、分離、又はリリース層の迅速な除去は、他の構造体層が湿式エッチング中にダメージを受ける可能性を減少させることから、製造処理の信頼性を増大させる。さらに、本願の堆積された柱状ボイドシリコンは、例えばプラスチック、ガラス、シリコンウェハ、及び金属箔のような任意のタイプの基板上に敷設することができる。このことは、その電気化学的な形成のための少なくとも１つの下地である電気的接触を有するシリコン基板又は膜を必要とする、従来型の電気化学的に湿式エッチングされた多孔質シリコン比較しての、堆積された柱状ボイド・ネットワークの特有の利点である。
【００５２】
Ｉ．分離層
電子装置、流体素子、ソーラー・セル、センサ及びディテクタ、化学製品を従来と異なる可撓性基板上に作製することについて、多大の興味が持たれている。これらの基板は、比較的安価で、軽量で、可撓性を有する（つまり、プラスチック、ガラス、又は金属箔）が、これらは粗く平坦でない表面を有する。さらに、このような基板上に装置を直接製造することは、このような基板のリソグラフィと寸法的な保全の困難さによって困難である。これらの基板上に形成する利点を有する電子装置、化学装置、ディスプレイ、微小流体素子、及びオプトエレクトロニック装置及び構造体は、ダイオード、トランジスタ、センサ、アクチュエータ、熱伝達媒体、微小電子機械装置（ＭＥＭＳ）、燃料電池、ソーラー・セル、及びこれらの組み合わせを備えるものとできる。従来と異なる基板上へのこのような装置及び構造体の製造は、折り曲げ可能で、耐衝撃性を有し、軽量で、或いはこれらのこれらの組み合わせであるシステムが生成され得ることから、多数の新しい応用の提案を可能にする。さらに、可撓性基板上にそのような装置及び構造体を形成することは、図３の例に示すように基板の積層（積層体）をより複雑な系とすることを可能にし、プラスチック基板を用いたカスタマイズ及び適応性の構想（我々は、ＣＡＰＳ取り組み法と表現する）を可能にする。これらの利点に加え、これらの新しい装置及び回路は、様々な形状に収縮フィットする弾性体のようなポリマー基板上に配置することができる。可撓性の基板上の装置及び構造体は、過酷な環境で使用されるのと同様に湾曲した表面上で動作される。
【００５３】
本発明は、可撓性基板上に電子装置、化学装置、機械装置、流体素子、ディスプレイ、及びオプト・エレクトロニクス装置及び構造体を作製することを、粗く、平坦でない基板表面、寸法の保全、機械的強度、及びそのような可撓性の基板の熱的に安定な放出にも拘わらず、非常に再現性ある製造容易な技術とする。ここで開示される本発明は、必要な分離層の材料、製造技術、及び応用への構想を提供する。図１ａ〜ｄ及び図２ａ〜ｄは、高い体堆積表面比の材料を分離層として使用することに対する２つの一般的な取り組みがある。両方の場合において、構造体、回路、装置等（ここで示されているのは、ＦＥＴ）は、母材基板上に作製され、続いて分離される。図１において、プラスチック材料のようなキャリア基板材料は、装置作製処理手順の前に堆積され或いは形成されるものであり、母材基板からの分離後も必要になる機械的保全性を与えるために用いられる。図２において、プラスチック材料のようなキャリア基板材料は、装置作製処理手順の後に堆積され或いは形成されるものであり、母材基板からの分離後の機械的保全性を与えるために用いられる。後側の取り組みは、処理手順がいくつかの高温工程に組み込まれる利点を提供する。いずれの場合においても、分離後に、例えば装置、回路、又は双方を支持するプラスチックのキャリア材料が、他の積層体（図３）、他の基板、又は他の物体に取り付けられ得る。
【００５４】
図１ａ〜ｄ及び図２ａ〜ｄに描写された両取り組み法において、例えばＳｉウェハ、石英、又はコーニング（商標）のガラス基板のような、従来型の剛性を有し平坦な基板は、それが滑らかな表面を有し、微細な電子工学的処理と互換性があることから、剛性を有する母材基板として選択される。この母材基板は、再利用可能であることを意図するものであり、その表面上に被覆層を有するもの或いは有しないものとすることができる。図１ａ〜ｄ及び図２ａ〜ｄの取り組み法の説明において、我々は、剛性の基板として機能するシリコンウェハの滑らかな表面上に犠牲層を堆積した。一般に、この犠牲層は、化学的手段、機械的手段、又はこれらの組み合わせによって除去されるように設計されている。図１ａに示すように、ポリマー膜は、犠牲層上に被覆すなわちコートされ、このポリマー・コーティングは、硬化及び脱ガスのために加熱処理された。この層は、装置や回路をその最終位置に移すための搬送用（キャリア積層体）の層になる。続いて、図１に示すように、我々は、ポリマーで被覆された基板上に装置を作製した。この処理におけるキーとなる手順は、ポリマー・コーディングと犠牲層との境界まで降ろされるスルーホールの形成である。この説明において、我々は、スルーホールの位置、サイズ、及び数量をリソグラフィを用いて規定し、反応性イオンエッチングを用いて孔をエッチングした。これらのスルーホールは、犠牲層を除去するために用いる化学薬品（例えば、酸、塩基、又は有機溶剤）のための導管として用いられる。この化学薬品は、この導管を介して流れ、犠牲層の上部に流下し、犠牲層を湿らせ、犠牲層材料に対し化学的にアタックする。スルーホールの導管を用いたこの分離技術を説明する詳細な実験では、金属犠牲層が蒸着によって形成され１０〜５μｍのポリマー層がコーニング１７３７ガラス上にスピンコートされた。リソグラフィによってスルーホールが画定されたのち、孔が反応性イオンエッチングによってエッチング形成され、サンプルは、酸中に浸漬された。酸は、スルーホールの導管を介してスルーホールの上部に浸透し、犠牲層をエッチングしつつ横方向に広がる。ポリマー・コーティングは、酸が横方向に移動して犠牲層をエッチングするのに伴って分離される。この分離処理がより進行すると、分離された領域が広がる。
【００５５】
図１ａ〜ｄの変形例では、犠牲層にアクセスするためのスルーホールは、母材基板に形成することもできる。なお、この母材基板は、再使用可能とすることができる。犠牲層を除去することにより、積層体上の装置構造体及び回路は、図１の工程（ｃ）に示されるように剛性の基板から分離され得る。分離された装置構造体が可撓性のポリマー搬送層上に置かれることから、我々は、図１の工程（ｄ）に示すようにこの装置を任意の起伏の多い表面の基板上に、或いは平坦若しくは湾曲し又は他の積層体の任意の表面に付着させることができる（図３参照）。
【００５６】
図２は、本取り組み法の第２のバージョンの一般的な特徴を示す。図２に示すように、犠牲層は、装置製造処理の前に、剛性の母材基板上に最初に堆積される。この母材基板は、再使用可能でありコーティングを有するものとできる。電子装置、化学装置、機械装置、流体素子、ディスプレイ、及びオプト・エレクトロニクス装置及び構造体の作製の後に、ポリマーのようなキャリア基板が装置又は構造体上に被覆形成される。図２に示すように、ポリマー・コーティングから犠牲層に下がるスルーホールが形成される。この説明では、フォトリソグラフィ処理を用いてスルーホールの位置、寸法、及び数量をリソグラフィ的に画定し、反応性イオンエッチング又は湿式処理によって孔をエッチング形成した。これらのスルーホールは、犠牲層の除去に用いられる化学薬品のための導管を提供する。この化学薬品は、これらの導管を介して構造体中に入り込んで、犠牲層の上部におりて浸透し、この層を湿らせ化学的なアタックによってこれを除去する。図２の変形例では、犠牲層に化学的にアクセスするためのスルーホールを母材基板に設けることもできる。犠牲層を除去することにより、装置構造体は、図２に示されるように剛性の基板から分離され得る。分離された装置が可撓性のポリマー搬送層のようなキャリア層に被覆されているため、我々は、積層体を搬送することができ、図２の工程（ｄ）に示すような起伏を有する任意の基板に対して取り付ける。このような積層体は、寄せ集められて図３に示す系すなわちシステムを生成する。また、積層体は、任意の湾曲した表面に付着させることができる。
