DE102011085353A1

DE102011085353A1 - Herstellungsverfahren für halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE102011085353A1
Application number: DE102011085353A
Authority: DE
Inventors: Atsushi Taya; Katsuhiko Kanamori; Masashi Totokawa
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-10-29
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2012-05-03
Also published as: US8703517B2; CN102468153B; CN102468153A; US20120107994A1

Abstract

Bei einem Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung wird ein Substrat (10), welches einkristallines Silizium enthält, bereitgestellt, eine umgeformte oder umgestaltete Schicht oder Reformschicht (11), welche sich durchgängig erstreckt, wird in dem Substrat (10) ausgebildet und die Reformschicht (11) wird durch Ätzen entfernt. Die Ausbildung der Reformschicht (11) enthält das Polykristallisieren eines Abschnitts des einkristallinen Siliziums durch Bestrahlen des Substrats (10) mit einem gepulsten Laserstrahl (L), während ein Brennpunkt des Laserstrahls (L) in dem Substrat (10) bewegt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung mit einem Ätzschritt.
Einige Herstellungsverfahren für Halbleitervorrichtungen benötigen das Ätzen eines kompliziert geformten zu entfernenden Bereichs oder eines tiefen und großen zu entfernenden Bereichs, wie beispielsweise in der JP 2008-264902 A (nachfolgend als Patentdokument 1 bezeichnet), der JP 2000-31501 A (nachfolgend als Patentdokument 2 bezeichnet) und der JP 2010-164394 A (nachfolgend als Patentdokument 3 bezeichnet) beschrieben.
Patentdokument 1 beschreibt ein Herstellungsverfahren für eine Siliziumstruktur, mit der beispielsweise ein Beschleunigungssensor oder ein Winkelgeschwindigkeitssensor hergestellt wird. Das Herstellungsverfahren beinhaltet den Prozess der Ausbildung eines festen Teils und eines beweglichen Teils durch Bearbeitung eines Siliziumsubstrats und macht das Ätzen eines kompliziert geformten zu entfernenden Bereichs notwendig.
Bei dem Herstellungsverfahren der Siliziumstruktur gemäß Patentdokument 1 wird ein SOI-Substrat (silicon-on-insulator), bei dem eine obere Schicht aus einem einkristallinen Silizium, eine mittlere Schicht aus Siliziumoxid und eine Basisschicht aus einkristallinem Silizium aufeinandergestapelt sind, verwendet und benötigt die folgenden beiden Ätzprozesse: Beim ersten Ätzprozess oder Ätzvorgang wird die obere Schicht durch anisotropes Ätzen in einem Bereich entfernt, der den festen Teil und den beweglichen Teil voneinander trennt. Im zweiten Ätzprozess wird die mittlere Schicht durch isotropes Ätzen von dem Bereich entfernt, wo die obere Schicht entfernt worden ist, und die mittlere Schicht in dem Bereich, wo die obere Schicht entfernt worden ist, und die mittlere Schicht in dem Bereich, der den festen Teil und den beweglichen Teil voneinander trennt, werden vollständig entfernt. Insbesondere bei dem ersten Ätzprozess wird das einkristalline Silizium der oberen Schicht bis zu der mittleren Schicht unter Verwendung einer gemusterten Oxidschicht geätzt, welche auf einer Oberfläche des einkristallinen Siliziums in der oberen Schicht als eine Maske ausgebildet ist. Beim zweiten Ätzprozess wird die mittlere Schicht, welche vom ersten Ätzprozess freigelegt worden ist, beispielsweise durch eine HF-Lösung nass geätzt.
Patentdokument 2 betrifft ein Ätzverfahren zur Ausbildung eines dünnwandigen Teils (einer Membran) beispielsweise in einem Halbleiterdrucksensor und das Ätzverfahren benötigt das Ätzen eines tiefen und großen zu entfernenden Bereichs.
Bei dem Ätzverfahren gemäß Patentdokument 2 wird ein Ätzvorgang wie folgt durchgeführt, um die Ätzzeit zu verringern und die Dicke des dünnwandigen Teils gleichförmig zu machen. Ein Ätzen eines bestimmten Bereichs eines Siliziumwafers mit einem PN-Übergang wird von einer Oberfläche des Siliziumwafers her in einem Zustand durchgeführt, wo der Siliziumwafer in eine KOH-Lösung getaucht wird und das Ätzen in der Nähe der PN-Übergangsoberfläche durch Anodisieren des Siliziums gestoppt wird. Wenn das Ätzen durch eine Anodisierung gestoppt wird und ein Stromgradient in dem Siliziumwafer zunimmt, wird eine Flüssigkeit, die eine geringere Temperatur und eine geringere Konzentration als die KOH-Lösung in dem Reaktionsbehälter hat, in den Reaktionsbehälter eingebracht, um die Ätzlösung zu verdünnen und zu kühlen. Durch Verringerung von Temperatur und Konzentration der Ätzlösung, bevor die gesamte durch Ätzen zu bearbeitende Oberfläche in einer Waferoberfläche einen PN-Übergangsabschnitt erreicht, kann eine Dicke der Membran (des dünnwandigen Teils) gleichförmig gemacht werden.
Bei dem Herstellungsverfahren der Siliziumstruktur gemäß Patentdokument 1 wird einkristallines Silizium der oberen Schicht in einer Tiefenrichtung geätzt, um den beweglichen Teil und den festen Teil zu bilden, und dann wird das Siliziumoxid der mittleren Schicht in einer horizontalen Richtung, d. h. einer Richtung entlang einer Substratebene, geätzt. Da jedoch eine Ätzrate von Siliziumoxid in der mittleren Schicht niedrig und eine Ätzrate von einkristallinem Silizium in der oberen Schicht ebenfalls niedrig ist, liegen Grenzen bei der Verbesserung der Ätzraten vor.
Das Ätzverfahren gemäß Patentdokument 2 macht es notwendig, die Gesamtheit eines tiefen und großen zu entfernenden Bereichs durch Ätzen zu entfernen, und es besteht eine Grenze bei der Verringerung der Ätzzeit. Zusätzlich ist der zu entfernende Bereich, der tief und groß ist, aus einkristallinem Silizium und, wie oben bereits dargelegt, ist deshalb die Ätzrate niedrig. Somit sind auch Verbesserungen der Ätzrate begrenzt.
Wie oben beschrieben, wird beim Ätzen eines kompliziert geformten zu entfernenden Bereichs und/oder eines tiefen und großen zu entfernenden Bereichs eine Verbesserung der Ätzrate ein wichtiger Faktor.
Im Zusammenhang mit der Herstellung einer Siliziumstruktur gemäß Patentdokument 1 wurde ein Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung entwickelt, bei der eine Laserbestrahlung erfolgt, um die Ätzrate zu verbessern. Das Herstellungsverfahren enthält einen Reformierungsprozess (Umgestaltungs- oder Umformungsprozess), bei dem das Innere eines einkristallinen Siliziumsubstrats teilweise derart polykristallisiert wird (in eine polykristalline Form umgestaltet wird), dass ein Teil von einer Oberfläche durch Bestrahlen des einkristallinen Siliziumsubstrats mit einem Laserstrahl unter Bewegung des Brennpunkts freigelegt wird, und einen Ätzprozess, bei dem der in dem Reformierungsprozess polykristallin gemachte Abschnitt mittels eines Ätzmittels geätzt wird.
Der durch die Laserbestrahlung polykristallin gemachte Abschnitt gemäß dem obigen Verfahren hat eine erhöhte Eindringrate und ein verbessertes Absorptionsverhältnis des Ätzmittels im Vergleich zu dem anderen Abschnitt des einkristallinen Siliziumsubstrats, welches nicht polykristallin gemacht wurde. Somit kann bei dem obigen Herstellungsverfahren die Ätzrate verbessert werden, wenn die Halbleitervorrichtung unter Verwendung des einkristallinen Siliziumsubstrats hergestellt wird, indem vorab ein Abschnitt des einkristallinen Siliziumsubstrats in dem Reformierungsprozess polykristallin umgeformt wird und dann der polykristalline Abschnitt im Ätzprozess durch das Ätzmittel geätzt oder abgetragen wird. Die soeben beschriebene Entwicklung wurde bereits durch die gleichen Erfinder der vorliegenden Anmeldung zusammen mit einer weiteren Anmelderin angemeldet und ist in Form der JP 2011-040942 A bzw. der US 2011/0034031 A1 veröffentlicht.
Der Ätzprozess mit einer Laserbestrahlung kann nicht nur bei der Herstellung einer kompliziert geformten Halbleitervorrichtung angewendet werden, beispielsweise dem Beschleunigungssensor gemäß Patentdokument 1, sondern auch bei einer Halbleitervorrichtung, bei der ein dünnwandiger Teil (eine Membran) gebildet werden muss, beispielsweise dem Halbleiterdrucksensor gemäß Patentdokument 2. Jedoch ist eine Beziehung zwischen einer Laserbestrahlung und einem hierdurch gebildeten Reformationsabschnitt nicht ganz geklärt. Es ist nicht geklärt, welche Art von Laserbestrahlung eine benötigte reformierte Schicht bilden kann, um somit ein gutes Ätzen zu gewährleisten. Zusätzlich macht das Herstellungsverfahren bei letzterer Halbleitervorrichtung, bei der ein tiefer und großer zu entfernender Bereich geätzt werden muss, eine weitere Verbesserung der Ätzrate im Vergleich zu einem Herstellungsverfahren der ersteren Halbleitervorrichtung notwendig.
Bei dem Verfahren gemäß Patentdokument 3 wird ein SOI-Substrat bereitgestellt, bei dem eine Opferschicht auf einem Trägersubstrat ausgebildet ist und eine Halbleiterschicht auf der Opferschicht ausgebildet ist. Das SOI-Substrat wird mit einem Laserstrahl bestrahlt, wobei auf die Opferschicht in einem Opferabschnitt fokussiert wird. Der Opferabschnitt enthält einen beweglichen Teil und einen festen Teil, definiert durch Öffnungsabschnitte, welche die Halbleiterschicht und die Öffnungsabschnitte durchtreten. Folglich wird die Opferschicht in dem Opferabschnitt polykristallisiert. Dann wird ein Ätzmittel von den Öffnungsabschnitten her eingebracht, die polykristalline Opferschicht wird durch Ätzen entfernt und damit „schwimmt” das bewegliche Teil auf oder gegenüber dem Trägersubstrat.
Bei dem Verfahren gemäß Patentdokument 3 kann, da die Opferschicht direkt durch Fokussieren des Laserstrahls auf die Opferschicht polykristallin gemacht wird, das Ätzmittel problemlos in die polykristalline Opferschicht eindringen und die Ätzrate ist erhöht. Selbst wenn jedoch ein Teil der Opferschicht polykristallisiert ist, ist Zeit für das Ätzmittel notwendig, den am weitesten entfernten Abschnitt der Opferschicht vom Öffnungsabschnitt aus zu erreichen, und die Produktivität ist entsprechend beschränkt. Somit wäre eine weitere Verbesserung der Ätzrate der Opferschicht wünschenswert.
Mit Blick auf die vorangehenden Probleme ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung zu schaffen, bei bzw. mit dem die Ätzrate verbessert ist.
Bei einem Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Substrat bereitgestellt, welches einkristallines Silizium aufweist, in dem Substrat wird eine Reformschicht (umgestaltete oder umgeformte Schicht) ausgebildet, welche sich durchgängig erstreckt, und die reformierte Schicht wird durch Ätzen abgetragen oder entfernt. Die Ausbildung der Reformschicht oder reformierten Schicht umfasst das Polykristallisieren eines Abschnitts des einkristallinen Siliziums durch Bestrahlen des Substrats mit einem gepulsten Laserstrahl, während ein Brennpunkt des Laserstrahls in dem Substrat bewegt wird.
Die durch das Polykristallisieren von einkristallinem Silizium gebildete reformierte Schicht hat eine höhere Eindring- oder Permeationsrate und eine höhere Adsorptionsrate für ein Ätzmittel als der umgebende Abschnitt, der aus einkristallinem Silizium ist. Damit kann das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Ätzrate liefern.
