JP4000615B2 - Manufacturing method of micromachine - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ構造を有する微小機械（微小装置、微小構造体等）およびその製造方法に関し、更に詳しくは、可動するマイクロ構造が対向する部材に接触する事があっても、破損や固着の起こりにくい微小機械とその製造技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリシリコンを構造材とする微小機械およびその製造方法の従来例を、図１に従って簡単に説明する。詳しくは、例えば文献（ Theresa A.Core, W.K.Tsang, Steven J.Sherman “Fabrication Technology for an Integrated Surface−Micromachined Sensor”, Solid State Technology, October 1993, pp39-47）に記載されている。ここでは前記文献の記載を簡略化し、本発明に係る部位のみを記載している。
【０００３】
従来の微少機械およびその製法は、図１７（Ａ）に示すように、先ずシリコン基板１００の主面に、熱酸化により酸化膜１０１を、ＬＰ−ＣＶＤ（低圧−化学気相成長法）によりシリコン窒化膜１０２を、ＣＶＤによりＬＴＯ（低温酸化物）膜１０３を、順次層状に成膜する。
この後、図１７（Ｂ）に示すようにＬＴＯ膜１０３を貫通しない程度にエッチングしてディンプル１０４を形成すると共に、ＬＴＯ膜１０３、シリコン窒化膜１０２および酸化膜１０１を貫通するエッチングを行なってアンカー部１０９に相当する開口１０５を形成する。
次いで、図１７（Ｃ）に示すようにＬＰ−ＣＶＤによりポリシリコン膜１０６を成膜し、フオトリゾグラフィーおよびエッチングによりパターニングする。
【０００４】
そして、図１７（Ｄ）に示すようにＬＴＯ膜１０３をフッ酸等により犠牲エッチングすることにより、自立する微小構造体１０７を得る。
【０００５】
この微小構造体１０７は、可動部１０８と、可動部１０８を支持基体であるシリコン基板１００に固定するアンカー部１０９とから構成される。また、ＬＴＯ膜１０３のディンプル１０４の位置に対応して可動部１０８の底部表面にはバンプ（凸部）１１０が、また、可動部１０８の表面にはディンプル（凹部）１１１が形成されている。このバンプ１１０は、可動部１０８の底部表面がシリコン基板１００の表面と接触する際に、その接触面積を低減し、これにより付着する可能性を低減する作用がある。また、シリコン窒化膜１０２は、ＬＴＯ膜１０３を犠牲エッチングする際のエッチングストッパとして作用するが、可動部１０８の底部表面がシリコン基板１００の表面と擦れ合う際の摩擦力を低減し、摩耗を低減する作用と、可動部１０８の底部表面がシリコン基板１００の表面と接触して付着する可能性を低減する作用とを合わせ持っている。
【０００６】
さて、このようにして得られた微小機械に、振動や落下衝撃等の種々の外力が作用した場合について、図１８に従って説明する。
図１８（Ａ）に示すように図中下方向への加速度運動をした場合、可動部１０８は下に凸のベンディングを受ける。
図１８（Ｂ）に示すように図中下方向へ落下、衝突した場合、可動部１０８はシリコン基板１００の表面に叩き付けられ、可動部１０８は下に凸のベンディングを受ける。
図１８（Ｃ）に示すように図中上方向への加速度運動をした場合、可動部１０８は上に凸のベンディングを受ける。
図１８（Ｄ）に示すように図中上方向へ落下、衝突した場合、可動部１０８はカバー２０２の裏面に叩き付けられ、可動部１０８は上に凸のベンディングを受ける。
【０００７】
図１８（Ａ）および（Ｂ）で示したように、可動部１０８が下に凸のベンディングを受けた場合、同図中○印の記載されている、バンプ１１０の根元２００に引っ張り応力が集中し、ここから破壊される傾向を有するので望ましくない。また図１８（Ｃ）および（Ｄ）の場合のように、可動部１０８が上に凸のベンディングを受けた場合、同図中○印の記載されているディンプル１１１の底２０１に引っ張り応力が集中し、ここから破壊される傾向を有するので望ましくない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来例では、可動部１０８の底部表面がシリコン基板１００の表面と接触する際に、その接触面積を低減し、従って付着する可能性を低減するように作用するバンプ１１０を、可動部１０８に設ける構造およびその製造方法であったために、外力によってベンディングを受ける可動部１０８に応力を集中させる構造（上記２００、２０１の点）をも同時に作り込んでしまうという問題点があった。
【０００９】
また、この従来例は、可動部を構成する構造体がポリシリコンにより形成されており、多結晶という材料が本質的に有している多数の粒界および転位といった分子構造も外力が加えられた際に応力が集中される構造であり、ここから脆性破壊される傾向を有する。さらに粒界には、粒界腐食あるいは粒界割れといった特異な現象もあり、脆性破壊の傾向を増長する。
更に、ポリシリコンは強い圧縮応力を有しており、その応力を制御することが難しく、このため成膜速度も遅く、厚い構造体を得ることが難しい。
【００１０】
また、ポリシリコンによって、例えば応力を検出する素子であるピエゾ抵抗を安定的に形成することは難しく、このため微小機械の可動部の変位量は低感度の静電式に頼らざるを得ない。また、ポリシリコンで形成された半導体素子は、単結晶シリコンで形成された半導体素子に比べると、特性のバラツキが大きく、耐圧が低い、逆方向飽和電流が大きいなど著しく性能が劣ってしまうために、微小機械の外部領域の支持基板である単結晶シリコン基板に形成する必要があった。
本発明は、このような従来の問題点に鑑みなされたもので、可動部と、可動部に対向する固定部を有する微小機械において、可動部が固定部に接触する際の付着する傾向を低減し、また可動部がベンディングを受けた際の破壊される傾向を低減し、さらには可動部が薬品やガスにより処理された際の粒界腐食や粒界割れといった現象を免れることのできる微小機械及びその製造方法を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明においては特許請求の範囲に記載するように構成している。すなわち、請求項１においては、可動部と、前記可動部に対向する固定部を有する微小機械において、前記可動部が単結晶シリコンであって、前記可動部が前記固定部に接触する際の接触面積を低減せしめる凸部を前記固定部に設けている微小機械の製造方法であって、
（１）支持基板、埋込絶縁膜および単結晶シリコン層から構成される、いわゆるＳＯＩ基板であって、ＳＯＩ層となる前記単結晶シリコン層と前記埋込絶縁膜との界面が平坦であり、かつ、前記埋込絶縁膜と前記支持基板との界面に凸部を有するＳＯＩ基板を形成する工程。
（２）前記ＳＯＩ基板の前記ＳＯＩ層を貫通するエッチングを行ない、前記埋込絶縁膜に達する開口部を形成する工程。
（３）前記開口部をエッチング・ホールとして、前記埋込絶縁膜をエッチングすることにより、前記単結晶シリコン層からなる自立した構造体を得る工程。
を含み、かつ、
前記（１）のＳＯＩ層と前記埋め込み絶縁膜との界面が平坦であり、かつ、前記埋め込み絶縁膜と前記支持基板との界面に凸部を有する前記ＳＯＩ基板を形成する工程が、下記の工程を含んでいることを特徴としている。
（４）単結晶シリコンの活性基板の主面に酸化膜を形成する工程。
（５）前記酸化膜の主面に凸凹を形成する工程。
（６）前記凸凹を形成した酸化膜の主面に、張り合わせのための接合層を形成する工程。
（７）前記接合層の主面と前記支持基板を張り合わせる工程。
【００１８】
上記のように請求項１は、微小機械の製造方法における凸部のあるＳＯＩ基板を形成する工程を規定するものであり、活性基板に酸化膜を形成し、その構造体の主面に凸凹を形成し、その構造体の主面に、張り合わせのための接合層を形成し、その構造体の主面と支持基板を張り合わせることにより、ＳＯＩ基板を形成するものである。これは例えば図１１に示す実施の形態に相当する。
【００１９】
また、請求項２〜請求項６は、請求項１における構造体の主面に凸凹を形成する工程の内容を規定するものであり、それぞれ後記図１１、図１３、図１４、図１５、図１６の実施の形態に相当する。
【００２０】
また、請求項７は、請求項１に記載の微小機械の製造方法において、主面に凸凹を形成された酸化膜の主面に、前記支持基板と前記可動部となる単結晶シリコンとの摩擦係数を低減する膜を成膜する工程を設けたものであり、例えば後記図１３（Ｅ）において、窒化珪素膜１００４を形成する工程に相当する。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の製造方法で形成された微小機械では、固定部に設けられた凸部が、可動部の底部表面が支持基板（固定部）の最外表面と接触する際に、その接触面積を低減する作用があり、従って付着する傾向を低減する効果がある。また、可動部の底面および上面が凸凹のない平坦な面から形成されるので、可動部がベンディングを受けた際の応力集中による破損の傾向を低減する効果がある。また、可動部に粒界が無く、転位や欠陥の少ない単結晶シリコンから形成されるので、可動部が外力によってベンディングを受けた際の応力集中による破損の傾向を低減する効果と、可動部が薬品やガスで処理された際の粒界腐食や粒界割れの現象を免れる効果がある。
【００２２】
また、単結晶シリコンという安定した物性の材料により微小機械が構成されるため、例えば応力を検出する素子であるピエゾ抵抗を微小機械に安定して形成することができ、従って可動部の変位検出の高感度化、ひいては例えば力学量センサ部の高感度化が図れる。さらには、半導体素子を微小機械内部の例えばアンカー部に作り込むことができ、微小機械の高度化（インテリジェント化）・小型化が実現される。さらには、ＭＯＳやバイポーラといった電子素子を、微小機械内部の、例えばアンカー部につくり込むことができ、微小機械の高度化、インテリジェント化がはかれる。
【００２３】
また、本発明の製造方法においては、可動部と、可動部に対向する固定部を有する微小機械において、可動部が単結晶シリコンであって、可動部が固定部に接触する際の接触面積を低減せしめる凸部が固定部に設けられている微小機械を実現することができる、という効果が得られる。
また、埋め込み絶縁膜とＳＯＩ層との界面が平坦で、埋め込み絶縁膜と支持基板との界面が凸凹、というＳＯＩ基板を形成してから微小機械を形成する方法では、トレンチ絶縁分離によって高密度に集積された回路と微小機械とを一体で形成でき、微小機械の高度化、インテリジェント化、小型化がはかれる。
【００２４】
また、請求項２〜請求項７に記載のように、活性基板を研磨してＳＯＩ層を得る方法では、基板程度の厚さまでの厚い構造体を実現することができ、従って微小機械の重り部の大質量化、クシ歯電極の大容量化ができ、例えば力学量センサ部の高感度化や、例えば静電アクチュエータの大パワー化が実現される、という効果が得られる。
また、２枚のシリコン基板を張り合わせてＳＯＩ層を得る方法では、低応力の構造材が得られ、多結晶シリコンを微小機械の構造材に用いた場合のように、応力制御の工程を必要としないという効果が得られる。またウエハ内、ウエハ間、ロット間での応力値のバラツキが小さく、歩留まりが高い、という効果が得られる。
【００２５】
また、埋め込み絶縁膜と支持基板との界面を凸凹にするためのマスクを必要とせず、また、結晶粒や結晶子を利用して凸凹を形成する方法では、標準的なフォトリソグラフィー手法よりも微細な凸凹を形成できるという効果が得られる。
また、支持基板に加工を施すのではなく、活性基板に加工を施すため、平面度、平行度、ソリの規格の厳しい支持基板に外乱を与えず、従って張り合わせ工程の歩留まりを向上させることができる、という効果が得られる。
【００２６】
また、請求項２の構成では、埋め込み絶縁膜とＳＯＩ層との界面が平坦で、埋め込み絶縁膜と支持基板との界面が凸凹、というＳＯＩ基板を形成する工程数が短く、コストを低減できる、という効果が得られる。
また、請求項７のように、主面に凸凹を形成された酸化膜の主面に、前記支持基板と前記可動部となる単結晶シリコンとの摩擦係数を低減する膜を成膜する工程を設けた構成においては、可動部が対向する固定部と接触する際の接触面積を低減せしめる凸部と擦れ合う際の摩擦係数を前記膜（例えば窒化珪素膜）が低減するため、摩擦を低減する効果が得られる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の微小機械およびその製造方法における実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１および図２は本発明の第１の実施の形態における微小機械の製造工程を示す断面図であり、図２の（Ｄ）のみは平面図を示す。
図１（Ａ）に示すように、第一のシリコン基板３００の主面に、トレンチ・エッチングの手法により凹部３０１を形成する。
この後、図１（Ｂ）に示すように、上記構造体に熱酸化の手法により酸化膜３０２を、ＬＰ−ＣＶＤ（低圧化学気相成長法）の手法によりシリコン窒化膜３０３を、それぞれ成膜する。このシリコン窒化膜は、シリコンとの間で摩擦係数の小さな膜であり、これによって接触した際の摩擦を低減することが出来る。
次いで、図１（Ｃ）に示すように、上記構造体の主面に、ＣＶＤ（化学気相成長法）の手法により酸化膜３０４を成膜し、その表面を研磨の手法により平坦化する。
そして、図１（Ｄ）に示すように、上記構造体の主面に第二のシリコン基板を接合し、第二のシリコン基板を研磨の手法により薄膜化して単結晶シリコン層３０５を得る。
【００２８】
以上の工程により、酸化膜３０４を埋込酸化膜とし、第一のシリコン基板３００を支持基板とし、薄膜化された単結晶シリコン層３０５をＳＯＩ（シリコン・オン・インスレータ）層とする、いわゆるＳＯＩ基板３０６が形成される。埋込酸化膜である酸化膜３０４とＳＯＩ層である単結晶シリコン層３０５との界面３０９は、凸凹のない平坦な面から構成され、埋込酸化膜である酸化膜３０４と、第一のシリコン基板３００からなる支持基板との界面３１０は、凸部３０７と凹部３０８を有する。
【００２９】
図２（Ａ）に上記ＳＯＩ基板３０６の主面の構成を示す。構成を再記すると、３００は第一のシリコン基板、３０２は酸化膜、３０３はシリコン窒化膜、３０４は埋込酸化膜、３０５は単結晶シリコン層、３１０は埋込酸化膜である酸化膜３０４と支持基板である第一のシリコン基板３００との界面、３０８は界面３１０の凹部、３０７は界面３１０の凸部である。
図２（Ｂ）に示すように上記単結晶シリコン層３０５を貫通するエッチングを行ない、酸化膜３０４に達する開口部３１６を形成する。
図２（Ｃ）に示すように上記開口部３１６より、フッ酸を含むエッチング液にて、酸化膜３０４をエッチングし、自立する単結晶シリコンからなる微小構造体３４０を得る。３１１は可動部であり、３１２は可動部３１１を支持基体であるシリコン基板３００に固定するアンカー部である。
【００３０】
以上の工程により、可動部３１１と、可動部に対向する固定部（シリコン基板３００）を有する微小機械において、可動部が単結晶シリコンであって、可動部が固定部に接触する際の接触面積を低減せしめる凸部３０７が、固定部に設けられていることを特徴とする微小機械が得られる。
【００３１】
なお、単結晶シリコンからなる微小構造体３４０において、可動部となるかアンカー部となるかは、前記工程の図２（Ｂ）における開口部３１６のパターンに依存する。図２（Ｄ）にパターン例の平面図を示す。表示されているのは図２（Ｂ）のパターニングされた単結晶シリコン層３１７である。３１３は大パターン部で例えば２００μｍ角とし、３１４、３１９はライン・パターン部で例えば幅１０μｍとし、３１５は虫食いパターン部で例えば２００μｍ角で、内部に１０μｍ角の穴３１８が２０μｍピッチで多数開口されているものとする。酸化膜３０４の厚さは１μｍとする。
【００３２】
