CN102468153B - 半导体器件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

在一种半导体器件的制造方法中，制备包括单晶硅的衬底(10)，在衬底(10)中形成连续延伸的重组层(11)，并通过蚀刻去除重组层(11)。形成重组层(11)包括在衬底(10)中移动激光束(L)的焦点的同时利用脉冲激光束(L)照射衬底(10)，从而使单晶硅的一部分多晶化。

Description

半导体器件的制造方法
技术领域
本发明涉及一种包括蚀刻的半导体器件制造方法。
背景技术
一些半导体器件的制造方法需要蚀刻复杂成形的去除区域或深而大的去除区域，例如，如JP-A-2008-264902(下文称为专利文献No.1)、JP-A-2000-31501(下文称为专利文献No.2)和JP-A-2010-164394(下文称为专利文献No.3)中所述。
专利文献No.1涉及一种硅结构的制造方法，所述硅结构形成例如加速度传感器或角速度传感器。该制造方法包括通过处理硅衬底形成固定部分和活动部分的过程，并且需要蚀刻复杂成形的去除区域。
在专利文献No.1中公开的硅结构的制造方法中，使用绝缘体上硅(SOI)衬底，并需要如下两个蚀刻过程，在所述衬底中堆叠了由单晶硅制造的上层、由氧化硅制成的中间层和由单晶硅制成的基层。在第一蚀刻过程中，在分隔固定部分和活动部分的区域中通过各向异性刻蚀去除上层。在第二蚀刻过程中，通过各向同性蚀刻从已去除上层的区域去除中间层，将去除了上层的区域中的中间层和分隔固定部分和活动部分的区域中的中间层完全去除。
具体而言，在第一蚀刻过程中，使用形成于上层中单晶硅表面上的图案化氧化层作为掩模来蚀刻上层中的单晶硅到达中间层。在第二蚀刻过程中，例如，利用诸如氟化氢(HF)的溶液，对第一蚀刻过程暴露的中间层进行湿法蚀刻。
专利文献No.2涉及一种例如在半导体压力传感器中形成薄壁部分(膜片)的蚀刻方法，该蚀刻方法需要蚀刻深而且大的去除区域。
在专利文献No.2中公开的蚀刻方法中，按照如下方式执行蚀刻过程，以便减少蚀刻时间并使薄壁部分的厚度相等。在将硅晶片浸泡在KOH溶液中的状态下，从硅晶片的一个表面开始对具有PN结的硅晶片的预定区域进行蚀刻，通过硅的阳极氧化在PN结附近停止蚀刻。在通过阳极氧化停止蚀刻且硅晶片中的电流梯度增大时，将温度和浓度低于处理槽中的KOH溶液的液体倒入处理槽中，用于稀释和冷却蚀刻溶液。通过在晶片表面中的整个蚀刻处理表面达到PN结部分之前降低蚀刻溶液的温度和浓度，膜片(薄壁部分)的厚度得到统一。
在专利文献No.1中公开的硅结构的制造方法中，沿深度方向蚀刻上层的单晶硅以形成活动部分和固定部分，然后沿水平方向蚀刻中间层的氧化硅，水平方向即沿着衬底平面的方向。不过，因为中间层的氧化硅的蚀刻速率低，上层的单晶硅的蚀刻速率也低，所以对提高蚀刻速率有限制。
专利文献No.2中公开的蚀刻方法需要通过蚀刻去除整个深而大的去除区域，对于减少蚀刻时间存在限制。此外，深而大的去除区域由单晶硅制成，如上所述，蚀刻速率低。于是，提高蚀刻速率存在限制。
如上所述，在蚀刻复杂成形的去除区域和深而大去除区域时，蚀刻速率的提高是重要的问题。
与专利文献No.1中的硅结构制造相关联，发明了一种利用激光照射制造半导体器件的方法以提高蚀刻速率。所述制造方法包括重组过程和蚀刻过程，在所述重组过程中通过在移动焦点的同时用激光束照射单晶硅衬底对单晶硅衬底的内部进行局部多晶化，使得一部分从表面暴露，在所述蚀刻过程中，利用蚀刻剂蚀刻在所述重组过程中多晶化的部分。
与单晶硅衬底未多晶化的其他部分相比，在上述方法中通过激光照射而多晶化的部分，蚀刻剂的渗透速率和吸收率增大。于是，在上述制造方法中，在使用单晶硅衬底制造半导体器件时，通过在重组过程中对单晶硅衬底的一部分进行初步多晶化并在蚀刻过程中利用蚀刻剂蚀刻多晶化部分，可以改善蚀刻速率。上述发明已经由本发明的一些发明人和另一位同事提交并作为JP-A-2011-040942和US 2011/0034031A1被公开。
利用激光照射的蚀刻过程不仅可以应用于制造复杂成形的半导体器件，例如专利文献No.1中描述的加速度传感器，而且可以应用于其中形成了薄壁部分(膜片)的半导体器件，例如专利文献No.2中的半导体压力传感器。不过，激光照射与由此形成的重组部分之间的关系仍不清楚。于是，并不清楚哪种激光照射能够形成所需的重组层且能够提供良好的蚀刻。此外，与前一种半导体器件的制造方法相比，需要蚀刻深而大的去除区域的后一种半导体器件的制造方法需要进一步改善蚀刻速率。
在专利文献No.3中公开的方法中，制备SOI衬底，在所述SOI衬底中，在支撑衬底上形成牺牲层，在所述牺牲层上形成半导体层。利用激光束照射SOI衬底，同时聚焦在牺牲段中的牺牲层上。牺牲段包括活动部分和穿透半导体层的开口部分界定的固定部分以及开口部分。因此，牺牲段中的牺牲层被多晶化。然后从开口部分引入蚀刻剂，通过蚀刻去除多晶化牺牲层，由此活动部分从支撑衬底浮置起来。
在专利文献No.3中公开的方法中，因为牺牲层是通过在牺牲层上聚焦激光束而直接多晶化的，所以蚀刻剂容易透过多晶化牺牲层，蚀刻速率增大。不过，即使在牺牲层的一部分被多晶化时，蚀刻剂要到达牺牲层距离开口部分的最大距离部分也要花费时间，因此生产率受到限制。于是，希望进一步提高牺牲层的蚀刻速率。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种能够提高蚀刻速率的半导体器件制造方法。
在根据本发明第一方面的半导体器件制造方法中，制备包括单晶硅的衬底，在衬底中形成连续延伸的重组层，并通过蚀刻去除重组层。形成所述重组层包括在衬底中移动激光束焦点的同时通过用脉冲激光束照射衬底来对单晶硅的一部分进行多晶化。
通过对单晶硅进行多晶化形成的重组层比周围由单晶硅制成的部分具有更高的蚀刻剂渗透率和更高的吸收率。于是，上述方法能够提高蚀刻速率。
根据本发明第二方面的制造方法是一种半导体器件的制造方法，该半导体器件包括衬底，所述衬底包括第一层、设置于所述第一层上的牺牲层以及设置于所述牺牲层上的第二层。所述第二层包括由穿透第二层的开口部分界定的结构体。所述衬底包括开口部分和结构体所在的牺牲段。通过去除位于所述牺牲段中的牺牲层一部分，结构体从所述第一层浮置。在该制造方法中，在将激光束焦点设置到位于牺牲段中的第一层一部分的状态下，通过牺牲层从第二层上方用激光束照射第一层，由此向激光束的入射侧从激光束的焦点转送热应力，由热应力在位于牺牲段中的牺牲层该部分中形成微观裂缝。通过从开口部分引入蚀刻剂并蚀刻牺牲层的该部分来去除具有微观裂缝的牺牲层部分，由此结构体从第一层浮置。
因为微观裂缝是在牺牲段中的牺牲层中人为形成的，所以与将激光束焦点设置到牺牲层的情况相比，可以更有效率地重组牺牲层。于是，蚀刻剂更容易地渗透到牺牲层的深处部分，并且能够提高牺牲层的蚀刻速率。
附图说明
通过下文中结合附图对实施例的详细说明，本发明的其他目的和优点将变得显而易见。在附图中：
图1是示出了用于根据第一实施例的半导体器件制造方法中的激光照射设备的图示；
图2A是示出了重组层形成过程中衬底的例示性截面图的图示，图2B是示出了重组层的SEM照片的部分放大截面图的图示，而图2C是示出了图2B中SEM照片的例示性截面图的图示；
图3是示出了激光束的平均脉冲能量和脉冲多晶化区域的平均宽度和平均高度之间的关系的曲线图；
图4A是示出了由平均能量为5μJ的脉冲激光束重组的单晶硅晶片的SEM照片例示性截面图的图示，图4B是示出了图4A中SEM照片的部分放大截面图的图示，而图4C是示出了图4B中SEM照片的例示性截面图的图示；
图5A是示出了由平均能量为12.5μJ的脉冲激光束重组的单晶硅晶片的SEM照片例示性截面图的图示，图5B是示出了图5A中SEM照片的部分放大截面图的图示，而图5C是示出了图5B中SEM照片的例示性截面图的图示；
图6A是示出了由平均能量为15μJ的脉冲激光束重组的单晶硅晶片的SEM照片例示性截面图的图示，图6B是示出了图6A中SEM照片的部分放大截面图的图示，而图6C是示出了图6B中SEM照片的例示性截面图的图示；
图7是可以应用根据第一实施例的制造方法的半导体压力传感器的截面图；
图8A到8D是示出了应用根据第一实施例的制造方法的传感器制造过程范例的截面图；
图9A到9D是示出了应用根据第一实施例的制造方法的传感器制造过程另一范例的截面图；
图10A是示出了沿去除区域界面形成的重组层的每个部分的尺寸的截面图，而图10B是示出了重组层的最大宽度和蚀刻速率之间的关系的曲线图；
图11A到图11C是示出了膜片制造过程的范例的截面图；
图12A到图12C是示出了膜片制造过程的另一范例的截面图；
图13A是包括活动部分的半导体动力学量(dynamic quantity)传感器的顶视图，而图13B是沿图13A中的线XIIIB-XIIIB截取的半导体动力学量传感器的截面图；
图14A到图14C是示出了图13A和图13B所示半导体动力学量传感器制造过程的截面图；
图15是示出了由根据第二实施例的方法制造的半导体器件的透视截面图的图示；
图16是沿图15中的线XVI-XVI截取的半导体器件的截面图；
图17是示出了根据第二实施例的制造方法中使用的激光照射设备的图示；
图18是示出了SOI衬底的平面图；
图19A到图19D是示出了图15所示半导体器件制造过程的截面图；
图20是示出了芯片区域中牺牲段的平面图；
图21A到图21J是用于解释形成微观裂缝的机制的图示；
图22A是样品的顶视图，图22B是沿图22A中线XXIIB-XXIIB截取的样品截面图；
