JPH07263291A - 薄膜で構成された集積部品のための基板とその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 集積部品の作成のために十分に堅牢である薄
膜基板と、集積部品に損傷を与えることなくそれを製造
する方法とを提供する。 【構成】 支持構造体と、この支持構造体の上に配置さ
れた集積部品を作成するための非導電体の薄膜とを有す
る。支持構造体と薄膜との間に、化学的にエッチング可
能な中間膜をさらに有する。少なくとも１つの化学的エ
ッチング・チヤンネルが中間膜を横断している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薄膜で構成される集積
部品のための基板と、前記基板を作成する方法とに関す
る。

【０００２】これらの集積部品は、（トランジスタ、メ
モリ、マイクロプロセッサのような）電子回路、または
（ミラー、電子発光ダイオード、電気・光学変調器、電
気・音響変調器のような）光学部品またはオプトエレク
トロニクス部品、または（圧力センサ、温度センサのよ
うな）センサであることができる。

【０００３】これらの集積部品は、さらに全体的にいえ
ば、薄膜の上に作成することができるすべての素子であ
ることができる。

【０００４】本発明は、マイクロエレクトロニクスの分
野に、および薄膜の上に集積回路を作成する分野に、特
に応用することができる。

【０００５】

【従来の技術およびその問題点】マイクロエレクトロニ
クスにおける基板の１つの役割は、それらの表面の上に
作成される部品を機械的に支持することである。部品を
実際に作成する時、この支持の役割は特に重要である。
けれども、これらの部品が作成されてしまうと、場合に
よっては、基板は大きな空間を占めることがある。

【０００６】また、一定の応用では、薄膜基板の上に部
品を作成することが行われる。これらの薄膜基板の厚さ
は、部品が作成される時の機械的処理および機械的応力
に耐えるのに十分な堅牢性を備えるには通常は不十分で
あるので、基板をさらに厚くすることが製造時に本質的
に重要である。

【０００７】薄膜の上に基板を最終的に得るために、後
で、基板を研磨して処理することも可能である。また別
の解決法は、部品を備えた薄い表面膜をそれから引き離
すために、基板を分離することである。

【０００８】この分離は、好ましくは１つの平面に沿っ
て、基板を２つの部分に分離することである。

【０００９】けれども、これらの分離操作または研磨操
作は、部品に修復不可能な損傷を与える機械的応力およ
び／または熱的応力を、多分、部品に加えるであろう。

【００１０】

【問題点を解決するための手段】本発明の１つの目的
は、部品の製造のために十分に堅牢でかつ耐性を有する
という必要性と、薄膜基板を得るという要請とを満た
し、特にさらに複雑な構造体の中にそれらを集積するこ
とができる、薄膜構造体を得ることである。

【００１１】このことを実施するためにさらに詳細にい
えば、、本発明は、支持構造体と、種々の部品が作成さ
れる非導電体の薄膜とを備えた、集積部品のための基板
に関する。この基板は、化学的にエッチング可能な材料
で作成された中間膜をさらに有する。この中間膜は、支
持構造体を薄膜に連結する。この中間膜を、少なくとも
１個の化学的エッチング・チヤンネルが横断している。

【００１２】非導電体の薄膜は、半導体材料または非導
電体材料で作成された１個の膜であることができる、ま
たは部分膜の集合体であることができる。部分膜の集合
体である場合、部分膜の少なくとも１つは、半導体材料
または非導電体材料で作成される。

【００１３】支持構造体は、薄膜よりも十分に大きな厚
さを有することが好ましい。

【００１４】この構造体により、処理工程に対し機械的
に耐える基板が得られ、およびその中またはその上に部
品が作成される表層の薄膜が、湾曲するまたは分裂する
ことのない基板が得られる。

【００１５】中間膜の１つの役割は、集積部品の作成の
期間中、薄膜を基板の上にしっかりと保持することであ
り、それにより薄膜にひび割れが起こることが防止され
る。

【００１６】けれども、中間膜の主要な役割は、薄膜と
基板とを分離することができることである。

【００１７】中間膜は化学的にエッチング可能な材料で
作成されるので、集積部品が作成された後、この中間膜
を化学的に除去することができ、したがって薄膜が自由
になることができる。この操作の期間中、中間膜に対し
化学的エッチングが行われる。その結果、集積部品は、
機械的応力または熱的応力を少しも受けない。

【００１８】もし集積部品を作成するのに用いられる材
料の性質が保護されることが要求されるならば、化学的
エッチングの期間中、集積部品を保護するための保護膜
を備えることができる。