Ein Herstellungsverfahren gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung mit einem Substrat, das eine erste Schicht, eine Opferschicht auf der ersten Schicht und eine zweite Schicht auf der Opferschicht enthält. Die zweite Schicht enthält einen strukturellen Körper, der durch einen Öffnungsabschnitt definiert ist, der die zweite Schicht durchtritt. Das Substrat enthält einen Opferabschnitt, in welchem der Öffnungsabschnitt und der strukturelle Körper liegen. Der strukturelle Körper ist gegenüber der ersten Schicht schwimmend, indem ein Abschnitt der Opferschicht entfernt wird, der in dem Opferabschnitt liegt. Bei dem Herstellungsverfahren wird die erste Schicht mit einem Laserstrahl von oberhalb der zweiten Schicht her durch die Opferschicht in einem Zustand bestrahlt, wo ein Brennpunkt des Laserstrahls auf einen Abschnitt der ersten Schicht in dem Opferabschnitt gesetzt ist und damit eine thermische Belastung von dem Brennpunkt des Laserstrahls in Richtung einer Einfallsseite des Laserstrahls übertragen wird und Mikrorissen in dem Abschnitt der Opferschicht, der in dem Opferabschnitt liegt, durch die thermische Belastung gebildet werden. Der Abschnitt der Opferschicht mit den Mikrorissen wird durch Einbringen eines Ätzmittels vom Öffnungsabschnitt her und durch Ätzen des Abschnitts der Opferschicht entfernt, so dass der strukturelle Körper gegenüber der ersten Schicht schwimmend wird.
Da in der Opferschicht in dem Opferabschnitt die Mikrorisse absichtlich ausgebildet werden, kann die Opferschicht im Vergleich zu Fällen, wo der Brennpunkt des Laserstrahls auf die Opferschicht gerichtet ist, effizienter reformiert oder umgestaltet werden. Damit kann ein Ätzmittel einfacher auch in einen tiefen Abschnitt der Opferschicht eindringen und die Ätzrate der Opferschicht wird verbessert.
Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich besser aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen in Zusammenschau mit der Zeichnung.
In der Zeichnung ist bzw. sind:
1 eine Darstellung einer Laserbestrahlungsanordnung oder Laserbestrahlungsausstattung zur Verwendung bei einem Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
2A eine schematische Darstellung einer Querschnittsansicht eines Substrats bei einem Ausbildungsprozess für eine reformierte oder umgewandelte Schicht, 2B eine Abbildung in Form einer vergrößerten Schnittteilansicht einer SEM-Fotografie einer reformierten Schicht und 2C eine zeichnerische Darstellung der SEM-Fotografie von 2B;
3 eine grafische Darstellung einer Beziehung zwischen durchschnittlicher Impulsenergie eines Laserstrahls und durchschnittlicher Breite und durchschnittlicher Höhe eines polykristallin gemachten oder polykristallisierten Bereichs;
4A eine Darstellung einer SEM-Fotografie eines einkristallinen Siliziumwafers im Schnitt, reformiert durch einen gepulsten Laserstrahl mit einer durchschnittlichen Energie von 5 μJ, 4B eine vergrößerte Darstellung der SEM-Fotografie von 4A und 4C eine zeichnerische Darstellung der SEM-Fotografie von 4B;
5A eine Darstellung einer SEM-Fotografie eines einkristallinen Siliziumwafers im Schnitt, reformiert durch einen gepulsten Laserstrahl mit einer durchschnittlichen Energie von 12.5 μJ, 5B eine vergrößerte Darstellung der SEM-Fotografie von 5A und 5C eine zeichnerische Darstellung der SEM-Fotografie von 5B;
6A eine Darstellung einer SEM-Fotografie eines einkristallinen Siliziumwafers im Schnitt, reformiert durch einen gepulsten Laserstrahl mit einer durchschnittlichen Energie von 15 μJ, 6B eine vergrößerte Darstellung der SEM-Fotografie von 6A und 6C eine zeichnerische Darstellung der SEM-Fotografie von 6B;
7 eine Querschnittsansicht eines Halbleiterdrucksensors, bei dem das Herstellungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform anwendbar ist;
8A bis 8D jeweils Schnittansichten eines Beispiels eines Herstellungsprozesses für einen Sensor, bei dem das Herstellungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform angewendet wird;
9A bis 9D jeweils Schnittansichten eines weiteren Beispiels eines Herstellungsprozesses für einen Sensor, bei dem das Herstellungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform angewendet wird;
10A eine Schnittansicht einer Größe eines jeden Abschnitts einer reformierten Schicht, die entlang einer Schnittstelle oder Grenzfläche eines zu entfernenden Bereichs ausgebildet ist, und 10B eine grafische Darstellung einer Beziehung zwischen einer maximalen Breite der reformierten Schicht und einer Ätzrate;
11A bis 11C jeweils Schnittansichten eines Beispiels eines Herstellungsprozesses einer Membran;
12A bis 12C jeweils Schnittansichten eines weiteren Beispiels eines Herstellungsprozesses einer Membran;
13A eine Draufsicht auf einen Halbleitersensor für eine dynamische Größe mit einem beweglichen Teil und 13B eine Schnittansicht des Halbleitersensors für eine dynamische Größe entlang Linie XIIIB-XIIIB in 13A;
14A bis 14C jeweils Schnittansichten eines Herstellungsprozesses für den Halbleitersensor einer dynamischen Größe der 13A und 13B;
15 eine perspektivische und teilweise geschnittene Ansicht einer Halbleitervorrichtung, die durch ein Verfahren gemäß einer zweiten Ausführungsform hergestellt wird;
16 eine Schnittansicht der Halbleitervorrichtung entlang Linie XVI-XVI in 15;
17 eine schematische Ansicht einer Laserbestrahlungsanordnung zur Verwendung bei dem Herstellungsverfahren der zweiten Ausführungsform;
18 eine Draufsicht auf ein SOI-Substrat;
19A bis 19D jeweils Schnittansichten eines Herstellungsprozesses für die Halbleitervorrichtung von 15;
20 eine Draufsicht auf einen Opferabschnitt in einem Chipbereich;
21A bis 21J jeweils Darstellungen zu Erläuterung eines Mechanismus zur Ausbildung von Mikrorissen;
22A eine Draufsicht auf eine Probe und 22B eine Schnittansicht der Probe entlang Linie XXIIB-XXIIB in 22A;
23A eine SEM-Fotografie einer Probe vor der Ätzung, beobachtet mit 200-facher Vergrößerung, 23B eine SEM-Fotografie eines Schnitts der Probe, beobachtet mit 200-facher Vergrößerung, 23C eine SEM-Fotografie eines Schnitts der Probe, beobachtet mit 1000-facher Vergrößerung, 23D eine zeichnerische Darstellung der SEM-Fotografie von 23A, 23E eine zeichnerische Darstellung der SEM-Fotografie von 23B und 23F eine zeichnerische Darstellung der SEM-Fotografie von 23C;
24A eine SEM-Fotografie mit einem Blickwinkel von 30 Grad und 24B eine zeichnerische Darstellung der SEM-Fotografie von 24A;
25A eine SEM-Fotografie einer Probe vor dem Ätzen, 25B eine SEM-Fotografie der Probe nach dem Ätzen, 25C eine zeichnerische Darstellung der SEM-Fotografie von 25A und 25D eine zeichnerische Darstellung der SEM-Fotografie von 25B;
26A eine SEM-Fotografie einer Probe, beobachtet mit 200-facher Vergrößerung, 26B eine SEM-Fotografie der Probe, beobachtet mit 1000-facher Vergrößerung, 26C eine zeichnerische Darstellung der SEM-Fotografie von 26A und 26D eine zeichnerische Darstellung der SEM-Fotografie von 26B;
27A eine Schnittansicht einer Probe, 27B eine SEM-Fotografie der Probe, beobachtet mit 1000-facher Vergrößerung und 27C eine zeichnerische Darstellung der SEM-Fotografie von 27B;
28A eine SEM-Fotografie der Probe von 27A, beobachtet mit 4000-facher Vergrößerung, 28B eine SEM-Fotografie der Probe, beobachtet mit 10.000-facher Vergrößerung, 28C eine zeichnerische Darstellung der SEM-Fotografie von 27A und 28D eine zeichnerische Darstellung der SEM-Fotografie von 28B;
29A eine SEM-Fotografie der Probe von 27A, beobachtet mit 5000-facher Vergrößerung, 29B eine SEM-Fotografie der Probe, beobachtet mit 15.000-facher Vergrößerung, 29C eine zeichnerische Darstellung der Fotografie von 29A und 29D eine zeichnerische Darstellung der SEM-Fotografie von 29B;
30A eine SEM-Fotografie einer Probe, welche mit einem Laserstrahl in X-Richtung und Y-Richtung abgetastet wurde, und 30B eine zeichnerische Darstellung der SEM-Fotografie von 30A; und
31A ein Querschnittsbild einer Probe, 31B eine zeichnerische Darstellung der Maskierung bzw. Kartierung des Bilds von 31A, 31C eine zeichnerische Darstellung der Verteilung einer Querschnittsbelastung basierend auf der Kartierung, 31D eine zeichnerische Darstellung des Querschnittsbilds von 31A, 31E eine zeichnerische Darstellung der Kartierung und 31F eine zeichnerische Darstellung der Verteilung der Querschnittsbelastung in 31C.
<Erste Ausführungsform>
Ein Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Das Herstellungsverfahren umfasst den Ausbildungsprozess für eine umgewandelte oder umgestaltete Schicht (reformierte Schicht, Reformschicht) und einen Ätzprozess. In dem Ausbildungsprozess für die Reformschicht wird ein Substrat aus einkristallinem Silizium mit einem gepulsten Laserstrahl bestrahlt, während ein Brennpunkt des Laserstrahls bewegt wird, so dass das einkristalline Silizium teilweise polykristallin wird und eine durchgängige reformierte Schicht oder Reformschicht in dem einkristallinen Silizium gebildet wird. In dem Ätzprozess wird die Reformschicht durch Ätzen entfernt. Der Ausbildungsprozess oder Ausbildungsvorgang für die Reformschicht kann mit einer Laserbestrahlungsanordnung 50 durchgeführt werden.
Wie in 1 gezeigt, enthält die Laserbestrahlungsanordnung 50 eine Laserbetriebssteuerung 51, eine Laserquelle 52, ein optisches System mit einer Linse 53 variabler Brennweite und einer Kondensorlinse 54 (eines Kondensors), eine Stufe 55, auf der ein Substrat 10 angeordnet wird, einen Stufenantrieb 56 und eine Steuerung 57.
Die Laserbetriebssteuerung 51 weist die Laserquelle 52 an, einen gepulsten Laserstrahl L anhand von Anweisungen seitens der Steuerung 57 auszugeben.
Die Laserquelle 52 erzeugt den gepulsten Laserstrahl L. Beispielsweise ist die Laserquelle 52 ein YAG-Laser mit einer Schwingungswellenlänge von 1064 nm, einer Schwingungsfrequenz von 80 kHz und einer Ausgangsleistung von 0.96 W.
Bei dem Herstellungsverfahren für die Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird der gepulste Laserstrahl L ausgegeben, während ein Brennpunkt im Inneren des Substrats 10 aus einkristallinem Silizium bewegt wird. Um somit die Pulsenergie des Laserstrahls L in dem Substrat 10 zu konzentrieren, ohne eine Oberfläche des Substrats 10 zu beeinflussen, ist es notwendig, dass der Laserstrahl L eine geeignete Permeabilität (d. h. Absorptivität) gegenüber dem einkristallinen Silizium hat und nicht an der Oberfläche des Substrats 10 absorbiert wird und dass der Laserstrahl L am Brennpunkt in dem Substrat 10, wo die Pulsenergie konzentriert ist, ausreichend absorbiert wird, um eine Polykristallisierung zu bewirken. Aus diesem Grund kann eine Wellenlänge des Laserstrahls L innerhalb eines Bereichs von 1000 nm bis 1100 nm liegen. In Fällen, wo die Wellenlänge des Laserstrahls L kleiner als 1000 nm ist, ist die Durchlässigkeit zu gering und eine Energieabsorption an der Oberfläche des Substrats 10 ist hoch, und es kann schwierig werden, die Energie des Laserstrahls L in das Innere des Substrats 10 zu übertragen. In Fällen, wo die Wellenlänge des Laserstrahls L 1100 nm oder mehr beträgt, ist die Durchlässigkeit zu hoch und die Energieabsorption ist gering, und es kann schwierig werden, die Energie des Laserstrahls L in dem Substrat 10 zu konzentrieren.