图23A是示出了以200倍放大率观察到的蚀刻前样品的SEM照片的图示，图23B是示出了以200倍放大率观察到的样品截面的SEM照片的图示，图23C是示出了以1000倍放大率观察到的样品截面的SEM照片的图示，图23D是示出了图23A中的SEM照片的例示性视图的图示，图23E是示出了图23B中的SEM照片的例示性视图的图示，以及图23F是示出了图23C中SEM照片的例示性视图的图示；
图24A是示出了在30度视场下观察到的SEM照片的图示，图23B是示出了图24A中SEM照片的例示性视图的图示；
图25A是示出了蚀刻前样品SEM照片的图示，图25B是示出了蚀刻后样品SEM照片的图示，图25C是示出了图25A中SEM照片的例示性视图的图示，而图25D是示出了图25B中SEM照片的例示性视图的图示；
图26A是示出了以200倍放大率观察到的样品SEM照片的图示，图26B是示出了以1000倍放大率观察到的样品SEM照片的图示，图26C是示出了图26A中SEM照片的例示性视图的图示；图26D是示出了图26B中SEM照片的例示性视图的图示；
图27A是示出了样品例示性截面图的图示，图27B是示出了以1000倍放大率观察到的样品SEM照片的图示，图27C是示出了图27B中SEM照片的例示性视图的图示；
图28A是示出了以4000倍放大率观察到的图27A中的样品SEM照片的图示，图28B是示出了以10000倍放大率观察到的样品SEM照片的图示，图28C是示出了图27A中SEM照片的例示性视图的图示，而图28D是示出了图28B中SEM照片的例示性视图的图示；
图29A是示出了以5000倍放大率观察到的图27A中的样品SEM照片的图示，图29B是示出了以15000倍放大率观察到的样品SEM照片的图示，图29C是示出了图29A中SEM照片的例示性视图的图示，而图29D是示出了图29B中SEM照片的例示性视图的图示；
图30A是示出了在X方向和Y方向上用激光束扫描的样品SEM照片的图示，图30B是示出了图30A中SEM照片的例示性视图的图示；以及
图31A是示出了样品截面图像的图示，图31B是示出了映射到图31A中图像的图示，图31C是示出了基于映射的截面应力分布的图示，图31D是示出了图31A中截面图像例示性视图的图示，图31E是示出了映射的例示性视图的图示，而图31F是示出了图31C中截面应力分布的例示性视图的图示。
具体实施方式
(第一实施例)
将参考附图描述根据本公开第一实施例的半导体器件制造方法。该制造方法包括重组层形成过程和蚀刻过程。在重组层形成过程中，在移动激光束焦点的同时用脉冲激光束照射单晶硅制成的衬底，由此使单晶硅部分多晶化并在单晶硅中形成连续的重组层。在蚀刻过程中，通过蚀刻去除重组层。可以利用激光照射设备50执行重组层形成过程。
如图1所示，激光照射设备50包括激光驱动控制器51、激光源52、包括可变焦距透镜53和聚光透镜54的光学系统、其上设置衬底10的工作台55、工作台驱动器56和控制器57。
在控制器57的指示下，激光驱动控制器51指示激光源52输出脉冲激光束L。
激光源52产生脉冲激光束L。例如，激光源52为YAG激光器，其振荡波长为1064nm，振荡频率为80kHz，输出功率为0.96W。
在根据本实施例的半导体器件制造方法中，输出脉冲激光束L，同时在单晶硅制造的衬底10内部移动焦点。于是，为了在衬底10中集中激光束L的脉冲能量而不影响衬底10的表面，要求相对于单晶硅具有适当渗透率(即吸收率)的激光束L在衬底10的表面不被吸收，在衬底10中的焦点处充分吸收激光束L，在此集中脉冲能量，由此导致多晶化。为此目的，激光束L的波长可以在从1000nm到1100nm的范围之内。在激光束L的波长小于1000nm的情况下，透射率过低，衬底10表面的能量吸收大，可能难以向衬底10内部供应激光束L的能量。在激光束L的波长为1100nm或更大的情况下，透射率过高，能量吸收小，可能难以在衬底10中集中激光束L的能量。
在根据本实施例的制造方法中使用的衬底10可以是单晶硅衬底，也可以是氧化层掩埋于单晶硅中的SOI衬底。
激光照射设备50中的可变焦距透镜53设置于衬底10上方，所述衬底10设置于工作台55上，可变焦距透镜53能够沿Z方向(衬底10的深度方向)移动激光束L的焦点。聚光透镜54在可变焦距透镜53设置的焦点处聚集从激光源52产生的激光束L。聚光透镜54聚集的激光束L的脉冲斑直径在大约1μm到大约5μm的范围之内。
在衬底10设置于工作台55上的状态下，工作台55沿X-Y方向(沿着衬底10的衬底平面的方向)移动衬底10。工作台驱动器56基于控制器57的指示在X-Y方向上移动工作台55。在图1中的激光照射设备50中，例如，由工作台55在沿着衬底10的衬底平面的方向上(X-Y方向)移动激光束L的焦点。也可以在X-Y方向上以光学方式移动激光束L的焦点。在图1中的激光照射设备50中，例如，由可变焦距透镜53在深度方向上(Z方向)移动激光束L的焦点。也可以通过在Z方向上移动工作台55在Z方向上移动激光束L的焦点。
控制器57为中央控制器，指示激光驱动控制器51和工作台驱动器56，使得激光源52输出脉冲激光束L，并且移动工作台55。控制器57根据事先准备的程序执行指令。
例如，控制器57首先指示激光驱动控制器51设置可移动聚焦透镜53，使得激光束L的脉冲斑位于预定深度处。然后，控制器57指示激光驱动控制器51和工作台驱动器56，以在衬底10的平面方向上将工作台55移动到期望位置并利用脉冲激光束L照射该位置。在利用脉冲激光束L照射预定范围中的区域时，控制器57以与利用脉冲激光束L照射协调一致地移动工作台55或可变焦距透镜53的焦点的方式指示激光驱动控制器51和工作台驱动器56。
图2A到图2C中示出了利用激光照射设备50形成重组层的过程中衬底10的状态。
在图2A所示的重组层形成过程中，在沿白色箭头所示方向移动焦点的同时用脉冲激光束L照射单晶硅制成的衬底10，由此使单晶硅部分多晶化并在单晶硅中连续形成重组层11。在以下蚀刻过程中通过蚀刻去除重组层11。
图2A中所示的符号PS是焦点处集中激光束L的脉冲班，如上所述，直径在大约1μm到大约5μm的范围内。由虚线表示稍后要通过根据程序移动焦点来形成的激光束L的脉冲斑。在图2A所示的范例中，沿着平行于衬底平面的方向以平面间距PL并沿着垂直于衬底平面的方向以深度间距PD移动激光束L的焦点。图2A中的符号MR是由一个脉冲激光束L形成的脉冲多晶化区域。脉冲多晶化区域在衬底10的平面方向上具有平均宽度W，在衬底10的厚度方向上具有平均高度H。
图3示出了研究激光束L平均脉冲能量和激光束L形成的脉冲多晶化区域MR的平均宽度W和平均高度H之间关系的结果。
如图3所示，在激光束L的平均脉冲能量为2.5μJ或更小时，重组层11区分不清晰，多晶化不充分。在平均脉冲能量大约为4μJ时，可以清晰地区分出脉冲多晶化区域MR。在平均脉冲能量从6.25μJ增加到12.5μJ时，脉冲多晶化区域MR扩大。不过，即使在将平均脉冲能量增加到超过15μJ时，脉冲多晶化区域MR的尺寸几乎不变，保持恒定。
从上述结果，可以将激光束L的平均脉冲能量设置为超过2.5μJ。此外，可以将平均脉冲能量设置为15μJ或更小。也可以将平均脉冲能量设置在从6.25μJ到12.5μJ的范围之内。
在激光束L上述范围的平均脉冲能量中获得的脉冲多晶化区域MR在平行于衬底平面的方向上具有大约2μm到5μm范围之内的平均宽度W，在垂直于衬底平面的方向上具有大约10μm到大约25μm范围之内的平均高度H。
于是，在根据本实施例的制造方法中，在焦点移动方向平行于衬底平面的情况下，焦点移动的平面间距PL可以是5μm或更小，平面间距PL也可以在2μm到4μm的范围之内。当在这些条件下沿着平行于衬底平面的方向移动脉冲激光束L的焦点时，在相邻焦点处形成的脉冲多晶化区域MR一定可以重叠，可以稳定而高效率地形成在平行于衬底平面的方向上连续的重组层11。
另一方面，在焦点移动方向垂直于衬底平面的情况下，焦点移动的深度间距PD可以是27μm或更小，深度间距PD也可以在10μm到25μm的范围之内。当在这些条件下沿着垂直于衬底平面的方向移动脉冲激光束L的焦点时，在相邻焦点处形成的脉冲多晶化区域MR一定可以重叠，可以稳定而高效率地形成在垂直于衬底平面的方向上连续的重组层11。
在图4A到图6C所示的范例中，由平均脉冲能量为5μJ、12.5μJ和15μJ的脉冲激光束L形成重组层11。
在图4A到图4C所示的范例中，平均脉冲能量为5μJ(平均输出：0.4W)，脉冲频率为80kHz，在平面方向上的转移速度为300mm/s。如图4A所示，在距离单晶硅制成的衬底10的表面60μm(H2)的位置形成厚度约为15μm(H1)的重组层11。此外，如图4B所示，在重组层11的底部，形成厚度约为4μm(H3)，宽度约为1μm(W3)的微坡面DS。微坡面DS对应于图2A所示的激光束L的焦点处的脉冲斑PS。可以想到，形成微坡面DS是因为在脉冲斑PS处一次性熔化了单晶硅。
在图5A到图5C所示的范例中，平均脉冲能量为12.5μJ(平均输出：1.0W)，脉冲频率为80kHz，在平面方向上的转移速度为300mm/s。如图5A所示，在距离单晶硅制成的衬底10的表面45μm(H5)的位置形成厚度约为30μm(H4)的重组层11。此外，如图5B所示，形成厚度约为2μm(H6)，宽度约为1μm(W6)的微坡面DS。
在图6A到图6C所示的范例中，平均脉冲能量为15μJ(平均输出：1.2W)，脉冲频率为80kHz，在平面方向上的转移速度为300mm/s。如图6A所示，在距离单晶硅制成的衬底10表面45μm(H8)的位置形成厚度约为30μm(H7)的重组层11。此外，如图6B所示，形成厚度约为2μm(H9)，宽度约为1μm(W6)的微坡面DS。