【００１９】本発明の１つの重要な特性に従い、１個ま
たは複数個のチヤンネルがこの中間膜を横断する。これ
らのチヤンネルにより、化学的処理液に浸されている期
間中、中間膜の深さ方向に広範囲に灌流することができ
る。したがって、中間膜をエッチングするための化学物
質がこの中間膜の中を循環することができ、それにより
縁だけでなく、深さ方向にもできるだけ十分に除去を行
うことができる。実際、薄膜を基板から分離する時、薄
膜に損傷を与えないで薄膜を自由にすることは、極めて
重要である。

【００２０】中間膜の中にチヤンネルを作成することに
より、中間膜を非常に急速にかつ均一にエッチングする
ことができる。これらのチヤンネルは中間膜の厚さの中
の任意の位置に作成することができるが、作成を容易に
行うことができるためには、中間膜の表面から作成が行
われる。さらに、チヤンネルの深さは、中間膜の厚さに
達することができる。

【００２１】本発明の１つの特性に従い、中間膜と薄膜
とを連結する表面全体にわたって、中間膜の化学的エッ
チングの改良された分布を得るために、直交するチヤン
ネルのネットワークが中間膜を横断して作成される。

【００２２】本発明の１つの変更実施例では、チヤンネ
ルが蛇形または螺旋形に巻かれて中間膜を横断する。

【００２３】１個のチヤンネルの場合のチヤンネルのネ
ットワークまたはチヤンネルのラインは、高速でかつ均
一に分布した化学的エッチングが可能であるために十分
に蜜であることが必要であるが、これらのチヤンネル
は、中間膜を支持する機能に悪い影響を与えないよう
に、その幅が大き過ぎたりまたは断面が大き過ぎること
があってはならない。

【００２４】中間膜が集積部品を作成する際に必要な化
学的処理を受けないことが確実に得られるために、１個
または複数個のチヤンネルが膜の縁によって閉じられる
ことが好ましい。チヤンネルの端部を横方向に封止して
いる縁は十分に厚く作成され、それにより化学的処理に
耐えることができる。チヤンネルが開放されていないの
で、中間膜はその周縁において、集積部品の作成処理工
程により影響を受けることが多分ある。

【００２５】化学的エッチングの前に、縁が除去され、
チヤンネルが開放される。チヤンネルを外向きに開放す
ることは、中間膜の周囲の少なくとも一部分をエッチン
グすることにより、そして縁を乾式エッチングの方法に
よりエッチングすることにより、集積部品に影響を与え
ることなく実行することができる。また別の解決方法
は、集積部品の切断ラインに対応する領域の中の膜をエ
ッチングすることである。

【００２６】本発明に従い、基板を作成する方法は、下
記の順次の段階を有する。

【００２７】（イ） 化学的にエッチング可能な材料で
作成され、かつほぼ平坦な１つの自由表面を有する中間
膜を、支持構造体の上に作成する段階と、（ロ） 前記
膜を横断する少なくとも１つの化学的エッチング・チヤ
ンネルを作成するために、自由表面を通して中間膜をエ
ッチングする段階、およびそれにより１個または複数個
のチヤンネルを閉じるために膜の中の１つの縁を維持す
る段階と、（ハ） 集積部品の作成のために中間膜の自
由表面の上に非導電体の薄膜を作成する段階、および前
記表面の上のチヤンネルを封止する段階が行われる。前
記薄膜は、中間膜の化学的エッチングにより、支持構造
体から引き離すことができる。

【００２８】薄い基板の上に集積部品を得るために、本
発明の方法では、下記の段階が続けて行われる。

【００２９】（ニ） 薄膜の上に集積部品を作成する段
階と、（ホ） １個または複数個の化学的エッチング・
チヤンネルを開放する段階と、（ヘ） 支持構造体から
薄膜を引き離すために、１個または複数個のチヤンネル
を通して化学的にエッチングすることにより、中間膜を
除去する段階が行われる。

【００３０】１個または複数個のチヤンネルのエッチン
グは、適切なマスクを通しての乾式エッチングまたは湿
式エッチング、またはレーザ処理を行い次に異方的化学
エッチングが行われるエッチング方法のような、従来の
技術により利点を有して行うことができる。後者の方法
は、「マイクロ装置技術９２（Ｍｉｃｒｏ Ｓｙｓｔｅ
ｍ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ９２）」、マイクロ・
エレクトロ・オプト・メカニック・システム・アンド・
コンポーネンツに関する第３回国際会議、ベルリン、１
９９２年１０月２１日〜２３日、ｖｄｅ−ｖｅｒｌａｇ
ｇｍｂｈ−ヘルベリ・ライヒル、ベルリン、オッフェ
ンバッハ、のＭ．アラビはか名の文献「マイクロ装置の
応用における＜１１１＞シリコンのレーザ加工および異
方的エッチング（Ｌａｓｅｒ Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ａ
ｎｄ ＡｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃＥｔｃｈｉｎｇ ｏｆ
＜１１１＞ Ｓｉｌｉｃｏｎ ｆｏｒ Ａｐｐｌｉｃａ
ｔｉｏｎ ｉｎ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍ）」に開示さ
れている。