Das Substrat 10, das beim Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, kann beispielsweise sowohl ein einkristallines Siliziumsubstrat als auch ein SOI-Substrat sein, bei dem eine Oxidschicht in einkristallinem Silizium vergraben ist.
Die Linse 53 variabler Brennweite der Laserbestrahlungsanordnung 50 liegt oberhalb des Substrats 10, welches sich auf der Stufe 55 befindet, und kann den Brennpunkt des Laserstrahls L in Z-Richtung (einer Tiefenrichtung des Substrats 10) bewegen. Die Kondensorlinse 54 kondensiert oder bündelt den Laserstrahl L von der Laserquelle 52 an dem Brennpunkt, der von der Linse 53 variabler Brennweite festgesetzt worden ist. Ein Impulspunktdurchmesser des Laserstrahls L, der von der Kondensorlinse 54 kondensiert worden ist, liegt in einem Bereich zwischen ungefähr 1 μm bis ungefähr 5 μm.
Die Stufe 55 bewegt das Substrat 10 in einer X-Y-Richtung (einer Richtung entlang einer Oberflächenebene des Substrats 10), wenn das Substrat 10 auf der Stufe 55 angeordnet ist. Der Stufenantrieb 56 bewegt die Stufe 55 in besagter X-Y-Richtung anhand von Anweisungen durch die Steuerung 57. In der Laserbestrahlungsanordnung 50 gemäß 1 wird der Brennpunkt des Laserstrahls L in einer Richtung entlang der Substratebene des Substrats 10 (der X-Y-Richtung) durch die Stufe 55 beispielhaft bewegt. Der Brennpunkt des Laserstrahls L kann nämlich auch beispielsweise in X-Y-Richtung bewegt werden. In der Laserbestrahlungsanordnung 50 von 1 wird der Brennpunkt des Laserstrahls L in Tiefenrichtung (Z-Richtung) durch die Linse 53 mit variabler Brennweite bewegt. Dies ist ebenfalls nur ein Beispiel. Der Brennpunkt des Laserstrahls L kann auch dadurch in Z-Richtung bewegt werden, dass die Stufe 55 in Z-Richtung bewegt wird.
Die Steuerung 57 ist eine zentrale Steuerung und überwacht und instruiert sowohl die Laserbetriebssteuerung 51 als auch den Stufenantrieb 56, so dass die Laserquelle 52 den gepulsten Laserstrahl L ausgibt und die Stufe 55 bewegt wird. Die Steuerung 57 führt die Anweisungen anhand eines vorab erstellten Programms durch.
Beispielsweise weist die Steuerung 57 zunächst die Laserbetriebssteuerung 51 an, die Linse 53 mit variabler Brennweite so festzusetzen, dass der Impulsfleck oder Impulspunkt des Laserstrahls L in einer bestimmten Tiefe liegt. Dann weist die Steuerung 57 die Laserbetriebssteuerung 51 und den Stufenantrieb 56 an, die Stufe 55 in einer Ebenenrichtung des Substrats 10 zu einer bestimmten Position zu bewegen und diese Position mit dem gepulsten Laserstrahl L zu bestrahlen. Wenn ein Abschnitt in einem bestimmten Bereich vom gepulsten Laserstrahl L bestrahlt wird, weist die Steuerung 57 die Laserbetriebssteuerung 51 und den Stufenantrieb 56 an, dass die Stufe 55 oder der Brennpunkt der Linse 53 mit variabler Brennweite über die Zeit hinweg bewegt wird, wobei der gepulste Laserstrahl L ausgegeben wird.
Ein Zustand des Substrats 10 in einem Reformschichtausbildungsprozess mit der Laserbestrahlungsanordnung 50 ist in den 2A bis 2C gezeigt.
In dem Reformschichtausbildungsprozess gemäß 2A wird das Substrat 10 aus einkristallinem Silizium mit dem gepulsten Laserstrahl L bestrahlt, während der Brennpunkt in einer Richtung gemäß dem weißen Pfeil bewegt wird, so dass das einkristalline Silizium teilweise polykristallin gemacht oder umgestaltet wird und eine durchgehende reformierte Schicht oder Reformschicht 11 in dem einkristallinen Silizium gebildet wird. Die Reformschicht 11 wird durch ein Ätzen im nachfolgenden Ätzprozess entfernt.
Bezugszeichen PS in 2A ist ein Impulsfleck oder Impulspunkt des kondensierten Laserstrahls L am Brennpunkt und hat einen Durchmesser innerhalb eines Bereichs von ungefähr 1 μm bis ungefähr 5 μm, wie bereits erläutert. Impulspunkte des Laserstrahls L, welche später durch eine Bewegung des Brennpunkts gemäß dem Programm ausgebildet werden, sind gestrichelt dargestellt. Im Beispiel gemäß 2A wird der Brennpunkt des Laserstrahls L in einer Ebenenunterteilung PL in einer Richtung parallel zur Substratebene sowie in einer Tiefenunterteilung PD in einer Richtung vertikal zur Substratebene bewegt. Bezugszeichen MR in 2A ist ein polykristallisierter Bereich (durch Impulse polykristallisierter Bereich), der durch einen gepulsten Laserstrahl L gebildet worden ist. Der polykristallisierte Bereich hat eine durchschnittliche Breite W in Ebenenrichtung des Substrats 10 und eine durchschnittliche Höhe H in Dicken- oder Tiefenrichtung des Substrats 10.
3 zeigt das Ergebnis einer Untersuchung von Beziehungen zwischen durchschnittlicher Pulsenergie des Laserstrahls L und durchschnittlicher Breite W bzw. durchschnittlicher Höhe H des vom Laserstrahl L gebildeten polykristallisierten Bereichs MR.
Wenn gemäß 3 die durchschnittliche Pulsenergie oder Impulsenergie des Laserstrahls L 2.5 μJ oder weniger beträgt, wird keine klar unterscheidbare Reformschicht 11 ausgebildet und die Polykristallisierung ist nicht ausreichend. Wenn die durchschnittliche Pulsenergie ungefähr 4 μJ beträgt, lässt sich der polykristallisierte Bereich MR klar unterscheiden oder feststellen. Wenn die durchschnittliche Impulsenergie von 6.25 μJ auf 12.5 μJ angehoben wird, vergrößert sich der polykristallisierte Bereich MR. Wenn jedoch die durchschnittliche Pulsenergie auf mehr als 15 μJ erhöht wird, ändert sich die Größe des polykristallisierten Bereichs MR kaum mehr und bleibt konstant.
Aus dem obigen Ergebnis kann eine durchschnittliche Pulsenergie für den Laserstrahl L auf mehr als 2.5 μJ gesetzt werden. Zusätzlich kann die durchschnittliche Pulsenergie auf 15 μJ oder weniger gesetzt werden. Die durchschnittliche Pulsenergie kann beispielsweise bevorzugt in einem Bereich von 6.25 μJ bis 12.5 μJ gesetzt werden.
Der polykristallisierte Bereich MR, der in dem oben beschriebenen Bereich der durchschnittlichen Pulsenergie des Laserstrahls L erhalten wird, hat eine durchschnittliche Breite W in einem Bereich von ungefähr 2 μm bis ungefähr 5 μm in einer Richtung parallel zur Substratebene und eine durchschnittliche Höhe H in einem Bereich von ungefähr 10 μm bis ungefähr 25 μm in einer Richtung vertikal oder senkrecht zur Substratebene.
Somit kann bei dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform in Fällen, wo die Bewegungsrichtung des Brennpunkts parallel zur Substratebene ist, die Ebenenunterteilung PL oder können die in Ebenenrichtung liegenden Schritte bei der Bewegung des Brennpunkts 5 μm oder weniger betragen und die Ebenenunterteilung PL kann ebenfalls innerhalb eines Bereichs von 2 μm bis 4 μm liegen. Wenn der Brennpunkt des gepulsten Laserstrahls L in der Richtung parallel zur Substratebene unter diesen Bedingungen bewegt wird, werden die polykristallisierten Bereiche MR, die an benachbarten Brennpunkten ausgebildet werden, mit Sicherheit überlappt und die Reformschicht 11, welche dann in einer Richtung parallel zur Substratebene durchgängig ist, kann stabil und effizient gebildet werden.
Andererseits kann in Fällen, wo die Bewegungsrichtung des Brennpunkts vertikal zur Substratebene ist, die Tiefenunterteilung PD oder können die Schritte in Tiefenrichtung bei der Bewegung des Brennpunkts 27 μm oder weniger betragen und die Tiefenunterteilung PD kann ebenfalls in einem Bereich von 10 μm bis 25 μm liegen. Wenn der Brennpunkt des gepulsten Laserstrahls L in einer Richtung vertikal zur Substratebene unter diesen Bedingungen bewegt wird, werden die polykristallisierten Bereiche MR, die an benachbarten Brennpunkten ausgebildet werden, mit Sicherheit überlappend ausgebildet und die Reformschicht 11, welche dann in einer Richtung vertikal zur Substratebene durchgängig ist, kann stabil und effizient gebildet werden.
In Beispielen gemäß den 4A bis 6C werden die Reformschichten 11 durch einen gepulsten Laserstrahl L erzeugt, der eine durchschnittliche Pulsenergie von 5 μJ, 12.5 μJ bzw. 15 μJ hat.
Im Beispiel gemäß der 4A bis 4C beträgt die durchschnittliche Pulsenergie 5 μJ (durchschnittliche Ausgangsleistung: 0.4 W), die Impulsfrequenz oder Pulsfrequenz beträgt 80 kHz und eine Transportgeschwindigkeit in Ebenenrichtung beträgt 300 mm/s. Gemäß 4A wird die Reformschicht 11 in einer Position von 60 μm (H2) ausgehend von der Oberfläche des Substrats 10 aus einkristallinem Silizium mit einer Dicke von ungefähr 15 μm (H1) gebildet. Zusätzlich bilden sich gemäß 4B am Boden der Reformschicht 11 Makrodome DS mit einer Dicke von ungefähr 4 μm (H3) und einer Breite von ungefähr 1 mm (W3). Die Mikrodome DS entsprechen den Pulspunkten PS am Brennpunkt des Laserstrahls L gemäß 2A. Eine Erklärung für die Mikrodome DS ist, dass sie sich aufgrund der einmaligen Aufschmelzung des einkristallinen Siliziums an den Impulspunkten PS bilden.
Im Beispiel gemäß den 5A bis 5C beträgt die durchschnittliche Pulsenergie 12.5 μJ (durchschnittlicher Ausgang: 1.0 W), die Impulsfrequenz beträgt 80 kHz und die Transportgeschwindigkeit in Ebenenrichtung beträgt 300 mm/s. Gemäß 5A wird die Reformschicht 11 an einer Position von 45 μm (H5) ausgehend von der Oberfläche des Substrats 10 aus einkristallinem Silizium mit einer Dicke von ungefähr 30 μm (H4) gebildet. Zusätzlich werden gemäß 5B Mikrodome DS mit einer Dicke von ungefähr 2 μm (H6) und einer Breite von ungefähr 1 μm (W6) gebildet.
Im Beispiel gemäß den 6A bis 6C beträgt die durchschnittliche Pulsenergie 15 μJ (durchschnittlicher Ausgang: 1.2 W), die Impulsfrequenz beträgt 80 kHz und die Transportgeschwindigkeit in Ebenenrichtung beträgt 300 mm/s. Gemäß 6A wird die Reformschicht 11 an einer Position von 45 μm (H8) ausgehend von der Oberfläche des Substrats 10 aus einkristallinem Silizium mit einer Dicke von ungefähr 30 μm (H7) gebildet. Zusätzlich werden gemäß 6B Mikrodome DS mit einer Dicke von ungefähr 2 μm (H9) und einer Breite von ungefähr 1 μm (W6) gebildet.