上記構造体を、フツ酸を含むエッチング液に浸漬し、酸化膜３０４を１０μｍエッチングするのに相当する時間だけエッチング処理する。するとパターニングされた単結晶シリコン層３１７をマスクとして、酸化膜３０４が等方的にエッチング除去され、単結晶シリコン層３１７の下に進行するアンダー・エッチング量は１０μｍとなる。この時、大パターン部３１３の直下の酸化膜は前後左右１０μｍずつアンダー・エッチングされ、１８０μｍ角のサイズで残存する。従って大パターン部３１３は、残存する酸化膜３０４によって支持基板へと接続するアンカー部３１２となる。
【００３３】
ライン・パターン部３１４、３１９の直下の酸化膜３０４は、前後１０μｍずつアンダー・エッチングされ、このアンダー・エッチングがオーバー・ラップし、もはや残存することはなく、ライン・パターン部３１４、３１９は宙に浮く。
【００３４】
図２ではライン・パターン部３１４、３１９の端がアンカー部３１２に接続され、これにより自立した構造体となる。この場合、アンカー部への接続が全くなければ、いわゆるリフト・オフされることになる。また、虫食いパターン部３１５の直下の酸化膜３０４は、前後左右１０μｍずつアンダー・エッチングされるだけでなく、多数の穴３１８からも等方的にアンダー・エッチングされ、これら多数のアンダー・エッチングがオーバー・ラツプしてもはや残存することはなく、虫食いパターン部３１５は宙に浮く。図２ではライン・パターン部３１４を介してアンカー部３１２に接続されており、自立した構造体となる。従って、図２（Ｄ）のＬ−Ｌ断面図とＭ−Ｍ断面図は図２（Ｃ）となり、図２（Ｄ）のＮ−Ｎ断面図は図２（Ｅ）となる。
【００３５】
なお、微小機械では、例えばライン・パターン部３１４のように細い部分を梁やばねとして、虫食いパターン部３１５のように大きくて宙に浮いている部分を重りとして設計する。
【００３６】
（第２の実施の形態）
図３および図４は本発明の第２の実施の形態における微小機械の製造工程を示す断面図である。
図３（Ａ）に示すように、先ず第一の単結晶シリコン基板４００の主面にＣＶＤの手法により酸化膜４０４を成膜し、酸化膜４０４の主面に、酸化膜４０４を貫通しない程度の凹部４０１を、フツ酸を含むエッチング液にて形成する。
【００３７】
次いで、図３（Ｂ）において上記構造体にＬＰ−ＣＶＤの手法によりシリコン窒化膜４０３を成膜し、ＣＶＤの手法により多結晶シリコン膜４０２を成膜し、多結晶シリコン膜４０２の主面を研磨の手法により平坦化する。
【００３８】
この後、図３（Ｃ）において上記構造体の主面に第二の単結晶シリコン基板４２０を接合し、単結晶シリコン基板４００を研磨の手法により薄膜化して単結晶シリコン層４０５を得る。なお、図３（Ｃ）では図３（Ｂ）の構造を上下反転して示している。
【００３９】
以上の工程により、酸化膜４０４を埋込酸化膜とし、第二の単結晶シリコン基板４２０を支持基板とし、第一の単結晶シリコン基板４００を薄膜化して得られた単結晶シリコン層４０５をＳＯＩ層とする、いわゆるＳＯＩ基板４０６が形成される。
埋込酸化膜である酸化膜４０４とＳＯＩ層である単結晶シリコン層４０５との界面４０９は、凸凹のない平坦な面から構成され、埋込酸化膜である酸化膜３０４と、第二の単結晶シリコン基板４２０からなる支持基板との界面４１０は、凸部４０７と凹部４０８を有する。
【００４０】
図４（Ａ）に上記ＳＯＩ基板４０６の主面の構成を示す。構成を再記すると、４００は支持基板である第二の単結晶シリコン基板、４０２は多結晶シリコン膜、４０３はシリコン窒化膜、４０４は埋込酸化膜、４０５は単結晶シリコン層、４１０は埋込酸化膜である酸化膜３０４と支持基板である第二の単結晶シリコン基板４２０との界面、４０８は界面４１０の凹部、４０７は界面４１０の凸部である。
図４（Ｂ）において、上記単結晶シリコン層４０５を貫通するエッチングを行ない、酸化膜４０４に達する開口部４１６を形成する。
図４（Ｃ）において上記開口部４１６より、フツ酸を含むエッチング液にて、酸化膜４０４をエッチングし、自立する単結晶シリコンからなる微小構造体４４０を得る。４１１は可動部であり、４１２は可動部４１１を支持基体である単結晶シリコン基板４２０に固定するアンカー部である。
単結晶シリコンからなる微小構造体４４０において、可動部となるかアンカー部となるかは、上記工程の図４（Ｂ）における開口部４１６のパターンに依存することは、第１の実施の形態と同様である。
【００４１】
以上の工程を含む製造方法により、第１の実施の形態と同様に、可動部４１１と、可動部に対向する固定部（４０２、４２０）を有する微小機械において、可動部が単結晶シリコンであって、可動部が固定部に接触する際の接触面積を低減せしめる凸部４０７が、固定部に設けられていることを特徴とする微小機械が得られる。
また、図４（Ｄ）は、図３（Ｂ）において平坦化された多結晶シリコン膜４０２の主面に、ＣＶＤの手法により酸化膜４２１を形成し、以下同様の工程を行なった場合に得られる構造である。
【００４２】
（第３の実施の形態）
図５および図６は本発明の第３の実施の形態における微小機械の製造工程を示す断面図である。
図５（Ａ）に示すように第一の単結晶シリコン基板５００の主面に熱酸化の手法により酸化膜５０１を成膜し、フッ酸を含むエッチング液にてパターニングする。
図５（Ｂ）に示すように上記構造体にＣＶＤの手法により酸化膜５０４を成膜し、ＣＶＤの手法によりシリコン窒化膜５０３を成膜する。
図５（Ｃ）に示すように上記構造体に、ＣＶＤの手法により多結晶シリコン膜５０２を成膜し、多結晶シリコン膜５０２の主面を研磨の手法により平坦化する。
図５（Ｄ）に示すように上記構造体の主面に、第二の単結晶シリコン基板５２０を接合し、上記単結晶シリコン基板５００を研磨の手法により薄膜化して単結晶シリコン層５０５を得る。なお、図５（Ｄ）では図５（Ｃ）の構造を上下反転して示している。
【００４３】
以上の工程により、酸化膜５０１、５０４を埋込酸化膜とし、第二の単結晶シリコン基板５２０を支持基板とし、第一の単結晶シリコン基板５００を薄膜化し、得られた単結晶シリコン層５０５をＳＯＩ層とする、いわゆるＳＯＩ基板５０６が形成される。埋込酸化膜である酸化膜５０１、５０４とＳＯＩ層である単結晶シリコン層５０５との界面５０９は、凸凹のない平坦な面から構成され、埋込酸化膜である酸化膜５０１、５０４と第二の単結晶シリコン基板５２０からなる支持基板との界面５１０は、凸部５０７と凹部５０８を有する。
【００４４】
図６（Ａ）に上記ＳＯＩ基板５０６の主面の構成を示す。構成を再記すると、５２０は支持基板である第二の単結晶シリコン基板、５０２は多結晶シリコン膜、５０３はシリコン窒化膜、５０１、５０４は埋込酸化膜、５０５は単結晶シリコン層、５１０は埋込酸化膜である酸化膜５０４と第二の単結晶シリコン基板５２０からなる支持基板との界面、５０８は界面５１０の凹部、５０７は界面５１０の凸部である。
図６（Ｂ）において上記単結晶シリコン層５０５を貫通するエッチングを行ない、酸化膜５０１、５０４に達する開口部５１６を形成する。
図６（Ｃ）において上記開口部５１６より、フッ酸を含むエッチング液にて酸化膜５０４をエッチングし、自立する単結晶シリコンからなる微小構造体５４０を得る。５１１は可動部であり、５１２は可動部５１１を支持基体である単結晶シリコン基板５２０に固定するアンカー部である。
単結晶シリコンからなる微小構造体５４０において、可動部となるかアンカー部となるかは、上記工程の図６（Ｂ）における開口部５１６のパターンに依存することは、第１の実施の形態と同様である。
【００４５】
以上の工程を含む製造方法により、第１の実施の形態と同様に、可動部５１１と、可動部に対向する固定部（５０２、５２０）を有する微小機械において、可動部が単結晶シリコンであって、可動部が固定部に接触する際の接触面積を低減せしめる凸部５０７が固定部に設けられていることを特徴とする微小機械が得られる。
また、図６（Ｄ）は、図５（Ｃ）において平坦化された多結晶シリコン膜５０２の主面に、ＣＶＤの手法により酸化膜５３０を形成し、以下同様の工程を行なった場合に得られる構造である。
【００４６】
（第４の実施の形態）
図７および図８は本発明の第４の実施の形態における微小機械の製造工程を示す断面図である。
図７（Ａ）に示すように、先ず、単結晶シリコン基板６００の主面に、凹部６０１をパターニングし、熱酸化の手法により酸化膜６０２を、ＬＰ−ＣＶＤの手法によりシリコン窒化膜６０３を、順次成膜する。
次いで、図７（Ｂ）において上記構造体に、ＣＶＤの手法により酸化膜６０４を成膜し、酸化膜６０４の主面を研磨の手法により平坦化し、単結晶シリコン基板６００に達する開口部６３０とシリコン窒化膜６０３に達する開口部６３１を形成する。
この後、図７（Ｃ）において、上記構造体の主面にＣＶＤの手法により多結晶シリコン膜を成膜し、開口部６３０の単結晶シリコン基板６００を種とし、多結晶シリコン膜のレーザー走査による横方向結晶成長により、単結晶シリコン層６０５を得る。
【００４７】
以上の工程により、酸化膜６０４を埋込酸化膜とし、単結晶シリコン基板６００を支持基板とし、多結晶シリコン膜の横方向結晶成長により得られた単結晶シリコン層６０５をＳＯＩ層とする、いわゆるＳＯＩ基板６０６が形成される。埋込酸化膜である酸化膜６０４とＳＯＩ層である単結晶シリコン層６０５との界面６０９は、凸凹のない平坦な面から構成され、埋込酸化膜である酸化膜６０４と、単結晶シリコン基板４２０からなる支持基板との界面６１０は、凸部６０７と凹部６０８を有する。
【００４８】
図８（Ａ）において、上記ＳＯＩ基板６０６の主面の構成を示す。構成を再記すると、６００は支持基板である単結晶シリコン基板、６０２は酸化膜、６０３はシリコン窒化膜、６０４は埋込酸化膜、６０５は単結晶シリコン層、６１０は埋込酸化膜である酸化膜６０４と単結晶シリコン基板６００からなる支持基板の界面、６０８は界面６１０の凹部、６０７は界面６１０の凸部である。
この後、図８（Ｂ）において上記単結晶シリコン層６０５を貫通するエッチングを行ない、酸化膜６０４に達する開口部６１６を形成する。
そして、図８（Ｃ）において上記開口部６１６よりフッ酸を含むエッチング液にて酸化膜６０４をエッチングし、自立する単結晶シリコンからなる微小構造体６４０を得る。６１１は可動部であり、６１２は可動部６１１を支持基体である単結晶シリコン基板６００に固定するアンカー部である。
単結晶シリコンからなる微小構造体６４０において、可動部となるかアンカー部となるかは、上記工程の図８（Ｂ）における開口部６１６のパターンに依存することは、第１の実施の形態と同様である。
【００４９】
以上の工程を含む製造方法により、第１の実施の形態と同様に、可動部６１１と、可動部に対向する固定部（６００）を有する微小機械において、可動部が単結晶シリコンであって、可動部が固定部に接触する際の接触面積を低減せしめる凸部（６０７）が、固定部に設けられていることを特徴とする微小機械が得られる。
【００５０】
（第５の実施の形態）
図９は本発明の第５の実施の形態における微小機械の製造工程を示す断面図である。
図９（Ａ）に示すように、先ず、高不純物濃度の単結晶シリコン基板７００の主面にエピタキシャル成長の手法により単結晶シリコン層７０５を成膜すると共に、単結晶シリコン層７０５を貫通しない程度のエッチングを行なって凹部７３０を形成する。これにより、エッチングされない領域は相対的に出っ張って凸部７３１となる。
次いで、図９（Ｂ）に示すように、ガラス基板７３２の主面にエッチングにより凹部７０８を形成する。これによりエッチングされない領域は相対的に出っ張って、凸部７０７となる。
この後、図９（Ｃ）に示すように、図９（Ａ）の構造体と図９（Ｂ）の構造体の主面を接合し、フッ酸：硝酸：酢酸＝１：３：８の組成からなる高不純物濃度のシリコンのみを選択的に溶解する選択エッチング液を用いて、高不純物濃度の単結晶シリコン基板７００のみをエッチングする。これにより、図９（Ａ）の構造体と図９（Ｂ）の構造体の主面の接合は、凸部７３１を介して成され、従ってキャビティ７３３が形成される。
そして、図９（Ｄ）において、ドライ・エッチングの手法により、上記構造体の単結晶シリコン層７０５を貫通し、キャビティ７３３に達する開口部７１６を形成し、自立する単結晶シリコンからなる微小構造体７４０を得る。７１１は可動部であり、７１２は可動部７１１を支持基体であるガラス基板７３２に固定するアンカー部である。
【００５１】
以上の工程を含む製造方法により、第１の実施の形態と同様に、可動部７１１と、可動部に対向する固定部（７３２）を有する微小機械において、可動部が単結晶シリコンであって、可動部が固定部に接触する際の接触面積を低減せしめる凸部（７０７）が、固定部に設けられていることを特徴とする微小機械が得られる。
【００５２】
（第６の実施の形態）
図１０は本発明の第６の実施の形態における微小機械の製造工程を示す断面図である。
図１０（Ａ）に示すように、標準的なＳＯＩ基板の主面の構造を示す。構成を説明すると、８０５はＳＯＩ層である単結晶シリコン層、８０４は埋込絶縁膜である埋込酸化膜、８００は支持基板であるシリコン基板である。
図１０（Ｂ）において、上記単結晶シリコン層８０５を貫通するエッチングを行ない、酸化膜８０４に達する開口部８１６を形成する。
図１０（Ｃ）において、上記開口部８１６より、フッ酸を含むエッチング液にて、酸化膜８０４をエッチングし、自立する単結晶シリコンからなる微小構造体８４０を得る。８１１は可動部であり、８１２は可動部８１１を支持基体であるシリコン基板８００に固定するアンカー部である。
図１０（Ｄ）において、上記構造体をフッ酸を含むエッチング液に浸漬し、シリコン基板８００に電圧を印加しながら電解エッチングし、ポーラス・シリコン層８３０を形成する。ポーラス・シリコン層８３０は、シリコン基板８００の埋込酸化膜８０４の除去された領域にのみセルフアラインで形成される。微小構造体８４０はシリコン基板８００に電気的に接続されておらず、電解エッチングをうけず、従ってポーラス・シリコン層は形成されない。
【００５３】
以上の工程により、可動部８１１と、可動部に対向する固定部（８００）を有する微小機械において、可動部が単結晶シリコンであって、可動部が固定部に接触する際の接触面積を低減せしめる凸部（８３０）が、固定部に設けられていることを特徴とする微小機械が得られる。なお、ポーラス・シリコン層８３０は表面に微小な凸凹があり、凸部として作用する。
【００５４】
同様に、上記図１０（Ｃ）の構造体を図１０（Ｅ）に示すように電解めっき液に浸漬し、シリコン基板８００に電圧を印加しながら電解めっきし、めっき層８３１を形成してもよい。めっき層８３１は、シリコン基板８００の埋込酸化膜８０４の除去された領域にのみセルフアラインで形成される。微小構造体８４０はシリコン基板８００に電気的に接続されておらず、電解めっきをうけず、従ってめっき層は形成されない。なお、めっき層８３１は表面に微小な凸凹があり、凸部として作用する。
【００５５】
以上、第１〜第６の実施の形態の説明において、具体的な例を用いて説明してきたが、これらの文言と図に限定される訳ではない。以下、その例を説明する。
【００５６】
例えば、第１、第２、第３および第４の実施の形態において、シリコンとの間で摩擦係数の小さな膜としては、シリコン窒化膜３０３、４０３、５０３および６０３を例に説明してきたが、これに限定される訳ではなく、他の部材でも良く、場合によっては無くても良い。また、シリコン窒化膜３０３、４０３および５０３の成膜方法としてＬＰ−ＣＶＤを例に説明してきたが、これに限定される訳ではなく、他の方法、例えばプラズマ−ＣＶＤやシリコンの直接窒化でも良い。
【００５７】
また、第１および第４の実施の形態において、夫々、酸化膜３０２および６０２は、ＬＰ−ＣＶＤにより成膜したシリコン窒化膜３０３および６０３の応力緩衝膜として設けたものであり、成膜条件によっては無くても良い。
また、第１、第２、第３および第５の実施の形態において、夫々、２枚の基板の直接接合を例に説明してきたが、これに限定される訳ではなく、共晶合金接合であっても良いし、陽極接合などの他の接合方法であってもよい。
【００５８】