【００３１】この技術は、結晶面＜１１１＞のエッチン
グ速度が、他の結晶面のエッチング速度と異なることに
基づいている。

【００３２】この技術により、レーザ・ビームによりエ
ッチングされるべき膜の局所的溶融により、結晶面＜１
１１＞が破壊される。第２に、化学的処理によりレーザ
・ビームによりエッチングされた領域が除去され、その
時、破壊されない＜１１１＞結晶面は「停止」膜として
の役割を果たす。この技術により、その幅と位置が極め
て精密に制御されたチヤンネルを得ることができる。

【００３３】中間膜の自由表面の上に薄膜が作成される
時、それは１個または複数個のチヤンネルを被覆するで
あろう。それにより、チヤンネルは外部から隔離され
る。

【００３４】この応用例は、部品を作成するのに用いら
れる熱処理と両立する気体圧力をチヤンネルの上に閉じ
込めるように、制御された雰囲気の中で好都合に実行す
ることができる。

【００３５】中間膜の上に薄膜を作成するために、また
はさらに具体的にいえば、薄膜それ自身を得るために、
いくつかの方法が可能である。

【００３６】例えば、中間膜の上に第２基板または厚い
膜を作成し、そしてその後、この膜を研磨して薄膜を得
ることが可能である。

【００３７】この研磨の際の機械的応力または熱的応力
は、この段階では集積部品がまだ作成されていないの
で、全体的には損傷を与えることはない。

【００３８】けれども、分離法は実施が容易であるので
用いることが好ましく、本発明に対して最もよく適合し
ている。

【００３９】この方法により、中間膜の上の分離面の位
置に、分離可能な構造体が作成される。この分離面は、
平坦な表面からこの構造体の中に、希ガスまたは水素イ
オンを注入することにより得ることができる。このこと
により、この面の位置に微小な気体の泡が発生し、それ
により第１に、分離可能な構造体の中で質量の大きな部
分との間に境界が定まり、そして第２に、将来薄膜とな
る部分との間の境界が定まる。分離可能な構造体の１つ
の実施例が、出願中特許第ＥＰ−Ａ−０，５３３，５５
１号に開示されている。分離可能な構造体は、将来薄膜
となる構造体部分と接触した分離可能な構造体を配置す
ることにより、中間膜の上に取り付けられる。分離可能
な構造体は、例えば原子間結合により、中間膜と一体化
される。行われる操作が完了した時、熱処理により、微
小な気泡により定められる面に沿って分離が起こる。

【００４０】

【実施例】図１に示された基板は、通常、円柱形であ
り、かつシリコン板またはガラス板のような機械的支持
構造体１と、化学的にエッチング可能な材料で作成され
た中間膜３と、薄膜５と、を有する。

【００４１】薄膜５それ自身が集積部品を作成するため
の「基板」を構成する。薄膜５は、半導体材料または非
導電体材料で作成された１個の膜で形成されることもで
きるし、また１組の部分膜で形成されることもできる。
前記部分膜の中の少なくとも１つは、半導体材料または
非導電体材料で作成される。ここで説明される実施例の
場合、薄膜５は単結晶シリコンで作成される。薄膜５の
厚さは、例えば、１μｍである。

【００４２】膜３の中に、中央領域７を区別することが
できる。チヤンネル９が中央領域７を横断している。こ
れらのチヤンネルは、膜３の上側表面と高さが揃ってお
り、そして領域７の中に均一に分布している。

【００４３】領域７は、円形の縁１３により取り囲まれ
ている。縁１３は、チヤンネル９を横方向に閉じてい
る。

【００４４】図面には、チヤンネルの横断面と膜３の厚
さが示されている。図面では、縁１３の幅が拡大されて
示されている。

【００４５】縁１３の幅は十分に大きく、薄膜５の中に
集積部品を作成する際に行われる処理工程の影響を受け
ない。例えば、縁１３の幅は４ｍｍであり、一方膜３の
厚さは約１０μｍである。チヤンネルは、２μｍと５０
μｍとの間の範囲の幅を有する。