在根据本实施例的制造方法中，因为利用焦点变窄的脉冲激光束L照射单晶硅制成的衬底10，所以激光束L的脉冲能量可以是衬底10内部的小区域(脉冲斑PS)，不会影响衬底10的表面。脉冲能量聚集的小区域中的单晶硅一次性熔化并随后多晶化。在重组层形成过程中，通过在发射脉冲激光束L时以适当间距(间隔)移动焦点，将相应脉冲激光束L在相应焦点处形成的多晶化小区域(脉冲多晶化区域MR)连接起来，由此形成连续的重组层11。
在通过对单晶硅进行多晶化形成的连续重组层11中，渗透率和吸收率比单晶硅制成的周围部分高，提高了蚀刻速率。于是，在接下来的蚀刻过程中，与未形成连续重组层11的情况相比，可以实现更高的蚀刻速率。
可以通过适当设置焦点的运动(方向)将连续重组层11形成任何形状，可以将连续重组层应用于制造各种需要蚀刻复杂成形的去除区域或深而大去除区域的半导体器件。此外，因为连续重组层11是通过在移动焦点的同时用脉冲激光束L照射而形成的，所以可以提高激光束L的能量利用效率，与在连续移动焦点的同时连续输出激光束L的情况相比，可以增大重组层11的形成速率。
如上所述，根据本实施例的制造方法是利用激光束L照射进行蚀刻的半导体器件制造方法，可以将该制造方法应用于制造需要蚀刻复杂成形的去除区域或深而大去除区域的各种半导体器件，并且能够实现高蚀刻速率。
接下来，将描述根据本实施例的制造方法的应用范例。
例如，可以将根据本实施例的制造方法用于图7所示包括压阻层的半导体压力传感器20的制造方法。
在半导体压力传感器20中，在具有晶体取向(100)的P型硅衬底21的表面上形成厚度为6μm的N型外延层22，这种分层主体形成半导体衬底23。P型硅衬底21在表面上具有凹陷部分24，凹陷部分24的底表面24a形成薄壁部分25。薄壁部分25为传感器膜片。
在图7中，在N型外延层22中形成P+型杂质扩散层26，P+型杂质扩散层26充当探测失真的压阻元件。在N型外延层22的表面上，形成氧化硅层27。通过铝线路28将P+型杂质扩散层26电引出到氧化硅层27的表面侧。
如上所述，图7所示的半导体压力传感器20是包括膜片(薄壁部分25)的传感器，且是需要蚀刻深而大的去除区域(凹陷部分24)的半导体器件。常规上，例如，通过电化学蚀刻形成半导体压力传感器20的凹陷部分24。
可以将根据本实施例的制造方法用于制造包括膜片的传感器，例如图7所示的半导体压力传感器20，可以将重组层形成过程和蚀刻过程用于形成膜片。
将参考图8A到图8D和图9A到图9D描述应用了参考图1到图6C所述制造方法的包括膜片35的传感器30的制造过程范例。
在图8A到图8D所示的制造过程范例中，首先如图8A所示制备单晶硅制成的衬底10，在变为膜片35的衬底10的表面部分中形成传感器结构39的每个部件。在图8A中，由点划线表示用于形成膜片35的衬底10的去除区域34。
接下来，如图8B所示，执行参考图1到图6所述的重组层形成过程，在移动脉冲激光束L焦点的同时形成重组层11a以覆盖去除区域34的整个区域。因此，如图8C所示，去除区域34的整个区域被变成多晶化的重组层11a。
最后，如图8D所示，执行蚀刻过程，通过蚀刻去除重组层11a。因此，制造出包括膜片35的传感器30。
通过这种方式，可以通过将位于膜片35下方的去除区域34整个区域变为重组层11a并通过蚀刻去除重组层11a来形成传感器30的膜片35。与没有如上所述形成重组层的情况相比，本方法能够减少蚀刻时间，不需要用于界定去除区域34的掩模。因为通过蚀刻去除的重组层11a是多晶化的，在如图7的半导体压力传感器那样利用湿法蚀刻处理单晶硅的情况下，该方法不需要针对晶面取向进行各向异性刻蚀。于是，可以形成具有大高宽比的凹陷结构，可以减小膜片35下方的开放区域。
也可以通过图9A到图9D所示的方法制造包括膜片35的传感器30。首先，如图9A所示，制备由单晶硅制成的衬底10，在变为膜片35的衬底10的表面部分中形成传感器结构39的每个部件。
接下来，如图9B所示，执行参考图1到图6所述的重组层形成过程，在沿着膜片35下方的去除区域34界面移动脉冲激光束L的焦点的同时形成重组层11b。因此，如图9C所示，沿着去除区域34的界面形成多晶化的重组层11b。
最后，如图9D所示，执行蚀刻过程，通过蚀刻去除重组层11b。因此，挖空了图9C中去除区域34中单晶硅制成的剩余部分10r，制成了包括膜片35的传感器30。
与图8A到图8D中所示将膜片35下方去除区域34的整个区域变为重组层11a的制造方法相比，图9A到图9D所示的制造方法中沿着去除区域34的界面形成重组层11b并挖空去除区域34，这是更优选的方法，因为除了上述形成重组层11a的优点之外，可以减少重组层的形成时间。
在如图9A到图9D所示通过挖空去除区域34而形成膜片35时，蚀刻过程可以包括利用具有高蚀刻速率的蚀刻剂的湿法蚀刻，这样的蚀刻剂例如有氢氧化钾(KOH)溶液或氢氧化四甲铵(TMAH)溶液。
将描述沿去除区域34界面形成的重组层11b的尺寸和蚀刻之间的优选关系。在图10A所示的范例中，膜片35的最大宽度为WD。
如图2和图3所示，脉冲多晶化区域MR的平均宽度W在大约2μm到大约5μm范围之内，脉冲多晶化区域MR的平均高度H在大约10μm到25μm的范围中。于是，在通过沿垂直于衬底平面的方向移动激光束L的焦点以最小尺寸形成在垂直于衬底平面的方向上连续的重组层11b时，衬底平面中的重组层11b的平均宽度W也在大约2μm到大约5μm范围之内。在通过沿平行于衬底平面的方向移动激光束L的焦点以最小尺寸形成在平行于衬底平面的方向上连续的重组层11b时，在垂直于衬底平面的方向上重组层11b的平均高度H也在大约10μm到大约25μm范围之内。于是，为了通过蚀刻完全去除重组层11b，必须要向具有最小尺寸的重组层11b的最后方供应蚀刻剂。
从图10B所示的膜片35的最大宽度WD和蚀刻速率之间的关系可知，在衬底平面中膜片35的最大宽度WD超过350μm时，蚀刻速率降低到大约1/4，在最大宽度WD超过600μm时，进一步将蚀刻速率减小到约1/4，蚀刻速率变得非常低。
于是，为了向图10A中所示形成于膜片35下方的衬底10中的重组层11b供应充分多蚀刻剂，衬底平面中膜片35的最大宽度WD可以是600μm或更小，最大宽度WD也可以是350μm或更小。
接下来，将参考图11A到图11C以及图12A到图12C描述形成平坦且等厚度的膜片35的其他示范性方法。
利用脉冲激光束L照射，在重组层11、11a、11b周围的单晶硅中可能产生各种缺陷。于是，在图11A到图11C以及图12A到图12C所示的制造方法中，分两个阶段执行蚀刻过程。
在图11A到图11C的制造方法中，首先，如图11A所示，相对于最终形成的膜片35的厚度DT，在距离KD处形成重组层11b。接下来，如图11B所示，通过第一次蚀刻去除重组层11b，挖空单晶硅制成的剩余部分10r。最后，如图11C所示，通过第二次蚀刻去除图11B中由单晶硅制成且保留在膜片35下方的剩余部分10s，形成厚度为DT且具有平坦底表面34a的膜片35。
在图12A到图12C的制造方法中，使用SOI衬底15，其中氧化层14掩埋在单晶硅层12、13中，蚀刻支撑衬底侧的单晶硅层12，直到氧化层14暴露以形成膜片35。首先，如图12A所示，相对于最终形成的膜片35的厚度DT，在距离KD处形成重组层11b。接下来，如图12B所示，通过第一次蚀刻去除重组层11b，挖空由单晶硅制成的剩余部分12r。最后，如图12C所示，通过第二次蚀刻去除图12B中由单晶硅制成且保留在膜片35下方的剩余部分12s，形成厚度为DT且具有平坦底表面34a的膜片35。
如上所述，在形成平坦且等厚度的膜片时，优选平行于衬底平面，在距最终形成的膜片10μm到30μm范围的距离(图11和图12中的距离KD)处形成重组层11、11a、11b。
如上所述，在用脉冲激光束L照射形成的重组层11、11a、11b周围的单晶硅中可能导致各种缺陷。在最终形成的膜片和重组层11、11a、11b之间的距离为10μm或更大时，可以完全去除包括用脉冲激光束L照射导致的缺陷的单晶硅。此外，通过将该距离设置为30μm或更小，可以将用作去除缺陷的蚀刻保留部分的单晶硅宽度保持在最小，能够限制整个蚀刻时间。
不仅可以将参考图1到图6C所述的制造方法用于需要蚀刻深而大的去除区域的半导体器件，例如图7到图12C所示包括膜片35的传感器30，而且可以应用于需要蚀刻复杂成形去除区域的半导体器件。
例如，可以应用该制造方法来制造电容性加速度传感器40，这是需要蚀刻复杂成形去除区域并且包括可根据动力学量的施加而运动的活动部分的半导体动力学量传感器的范例。半导体动力学量传感器可以是包括活动部分的任何MEMS器件，所述活动部分可以根据动力学量的施加沿预定方向活动。例如，半导体动力学量传感器也可以是电容性角速度传感器、振动传感器、微音器或微扫描仪。
在图13A到图13B的电容性加速度传感器40中，由于沟槽部分41a和释放部分41b的原因，可以移动(释放)活动部分。沟槽部分41a是单晶硅制成的衬底10中沿深度方向蚀刻的蚀刻部分41。释放部分41b是衬底10中沿水平方向蚀刻的蚀刻部分41。活动部分可以根据动力学量(即加速度)的施加沿预定方向(图13A和图13B中从左到右的方向)移动。活动部分具有通过用蚀刻部分41分开衬底10而提供的梁结构，包括活动电极42、转轴部分43和弹簧部分44。衬底10的深度方向表示衬底10的平面(表面)的垂直方向。另一方面，衬底10的水平方向表示沿着衬底10平面的方向。
转轴部分43的周边(外框)充当施加加速度的质量，其具有平面矩形形状。转轴部分43具有通孔，作为蚀刻部分41的一部分，从而可以通过蚀刻容易地去除转轴部分43下方的衬底10的部分。转轴部分43从衬底10的被蚀刻空间的底表面，即释放部分41b浮置。于是，转轴部分43中的通孔从衬底10的表面穿透到释放部分41b。转轴部分43并不始终需要通孔。