【００５７】
本発明は、図２に概説した方法において一般的な分離層の使用法に向けられている。それはまた、柱状ボイド・ネットワーク材料のような高い対体積表面の材料の図１及び２に概説されるような処理における分離層としての特定の使用法に向けられる。
【００５８】
スルホールの導管を用いるこの分離処理は、図１及び２の転送（積層）層上の、薄膜トランジスタ、センサ、アクチュエータ、微小電子機械装置（ＭＥＭＳ）、燃料電池、及びソーラー・セルを含む様々な装置及び系すなわちシステムを作製するために用いられ得る。もちろん、この犠牲層／スルーホール及び転送層の取り組みの使用法は、前もって存在する装置ウェハ及びダイ上に装置及び回路を確立するために用いられる。
【００５９】
プラスチック積層帯上に分離の取り組み法によって生成され得る高性能の構造体が別のやり方でも用いられ得るつまり図１又は２の構造を形成可能であり、そしてプラスチック又は他の材料の積層体の島を含む個別の装置が刻設、又はそれとは異なる分離が可能であり独立したダイにされる。そして、これらは、静電気学、化学、又はステリック適合性（ｓｔｅｒｉｃ ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）のような自動組立て技術を適宜利用して系すなわちシステムに組立て得る。
【００６０】
或いは、キャビティ（つまり、チャンネル）は、本発明に従って２つの犠牲層を用いることによって堆積された薄膜材料を用いて形成してもよい。これらの層の１つは柱状ボイド層であり、それと第２の材料はチャンネルとなるべき領域の一部において用いられる。他方の層は金属のようないくつかの他の材料からなる。それはそのチャンネルの他の部分中の単なる犠牲層である。チャンネルを形成するために２つの材料を用いる目的は、特別な領域において非常に正確で非常に浅いチャンネル深さが、犠牲層が形成される場所において生成されるためにというものである。つまり、浅い領域は金属を用いた領域において１０ｎｍとなし得る。そして、同じチャンネル又はキャビティ構造体中の深い領域は両犠牲層を用いる領域内で数百ミクロンとなし得る。結果的に、分子をチャンネルに流下させる場合に生じ得る分類及びセンサの応用のための広く変化する深さを伴うチャンネルが得られる。センサへの応用においてこのセンサは浅い領域内に配置されるであろう。
【００６１】
ＩＩ．リリース層
本発明によるフィルムのリリース層への応用は、又たくさんの応用を有し得る。これらの応用は分離された材料の系が完全には分離されず少なくとも１か所で接触が残っていることを除いて、分離層のものと非常に似ている。
リリース層の応用において、本発明の材料の処理と利点は分離層のものと似ている。キーとなる相違は、リリース層への応用に含まれている材料の系すなわちシステムが完全に分離されず少なくとも１か所において接触したままであるということのみにある。
【００６２】
ＩＩＩ．犠牲層
本発明は、ボイド（つまり、キャビティ）形成のための犠牲材料として堆積されたままの大きな対体積表面材料の使用法にも特に向けられている。生成されたボイドを基礎とする構造体は、１またはそれ以上の材料の外被によって確定された中空の空間（キャビティ）領域を有する。キャビティの寸法及び形状はその応用の目的に応じて修正することができる。そのような構造体は、ノズル構造体中；冷却または加熱への応用中；培養、組織及び器官の物理的及び栄養の維持のための模造した循環系の毛管機能（例えば栄養の輸送、温度制御、酸素供給等）中；薬物の拡散及び送出のための系中；薬物の発射のための噴霧器中；クロマトグラフィ・チューブへの応用中；フィルタリング又は触媒構造体中；燃料電池のような化学的装置内の反応室中及び液体又はガス送出系中；ビード、粒子、セル又は分子の分離のための分類及び送出構造体中のような、微小流体への応用物に適用されるチャンネルとして用いられる。これらの構造体は、アクチュエータ、ディテクタ、ボロメータ及び感知レバー・センサのような多くのＭＥＭＳ装置に対しても応用され得る。
【００６３】
エア・ギャップ、キャビティ、チャンネル、及びチューブのような構造体に対してここで開示されたキャビティ（ボイド）形成への取り組み法は、犠牲層の使用法を基礎とする表面微小機械加工技術である。キャビティ形成を確定するパターンは、従来のリソグラフィ、ジェット印刷、ビーム・リソグラフィ及び柔らかい接触の印刷法を含む様々なパターン転写の取り組み法によって確立され得る。本発明の新しい処理手順のキーとなる特徴は犠牲材料として堆積された大きな対体積表面材料を使用して形成されることにある。具体的な説明は独特の柱状ボイド・ネットワークの形態的構造膜であってとりわけ大きな対体積表面の材料である膜によってなされる。中空の断面又は製造後に後方から満たされる断面を伴うキャビティ、チャンネル等に対して、柱状ボイド材料は、エッチャント／エッチング生成物のアクセスホールを用いて除去され、ここでは、エッチングを機械的撹拌と組み合わせてもよい。堆積された柱状ボイドの材料が分類やフィルタリングへの応用において有用であるようにチャンネル中に残留する（つまり、残留して断面を占有している）とするならば、これらの材料のエッチングは必要ない。この場合、柱状ボイド・ネットワークの材料は、犠牲とされないが、ボイド・キャップ層を確立し支持するために用いられ、残留することが許容される。
【００６４】
本発明者は、製造可能で、再現性を有し、かつ制御可能な、囲まれた中空の領域を生成するためのキーすなわち鍵が、堆積された大きな対体積表面の材料による取り組み法にあることを見出した。本発明は、柱状ボイド・ネットワークのシリコンを用いてこの取り組み法を実証的に説明する。この柱状ボイド・ネットワークのシリコンは、従来の多孔質シリコンと異なって、堆積され、電気化学エッチングを含まず、独特で整っており制御可能な柱状ボイドの形態的構造を有して、シリコンがボイドに入り込んでいる。低温でプラズマ堆積処理を用いることにより、材料を、予め形成した回路及び装置、プラスチック、ガラス、有機及びポリマー材料、並びに金属箔を含む広く様々な基板上に作ることを許容する。その柱状ボイド構造体は、それを、満たされたチャンネルへの応用におけるフィルタ媒体、又は中空の断面への応用における中空のチャンネル、ボイド、キャビティ、及びチューブの生成のための優れた前駆体とする。後者の場合、それは犠牲層であり、小さな寸法の湿式エッチャントのアクセス窓を介してエッチングされたときでも、それだけで、早いエッチング速度を与える。柱状・ボイド・ネットワークのシリコン膜の開放領域は、犠牲層の除去に際して、エッチャント及び反応生成物の迅速な搬送を可能にし、迅速な犠牲層のエッチ速度は、全体的な処理の信頼性を増加させる。さらに、迅速なエッチング速度は、薄いキャップ層を備える微細構造体の形成を可能にする。この取り組み法によって形成されるチャンネルの底部、側壁、及び頂部は、弾性体、絶縁体、半導体、又は金属を含む様々な有機及び無機の材料からなるものとすることができる。それらは、電流搬送構造体、ゲート構造、圧電素子、焦電素子、強誘電体又は磁性材料を包み込むようなアクティブ層からなるもとすることができる。チャンネル、ボイド、キャビティ、エア・ギャップ、及びチューブの底部、側壁、及び頂部は、微少な有機分子、又はポリマーのような材料からなるものとすることもできる。犠牲層の使用法は、堆積／エッチング形成の取り組み法（図４ａ〜ｆ）、堆積／エッチング／リフトオフ形成の取り組み法（図４ａ〜ｆ）、又はそれらの組み合わせにおいて用いられ得る。
