(57)【要約】【課題】基板両面の孔の中心軸のずれを抑制でき、金属コンタミがなくノッチングの発生を抑制することによって、  寸法精度の向上を図ることが可能となるドライエッチングによるシリコン基板への貫通孔形成方法等を提供する。【解決手段】ドライエッチングによるシリコン基板への貫通孔形成方法であって、  前記シリコン基板と、該シリコン基板を支持する支持基板とを固定して複合基板とする工程と、  前記複合基板に、前記シリコン基板側からドライエッチングを行うことにより前記シリコン基板に貫通孔を形成する工程と、を含み、  前記支持基板として、該支持基板の前記シリコン基板と接する側の面の、前記シリコン基板の前記貫通孔が形成される領域に対応する領域に、孔が形成されている支持基板を用いる。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドライエッチングによるシリコン基板への貫通孔形成方法であって、
前記シリコン基板と、該シリコン基板を支持する支持基板とを固定して複合基板とする工程と、
前記複合基板に、前記シリコン基板側からドライエッチングを行うことにより前記シリコン基板に貫通孔を形成する工程と、を含み、
前記支持基板として、該支持基板の前記シリコン基板と接する側の面の、前記シリコン基板の前記貫通孔が形成される領域に対応する領域に、孔が形成されている支持基板を用いることを特徴とする貫通孔形成方法。
【請求項２】
前記支持基板は、該支持基板に形成される孔の直径が、前記シリコン基板に形成する貫通孔の直径よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の貫通孔形成方法。
【請求項３】
前記シリコン基板に貫通孔を形成する工程は、前記ドライエッチング後に、前記支持基板を除去する工程を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の貫通孔形成方法。
【請求項４】
前記支持基板は、該支持基板における前記シリコン基板を支持する側の面に分離層が設けられることを特徴とする請求項３に記載の貫通孔形成方法。
【請求項５】
ドライエッチングによる貫通孔を有するシリコン基板の製造方法であって、
前記ドライエッチングによる貫通孔の形成に、請求項１から４のいずれか１項に記載の貫通孔形成方法を用い、製造されることを特徴とするシリコン基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドライエッチングによるシリコン基板への貫通孔形成方法、及び該貫通孔形成方法による貫通孔を有するシリコン基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリコン基板への貫通孔の形成は、半導体装置やＭＥＭＳ装置の製造工程において広く使用されている。
また、半導体装置やＭＥＭＳ装置の性能向上のため、より寸法精度の高い貫通孔を形成することが求められている。
図８に、一般的なドライエッチングによるシリコン基板への貫通孔形成方法を示す。
シリコン基板１の表面にエッチングマスク３を、シリコン基板１の裏面にはエッチングストップ層１０を形成しておく。
この状態で、シリコン基板１の表面側からエッチングガスのイオン１１を入射させ、エッチングストップ層１０が露出するまでシリコン基板１をエッチングし、貫通孔６を形成する。
ここで、前記エッチングストップ層１０の材料は、一般的に絶縁体である酸化シリコン層を用いることが多い。
また、基板面内のエッチングレート差を考慮すると、エッチングレートの速い領域では貫通孔が形成された後もオーバーエッチングを行う必要があり、エッチングストップ層１０はエッチングガスのイオン１１にさらされ続けることになる。このため、エッチングストップ層１０が帯電し、エッチングガスのイオン１１の軌道が曲がって貫通孔６の側壁がエッチングされるノッチング１２が不均一に生じ、貫通孔６の寸法精度が悪化してしまうという問題があった。
【０００３】
そこで、特許文献１に記載されているように、シリコン基板の一方の面に形成した孔と連通するようにもう一方の面からドライエッチングで孔を形成することで、ノッチングのない貫通孔を形成する方法が提案されている。
また、特許文献２に記載されているように、エッチングストップ層を導電性材料とすることで帯電を防止し、ノッチングを抑制する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特願２００４−２３７７３４号公報