また、第２、第３の実施の形態において、夫々、多結晶シリコン膜４０２、５０２を、支持基板に接合するための中間層として説明してきたが、これに限定される訳ではなく、多結晶シリコン膜４０２、５０２を可動部に対向する下部電極として用いてもよい。この際、図４（Ｄ）および図６（Ｄ）に示したように、多結晶シリコン膜４０２、５０２とシリコン基板４２０、５２０との間に絶縁膜として、酸化膜４２１、５３０を形成してもよい。
【００５９】
また、第６の実施の形態において、電解エッチングと電解めっきを例に説明してきたが、これに限定される訳ではなく、シリコン基板８００の埋込酸化膜８０４の除去された領域にのみセルフアラインで電気化学的に凸凹を設けられればよく、例えば電解重合により他の部材を析出させても良い。
また、第１、第２、第３および第４の実施の形態において、夫々、酸化膜３０４、多結晶シリコン膜４０２、５０２および酸化膜６０４の平坦化において、研磨を例に説明してきたが、これに限定される訳ではなく、他の平坦化方法、例えばエッチバツクでも良い。
【００６０】
また、第１、第２および第３の実施の形態において、夫々、単結晶シリコン層３０５、４０５、５０５を得る際のシリコン基板の薄膜化を研磨を例に説明してきたが、これに限定される訳ではなく、他の薄膜化方法、例えば第５の実施の形態の如く、選択エッチングであってもよいし、時間コントロールによるエッチングや、ｎ型シリコン層のみを電気化学的にエッチングを停止させ、ｐ型シリコン基板のみをエッチングする、いわゆるエレクトロ・ケミカル・エッチングでもよい。もちろん第５の実施の形態においても、薄膜化の手法を限定するものではない。
【００６１】
また、第１〜第３の実施の形態において、夫々、酸化膜３０４、４０４、５０４が全面形成されたＳＯＩ基板構造を例に説明してきたが、これに限定される訳ではなく、例えば微小機械を形成する領域にのみ埋込絶縁膜を形成した部分ＳＯＩ基板構造であってもよい。酸化膜３０２、４０２および５０２と、シリコン窒化膜３０３、４０３および５０３についても同様である。
また、第４の実施の形態において、アンカー部６１２を開口部６３１に設け、微小機械６４０がシリコン基板６００から絶縁されている構造を例に説明してきたが、これに限定される訳ではなく、例えば開口部６３０にアンカー部を設け、シリコン基板に直接接続しても良い。
また、第５の実施の形態において、キャビティ７３３を形成するためのスペーサ、すなわち凸部７３１を単結晶シリコン層７０５に設けたが、ガラス基板７３２に設けてもよい。単結晶シリコンからなるスペーサを、他の部材で設けても良い。
また、第１〜第３の実施の形態において、埋込絶縁膜と支持基板との界面の凸部を、基板全面に形成したが、可動部に対向する部位のみに設けても良い。
【００６２】
また、第１〜第６の実施の形態において、夫々、微小機械３４０、４４０、５４０、６４０、７４０および８４０を例に説明してきたが、これに限定される訳ではなく、例えば微小機械を駆動する等の半導体素子や回路を形成しても良い。半導体素子や回路を形成する領域は、微小機械を形成していない領域であっても良いし、微小機械の形成された領域の例えばアンカー部であっても良い。また、半導体素子や回路を形成する領域は、ＳＯＩ構造部の領域であっても良いし、ＳＯＩ構造部でない領域であっても良い。
【００６３】
また、第１〜第３および第６の実施の形態において、夫々、シリコン基板３００、４２０、５２０および８００を支持基板の例に説明してきたが、これに限定される訳ではなく、他の基板、例えばガラス基板でも良い。もちろん第５の実施の形態においても、支持基板を限定するものではない。第４の実施の形態における支持基板は、シリコンがエピタキシャル成長できる基板であれば良く、例えばサファイア基板でも良い。
【００６４】
また、第１〜第５の実施の形態において、夫々、凸部３０７、４０７、５０７、６０７および７０７の形状については特に言及しなかったが、テーパー・エッチングやリフローなどの技術を用いて凸部の角部を丸めたり、台形や液滴型としても良い。この場合、強大な外力により可動部が凸部に衝突した際の凸部あるいは可動部の破損の傾向を減ずることができる。
【００６５】
また、第１〜第６の実施の形態において、微小機械の構造材として単結晶シリコンを例に説明してきたが、他の単結晶材料、例えばガリウム砒素、水晶あるいは単結晶金属に本発明を適用することは、同業者であれば可能である。
【００６６】
上記した第１〜第４の実施の形態によれば、埋込酸化膜とＳＯＩ層との界面が、凸凹のない平坦な面から構成され、埋込酸化膜と支持基板との界面に、凸部を有することを特徴とするＳＯＩ基板を形成してから微小機械を形成する点が共通であり、従ってトレンチ絶縁分離によって高密度に集積された回路と微小機械とを一体で形成でき、従って微小機械の高度化（インテリジェント化）・小型化が実現される。
【００６７】
また、シリコン窒化膜３０３、４０３、５０３および６０３により、可動部３１１、４１１、５１１および６１１の底部表面が支持基板の最外表面と擦れ合う際の摩擦力を低減し、摩耗を低減する効果と、可動部の底部表面が支持基板の最外表面と接触し付着する傾向を低減させることができる。
【００６８】
第１、第２、第３、第５および第６の実施の形態によれば、シリコン基板の薄膜化により単結晶シリコン層３０５、４０５、５０５、７０５および８０５を得ているため、厚い構造体を実現することができる。従って微小機械の重り部の大質量化、櫛歯電極容量の大容量化ができ、微小機械の、例えば力学量センサ部の高感度化や、例えば静電アクチュエータの大パワー化が実現される。
【００６９】
第１〜第４および第６の実施の形態によれば、２枚のシリコン基板の接合により単結晶シリコン層３０５、４０５、５０５、６０５および８０５を得ているため低応力の構造材が得られ、特に応力制御のための工程を必要としない。
【００７０】
第１の実施の形態によれば、埋込酸化膜とＳＯＩ層との界面が、凸凹のない平坦な面から構成され、埋込酸化膜と支持基板との界面に、凸部を有することを特徴とするＳＯＩ基板を形成する第１〜第４の実施の形態において、上記ＳＯＩ基板を形成する工程が比較的短く、シリコン窒化膜を直接窒化の手法により成膜する場合、特に工程が短い。
【００７１】
第２および第３の実施の形態によれば、研磨された多結晶シリコン層と単結晶シリコン層とを接合することにより、埋込酸化膜とＳＯＩ層との界面が、凸凹のない平坦な面から構成され、埋込酸化膜と支持基板との界面に、凸部を有することを特徴とするＳＯＩ基板を形成しているため、第１の実施の形態の、酸化膜と単結晶シリコン層との接合により形成するＳＯＩ基板に比較して接合強度が高いという効果が得られる。犠牲エツチングされる埋込酸化膜の上下界面は、順次成膜によって得られたものであり、酸化膜と単結晶シリコン層との接合界面で発生する異常なエツチング速度の増加現象が発生しないという効果が得られる。
【００７２】
また、接合する際の支持基板となる基板（研磨による薄膜化をうけない基板）にパターニングを施さずに済むため、平面度、平行度およびソリの規格の厳しい支持基板となる基板に外乱を与えず、従って接合工程の歩留りを向上させることができる。
また、圧縮応力となる多結晶シリコンを薄膜化をうける基板の接合面側に設けており、該基板の接合面が上に凸となる作用があり、従って接合工程の歩留りを向上させることができる。
また多結晶シリコン層４０２および５０２を、可動部に対向する下部電極として用いることができる。
【００７３】
第６の実施の形態によれば、ＳＩＭＯＸや貼り合わせＳＯＩとして標準的なＳＯＩ基板を用いることができ、しかもマスクを１枚も追加することなく、セルフアラインで行なわれる電気化学的処理を１工程追加するだけで済むので、コストの上昇を低く抑えることができる。また、電解めっきを用いた場合、めっき層を、可動部に対向する低抵抗な下部電極として用いることができる。
【００７４】
（第７の実施の形態）
図１１および図１２は本発明の第７の実施の形態における微小機械の製造工程を示す断面図であり、図１２の（Ｄ）のみは平面図を示す。
まず、埋め込み絶縁膜に凸凹を有するＳＯＩ基板の製造方法について、図１１に従って説明する。
（Ａ）単結晶シリコンの活性基板９００の主面に、酸化膜９０１を、熱酸化の手法により成膜する。なお、活性基板の裏面は、最終的には研削・研磨されるので図面には記載されていない。またウエハ周辺についても、本実施の形態の本質的な部位ではないので記載されていない。
（Ｂ）上記構造体の主面に多結晶シリコン膜９０２を、ＬＰＣＶＤの手法により、例えば６２０℃にて厚さ１０００Å成膜する。９０６は、多結晶シリコン膜９０２の粒界である。
【００７５】
（Ｃ）上記構造体の主面に、多結晶シリコン膜９０２を核形成層として、多結晶シリコン膜９０３を、常圧ＣＶＤの手法により、例えばジクロロシランを用いて１１６０℃にて厚さ１５μｍ成膜する。本工程において、上記構造体は、高温の水素雰囲気にさらされ、酸化膜９０２は、多結晶シリコン膜９０２を拡散してきた水素によって、一部がシリコンに還元される。そして多結晶シリコン膜９０２の粒界やグレインでの水素の拡散常数が異なるために、酸化膜９０２と多結晶シリコン膜９０３との界面に凸凹が形成される。この凸凹は、常圧ＣＶＤの成膜温度が高いほど大きくなる。
核形成層としてアモルファスシリコンを用いた場合、常圧ＣＶＤ装置でランプアップされている間に緻密な微結晶粒の多結晶シリコンヘと転移するため、界面の凸凹は緻密で均一性が高くなる。界面の凸凹のピッチや高低差は、核形成層のグレインサイズや厚さ、多結晶シリコン膜９０３の成膜条件によって制御される。多結晶シリコン膜９０２と多結晶シリコン膜９０３との界面は、結晶シリコン膜９０２を核形成層としてその上部に多結晶シリコン膜９０３が成長するために、はっきりしなくなる。
【００７６】
（Ｄ）上記構造体の多結晶シリコン膜９０３を研磨の手法によりミラーポリッシュし、研磨面と単結晶シリコン基板である支持基板９０４の主面とを重ね合わせ、酸素雰囲気中にて１１００℃の熱処理を行い張り合わせる。ミラーポリッシュされた多結晶シリコン膜９０３は、活性基板９００を支持基板９０４と接合するための接合層である。そして活性基板９００を研削・研磨し、ＳＯＩ層９０５を得る。なお、図１１（Ｄ）では図１１（Ｃ）の構造を上下反転して示している。
以上の（Ａ）〜（Ｄ）の工程により、埋め込み絶縁膜に凸凹を有するＳＯＩ基板が得られる。
【００７７】
次に、上記の埋め込み絶縁膜に凸凹を有するＳＯＩ基板を用いた微小機械の製造方法について、図１２に従って説明する。
（Ａ）図１１（Ｄ）の、埋め込み絶縁膜に凸凹を有するＳＯＩ基板である。構成を再度記載すると、９０５はＳＯＩ層、９０１は凸凹を有する埋め込み絶縁膜である酸化膜、９０３は活性基板９００を支持基板９０４と接合するための多結晶シリコン膜、９０４は支持基板である。
（Ｂ）上記構造体の、ＳＯＩ層９０５を貫通し、酸化膜９０１に達する開口部９２０を、トレンチエッチングの手法により形成する。
【００７８】
（Ｃ）上記構造体の上記開口部９２０より、フッ酸を含むエッチング液にて、酸化膜９０１をエッチングし、自立する単結晶シリコンからなる微小構造体９２１を得る。９１２は可動部であり、９１１は該可動部９１２を支持基体であるシリコン基板９０４に固定するアンカー部である。９２２は、酸化膜９０１と多結晶シリコン膜９０３の界面の凸凹のうち、酸化膜側に出っ張っている部位であり、可動部９１２が対向する支持基板の表面と接触する際の接触面積を低減せしめる凸部である。
【００７９】
なお、単結晶シリコンからなる微小構造体９２１において、可動部となるかアンカーとなるかは、図１２の工程（Ｂ）における開口部９２０のパターンに依存する。
図１２（Ｄ）にパターンの例の平面図を示す。表示されているのは、同図（Ｂ）のパターニングされたＳＯＩ層９１０である。９１１’は大パターン部で例えば２００μｍ角とし、９１３、９１５はライン・パターン部で例えば幅１０μｍとし、９１４は虫食いパターン部で２００μｍ角で、内部に１０μｍ角の穴９１６が２０μｍピッチで多数開口されているとする。酸化膜９０１の最大厚さを１μｍとする。
【００８０】
上記構造体を、フッ酸を含むエッチング液に浸漬し、酸化膜９０１を１０μｍエッチングするのに相当する時間だけエッチング処理する。するとパターニングされたＳＯＩ層９１０をマスクとして、酸化膜９０１が等方的にエッチング除去され、ＳＯＩ層９１０の下に進行するアンダーエッチング量は１０μｍとなる。この時、大パターン部９１１’の直下の酸化膜９０１は前後左右１０μｍずつアンダー・エッチングされ、１８０μｍ角のサイズで残存する。従って大パターン部９１１’は、残存する酸化膜によって支持基板へと接続され、アンカー部９１１となる。一方、ライン・パターン部９１３、９１５の直下の酸化膜は、両側から１０μｍずつアンダー・エッチングされ、このアンダー・エッチングがオーバー・ラップするため、もはや残存することはなく、従ってライン・パターン部９１３、９１５はリリースされ、宙に浮く。
【００８１】
図１２ではライン・パターン部９１３、９１５の端がアンカー部９１１に接続されており、自立した構造となる。アンカー部への接続が無ければ、リフト・オフされる。虫食いパターン部９１４の直下の酸化膜は、前後左右から１０μｍずつアンダー・エッチングされるだけでなく、多数の穴９１６からも等方的にアンダー・エッチングされ、これら多数のアンダー・エッチングがオーバー・ラップするため、もはや残存することはなく、虫食いパターン部９１４は宙に浮く。図では、ライン・パターン部９１３を介してアンカー部９１１に接続されており、自立した構造体となる。同図（Ｄ）のＬ−Ｌ断面が同図（Ｃ）、同図（Ｄ）のＭ−Ｍ断面が同図（Ｅ）である。
【００８２】
上記のごとき構造の微小機械では、例えば、ライン・パターン部９１３のように細いパターンを梁や板バネとして、虫食いパターン部９１４のように大きいパターンを重りとして設計する。
【００８３】
（第８の実施の形態）
図１３は、本発明の第８の実施の形態における微小機械の製造工程を示す断面図である。まず、埋め込み絶縁膜に凸凹を有するＳＯＩ基板の製造方法について、図１３に従って説明する。
（Ａ）単結晶シリコンの活性基板１０００の主面に、酸化膜１００１を、熱酸化の手法により成膜する。
（Ｂ）上記構造体の主面に多結晶シリコン膜１００２を、ＬＰＣＶＤの手法により、例えば６２０℃にて厚さ１０００Å成膜する。１００６は多結晶シリコン膜１００２の粒界である。
【００８４】
（Ｃ）上記構造体の主面に、多結晶シリコン膜１００２を核形成層として、多結晶シリコン膜１００３を、常圧ＣＶＤの手法により、例えばジクロロシランを用いて１１６０℃にて厚さ５μｍ成膜する。この工程により、実施の形態１と同様に酸化膜１００１の表面に凸凹が形成される。
（Ｄ）上記構造体の多結晶シリコン膜１００３を、ドライエッチングの手法により除去する。
（Ｅ）上記構造体の主面に、ＬＰ−ＣＶＤの手法により窒化硅素膜１００４を成膜する。この窒化硅素膜はシリコンとの間で摩擦係数の小さな膜である。
（Ｆ）上記構造体の主面に、ＬＰ−ＣＶＤの手法により核形成層を成膜し、さらに常圧ＣＶＤの手法により多結晶シリコン膜１００５を成膜する。
（Ｇ）上記構造体の多結晶シリコン膜１００５を研磨の手法によりミラーポリッシュし、研磨面と支持基板１００８の主面とを重ね合わせ、熱処理を行い張り合わせる。そして活性基板１０００を研削・研磨し、ＳＯＩ層１００７を得る。なお、図１３（Ｇ）では図１３（Ｆ）の構造を上下反転して示している。
以上の（Ａ）〜（Ｇ）の工程により、埋め込み絶縁膜に凸凹を有するＳＯＩ基板が得られる。
【００８５】
上記のようにして形成した埋め込み絶縁膜に凸凹を有するＳＯＩ基板を用いて微小機械を製造する方法は、前記第７の実施の形態の図１２と同様である。ただし本実施の形態においては、酸化膜１００１と多結晶シリコン膜１００５との間に、耐フッ酸性の窒化硅素膜１００４があるため、多結晶シリコン膜１００５の凸凹のうち、酸化膜側に出っ張っている部位の、可動部が対向する支持基板の表面と接触する際の接触面積を低減せしめる凸部の表面が、窒化硅素膜で覆われたものとなる。この窒化珪素膜は可動部と凸部が接触した際の摩擦を軽減する作用を有する。