【００６５】
通常、リフトオフ処理が用いられるとき、好結果を得る処理は、リフトオフすべき堆積膜の厚さが階段状パターンの側部においてステンシル層よりも大いに薄くなるべきことを保証し、或いはリフトオフすべきこの膜が不連続であることを保証すべきである。それゆえ、リフトオフ処理は、ＭＥＭＳ又はバイオＭＥＭＳの装置の作製において、これらが比較的厚い膜を必要とし得ることから、通常用いられない。しかしながら、本発明に係る堆積された柱状ボイドのシリコンは、非常に特異な連続的ボイド（遷移層からボイドに入り込むシリコンの柱状体）の形態的構造を有し、この形態的構造は、この層を除去するように設定された化学薬品にとってガスや液体がステンシル層（リフトオフを生じさせる層）に簡単にアクセスすることを可能にする。例えばステンシル層がフォトレジストの場合、我々は、アセトンが厚い柱状ボイドのシリコン層下方に配置されたフォトレジストを簡単にアタックすることができることを見いだした。この場合、アセトンがシリコン柱状体の入り込んだボイド領域を介して移動し、フォトレジスト（ステンシル）層に到達し、この層を分解し、ステンシル上に有るシリコン膜をリフトオフする。特別なシリコン材料の独特のボイドの形態的構造の故に、リフトオフの取り組み法は、厚く堆積された柱状ボイド・ネットワークのＳｉ膜に対しても機能する。
【００６６】
既に言及したように、ナノ又はマイクロのボイドによって、キャビティ、チャンネル等が、堆積／エッチングの処理（図４ａ〜ｆ）の変形によって形成され、或いは大変有利な堆積／エッチング／リフトオフの処理（図５ａ〜ｆ）の変形によっても形成可能である。両方の場合において、製造は、低温処理のみを含むものとすることができ、柔軟な設計規則（デザインルール）を有する。堆積／エッチング／リフトオフの処理は、これが大変簡単な処理、超平坦面、及び薄いキャップ層をまた提示することから、特に有利になっている。堆積／エッチングの処理（図４ａ〜ｆ）、又は堆積／エッチング／リフトオフの処理（図５ａ〜ｆ）の双方が、有機物、プラスチック、ガラス、堆積された半導体、予め作製された回路及びチップを備える半導体、シリコンチップ又はウェハ、及び金属箔を含む広い範囲の基板に適用可能である。なお、これらの構造体は、製造の前後において湾曲させることができる。
【００６７】
平坦面及び薄いキャップ層の構造体（流体流のためのチャンネル）は、リフトオフの手法によって可能になり、冷却や加熱への応用に有利であるが、これは、平坦面と薄いキャップ層とが加熱又は冷却すべき何らかのものと接触する境界領域を増大させることによって熱変換効率を増大させることによる。チャンネルが方法論において低温で非破壊的な処理によって作製され得ることから、本願の取り組み法は、製造後の回路及び装置上に直接、冷却（又は加熱）構造体を造ることを可能にする。本願のチャンネルが金属又はプラスチック箔上に形成可能であることから、放熱のためのチャンネル・ベースの構造体が、例えば、図３の積層体のような箔状の基板上に作製され、その後、冷却と温度制御のための回路及び装置の構造体上に付着される。
【００６８】
本願の取り組み法によって可能になる柔軟なデザインルールは、ボイド、キャビティ、チャンネル等を、ノズル；培養、組織及び器官の物理的及び栄養の維持のための、模造した循環系の毛管機能（例えば栄養の輸送、温度制御、酸素供給等）；薬物の拡散及び送出のための毛管の系；薬物の発射のための噴霧器；燃料電池及びクロマトグラフィ用のチューブ；フィルタリング又は触媒構造体；及び、ビード、粒子、セル又は分子の分離のための分別構造体に適用することを可能にする。さらに、チャンネルは、細胞、組織、及び臓器の成長のための毛管と同様に骨格としても機能し得る。
【００６９】
ナノ及びマイクロ・ボイド構造体を作製する堆積／エッチングの取り組み法に含まれる処理手順の一例についての詳細な議論は、図４ａ〜ｆを用いて可能になる。図４ａ〜ｆの構造の実証的説明では、二酸化シリコンが基板上に、Ｐｌａｓｍａ　Ｔｈｅｒｍ　ＳＬＲ−７７０の電子サイクロトロン共鳴プラズマ・エンハンスト化学気相成長法（ＥＣＲ−ＰＥＣＶＤ）を用いて、コーティング層（図４ａ〜ｆに示さず）として実際に堆積された。詳細な堆積条件は、表１に掲載されている。二酸化シリコンは、ボイド構造体の底部層として用いられ、それ（若しくは、同じ機能に対して使用し得る他の層）は、柱状ボイド・ネットワークのシリコンのリリース層が除去されるとき、任意の基板に生じ得るエッチングを回避するために用いられ得る。つまり、そのような材料は、エッチストップ層として用いられ得る。図４の処理手順の説明において用いられている処理の場合、堆積された柱状ボイド・ネットワークのシリコンを除去するために用いられるエッチャントは、テトラ・メチル・アンモニウム水酸化物（ＴＭＡＨ）である。二酸化シリコン上の堆積された柱状ボイド・ネットワークのシリコンをエッチングするＴＭＡＨのエッチング選択性は極めて高く、本説明において使用されている５００Åの二酸化シリコンは、基板を保護するのに十分な厚さを有していた。二酸化シリコン（又は、他の第１層）を堆積する他の目的は、相互拡散バリア層として機能させ、使用されている基板との界面を改善し得るというものである。後者は、例えば応力制御にとって大変重要なものとなり得る。
【００７０】
マイクロ及びナノのキャビティは、本取り組み法によって形成されたものであり、誘電体の分離（アイソレーション）のためや、光反応及び相互作用の適合化のために用いられる。例えば、それらは、金属間誘電体（ＩＭＤ）の電子チップへの応用と、反射防止及び吸収構造体、光スイッチ、導波路、及び増幅器のような光装置への応用とに適用される。光学的な応用として、キャビティの基礎的な光学周波数が、キャビティのサイズ、形状、及び周囲材料の屈折率によってチューニングされ、共振モードをチューニングするこの能力は、チューナブル光ファイバ、光ゲート、光スイッチ、チャンネル・ドロップ・フィルタ、光相互結合装置のような光装置にとって大変有用である。低い誘電率（つまり、低ｋ）への応用では、多キャビティや、光学応用よりも広いサイズのキャビティ構造が要求され得るが、これは、構造体が機械的安定性を有したままで低誘電率を与えるからである。
【００７１】