【００４６】表面１１に関しては、薄膜５のこの表面に
接してチヤンネル９を作成することにより、チヤンネル
９が封止される。

【００４７】図２は、表面１１に平行な面Ｂ−Ｂに沿っ
ての横断面図である。チヤンネル９の分布と表面１１
が、図２に明確に示されている。

【００４８】この図面は、特に、チヤンネル９の端部が
縁１３により封止されていることを示している。縁１３
は、中央領域７との境界を定める。

【００４９】チヤンネル９は、直交したネットワークを
形成している。

【００５０】例えば、このネットワークのピッチは、幅
が１０μｍのチヤンネル９に対し、１００μｍである。

【００５１】図３から図５までの図面により、本発明の
１つの特徴に従う基板の製造の種々の段階を容易に理解
することができる。

【００５２】図３に対応する第１段階では、第１基板を
構成する構造体１の上に、化学的にエッチング可能な膜
３が作成される。例えば、厚さが１０μｍの酸化シリコ
ンの膜が沈着により作成される。この沈着は、化学的蒸
気相沈着により実行することができる。

【００５３】次に、膜３の中央領域７にエッチングが行
われて、チヤンネル９が作成される。このエッチング
は、適切なマスクを通しての乾式エッチングまたは湿式
エッチングのいずれかにより、またはレーザ・ビーム処
理と化学的処理とを組み合わせたよく知られた技術によ
り、行うことができる。

【００５４】次の段階は、膜３の表面１１の上に、分離
可能な構造体のような第２構造体１７を取り付ける段階
である。例えばこのことは、ほぼ平坦な表面１９を有す
る単結晶シリコンのブロックに関係する。気体の微小な
泡の膜２１が、構造体１７の中に注入されることにより
前もって作成される。

【００５５】表面１９にほぼ平行である膜２１は分離面
を構成し、そして構造体１７の中で、後で薄膜となる表
層部分２３との境界を定める。

【００５６】膜３の上に構造体１７を、その表層部分２
３を通して、一体化する操作が行われる。この一体化
は、例えば原子間結合により行われる。このようにし
て、図５に示された装置が得られる。

【００５７】構造体１７を分離する段階により、構造体
１７から表層部分２３を引き離すことができる。引き離
された表層部分が、図１に示されたように、本発明の基
板の薄膜５になる。この薄膜の厚さは約１マイクロメー
トルである。

【００５８】これで、この基板に集積部品を作成する用
意ができた。

【００５９】この薄膜の中にまたはこの薄膜の上に、従
来の技術により部品が作成される。

【００６０】これらの部品を保護するために、窒化シリ
コンのような材料で作成された保護膜（図示されていな
い）を備えることができる。

【００６１】集積部品が作成されそして保護が行われた
時、支持構造体１から薄膜５を分離することが可能であ
る。

【００６２】図６に示されているように、基板の中央領
域７を取り囲んでいる縁１３が少なくとも除去される。
したがって、チヤンネル９が外側に向かって開放され
る。

【００６３】この実施例では、縁１３を除去するため
に、まず、薄膜にエッチングが行われる。このエッチン
グは、基板の周囲の上で、および集積部品の存在してい
ない領域の中で、乾式法により行うことができる。した
がって、このエッチングは部品に影響を与えることはな
い。

【００６４】次に、膜５の被覆されていない領域におい
て中間膜にエッチングが行われ、それにより縁の少なく
とも一部分が除去され、そしてチヤンネルが開放され
る。

【００６５】このエッチングの後、基板が化学的処理液
に中に浸され、それによりチヤンネル９を通して膜３の
体積部分にエッチングが行われる。膜３が酸化シリコン
で作成されているいまの場合には、フッ化水素酸（Ｆ
Ｈ）の処理液が用いられる。

【００６６】化学的エッチングの速度は、処理液の温度
により、およびこの処理液の可能な撹拌運動により、制
御することができる。

【００６７】このエッチングの期間中、集積部品は窒化
シリコンの膜（図示されていない）により保護される。

【００６８】膜３にエッチングが行われるとすぐに、こ
の膜に平行な面に沿って少なくとも全体が、構造体１か
ら薄膜５それ自身が引き離される。

【００６９】このように本発明により、集積部品の作成
のために十分に堅牢な基板が得られる。この十分に堅牢
な基板により、部品に損傷を与えることなく、薄膜を得
ることを可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従う円柱形基板のチヤンネルのＡ−Ａ
に沿っての横断面図。