Bei dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann, da das Substrat 10 aus dem einkristallinen Silizium mit dem gepulsten Laserstrahl L bestrahlt wird, dessen Fokus eingeengt ist, die Pulsenergie des Laserstrahls L im Inneren des Substrats 10 ein kleiner Bereich sein (Impulsfleck PS), ohne dass die Oberfläche des Substrats 10 beeinflusst wird. Das einkristalline Silizium in dem kleinen Bereich, wo die Impulsenergie gebündelt oder kondensiert ist, schmilzt einmal auf und polykristallisiert dann. In dem Reformschichtausbildungsprozess werden kleine polykristallisierte Bereiche (durch Impulse polykristallisierte Bereiche MR), die durch jeweilige gepulste Laserstrahlen L an den entsprechenden Brennpunkten ausgebildet werden, dadurch untereinander verbunden, dass der Brennpunkt in einer geeigneten Unterteilung oder geeigneten Schritten (Intervallen) bewegt wird, wenn der gepulste Laserstrahl L emittiert wird, so dass die durchgängige Reformschicht 11 gebildet wird.
In der durchgängigen Reformschicht 11 aus dem polykristallisierten einkristallinen Silizium sind die Permeationsrate und die Adsorptionsrate höher als in einem umgebenden Abschnitt aus dem nicht umgewandelten einkristallinen Silizium und die Ätzrate ist erhöht. In einem nachfolgenden Ätzprozess kann somit eine höhere Ätzrate im Vergleich zu Fällen erreicht werden, wo die durchgängige Reformschicht 11 nicht gebildet ist.
Die durchgängige Reformschicht 11 kann in jeglicher Form ausgebildet werden, indem die Bewegung (Richtung) des Brennpunkts geeignet festgesetzt wird, und kann bei der Herstellung eines großen Bereichs von Halbleitervorrichtungen angewendet werden, welche das Ätzen eines kompliziert geformten zu entfernenden Bereichs und/oder eines tiefen und großen zu entfernenden Bereichs notwendig machen. Da weiterhin die durchgängige Reformschicht 11 durch Bestrahlen mit dem gepulsten Laserstrahl L gebildet wird, während der Brennpunkt bewegt wird, kann die Energieausnutzungseffizienz des Laserstrahl L erhöht werden, und die Ausbildungsrate der Reformschicht 11 kann im Vergleich zu Fällen erhöht werden, wo ein Laserstrahl L kontinuierlich ausgegeben wird, während der Brennpunkt kontinuierlich bewegt wird.
Wie oben beschrieben, ist das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung, bei dem Ätzen angewendet wird, wobei der Laserstrahl L zum Einsatz gelangt, und das Herstellungsverfahren kann bei der Herstellung eines großen Bereichs von Halbleitervorrichtungen angewendet werden, welche das Ätzen eines kompliziert geformten zu entfernenden Bereichs und/oder eines tiefen und/oder großen zu entfernenden Bereichs notwendig machen, wobei eine hohe Ätzrate erreichbar ist.
Nachfolgend werden Anwendungsbeispiele für das Herstellungsverfahren gemäß der beschriebenen Ausführungsform erläutert.
Das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann beispielsweise bei einem Herstellungsverfahren für einen Halbleiterdrucksensor 20 mit einer piezoresistiven Schicht gemäß 7 verwendet werden.
In dem Halbleiterdrucksensor 20 wird eine Epitaxialschicht 22 vom N-Typ mit einer Dicke von 6 μm auf einer Oberfläche eines Siliziumsubstrats 21 vom P-Typ mit einer Kristallausrichtung (100) ausgebildet, und dieser Schichtkörper bildet ein Halbleitersubstrat 23. Das Siliziumsubstrat 21 vom P-Typ hat einen vertieften Abschnitt 24 an einer Oberfläche, und eine Bodenfläche 24a des vertieften Abschnitts 24 bildet einen dünnwandigen Abschnitt 25, wobei dieser dünnwandige Abschnitt 25 die Sensormembran darstellt.
In 7 werden Diffusionsschichten 26 vom P⁺-Verunreinigungstyp in der Epitaxialschicht 22 vom N-Typ ausgebildet, und die Diffusionsschicht 26 vom P⁺-Verunreinigungstyp arbeitet als piezoresistives Element für eine Verformungserkennung. Auf einer Oberfläche der Epitaxialschicht 22 vom N-Typ ist eine Siliziumoxidschicht 27 gebildet. Die Diffusionsschichten 26 vom P⁺-Verunreinigungstyp werden elektrisch zu einer Oberflächenseite der Siliziumoxidschicht 27 über Aluminiumverdrahtungen 28 herausgeführt.
Wie oben beschrieben, ist der Halbleiterdrucksensor 20 gemäß 7 ein Sensor mit einer Membran (dem dünnwandigen Abschnitt 25) und ist eine Halbleitervorrichtung, welche das Ätzen eines tiefen und großen zu entfernenden Bereichs (des vertieften Abschnitts 24) notwendig macht. Üblicherweise wird der vertiefte Abschnitt 24 des Halbleiterdrucksensors 20 beispielsweise durch elektrochemisches Ätzen gebildet.
Das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann bei der Herstellung eines Sensors mit einer Membran, also beispielsweise des Halbleiterdrucksensors 20 gemäß 7, angewendet werden, und der Reformschichtausbildungsprozess und der Ätzprozess können bei der Ausbildung der Membran verwendet werden.
Beispiele von Herstellungsprozessen für einen Sensor 30 mit einer Membran 35, bei dem das unter Bezugnahme auf die 1 bis 6C beschriebene Herstellungsverfahren angewendet werden kann, werden nachfolgend anhand der 8A bis 8D und 9A bis 9D beschrieben.
In dem Beispiel der Herstellungsprozesse der 8A bis 8D wird zunächst ein Substrat 10 aus einkristallinem Silizium bereitgestellt, wie in 8A gezeigt, und jede Komponente einer Sensorstruktur 39 wird in einem Oberflächenabschnitt des Substrats 10 ausgebildet, der die Membran 35 wird. In 8A ist ein zu entfernender Bereich 34 des Substrats 10 zur Ausbildung der späteren Membran 35 durch eine Strichpunktlinie gezeigt.
Nachfolgend wird gemäß 8B der Reformschichtausbildungsprozess gemäß den 1 bis 6 durchgeführt und die Reformschicht 11a wird gebildet, während der Brennpunkt des gepulsten Laserstrahls L bewegt wird, um den gesamten Bereich des zu entfernenden Bereichs 34 abzudecken. Folglich wird gemäß 8C der gesamte Bereich oder die Gesamtheit des zu entfernenden Bereichs 34 in die Reformschicht 11a umgewandelt, welche polykristallin geworden ist.
Schließlich wird gemäß 8D der Ätzprozess durchgeführt und die Reformschicht 11a wird durch Ätzen entfernt. Auf diese Weise kann der Sensor 30 mit der Membran 35 hergestellt werden.
Auf diese Weise kann die Membran 35 des Sensors 30 gebildet werden, indem der gesamte zu entfernende Bereich 34, der unter der Membran 35 (in den 8A bis 8D noch oberhalb hiervon) liegt, in die Reformschicht 11a umgewandelt wird und danach die Reformschicht 11a durch Ätzen entfernt wird. Die vorliegende Vorgehensweise kann die Ätzzeit im Vergleich zu Fällen verringern, wo die Reformschicht 11a nicht ausgebildet ist, und weiterhin ist eine Maske zur Definition des zu entfernenden Bereichs 34 nicht notwendig. Da die Reformschicht 11a, welche durch Ätzen entfernt wird, polykristallisiert ist, ist das Verfahren frei von anisotropem Ätzen an einer Kristallflächenausrichtung, wo einkristallines Silizium durch Nassätzen behandelt wird, um den Drucksensor gemäß 7 herzustellen. Damit kann eine vertiefte Struktur mit einem hohen Streckungsverhältnis gebildet werden und der Öffnungsbereich unter der Membran 35 lässt sich verringern.
Der Sensor 30 mit der Membran 35 kann auch durch das Verfahren gemäß den 9A bis 9D hergestellt werden. Zunächst wird gemäß 9A ein Substrat 10 aus einkristallinem Silizium bereitgestellt und jede Komponente einer Sensorstruktur 39 wird in dem Oberflächenabschnitt des Substrats 10 ausgebildet, der die Membran 35 wird.
Nachfolgend wird gemäß 9B der Reformschichtausbildungsprozess der 1 bis 6 durchgeführt und die Reformschicht 11b wird ausgebildet, indem der Brennpunkt des gepulsten Laserstrahls L entlang einer Schnittstelle oder Grenzfläche des zu entfernenden Bereichs 34 unter der Membran 35 bewegt wird. Folglich wird gemäß 9C die Reformschicht 11b, welche polykristallin geworden ist, entlang der Grenzfläche des zu entfernenden Bereichs 34 gebildet.
Schließlich wird gemäß 9D der Ätzprozess durchgeführt und die Reformschicht 11b durch Ätzen entfernt. Folglich wird der Restabschnitt oder verbleibende Abschnitt 10r, der nach wie vor aus einkristallinem Silizium in dem Entfernungsbereich 34 von 9C ist, herausgehöhlt und der Sensor 30 mit der Membran 35 ist fertiggestellt.
Im Vergleich zu dem Herstellungsverfahren der 8A bis 8D, bei dem der gesamte Bereich des zu entfernenden Bereichs 34 unter der Membran 35 (bei der Herstellung: über der Membran 35) in die Reformschicht 11a umgewandelt wird, ist das Herstellungsverfahren der 9A bis 9D, wo die Reformschicht 11b nur entlang der Grenzfläche des zu entfernenden Bereichs 34 ausgebildet wird und der zu entfernende Bereich 34 ausgehöhlt wird, ein bevorzugtes Verfahren, da die Ausbildungszeit der Reformschicht 11b zusätzlich zu den obigen Vorteilen verringert werden kann.
Wenn die Membran 35 durch Aushöhlen des zu entfernenden Bereichs 34 gemäß den 9A bis 9D gebildet worden ist, kann der Ätzprozess ein Nassätzen unter Verwendung eines Ätzmittels mit einer hohen Ätzrate enthalten, beispielsweise einer Kaliumhydroxidlösung (KOH) oder einer Tetramethylammoniumhydroxidlösung (TMAH).
Eine bevorzugte Beziehung zwischen einer Größe der Reformschicht 11b, die entlang der Grenzfläche des zu entfernenden Bereichs 34 gebildet wird, und einem Ätzangriff wird nun beschrieben. Im Beispiel von 10A hat die Membran 35 eine maximale Breite WD.
Wie in den 2 und 3 gezeigt, liegt die durchschnittliche Breite W der polykristallisierten Bereiche MR (durch Impulse polykristallisierte Bereiche) innerhalb eines Bereichs von ungefähr 2 μm bis ungefähr 5 μm, und die durchschnittliche Höhe H des polykristallisierten Bereichs MR liegt in einem Bereich zwischen ungefähr 10 μm bis 25 μm. Wenn somit die Reformschicht 11b, welche in einer Richtung vertikal zur Substratebene durchgängig ist, mit der minimalen Größe durch Bewegung des Brennpunkts des Laserstrahl L in einer Richtung vertikal zur Substratebene gebildet wird, ist die durchschnittliche Breite W der Reformschicht 11b in der Substratebene ebenfalls in einem Bereich von ungefähr 2 μm bis ungefähr 5 μm. Wenn die Reformschicht 11b durchgängig in der Richtung parallel zur Substratebene mit der minimalen Größe durch Bewegen des Brennpunkts des Laserstrahls L in einer Richtung parallel zur Substratebene gebildet wird, ist die durchschnittliche Höhe H der Reformschicht 11b in der Richtung vertikal zur Substratebene ebenfalls in einem Bereich von ungefähr 10 μm bis ungefähr 25 μm. Um somit die Reformschicht 11b durch Ätzen vollständig zu entfernen, ist es notwendig, das Ätzmittel auch an die entfernteste Stelle der Reformschicht 11b mit der minimalen Größe zu bringen.