柱状のボイド・ネットワークのシリコン層は、実証的説明で堆積すべき次の層であった。それは、ＥＣＲ−ＰＥＣＶＤのチャンバを水素プラズマ及び酸素プラズマを流すことによって調整した後に堆積された。このような調整は、リリース、分離、又は犠牲層の堆積のための処理制御に対して有用なものとなる。本説明で用いられている、チャンバ調整のための詳細なパラメータは、表２に掲載されている。水素プラズマ及び酸素プラズマを用いた調整は、３０分間と１０分間それぞれ行われた。そして、犠牲層として使用すべき柱状ボイド・ネットワークのシリコンは、同じＥＣＲ−ＰＥＣＶＤによって堆積された。柱状ボイド・ネットワークのシリコン層が続くエッチング処理（この例示説明では、ＴＭＡＨのウェットエッチング）によって除去されて、キャビティ領域が形成されることから、このシリコン堆積は、エア・ギャップ、チャンネル等のためのキャビティ領域となるべき空間を規定する。図４ａ〜ｆに描写されているように、堆積された柱状ボイド・ネットワークのシリコンの厚さは、この取り組み法におけるキャビティ寸法のうちの高さである。従って、キャビティ領域の高さは、非常に簡単かつ正確に変化させ得る。或いは、柱状ボイド・ネットワークのシリコンの前に他の材料を堆積することもでき、またそれは、柱状ボイド材料がエッチされて深い最終的なキャビティ（チャンネル、エア・ギャップのためのもの）であってその深さが柱状ボイドのシリコンの厚さによっては制御されないものを与える。そのようなボイド（キャビティ）の具体例は、図６ａ〜ｈに示されており、この場合、図５ａ〜ｈの取り組み法による処理が行われるが、図４のものも行い得る。
【００７２】
図４ａ〜ｆに戻って、柱状ボイド・ネットワークのシリコン層の堆積後、他の５００Åの二酸化シリコン層がこの具体例のシリコン層上に堆積された。連続したボイドに入り込むその柱状体の形態的構造によって大きな多孔体積が可能になることから、柱状ボイド・ネットワークのシリコンは機械的に極めて脆弱なものとなるので、このような処理が行われた。柱状ボイド・ネットワークのシリコンは、このよう被覆層が用いられない場合には、リソグラフィ処理で使用される現像液やフォトレジスト除去剤によってもダメージを受ける。
【００７３】
堆積された柱状ボイド・ネットワークのシリコンを用いてボイド（つまり、キャビティ、チャンネル、エア・ギャップ等）構造を生成する本発明の説明又は論証では、上述の３つの堆積後にできる３層のサンドイッチが次にリソグラフィとエッチングを用いてパターニングされ、図４の工程ｂ中に示す構造を与える。これらは窒化シリコンによって被覆されるが、このキャップ層は、ＥＣＲ−ＲＥＣＶＤにより堆積された。窒化シリコンは、この特別な実験において、支柱及びキャップ（屋根）層として働く。詳細な堆積パラメータは表１に示す。ここで示す論証において、１０００Åの窒化シリコンが、３層の頂部上とホールの側壁及び底部とに堆積された。これは極めてコンフォーマル（良好な適応）となっていた。窒化シリコン層の厚さは、強度、誘電率、光学特性、拡散障壁特性、熱伝導率、又はこれらいくつかの組み合わせのような特性を変更することによって適度に調整することができる。他のコーティング材料も用いることができ、同様に調整することができる。或いは、リフトオフ法を使用して、堆積された多孔質シリコン領域を形成することができ、この層によってキャップする役割のみが果たされる。
【００７４】
堆積された柱状ボイドのネットワークシリコン犠牲層をエッチ除去するため、小さい窓構造がキャップ層の中に又は隣接して要求され、図４ｄに示すように、この論証又は説明で、Ｓｈｉｐｌｅｙ １８１３のフォトレジストを用いて実施されるリソグラフィ処理の使用が確立された。リソグラフィ処理の後に、ウィンドウパターンがＰｌａｓｍａ　Ｔｈｅｒｍ　７２０の反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）システムによってエッチングされる。ＣＦ４／Ｏ２プラズマが使用され、詳細なエッチングパラメータは表３に記載のようなものであった。
【００７５】
【表１】
2004507880.tif 000003
【００７６】
【表２】
2004507880.tif 000004
【００７７】
【表３】
2004507880.tif 000005
【００７８】
サンプルを溶液中で１０分間浸漬することにより、ＲＩＥ工程を規定するために使用されるフォトレジストがナノ・ストリップとして除去された。次いで、０．１％のＢＯＥ（Ｂｕｆｆｅｒ Ｏｘｉｄｅ Ｅｔｃｈｅｒ）の溶液で続いて処理して、窓によって露出する柱状ボイド・ネットワークのシリコン上の自然酸化層を除去する。ＢＯＥ処理は、それが他の構造的な層にダメージを与え得ることから、非常に重要な工程である。それゆえ、この特別の論証においてＢＯＥのエッチング時間と溶液の濃度は極めて重要であった。
【００７９】
エッチャント／反応生成物によって窓が現れると、堆積された柱状ボイド・ネットワークのシリコン犠牲層がＴＭＡＨ溶液によって除去された。この論証又は説明のボイド（キャビティ領域）に対して、ボイド・ネットワークのシリコン犠牲層の除去が３０分未満を要して完了した。これに比較して、従来のリリース層の処理では２０時間を超える。リリース層のエッチング除去に続くリンス及びドライ処理は、リリース層のエッチング後に構造体が非常に脆くなることから、非常に重要な処理である。サンプルをＤＩ水中に、一定の流量で追加のＤＩを槽中に導入しつつ浸漬することにより、リンスが行われた。サンプルは１時間以上リンスされ、非常に弱い窒素ブロー乾燥法によって乾燥された。また、窒素の流れも非常に重要であり、ブロー方向は、サンプル表面にほとんど平行であった。真空チャンバ環境での乾燥が大変効果的であり、サンプルに対して最小ダメージの処理であることがわかった。図４の取り組み法の実際の結果は、図７に示すボイド構造である。ボイド柱状体に堆積された多孔質シリコンの構造体は、連続するボイド（細孔）のアレイ状の柱状体からなる。それゆえ、これはボイドの柱状体ネットワークの材料である。
【００８０】
本発明に係る非常に有用な堆積／エッチング／リフトオフの取り組み法についての実施例の詳細な議論は、図５に示す方法を用いて行われる。この処理に続いてＣｏｒｎｉｎｇ １７３７ガラスが基板として用いられる。アセトン、ＩＰＡ及びＤＩ水が用いられて、超音波槽中で２０分間この基板が洗浄される。次に、洗浄後の基板上に、電子サイクロトロン共鳴プラズマ・エンハンスト化学気相成長法（ＥＣＲ−ＰＲＣＶＤ）を用いて、基板がホットプレート上で１０分間加熱されてＤＩ水蒸気が除去された後に、５０００Åの窒化シリコンが堆積される。本実施例でチャンネル底部を画定する窒化シリコンの詳細な堆積条件は、表４のようなものである。フォトレジストＳｈｉｐｌｅｙ１８１３は、第１のリソグラフィ処理（つまり、窒化物のパターニング）のために用いられ、このパターンは、リフトオフ処理のために再度用いられる。フォトレジストの特性は、フォトレジストが高イオンエネルギのプラズマに長時間さらされると、これが硬化して超音波槽中でアセトン・クリーニングを使用しても除去が困難となるので、リフトオフ処理にとって決定的要因である。ステンシル（ここではフォトレジスト）上に堆積された柱状ボイドのシリコン膜のほとんどは、この槽中に１分浸漬する間にリフトオフされ、処理は、３分後に完了する。リフトオフ処理は、化学機械的研磨（ＣＭＰ）の処理を用いることなく超平坦面を提供し、薄いキャップ層の平坦面を維持する自由を許容し、多層のチューブ又はキャビティ構造体の交錯を許容する。この構造体は、リフトオフして、ホットプレート上で１０分間加熱処理した後、アセトン、イソプロピル・アルコール及び脱イオン水を用いて洗浄された。次に、２０００Åの窒化シリコンがキャップ層として基板上に堆積された。堆積の条件は、第１の窒化シリコン層と同じであった。