【特許文献２】特開２００４−１５２９６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載の従来例では、基板両面の孔の位置精度はアライメント装置の精度に依存するため、必ず一方の面の孔ともう一方の面の孔の中心軸のずれが生じてしまう。
また、特許文献２に記載の従来例では、導電性エッチングストップ層の材料として金属を用いるため、後工程で金属コンタミによる不具合が生じる恐れがある。例えば、フュージョンボンディングという接合方法では、微小な金属コンタミによって接合不良が生じることが知られている。
【０００６】
本発明は、上記課題を鑑みて、基板両面の孔の中心軸のずれを抑制でき、金属コンタミがなくノッチングの発生を抑制することによって、
寸法精度の向上を図ることが可能となるドライエッチングによるシリコン基板への貫通孔形成方法、該貫通孔形成方法による貫通孔を有するシリコン基板の製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のドライエッチングによるシリコン基板への貫通孔形成方法は、
前記シリコン基板と、該シリコン基板を支持する支持基板とを固定して複合基板とする工程と、
前記複合基板に、前記シリコン基板側からドライエッチングを行うことにより前記シリコン基板に貫通孔を形成する工程と、を含み、
前記支持基板として、該支持基板の前記シリコン基板と接する側の面の、前記シリコン基板の前記貫通孔が形成される領域に対応する領域に、孔が形成されている支持基板を用いることを特徴とする。
また、本発明のドライエッチングによる貫通孔を有するシリコン基板の製造方法は、前記ドライエッチングによる貫通孔の形成に、上記した貫通孔形成方法を用い、製造されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、基板両面の孔の中心軸のずれを抑制でき、金属コンタミがなくノッチングの発生を抑制することによって、
寸法精度の向上を図ることが可能となるドライエッチングによるシリコン基板への貫通孔形成方法、該貫通孔形成方法による貫通孔を有するシリコン基板の製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態に係る複合基板形成工程、貫通孔形成工程、及び支持基板除去工程を示した断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る貫通孔を形成するシリコン基板の準備工程を示した断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る支持基板の準備工程を工程順に示した断面図である。
【図４】本発明の実施例１に係る複合基板形成工程、貫通孔形成工程、及び支持基板除去工程を示した断面図である。
【図５】本発明の実施例２に係る支持基板の準備工程を工程順に示した断面図である。
【図６】本発明の実施例２に係る複合基板形成工程及び貫通孔形成工程を示した断面図である。
【図７】本発明の実施例２に係る支持基板除去工程を示した断面図である。
【図８】一般的な貫通孔形成プロセスにおけるノッチング現象を例示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施形態におけるドライエッチングによるシリコン基板への貫通孔形成方法を、図１〜３を用いて説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る複合基板形成工程、貫通孔形成工程、及び支持基板除去工程を示した断面図である。
図１（ａ）〜図１（ｂ）に示すように、貫通孔を形成するシリコン基板１の裏面１ｂと、貫通孔を形成するシリコン基板を支持する支持基板２の表面２ａとが接するように、前記シリコン基板１と前記支持基板２を固定して複合基板とする。前記支持基板２には、前記シリコン基板１に形成する所望の貫通孔パターンの領域６に対応する領域に、孔５を予め形成しておく。
また、図１（ａ）に示すように、前記シリコン基板１のエッチングマスク３の孔の中心と、前記支持基板２の孔５の中心が重なるようにアライメントを行う。
これにより、図１（ｂ）のように、前記シリコン基板１に形成される貫通孔の領域６の直下が空隙となるようにしておく。
【００１１】
次に、図１（ｃ）に示すように、複合基板の状態で、前記複合基板に前記シリコン基板側からドライエッチングを行い、貫通孔６’を形成する。
このとき、前記シリコン基板１の裏面側１ｂの貫通孔が形成される領域６の直下が空隙になっているため、帯電が生じず、ノッチングを防止した貫通孔６’を形成することが出来る。