Wie aus der Beziehung zwischen der Maximalbreite WD der Membran 35 und der Ätzrate gemäß 10B bekannt ist, wird, wenn die Maximalbreite WD der Membran 35 in der Substratebene mehr als 350 μm beträgt, die Ätzrate auf ungefähr ¼ verringert, und wenn die Maximalbreite WD mehr als 600 μm beträgt, wird die Ätzrate weiter auf ungefähr ¼ verringert und die Ätzrate sehr niedrig.
Um somit das Ätzmittel ausreichend der Reformschicht 11b gemäß 10A in dem Substrat 10 unter der Membran 35 zuführen zu können, sollte die Maximalbreite WD der Membran 35 in der Substratebene 600 μm oder weniger sein und die Maximalbreite WD ebenfalls 350 μm oder weniger.
Nachfolgend werden andere beispielhafte Verfahren zur Ausbildung einer flachen Membran 35 gleichförmiger Dicke unter Bezugnahme auf die 11A bis 11C und 12A bis 12C beschrieben.
Durch Bestrahlung mit dem gepulsten Laserstrahl L können verschiedene Defekte in dem einkristallinen Silizium erzeugt werden, welches die Reformschichten 11, 11a, 11b umgibt. Damit wird in den Herstellungsverfahren gemäß den 11A bis 11C und 12A bis 12C der Ätzprozess in zwei Stufen durchgeführt.
Beim Herstellungsverfahren gemäß den 11A bis 11C wird zunächst, wie in 11A gezeigt, die Reformschicht 11b in einem Abstand KD bezüglich einer Dicke DT der Membran 35 ausgebildet, welche letztendlich auszubilden ist. Nachfolgend wird gemäß 11B die Reformschicht 11b durch ein erstes Ätzen entfernt und ein verbleibender Abschnitt 10r aus einkristallinem Silizium wird ausgehöhlt. Schließlich wird gemäß 11C ein verbleibender Abschnitt 10s aus einkristallinem Silizium, der noch unterhalb (in der Bearbeitungsposition gemäß 11B oberhalb) der Membran 35 verbleibt, durch zweites Ätzen entfernt und die Membran 35 mit der Dicke DT und einer flachen (späteren) Bodenfläche 34a wird gebildet.
Bei dem Herstellungsverfahren der 12A bis 12C wird ein SOI-Substrat 15, in welchem eine Oxidschicht 14 in einkristallinen Siliziumschichten 12, 13 vergraben ist, verwendet und die einkristalline Siliziumschicht 12 auf einer Trägersubstratseite wird geätzt, bis die Oxidschicht 13 freigelegt ist, um die Membran 35 zu bilden. Zunächst wird gemäß 12A die Reformschicht 11b in einem Abstand KD bezüglich einer Dicke DT der letztendlich zu bildenden Membran 35 ausgebildet. Danach wird gemäß 12B die Reformschicht 11b durch ein erstes Ätzen entfernt und ein verbleibender Abschnitt 12r aus einkristallinem Silizium wird ausgehöhlt. Schließlich wird gemäß 12C ein verbleibender Abschnitt 12s aus einkristallinem Silizium, der in 12B oberhalb der Membran 35 verblieben ist, durch zweites Ätzen entfernt und die Membran 35 mit der Dicke DT und der flachen Fläche 34a ist gebildet.
Wie oben beschrieben, ist es, wenn eine Membran flach ist und mit gleichförmiger Dicke auszubilden ist, bevorzugt, dass die Reformschicht 11, 11a, 11b parallel zu der Substratebene in einem Abstand innerhalb eines Bereichs von 10 μm bis 30 μm (dem Abstand oder der Distanz KD in den 11 und 12) gegenüber der Membran ausgebildet wird, welche letztendlich zu bilden ist.
Wie oben beschrieben, können verschiedene Defekte in dem einkristallinen Silizium verursacht werden, welches die Reformschicht 11, 11a, 11b umgibt, indem mit dem gepulsten Laserstrahl L bestrahlt wird. Wenn eine Distanz zwischen der letztendlich zu bildenden Membran und der Reformschicht 11, 11, 11b bei 10 μm oder mehr liegt, kann einkristallines Silizium, welches durch die Bestrahlung mit dem gepulsten Laserstrahl L verursachte Defekte enthält, vollständig entfernt werden. Zusätzlich kann durch Festsetzen der Distanz auf 30 μm oder weniger die Breite von einkristallinem Silizium, welches als zum Ätzen vorgesehener Bereich zur Entfernung von Defekten verwendet wird, auf einem Minimum gehalten werden und die gesamte Ätzzeit kann begrenzt werden.
Das Herstellungsverfahren, welches unter Bezugnahme auf die 1 bis 6C beschrieben worden ist, kann nicht nur bei einer Halbleitervorrichtung angewendet werden, welche das Ätzen eines tiefen und/oder großen zu entfernenden Bereichs notwendig macht, beispielsweise bei dem Sensor 30 mit der Membran 35 gemäß den 7 bis 12C, sondern auch bei einer Halbleitervorrichtung, welche das Ätzen eines kompliziert geformten zu entfernenden Bereichs notwendig macht.
Beispielsweise kann das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren auch bei der Herstellung eines kapazitiven Beschleunigungssensors 40 angewendet werden, der ein Beispiel eines Halbleitersensors für eine dynamische Größe sei, der das Ätzen eines kompliziert geformten zu entfernenden Bereichs notwendig macht und einen beweglichen Teil aufweist, der abhängig von der Aufbringung einer dynamischen Größe beweglich ist. Der Halbleitersensor für eine dynamische Größe kann eine beliebige MEMS-Vorrichtung sein, welche ein bewegliches Teil enthält, welches bei Aufbringung einer dynamischen Größe in eine bestimmte Richtung beweglich oder auslenkbar ist. Beispielsweise kann der Halbleitersensor für eine dynamische Größe auch ein kapazitiver Winkelgeschwindigkeitssensor, ein Vibrationssensor, ein Mikrofon oder ein Mikroscanner sein.
Bei dem kapazitiven Beschleunigungssensor 40 gemäß den 13A und 13B kann der bewegliche Teil aufgrund eines Grabenabschnitts 41a und eines Freigabeabschnitts 41b beweglich gemacht (freigegeben) werden. Der Grabenabschnitt 41a ist ein Ätzteil 41, welches in Tiefenrichtung des Substrats 10 aus einkristallinem Silizium geätzt wird. Der Freigabeabschnitt 41b ist ein Ätzteil 41, welches in horizontaler Richtung in dem Substrat 10 geätzt wird. Der bewegliche Teil ist in einer bestimmten Richtung (in den 13A und 13B nach links und rechts) bei Aufbringung einer dynamischen Größe (d. h. beispielsweise einer Beschleunigung) beweglich. Der bewegliche Teil hat eine Ausleger- oder Balkenstruktur, welche bereitgestellt wird durch Unterteilen des Substrats 10 mittels des Ätzteils 41, und umfasst bewegliche Elektroden 42, Spindelabschnitte 43 und Federabschnitte 44. Die Tiefenrichtung des Substrats 10 bedeutet eine vertikale Richtung bezüglich einer Ebene (Oberfläche) des Substrats 10. Die horizontale Richtung des Substrats 10 bedeutet analog hierzu eine Richtung entlang der Ebene des Substrats 10.
Ein Umfang (äußerer Rahmen) des Spindelabschnitts 43, der als eine Masse wirkt, auf welche die Beschleunigung wirkt, hat eine ebene Rechteckform. Der Spindelabschnitt 43 hat eine Durchgangsöffnung als ein Teil des Ätzteils 41, 50 dass ein Abschnitt des Substrats 10 unter dem Spindelabschnitt 43 durch Ätzen leicht entfernt werden kann. Der Spindelabschnitt 43 „schwimmt” gegenüber einer Bodenfläche eines Ätzraums des Substrats 10, d. h. des Freigabeabschnitts 41b. Somit verläuft die Durchgangsöffnung im Spindelabschnitt 43 von der Oberfläche des Substrats 10 zu dem Freigabeabschnitt 41b. Jedoch ist die Durchgangsöffnung im Spindelabschnitt 43 nicht immer notwendig.
Die bewegliche Elektrode 42 steht von einer Seitenwand vor, welche senkrecht zu einer Verschiebungsrichtung des Spindelabschnitts 43 ist. In dem in den 13A und 13B gezeigten Beispiel sind drei bewegliche Elektroden 42 an jeder Seitenwand ausgebildet. An beiden Enden des Spindelabschnitts 43 in Verschiebungsrichtung sind die Federabschnitte 44, welche jeweils eine quadratische Auslegerstruktur haben, angebracht. Die Federabschnitte 44 sind entsprechend mit Ankern 45 verbunden, welche als Stützabschnitte zum Stützen oder Lagern des beweglichen Teils dienen.
Auf diese Weise hat der bewegliche Teil die Auslegerstruktur, in welcher die Ausleger, welche die beweglichen Elektroden 42 bilden, die Ausleger, welche die Spindelabschnitte 43 bilden, und die Ausleger, welche die Federabschnitte 44 bilden, miteinander verbunden sind, und beide Enden der Auslegerstruktur als der bewegliche Teil sind an den Ankern 45 befestigt. Mit anderen Worten, die beweglichen Elektroden 42, die Spindelabschnitte 43 und die Federabschnitte 44 werden von den Ankern 45 gelagert und schwimmen gegenüber der Bodenfläche des Ätzraums des Substrats 10 (des Freigabeabschnitts 41b).
Einer der Anker 45 hat ein bewegliches Elektrodenkissen 46, welches durch Mustern einer Metallschicht aus beispielsweise Aluminium gebildet ist.
Jeder aus der Mehrzahl von festen Teilen 47 enthält eine feste Elektrode 48, ein festes Elektrodenkissen 49 und einen Abschnitt, der die feste Elektrode 48 und das feste Elektrodenkissen 49 verbindet. In jedem der festen Teile 47 arbeitet der Abschnitt, der die feste Elektrode 48 und das feste Elektrodenkissen 49 verbindet, als eine Verdrahtung, welche die feste Elektrode 48 und das entsprechende feste Elektrodenkissen 49 elektrisch verbindet.
Jeder der festen Teile 47 ist durch den Grabenabschnitt 41a unterteilt, der das Ätzteil 41 ist, welches durch Ätzen des Substrats 10 in Tiefenrichtung gebildet wird. Die Abschnitte der festen Teile 47, welche als die Verdrahtungen arbeiten, liegen parallel zu den Spindelabschnitten 43, und die festen Elektroden 48, die sich von den Abschnitten aus erstrecken, liegen gegenüberliegend und parallel zu den beweglichen Elektroden 42, die von beiden Seitenwänden des Spindelabschnitts 43 mit einem bestimmten Erkennungsabstand (Freiraum) dazwischen vorstehen.
Die Anzahl der festen Elektroden 48 ist gleich der Anzahl der beweglichen Elektroden 42. Zusätzlich sind die festen Elektroden 48 so ausgelegt, dass, wenn eine Beschleunigung aufgebracht wird, eine von elektrostatischen Kapazitäten von Kondensatoren, die zwischen den beweglichen Elektroden 42 und den festen Elektroden 48 gebildet werden, zunimmt und die andere abnimmt. Mit anderen Worten, es ist eine Formgebung gewählt, welche eine Differenzialverstärkung liefert.
Beispiele von Herstellungsvorgängen für den kapazitiven Beschleunigungssensor 40 werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die 14A bis 14C beschrieben.
Zunächst wird gemäß 14A das Substrat 10 aus einkristallinem Silizium bereitgestellt.
Nachfolgend wird gemäß 14B das Substrat 10 mit dem Laserstrahl L bestrahlt, wobei der Brennpunkt des Laserstrahls L in einem Bereich des Substrats 10 bewegt wird, wo das Ätzen vorgesehen ist. Folglich wird das Innere des Substrats teilweise (selektiv) polykristallisiert, und umgewandelte oder umgestaltete Schichten oder Reformschichten 11 mit Grabenreformschichten 11c und Freigabereformschichten 11d werden gebildet.