【００８６】
（第９の実施の形態）
図１４は、本発明の第９の実施の形態における微小機械の製造工程を示す断面図である。まず、埋め込み絶縁膜に凸凹を有するＳＯＩ基板の製造方法について、図１４に従って説明する。
（Ａ）単結晶シリコンの活性基板１１００の主面に、酸化膜１１０１を、熱酸化の手法により成膜する。
（Ｂ）上記構造体の主面に多結晶シリコン膜１１０２を、ＬＰＣＶＤの手法により、例えば６２０℃にて厚さ２０００Å成膜する。１１０６は、多結晶シリコン膜１１０２の粒界である。
【００８７】
（Ｃ）上記構造体の、上記多結晶シリコン膜１１０２の粒界１１０６を、フッ酸および硝酸からなるエッチング液により、粒界エッチングを行い、上記多結晶シリコン膜１１０２にス（多数の細かい空所）を形成する。
（Ｄ）上記構造体の、スの入った上記多結晶シリコン膜１１０２を、熱酸化の手法により酸化し、表面に凸凹の形成された酸化膜１１０３を形成する。
（Ｅ）上記構造体の主面に、ＬＰ−ＣＶＤの手法により窒化硅素膜１１０４を成膜する。
（Ｆ）上記構造体の主面に、ＬＰ−ＣＶＤの手法により核形成層を成膜し、さらに常圧ＣＶＤの手法により多結晶シリコン膜１１０５を成膜する。
（Ｇ）上記構造体の多結晶シリコン膜１１０５を研磨の手法によりミラーポリッシュし、研磨面と支持基板１１０８の主面とを重ね合わせ、熱処理を行って張り合わせる。そして活性基板１１００を研削・研磨し、ＳＯＩ層１１０７を得る。なお、図１４（Ｇ）では図１４（Ｆ）の構造を上下反転して示している。
以上の（Ａ）〜（Ｇ）の工程により、埋め込み絶縁膜に凸凹を有するＳＯＩ基板が得られる。
【００８８】
上記のようにして形成した埋め込み絶縁膜に凸凹を有するＳＯＩ基板を用いて微小機械を製造する方法は、第７の実施の形態の図１２と同様である。また第８の実施の形態と同様に、可動部が対向する支持基板の表面と接触する際の接触面積を低減せしめる凸部の表面が、窒化硅素膜で覆われたものとなる。
【００８９】
（第１０の実施の形態）
図１５は、本発明の第１０の実施の形態における微小機械の製造工程を示す断面図である。まず、埋め込み絶縁膜に凸凹を有するＳＯＩ基板の製造方法について、図１５に従って説明する。
（Ａ）単結晶シリコンの活性基板１２００の主面に、酸化膜１２０１を、熱酸化の手法により成膜する。
（Ｂ）上記構造体の主面に多結晶シリコン膜１２０２を、ＬＰＣＶＤの手法により、例えば１２２０℃にて厚さ２０００Å成膜する。１２０６は多結晶シリコン膜１２０２の粒界である。
（Ｃ）上記構造体の主面の多結晶シリコン膜１２０２を熱酸化の手法により一部酸化する。粒界の酸化速度はグレインの酸化速度よりも速いために、粒界に対応する部位の酸化膜が厚く成膜される。その後、グレインに対応する部位の酸化膜厚さ程度だけ全面をエッチバックすると、粒界に対応する部位の酸化膜のみが部分的に残存する。１２０９が部分的に残存する酸化膜である。
【００９０】
（Ｄ）上記構造体の、上記多結晶シリコン膜１２０２のグレインを、上記部分的に残存する酸化膜１２０９をマスクにエッチングし、上記多結晶シリコン膜１２０２を凸凹にする。
（Ｅ）上記構造体の、上記多結晶シリコシ膜１２０２を、熱酸化の手法により酸化し、表面に凸凹の形成された酸化膜１２０３を形成する。
（Ｆ）上記構造体の主面に、ＬＰ−ＣＶＤの手法により窒化硅素膜１２０４を成膜する。
（Ｇ）上記構造体の主面に、ＬＰ−ＣＶＤの手法により核形成層を成膜し、さらに常圧ＣＶＤの手法により多結晶シリコン膜１２０５を成膜する。
（Ｈ）上記構造体の多結晶シリコン膜１２０５を研磨の手法によりミラーポリッシュし、研磨面と支持基板１２０８の主面とを重ね合わせ、熱処理を行って張り合わせる。そして活性基板１２００を研削・研磨し、ＳＯＩ層１２０７を得る。なお、図１５（Ｈ）では図１５（Ｇ）の構造を上下反転して示している。
以上の（Ａ）〜（Ｈ）の工程により、埋め込み絶縁膜に凸凹を有するＳＯＩ基板が得られる。
【００９１】
上記のようにして形成した埋め込み絶縁膜に凸凹を有するＳＯＩ基板を用いて微小機械を製造する方法は、第７の実施の形態の図１２と同様である。また第８および第９の実施の形態と同様に、可動部が対向する支持基板の表面と接触する際の接触面積を低減せしめる凸部の表面が、窒化硅素膜で覆われたものとなる。
【００９２】
（第１１の実施の形態）
図１６は、本発明の第１１の実施の形態における微小機械の製造工程を示す断面図である。まず、埋め込み絶縁膜に凸凹を有するＳＯＩ基板の製造方法について、図１６に従って説明する。
（Ａ）単結晶シリコンの活性基板１３００の主面に、酸化膜１３０１を、熱酸化の手法により成膜する。
（Ｂ）上記構造体の主面に多数のシリコン結晶子１３０２を形成する。シリコン結晶子の詳細については、例えば特願昭６３−７４７５５号に記載されているが、以下、簡単に説明する。酸化膜１３０１を形成した単結晶シリコンの活性基板１３００をＣＶＤ装置内で１０００℃に保持したまま、ＨｃｌガスとＳｉＨ4ガスをそれぞれガス分圧７.２×１０~3ｂａｒ、７.３×１０~4ｂａｒで１０秒間供給し、ＣＶＤ反応を行なわせる。このＣＶＤ反応により、酸化膜１３０１の表面上に、例えば約１０００〜数１０００Å径のシリコン結晶子１３０２が形成密度約１０4〜１０5個／ｃｍ2で微小島状に形成される。
（Ｃ）上記構造体の主面の多数のシリコン結晶子１３０２を熱酸化の手法により酸化し、表面に凸凹の形成された酸化膜１３０３を形成する。
【００９３】
（Ｄ）上記構造体の主面に、ＬＰ−ＣＶＤの手法により窒化硅素膜１３０４を成膜する。
（Ｅ）上記構造体の主面に、ＬＰ−ＣＶＤの手法により核形成層を成膜し、さらに常圧ＣＶＤの手法により多結晶シリコン膜１３０５を成膜する。
（Ｆ）上記構造体の多結晶シリコン膜１３０５を研磨の手法によりミラーポリッシュし、研磨面と支持基板１３０８の主面とを重ね合わせ、熱処理を行って張り合わせる。そして活性基板１３００を研削・研磨し、ＳＯＩ層１３０７を得る。なお、図１６（Ｆ）では図１６（Ｅ）の構造を上下反転して示している。
以上の（Ａ）〜（Ｆ）の工程により、埋め込み絶縁膜に凸凹を有するＳＯＩ基板が得られる。
【００９４】
上記のようにして形成した埋め込み絶縁膜に凸凹を有するＳＯＩ基板を用いて微小機械を製造する方法は、第７の実施の形態の図１２と同様である。また第８、第９および第１０の実施の形態と同様に、可動部が対向する支持基板の表面と接触する際の接触面積を低減せしめる凸部の表面が、窒化硅素膜で覆われたものとなる。
【００９５】
以上の第７〜第１１の実施の形態の説明において、具体的な例を用いて説明してきたが、これらの数値や文言、あるいは図に限定される訳ではない。以下、その例を説明する。
第７〜第１１の実施の形態において、多結晶シリコン膜と支持基板との直接接合を例に説明してきたが、多結晶シリコン膜と酸化膜の形成された支持基板とを接合しても良いし、他の接合層、例えばボロンガラスにて張り合わせても良い。
また、第８〜第１１の実施の形態の説明において、摩擦係数を低減する膜として窒化硅素膜を例に説明してきたが、他の部材でも良いし、場合によっては削除しても良い。
【００９６】
また、第８の実施の形態において、酸化膜の表面を凸凹にする工程として第７の実施の形態と同じ高温の常圧ＣＶＤを例に説明したが、高温の水素アニール処理を行ってもよい。
また、第７〜第１１の実施の形態において、張り合わせのための接合層である多結晶シリコン膜の成膜を、核形成層を成膜してから行う例を説明してきたが、モノシランを用いて１段で形成してもよい。場合によっては、張り合わせのための接合層である多結晶シリコン膜のうち、平坦化研磨される部位を、ＬＰ−ＣＶＤあるいは常圧ＣＶＤにて低温で成膜しても良い。この場合、結晶粒が小さくなるため、平坦化研磨を行いやすくなる。
【００９７】
また、第７〜第１１の実施の形態において、埋め込み絶縁膜が全面に形成されたＳＯＩ基板を例に説明してきたが、これに限られる訳ではなく、微小機械や微小構造体を形成する領域にのみに部分的に形成されていても良い。
また、第７〜第１１の実施の形態において、支持基板として単結晶シリコン基板を例に説明してきたが、これに限られる訳ではなく、他の部材、例えばガラス基板でも良い。場合によっては、接合用の多結晶シリコン膜を基板の厚さ程度まで厚く成膜し、支持基板として用いてもよい。
また、また、第７〜第１１の実施の形態において、微小機械の構造材として単結晶シリコンを例に説明してきたが、これに限られる訳ではなく、他の単結晶部材、例えばガリウムヒ素、水晶あるいは単結晶金属に本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるＳＯＩ基板形成までを説明する断面図。
【図２】本発明の第１の実施の形態におけるＳＯＩ基板形成後、微小機械形成までを説明する図であり、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）および（Ｅ）は断面図、（Ｄ）は平面図。
【図３】本発明の第２の実施の形態におけるＳＯＩ基板形成までを説明する断面図。
【図４】本発明の第２の実施の形態におけるＳＯＩ基板形成後、微小機械形成までを説明する断面図。
【図５】本発明の第３の実施の形態におけるＳＯＩ基板形成までを説明する断面図。
【図６】本発明の第３の実施の形態におけるＳＯＩ基板形成後、微小機械形成までを説明する断面図。
【図７】本発明の第４の実施の形態におけるＳＯＩ基板形成までを説明する断面図。
【図８】本発明の第４の実施の形態におけるＳＯＩ基板形成後、微小機械形成までを説明する断面図。
【図９】本発明の第５の実施の形態におけるＳＯＩ基板形成から微小機械形成までを説明する断面図。
【図１０】本発明の第６の実施の形態におけるＳＯＩ基板形成から微小機械形成までを説明する断面図。
【図１１】本発明の第７の実施の形態におけるＳＯＩ基板形成までを説明する断面図。
【図１２】本発明の第７の実施の形態におけるＳＯＩ基板形成後、微小機械形成までを説明する断面図。
【図１３】本発明の第８の実施の形態におけるＳＯＩ基板形成までを説明する断面図。
【図１４】本発明の第９の実施の形態におけるＳＯＩ基板形成までを説明する断面図。
【図１５】本発明の第１０の実施の形態におけるＳＯＩ基板形成までを説明する断面図。
【図１６】本発明の第１１の実施の形態におけるＳＯＩ基板形成までを説明する断面図。
【図１７】従来の微小機械の構造およびその製造方法を示す断面図。
【図１８】従来の微小機械の問題点を示す断面図。
【符号の説明】
１００…シリコン基板 １０１…酸化膜
１０２…シリコン窒化膜 １０３…ＬＴＯ膜
１０４…ディンプル １０５…開口
１０６…ポリシリコン膜 １０７…微小構造体
１０８…可動部 １０９…アンカー部
１１０…バンプ １１１…ディンプル
２００…バンプ１１０の根元 ２０１…ディンプル１１１の底
３００…シリコン基板 ３０１…凹部
３０２…酸化膜 ３０３…シリコン窒化膜
３０４…酸化膜 ３０５…単結晶シリコン層
３０６…ＳＯＩ基板 ３０７…凸部
３０８…凹部 ３０９、３１０…界面
３１１…可動部 ３１２…アンカー部
３１３…大パターン部 ３１４…ライン・パターン部
３１５…虫食いパターン部 ３１６…開口部
３１７…単結晶シリコン層 ３１８…多数の穴
３１９…ライン・パターン部 ３４０…微小構造体
４００…単結晶シリコン基板 ４０１…凹部
４０２…多結晶シリコン膜 ４０３…シリコン窒化膜
４０４…酸化膜 ４０５…単結晶シリコン層
４０６…ＳＯＩ基板 ４０７…凸部
４０９、４１０…界面 ４１１…可動部
４１２…アンカー部 ４１６…開口部
４２０…単結晶シリコン基板 ４２１…酸化膜
４４０…微小構造体
５００…単結晶シリコン基板 ５０１…酸化膜
５０２…多結晶シリコン膜 ５０３…シリコン窒化膜
５０４…酸化膜 ５０５…単結晶シリコン層
５０６…ＳＯＩ基板 ５０７…凸部
５０９、５１０…界面 ５１１…可動部
５１２…アンカー部 ５１６…開口部
５２０…単結晶シリコン基板 ５３０…酸化膜
５４０…微小構造体
６００…単結晶シリコン基板 ６０１…凹部
６０２…酸化膜 ６０３…シリコン窒化膜
６０４…酸化膜 ６０５…単結晶シリコン層
６０６…ＳＯＩ基板 ６０７…凸部
６０９、６１０…界面 ６１１…可動部
６１２…アンカー部 ６１６…開口部
６３０、６３１…開口部 ６４０…微小構造体
７００…単結晶シリコン基板 ７０５…単結晶シリコン層
７０７…凸部 ７０８…凹部
７１１…可動部 ７１２…アンカー部
７１６…開口部 ７３０…凹部
７３１…凸部 ７３２…ガラス基板
７３３…キャビティ ７４０…微小構造体
８００…シリコン基板 ８０４…埋込酸化膜
８０５…単結晶シリコン層 ８１１…可動部
８１２…アンカー部 ８１６…開口部
８３０…ポーラス・シリコン層 ８３１…めっき層
８４０…微小構造体
９００…活性基板 ９０１…酸化膜
９０２…多結晶シリコン膜 ９０３…多結晶シリコン膜
９０４…支持基板 ９０５…ＳＯＩ層
９０６…粒界 ９１１…アンカー部
９１２…可動部 ９１１’…大パターン部
９２２…凸部 ９１３、９１５…ライン・パターン部
９１４…虫食いパターン部 ９２１…微小構造体
１０００…活性基板 １００１…酸化膜
１００２…多結晶シリコン膜 １００３…多結晶シリコン膜
１００４…窒化硅素膜 １００５…多結晶シリコン膜
１００６…多結晶シリコン膜１００２の粒界
１００７…ＳＯＩ層 １００８…支持基板
１１００…活性基板 １１０１…酸化膜
１１０２…多結晶シリコン膜 １１０３…酸化膜
１１０４…窒化硅素膜 １１０５…多結晶シリコン膜
１１０６…多結晶シリコン膜１１０２の粒界
１１０７…ＳＯＩ層 １１０８…支持基板
１２００…活性基板 １２０１…酸化膜
１２０２…多結晶シリコン膜 １２０３…酸化膜
１２０４…窒化硅素膜 １２０５…多結晶シリコン膜
１２０６…粒界 １２０７…ＳＯＩ層
１２０８…支持基板 １２０９…部分的に残存する酸化膜
１３００…活性基板 １３０１…酸化膜
１３０２…シリコン結晶子 １３０３…酸化膜
１３０４…窒化硅素膜 １３０５…多結晶シリコン膜
１３０８…支持基板 １３０７…ＳＯＩ層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a micromachine having a micro structure (micro apparatus, micro structure, etc.) and a method for manufacturing the same, and more particularly, even if a movable micro structure comes in contact with an opposing member, The present invention relates to a micromachine that hardly occurs and its manufacturing technology.
[0002]
[Prior art]
A conventional example of a micromachine using polysilicon as a structural material and a manufacturing method thereof will be briefly described with reference to FIG. Details are described, for example, in the literature (Theresa A. Core, W. K. Tsang, Steven J. Sherman “Fabrication Technology for an Integrated Surface—Micromachined Sensor”, Solid State Technology, October 1993, pp 39-47). Here, the description of the document is simplified, and only the part according to the present invention is described.