さらに、前記貫通孔６’は基板の一方の面からしか形成していないためアライメント誤差による両面の孔の中心軸のずれがなく、かつ金属の導電性ストップ層を用いていないため後工程への金属コンタミの影響がない。
また、本実施形態においては、前記シリコン基板１に形成する貫通孔６’の直径よりも、前記支持基板２に形成する孔５の直径の方が大きくなるようにする構成を採ることが出来る。
これにより、前記シリコン基板１と前記支持基板２を複合基板とする際にアライメント誤差が生じても、必ず前記シリコン基板１に形成される貫通孔の領域６の直下が空隙となるようにすることが出来る。
然る後に、図１（ｄ）に示すように、エッチングマスク３を剥離し、前記支持基板２を除去することで、ノッチングを防止し、寸法精度の良好な貫通孔を形成したシリコン基板を提供することが出来る。
その際、前記支持基板２における前記シリコン基板を支持する側の面に分離層を設けるようにすれば、支持基板の除去がより一層容易となる。
【００１２】
つぎに、本実施形態の貫通孔形成方法の具体的な構成例について、更に説明する。
図１〜図３には、本実施形態の貫通孔の形成方法が工程順に示されている。
まず、貫通孔を形成するシリコン基板１の準備工程を図２に示す。
シリコン基板１の厚みは、１００〜２００μｍとする。
シリコン基板１には所望の貫通孔パターンが得られるようエッチングマスク３を形成する。
エッチングマスク３は、一般的なフォトリソグラフィ技術やエッチング技術を用いて形成する。
例えば、厚さ３〜１０μｍのレジスト材料でエッチングマスク３を形成する。
また、エッチングマスク３の開口は、直径３０〜１００μｍ、ピッチ５０〜５００μｍとする。
【００１３】
次に、貫通孔を形成するシリコン基板を支持するための支持基板２の準備方法について説明する。
前記支持基板２には、前記シリコン基板１に形成する所望の貫通孔パターンに対応した領域に、孔を形成する。
前記支持基板２の材料はシリコン基板又はガラス基板とし、厚みは３００〜５００μｍとする。
図３（ａ）〜（ｃ）に、前記支持基板２の準備方法を工程順に示す。
最初に、図３（ａ）に示すように、前記支持基板２の表面に前記シリコン基板１に形成する所望の貫通孔パターンに対応した孔を形成するためのエッチングマスク７を形成する。
エッチングマスク７は、一般的なフォトリソグラフィ技術やエッチング技術を用いて形成する。
例えば、厚さ１〜５μｍのレジスト材料でエッチングマスク７を形成する。
また、エッチングマスク７の開口は、例えば、直径３５〜４００μｍ、ピッチ５０〜５００μｍとする。
ここで、前記支持基板２に形成する孔５の直径は、前記シリコン基板１に形成する貫通孔６’の直径より大きくなるように、エッチングマスク３、７の寸法を設計しておくと良い。
これにより、前記シリコン基板１と前記支持基板２を固定して複合基板とする時にアライメント誤差が生じても、必ず前記シリコン基板１の貫通孔が形成される領域６の直下が空隙となるようにすることが出来る。
その後、図３（ｂ）に示すように、前記支持基板２にドライエッチングを行い、前記シリコン基板１に形成する所望の貫通孔の領域６に対応した領域に孔５を形成する。
ドライエッチングは反応性イオンエッチングとし、エッチングガスは、例えばＳＦ6などを用いる。
また、孔５は、前記支持基板２を貫通させない深さとすると良い。
例えば、５〜２０μｍとする。
そして、図３（ｃ）に示すように、前記エッチングマスク７を剥離する。
ただし、後工程で前記エッチングマスク７による悪影響がなければ、剥離しなくても良い。
【００１４】
続いて、前述したように、図１のように前記シリコン基板１と前記支持基板２を固定して複合基板とする。
図１（ａ）〜図１（ｂ）に示すように、前記シリコン基板１の裏面１ｂと前記支持基板２の表面２ａとが接する向きで、前記シリコン基板１のエッチングマスク３の孔の中心と、前記支持基板２の孔５の中心が重なるようにアライメントを行う。
前記複合基板の固定方法は、後に前記支持基板２を除去することが容易になる方法を選定すると良い。
例えば、接着剤による接着や各種の接合法がある。
【００１５】
次に、図１（ｃ）に示すように、複合基板の状態で、前記複合基板に前記シリコン基板１側から反応性イオンエッチングを行い、貫通孔６を形成する。
エッチングガスは、例えばＳＦ6などを用いる。
この時、前記複合基板へのドライエッチングは、前記シリコン基板１の全面に貫通孔が形成されるまで継続する必要があるため、前記支持基板２の孔５にエッチングガスが到達する領域が生じ、前記支持基板２がシリコン基板の場合は同時にエッチングされてしまう。