Mit anderen Worten, Abschnitte in dem Substrat 10, welche den beweglichen Teil und den festen Teil voneinander trennen, werden polykristallisiert. Genauer gesagt, Abschnitte, welche zur Ausbildung vorgesehene Bereiche der beweglichen Elektroden 42, der Spindelabschnitte 43, der Federabschnitte 44, der Anker 45 und der festen Teile 47 umgeben, werden polykristallisiert, um die Grabenreformschichten 11c zu bilden, und Abschnitte unter den zur Ausbildung vorgesehenen Bereichen der beweglichen Elektroden 42, der Spindelabschnitte 43 und der Federabschnitte 44 werden polykristallisiert, um die Freigabereformschicht 11d zu bilden.
Die Reformschichten 11 zur Ausbildung der Grabenabschnitte 41a werden nachfolgend Grabenreformschichten 11c genannt und die Reformschichten 11 zur Ausbildung der Freigabeabschnitte 41b Freigabereformschichten 11d. Mit anderen Worten, die Reformschichten 11 in Tiefenrichtung des Substrats 10 sind die Grabenreformschichten 11c und die Reformschichten 11 in horizontaler Richtung sind die Freigabereformschichten 11d.
Nachfolgend wird gemäß 14C ein Ätzprozess durchgeführt, und die Reformschicht 11, welche durch Polykristallisierung des Substrats 10 aus einkristallinem Silizium gebildet worden ist, wird durch Ätzen entfernt. Der Ätzvorgang kann entweder Nassätzen oder Trockenätzen mit einem reaktiven Gastäzen sein, wobei ein Material dadurch geätzt wird, dass es einem reaktiven Gas ausgesetzt wird, und mit einem reaktiven Ionenätzen, bei dem das Ätzen durchgeführt wird, indem das Gas durch Plasma in Ionen oder ein Radikal umgewandelt wird.
In Fällen, wo Nassätzen verwendet wird, kann, wenn die Reformschichten 11 durch Ätzen entfernt werden, ein Phänomen auftreten, nämlich das so genannte „Kleben” (sticking), bei dem benachbarte Abschnitte des Substrats 10 in den Grabenabschnitten 41a und dem Freigabeabschnitt 41b aneinanderhaften können. Daher ist es beim Ätzprozess von 14C vorteilhaft, ein Trockenätzen zu verwenden. Durch Verwenden des Trockenätzens kann das geschilderte Kleben unterbunden werden. In Fällen, wo die Abschnitte unter den zur Ausbildung vorgesehenen Bereichen der beweglichen Elektroden 42, der Spindelabschnitte 43 und der Federabschnitte 44 geätzt werden, ist es vorteilhaft, ein Trockenätzen zu verwenden, da das beim Trockenätzen verwendete Gas einfacher in die Freigabereformschichten 11d als die wässrige Lösung eindringen kann, die beim Nassätzen verwendet wird.
Beispielsweise kann das Trockenätzen durchgeführt werden unter den Gasbedingungen: XeF₂, dem Druck: 1 Torr, dem Impulsätzen: 5-mal, und der Reaktionsgleichung: Si + 2 XeF₂ → SiF₄ + 2 Xe.
Die polykristallisierten Abschnitte in dem Substrat 10 aus dem einkristallinen Silizium, d. h. die Reformschichten 11 mit den Grabenreformschichten 11c und den Freigabereformschichten 11d, haben eine höhere Permeationsrate und eine höhere Adsorptionsrate für das Ätzmittel als die Abschnitte, welche nicht polykristallin sind, das heißt, als die einkristallinen Abschnitte. Wenn daher der kapazitive Beschleunigungssensor 40 mit dem Substrat 10 aus einkristallinem Silizium hergestellt wird, kann die Ätzrate verbessert werden, indem vorab das Substrat 10 aus dem einkristallinen Silizium polykristallin gemacht wird und dann der polykristalline Abschnitt mit dem Ätzmittel bearbeitet wird.
Das Herstellungsverfahren der 1 bis 6C kann auch bei der Herstellung eines Transistors oder Komposit-IC mit einem Grabengate zusätzlich zu einem Halbleitersensor für eine dynamische Größe verwendet werden. Genauer gesagt, bei dem Umgestaltungs- oder Reformierprozess wird ein für die Umformung vorgesehener Bereich eines Grabengates in dem Substrat 10 aus einkristallinem Silizium polykristallin gemacht oder ein zur Umformung vorgesehener Abschnitt in einem Isolationsgraben des Komposit-IC wird polykristallisiert. Auf diese Weise können die Herstellungskosten für den Transistor oder das Komposit-IC mit dem Grabengate verringert werden.
Wie oben beschrieben, enthält bei dem bisher erörterten Herstellungsverfahren für die Halbleitervorrichtung dieses ein Ätzen in Zusammenhang mit der Laserbestrahlung. Das Herstellungsverfahren kann bei der Herstellung eines großen Bereichs von Halbleitervorrichtungen verwendet werden, welche das Ätzen eines kompliziert geformten zu entfernenden Bereichs und/oder eines tiefen oder großen zu entfernenden Bereichs notwendig machen, wobei eine hohe Ätzrate erzielbar ist.
Bei dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren für die Halbleitervorrichtung ist die Wellenlänge des Laserstrahls beispielsweise in einem Bereich von 1000 nm bis 1100 nm. Wenn jedoch die durchschnittliche Pulsenergie des Laserstrahls erhöht wird, kann die Wellenlänge des Laserstrahls auch mehr als 1100 nm betragen. Wenn die Wellenlänge des Laserstrahls unter 1000 nm liegt, kann die Absorption an der Substratoberfläche dominant werden und der Laserstrahl hat Schwierigkeiten, das Innere des Substrats zu erreichen.
Bei dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren für die Halbleitervorrichtung kann die durchschnittliche Pulsenergie des Laserstrahls mehr als 2.5 μJ und 15 μJ oder weniger betragen. Jedoch kann die durchschnittliche Pulsenergie des Laserstrahls auch 2.5 μJ oder weniger betragen, wenn beispielsweise der Punkt- oder Spotdurchmesser des Laserstrahls verringert wird oder die Pulsbreite erhöht wird. Die durchschnittliche Pulsenergie des Laserstrahls kann auch mehr als 15 μJ betragen, wenn der Spotdurchmesser des Laserstrahls erhöht wird oder die Pulsbreite verringert wird.
Bei dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren für die Halbleitervorrichtung kann in Fällen, wo die Bewegungsrichtung des Brennpunkts des Laserstrahls parallel zur Substratebene verläuft, die Ebenenunterteilung oder die Schrittweise der Bewegung des Brennpunkts in einem Bereich von 2 μm bis 5 μm oder darunter liegen. Jedoch kann die Ebenenunterteilung bei der Bewegung des Brennpunkts auch mehr als 5 μm betragen, wenn beispielsweise die durchschnittliche Pulsenergie des Laserstrahls erhöht wird. Die Ebenenunterteilung bei der Bewegung des Brennpunkts kann auch weniger als 2 μm betragen, wenn beispielsweise die durchschnittliche Pulsenergie des Laserstrahls verringert wird.
In Fällen, wo die Bewegungsrichtung des Brennpunkts des Laserstrahls vertikal oder senkrecht zur Substratebene ist, kann die Tiefenunterteilung oder können die Schritte in Tiefenrichtung bei der Bewegung des Brennpunkts in einem Bereich von 10 μm bis 27 μm liegen. Jedoch kann die Tiefenunterteilung bei der Bewegung des Brennpunkts auch mehr als 27 μm betragen, wenn beispielsweise die durchschnittliche Pulsenergie des Laserstrahls erhöht wird. Auch kann die Tiefenunterteilung bei der Bewegung des Brennpunkts weniger als 10 μm betragen, wenn beispielsweise die durchschnittliche Pulsenergie des Laserstrahls verringert wird.
<Zweite Ausführungsform>
Ein Herstellungsverfahren gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend beschrieben. Das Herstellungsverfahren gemäß der zweiten Ausführungsform kann beispielsweise bei einem Sensor für eine dynamische Größe, beispielsweise einem Beschleunigungssensor oder einem Winkelgeschwindigkeitssensor, angewendet werden, der wenigstens einen beweglichen Teil aufweist. Der Sensor für die dynamische Größe kann beispielsweise bei der Erkennung einer Beschleunigung oder Winkelgeschwindigkeit eines Fahrzeugs verwendet werden.
Ein Beschleunigungssensor, der durch das Verfahren gemäß der zweiten Ausführungsform herstellbar ist, ist in den 15 und 16 gezeigt.
Gemäß 15 ist der Beschleunigungssensor gebildet aus einem SOI-Substrat 110. Das SOI-Substrat 110 enthält ein Trägersubstrat 111, eine Opferschicht 112 auf dem Trägersubstrat 111 und eine Halbleiterschicht 113 auf der Opferschicht 112. Das Trägersubstrat 111 hat beispielsweise eine Dicke von 500 μm, die Opferschicht 112 hat beispielsweise eine Dicke von 3 μm und die Halbleiterschicht 113 hat beispielsweise eine Dicke von 22 μm.
Beispielsweise ist das Trägersubstrat 111 und ist die Halbleiterschicht 113 aus einem einkristallinen Silizium vom N-Typ und die Opferschicht 112 ist aus SiO₂.
Wie in 16 gezeigt, wird auf der Halbleiterschicht 113 eine thermisch oxidierte Schicht 114 ausgebildet. Die thermisch oxidierte Schicht 114 wird gebildet, indem eine Oberfläche der Halbleiterschicht 113 thermisch oxidiert wird. Beispielsweise ist die thermisch oxidierte Schicht 114 aus SiO₂. In 15 ist die thermisch oxidierte Schicht 114 nicht gezeigt.
Die Opferschicht 112 im SOI-Substrat 110 isoliert das Trägersubstrat 111 und die Halbleiterschicht 113 und schafft einen Abstand zwischen dem Trägersubstrat 111 und der Halbleiterschicht 113. Die Halbleiterschicht 113 enthält ein bewegliches Teil 120, feste Teile 130 und ein Umfangsteil 140.
Das bewegliche Teil 120, die festen Teile 130 und das Umfangsteil 140 sind definiert durch Öffnungsabschnitte 115, welche die Halbleiterschicht 113 durchtreten. Das bewegliche Teil 120 und die festen Teile 130 bilden einen Sensierungsteil zur Erkennung einer dynamischen Größe, beispielsweise einer Beschleunigung.
Das bewegliche Teil 120 enthält Ankerabschnitte 121, einen Spindelabschnitt 122, bewegliche Elektroden 123 und Auslegerabschnitte 124.
Die Ankerabschnitte 121 halten den Spindelabschnitt 122 derart, dass der Spindelabschnitt 122 gegenüber dem Trägersubstrat 111 schwimmt. Die Ankerabschnitte 121 haben Blockform und sind an zwei Abschnitten auf der Opferschicht 112 angeordnet.
Der Spindelabschnitt 122 arbeitet als eine Spindel, welche die beweglichen Elektroden 123 bezüglich eines jeden Ankerabschnitts 121 bewegt, wenn die Halbleitervorrichtung mit einer Beschleunigung beaufschlagt wird. Der Spindelabschnitt 122 enthält eine Mehrzahl von Ätzöffnungen 122a. Die Ätzöffnungen 122a werden als Einbringmittel für ein Ätzmittel verwendet, wenn die Opferschicht 112 zwischen dem Spindelabschnitt 122 und dem Trägersubstrat 111 entfernt wird.
Die beweglichen Elektroden 123 stehen von einer Längsseite des Spindelabschnitts 122 in einer Richtung senkrecht zur Längsseite vor und sind in einer Kammform angeordnet. Die beweglichen Elektroden 123 sind in gleichmäßigen Abschnitten angeordnet und die beweglichen Elektroden 123 haben gleiche Breite und gleiche Länge.
Die Auslegerabschnitte 124 verbinden die Ankerabschnitte 121 und den Spindelabschnitt 122. Jeder der Auslegerabschnitte 124 hat eine rechteckige Rahmenform, bei der zwei parallele Ausleger an beiden Enden miteinander verbunden sind, und hat eine Federfunktion, welche in einer Richtung senkrecht zu einer Längsrichtung der beiden Ausleger auslenkbar ist. Durch die Auslegerabschnitte 124 ist der Spindelabschnitt 122 einteilig mit den Ankerabschnitten 121 verbunden. Wie in 15 gezeigt, verbinden die beiden Auslegerabschnitte 124 die jeweiligen Ankerabschnitte 121 und den Spindelabschnitt 122.