活动电极42从垂直于转轴部分43位移方向的侧壁突出。在图13A和图13B所示的范例中，在每个侧壁上形成三个活动电极42。在转轴部分43沿位移方向的两端，分别耦合具有四边形梁结构的弹簧部分44。弹簧部分44分别与锚45耦合，锚充当支撑活动部分的支撑部分。
通过这种方式，活动部分具有梁结构，其中形成活动电极42的梁、形成转轴部分43的梁以及形成弹簧部分44的梁彼此耦合，梁结构作为活动部分的两端都固定到锚45。换言之，活动电极42、转轴部分43和弹簧部分44由锚45支撑并从衬底10被蚀刻空间的底表面(释放部分41b)浮置。
锚45之一具有通过对例如铝制成的金属层构图而形成的活动电极焊盘46。
多个固定部分47的每个都包括固定电极48、固定电极焊盘49和连接固定电极48和固定电极焊盘49的部分。在每个固定部分47中，耦合固定电极48和固定电极焊盘49的部分充当着将固定电极48和对应的固定电极焊盘49电耦合的线路。
每个固定部分47都被沟槽部分41a分开，沟槽部分41a是通过沿深度方向蚀刻衬底10形成的蚀刻部分41。固定部分47充当线路的部分平行于转轴部分43设置，从这些部分延伸的固定电极48被设置得与从转轴部分43的两个侧壁突出的活动电极42相反且平行，之间具有预定的探测距离(净空)。
固定电极48的数量与活动电极42的数量相同。此外，配置固定电极48，使得在施加加速度时，活动电极42和固定电极48之间提供的电容器的静电容之一增加，另一个减小。换言之，形成提供差分放大的配置。
将参考图14A到图14C描述电容性加速度传感器40的示范性制造过程。
首先，如图14A所示，制备由单晶硅制成的衬底10。
接下来，如图14B所示，利用激光束L照射衬底10，同时在衬底10中的蚀刻规划区域中移动激光束L的焦点。因此，衬底内部被部分(有选择地)多晶化，形成了包括沟槽重组层11c和释放重组层11d的重组层11。
换言之，衬底10中分隔活动部分和固定部分的部分被多晶化。亦即，对活动电极42、转轴部分43、弹簧部分44、锚45和固定部分47的形成规划区域周围的部分进行多晶化，以形成沟槽重组层11c，对活动电极42、转轴部分43和弹簧部分44的形成规划区域下方的部分进行多晶化以形成释放重组层11d。
用于形成沟槽部分41a的重组层11被称为沟槽重组层11c，用于形成释放部分41b的重组层11被称为释放重组层11d。换言之，衬底10深度方向上的重组层11被称为沟槽重组层11c，水平方向上的重组层11被称为释放重组层11d。
接下来，如图14C所示，执行蚀刻过程，通过蚀刻去除通过对单晶硅制成的衬底10进行多晶化形成的重组层11。蚀刻过程可以是湿法蚀刻或干法蚀刻，包括活性气体蚀刻，其中通过暴露于活性气体蚀刻材料，以及反应离子蚀刻，其中通过等离子体利用将气体变为离子或基团进行蚀刻。
在采用湿法蚀刻的情况下，在通过蚀刻去除重组层11时，可能发生如下现象(所谓的粘连)，其中在沟槽部分41a和释放部分41b处，衬底10的相邻部分可能彼此结合在一起。于是，在图14C的蚀刻过程中，优选采用干法蚀刻。通过采用干法蚀刻，可以限制上述粘连现象。在蚀刻活动电极42、转轴部分43和弹簧部分44的形成规划区域下方的部分的情况下，优选采用干法蚀刻，因为干法蚀刻中使用的气体可以比湿法蚀刻中使用的水溶液更容易渗透释放重组层11d。
例如，可以在如下条件下执行干法蚀刻：气体：XeF2，压力：1torr，脉冲蚀刻×5次，方程：Si+2XeF2→SiF4+2Xe。
单晶硅制成的衬底10中的多晶化部分，即，包括沟槽重组层11c和释放重组层11d的重组层11，比未多晶化的部分，即单晶部分，具有更高的蚀刻剂渗透率和更高的吸收率。于是，在用单晶硅制成的衬底10制造电容性加速度传感器40时，可以通过事先对单晶硅制成的衬底10进行多晶化并利用蚀刻剂连续蚀刻多晶化部分来提高蚀刻速率。
图1到图6C所述的制造方法还可以用于制造晶体管或复合IC，除了半导体动力学量传感器之外，其还包括沟槽栅极。亦即，在重组过程中，对单晶硅制成的衬底10中沟槽栅极的形成规划区域进行多晶化，或者对复合IC的隔离沟槽的形成规划区域进行多晶化。通过这种方式，可以降低包括沟槽栅极的晶体管或复合IC的制造成本。
如上所述，上述半导体器件的制造方法包括利用激光照射进行蚀刻。可以将该制造方法用于制造很宽范围的需要蚀刻复杂形状的去除区域或深而大的去除区域的半导体器件，并能够实现高蚀刻速率。
在上述半导体器件制造方法中，激光束的波长可以在1000nm到1100nm的范围之内。不过，如果增大激光束的平均脉冲能量，激光束的波长也可以超过1100nm。在激光束的波长小于1000nm时，衬底表面处的吸收可能占支配地位，激光束难以达到衬底内部。
在上述半导体器件的制造方法中，激光束的平均脉冲能量可以大于2.5μJ，15μJ或更小。不过，例如，如果激光束的斑直径减小或脉冲宽度增加，激光束的平均脉冲能量也可以是2.5μJ或更小。例如，如果激光束的斑直径增大或脉冲宽度减小，激光束的平均脉冲能量也可以超过15μJ。
在上述半导体器件的制造方法中，在激光束焦点的移动方向平行于衬底平面的情况下，移动焦点的平面间距可以在2μm到5μm或更小的范围之内。不过，例如，如果增大激光束的平均脉冲能量，移动焦点的平面间距也可以超过5μm。例如，如果减小激光束的平均脉冲能量，移动焦点的平面间距也可以小于2μm。
如果激光束焦点的移动方向平行于衬底平面的情况下，移动焦点的深度间距可以在10μm到27μm的范围之内。不过，例如，如果增大激光束的平均脉冲能量，移动焦点的深度间距也可以大于27μm。例如，如果减小激光束的平均脉冲能量，移动焦点的平面间距也可以小于10μm。
(第二实施例)
下面将描述根据本公开第二实施例的制造方法。可以将根据本实施例的制造方法应用于包括活动部分的动力学量传感器，例如加速度传感器和角速度传感器。动力学量传感器可以用于，例如探测车辆的加速度或角速度。
图15和图16中示出了由根据本实施例的方法制造的加速度传感器。
如图15所示，由SOI衬底110形成加速度传感器。SOI衬底110包括支撑衬底111、形成于支撑衬底111上的牺牲层112以及形成于牺牲层112上的半导体层113。例如，支撑衬底111厚度为500μm，牺牲层112厚度为3μm，半导体层113厚度为22μm。
例如，支撑衬底111和半导体层113由N型单晶硅制成，牺牲层112由SiO2制成。
如图16所示，在半导体层113上形成热氧化层114。热氧化层114是通过对半导体层113的表面进行热氧化来形成的。例如，热氧化层114由SiO2制成。在图15中，未示出热氧化层114。
SOI衬底110中的牺牲层112隔离支撑衬底111和半导体层113，并在支撑衬底111和半导体层113之间提供距离。半导体层113包括活动部分120、固定部分130和周边部分140。
活动部分120、固定部分130和周边部分140由穿透半导体层113的开口部分115界定。活动部分120和固定部分130构成用于探测诸如加速度的动力学量的感测部分。
活动部分120包括锚部分121、转轴部分122、活动电极123和梁部分124。
锚部分121保持转轴部分122，使得转轴部分122从支撑衬底111浮置起来。锚部分121呈块状，设置在牺牲层112的两个部分上。
转轴部分122充当转轴，在为半导体器件施加加速度时，相对于每个锚部分121传送活动电极123。转轴部分122包括多个蚀刻孔122a。在去除转轴部分122和支撑衬底111之间的牺牲层112时，蚀刻孔122a被用作蚀刻剂的引入孔。
活动电极123沿着垂直于纵向侧面的方向从转轴部分122的纵向侧面突出并布置成梳状。活动电极123以规则的间隔进行布置，且活动电极123具有相同宽度和相同长度。
梁部分124连接锚部分121和转轴部分122。每个梁部分124都具有矩形框架形状，其中两个平行梁在两端连接，并具有弹簧功能，在垂直于两个梁纵向的方向上发生位移。通过梁部分124，转轴部分122与锚部分121一体地连接。如图15所示，两个梁部分124连接相应的锚部分121和转轴部分122。
部分地去除梁部分124、转轴部分122和活动电极123下方的牺牲层112，梁部分124、转轴部分122和活动电极123从距离支撑衬底111的预定距离处浮置。预定距离是形成梁部分124、转轴部分122和活动电极123的半导体层113和支撑衬底111之间的距离，对应于牺牲层112的厚度。
于是，如图16所示，梁部分124下方的牺牲层112被去除，梁部分124从距离支撑衬底111的预定距离处浮置。尽管图16中仅示出了活动部分120中的梁部分124，转轴部分122和可动电极123也从距离支撑衬底111的预定距离处浮置。
固定部分130设置成与转轴部分122的纵向侧面相对。于是，在转轴部分122的相对侧面上设置了两个固定部分130。在图15中，示出了两个固定电极130之一的整个部分和另一个的一部分。每个固定部分130包括线路部分131和固定电极132。
线路部分131充当将固定电极132与外部部分电耦合的线路。
固定电极132在垂直于侧面的方向上从线路部分131与转轴部分122相对的侧面突出，并布置成梳状。固定电极132以规则的间隔进行布置，固定电极132具有相同宽度和相同长度。
固定电极132分别布置成与活动电极123相对，在固定电极132和对应的活动电极123之间形成电容器。换言之，配置活动部分120和固定部分130以基于活动电极123和固定电极132之间形成的电容探测动力学量。于是，当在支撑衬底111的平面方向和转轴部分122的纵向上为加速度传感器施加加速度时，加速度传感器能够基于电容器的电容变化探测加速度。