また、堆積速度は、第１の窒化シリコン層の堆積で計算されたものであった。Ｓｉ３Ｎ４は１６０秒間、２００Ｗ及び５０Ｇでエッチングされ、この実証的説明では、ＣＦ４及びＯ２が処理用ガスとして使用される。チャンネル底部及びステンシル層を画定するべく１つのリソグラフ工程が用いられる。例えば、フォトレジストが窒化物のエッチングのための画定用の層とステンシルとして働く。窒化物は、ＣＦ４／Ｏ２の混合ガスを用いて反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって、表５の条件下でエッチングされる。窒化シリコン層は、オーバーエッチされ、その層の除去が確実なものとされる。この実施例では、窒化物の底部画定用のエッチングのためのレジスト・マスクは、リフトオフのステンシルとして用いられなかった。その代わりに、同様のフォトレジスト層のパターンが以下のリフトオフ処理で必要になるけれども、これはアセトンを用いて除去された。この特別な例において用いられているフォトレジストの除去の理由は２つあった。第１は、この実施例において用いられているエッチングのパラメータと材料とに対して、窒化物のマスクとして用いられるフォトレジストは、エッチ用プラズマにさらすことによって硬化され、除去が困難となるので、リフトオフ処理に対する採用可能性を減らすからである。第２は、用いられているエッチングのパラメータと材料とに対し、こ��例の処理においてプラズマ暴露により厚さの変化が生じたからである。これは、以下のリフトオフ処理の失敗を導くことになる。つまり、窒化物のマスクのフォトレジストは窒化物のエッチングの後に除去され、これら２つの要因を除去する。第２のフォトレジスト及び暴露が行われ、ステンシルが形成される。或いは、パラメータ又は材料が変化してこの第２フォトレジストの適用の必要をなくすことができる。例えば、より厚いフォトレジストは、窒化物のエッチング・マスク及びステンシルとして働き、この説明で用いられている二重リソグラフィ処理の必要をなくすように用いられ得る。あるいは、非ポリマー材料がステンシル又はリフトオフとして使用される。
【００８１】
ステンシルの生成後、柱状ボイド・ネットワーク型のシリコンが、シリコン窒化物の堆積のために用いられたと同様のＥＣＲ−ＰＥＣＶＤを用いて堆積された。堆積パラメータの詳細は表４に記載のとおりである。続いて、超音波アセトン浴槽中でリフトオフが行われた。ステンシル（ここでは、フォトレジスト）上に堆積された柱状ボイドのシリコン薄膜は、この浴槽中で１分以内浸漬されてリフトオフされ、処理は３分後に完了した。リフトオフ処理は、化学機械的研磨（ＣＭＰ）を用いることなく超平坦面を提供し、これは、平坦面を維持しつつ薄いキャップ層を維持する自由を許容し、多層のチューブ又はキャビティ構造の交錯を可能にする。基板は、リフトオフ後にアセトン、ＩＰＡ及びＤＩ水を用いて洗浄され、ホットプレート上で１０分間加熱乾燥された。次に、２０００Åのシリコンがキャッピング層として基板上に堆積された。堆積条件は第１の窒化シリコン層と同じであり、その堆積速度は、第１の窒化シリコン層の堆積から算出された。
【００８２】
そして、追加のリソグラフィ工程が実行されて、所定の場所に窓（化学物質のためのアクセスホールであって犠牲層を侵すのに用いられる）を形成して、湿式エッチャントが柱状ボイド薄膜にアクセスすることを許容する。ＲＩＥがこれらの離間する窓をエッチングするために用いられた。エッチングの条件も、前出のものと同じであり、エッチング時間も第１の窒化シリコンのエッチング速度から算出された。基板は、犠牲層のエッチングの前に１％のＢＯＥに２分間浸漬され、柱状ボイドのシリコン表面上に成長している酸化物層を除去する。そして、５％のテトラ・メチル・アンモニウム水素酸化物（ＴＭＡＨ）が使用されて、スルーホールを介して犠牲層のボイドシリコンのエッチングが行われる。このＴＭＡＨ溶液は、７５℃に加熱された。エッチングされたサンプルは、続いてＤＩ水を３０分間流して洗浄され、真空環境化で乾燥された。
【００８３】
アクセス窓は、スピン・オン・ガラス（ＳＯＧ）使用によって、封止され（図５参照）、ＳＯＧ薄膜の厚さは、チャックのスピン速度を変化させることによって変えることができる。サンプルは、ホットプレート上で硬化された。これらのアクセスホール窓は栄養物の放出、薬品の放出、噴射のような応用で有利となる場合、充填されることなく残すことができる。
【００８４】
【表４】
2004507880.tif 000006
【００８５】
【表５】
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【００８６】
図５で略述した処理手順の概念に従って作製されたキャビティ構造体は、図８中に示されており、図８はマイクロチューブを示している。チューブの幅は、約１００μｍ未満の範囲にあって、１０〜５０μｍの間とし、チューブ構造体の下には基本層がある。チューブの高さは、０．５μｍ〜５０μｍの範囲にあって、５０ｎｍ程度とすることができる。シリコン基板がウェハとして用いられているので、基本層Ｓｉ３Ｎ４は、犠牲層のエッチング処理の間にチューブに対して基板のエッチングを回避するように用いられる。これらのチューブに対して使用されるキャップ層は、５０００Åの厚さであった。この厚さは、５０μｍの幅のチューブにとってはとても薄く、いくつかのキャップ層が中央において曲がる。この曲がりは、犠牲層のエッチングの間に生じる泡によって引き起こされる。この曲がりは、チューブの幅が増加するに従って増加する。例えば、５０００Åのキャップ膜に対し、最も大きな曲がりは、約１．５μｍである。これは、元のチューブ高さの約３倍の高さである。
【００８７】
この柱状ボイド・ネットワークの材料のエッチング速度が速いと、他の構造材料が薄くなったりダメージを受けることを回避でき、１００μｍ幅のチューブまで作成することができる。幅１００μｍより大きなチューブに対しては、５０００Åのキャップ層は、亀裂の入ったチューブ天板を生じさせ、キャップ層の曲がりによるストレスによって天板の陥没にいたる。より厚いキャップ層は、キャップ層の曲がりの問題を改善し、幅広のチューブの作成を可能にする。
【００８８】
より厚いキャップ層は、幅広のチューブの作成を可能にし、アクセスホールの設計及び配置の変更は、別の要因によるものとすることができ、チューブ構造体を１００μｍより広くすることができる。
【００８９】
分離やフィルタリングのように、柱状ボイド・ネックをキャビティ、チャンネル、エア・ギャップ等の内部に残して除去しない方が有利な応用もある。これは、図４又は図５に略述した処理手順、或いはいくつかの変形又は、その組み合せによって実施することができる。
【００９０】