Die Opferschicht 112 unter den Auslegerabschnitten 124, dem Spindelabschnitt 122 und den beweglichen Elektroden 123 wird teilweise entfernt, und die Auslegerabschnitte 124, der Spindelabschnitt 122 und die beweglichen Elektroden 123 schwimmen in einem bestimmten Abstand gegenüber dem Trägersubstrat 111. Der bestimmte Abstand ist ein Abstand zwischen der Halbleiterschicht 113, welche die Auslegerabschnitte 124, die Spindelabschnitte 122 und die beweglichen Elektroden 123 bildet, und dem Trägersubstrat 111 und entspricht in ihrer Dicke der Dicke der Opferschicht 112.
Somit wird gemäß 16 die Opferschicht 112 unter den Auslegerabschnitten 124 entfernt, und die Auslegerabschnitte 124 schwimmen gegenüber dem Trägersubstrat 111 in dem bestimmten Abstand. Obgleich nur die Auslegerabschnitte 124 im beweglichen Teil 120 in 16 gezeigt sind, schwimmen der Spindelabschnitt 122 und die bewegliche Elektrode 123 ebenfalls in dem bestimmten Abstand gegenüber dem Trägersubstrat 111.
Das feste Teil 130 liegt gegenüberliegend zur Längsseite des Spindelabschnitts 122. Somit sind zwei feste Teile 130 an gegenüberliegenden Seiten des Spindelabschnitts 122 angeordnet. In 15 ist die Gesamtheit einer der beiden festen Elektroden 130 und ein Teil der anderen gezeigt. Jedes der festen Teile 130 enthält einen Verdrahtungsabschnitt 131 und feste Elektroden 132.
Der Verdrahtungsabschnitt 131 arbeitet als eine Verdrahtung zur elektrischen Verbindung der festen Elektroden 132 mit einem externen Teil.
Die festen Elektroden 132 stehen von einer Seite des Verdrahtungsabschnitts 131 gegenüber dem Spindelabschnitt 122 in einer Richtung senkrecht zu der Seite vor und sind in Kammform angeordnet. Die festen Elektroden 132 sind in gleichmäßigen Abständen angeordnet, und weiterhin haben die festen Elektroden 232 gleiche Breite und gleiche Länge.
Die festen Elektroden 132 sind entgegengesetzt zu den beweglichen Elektroden 123 entsprechend angeordnet, und zwischen den festen Elektroden 132 und den entsprechenden beweglichen Elektroden 123 sind Kondensatoren gebildet. Mit anderen Worten, das bewegliche Teil 120 und die festen Teile 130 sind so gestaltet, dass sie eine dynamische Größe auf der Grundlage einer Kapazität erkennen, welche zwischen den beweglichen Elektroden 123 und den festen Elektroden 132 gebildet ist. Wenn somit der Beschleunigungssensor mit einer Beschleunigung in Ebenenrichtung des Trägersubstrats 111 und in Längsrichtung des Spindelabschnitts 122 beaufschlagt wird, kann der Beschleunigungssensor die Beschleunigung auf der Grundlage einer Kapazitätsänderung dieser Kondensatoren erkennen.
Der Verdrahtungsabschnitt 13 ist auf der Opferschicht 112 ausgebildet und ist über die Opferschicht 112 mit dem Trägersubstrat 111 verbunden. Die Opferschicht 112 zwischen den festen Elektroden 132 und dem Trägersubstrat 111 wird entfernt, und die festen Elektroden 132 schwimmen gegenüber dem Trägersubstrat 111.
Das Umfangsteil 140 ist so angeordnet, dass es das bewegliche Teil 120 und die festen Teile 130 umgibt. In dem in 15 gezeigten Beispiel bildet das Umfangsteil 140 einen Ring um das bewegliche Teil 120 und die festen Teile 130.
Auf einem der beiden Ankerabschnitte 121 ist ein Kissen 125 für das bewegliche Teil angeordnet. Auf dem Verdrahtungsabschnitt 131 des festen Teils 130 ist ein Kissen 133 für das feste Teil angeordnet. An dem Umfangsteil 140 ist ein Kissen 141 für das Umfangsteil angeordnet.
Jedes der Kissen 125, 133, 141 ist elektrisch mit der Halbleiterschicht 113 verbunden, welche den Ankerabschnitt 121, den Verdrahtungsabschnitt 131 und das Umfangssteil 140 bildet; die Verbindung erfolgt über Kontaktöffnungen 114a in der thermisch oxidierten Schicht 114.
Jedes der Kissen 125, 133, 141 ist mit Bonddrähten (nicht gezeigt) bondiert, so dass jedes Teil elektrisch mit externen Teilen verbunden ist. Beispielsweise werden der Ankerabschnitt 121 und das Verdrahtungsteil 131 mit einem bestimmten Potenzial beaufschlagt, und das Umfangsteil 140 ist mit Masse verbunden. Die Kissen 125, 133, 141 sind beispielsweise aus Aluminium.
Wenn die Halbleitervorrichtung von außen her mit einer Beschleunigung beaufschlagt wird, lenken die Auslegerabschnitte 124 des beweglichen Teils 120 aus und der Spindelabschnitt 122 bewegt sich gegenüber den festen Elektroden 132, welche ortsfest sind, in Längsrichtung. Folglich ändern sich die Abstände zwischen den beweglichen Elektroden 123 und den festen Elektroden 132, und die Kapazitäten der durch die beweglichen Elektroden 123 und die festen Elektroden 132 gebildeten Kondensatoren ändern sich. Durch Erkennung der Kapazitätsänderung kann die auf die Halbleitervorrichtung aufgebrachte Beschleunigung erkannt werden.
Nachfolgend wird ein Herstellungsverfahren für die Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 17 bis 20 beschrieben. Zunächst sei eine Laserbestrahlungsanordnung 150 unter Bezugnahme auf 17 beschrieben, die verwendet wird, einen Teil der Halbleiterschicht 113 und einen Teil der Opferschicht 112 zu entfernen.
Gemäß 17 enthält die Laserbestrahlungsanordnung 150 einen Laserquellentreiber 151, eine Laserquelle 152, einen Spiegel 153, eine Kondensorlinse 154, eine Stufe 155, einen Stufenantrieb 156 und eine Steuerung 157.
Der Laserquellentreiber 155 ist ein Treiber oder Antrieb, der die Laserquelle 152 steuert, damit unter Anweisungen durch die Steuerung 157 ein Laserstrahl erzeugt wird.
Die Laserquelle 152 erzeugt einen Laserstrahl. Die Laserquelle 152 ist beispielsweise ein Nanosekundenlaser mit einer Oszillationswellenlänge von 1043 nm, einer Oszillationsfrequenz von 80 kHz, einer Pulsbreite von 1 ns und einer maximalen Ausgangsleistung von 4 W. Der Laserstrahl wird aus Laserstrahlen gewählt, welche das Trägersubstrat 111, die Opferschicht 112 und die Halbleiterschicht 113 durchdringen, ohne vom Trägersubstrat 111 und der Halbleiterschicht 113 absorbiert zu werden. Die obigen Spezifikationen für die Laserquelle 152 sind Beispiele, und die Laserquelle 152 kann hiervon abweichende Spezifikationen haben.
Der Spiegel 153 ist eine reflektierende Platte, welche den Laserstrahl von der Laserquelle 152 auf die Stufe 155 richtet.
Die Kondensorlinse 154 bündelt den Laserstrahl, der von der Laserquelle 152 ausgegeben und vom Spiegel 153 reflektiert wird. Die Kondensorlinse 154 hat einen Brennpunkt 154a, der in dem Trägersubstrat 111 im SOI-Substrat 110 liegt. Mit anderen Worten, der Laserstrahl durchtritt die Halbleiterschicht 113 und die Opferschicht 112 und erreicht das Trägersubstrat 111. Der von der Kondensorlinse 154 gebündelte Laserstrahl hat einen Punktdurchmesser oder Spotdurchmesser von beispielsweise 5 μm.
Die Stufe 155 hat eine Sitzfläche 155a. Die Höhe der Kondensorlinse 154 gegenüber dieser Fläche 155a kann geändert werden. Mit anderen Worten, die Kondensorlinse 154 ist in einer Richtung senkrecht zu der Sitzfläche 155a der Stufe 155, d. h. in Z-Richtung, beweglich. Folglich kann die Position des Brennpunkts 154a des Laserstrahls in Z-Richtung bewegt werden. Die Position der Kondensorlinse 154 wird von dem Laserquellentreiber 151 geändert, der wiederum Anweisungen von der Steuerung 157 erhält.
Die Stufe 155 ist eine Basis, die in einer X-Y-Richtung parallel zur Sitzfläche 155a der Stufe 155 beweglich ist. Auf der Sitzfläche 155a der Stufe 155 ist das SOI-Substrat 110 in Waferform anordenbar.
Der Stufenabschnitt 156 bewegt die Stufe 155 unter Anweisungen von der Steuerung 157 in X-Y-Richtung.
Die Steuerung 157 ist eine zentrale Steuerung und instruiert den Laserquellentreiber 151 und den Stufenantrieb 156, so dass die Laserquelle 152 den gepulsten Laserstrahl ausgibt und die Stufe 155 bewegt wird. Die Steuerung 157 führt die Anweisungen anhand von einem vorab bereitgestellten Programm durch.
Die Steuerung 157 weist den Laserquellentreiber 151 an, so dass der Brennpunkt 154a des Laserstrahls in dem Trägersubstrat 111 positioniert wird. Dann weist die Steuerung 157 den Laserquellentreiber 151 und den Stufenantrieb 156 an, so dass die Stufe 155 in einer Ebenenrichtung auf dem Trägersubstrat 111 im SOI-Substrat bewegt wird und somit der Brennpunkt 154a des Laserstrahls an einer gewünschten Position zu liegen kommt und das SOI-Substrat 110 mit dem Laserstrahl an der gewünschten Position beleuchtet wird. Wenn ein Bereich in einem bestimmten Abschnitt mit dem gepulsten Laserstrahl beleuchtet oder bestrahlt wird, weist die Steuerung 157 den Laserquellentreiber 151 und den Stufenantrieb 156 derart an, dass die Stufe 155 über die Zeit hinweg bewegt wird, wobei eine weitere Bestrahlung mit dem gepulsten Laserstrahl erfolgt.
Wie in 18 gezeigt, enthält das SOI-Substrat 110 einen Chipausbildungsbereich (RC). Der Chipausbildungsbereich enthält eine Mehrzahl von Chipabschnitten 116. Beispielsweise ist jeder der Chipabschnitte 116 quadratisch mit 2 mm Kantenlänge, und diese Größe entspricht einer Größe der Halbleitervorrichtung. Durch Durchführung der Prozesse oder Abläufe der 19A bis 19D wird eine Mehrzahl von Halbleitervorrichtungen im SOI-Substrat 110 gebildet.
Zunächst wird das SOI-Substrat 110 bereitgestellt, bei dem die Opferschicht 112 zwischen dem Trägersubstrat 111 und der Halbleiterschicht 113 zu liegen kommt. Das SOI-Substrat 110 sei beispielsweise ein 6-Inch-Wafer.
Im Prozess gemäß 19A wird das SOI-Substrat 110 auf der Sitzfläche 155a der Stufe 155 in der Laserbestrahlungsanordnung 150 von 17 angeordnet. Dann wird das SOI-Substrat 110 mit dem Laserstrahl in einem Zustand bestrahlt, wo der Brennpunkt 154a des Laserstrahls in einem Abschnitt des Trägersubstrats 111 positioniert wird, der in einem Opferabschnitt 117 liegt.
Gemäß 20 enthält der Chipabschnitt 116 den Opferabschnitt 117, der schraffiert und von einer gestrichelten Linie eingefasst dargestellt ist. In der Halbleiterschicht 113 enthält der Opferabschnitt 117 einen Abschnitt oder Bereich, wo der Öffnungsabschnitt 115 gebildet wird, Abschnitte, wo die Auslegerabschnitte 124, der Spindelabschnitt 122 und die beweglichen Elektroden 123 ausgebildet werden, und Abschnitte, wo die festen Elektroden 132 ausgebildet werden.