【図２】中間膜の表面に沿っての基板のＢ−Ｂにおける
横断面図。

【図３】本発明の基板を作成するための方法の最初の段
階を示したＡ−Ａに沿っての横断面図。

【図４】本発明の基板を作成するための方法の次の段階
を示したＡ−Ａに沿っての横断面図。

【図５】本発明の基板を作成するための方法のさらに次
の段階を示したＡ−Ａに沿っての横断面図。

【図６】本発明に従いそして表層膜を分離して作成され
た、基板のＡ−Ａに沿っての横断面図。

【符号の説明】 １ 支持構造体 ３ 中間膜 ５ 薄膜 ９ チヤンネル

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 支持構造体の上に配置された集積部品を
   作成するために前記支持構造体と非導電材料の薄膜とを
   有し、かつ前記機械的支持構造体と前記薄膜との間に化
   学的にエッチング可能な材料で作成された中間膜をさら
   に有し、かつ前記中間膜が少なくとも１つの化学的エッ
   チング・チヤンネルを有する、集積部品のための基板。
2. 【請求項２】 請求項１記載の基板において、前記化学
   的エッチング・チヤンネルが前記中間膜の縁により取り
   囲まれる前記基板。
3. 【請求項３】 請求項１記載の基板において、前記中間
   膜が直交するネットワークに沿って配置されたチヤンネ
   ルにより横断されている前記基板。
4. 【請求項４】 請求項３記載の基板において、前記ネッ
   トワークのピッチが１００μｍであり、かつ前記チヤン
   ネルの幅が１０μｍである、前記基板。
5. 【請求項５】 請求項１記載の基板において、前記薄膜
   が半導体材料または非導電体材料で作成される前記基
   板。
6. 【請求項６】 請求項１記載の基板において、前記薄膜
   が単結晶シリコンの膜であり、かつその厚さが約１μｍ
   である、前記基板。
7. 【請求項７】 請求項１記載の基板において、前記薄膜
   が１組の部分膜で作成され、かつ前記部分膜の少なくと
   も１つが半導体材料または非導電体材料で作成される、
   前記基板。
8. 【請求項８】 請求項１記載の基板において、前記中間
   膜が酸化シリコンの膜であり、かつその厚さが約１０μ
   ｍである、前記基板。
9. 【請求項９】 請求項２記載の基板において、前記縁の
   幅が約４μｍである前記基板。
10. 【請求項１０】 （イ） ほぼ平坦な自由表面を有する
    中間膜を機械的支持構造体の上に化学的エッチングが可
    能である材料を用いて作成する段階と、（ロ） 前記中
    間膜を横断する少なくとも１つの化学的エッチング・チ
    ヤンネルを作成するために、したがって前記チヤンネル
    を閉じるように前記膜に中に１つの縁を残すために、前
    記自由表面を通して前記中間膜をエッチングする段階
    と、（ハ） 前記自由表面の上の前記チヤンネルを封止
    している集積部品の作成のために、前記中間膜のほぼ平
    坦な前記自由表面の上に非導電体の薄膜を形成する段階
    と、（ニ） 前記薄膜の上に集積部品を作成する段階
    と、（ホ） 前記化学的エッチング・チヤンネルの開口
    部を作成する段階と、（ヘ） 前記薄膜を前記支持構造
    体から引き離すために、前記チヤンネルを通しての化学
    的エッチングにより前記中間膜を除去する段階と、を順
    次に有する、非導電体材料で作成された前記薄膜の上に
    集積部品を製造する方法。
11. 【請求項１１】 請求項１０記載の方法において、前記
    段階（ハ）の期間中、前記中間膜の前記自由表面の上に
    分離可能な構造体が形成され、かつ前記中間膜の前記自
    由表面と接触している前記薄膜を引き離すために前記構
    造体が分離される、前記方法。
12. 【請求項１２】 請求項１１記載の方法において、前記
    分離可能な構造体を取り付ける前に、前記構造体の中に
    前記薄膜の境界を定める分離面を得るために微小な気泡
    の膜が前記構造体の中に注入され、かつ前記分離面に沿
    って分離を実行するために熱処理が行われる、前記方
    法。
13. 【請求項１３】 請求項１０記載の製造法において、閉
    じた前記縁の少なくとも１つの部分を除去することによ
    り、前記中間膜の前記チヤンネルが開放される、前記製
    造法。
14. 【請求項１４】 請求項１０記載の製造法において、前
    記集積部品の少なくとも切断線のレベルにおいて、前記
    中間膜の前記チヤンネルが開放される、前記製造法。