[0003]
As shown in FIG. 17A, a conventional micromachine and its manufacturing method are as follows. First, an oxide film 101 is formed on a main surface of a silicon substrate 100 by thermal oxidation, and silicon is formed by LP-CVD (low pressure-chemical vapor deposition). A nitride film 102 and an LTO (low temperature oxide) film 103 are sequentially formed in layers by CVD.
Thereafter, as shown in FIG. 17B, etching is performed so as not to penetrate the LTO film 103 to form the dimple 104, and etching that penetrates the LTO film 103, the silicon nitride film 102, and the oxide film 101 is performed. An opening 105 corresponding to the portion 109 is formed.
Next, as shown in FIG. 17C, a polysilicon film 106 is formed by LP-CVD and patterned by photolithography and etching.
[0004]
Then, as shown in FIG. 17D, the LTO film 103 is sacrifice-etched with hydrofluoric acid or the like to obtain a self-supporting microstructure 107.
[0005]
The microstructure 107 includes a movable portion 108 and an anchor portion 109 that fixes the movable portion 108 to the silicon substrate 100 that is a support base. In addition, bumps (convex portions) 110 are formed on the bottom surface of the movable portion 108 and dimples (recess portions) 111 are formed on the surface of the movable portion 108 corresponding to the positions of the dimples 104 of the LTO film 103. The bump 110 has an effect of reducing the contact area when the bottom surface of the movable portion 108 comes into contact with the surface of the silicon substrate 100, thereby reducing the possibility of adhesion. The silicon nitride film 102 acts as an etching stopper when the LTO film 103 is sacrificed, but reduces the frictional force when the bottom surface of the movable portion 108 rubs against the surface of the silicon substrate 100, thereby reducing wear. The action and the action of reducing the possibility that the bottom surface of the movable portion 108 contacts and adheres to the surface of the silicon substrate 100 are combined.
[0006]
Now, the case where various external forces such as vibration and drop impact act on the micromachine obtained in this way will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 18A, when an acceleration motion is performed in the downward direction in the figure, the movable portion 108 receives a downward convex bending.
As shown in FIG. 18B, in the case of dropping or colliding in the downward direction in the figure, the movable portion 108 is hit against the surface of the silicon substrate 100, and the movable portion 108 receives a downward convex bending.
As shown in FIG. 18C, when an acceleration motion is performed in the upward direction in the figure, the movable portion 108 receives an upward convex bending.
As shown in FIG. 18D, in the case of falling or colliding in the upward direction in the figure, the movable portion 108 is hit against the back surface of the cover 202, and the movable portion 108 receives a convex bending.
[0007]
As shown in FIGS. 18 (A) and 18 (B), when the movable portion 108 is bent downward, tensile stress is concentrated on the root 200 of the bump 110 indicated by a circle in FIG. However, it is not desirable because it tends to be destroyed from here. 18C and 18D, when the movable part 108 receives an upward convex bending, the tensile stress is concentrated on the bottom 201 of the dimple 111 indicated by a circle in FIG. However, it is not desirable because it tends to be destroyed from here.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional example as described above, when the bottom surface of the movable portion 108 comes into contact with the surface of the silicon substrate 100, the bump 110 that acts to reduce the contact area and thus reduce the possibility of adhesion is provided. Since the structure is provided in the portion 108 and the manufacturing method thereof, there is a problem in that a structure for concentrating stress on the movable portion 108 that receives bending due to an external force (the points 200 and 201 described above) is simultaneously formed.
[0009]
In this conventional example, the structure constituting the movable part is formed of polysilicon, and external force is also applied to the molecular structure such as a large number of grain boundaries and dislocations inherent in the material called polycrystalline. In this structure, stress is concentrated, and there is a tendency to brittle fracture from here. Furthermore, the grain boundaries also have unique phenomena such as intergranular corrosion or intergranular cracking, which increases the tendency for brittle fracture.
Furthermore, polysilicon has a strong compressive stress, and it is difficult to control the stress. For this reason, the deposition rate is slow and it is difficult to obtain a thick structure.
[0010]
In addition, it is difficult to stably form, for example, a piezoresistor, which is an element for detecting stress, using polysilicon, and therefore, the displacement amount of the movable part of the micromachine has to rely on a low-sensitive electrostatic type. In addition, semiconductor elements made of polysilicon have significantly poorer performance than semiconductor elements made of single crystal silicon, such as large variations in characteristics, low breakdown voltage, and large reverse saturation current. Therefore, it has been necessary to form a single crystal silicon substrate which is a support substrate in an external region of the micromachine.
The present invention has been made in view of such conventional problems, and in a micromachine having a movable part and a fixed part facing the movable part, the tendency of the movable part to adhere to the fixed part is reduced. In addition, the micro machine can reduce the tendency of the movable part to be destroyed when it undergoes bending, and further avoids phenomena such as intergranular corrosion and intergranular cracking when the movable part is treated with chemicals and gases. And an object of the present invention is to provide a manufacturing method thereof.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, the present invention is configured as described in the claims. That is, according to claim 1, in a micromachine having a movable part and a fixed part facing the movable part, the movable part is single crystal silicon, and the contact when the movable part contacts the fixed part. A method of manufacturing a micromachine in which a convex portion that reduces an area is provided in the fixed portion,
  (1) A so-called SOI substrate composed of a support substrate, a buried insulating film, and a single crystal silicon layer, wherein the interface between the single crystal silicon layer to be the SOI layer and the buried insulating film is flat, And forming an SOI substrate having a convex portion at the interface between the buried insulating film and the support substrate.
  (2) A step of etching through the SOI layer of the SOI substrate to form an opening reaching the buried insulating film.
  (3) A step of obtaining a self-supporting structure made of the single crystal silicon layer by etching the buried insulating film using the opening as an etching hole.
  Including, and
  (1) The step of forming the SOI substrate having a flat interface between the SOI layer and the buried insulating film and having a convex portion at the interface between the buried insulating film and the support substrate includes the following steps: It is characterized by containing.
  (4) A step of forming an oxide film on the main surface of the active substrate of single crystal silicon.
  (5) A step of forming irregularities on the main surface of the oxide film.
  (6) The aboveUnevennessForming a bonding layer for bonding on the main surface of the oxide film formed with
  (7) A step of bonding the main surface of the bonding layer and the support substrate together.
[0018]
  as mentioned aboveClaim1IsMicromechanicalProcess for forming an SOI substrate having a convex portion in a manufacturing methodPrescribeAn oxide film is formed on the active substrate, irregularities are formed on the main surface of the structure, a bonding layer for bonding is formed on the main surface of the structure, and the main surface of the structure is The SOI substrate is formed by pasting together the support substrates. This corresponds to, for example, the embodiment shown in FIG.
[0019]
  Claims2~ Claim6Claims1The contents of the step of forming irregularities on the main surface of the structure are defined, which correspond to the embodiments shown in FIGS. 11, 13, 14, 15, and 16, respectively.
[0020]
  Further, according to a seventh aspect of the present invention, in the method for manufacturing a micromachine according to the first aspect, the main surface of the oxide film formed with irregularities on the main surface,Reduce the coefficient of friction between the support substrate and the single crystal silicon that becomes the movable partA step of forming a film is provided, and corresponds to, for example, a step of forming a silicon nitride film 1004 in FIG.
[0021]
【The invention's effect】
  Of the present inventionFormed by manufacturing methodIn a micromachine, the convex part provided in the fixed part has the effect of reducing the contact area when the bottom surface of the movable part comes into contact with the outermost surface of the support substrate (fixed part), and therefore tends to adhere. There is an effect of reducing. In addition, since the bottom surface and the top surface of the movable part are formed from a flat surface without irregularities, there is an effect of reducing the tendency of damage due to stress concentration when the movable part is subjected to bending. In addition, since the movable part has no grain boundaries and is made of single crystal silicon with few dislocations and defects, the effect of reducing the tendency of damage due to stress concentration when the movable part is bent by external force, and the movable part It has the effect of avoiding the phenomenon of intergranular corrosion and intergranular cracking when treated with chemicals and gases.
[0022]
In addition, since the micromachine is composed of a material having a stable physical property of single crystal silicon, for example, a piezoresistor that is an element for detecting stress can be stably formed in the micromachine, and therefore, the displacement of the movable part can be detected. It is possible to increase the sensitivity, and for example, increase the sensitivity of the mechanical quantity sensor unit. Furthermore, the semiconductor element can be built in, for example, an anchor portion inside the micromachine, and the sophistication (intelligent) and miniaturization of the micromachine are realized. Furthermore, an electronic element such as MOS or bipolar can be built in, for example, an anchor portion inside the micromachine, so that the micromachine is advanced and intelligent.
[0023]
Further, in the manufacturing method of the present invention, in a micromachine having a movable portion and a fixed portion facing the movable portion, the movable portion is single crystal silicon, and the contact area when the movable portion contacts the fixed portion is increased. An effect is obtained that it is possible to realize a micromachine in which convex portions to be reduced are provided in the fixed portion.
In addition, in the method of forming a micromachine after forming an SOI substrate in which the interface between the buried insulating film and the SOI layer is flat and the interface between the buried insulating film and the supporting substrate is uneven, high density is obtained by trench isolation. An integrated circuit and a micromachine can be formed integrally, and the sophistication, intelligentness, and miniaturization of the micromachine can be achieved.
[0024]
  Claims2~ Claim7As described in the above, the method of polishing the active substrate to obtain the SOI layer can realize a thick structure up to the thickness of the substrate. Therefore, the weight of the micromachine is increased, and the comb electrode is The capacity can be increased, and for example, the effect of increasing the sensitivity of the mechanical quantity sensor unit and increasing the power of the electrostatic actuator, for example, can be obtained.
  In addition, in the method of obtaining an SOI layer by bonding two silicon substrates, a low-stress structural material is obtained, and a stress control step is required as in the case where polycrystalline silicon is used as a structural material for a micromachine. The effect of not doing is obtained. Further, there is an effect that the stress value is small in the wafer, between the wafers, and between the lots, and the yield is high.
[0025]
In addition, a mask for making the interface between the buried insulating film and the support substrate uneven is not necessary, and the method of forming unevenness using crystal grains and crystallites is finer than standard photolithography techniques. The effect that the unevenness can be formed is obtained.
In addition, since the active substrate is processed instead of processing the support substrate, the support substrate with strict standards for flatness, parallelism, and warpage is not disturbed, and therefore the yield of the bonding process can be improved. The effect of is obtained.
[0026]
  Further, in the configuration of claim 2, the number of steps of forming the SOI substrate in which the interface between the buried insulating film and the SOI layer is flat and the interface between the buried insulating film and the supporting substrate is uneven can reduce the cost, and the cost can be reduced. The effect is obtained.
  According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the step of forming a film for reducing a friction coefficient between the supporting substrate and the single crystal silicon serving as the movable portion, on the main surface of the oxide film having a main surface with unevenness. In the provided structure, since the film (for example, silicon nitride film) reduces the friction coefficient when rubbing against the convex part that reduces the contact area when the movable part comes into contact with the opposite fixed part, the effect of reducing friction Is obtained.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a micromachine and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 and FIG. 2 are cross-sectional views showing the manufacturing process of the micromachine in the first embodiment of the present invention, and only FIG. 2D shows a plan view.
As shown in FIG. 1A, a recess 301 is formed in the main surface of the first silicon substrate 300 by a trench etching technique.
Thereafter, as shown in FIG. 1B, an oxide film 302 is formed on the structure by a thermal oxidation method, and a silicon nitride film 303 is formed by an LP-CVD (low pressure chemical vapor deposition) method. To do. This silicon nitride film is a film having a small coefficient of friction with silicon, and this can reduce friction when contacted.
Next, as shown in FIG. 1C, an oxide film 304 is formed on the main surface of the structure by a CVD (chemical vapor deposition) method, and the surface is planarized by a polishing method.
Then, as shown in FIG. 1D, a second silicon substrate is bonded to the main surface of the structure, and the second silicon substrate is thinned by a polishing technique, so that a single crystal silicon layer 305 is obtained.
[0028]
Through the above steps, the oxide film 304 is used as a buried oxide film, the first silicon substrate 300 is used as a support substrate, and the thinned single crystal silicon layer 305 is used as an SOI (silicon on insulator) layer. A substrate 306 is formed. An interface 309 between the oxide film 304 which is a buried oxide film and the single crystal silicon layer 305 which is an SOI layer is formed of a flat surface without unevenness, and the oxide film 304 which is a buried oxide film and the first silicon An interface 310 with the support substrate made of the substrate 300 has a convex portion 307 and a concave portion 308.
[0029]
FIG. 2A shows the structure of the main surface of the SOI substrate 306. When the structure is rewritten, 300 is a first silicon substrate, 302 is an oxide film, 303 is a silicon nitride film, 304 is a buried oxide film, 305 is a single crystal silicon layer, and 310 is an oxide film 304 which is a buried oxide film. And the first silicon substrate 300 which is the support substrate, 308 is a concave portion of the interface 310, and 307 is a convex portion of the interface 310.
As shown in FIG. 2B, etching through the single crystal silicon layer 305 is performed to form an opening 316 that reaches the oxide film 304.
As shown in FIG. 2C, the oxide film 304 is etched from the opening 316 with an etchant containing hydrofluoric acid to obtain a microstructure 340 made of self-supporting single crystal silicon. Reference numeral 311 denotes a movable portion, and reference numeral 312 denotes an anchor portion that fixes the movable portion 311 to the silicon substrate 300 that is a support base.
[0030]
Through the above steps, in the micromachine having the movable portion 311 and the fixed portion (silicon substrate 300) facing the movable portion, the movable portion is single crystal silicon, and the contact area when the movable portion contacts the fixed portion. Thus, a micromachine characterized in that a convex portion 307 that reduces the above is provided in the fixed portion can be obtained.
[0031]
Note that in the microstructure 340 made of single crystal silicon, whether to be a movable portion or an anchor portion depends on the pattern of the opening 316 in FIG. FIG. 2D shows a plan view of a pattern example. What is displayed is the patterned single crystal silicon layer 317 of FIG. 313 is a large pattern portion, for example, 200 μm square, 314, 319 are line pattern portions, for example, 10 μm width, 315 is a worm-eaten pattern portion, for example, 200 μm square, and a large number of 10 μm square holes 318 are opened at a pitch of 20 μm inside. It shall be. The thickness of the oxide film 304 is 1 μm.
[0032]
The structure is immersed in an etching solution containing hydrofluoric acid, and an etching process is performed for a time corresponding to etching the oxide film 304 by 10 μm. Then, using the patterned single crystal silicon layer 317 as a mask, the oxide film 304 is isotropically etched away, and the amount of under-etching proceeding under the single crystal silicon layer 317 is 10 μm. At this time, the oxide film directly under the large pattern portion 313 is under-etched by 10 μm in the front, rear, left, and right directions, and remains in a size of 180 μm square. Accordingly, the large pattern portion 313 becomes an anchor portion 312 connected to the support substrate by the remaining oxide film 304.
[0033]
The oxide film 304 immediately below the line pattern portions 314 and 319 is under-etched by 10 μm before and after, and this under-etching overlaps and no longer remains. The line pattern portions 314 and 319 are suspended in the air. float.
[0034]
In FIG. 2, the ends of the line pattern portions 314 and 319 are connected to the anchor portion 312, thereby forming a self-supporting structure. In this case, if there is no connection to the anchor portion, so-called lift-off is performed. In addition, the oxide film 304 directly under the worm-eaten pattern portion 315 is not only under-etched by 10 μm at the front, rear, left and right, but also isotropically under-etched from a large number of holes 318, so that the large number of under-etching is over -Wrapping no longer remains, and the worm-eaten pattern portion 315 floats in the air. In FIG. 2, it is connected to the anchor portion 312 via the line / pattern portion 314 to form a self-supporting structure. Therefore, the LL sectional view and the MM sectional view of FIG. 2D are FIG. 2C, and the NN sectional view of FIG. 2D is FIG. 2E.
[0035]
In the micromachine, for example, a thin portion such as the line pattern portion 314 is designed as a beam or a spring, and a large floating portion like the worm-eaten pattern portion 315 is designed as a weight.
[0036]
(Second Embodiment)
3 and 4 are cross-sectional views showing the manufacturing process of the micromachine in the second embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 3A, first, an oxide film 404 is formed on the main surface of the first single crystal silicon substrate 400 by a CVD method, and the oxide film 404 does not penetrate the main surface of the oxide film 404. The recess 401 is formed with an etching solution containing hydrofluoric acid.
[0037]
Next, in FIG. 3B, a silicon nitride film 403 is formed on the structure by the LP-CVD method, a polycrystalline silicon film 402 is formed by the CVD method, and the main surface of the polycrystalline silicon film 402 is formed. The surface is flattened by a polishing method.