线路部分131形成于牺牲层112上并通过牺牲层112被固定到支撑衬底111。去除固定电极132和支撑衬底111之间的牺牲层112，固定电极132从支撑衬底111浮置起来。
周边部分140被设置成围绕活动部分120和固定部分130。在图15中所示的范例中，周边部分140形成活动部分120和固定部分130周围的电路。
在两个锚部分121之一上设置活动部分焊盘125。在固定部分130的线路部分131上设置固定部分焊盘133。在周边部分140上设置周边部分焊盘141。
焊盘125、133、141中的每一个都通过热氧化层114中设置的接触孔114a与形成锚部分121、线路部分131和周边部分140的半导体层113电耦合。
焊盘125、133、141中的每一个都与结合线(未示出)结合，使得每个部分都与外部部分电耦合。例如，为锚部分121和线路部分131施加预定电势，将周边部分140与地耦合。例如，焊盘125、133、141由铝制成。
在从外部为半导体器件施加加速度时，活动部分120的梁部分124弯曲，转轴部分122沿着相对于固定的固定电极132的纵向运动。因此，活动电极123和固定电极132之间的距离改变，由活动电极123和固定电极132形成的电容器电容改变。通过探测电容的变化，可以探测施加到半导体器件的加速度。
接下来，将参考图17到图20描述根据本实施例的半导体器件的制造方法。首先，将参考图17描述用于去除半导体层113一部分和牺牲层112一部分的激光照射设备150。
如图17所示，激光照射设备150包括激光源驱动器151、激光源152、镜片153、聚光透镜154、工作台155、工作台驱动器156和控制器157。
激光源驱动器151是在控制器157的指示下控制激光源152产生激光束的驱动器。
激光源152产生激光束。例如，激光源152是振荡波长为1043nm，振荡频率为80kHz，脉冲宽度1ns且最大输出功率4W的纳秒激光器。从穿透支撑衬底111、牺牲层112和半导体层113而不被支撑衬底111和半导体层113吸收的激光束中选择激光束。激光源152的上述技术规格是范例，激光源152可以具有不同规格。
镜片153是将激光源152输出的激光束向工作台155引导的反射板。
聚光透镜154会聚从激光源152输出并被镜片153反射的激光束。聚光透镜154具有焦点154a，其位于SOI衬底110中的支撑衬底中。换言之，激光束穿透半导体层113和牺牲层112并到达支撑衬底111。被聚光透镜154会聚的激光束具有例如5μm的斑直径。
工作台155具有设置表面155a。聚光透镜154距设置表面155a的高度可以改变。换言之，聚光透镜154可以在垂直于工作台155的设置表面155a的方向，即Z方向上运动。因此，激光束的焦点154a的位置可以在Z方向上移动。激光源驱动器151从控制器157接收指令，改变聚光透镜154的位置。
工作台155是可以在平行于工作台155的设置表面155a的X-Y方向上移动的基座。在工作台155的设置表面155a上设置具有晶片形状的SOI衬底110。
工作台驱动器156基于控制器157的指示在X-Y方向上移动工作台155。
控制器157为中央控制器，指示激光驱动控制器151和工作台驱动器156，使得激光源152输出脉冲激光束L，并且移动工作台155。控制器157根据事先准备的程序执行指令。
控制器157指示激光源驱动器151，从而在支撑衬底111中定位激光束的焦点154a。然后，控制器157指示激光源驱动器151和工作台驱动器156以在SOI衬底110中的支撑衬底111的平面方向上移动工作台155，从而将激光束的焦点154a定位在期望位置并在期望位置用激光束照射SOI衬底110。在利用脉冲激光束照射预定范围中的区域时，控制器157指示激光源驱动器151和工作台驱动器156，从而与利用脉冲激光束照射协调一致地移动工作台155。
如图18所示，SOI衬底110包括芯片形成区域(RC)。芯片形成区域包括多个芯片段116。例如，每个芯片段116都是2mm的正方形，这个尺寸对应于半导体器件的尺寸。通过执行图19A到图19D所示的过程，在SOI衬底110中形成多个半导体器件。
首先，制备SOI衬底110，其中，牺牲层112设置于支撑衬底111和半导体层113之间。SOI衬底110是6英寸晶片。
在图19A所示的过程中，在图17所示的激光照射设备150中的工作台155的设置表面155a上设置SOI衬底110。然后，在将激光束的焦点154a定位在位于牺牲段117中的支撑衬底111的一部分中的状态下，利用激光束照射SOI衬底110。
如图20所示，芯片段116包括牺牲段117，利用虚线围绕的阴影表示。在半导体层113中，牺牲段117包括形成开口部分115的部分、形成梁部分124，转轴部分122和活动电极123的部分、以及形成固定电极132的部分。
于是，激光束设备150将激光束的焦点154a设置在支撑衬底111中与牺牲层112相邻并位于牺牲段117中的部分中，通过牺牲层112从半导体层113的侧面用激光束照射支撑衬底111。因此，从激光束的焦点154a向激光束的入射侧传递热应力，在位于牺牲段117中的牺牲层112的一部分中产生微观裂缝。稍后将会描述微观裂缝的产生机制。
此外，通过在半导体层113的厚度方向(Z方向)上移动激光束的焦点154a，在半导体层113中的开口部分115的形成规划区域中产生微观裂缝。可以将半导体层113和牺牲层112中形成微观裂缝的次序反过来。
可以如下设置聚光透镜154的焦点154a的焦点位置，亦即，激光束焦点154a相对于支撑衬底111的位置。首先，在工作台155的设置表面155a上设置SOI衬底110。然后，移动工作台155，从而利用激光束照射SOI衬底110中围绕芯片段116的外周边部分。之后，利用激光束照射SOI衬底110，通过利用激光源驱动器151调节聚光透镜154的位置来设置支撑衬底111中聚光透镜154的焦点位置。
在用激光束照射支撑衬底111上与牺牲段117对应的区域时，从激光束的焦点154a向激光束的入射侧传递热应力。于是，在支撑衬底111上方的牺牲层112中产生微观裂缝。微观裂缝是在牺牲层112中产生的裂缝，表示牺牲层112受到热应力损伤的状态。换言之，其中产生微观裂缝的半导体层113的一部分和牺牲层112的一部分构成包括很多裂缝的重组层118。
在位于牺牲段117中的支撑衬底111的部分中，在一个方向上以预定间隔利用激光束扫描支撑衬底111与牺牲层112接触的表面。因此，在位于牺牲段117中的牺牲层112的部分中形成微观裂缝的多条线。所述预定间隔是激光束的一条扫描线和激光束的相邻扫描线之间的间隔。
由于图19A示出了SOI衬底110中产生微观裂缝的一部分的截面图，所以将半导体层113中开口部分115的形成规划区域和牺牲段117中的牺牲层112图示为重组层118。不过，因为是以预定间隔扫描激光束的，在其他截面中，在牺牲段117中的牺牲层112中有未形成重组层118的部分。
可以利用激光束照射牺牲段117的角落部分，因为重组层118是从角落部分开始蚀刻的。在牺牲段117中，也可以利用激光束照射周边部分140和固定部分130之间的窄部分以及周边部分140和活动部分120之间的窄部分，从而可以肯定地去除周边部分140和固定部分130之间的牺牲层112和周边部分140与活动部分120之间的牺牲层112。
控制器157指示工作台驱动器156移动工作台155，从而利用激光束照射支撑衬底111中位于图18所示芯片形成区域中每个芯片段116中的牺牲段117中的部分。
当在牺牲段117中的牺牲层112以及半导体层113中的开口部分115的形成规划区域中形成重组层118之后，将SOI衬底110拿到清洁室。在清洁室中执行以下过程。
在图19B中所示的过程中，在氧气气氛中对SOI衬底110进行热氧化，从而在单晶硅制成的半导体层113上形成厚度为几μm的热氧化层114。热氧化层114由SiO2制成。
然后，在热氧化层114上形成抗蚀剂层(未示出)。利用光刻构图来处理抗蚀剂层，从而在抗蚀剂层中与活动部分焊盘125、固定部分焊盘133和周边部分焊盘141的接触孔114a对应的部分形成开口。
使用抗蚀剂层作为掩模，利用湿法蚀刻处理热氧化层114。因此，在热氧化层114中形成接触孔114a，通过接触孔114a暴露了半导体层113。之后，去除抗蚀剂层。
在图19C所示的过程中，在通过接触孔114a暴露的半导体层113和热氧化层114上，例如通过PVD方法形成由铝制成的金属层(未示出)。此外，在金属层上形成光掩模，使用光掩模，利用湿法蚀刻处理金属层，从而构图形成金属层。由金属层形成活动部分焊盘125、固定部分焊盘133和周边部分焊盘141。然后去除光掩模。
在图19D中所示的过程中，在半导体层113中设置开口部分115，从支撑衬底111释放梁部分124、转轴部分122、活动电极123和固定电极132。于是，首先，在热氧化层114上形成抗蚀剂层160，利用构图处理每个焊盘125、133、141和抗蚀剂层160，从而使抗蚀剂层160与开口部分115对应的部分形成开口。因此，在与开口部分115对应的部分，从抗蚀剂层160暴露出热氧化层114。通过干法蚀刻去除从抗蚀剂层160暴露的热氧化层114，利用改变蚀刻气体从热氧化层114暴露重组层118。
之后，执行用于去除重组层118的蚀刻过程，其中形成微观裂缝。从抗蚀剂层160和热氧化层114的开口部分引入蚀刻剂，通过干法蚀刻去除半导体层113中开口部分115的形成规划区域。因此，在半导体层113中形成开口部分115。