しかし、前記支持基板の準備工程で形成した孔５を貫通孔とせず、かつ前記支持基板２はドライエッチングされても貫通孔が形成されないようマージンを持った厚みとしておくことで、ドライエッチング装置のステージ面が損傷することを防止出来る。
然る後に、図１（ｄ）に示すように、前記支持基板２を除去する。
前記支持基板２の除去方法は、複合基板の固定方法に応じて選択する。
また、前記シリコン基板１のエッチングマスク３を剥離する。
以上の貫通孔形成方法をシリコン基板の製造方法に適用することによって、ノッチングを防止し、寸法精度の良好な貫通孔を形成したシリコン基板を製造することが可能となる。
【実施例】
【００１６】
［実施例１］
実施例１として、本発明を適用した貫通孔形成方法の構成例を、図２〜図４を用いて説明する。
本実施例の貫通孔形成方法においては、まず、図２に示すように、貫通孔を形成するシリコン基板１の準備を行う。
前記シリコン基板１は直径９０ｍｍ、厚みは２００μｍとし、前記シリコン基板１の表面に６μｍの厚みになるようにレジスト材料を塗布してフォトリソグラフィを行い、レジスト材料のエッチングマスク３を形成した。
エッチングマスク３の開口は、直径１００μｍ、ピッチ５００μｍとした。
次に、図３に示すように、貫通孔を形成するシリコン基板を支持するための支持基板２の準備を行う。
前記支持基板２の材料はシリコン基板とし、直径１００ｍｍ、厚み５００μｍとした。
基板をシリコンとすることで、熱電導性が高く、ドライエッチング時の熱の均一性を良くすることが出来た。また、孔を形成する加工も容易であった。
最初に、図３（ａ）に示すように、前記支持基板２の表面に３μｍの厚みになるようにレジスト材料を塗布してフォトリソグラフィを行い、レジスト材料のエッチングマスク７を形成した。
エッチングマスク７の開口は、直径３００μｍ、ピッチ５００μｍとした。
次に、図３（ｂ）に示すように、反応性イオンエッチングを行い、前記支持基板２に孔５を形成した。
反応性イオンエッチングは、エッチング工程とパッシベーション工程を交互に行う方法とし、エッチングガスはＳＦ6を用いた。
孔５の深さは、２０μｍとし、その後、図３（ｃ）に示すように、レジストを剥離した。
【００１７】
続いて、図４に示すように、前記シリコン基板１と前記支持基板２を固定して複合基板とする。
まず、図４（ａ）に示すように、アライメント装置を用いて、前記シリコン基板１のエッチングマスク３の孔の中心と、前記支持基板２の孔５の中心が重なるようにアライメントを行った。
その後、図４（ｂ）に示すように、前記シリコン基板１と前記支持基板２を密着し、前記シリコン基板１の外周部と前記支持基板２の前記シリコン基板１の外周部の近傍にシリコーングリース９を塗布して、前記シリコン基板１と前記支持基板２を固定した。
ここで、アライメント装置の誤差、及びグリース塗布時の位置ずれを考慮して、エッチングマスク７の開口の直径を３００μｍとし、エッチングマスク３の開口の直径１００μｍより大きくしている。
また、前記支持基板２の直径を１００ｍｍとし、前記シリコン基板１の直径９０ｍｍより大きくしているので、グリース９が前記支持基板２の端部や裏面にまわり込むことを防止することが出来た。
次に、図４（ｃ）に示すように、複合基板の状態で、前記複合基板に前記シリコン基板１側から反応性イオンエッチングを行い、貫通孔６’を形成した。
反応性イオンエッチングは、エッチング工程とパッシベーション工程を交互に行う方法とし、エッチングガスはＳＦ6を用いた。
然る後に、図４（ｄ）に示すように、ウエスでシリコーングリース９を拭き取り、前記支持基板２を前記シリコン基板１から取り除き、更に、図４（ｅ）に示すように、エッチングマスク３を剥離した。
以上の貫通孔形成方法をシリコン基板の製造方法に適用することによって、ノッチングを防止し、寸法精度の良好な貫通孔を形成したシリコン基板を製造することが可能となる。
【００１８】
［実施例２］
実施例２として、実施例１と異なる形態の構成例を、図２、図５〜図７を用いて説明する。
本実施例の貫通孔形成方法においては、まず、図２に示すように、シリコン基板１の準備を行う。
前記シリコン基板１は直径１００ｍｍ、厚みは２００μｍとした。
エッチングマスク３の開口は、直径３０μｍ、ピッチ５０μｍとした。
エッチングマスク３の形成は、実施例１と同様に行う。
次に、図５に示すように、支持基板２の準備を行う。
前記支持基板２の材料はシリコン基板とし、直径１００ｍｍ、厚み５００μｍとした。