体積に対して大きな表面の材料の犠牲層としての使用は、犠牲層の除去に対しての、堆積／エッチングの取り組み法、又は堆積／エッチング／リフトオフの取り組み法を可能にする。堆積／エッチングの取り組み法は、図４に図解されており、堆積／エッチング／リフトオフの取り組み法は、図５に図解されている。本発明の説明において、両取り組み法が柱状ボイド・ネットワークのシリコンの堆積膜と組み合わせて用いられた。リフトオフを基本とする取り組み法は、従来の電気化学的に準備された多孔質シリコンでは、実証されず提案もされていないが、多数の利点を有する。例えば、それは、単純で作製容易であり、必要な場合、厚い犠牲層シリコン膜の使用を可能にし、必要なら壁部、低部及び上部を画定する中空の領域のために、非常に平坦な表面を生成するときに用いることができる。あるいは、それは、図６中に示すように、比較的大きな断面積のチャンネル、チューブ、分類用構造体等を、いわゆる深いエッチング型の反応性イオンエッチング処理を用いることなく製造するために用いられる。一般には、厚いシリコン犠牲膜をリフトオフすべき（つまり選択された領域で除去される）ときであっても、膜の柱状ボイド・ネットワークの形状構造ゆえに大変有効なリフトオフ処理が可能である。独特の柱状体／ボイド構造はエッチング液がチャンネルと間の領域中の柱状ボイドのシリコン下のステンシル（リフトオフを生じさせる）に効果的に到達することを可能にする。ステンシル層は、シリコン材料が除去されるであろう場所を確定するものであり、柱状ボイドのシリコン層にアタックされる。この結果、ステンシル層の分解又はエッチング除去が行われ、今や支持されていないシリコン層が流れ去る（つまり、リフトオフ）ことになり、チャンネル相互又はエア・ギャップ等の領域が得られる。その中がチャンネル領域となる柱状ボイドのシリコンは、図５、６中に示すようにリフトオフされない。リフトオフ処理は、チャンネル相互等の領域において極めて平坦な表面を与え、これは、何らかの平坦化工程の必要をなくし、図５、６のキャッピング層の厚さを自由に選択することを可能にする。非常に薄いキャップ層が、必要であれば許容される。キャップ層は、膜であり、図４、５または６に示すようなボイド構造体（例えば、チャンネル、チューブ、エア・ギャップ）等の頂部（つまり、最上部）を画定する。薄いキャップ層は、栄養物の放出、薬品の放出、微小クーラー又はヒーターへの応用のようなある種の応用に対してキーとなる要因である。なぜならば、厚いキャップ層は毛管つまりチャンネルへまたはそこからの物質又は熱の移送を妨げるからである。燃料電池のようないくつかの応用例の場合、キャップ層はそのうちいくつかがパターニングされた（例えば、そのパターン中でグリッド（格子）状、又はスクリーン（網点）状）、多くの材料又は補助層から実際なるものとすることができる。分別及び検出のようないくつかの応用において、キャップ層がパターニングされ（例えば、グリッド状、又はスクリーン状）、或いは下方のボイド領域を上方のそのような領域から分離する浸透性のメンブレン。
【００９１】
ＩＶ．応用
上述の議論は、分離技術、リリース層技術、儀牲層技術、及びこれらの組み合せの多くの集体的な応用概要を説明する。
これらの多数の応用において、本願の儀牲層を用いて母材基板上の積層体上に構造体を形成し、そして、本願の分離法を用いて母材基板からこの積層体を分離することは、大きな利点を有することが明らかになるであろう。
すべての場合において、これらの応用は、本発明の取り組み法の柔軟性及び有用性を示唆することを意図したものである。
【００９２】
（ａ）燃料電池
本発明は、本発明による儀牲層の取り組みを用いることを基礎として、マイクロ・スケルの燃料電池のための新規な作製方法を実証説明する。
使用されるであろう製造処理はフォトリソグラフィ、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、化学気相成長法（ＣＶＤ）、選択カットエッチング、及び深いシリコンエッチングを含んでいる。
しかし、本願発明に係る作業の独特の特徴は、犠牲層として高い対体積表面比の材料を用いることにある。
【００９３】
ここで、具体例として提示される実証発明は、本願の低堆積温度で堆積された柱状ボイドネットワークの材料は、チャンネル形成の犠牲層として用いられる。柱状ボイドネットワークのシリコンは、燃料電池の作製のためのチャンネルを直定する他の構造材料に対して高いエッチン選択性でもって除去される。本作業の他の独特の視点は、堆積された柱状ボイドネットワーク材料と組み合せてリフト材を使用することである。
【００９４】
さらに、この説明において、堆積されたＳｉＯ２材料は、陽子移送媒体として用いられた。Ｎａｔｉｏｎを含む他の陽子移送材料が用いられ得る。この実証的説明において、堆積されたＳｉ３Ｎ４が独特の陽子閉じ込め層として使用された。
窒化物のこのような応用は、状況に応じて用いられたり、用いられなかったりする。
【００９５】
この特別の燃料電池の設計及び作製の利点は、（１）作製の容易性、（２）プラスチック及び金属箔のような軽量な構造体との適合性、（３）積層構造中に組み込むことの容易性、及び出力管理用のトランジスタ、ダイオード、又は双方との集積の容易性、（４）化学反応制御のためのセンサとの集積の容易性、（５）各種の微小流体素子、ディスプレイ画素、様々な機能を発揮するためのセンサ、及びディテクタ、及び（６）図３中に示すような積層された構造体中に組み込む容易性を含む。
【００９６】
図９ａは、本発明に従ってシリコンウェハ上に作製された燃料電池の構造を示す。ここで、電極、固体電解質、及び電極の基本ユニットは、シリコン基板上に作製され、ここにおいて、犠牲層の選択的エッチングによってチャンネルがパターニングされる。基板上に埋め込まれるチャンネルは、燃料の燃料電池への供給系路の役割を果たす。燃料、水素ガスのような水素ガス含有源又はメタノールのようなアルコールは、図９ａに示す電子生成反応のためのチャンネルを介して供給される。この反応は、水素源の酸化によって陽子、電子、炭化水素のような水素化合物を生成する。これが生じるところの電極は、プラチナやパラジウムのような触媒材料からなる。この酸化反応によって生じた陽子は、陽子移送層中に対向電極に向けて拡散する。しかし、電子は、その低い電子伝導度ゆえに、陽子移送層に入ることが妨げられる。例えばデュポンのＮａｆｉｏｎ（商標）等のフッ化炭化水素ポリマー材料が燃料電池用のメンブレン電解質として長年使用されおり、図９ａ中の陽子移送層となり得る。この発明では、堆積された二酸化シリコンのような他の材料が、その高い陽子伝導性によって、固体陽子移動層のために用いられ得る。陽子は、電解質（つまり、Ｎａｆｉｏｎ（商標）又は二酸化シリコン）に入り込んで他の電極に向かい、ここで還元反応が生じる。これは、到着した陽子についての、外部の電気回路を介してやってきた電子と酸素とを活用した還元反応である。図９ａにおいて、この酸素は、大気から供給されている。他の装置構成では、酸素が、水素と同様の方法でチャンネルを介して到達し得る。図９ａに示すように、堆積されたＳｉ３Ｎ４層は、水素源チャンネルとともに用いられて陽子の横方向の移動を妨げる。或いは、この層は、さらに横方向に一様な陽子供給を形成するように設計された堆積ＳｉＯ２によって置き換えることができる。
【００９７】
燃料電池は、ポリマー、ガラス、及び金属箔のような他のタイプの基板上にも形成され得る。例えば、図９ｂに示すように、シリコン層又は他の材料は、プラスチック、ガラス、又は金属箔構造体上に堆積され、燃料電池が堆積されたシリコン中に作製される。この場合、犠牲層は、図９ａに示すように除去され、除去用の化学物質が、ウェハ材料の代わりに堆積されたシリコンをエッチングするために用いられる。
【００９８】