然后，通过半导体层113中形成的开口部分115向SOI衬底110中引入蚀刻剂，通过蚀刻去除其中形成了微观裂缝的牺牲段117中的牺牲层112。因此，梁部分124、转轴部分122、活动电极123和固定电极132从支撑衬底111浮置。之后，去除抗蚀剂层160。
在如上所述执行蚀刻过程时，在重组层118中形成微观裂缝，半导体层113的一部分和牺牲层112的一部分断裂。于是，开始蚀刻重组层118的诱导时间短，在开始向重组层118引入蚀刻剂之后立即开始蚀刻。这是因为蚀刻剂容易渗透到重组层118中，受到蚀刻剂作用的重组层118内部的表面面积增大，与重组层118接触的蚀刻剂量增大。于是，相对于半导体层113和牺牲层112中没有微观裂缝的部分，有选择地蚀刻了重组层118。
因为在一个方向上以预定间隔用激光束照射支撑衬底111位于牺牲段117中的部分，所以在沿着牺牲层112的平面方向的一个方向上形成微观裂缝的多条线。于是，在牺牲层112位于牺牲段117中的部分中，存在没有微观裂缝的部分。不过，因为重组层118蚀刻得很快，所以向距开口部分115最远距离且没有微观裂缝的牺牲层112的部分迅速提供蚀刻剂。在这种情况下，在牺牲层112中，蚀刻从微观裂缝线开始沿着垂直于线延伸方向的方向进行。于是，在牺牲段117的整个区域中蚀刻均匀地进行。于是，改善了由于微观裂缝导致的蚀刻面积效应。换言之，可以减少激光束的扫描次数，并提高半导体器件的生产率。
与牺牲层112中未形成重组层118的情况相比，可以减少去除牺牲段117中牺牲层112所需的时间。换言之，与牺牲层112中未形成重组层118的情况相比，可以减少半导体层113、热氧化层114和焊盘125，133，141暴露于蚀刻剂的时间。因此，可以限制焊盘125，133，141的表面粗糙度，精细结构主体，例如梁部分124，不会变形。此外，在所有芯片段116间，去除芯片段116的每个中牺牲段117中的牺牲层112所需的时间是均匀的，限制了过度蚀刻的量。
如上所述，可以在SOI衬底110中形成多个半导体器件。之后，将SOI衬底110切割成每个芯片段116，由此完成图15中所示的半导体器件。
接下来，将参考图21A到图21J描述在牺牲层112中形成微观裂缝的机制，形成微观裂缝的方式是将激光束的焦点154a设置到位于牺牲段117中的支撑衬底111的部分并通过牺牲层112从半导体层113的侧面用激光束照射支撑衬底111。
已知1064nm波长的光相对于硅的吸收率随着温度升高而增大。在利用激光束照射硅时，由于激光束焦点154a处产生的热引起硅蒸发而导致应力(脉冲波)，并传导热。那么，由于热的缘故，焦点154a上方(即激光束入射侧上)的硅中激光束的吸收率增大，最高温度位置向着激光束入射侧移动。接下来，因为温度分布导致的热变形以及首先产生的应力，从焦点154a开始向着激光束入射侧生长裂缝。在由于断裂应力导致应力减小时，裂缝的生长停止，形成高密度位错区域。高密度位错区域是形成微观裂缝的区域。
通过将上述机制应用于本实施例，认为通过图21A到图21J所示的过程形成了微观裂缝。
首先，如图21A所示，制备SOI衬底110，其包括支撑衬底111、牺牲层112和半导体层113。然后，如图21B所示，在将激光束L的焦点154a定位在支撑衬底111中的状态下，利用激光束L从半导体层113的侧面照射SOI衬底110。在照射开始一飞秒之后，如图21C所示，在激光束的焦点154a处，激光束L的能量被支撑衬底111吸收。
在开始照射亚皮秒之后，如图21D所示，支撑衬底111的温度升高，支撑衬底111在激光束L的焦点154a处膨胀。照射几个皮秒之后，如图21E所示，热变形脉冲波从焦点154a开始传输。
在照射开始几纳秒之后，如图21F所示，温度吸收点的位置朝向激光束入射侧升高。此时，在支撑衬底111中形成孔隙111a。然后，如图21G所示，热变形脉冲波到达SiO2制成的牺牲层112，温度吸收点到达牺牲层112。此时，从利用激光束L照射开始已过去10纳秒。
在照射开始过去100纳秒之后，如图21I所示，温度吸收点的升高停止，热应力导致的变形扩大。在停止用激光束L照射时，如图21J所示，由于热应力在牺牲层112中形成微观裂缝112a。于是，其中形成微观裂缝112a的牺牲层112区域构成重组层118。
如上所述，可能在牺牲段117中形成微观裂缝112a。还是在半导体层113中形成微观裂缝112a时，可以利用从激光束的焦点154a向激光束入射侧传递的热应力。
为了验证形成微观裂缝112a的上述机制，可以如发明人论证那样进行样品的观测。样品是SOI衬底110，包括支撑衬底111、设置于支撑衬底111上的牺牲层112、以及设置于牺牲层112上的半导体层113。利用扫描电子显微镜(SEM)执行观测。
如图22B所示，半导体层113厚度为22.0μm，牺牲层112厚度为3.0μm。在图22B中，左边是蚀刻前的截面，右边是蚀刻后的截面。
在如下条件下用激光束照射SOI衬底110：扫描速度为300mm/sec，激光束焦点154a距半导体层113表面的设置深度为28μm。沿着图22A中的线XXIIB-XXIIB用激光束照射SOI衬底110。
在以下条件下用ICP蚀刻设备蚀刻半导体层113，功率为600W，气体为SF6/C4F5/120/130mI/mm，时间为5/7sec，压力为2Pa，速率为2μm/min x11mm，蚀刻深度为22μm。在以下条件下蚀刻牺牲层112：HF/NH4F＝1/6(RT)x15min，距牺牲层表面(与半导体层113的接触表面)的蚀刻深度为2.0μm。
首先，观察牺牲层112中形成的微观裂缝112a。利用激光束照射样品，利用ICP蚀刻设备蚀刻作为有源层的半导体层113。在这个阶段中，仅蚀刻半导体层113，不蚀刻牺牲层112。
在图23A和图23D所示的样品中，蚀刻半导体层113的一部分，使得牺牲层112的一部分从半导体层113暴露，从半导体层113上方观察牺牲层112的暴露表面。在图23A和图23D中，以200倍的放大率观察样品。如图23A和图23D所示，存在激光束的照射线的线性痕迹，在垂直于照射线延伸方向的方向上形成微观裂缝112a。
在图23B、图23C、图23E和图23F中，从样品的侧面观察牺牲层112的暴露表面。在图23B和图23E中，以200倍的放大率观察样品，确认从半导体层113暴露的牺牲层112的一部分浮置。此外，在图23C和图23F中，以1000倍的放大率观察样品，清楚地确认牺牲层112的一部分浮置。
在图24A和图24B中，以30度的视场，在牺牲层112从半导体层113暴露的地方观察样品，以3000倍的放大率观察样品。如图24A和图23B所示，通过一个脉冲激光束形成在垂直方向上布置的多个圆位错缺陷。位错缺陷的尺度大约为5μm。
接下来，利用HF基将牺牲层112蚀刻到距牺牲层112的表面2μm的深度，观察牺牲层112的表面。图25A和图25C是示出了蚀刻前牺牲层112表面的图，图25B和图25D是示出了蚀刻后牺牲层112表面的图。在图25A到图25D中，以200倍的放大率观察样品。
如图25B和图25D所示，在蚀刻牺牲层112之后，蚀刻从激光束照射线的迹线开始沿着垂直于照射线延伸方向的方向继续进行。蚀刻的进行量大约是垂直方向一侧的40μm。换言之，蚀刻以激光束照射线的迹线为中心行进80μm。在图25B和图25D中的被蚀刻区域中，去除牺牲层112，支撑衬底111的表面从牺牲层112暴露。
在如下条件下用激光束照射另一样品：激光功率为0.3W，激光束的焦点154a设置到28μm的深度。在这种情况下，未清晰地观察到激光束的照射线迹线。此外，在蚀刻样品中的牺牲层112时，未观察到蚀刻以激光束照射线迹线为中心的行进。于是，在激光功率低时，在牺牲层112中不太可能形成微观裂缝112a，不能预期蚀刻会以激光束照射线为中心继续进行。于是，必须选择能够在牺牲层112中形成微观裂缝112a的激光功率。
在图26A到图26D所示的范例中，在将激光束的焦点154a不仅设置到支撑衬底111而且设置到半导体层113的状态下，利用激光束照射样品。在图26A和图26C中，以200倍的放大率观察样品，在图26B和图26D中以1000倍的放大率观察样品。
在激光束的焦点154a被设置到半导体层113的与牺牲层112相邻一部分的状态下，沿着X方向从半导体层113上方，利用激光束照射样品。另外，在激光束的焦点154a被设置到支撑衬底111的与牺牲层112相邻一部分的状态下，沿着Y方向从半导体层113上方，利用激光束照射样品。X方向和Y方向是平行于支撑衬底111的与牺牲层112接触的表面并彼此垂直的方向。
在将激光束的焦点154a设置到半导体层113和支撑衬底111的同时利用激光束照射样品之后，蚀刻牺牲层112。如图26A和图26C所示，在蚀刻沿X方向的行进和蚀刻沿Y方向的行进之间存在差异。具体而言，如图26B和图26D所示，由于激光束焦点154a深度的差异，蚀刻在X方向上的行进是蚀刻在Y方向上行进的大约5倍。在图26B和图26D中，示出了支撑衬底111中形成的点状孔隙。
如在形成微观裂缝112a的机制中所述，在将激光束的焦点154a设置到支撑衬底111时，热应力从焦点154a向牺牲层112传递。另一方面，在将激光束的焦点154a设置到半导体层113并从半导体层113上方照射SOI衬底110时，热应力导致的位于入射侧的半导体层113的损伤大，热应力导致的牺牲层112损伤小。
在蚀刻样品的牺牲层112之后，利用SEM观察图27A中所示样品的截面。在截面观察中，蚀刻位于样品左部的半导体层113一部分和牺牲层112一部分。
截面观察中使用的样品的支撑衬底111、牺牲层112和半导体层113厚度与图22A和图22B中所示的样品厚度相同。在如下条件下用激光束扫描样品：激光功率为0.4W，激光束焦点154a被设置到距半导体层113表面28μm的深度，扫描速度为300mm/sec。