最初に、図５（ａ）に示すように、前記支持基板２に熱酸化法により厚み５００ｎｍの酸化シリコン膜４を形成する。然る後に、図５（ｂ）に示すように、酸化シリコン膜４の上に３μｍの厚みになるようにフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィによりエッチングマスク７を形成した。
エッチングマスク７の開口は、直径３５μｍ、ピッチ５０μｍとし、その後、図５（ｃ）に示すように、反応性イオンエッチングで酸化シリコン膜４をエッチングした。
エッチングガスは、ＣＨＦ3を用いた。
更に、図５（ｄ）に示すように、レジスト層を剥離することにより、酸化シリコン膜のエッチングマスク４’を形成した。
この状態で、図５（ｅ）に示すように、反応性イオンエッチングを行い、前記支持基板２に深さ２０μｍの孔５を形成した。
反応性イオンエッチングは、エッチング工程とパッシベーション工程を交互に行う方法とし、エッチングガスはＳＦ6を用いた。
また、酸化シリコン膜のエッチングマスク４’は剥離せず、後に前記シリコン基板１から前記支持基板２を除去する際の分離層として使用した。
【００１９】
続いて、図６に示すように、前記シリコン基板１と前記支持基板２を固定して複合基板とする。
まず、図６（ａ）に示すように、アライメント装置を用いて、前記シリコン基板１のエッチングマスク３の孔の中心と、前記支持基板２の孔５の中心が重なるようにアライメントを行った。
固定方法は、図６（ａ）〜（ｂ）に示すように、前記シリコン基板１の裏面１ｂのシリコンと前記支持基板２の酸化シリコン層４’をフュージョンボンディングで接合した。
フュージョンボンディングにより、後に酸化シリコン層４’を分離層として、前記支持基板２を除去することが容易となる。
さらに、前記支持基板２の酸化シリコン層４’は、前記支持基板２に孔５を形成した時に使用したエッチングマスク４’をそのまま使用すれば良いので、余分な接着層を形成する必要がない。
なお、ボンディング装置のアライメント誤差は一般的に±２μｍ以下なので、前記支持基板２に形成する孔の直径を前記シリコン基板１に形成する貫通孔の直径より５μｍ以上大きくしておけば、前記シリコン基板１に形成する貫通孔の領域６の直下が空隙になる。
そして、図６（ｃ）に示すように、複合基板の状態で、前記複合基板に前記シリコン基板１側から反応性イオンエッチングを行い、貫通孔６’を形成した。
反応性イオンエッチングは、エッチング工程とパッシベーション工程を交互に行う方法とし、エッチングガスはＳＦ6を用いた。
【００２０】
つぎに、ドライエッチング後の支持基板２の除去方法を説明する。
まず、図７（ａ）に示すように、前記シリコン基板１のエッチングマスク３を剥離、
その後、図７（ｂ）に示すように、熱酸化法により複合基板全面に厚み５００ｎｍの酸化シリコン膜８を形成した。
この状態で、図７（ｃ）に示すように、前記支持基板２の孔５を形成した面と反対側の面から研削を行い、前記支持基板２の厚みを薄くした。
４００μｍ程度の研削を行い、前記支持基板２の厚みを１００μｍとし、その後、図７（ｄ）に示すように、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）を用いたウェットエッチングで支持基板２のシリコンを除去した。
この時、酸化シリコンはＴＭＡＨによるエッチングのストップ層となるので、前記酸化シリコン膜４’が分離層となり、前記支持基板２のみを除去することが出来る。
また、前記酸化シリコン膜８は、ウェットエッチング時に前記シリコン基板１がエッチングされるのを保護するために形成している。
シリコンのウェットエッチングのレートは一般的に遅いが、図７（ｃ）のように、研削により前記支持基板２のシリコン膜厚を薄くしておくことで、ウェットエッチングの処理時間を短縮することができた。
その後、図７（ｅ）に示すように、前記シリコン基板１に存在する酸化シリコン層４’、８をＢＨＦ（バッファードフッ酸）でウェットエッチングして除去した。
この方法によれば、前記シリコン基板１と前記支持基板２とを全面で密着して固定することが出来る。
以上の貫通孔形成方法をシリコン基板の製造方法に適用することによって、ノッチング抑制のバラツキが低減し、寸法精度の良好な貫通孔を形成したシリコン基板を製造することが可能となる。
【符号の説明】
【００２１】
１：シリコン基板
２：支持基板
３：エッチングマスク
５：貫通孔に対応する領域に形成した支持基板の孔
６：貫通孔を形成する領域
６’：貫通孔
【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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