詳細な処理シーケンスは、図１０ａ中に示されており、別のものが図１０ｂ中に示されている。図１０ａにおいて、厚いシリコン層は、最初にシリコンウェハ上に堆積されてチャンネルを画定し、チャンネルのエッチングのためのマスク層としての役割を果たす。我々が実証的説明のために行った特別な製造シーケンスにおいて、電子サイクロトロン共鳴プラズマ・エンハンスト化学気相成長法（ＥＣＲ−ＰＥＣＶＤ）の処理が、他の堆積処理も可能であるが、窒化シリコンの堆積のために使用された。窒化シリコンの堆積の処理条件は、表６に示される。本発明のこの特別な実証的説明において、２５００Åの窒化シリコンが１５分で堆積された。チャンネルは、フォトリソグラフィ及び磁気エンハンスト反応性イオンエッチング（ＭＥＲＩＥ）技術によって画定された。この実証的説明において、フォトリソグラフィ処理のために厚さ１．３μｍのフォトレジスト及びＩ線のコンタクト・アライナが用いられた。ＭＥＲＩＥに３０秒暴露するエッチングが行われて、オーバ・エッチングを含んで窒化シリコンの２５００Åのエッチングが行われた。窒化シリコンのＭＥＲＩＥエッチングの処理条件は、表７に示す。窒化シリコンの反応性イオンエッチング後、堆積された柱状ボイド・ネットワークのシリコン材料が犠牲層のために堆積された。表８は、柱状ボイド・ネットワークの材料堆積の詳細を示す。見てのように、これは、フォトレジスト及びシリコン上に堆積された。この堆積の後、フォトレジスト上の柱状ボイド・ネットワークの材料が、上記に詳述したリフトオフ法を用いて除去された。リフトオフ法において、その外側がチャンネルとなる柱状ボイド・ネットワークの材料が下方に延在するフォトレジストを分解することによって切り離される（図１０（ａ））。
【００９９】
【表６】
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【０１００】
【表７】
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【０１０１】
【表８】
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【０１０２】
リフトオフ処理の後、陽子形成を支援し電子を遊離する触媒／電気接触層が、その内側がチャンネルとなる柱状ボイド・ネットワークのシリコン材料を含む全表面の上方に堆積される。この説明では、３００Åのプラチナ層がフォトレジスト上にｅ−ガン蒸着によって堆積された。フォトレジストは、パターニングされて、スクリーン状又は格子状の触媒層に形成され、これは、別のリフトオフ処理後にこのパターンを有する金属となる。この工程で、この金属は、犠牲層上に位置してこれに支持されている。この電極の形成後に、固体の電解質が堆積される。この場合、二酸化シリコンが陽子移送媒体として用いられるとき、ＥＣＲ−ＰＥＣＶＤ法が堆積に用いられた。Ｎａｆｉｏｎ膜が陽子移送媒体として用いられるとき、スピンコーティング法が用いられた。表９は、ＥＣＲ−ＰＥＣＶＤ法を用いた二酸化シリコンの堆積の処理条件を示す。Ｎａｆｉｏｎを用いた実施例では、３０〜５０ｓｅｃの間、５００〜４０００ｒｐｍのスピン速度で、対象の厚みに応じてコーティング処理が行われた。
【０１０３】
【表９】
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【０１０４】
この時点で、スルーホールが生成されて犠牲層の柱状ボイド・ネットワークの材料へのアクセスを提供する。これらは、固体陽子移送媒体を選択的にエッチングすることによってパターニングされる。二酸化シリコンの場合、ＢＯＥ（Ｂｕｆｆｅｒｅｄ Ｏｘｉｄｅ Ｅｔｃｈａｎｔ １０：１ ＮＨ４Ｆ：ＨＦ）が用いられて２１℃で１４６００Å／分のエッチング速度で酸化物を選択的にエッチングしたスルーホールのエッチングの後ＴＭＡＨ（Ｔｅｔｒａ−Ｍｅｔｈｙｌ Ａｍｍｏｎｉｕｍ Ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）、ＮＨ４ＯＨ溶液のようなエッチング溶液中で柱状ボイド・ネットワークと基板のシリコンとの選択的なエッチングによってチャンネルが開口する。柱状ボイド・ネットワークの材料層はエッチャントによる簡易で一様なアクセスを許容する吸い取り紙のような役割を果たす。この柱状ボイド・ネットワーク材料は、ＴＭＡＨ溶液において高いエッチング速度を有する。また、エッチャントは、図１０ａの部分に示すように均一にアタックすることができる。これは、下にあるシリコン（これは、ウェハ材料又は堆積されたＳｉ）の大変均一なエッチングである。なぜならば、柱状ボイド・ネットワーク材料は吸い取り紙の様に働き、下にあるＳｉを大変均一に、露出させてエッチングする。もちろん、柱状ボイド材料のこれらの吸い取りとエッチャント源の機能は、膜の多孔率とスルーホールの位置及びサイズとを調整することによって調整され得る。この論証では、７５℃で５％のＴＭＡＨ溶液中で２０分エッチングすることにより１５〜２０μｍの深さのチャンネルがシリコン基板中にできた。このエッチングのよって作成されたチャンネルは、燃料電池作製の完了後、燃料供給を可能にする（図１０ａの部分５）。
【０１０５】
基板が［１００］方向のシリコンウェハであるとき、チャンネル形状は、図１０ａの部分４、５に示すようなものとなる。基板がガラス、プラスチック、金属箔、又は他の材料のような、被覆され又は被覆されていない機械的な基板上に堆積されたシリコン又は他の材料であとき、チャンネル形状は、図１０ｂの部分４、５に示すようなものとなる。オーバーハング層（図１０ｂのＳｉ３Ｎ４）は、格子（グリッド）と中実の電解質とを機械的に支持する。Ｓｉ３Ｎ４が用いられるとき、これはチャンネル間の連絡もブロックする。この処理が母材基板上の積層体上又は中に形成されるこのシリコン又は他の材料とともになされるとき、積層体は、概説したように分離され、図１、２及び３に示すように用いられる。
【０１０６】
スルーホールの位置に依存して、チャンネルの形成後、全表面を電解質材料で覆うため、中実の陽子電解質の付随的な堆積が必要になる。いずれにしても、スルーホールの充填後、頂部（還元格子）層が電解質の頂部上に堆積され、他方の電極に対して用いられたと同じパターニング法によってパターニングされる。
【０１０７】
この発明によって作製されるマイクロ・スケールの燃料電池は、広範な応用範囲を有する。しかも、ここで概説したこの取り組み法によって生産される燃料電池のサイズは、特定の応用に要求される程度にセルを縮小することができる。現在の技術は、百ナノメータ未満のパターン画定を簡単に行うことができる。このサイズ管理において、チャンネルは「ナノ・チャンネル」として画定され得る。
【０１０８】
典型的なＰＥＭ燃料電池は、１又はそれ以上重ねた膜と隔離部材とを互い違いに積み上げたものからなる。この重ねたサンドイッチは、ポリマー電極メンブレン（ＰＥＭ）と、アノードと、カソードとからなり、ＰＥＭ膜を両電極の間に挟む。
【０１０９】
そのように小さな燃料電池は、通常の従来型のマイクロ・スケールの燃料電池よりも良好な効率を示すものであり、ＭＥＭＳ装置、ディスプレイ、センサアレイ、ディテクタアレイ、及び多機能の系すなわちシステムをすべて同一の基板上に設けたものを備える集積構造体中において、オンサイトの発電機となし得る。さらに、ここで概説した処理技術を用いて、燃料電池が互いに積み重ねられて、高い電圧を発生したり、好みにより、並列に接続されて高い電流を発生したりすることができる。さらに、これらの燃料電池は、プラスチック又は他のタイプの積層体上に作製されて図３のＣＡＰＳ概念中に示すような系内に集積される。燃料電池は、その軽量性及び高いエネルギー密度のゆえに、モバイル・エレクトロにクスにおいて携帯電力源にとっての将来有望な手段である。携帯電力の使用法の応用は、携帯電話、ラップトップ／パームトップのコンピュータ、ビデオカメラ等のような、全範囲の顧客向けエレクトロニクスを含む。プラスチック、ガラス、及び箔のような軽量基板上に、マイクロ・スケールの燃料電池を集積する取り組み法は、軽量ディスプレイ、センサ及びディテクタ構造体、遠距離通信、並びにこれら及び他の機能を組み込んだ系すなわちシステムの強化を可能にする。