图27B示出了样品蚀刻部分和未蚀刻部分之间边界部分SEM照片的截面图，是在1000倍放大率下观察的。图27C示出了图27B所示SEM照片的例示性视图。如图27B和图27C所示，在支撑衬底111中，从激光束的焦点154a到与牺牲层112的接触表面形成厚度为9μm的重组层。此外，可以确认由于用激光束形成的微观裂缝112a，蚀刻推进了36μm。
在图28A和图28C中，以4000倍的放大率观察样品。如图28A和图28C所示，孔隙111a之间的距离，即激光束的照射间隔，为3.8μm。在支撑衬底111和牺牲层112之间，清晰地看到牺牲层112的蚀刻迹线。
此外，如图28A和图28C中的虚线所示，支撑衬底111和牺牲层112的损伤从孔隙111a开始前进。如图24A和图24B所示，在从上方观察时，损伤具有圆形形状。换言之，由于激光束热应力导致的损伤从孔隙111a开始推进成漏斗形。
在图28B和图28D中，以10000倍的放大率观察样品。在牺牲层112中观察到多条线。这些线是牺牲层112断裂处的微观裂缝112a。
在图29A和图29C中，以5000倍的放大率观察样品。支撑衬底111和半导体层113之间牺牲层112中的黑色细线是微观裂缝112a。在图29B和图29D中，以15000倍放大率观察样品，可以确认支撑衬底111和牺牲层112之间的界面是浮置的。可能导致界面的浮置是因为在来自激光束焦点154a的热应力向牺牲层112传递时，界面被损伤。
如上所述，在将激光束的焦点154a设置到半导体层113和支撑衬底111之一的状态下，利用激光束照射SOI衬底110并随后蚀刻牺牲层112时，发现在将激光束的焦点154a设置到支撑衬底111时，牺牲层112的损伤大。此外，在蚀刻进行中，激光束焦点154a深度的差异清晰地呈现出5倍的差异。于是，如图30A和图30B所示，通过以点阵方式用激光束扫描SOI衬底110，可以利用以激光束照射线为中心进行蚀刻来蚀刻牺牲层112。
在图30A和图30B中，以200倍的放大率从半导体层113上方观察牺牲层112的表面。在利用激光束沿X方向扫描SOI衬底110时，牺牲层112的蚀刻沿Y方向进行，牺牲层112的蚀刻沿X方向进行。换言之，可以从周围开始蚀刻激光束照射线，即微观裂缝112a的线围绕的牺牲层112的一部分。于是，图30A和图30B所示的牺牲层112的正方形岛的尺寸减小。
因为可以通过在两个方向，即X方向和Y方向扫描SOI衬底来改善蚀刻的面积效应，所以可以有效率地蚀刻牺牲层112并减少蚀刻时间。于是，在图19A所示的激光束照射过程中，当在将激光束焦点154a设置到支撑衬底111的状态下用激光束照射SOI衬底110的情况下，可以沿着平行于支撑衬底111的与牺牲层112接触的表面的两个方向以规则间隔用激光束照射SOI衬底110。
即使在以规则间隔沿一个方向用激光束扫描SOI衬底110的情况下，也可以预计会有蚀刻的进行。不过，在这种情况下，蚀刻的区域仅在垂直于一个方向的方向上进行。于是，优选以规则间隔在两个方向上用激光束扫描SOI衬底110。扫描方向不限于彼此垂直的两个方向，可以是沿着支撑衬底111平面的任何两个不同方向。在沿两个不同方向执行激光束的照射的情况下，蚀刻沿着垂直于两个方向的方向进行，可以改善蚀刻的面积效应。
为了评估由于施加到支撑衬底111和牺牲层112的热应力导致的截面应力，对包括支撑衬底111、牺牲层112和半导体层113的样品进行拉曼光谱分析。图31A到图31F示出了拉曼光谱分析的结果。
在图31C和图31F中，水平轴表示支撑衬底111表面的平面方向上的距离，垂直轴表示样品厚度方向上的距离。在图31C和图31F中，牺牲层112位于Y＝0μm到3μm的位置，发现应力，即脉冲波从激光束的焦点154向牺牲层112传递。拉曼光谱分析还指出，由于激光束照射导致的热应力造成的牺牲层112损伤大。在图31C和图31F中，填充的正方形表示数据误差。
如上所述，可以从图21A到图31F解释在激光束焦点154a定位在支撑衬底111中的状态下，通过用激光束扫描SOI衬底110而在牺牲层112中形成微观裂缝112a的机制。于是，在激光束照射过程中，将焦点154a设置到位于牺牲段117的支撑衬底111的部分，利用激光束通过牺牲层112从半导体层113上方照射支撑衬底111，热应力从激光束的焦点154a向激光束入射侧传递，在牺牲层112位于牺牲段117中的部分中形成微观裂缝112a。然后，从半导体层113的开口部分115引入蚀刻剂，通过蚀刻去除其中形成了微观裂缝112a的牺牲层112。因此，诸如梁部分124的部件从支撑衬底111浮置起来。
因为微观裂缝112a是通过热应力的传递人为破坏牺牲段117中的牺牲层112并使牺牲层112断裂而形成的，所以与激光束焦点154a被设置到牺牲层112的情况相比，可以更有效率地重组牺牲层112。于是，蚀刻剂更容易渗透到牺牲层112的深处，可以提高牺牲层112的蚀刻速率。
此外，通过在两个方向上用激光束扫描SOI衬底110，可以改善利用蚀刻推进实现的蚀刻面积效应。于是，通过减少扫描次数并减少蚀刻时间，可以进一步提高半导体器件的生产率。因为通过减少蚀刻时间而减少了诸如梁部分124的结构体受到蚀刻剂作用的时间，所以可以限制蚀刻剂对结构体的损伤。
在本实施例中，SOI衬底110是衬底的范例，支撑衬底111是第一层的范例，半导体层113是第二层的范例，梁部分124、转轴部分122和活动电极123是结构体的范例。
(其他实施例)
上述实施例中描述的半导体器件配置是范例，本公开的制造方法也可用于其他半导体器件。
例如，尽管第二实施例中支撑衬底111和半导体层113的每个都由单层构成，但支撑衬底111和半导体层113的每个也可以由多层构成。牺牲层112也可以由多层构成。可以将第二实施例的制造方法应用于通过去除SOI衬底110中牺牲层112的一部分而使半导体层113的一部分从支撑衬底111浮置的任何半导体器件。
尽管图20中的牺牲段117包括固定电极132，但至少活动部分120中的梁部分124、转轴部分122和活动电极123需要从支撑衬底111浮置。任选地，可以根据要制造的半导体器件的结构配置牺牲段117。
在上述实施例中，用激光束以规则间隔照射SOI衬底110。不过，可以任选地设置扫描的间隔。
在上述实施例中，在半导体层113中的开口部分115的形成规划区域中形成微观裂缝112a。不过，也可以通过蚀刻形成开口部分115而不形成微观裂缝112a。
图17中所示的激光照射设备150可以包括改变聚光透镜154相对于SOI衬底110的方向的装置。在可以改变聚光透镜154的方向时，从聚光透镜154输出的激光束能够沿着不垂直于SOI衬底110表面的方向进入SOI衬底110。换言之，可以进行高速光束扫描。因此，不仅可以通过由工作台移动SOI衬底110，而且可以通过改变聚光透镜的方向，来改变激光束的照射方向。因此，可以利用激光束更快地扫描SOI衬底110，可以减少激光照射过程所需的时间。

Claims (14)

1.一种半导体器件的制造方法，包括：
制备包括单晶硅的衬底（10）；
形成在所述衬底（10）中连续延伸的重组层（11，11b），形成所述重组层（11，11b）包括在所述衬底（10）中移动脉冲激光束（L）的焦点的同时用所述脉冲激光束（L）照射所述衬底（10）而使所述单晶硅的一部分多晶化；以及
通过湿法蚀刻去除所述重组层（11，11b），
其中所述半导体器件包括具有膜片（35）的传感器，
其中形成所述重组层（11，11b）以及去除所述重组层（11，11b）被用5于在所述衬底（10）中形成所述膜片（35），
其中形成所述重组层（11，11b）包括沿着所述膜片（35）和去除区域（34）之间的界面来形成所述重组层（11，11b），并且
其中去除所述重组层（11，11b）包括通过湿法蚀刻去除所述重组层（11，11b）来挖空所述去除区域（34），由此使所述膜片（35）暴露于外部。
2.根据权利要求1所述的制造方法，
其中所述脉冲激光束（L）的波长在1000nm到1100nm的范围之内。
3.根据权利要求1所述的制造方法，
其中所述脉冲激光束（L）的平均脉冲能量大于2.5μJ。
4.根据权利要求3所述的制造方法，
其中所述脉冲激光束（L）的平均脉冲能量为15μJ或更小。
5.根据权利要求4所述的制造方法，
其中所述脉冲激光束（L）的平均脉冲能量在6.25μJ到12.5μJ的范围之内。
6.根据权利要求1-5中的任一项所述的制造方法，
其中形成所述重组层（11）包括以5μm或更小的平面间距（PL）在平行于所述衬底（10）的平面方向的方向上移动所述激光束（L）的焦点。
7.根据权利要求6所述的制造方法，
其中所述平面间距（PL）在2μm到4μm的范围之内。
8.根据权利要求1-5中的任一项所述的制造方法，
其中形成所述重组层（11）包括以27μm或更小的垂直间距（PD）在垂直于所述衬底（10）的平面方向的方向上移动所述激光束（L）的焦点。
9.根据权利要求8所述的制造方法，
其中所述垂直间距（PD）在10μm到25μm的范围之内。
10.根据权利要求1所述的制造方法，
其中所述膜片（35）在所述衬底（10）的平面方向上具有600μm或更小的宽度（WD）。
11.根据权利要求10所述的制造方法，
其中所述膜片（35）具有350μm或更小的宽度（WD）。
12.根据权利要求1所述的制造方法，
其中沿着平行于所述衬底（10）的平面方向的方向在距离要形成的所述膜片（35）预定距离处形成所述重组层（11），并且
其中所述预定距离在10μm到30μm的范围之内。
13.根据权利要求1-5中的任一项所述的制造方法，
其中所述衬底（10）为单晶硅衬底。
14.根据权利要求1-5中的任一项所述的制造方法，