[0038]
After that, in FIG. 3C, a second single crystal silicon substrate 420 is bonded to the main surface of the structure, and the single crystal silicon substrate 400 is thinned by a polishing method to obtain a single crystal silicon layer 405. Note that in FIG. 3C, the structure of FIG.
[0039]
Through the above steps, the oxide film 404 is a buried oxide film, the second single crystal silicon substrate 420 is a support substrate, and the single crystal silicon layer 405 obtained by thinning the first single crystal silicon substrate 400 is an SOI. A so-called SOI substrate 406 is formed as a layer.
An interface 409 between the oxide film 404 which is a buried oxide film and the single crystal silicon layer 405 which is an SOI layer is formed of a flat surface without unevenness, and the oxide film 304 which is a buried oxide film and the second single crystal silicon layer 405. The interface 410 with the support substrate made of the crystalline silicon substrate 420 has a convex portion 407 and a concave portion 408.
[0040]
FIG. 4A shows the structure of the main surface of the SOI substrate 406. When the structure is rewritten, 400 is a second single crystal silicon substrate which is a supporting substrate, 402 is a polycrystalline silicon film, 403 is a silicon nitride film, 404 is a buried oxide film, 405 is a single crystal silicon layer, and 410 is a buried silicon film. An interface between the oxide film 304 that is a buried oxide film and the second single crystal silicon substrate 420 that is a support substrate, 408 is a concave portion of the interface 410, and 407 is a convex portion of the interface 410.
In FIG. 4B, etching through the single crystal silicon layer 405 is performed, so that an opening 416 reaching the oxide film 404 is formed.
In FIG. 4C, the oxide film 404 is etched from the opening 416 with an etchant containing hydrofluoric acid to obtain a microstructure 440 made of self-supporting single crystal silicon. Reference numeral 411 denotes a movable portion, and reference numeral 412 denotes an anchor portion that fixes the movable portion 411 to the single crystal silicon substrate 420 that is a support base.
In the microstructure 440 made of single crystal silicon, whether it becomes a movable part or an anchor part depends on the pattern of the opening 416 in FIG. It is the same.
[0041]
By the manufacturing method including the above steps, as in the first embodiment, in the micromachine having the movable portion 411 and the fixed portions (402, 420) facing the movable portion, the movable portion is made of single crystal silicon. Thus, a micromachine is obtained in which a convex portion 407 that reduces a contact area when the movable portion contacts the fixed portion is provided on the fixed portion.
4D is obtained when the oxide film 421 is formed by the CVD method on the main surface of the polycrystalline silicon film 402 planarized in FIG. 3B, and the same process is performed thereafter. It is a structure.
[0042]
(Third embodiment)
FIG. 5 and FIG. 6 are cross-sectional views showing the manufacturing process of the micromachine in the third embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 5A, an oxide film 501 is formed on the main surface of the first single crystal silicon substrate 500 by a thermal oxidation method, and is patterned with an etchant containing hydrofluoric acid.
As shown in FIG. 5B, an oxide film 504 is formed on the structure by a CVD method, and a silicon nitride film 503 is formed by a CVD method.
As shown in FIG. 5C, a polycrystalline silicon film 502 is formed on the structure by a CVD method, and the main surface of the polycrystalline silicon film 502 is planarized by a polishing method.
As shown in FIG. 5D, a second single crystal silicon substrate 520 is bonded to the main surface of the structure, and the single crystal silicon substrate 500 is thinned by a polishing method to obtain a single crystal silicon layer 505. . Note that in FIG. 5D, the structure of FIG.
[0043]
Through the above steps, the oxide films 501 and 504 are used as buried oxide films, the second single crystal silicon substrate 520 is used as a support substrate, the first single crystal silicon substrate 500 is thinned, and the obtained single crystal silicon layer 505 is obtained. A so-called SOI substrate 506 is formed in which is used as an SOI layer. An interface 509 between the oxide films 501 and 504 which are buried oxide films and the single crystal silicon layer 505 which is an SOI layer is formed of a flat surface without unevenness, and the oxide films 501 and 504 which are buried oxide films An interface 510 between the second single crystal silicon substrate 520 and the supporting substrate has a convex portion 507 and a concave portion 508.
[0044]
FIG. 6A shows the structure of the main surface of the SOI substrate 506. When the structure is rewritten, 520 is a second single crystal silicon substrate which is a supporting substrate, 502 is a polycrystalline silicon film, 503 is a silicon nitride film, 501 and 504 are buried oxide films, 505 is a single crystal silicon layer, 510 Denotes an interface between the oxide film 504 which is a buried oxide film and the support substrate made of the second single crystal silicon substrate 520, 508 is a concave portion of the interface 510, and 507 is a convex portion of the interface 510.
In FIG. 6B, etching that penetrates the single crystal silicon layer 505 is performed to form an opening 516 that reaches the oxide films 501 and 504.
In FIG. 6C, the oxide film 504 is etched from the opening 516 with an etchant containing hydrofluoric acid to obtain a microstructure 540 made of self-supporting single crystal silicon. Reference numeral 511 denotes a movable portion, and reference numeral 512 denotes an anchor portion that fixes the movable portion 511 to a single crystal silicon substrate 520 that is a support base.
In the microstructure 540 made of single crystal silicon, whether it becomes a movable part or an anchor part depends on the pattern of the opening 516 in FIG. 6B in the above process, as in the first embodiment. It is the same.
[0045]
By the manufacturing method including the above steps, in the micromachine having the movable part 511 and the fixed parts (502, 520) facing the movable part, the movable part is made of single crystal silicon, as in the first embodiment. Thus, a micromachine characterized in that the fixed portion is provided with a convex portion 507 that reduces the contact area when the movable portion contacts the fixed portion.
6D is obtained when the oxide film 530 is formed by the CVD method on the main surface of the polycrystalline silicon film 502 planarized in FIG. 5C, and the same process is performed thereafter. It is a structure.
[0046]
(Fourth embodiment)
7 and 8 are cross-sectional views showing the steps of manufacturing the micromachine according to the fourth embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 7A, first, a recess 601 is patterned on the main surface of a single crystal silicon substrate 600, an oxide film 602 is formed by a thermal oxidation method, a silicon nitride film 603 is formed by an LP-CVD method, Films are sequentially formed.
Next, in FIG. 7B, an oxide film 604 is formed on the structure body by a CVD method, and a main surface of the oxide film 604 is planarized by a polishing method, and an opening 630 reaching the single crystal silicon substrate 600 is formed. An opening 631 reaching the silicon nitride film 603 is formed.
Thereafter, in FIG. 7C, a polycrystalline silicon film is formed on the main surface of the structure by a CVD method, and the single crystal silicon substrate 600 in the opening 630 is used as a seed, and laser scanning of the polycrystalline silicon film is performed. The single crystal silicon layer 605 is obtained by lateral crystal growth by the above.
[0047]
Through the above steps, the oxide film 604 is a buried oxide film, the single crystal silicon substrate 600 is a supporting substrate, and the single crystal silicon layer 605 obtained by lateral crystal growth of the polycrystalline silicon film is an SOI layer. An SOI substrate 606 is formed. An interface 609 between the oxide film 604 which is a buried oxide film and the single crystal silicon layer 605 which is an SOI layer is formed from a flat surface without unevenness, and the oxide film 604 which is a buried oxide film and a single crystal silicon substrate. An interface 610 with the support substrate 420 includes a convex portion 607 and a concave portion 608.
[0048]
FIG. 8A shows the structure of the main surface of the SOI substrate 606. When the structure is described again, 600 is a single crystal silicon substrate as a support substrate, 602 is an oxide film, 603 is a silicon nitride film, 604 is a buried oxide film, 605 is a single crystal silicon layer, and 610 is a buried oxide film. The interface between the oxide film 604 and the single crystal silicon substrate 600 is a support substrate, 608 is a recess of the interface 610, and 607 is a protrusion of the interface 610.
After that, in FIG. 8B, etching is performed so as to penetrate the single crystal silicon layer 605, so that an opening 616 reaching the oxide film 604 is formed.
Then, in FIG. 8C, the oxide film 604 is etched from the opening 616 with an etchant containing hydrofluoric acid, so that a microstructure 640 made of self-supporting single crystal silicon is obtained. Reference numeral 611 denotes a movable portion, and reference numeral 612 denotes an anchor portion that fixes the movable portion 611 to the single crystal silicon substrate 600 that is a support base.
In the microstructure 640 made of single crystal silicon, whether it becomes a movable part or an anchor part depends on the pattern of the opening 616 in FIG. 8B in the above process, as in the first embodiment. It is the same.
[0049]
By the manufacturing method including the above steps, as in the first embodiment, in the micromachine having the movable portion 611 and the fixed portion (600) facing the movable portion, the movable portion is single crystal silicon, A micromachine characterized in that a convex portion (607) that reduces the contact area when the movable portion contacts the fixed portion is provided on the fixed portion.
[0050]
(Fifth embodiment)
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the micromachine in the fifth embodiment of the invention.
As shown in FIG. 9A, first, a single crystal silicon layer 705 is formed by epitaxial growth on the main surface of a single crystal silicon substrate 700 having a high impurity concentration, and the single crystal silicon layer 705 is not penetrated. Etching is performed to form a recess 730. As a result, a region that is not etched protrudes relatively to become a convex portion 731.
Next, as shown in FIG. 9B, a recess 708 is formed in the main surface of the glass substrate 732 by etching. As a result, a region that is not etched protrudes relatively to become a convex portion 707.
Thereafter, as shown in FIG. 9C, the main surface of the structure of FIG. 9A and the structure of FIG. 9B are joined, and hydrofluoric acid: nitric acid: acetic acid = 1: 3: 8. Only the single crystal silicon substrate 700 with a high impurity concentration is etched using a selective etching solution that selectively dissolves only the silicon with a high impurity concentration having a composition. 9A and the main surface of the structure of FIG. 9B are joined via the convex portion 731, and thus a cavity 733 is formed.
Then, in FIG. 9D, by a dry etching method, an opening 716 that penetrates the single crystal silicon layer 705 of the above structure and reaches the cavity 733 is formed, and a microstructure including self-standing single crystal silicon is formed. Get 740. Reference numeral 711 denotes a movable portion, and reference numeral 712 denotes an anchor portion that fixes the movable portion 711 to a glass substrate 732 that is a support base.
[0051]
By the manufacturing method including the above steps, as in the first embodiment, in the micromachine having the movable portion 711 and the fixed portion (732) facing the movable portion, the movable portion is single crystal silicon, A micromachine characterized in that a convex part (707) that reduces the contact area when the movable part comes into contact with the fixed part is provided on the fixed part.
[0052]
(Sixth embodiment)
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the micromachine in the sixth embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 10A, the structure of the main surface of a standard SOI substrate is shown. The structure is explained. A single crystal silicon layer 805 is an SOI layer, a buried oxide film 804 is a buried insulating film, and a silicon substrate 800 is a support substrate.
In FIG. 10B, etching is performed through the single crystal silicon layer 805 to form an opening 816 that reaches the oxide film 804.
10C, the oxide film 804 is etched from the opening 816 with an etchant containing hydrofluoric acid, so that a microstructure 840 made of self-supporting single crystal silicon is obtained. Reference numeral 811 denotes a movable portion, and 812 denotes an anchor portion that fixes the movable portion 811 to the silicon substrate 800 that is a support base.
In FIG. 10D, the structure is immersed in an etching solution containing hydrofluoric acid, and is subjected to electrolytic etching while applying voltage to the silicon substrate 800 to form a porous silicon layer 830. The porous silicon layer 830 is formed by self-alignment only in the region where the buried oxide film 804 of the silicon substrate 800 is removed. The microstructure 840 is not electrically connected to the silicon substrate 800 and is not subjected to electrolytic etching, so that no porous silicon layer is formed.
[0053]
Through the above steps, in the micromachine having the movable portion 811 and the fixed portion (800) facing the movable portion, the movable portion is single crystal silicon, and the contact area when the movable portion contacts the fixed portion is reduced. A micromachine characterized by the fact that the convex portion (830) to be sunk is provided in the fixed portion is obtained. The porous silicon layer 830 has minute irregularities on the surface and acts as a convex part.
[0054]
Similarly, even if the structure shown in FIG. 10C is immersed in an electrolytic plating solution as shown in FIG. 10E and subjected to electrolytic plating while applying a voltage to the silicon substrate 800, the plating layer 831 is formed. Good. The plating layer 831 is formed by self-alignment only in the region where the buried oxide film 804 of the silicon substrate 800 is removed. The microstructure 840 is not electrically connected to the silicon substrate 800 and is not subjected to electrolytic plating, and thus a plating layer is not formed. Note that the plating layer 831 has minute unevenness on the surface and acts as a protrusion.
[0055]
In the above description of the first to sixth embodiments, specific examples have been described, but the present invention is not limited to these terms and drawings. Examples thereof will be described below.
[0056]
For example, in the first, second, third, and fourth embodiments, silicon nitride films 303, 403, 503, and 603 have been described as examples of films having a small friction coefficient with silicon. However, the present invention is not limited to this, and other members may be used. Further, although LP-CVD has been described as an example of a method for forming the silicon nitride films 303, 403, and 503, the present invention is not limited to this, and other methods such as plasma-CVD or direct silicon nitridation may be used. .
[0057]
In the first and fourth embodiments, the oxide films 302 and 602 are provided as stress buffer films of the silicon nitride films 303 and 603 formed by LP-CVD, respectively. Is not necessary.
In the first, second, third and fifth embodiments, the direct bonding of two substrates has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and eutectic alloy bonding is used. There may be other bonding methods such as anodic bonding.
[0058]
In the second and third embodiments, the polycrystalline silicon films 402 and 502 have been described as intermediate layers for bonding to the support substrate. However, the present invention is not limited to this. The silicon films 402 and 502 may be used as a lower electrode facing the movable part. At this time, as shown in FIGS. 4D and 6D, oxide films 421 and 530 are formed as insulating films between the polycrystalline silicon films 402 and 502 and the silicon substrates 420 and 520, respectively. Also good.
[0059]
Further, although the sixth embodiment has been described by taking electrolytic etching and electrolytic plating as examples, it is not limited to this, and self-alignment is performed only in the region where the buried oxide film 804 of the silicon substrate 800 is removed. As long as it is electrochemically provided with unevenness, for example, other members may be deposited by electrolytic polymerization.
In the first, second, third, and fourth embodiments, polishing has been described as an example in planarization of the oxide film 304, the polycrystalline silicon films 402 and 502, and the oxide film 604. However, the present invention is not limited to this, and other planarization methods such as etch back may be used.
[0060]
In the first, second, and third embodiments, the thinning of the silicon substrate when obtaining the single crystal silicon layers 305, 405, and 505 has been described as an example of polishing. However, the present invention is not limited to this. However, other thinning methods, such as selective etching as in the fifth embodiment, may be used, etching by time control, or electrochemical etching of only the n-type silicon layer is stopped. Also, so-called electro-chemical etching, in which only the p-type silicon substrate is etched, may be used. Of course, in the fifth embodiment as well, the thinning technique is not limited.
[0061]
In the first to third embodiments, the SOI substrate structure in which the oxide films 304, 404, and 504 are formed on the entire surface has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. Alternatively, a partial SOI substrate structure in which a buried insulating film is formed only in a region for forming the semiconductor layer may be used. The same applies to the oxide films 302, 402, and 502 and the silicon nitride films 303, 403, and 503.
In the fourth embodiment, an example in which the anchor portion 612 is provided in the opening 631 and the micromachine 640 is insulated from the silicon substrate 600 has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, an anchor portion may be provided in the opening 630 and directly connected to the silicon substrate.
In the fifth embodiment, the spacer for forming the cavity 733, that is, the convex portion 731 is provided in the single crystal silicon layer 705, but may be provided in the glass substrate 732. A spacer made of single crystal silicon may be provided by another member.
In the first to third embodiments, the convex portion at the interface between the buried insulating film and the support substrate is formed on the entire surface of the substrate, but it may be provided only on the portion facing the movable portion.
[0062]
In the first to sixth embodiments, the micromachines 340, 440, 540, 640, 740, and 840 have been described as examples. However, the present invention is not limited to this. For example, the micromachine is driven. A semiconductor element or a circuit may be formed. The region where the semiconductor element or the circuit is formed may be a region where no micromachine is formed, or may be an anchor portion of the region where the micromachine is formed. In addition, a region where a semiconductor element or a circuit is formed may be a region of an SOI structure portion or a region that is not an SOI structure portion.
[0063]
In the first to third and sixth embodiments, the silicon substrates 300, 420, 520, and 800 have been described as examples of the supporting substrate, but the present invention is not limited to this, and other substrates are used. For example, a glass substrate may be used. Of course, in the fifth embodiment, the support substrate is not limited. The support substrate in the fourth embodiment may be a substrate on which silicon can be epitaxially grown, for example, a sapphire substrate.