【０１１０】
（ｂ）高性能な出力（ｓｍａｒｔ ｐｏｗｅｒ）
上述した燃料電池構造体は、トランジスタ、ダイオード、又は双方とともに燃料電池のレイアウト中に集積することによって作製され得る。そのような電子素子の存在によって回路が燃料電池構造体とともに集積されて、高性能な出力の積層体を与えることができる。この高性能な出力は、要求に応じて積層体中の燃料電池を並列又は直列、又はその変形したものに互いに結合してある応用に必要な即時の電流、電圧、及び出力を与える。センサー、ディテクタ、及びＭＥＭｓ装置もそのようなシステムに組み込まれて化学反応制御及び燃料転換及び消費制御を可能にする。
【０１１１】
（ｃ）ディスプレイ
犠牲層の取り組み法によって生成され得るキャビティとチャンネルはディスプレイへの応用に用いられ得る。例えば、これらの構造体は周囲を囲む層中に電極を伴って生成され得る。それらは、フィールド放出源を収容することができ、或いは電圧がこれらの電極に加えられたとき、ガスがイオン化して光を放出するプラズマを形成するように選ばれたガスによって満たされ得る。よって、個々のキャビティ又はチャンネルは、画素として用いられ別々に制御されプラズマからディスプレイを形成する。制御部は、キャビティ又はチャンネルが組み込まれている材料中又は上に組み込まれ得る。この制御にトランジスタ又はダイオードが使用されるならば、アクティブ・マトリックス・プラズマディスプレイが組み立てられ得る。明らかに、これは積層体上において完成することができ、この積層体はそして母材基板からの分離のための手法も用いて分離される。このようなディスプレイ積層体は必要であれば図３に示すような系すなわちシステムの部分とされ得る。
【０１１２】
（ｄ）分別及びセンサ構造体
本発明で開示された犠牲材料及び方法論を用いて分別、フィルタリング、及びセンサ構造体がプラスチック、ガラス、又は金属箔上であっても作製され得る。これらの方法を分離層の方法論と組み合わせることにより、そのような構造体の手段が母材基板上の材料上及び中に形成され得る。これらの構造体を同様の材料手段上及び中のアクティブな回路素子と組み合わせることにより、これらの構造体は適応性を有し高性能なものとなり得る。図１１は、以前概説した犠牲層材料、設計、及び製造方法論を用いて作製された実際のＤＮＡ分別構造体を示す。
【０１１３】
チャンネルもしくは図１１の可変断面積すら備える構造体は、外被キャビティ壁、天井もしくは床中に組み込まれる電極又は導電格子を有し得る。電極又はグリッド間隔の注意深い制御によりこれは堆積された犠牲層によって可能であるがこれらの間隔は分子のユニットを収容することができる。自動組立て分子及び電極及びグリッド材料の適切に選ぶことによって、分子がこれらの間隔を横切って付着するように選択される。分子は、検出及び検知のために選択され得る。例えば、単一ストランド（ｓｔｒａｎｄ）のＤＮＡが図１１に示すようなこれらのチャンネル中に付着され、入ってきたＤＮＡサンプルを検出すために使用され得る。検出は、例えば電極間の伝導度の変化によって達成される。その様な検出は、電極の間に固定された分子の選択によって、他の存在に対して達成され得る。一般的な構成は図１２に示される。
【０１１４】
（ｅ）リリース構造体
我々の柱状ボイド・ネットワーク材料は、リリース材料として大変効果的である。リリース層は、多くのＭＥＭＳ装置中において、共通に使用されて、少なくとも１か所において他の材料の系に接続される構造体を形成する。リリース層への応用の優れた例は、カンチレバーの生成である。我々の材料は、それらが窒化シリコン及び酸化シリコンのような通常使用される構造体層において高いエッチング速度及びエッチング選択性を有するがゆえに、リリース層への応用に対して優れている。事実、柱状ボイド・ネットワーク膜のエッチング速度２．５μｍ／分は、ポリシリコンの速度０．６μｍ／分よりも約４倍速く、そしてポリＳｉは、最も一般的に使用されているリリース材料の１つである。さらに、膜の速いエッチング速度は、構造層の化学的な露出時間を減少させ、これは全体としての処理信頼性を増大させる。図１３は、製造中におけるリリース層の利用の一例としてマイクロスイッチ構造体を示す。
【０１１５】
上記説明は、本発明の単なる実例であると理解すべきである。様々な代用手段及び変形が、当業者によって本発明から逸脱することなく考案され得る。従って、本発明は添付の特許請求の範囲中に入る、すべてのそのような代用手段、変形、及び派生物の包含を意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ａ〜ｄは、分離層とスルーホールのアクセスを用いたアプローチを示す。
【図２】ａ〜ｄは、分離層及びスルーホールを用いた別の取り組み法を示す。
【図３】回路と燃料電池のようなパワーデバイスを含む多数のプラスチック積層体からなるＣＡＰＳ構造を示す。
【図４】ａ〜ｆは、柱状ボイド・ネットワークの堆積シリコン薄膜の使用を図示するものであり、堆積／エッチングの取り組み法を用いて中空の断面を形成することを示す。
【図５】ａ〜ｈは、柱状ボイド・ネットワークの堆積シリコン薄膜の使用を図示するものであり、堆積／エッチング／リフトオフの取り組み法を用いて中空の断面を形成することを示す。
【図６】ａ〜ｈは、柱状ボイド・ネットワークの堆積シリコン薄膜の使用を図示するものであり、チャンネル、チューブ、キャビティ等の比較的大きな断面の囲まれた中空の構造体を、単純な湿式の化学エッチングを用い所謂深いエッチング型の反応性イオンエッチング処理を用いないで形成したものを示す。
【図７】図４において要点を説明した堆積／エッチングの取り組み法に従って作製したボイド又はキャビティ構造体の断面ＳＥＭの顕微鏡写真である。
【図８】図５において要点を説明した堆積／エッチング／リフトオフの取り組み法に従って作製したボイド又はキャビティ構造体の断面ＳＥＭの顕微鏡写真である。
【図９】ａはシリコンウェハを用いた燃料電池を図示し、ｂはポリマー、ガラス、又は金属箔のような軽量基板上に堆積されたシリコンを用いた燃料電池を図示する。
【図１０】図９（ａ）及び９（ｂ）のための詳細な燃料電池の一連の処理を示す。
【図１１】ａ〜ｃは、犠牲層として柱状ボイド層を用いて形成される実際の分類すなわち分別構造体の図面である。
【図１２】検出のための分子固定を示す。検出は、分子体を固定する電極間のＡＣ又はＤＣの電気的応答を監視することによって達成される。
【図１３】ａ〜ｈは本願材料の応用のためのリリース層の形成を図示する。
【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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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
2004507880.tif 000111
2004507880.tif 000112