其中所述衬底是氧化硅层掩埋在单晶硅中的绝缘体上硅衬底。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5693074B2 (ja) * 2010-07-26 2015-04-01 浜松ホトニクス株式会社 レーザ加工方法
US9108269B2 (en) * 2010-07-26 2015-08-18 Hamamatsu Photonics K. K. Method for manufacturing light-absorbing substrate and method for manufacturing mold for making same
WO2014059080A1 (en) * 2012-10-12 2014-04-17 Texas State University-San Marcos A vertically movable gate field effect transistor (vmgfet) on a silicon-on-insulator (soi) wafer and method of forming a vmgfet
CN105502277A (zh) * 2014-09-24 2016-04-20 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 一种mems麦克风及其制作方法和电子装置
US10431684B2 (en) * 2016-04-22 2019-10-01 Texas Instruments Incorporated Method for improving transistor performance
DE102017108136B4 (de) * 2017-04-13 2019-03-14 X-Fab Semiconductor Foundries Ag Geometrisch geformte Bauelemente in einer Anordnung für einen Überführungsdruck (Transfer Print) und zugehörige Verfahren
WO2018210484A1 (de) * 2017-05-15 2018-11-22 Lpkf Laser & Electronics Ag Verfahren zur bearbeitung, insbesondere zum trennen eines substrates mittels laserinduziertem tiefenätzen
CN107442942B (zh) * 2017-07-16 2019-02-26 北京工业大学 激光划线扫描材料制备点阵式表面织构的方法
CN112512959A (zh) 2018-08-09 2021-03-16 Lpkf激光电子股份公司 用于制造微结构的方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4325182A (en) * 1980-08-25 1982-04-20 General Electric Company Fast isolation diffusion
US5024724A (en) * 1987-03-27 1991-06-18 Sanyo Electric Co., Ltd. Dry-etching method
US5369544A (en) * 1993-04-05 1994-11-29 Ford Motor Company Silicon-on-insulator capacitive surface micromachined absolute pressure sensor
US6211056B1 (en) * 1996-06-04 2001-04-03 Intersil Corporation Integrated circuit air bridge structures and methods of fabricating same
CN101522362A (zh) * 2006-10-04 2009-09-02 浜松光子学株式会社 激光加工方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3506009B2 (ja) 1998-07-09 2004-03-15 株式会社デンソー シリコンウエハのエッチング方法
EP0979992B1 (de) * 1998-08-11 2003-10-08 Infineon Technologies AG Verfahren zur Herstellung eines Mikromechanischen Sensors
EP1207378B1 (en) * 1999-08-20 2007-08-08 Hitachi, Ltd. Semiconductor pressure sensor and pressure sensing device
JP2001099734A (ja) 1999-09-30 2001-04-13 Hitachi Ltd 半導体容量式圧力センサ
US6494433B2 (en) 2000-06-06 2002-12-17 The Regents Of The University Of Michigan Thermally activated polymer device
JP4659300B2 (ja) 2000-09-13 2011-03-30 浜松ホトニクス株式会社 レーザ加工方法及び半導体チップの製造方法
JP3408805B2 (ja) 2000-09-13 2003-05-19 浜松ホトニクス株式会社 切断起点領域形成方法及び加工対象物切断方法
JP2002319684A (ja) 2001-02-15 2002-10-31 Denso Corp 半導体装置の製造方法
JP2004160618A (ja) 2002-11-15 2004-06-10 Seiko Epson Corp マイクロマシン及びマイクロマシンの製造方法
DE10333960A1 (de) * 2003-07-25 2005-02-10 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zur kapazitiven Druckmessung sowie Vefahren zur Herstellung einer kapazitiven Druckmessvorrichtung
US7008861B2 (en) 2003-12-11 2006-03-07 Cree, Inc. Semiconductor substrate assemblies and methods for preparing and dicing the same
DE102005060855A1 (de) * 2005-12-20 2007-06-28 Robert Bosch Gmbh Mikromechanischer kapazitiver Druckwandler und Herstellungsverfahren
JP2008264902A (ja) 2007-04-17 2008-11-06 Toyota Motor Corp シリコン構造体とシリコン構造体の製造方法
JP2009111147A (ja) 2007-10-30 2009-05-21 Denso Corp 半導体チップ及びその製造方法
JP2009176926A (ja) 2008-01-24 2009-08-06 Fujikura Ltd 貫通配線基板及びその製造方法
JP5136431B2 (ja) 2009-01-15 2013-02-06 株式会社デンソー 半導体装置の製造方法
JP4915440B2 (ja) 2009-08-07 2012-04-11 株式会社デンソー 半導体装置の製造方法
JP2011040942A (ja) 2009-08-10 2011-02-24 Yazaki Corp 負荷駆動制御装置及び負荷駆動制御方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4325182A (en) * 1980-08-25 1982-04-20 General Electric Company Fast isolation diffusion
US5024724A (en) * 1987-03-27 1991-06-18 Sanyo Electric Co., Ltd. Dry-etching method
US5369544A (en) * 1993-04-05 1994-11-29 Ford Motor Company Silicon-on-insulator capacitive surface micromachined absolute pressure sensor
US6211056B1 (en) * 1996-06-04 2001-04-03 Intersil Corporation Integrated circuit air bridge structures and methods of fabricating same
CN101522362A (zh) * 2006-10-04 2009-09-02 浜松光子学株式会社 激光加工方法

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