[0064]
In the first to fifth embodiments, the shape of the convex portions 307, 407, 507, 607, and 707 is not particularly mentioned, but the convex portions are formed using a technique such as taper etching or reflow. The corners may be rounded, trapezoidal or drop-shaped. In this case, it is possible to reduce the tendency of the convex portion or the movable portion to be damaged when the movable portion collides with the convex portion due to a strong external force.
[0065]
In the first to sixth embodiments, single crystal silicon has been described as an example of the structural material of the micromachine. However, the present invention is applied to other single crystal materials such as gallium arsenide, crystal, or single crystal metal. It is possible for the same person to do.
[0066]
According to the first to fourth embodiments described above, the interface between the buried oxide film and the SOI layer is formed of a flat surface without unevenness, and the interface between the buried oxide film and the support substrate is convex. The common feature is that the micromachine is formed after forming the SOI substrate characterized by having a portion, and therefore, the circuit and the micromachine integrated at a high density by trench isolation can be formed integrally. Machine sophistication (intelligent) and downsizing are realized.
[0067]
In addition, the silicon nitride films 303, 403, 503, and 603 reduce the frictional force when the bottom surfaces of the movable parts 311, 411, 511, and 611 rub against the outermost surface of the support substrate, and reduce the wear, It is possible to reduce the tendency that the bottom surface of the movable part contacts and adheres to the outermost surface of the support substrate.
[0068]
According to the first, second, third, fifth, and sixth embodiments, since the single crystal silicon layers 305, 405, 505, 705, and 805 are obtained by thinning the silicon substrate, a thick structure is obtained. Can be realized. Therefore, the mass of the weight portion of the micromachine can be increased and the capacitance of the comb electrode electrode can be increased, so that the sensitivity of the micromachine, for example, the mechanical quantity sensor unit, and the increase of the power of, for example, the electrostatic actuator can be realized.
[0069]
According to the first to fourth and sixth embodiments, since the single crystal silicon layers 305, 405, 505, 605 and 805 are obtained by joining two silicon substrates, a low stress structural material is obtained. In particular, a process for stress control is not required.
[0070]
According to the first embodiment, the interface between the buried oxide film and the SOI layer is constituted by a flat surface without irregularities, and has a convex part at the interface between the buried oxide film and the support substrate. In the first to fourth embodiments for forming the characteristic SOI substrate, the process for forming the SOI substrate is relatively short, and the process is particularly short when the silicon nitride film is formed by a direct nitridation technique.
[0071]
According to the second and third embodiments, the interface between the buried oxide film and the SOI layer is a flat surface without irregularities by bonding the polished polycrystalline silicon layer and the single crystal silicon layer. And the SOI substrate having a convex portion at the interface between the buried oxide film and the support substrate is formed. Therefore, the oxide film and the single crystal silicon layer of the first embodiment As a result, the bonding strength is higher than that of an SOI substrate formed by bonding. The upper and lower interfaces of the buried oxide film subjected to sacrificial etching are obtained by sequential film formation, and the effect that the abnormal etching rate increase phenomenon that occurs at the bonding interface between the oxide film and the single crystal silicon layer does not occur. Is obtained.
[0072]
In addition, since it is not necessary to perform patterning on the substrate that becomes the support substrate for bonding (the substrate that is not thinned by polishing), the substrate that becomes a support substrate with strict standards for flatness, parallelism, and warping is disturbed. Therefore, the yield of the joining process can be improved.
In addition, the polycrystalline silicon that becomes compressive stress is provided on the bonding surface side of the substrate to be thinned, and the bonding surface of the substrate has an action of being convex upward, so that the yield of the bonding process can be improved. .
Polycrystalline silicon layers 402 and 502 can be used as a lower electrode facing the movable portion.
[0073]
According to the sixth embodiment, a standard SOI substrate can be used as SIMOX or bonded SOI, and an electrochemical process performed by self-alignment is performed in one step without adding any mask. Since it only needs to be added, the increase in cost can be kept low. Further, when electrolytic plating is used, the plating layer can be used as a low resistance lower electrode facing the movable part.
[0074]
(Seventh embodiment)
11 and 12 are cross-sectional views showing the manufacturing process of the micromachine in the seventh embodiment of the present invention, and only FIG. 12D shows a plan view.
First, a method for manufacturing an SOI substrate having a buried insulating film with irregularities will be described with reference to FIG.
(A) An oxide film 901 is formed on the main surface of the single crystal silicon active substrate 900 by a thermal oxidation method. Note that the back surface of the active substrate is not shown in the drawing because it is finally ground and polished. Also, the wafer periphery is not described because it is not an essential part of the present embodiment.
(B) A polycrystalline silicon film 902 is formed on the main surface of the structure by a LPCVD technique, for example, at a thickness of 1000 mm at 620 ° C. Reference numeral 906 denotes a grain boundary of the polycrystalline silicon film 902.
[0075]
(C) On the main surface of the structure, the polycrystalline silicon film 902 is used as a nucleation layer, and the polycrystalline silicon film 903 is formed at 1160 ° C. with a thickness of 15 μm by using atmospheric pressure CVD, for example, at 1160 ° C. Film. In this step, the structure is exposed to a high-temperature hydrogen atmosphere, and the oxide film 902 is partly reduced to silicon by hydrogen diffused in the polycrystalline silicon film 902. Since the diffusion constants of hydrogen at the grain boundaries and grains of the polycrystalline silicon film 902 are different, irregularities are formed at the interface between the oxide film 902 and the polycrystalline silicon film 903. This unevenness becomes larger as the deposition temperature of atmospheric pressure CVD is higher.
When amorphous silicon is used as the nucleation layer, the surface transitions to polycrystalline silicon with dense microcrystalline grains while being ramped up by an atmospheric pressure CVD apparatus, so that the unevenness of the interface is dense and highly uniform. The uneven pitch and height difference of the interface are controlled by the grain size and thickness of the nucleation layer and the film formation conditions of the polycrystalline silicon film 903. The interface between the polycrystalline silicon film 902 and the polycrystalline silicon film 903 becomes unclear because the polycrystalline silicon film 903 grows on top of the crystalline silicon film 902 as a nucleation layer.
[0076]
(D) The polycrystalline silicon film 903 having the above structure is mirror-polished by a polishing technique, the polished surface and the main surface of the support substrate 904 that is a single crystal silicon substrate are overlapped, and heat treatment is performed at 1100 ° C. in an oxygen atmosphere. And stick together. The mirror-polished polycrystalline silicon film 903 is a bonding layer for bonding the active substrate 900 to the support substrate 904. Then, the active substrate 900 is ground and polished to obtain an SOI layer 905. Note that in FIG. 11D, the structure of FIG.
Through the steps (A) to (D), an SOI substrate having a buried insulating film with unevenness can be obtained.
[0077]
Next, a method for manufacturing a micromachine using an SOI substrate having unevenness in the buried insulating film will be described with reference to FIG.
FIG. 11A illustrates an SOI substrate having a buried insulating film with unevenness. The structure is described again. 905 is an SOI layer, 901 is an oxide film which is a buried insulating film having irregularities, 903 is a polycrystalline silicon film for bonding the active substrate 900 to the support substrate 904, and 904 is a support substrate.
(B) An opening 920 that penetrates the SOI layer 905 and reaches the oxide film 901 in the structure is formed by a trench etching technique.
[0078]
(C) The oxide film 901 is etched from the opening 920 of the structure with an etching solution containing hydrofluoric acid to obtain a microstructure 921 made of self-supporting single crystal silicon. Reference numeral 912 denotes a movable portion, and reference numeral 911 denotes an anchor portion that fixes the movable portion 912 to a silicon substrate 904 that is a support base. Reference numeral 922 denotes a portion of the unevenness at the interface between the oxide film 901 and the polycrystalline silicon film 903 that protrudes toward the oxide film, and reduces the contact area when the movable portion 912 contacts the surface of the opposing support substrate. It is a convex part.
[0079]
Note that in the microstructure 921 made of single crystal silicon, the movable portion or the anchor depends on the pattern of the opening 920 in the step (B) in FIG.
FIG. 12D shows a plan view of a pattern example. Shown is the patterned SOI layer 910 of FIG. 911 ′ is a large pattern portion, for example, 200 μm square, 913, 915 is a line pattern portion, for example, 10 μm wide, 914 is a worm-eaten pattern portion, 200 μm square, and a large number of 10 μm square holes 916 are opened at a pitch of 20 μm inside. Suppose that The maximum thickness of the oxide film 901 is 1 μm.
[0080]
The structure is immersed in an etching solution containing hydrofluoric acid, and an etching process is performed for a time corresponding to etching the oxide film 901 by 10 μm. Then, using the patterned SOI layer 910 as a mask, the oxide film 901 is isotropically etched away, and the amount of underetching that proceeds under the SOI layer 910 is 10 μm. At this time, the oxide film 901 immediately below the large pattern portion 911 'is under-etched by 10 μm in the front and rear, left and right directions, and remains in a size of 180 μm square. Therefore, the large pattern portion 911 ′ is connected to the support substrate by the remaining oxide film and becomes the anchor portion 911. On the other hand, the oxide film immediately below the line pattern portions 913 and 915 is under-etched by 10 μm from both sides, and the under-etching overlaps and therefore no longer remains. 915 is released and floats in the air.
[0081]
In FIG. 12, the ends of the line pattern portions 913 and 915 are connected to the anchor portion 911, so that a self-supporting structure is obtained. If there is no connection to the anchor, it is lifted off. The oxide film directly under the worm-eaten pattern portion 914 is not only under-etched by 10 μm from the front, rear, left and right, but isotropically under-etched from a large number of holes 916, and these numerous under-etches overlap. Therefore, it no longer remains and the worm-eaten pattern portion 914 floats in the air. In the figure, it is connected to the anchor portion 911 via the line / pattern portion 913, and becomes a self-supporting structure. The LL cross section of the figure (D) is the figure (C), and the MM cross section of the figure (D) is the figure (E).
[0082]
In the micromachine having the above-described structure, for example, a thin pattern such as the line pattern portion 913 is designed as a beam or a leaf spring, and a large pattern like the worm-eaten pattern portion 914 is designed as a weight.
[0083]
(Eighth embodiment)
FIG. 13 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the micromachine in the eighth embodiment of the present invention. First, a method for manufacturing an SOI substrate having a buried insulating film with irregularities will be described with reference to FIG.
(A) An oxide film 1001 is formed on the main surface of the single crystal silicon active substrate 1000 by a thermal oxidation method.
(B) A polycrystalline silicon film 1002 is formed on the main surface of the structure by a LPCVD method, for example, at a thickness of 1000 mm at 620 ° C. Reference numeral 1006 denotes a grain boundary of the polycrystalline silicon film 1002.
[0084]
(C) On the main surface of the structure, the polycrystalline silicon film 1002 is used as a nucleation layer, and the polycrystalline silicon film 1003 is formed at a thickness of 5 μm at 1160 ° C. using, for example, dichlorosilane by the atmospheric pressure CVD method. Film. By this step, unevenness is formed on the surface of the oxide film 1001 as in the first embodiment.
(D) The polycrystalline silicon film 1003 having the above structure is removed by a dry etching technique.
(E) A silicon nitride film 1004 is formed on the main surface of the structure by an LP-CVD method. This silicon nitride film is a film having a small friction coefficient with silicon.
(F) A nucleation layer is formed on the main surface of the structure by an LP-CVD method, and a polycrystalline silicon film 1005 is formed by an atmospheric pressure CVD method.
(G) The polycrystalline silicon film 1005 having the above structure is mirror-polished by a polishing method, the polished surface and the main surface of the support substrate 1008 are overlapped, and heat treatment is performed for bonding. Then, the active substrate 1000 is ground and polished to obtain an SOI layer 1007. Note that FIG. 13G illustrates the structure of FIG.
Through the steps (A) to (G), an SOI substrate having a buried insulating film with irregularities can be obtained.
[0085]
The method of manufacturing the micromachine using the SOI substrate having the unevenness in the buried insulating film formed as described above is the same as that in FIG. 12 of the seventh embodiment. However, in this embodiment mode, the hydrofluoric acid-resistant silicon nitride film 1004 is provided between the oxide film 1001 and the polycrystalline silicon film 1005, and thus protrudes to the oxide film side of the unevenness of the polycrystalline silicon film 1005. The surface of the convex part that reduces the contact area when the movable part comes into contact with the surface of the supporting substrate facing the movable part is covered with a silicon nitride film. This silicon nitride film has a function of reducing friction when the movable part and the convex part come into contact with each other.
[0086]
(Ninth embodiment)
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the micromachine in the ninth embodiment of the present invention. First, a method for manufacturing an SOI substrate having a buried insulating film with irregularities will be described with reference to FIG.
(A) An oxide film 1101 is formed on the main surface of the active substrate 1100 of single crystal silicon by a thermal oxidation method.
(B) A polycrystalline silicon film 1102 is formed on the main surface of the structure by a LPCVD method, for example, at 620 ° C. to a thickness of 2000 mm. Reference numeral 1106 denotes a grain boundary of the polycrystalline silicon film 1102.
[0087]
(C) Grain boundaries 1106 of the polycrystalline silicon film 1102 of the structure are subjected to grain boundary etching with an etching solution made of hydrofluoric acid and nitric acid, and the polycrystalline silicon film 1102 is exposed to a large number of fine voids. ).
(D) The polycrystalline silicon film 1102 containing the soot in the structure is oxidized by a thermal oxidation method to form an oxide film 1103 having irregularities on the surface.
(E) A silicon nitride film 1104 is formed on the main surface of the structure by an LP-CVD method.
(F) A nucleation layer is formed on the main surface of the structure by an LP-CVD technique, and a polycrystalline silicon film 1105 is formed by an atmospheric pressure CVD technique.
(G) The polycrystalline silicon film 1105 having the above structure is mirror-polished by a polishing technique, and the polished surface and the main surface of the support substrate 1108 are overlapped and bonded by heat treatment. Then, the active substrate 1100 is ground and polished to obtain an SOI layer 1107. Note that FIG. 14G illustrates the structure of FIG.
Through the steps (A) to (G), an SOI substrate having a buried insulating film with irregularities can be obtained.
[0088]
The method for manufacturing the micromachine using the SOI substrate having the irregularities in the buried insulating film formed as described above is the same as that in FIG. 12 of the seventh embodiment. Similarly to the eighth embodiment, the surface of the convex portion that reduces the contact area when the movable portion contacts the surface of the opposing support substrate is covered with a silicon nitride film.
[0089]
(Tenth embodiment)
FIG. 15 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the micromachine in the tenth embodiment of the invention. First, a method for manufacturing an SOI substrate having a buried insulating film with irregularities will be described with reference to FIG.
(A) An oxide film 1201 is formed on the main surface of the single crystal silicon active substrate 1200 by a thermal oxidation method.
(B) A polycrystalline silicon film 1202 is formed on the main surface of the structure by a LPCVD technique, for example, at 1220 ° C. to a thickness of 2000 mm. Reference numeral 1206 denotes a grain boundary of the polycrystalline silicon film 1202.
(C) The polycrystalline silicon film 1202 on the main surface of the structure is partially oxidized by a thermal oxidation method. Since the grain boundary oxidation rate is faster than the grain oxidation rate, a thick oxide film corresponding to the grain boundary is formed. Thereafter, when the entire surface is etched back to the extent corresponding to the oxide film thickness at the part corresponding to the grain, only the oxide film at the part corresponding to the grain boundary remains partially. Reference numeral 1209 denotes an oxide film partially remaining.
[0090]
(D) The grains of the polycrystalline silicon film 1202 of the structure are etched using the partially remaining oxide film 1209 as a mask to make the polycrystalline silicon film 1202 uneven.
(E) The polycrystalline silicon film 1202 of the structure is oxidized by a thermal oxidation method to form an oxide film 1203 having irregularities on the surface.
(F) A silicon nitride film 1204 is formed on the main surface of the structure by an LP-CVD method.
(G) A nucleation layer is formed on the main surface of the structure by an LP-CVD method, and a polycrystalline silicon film 1205 is formed by an atmospheric pressure CVD method.
(H) The polycrystalline silicon film 1205 having the above structure is mirror-polished by a polishing technique, and the polished surface and the main surface of the support substrate 1208 are overlapped and bonded by heat treatment. Then, the active substrate 1200 is ground and polished to obtain an SOI layer 1207. Note that in FIG. 15H, the structure of FIG.
Through the steps (A) to (H), an SOI substrate having a buried insulating film with unevenness can be obtained.
[0091]
The method for manufacturing the micromachine using the SOI substrate having the irregularities in the buried insulating film formed as described above is the same as that in FIG. 12 of the seventh embodiment. Further, as in the eighth and ninth embodiments, the surface of the convex portion that reduces the contact area when the movable portion comes into contact with the surface of the supporting substrate opposite to the movable portion is covered with a silicon nitride film.
[0092]
(Eleventh embodiment)
FIG. 16 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the micromachine in the eleventh embodiment of the present invention. First, a method for manufacturing an SOI substrate having a buried insulating film with irregularities will be described with reference to FIG.
(A) An oxide film 1301 is formed on the main surface of the single crystal silicon active substrate 1300 by a thermal oxidation method.
(B) A large number of silicon crystallites 1302 are formed on the main surface of the structure. Details of the silicon crystallite are described in, for example, Japanese Patent Application No. 63-74755, and will be briefly described below. The active substrate 1300 of single crystal silicon on which the oxide film 1301 is formed is kept at 1000 ° C. in a CVD apparatus, and Hcl gas and SiHFourEach gas has a gas partial pressure of 7.2 × 10 ~Threebar, 7.3 × 10 ~FourSupply for 10 seconds at bar to cause CVD reaction. By this CVD reaction, for example, a silicon crystallite 1302 having a diameter of about 1000 to several thousand diameters is formed on the surface of the oxide film 1301 at a density of about 10Four-10FivePiece / cm2It is formed in a micro island shape.
(C) A large number of silicon crystallites 1302 on the main surface of the structure are oxidized by a thermal oxidation method to form an oxide film 1303 having irregularities formed on the surface.
[0093]
(D) A silicon nitride film 1304 is formed on the main surface of the structure by an LP-CVD method.
(E) A nucleation layer is formed on the main surface of the structure by an LP-CVD method, and a polycrystalline silicon film 1305 is formed by an atmospheric pressure CVD method.
(F) The polycrystalline silicon film 1305 having the above structure is mirror-polished by a polishing technique, and the polished surface and the main surface of the support substrate 1308 are overlapped and bonded by heat treatment. Then, the active substrate 1300 is ground and polished to obtain an SOI layer 1307. Note that FIG. 16F illustrates the structure of FIG.
Through the steps (A) to (F), an SOI substrate having a buried insulating film with irregularities is obtained.
[0094]
The method for manufacturing the micromachine using the SOI substrate having the irregularities in the buried insulating film formed as described above is the same as that in FIG. 12 of the seventh embodiment. Similarly to the eighth, ninth, and tenth embodiments, the surface of the convex portion that reduces the contact area when the movable portion contacts the surface of the opposing support substrate is covered with a silicon nitride film. It becomes.
[0095]
In the above description of the seventh to eleventh embodiments, specific examples have been used for explanation, but the present invention is not limited to these numerical values, wordings, or drawings. Examples thereof will be described below.
In the seventh to eleventh embodiments, the direct bonding between the polycrystalline silicon film and the support substrate has been described as an example. However, the polycrystalline silicon film and the support substrate on which the oxide film is formed may be bonded. Then, other bonding layers, for example, boron glass may be bonded together.
In the description of the eighth to eleventh embodiments, the silicon nitride film has been described as an example of the film for reducing the friction coefficient. However, other members may be used or may be deleted depending on circumstances.
[0096]
In the eighth embodiment, the process of making the surface of the oxide film uneven is described by taking the same high-temperature atmospheric pressure CVD as in the seventh embodiment as an example. However, a high-temperature hydrogen annealing process may be performed. .
In the seventh to eleventh embodiments, the example in which the polycrystalline silicon film, which is a bonding layer for bonding, is formed after the nucleation layer is formed has been described. It may be formed in one step. In some cases, a portion of the polycrystalline silicon film that is a bonding layer for bonding may be formed at a low temperature by LP-CVD or atmospheric pressure CVD. In this case, since the crystal grains are small, it becomes easy to perform planarization polishing.
[0097]
In the seventh to eleventh embodiments, the SOI substrate having the buried insulating film formed on the entire surface has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and a region for forming a micromachine or a microstructure is used. It may be partially formed only on the surface.
In the seventh to eleventh embodiments, the single crystal silicon substrate has been described as an example of the support substrate. However, the present invention is not limited to this, and other members such as a glass substrate may be used. In some cases, a polycrystalline silicon film for bonding may be formed as thick as the thickness of the substrate and used as a support substrate.
In the seventh to eleventh embodiments, single crystal silicon has been described as an example of the structural material of the micromachine. However, the present invention is not limited to this, and other single crystal members such as gallium arsenide, The present invention can be applied to quartz or single crystal metal.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a process up to formation of an SOI substrate according to a first embodiment of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are diagrams for explaining a process from formation of an SOI substrate to formation of a micromachine in the first embodiment of the present invention, wherein FIGS. 2A, 2B, 2C, and 1E are cross-sectional views; D) is a plan view.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a process up to formation of an SOI substrate according to a second embodiment of the present invention.
FIGS. 4A and 4B are cross-sectional views illustrating a process from formation of an SOI substrate to formation of a micromachine in the second embodiment of the present invention. FIGS.
FIGS. 5A and 5B are cross-sectional views illustrating steps up to formation of an SOI substrate in a third embodiment of the present invention. FIGS.
FIGS. 6A and 6B are cross-sectional views illustrating a process up to formation of a micromachine after formation of an SOI substrate according to a third embodiment of the present invention. FIGS.
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating the steps up to formation of an SOI substrate according to a fourth embodiment of the present invention.
FIGS. 8A and 8B are cross-sectional views illustrating a process from formation of an SOI substrate to formation of a micromachine in the fourth embodiment of the present invention. FIGS.
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating from SOI substrate formation to micromachine formation according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating from SOI substrate formation to micromachine formation according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating the steps up to formation of an SOI substrate according to a seventh embodiment of the present invention.
FIGS. 12A and 12B are cross-sectional views illustrating a process up to formation of a micromachine after formation of an SOI substrate according to a seventh embodiment of the present invention. FIGS.
FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating the steps up to the formation of an SOI substrate according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating the formation of an SOI substrate according to the ninth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating the formation of an SOI substrate according to the tenth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a cross-sectional view illustrating the formation of an SOI substrate according to the eleventh embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a structure of a conventional micromachine and a manufacturing method thereof.
FIG. 18 is a cross-sectional view showing a problem of a conventional micromachine.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Silicon substrate 101 ... Oxide film
102 ... Silicon nitride film 103 ... LTO film
104 ... Dimple 105 ... Opening
106 ... polysilicon film 107 ... micro structure
108 ... Moving part 109 ... Anchor part
110 ... Bump 111 ... Dimple
200 ... base of bump 110 201 ... bottom of dimple 111
300 ... Silicon substrate 301 ... Recess
302 ... Oxide film 303 ... Silicon nitride film
304 ... oxide film 305 ... single crystal silicon layer
306 ... SOI substrate 307 ... Projection
308 ... concave portion 309, 310 ... interface
311 ... Movable part 312 ... Anchor part
313: Large pattern part 314: Line pattern part
315 ... worm-eaten pattern portion 316 ... opening
317 ... single crystal silicon layer 318 ... many holes
319: Line pattern part 340: Micro structure
400: Single crystal silicon substrate 401: Recess
402: polycrystalline silicon film 403: silicon nitride film
404 ... oxide film 405 ... single crystal silicon layer
406 ... SOI substrate 407 ... Projection
409, 410 ... interface 411 ... movable part
412 ... Anchor part 416 ... Opening part
420 ... single crystal silicon substrate 421 ... oxide film
440 ... Microstructure
500 ... single crystal silicon substrate 501 ... oxide film
502 ... polycrystalline silicon film 503 ... silicon nitride film
504 ... Oxide film 505 ... Single crystal silicon layer
506 ... SOI substrate 507 ... Projection
509, 510 ... Interface 511 ... Movable part
512: Anchor portion 516: Opening portion
520 ... Single crystal silicon substrate 530 ... Oxide film
540 ... Microstructure
600 ... single crystal silicon substrate 601 ... recess
602 ... Oxide film 603 ... Silicon nitride film
604 ... Oxide film 605 ... Single crystal silicon layer
606 ... SOI substrate 607 ... Projection
609, 610 ... interface 611 ... movable part
612 ... Anchor 616 ... Opening
630, 631 ... opening 640 ... microstructure
700 ... single crystal silicon substrate 705 ... single crystal silicon layer
707 ... Convex part 708 ... Concave part
711 ... Movable part 712 ... Anchor part
716 ... opening 730 ... recess
731 ... Projection 732 ... Glass substrate
733 ... cavity 740 ... microstructure
800 ... silicon substrate 804 ... buried oxide film
805 ... single crystal silicon layer 811 ... movable part
812 ... Anchor 816 ... Opening
830 ... Porous silicon layer 831 ... Plating layer
840 ... Microstructure
900 ... Active substrate 901 ... Oxide film
902 ... Polycrystalline silicon film 903 ... Polycrystalline silicon film
904 ... Supporting substrate 905 ... SOI layer
906 ... Grain boundary 911 ... Anchor part
912 ... movable part 911 '... large pattern part
922 ... convex part 913, 915 ... line pattern part
914 ... Insect-eating pattern part 921 ... Microstructure
1000 ... Active substrate 1001 ... Oxide film
1002 ... Polycrystalline silicon film 1003 ... Polycrystalline silicon film
1004 ... Silicon nitride film 1005 ... Polycrystalline silicon film
1006 ... Grain boundary of polycrystalline silicon film 1002
1007 ... SOI layer 1008 ... Support substrate
1100: Active substrate 1101 ... Oxide film
1102 ... Polycrystalline silicon film 1103 ... Oxide film
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1104 ... Silicon nitride film 1105 ... Polycrystalline silicon film
1106 ... Grain boundary of polycrystalline silicon film 1102
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1107 ... SOI layer 1108 ... Support substrate
1200 ... Active substrate 1201 ... Oxide film
1202 ... Polycrystalline silicon film 1203 ... Oxide film
1204: Silicon nitride film 1205: Polycrystalline silicon film
1206 ... Grain boundary 1207 ... SOI layer
1208 ... Supporting substrate 1209 ... Partially remaining oxide film
1300 ... Active substrate 1301 ... Oxide film
1302 ... Silicon crystallite 1303 ... Oxide film
1304: Silicon nitride film 1305 ... Polycrystalline silicon film
1308 ... Supporting substrate 1307 ... SOI layer

Claims (7)

可動部と、前記可動部に対向する固定部を有する微小機械であって、前記可動部が単結晶シリコンであり、前記可動部が前記固定部に接触する際の接触面積を低減せしめる凸部を前記固定部に設けている微小機械の製造方法であって、
（１）支持基板、埋込絶縁膜および単結晶シリコン層から構成される、いわゆるＳＯＩ基板であって、ＳＯＩ層となる前記単結晶シリコン層と前記埋込絶縁膜との界面が平坦であり、かつ、前記埋込絶縁膜と前記支持基板との界面に凸部を有するＳＯＩ基板を形成する工程。
（２）前記ＳＯＩ基板の前記ＳＯＩ層を貫通するエッチングを行ない、前記埋込絶縁膜に達する開口部を形成する工程。
（３）前記開口部をエッチング・ホールとして、前記埋込絶縁膜をエッチングすることにより、前記単結晶シリコン層からなる自立した構造体を得る工程。
を含み、かつ、
前記（１）のＳＯＩ層と前記埋込絶縁膜との界面が平坦であり、かつ、前記埋込絶縁膜と前記支持基板との界面に凸部を有する前記ＳＯＩ基板を形成する工程が、下記の工程を含んでいることを特徴とする微小機械の製造方法。
（４）単結晶シリコンの活性基板の主面に酸化膜を形成する工程。
（５）前記酸化膜の主面に凸凹を形成する工程。
（６）前記凸凹を形成した酸化膜の主面に、張り合わせのための接合層を形成する工程。
（７）前記接合層の主面と前記支持基板を張り合わせる工程。A micromachine having a movable portion and a fixed portion facing the movable portion, wherein the movable portion is single crystal silicon, and a convex portion that reduces a contact area when the movable portion contacts the fixed portion. A manufacturing method of a micromachine provided in the fixing part,
(1) A so-called SOI substrate composed of a support substrate, a buried insulating film, and a single crystal silicon layer, wherein the interface between the single crystal silicon layer to be the SOI layer and the buried insulating film is flat, And forming an SOI substrate having a convex portion at the interface between the buried insulating film and the support substrate.
(2) performing etching through the SOI layer of the SOI substrate to form an opening reaching the buried insulating film.
(3) A step of obtaining a self-supporting structure made of the single crystal silicon layer by etching the buried insulating film using the opening as an etching hole.
Including, and
The step (1) of forming the SOI substrate having a flat interface between the SOI layer and the buried insulating film and having a convex portion at the interface between the buried insulating film and the support substrate is as follows. The manufacturing method of the micromachine characterized by including these processes.
(4) A step of forming an oxide film on the main surface of the active substrate of single crystal silicon.
(5) A step of forming irregularities on the main surface of the oxide film.
(6) A step of forming a bonding layer for bonding on the main surface of the oxide film on which the unevenness is formed.
(7) A step of bonding the main surface of the bonding layer and the support substrate together. 前記工程（５）の、前記酸化膜の主面に凸凹を形成する工程が、下記の工程を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の微小機械の製造方法。
（８）前記酸化膜の主面に多結晶シリコン膜を成膜したのち、水素雰囲気中にて、前記酸化膜を一部還元する工程。The step of (5), forming unevenness on the principal surface of the oxide film, micromechanical method as claimed in claim 1, characterized in that it includes the following steps.
(8) the after forming a polycrystalline silicon film on the main surface of the oxide film at a hydrogen atmosphere, a step of reducing part of the oxide film. 前記工程（５）の、前記酸化膜の主面に凸凹を形成する工程が、下記の工程を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の微小機械の製造方法。
（９）前記酸化膜の主面に多結晶シリコンを成膜する工程。
（１０）前記多結晶シリコンを凸凹にする工程。
（１１）前記凸凹の多結晶シリコンを酸化する工程。The step of (5), forming unevenness on the principal surface of the oxide film, micromechanical method as claimed in claim 1, characterized in that it includes the following steps.
(9) A step of forming polycrystalline silicon on the main surface of the oxide film .
(10) A step of making the polycrystalline silicon uneven.
(11) A step of oxidizing the uneven polycrystalline silicon. 前記工程（１０）の、前記多結晶シリコンを凸凹にする工程が、前記多結晶シリコン膜の粒界をエッチング液でエッチングすることにより多数の細かい空所を形成する、粒界エッチングの工程を含むことを特徴とする請求項３に記載の微小機械の製造方法。The step of (10), a step of the unevenness of the polycrystalline silicon, to form a large number of fine voids by etching the grain boundaries of the polycrystalline silicon film with an etching solution, comprising the steps of intergranular etching The method of manufacturing a micromachine according to claim 3 . 前記工程（１０）の、前記多結晶シリコンを凸凹にする工程が、前記多結晶シリコン膜表面を熱酸化したのち、グレインに対応する部位の酸化膜厚さだけ全面をエッチバックすることによって粒界に対応する部位の酸化膜のみを残存させ、その残存した酸化膜をマスクとしてエッチングすることにより前記多結晶シリコン膜を凸凹にする、グレインエッチングの工程であることを特徴とする請求項３に記載の微小機械の製造方法。In the step ( 10 ), the step of making the polycrystalline silicon uneven is performed by thermally oxidizing the surface of the polycrystalline silicon film and then etching back the entire surface by the oxide film thickness corresponding to the grain. 4. The grain etching process according to claim 3 , wherein only a portion of the oxide film corresponding to is left, and the polycrystalline silicon film is made uneven by etching using the remaining oxide film as a mask. Method of manufacturing a micromachine. 前記工程（５）の、前記酸化膜の主面に凸凹を形成する工程が、下記の工程を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の微小機械の製造方法。
（１２）前記酸化膜上に、島状にシリコン結晶子を析出させる工程。
（１３）前記島状に析出されたシリコン結晶子を酸化する工程。The step of (5), forming unevenness on the principal surface of the oxide film, micromechanical method as claimed in claim 1, characterized in that it includes the following steps.
( 12 ) A step of depositing silicon crystallites in an island shape on the oxide film.
( 13 ) A step of oxidizing the silicon crystallites deposited in the island shape. 前記主面に凸凹を形成された酸化膜の主面に、前記支持基板と前記可動部となる単結晶シリコンとの摩擦係数を低減する膜を成膜する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の微小機械の製造方法。The method includes forming a film for reducing a friction coefficient between the supporting substrate and the single crystal silicon serving as the movable portion on the main surface of the oxide film having irregularities formed on the main surface. 2. A method for producing a micromachine according to 1.
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