Somit setzt die Laserstrahlanordnung 150 den Brennpunkt 154a des Laserstrahls in den Abschnitt des Trägersubstrats 111, der benachbart der Opferschicht 112 ist und in dem Opferabschnitt 117 liegt, und das Trägersubstrat 111 wird mit dem Laserstrahl von der Seite der Halbleiterschicht 113 her durch die Opferschicht 112 bestrahlt. Folglich werden thermische Belastungen vom Brennpunkt 154a des Laserstrahls in Richtung Einfallsseite des Laserstrahls übertragen und Mikrorisse werden in einem Abschnitt der Opferschicht 112 erzeugt, der in dem Opferabschnitt 117 liegt. Der Erzeugungsmechanismus der Mikrorisse wird später beschrieben.
Weiterhin werden durch Bewegung des Brennpunkts 154a des Laserstrahls in Dickenrichtung der Halbleiterschicht 113 (der Z-Richtung) Mikrorisse in einem zur Ausbildung vorgesehenen Bereich des Öffnungsabschnitts 115 in der Halbleiterschicht 113 erzeugt. Die Reihenfolge der Ausbildung der Mikrorisse in der Halbleiterschicht 113 und der Opferschicht 112 kann umgekehrt werden.
Eine Brennpunktposition des Brennpunkts 154a der Kondensorlinse 154, d. h. eine Position des Brennpunkts 154a des Laserstrahls bezüglich des Trägersubstrats 111, kann wie folgt festgesetzt werden. Zunächst wird das SOI-Substrat 110 auf der Sitzfläche 155a der Stufe 155 angeordnet. Dann wird die Stufe 155 so bewegt, dass ein äußerer Umfangsabschnitt des SOI-Substrats 110, der die Chipabschnitte 116 umgibt, mit dem Laserstrahl bestrahlt wird. Danach wird das SOI-Substrat 110 mit dem Laserstrahl bestrahlt und die Brennpunktposition der Kondensorlinse 154 im Trägersubstrat 111 wird eingestellt, indem die Position der Kondensorlinse 154 mit dem Laserquellentreiber 151 eingestellt wird.
Wenn der Bereich des Trägersubstrats 111 entsprechend dem Opferabschnitt 117 mit dem Laserstrahl bestrahlt wird, werden thermische Belastungen vom Brennpunkt 154a des Laserstrahls in Richtung Einfallsseite des Laserstrahls übertragen. Damit werden Mikrorisse in der Opferschicht 112 oberhalb des Trägersubstrats 111 erzeugt. Die Mikrorisse sind Risse, die in der Opferschicht 112 erzeugt werden, und bedeuten einen Zustand, in welchem die Opferschicht 112 durch die thermische Belastung beschädigt wird. Mit anderen Worten, ein Teil der Halbleiterschicht 113 und ein Teil der Opferschicht 112, in der die Mikrorisse erzeugt werden, bilden eine umgeformte oder umgestaltete Schicht oder Reformschicht 118 mit einer Vielzahl derartiger Risse.
In dem Abschnitt des Trägersubstrats 111, der im Opferabschnitt 117 liegt, wird die Oberfläche des Trägersubstrats 111, welche in Kontakt mit der Opferschicht 112 ist, mit dem Laserstrahl in bestimmten Intervallen oder Abständen in einer Richtung abgetastet. Folglich wird eine Mehrzahl von Linien von Mikrorissen in dem Abschnitt der Opferschicht 112 im Opferabschnitt 117 erzeugt. Die bestimmten Intervalle sind Intervalle zwischen einer jeden Abtastlinie des Laserstrahls und einer benachbarten Abtastlinie des Laserstrahls.
Da 19A eine Schnittansicht eines Abschnitts des SOI-Substrats 110 zeigt, wo die Mikrorisse erzeugt werden, sind der zur Ausbildung vorgesehene Bereich des Öffnungsabschnitts 115 in der Halbleiterschicht 113 und die Opferschicht 112 im Opferabschnitt 117 als Reformschicht 118 gezeigt. Da jedoch der Laserstrahl in den bestimmten Intervallen abtastet, und zwar im anderen Querschnitt, gibt es einen Abschnitt, wo die Reformschicht 118 in der Opferschicht 112 im Opferabschnitt 117 nicht gebildet wird.
Ein Eckabschnitt des Opferabschnitts 117 kann vom Laserstrahl bestrahlt werden, da die Reformschicht 118 vom Eckabschnitt aus geätzt wird. In dem Opferabschnitt 117 sind ein schmaler Abschnitt zwischen dem Umfangsteil 140 und den festen Teilen 130 und ein schmaler Abschnitt zwischen dem Umfangsteil 140 und dem beweglichen Teil 120 ebenfalls der Bestrahlung durch den Laserstrahl ausgesetzt, so dass die Opferschicht 112 zwischen dem Umfangsteil 140 und den festen Teilen 130 und die Opferschicht 112 zwischen dem Umfangsteil 140 und dem beweglichen Teil 120 mit Sicherheit entfernt werden kann.
Die Steuerung 157 weist den Stufenantrieb 156 an, die Stufe 155 so zu bewegen, dass der Abschnitt des Trägersubstrats 111 in dem Opferabschnitt 117 in jedem der Chipabschnitte 116 im Chipausbildungsbereich gemäß 18 mit dem Laserstrahl bestrahlt wird.
Nachdem die Reformschicht 118, also die umgestaltete oder umgeformte Schicht 118, in der Opferschicht 112 im Opferabschnitt 117 ausgebildet wurde und der zur Ausbildung vorgesehene Bereich des Öffnungsabschnitts 115 in der Halbleiterschicht 113 ebenfalls mit der Reformschicht 118 versehen worden ist, wird das SOI-Substrat 110 in einen Reinraum verbracht. Die nachfolgenden Abläufe werden in diesem Reinraum oder Reinstraum durchgeführt.
In dem Ablauf gemäß 19B wird das SOI-Substrat 110 thermisch in Sauerstoffatmosphäre oxidiert, so dass die thermisch oxidierte Schicht 114 mit einer Dicke von wenigen μm auf der Halbleiterschicht 113 gebildet wird, welche aus dem einkristallinen Silizium ist. Die thermisch oxidierte Schicht 114 ist aus SiO₂.
Danach wird eine Resistschicht (nicht gezeigt) auf der thermisch oxidierten Schicht 114 ausgebildet. Die Resistschicht wird mittels Fotolithografie gemustert, so dass Abschnitte der Resistschicht entsprechend den Kontaktöffnungen 114a des Kissens 125 für das bewegliche Teil, des Kissens 133 für das feste Teil und des Kissens 141 für das Umfangsteil offen sind.
Die thermisch oxidierte Schicht 114 wird unter Verwendung der Resistschicht als Maske nass geätzt. Folglich werden die Kontaktöffnungen 114a in der thermisch oxidierten Schicht 114 ausgebildet, und durch diese Kontaktöffnungen 114a wird die Halbleiterschicht 113 freigelegt. Danach wird die Resistschicht entfernt.
In dem Prozess gemäß 19C wird auf der Halbleiterschicht 113, welche durch die Kontaktöffnungen 114a frei liegt, und auf der thermisch oxidierten Schicht 114 eine nicht gezeigte Metallschicht aus Aluminium ausgebildet, beispielsweise durch ein PVD-Verfahren. Zusätzlich wird eine Fotomaske auf der Metallschicht ausgebildet und die Metallschicht wird unter Verwendung der Fotomaske nass geätzt, so dass die Metallschicht gemustert wird. Aus der Metallschicht werden das Kissen 125 für das bewegliche Teil, das Kissen 133 für das feste Teil und das Kissen 141 für das Umfangsteil gebildet. Danach wird die Fotomaske entfernt.
In dem Prozess gemäß 19D ist der Öffnungsabschnitt 115 in der Halbleiterschicht 113 vorgesehen und die Auslegerabschnitte 124, der Spindelabschnitt 122, die beweglichen Elektroden 123 und die festen Elektroden 132 werden von dem Trägersubstrat 111 gelöst. Zunächst wird eine Resistschicht 160 auf der thermisch oxidierten Schicht 114 und jedem Kissen 125, 133, 141 ausgebildet, und die Resistschicht 160 wird gemustert, so dass ein Abschnitt der Resistschicht 160 entsprechend dem Öffnungsabschnitt 115 offen ist. Folglich wird die thermisch oxidierte Schicht 114 von dem Abschnitt entsprechend dem Öffnungsabschnitt 115 von der Resistschicht 160 freigegeben. Die von der Resistschicht 160 nicht bedeckte thermisch oxidierte Schicht 114 wird trocken geätzt und die Reformschicht 118 wird von der thermisch oxidierten Schicht 114 mittels änderndem Ätzgas freigelegt.
Danach wird ein Ätzprozess zur Entfernung der Reformschicht 118, in der die Mikrorisse ausgebildet worden sind, durchgeführt. Ein Ätzmittel wird von den Öffnungsabschnitten der Resistschicht 160 und der thermisch oxidierten Schicht 114 her eingebracht, und der zur Ausbildung vorgesehene Bereich des Öffnungsabschnitts 115 in der Halbleiterschicht 113 wird durch Trockenätzen entfernt. Folglich wird der Öffnungsabschnitt 115 in der Halbleiterschicht 113 gebildet.
Danach wird ein Ätzmittel über den Öffnungsabschnitt 115 in der Halbleiterschicht 113 in das SOI-Substrat 110 eingebracht und die Opferschicht 112 im Opferabschnitt 117, wo die Mikrorisse ausgebildet sind, wird durch Ätzen entfernt. Folglich schwimmen die Auslegerabschnitte 124, der Spindelabschnitt 122, die beweglichen Elektroden 123 und die festen Elektroden 132 gegenüber dem Trägersubstrat 111. Danach wird die Resistschicht 160 entfernt.
Wenn der Ätzprozess wie oben beschrieben durchgeführt wird, werden in der Reformschicht 118 die Mikrorisse gebildet, und der Teil der Halbleiterschicht 113 und der Teil der Opferschicht 112 werden mit Rissen versehen. Somit ist die Inkubationszeit für den Ätzangriff der Reformschicht 118 kurz und das Ätzen beginnt unmittelbar nach Ein- oder Aufbringen des Ätzmittels auf die Reformschicht 118. Dies deshalb, als das Ätzmittel problemlos in die Reformschicht 118 eindringt, ein Oberflächenbereich im Inneren der Reformschicht 118, der dem Ätzmittel ausgesetzt ist, erhöht ist und die Menge an Ätzmittel, welche in Kontakt mit der Reformschicht 118 gelangt, ebenfalls vergrößert ist. Damit wird die Reformschicht 118 selektiv gegenüber Abschnitten der Halbleiterschicht 113 und der Opferschicht 112 geätzt, welche keine Mikrorisse haben.
Da der Abschnitt des Trägersubstrats 111, der im Opferabschnitt 117 liegt, mit dem Laserstrahl in den bestimmten Abständen in einer Richtung bestrahlt wird, wird eine Mehrzahl von Linien mit Mikrorissen in einer Richtung entlang der Ebenenrichtung der Opferschicht 112 gebildet. Somit gibt es in dem Abschnitt der Opferschicht 112, die in dem Opferabschnitt 117 liegt, Abschnitte ohne Mikrorisse. Da jedoch die Reformschicht 118 rasch geätzt wird, wird das Ätzmittel rasch einem Abschnitt der Opferschicht 112 am weitesten entfernt vom Öffnungsabschnitt 115 und ohne Mikrorisse zugeführt. Im vorliegenden Fall schreitet in der Opferschicht 112 das Ätzen von den Linien von Mikrorissen in einer Richtung senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung der Linien fort. Damit schreitet das Ätzen gleichförmig im gesamten Bereich des Opferabschnitts 117 fort. Damit wird ein Oberflächeneffekt beim Ätzen aufgrund der Mikrorisse verbessert. Mit anderen Worten, die Anzahl von Abtastungen durch den Laserstrahl kann verringert werden und die Produktivität für die Halbleitervorrichtung ist verbessert.
Die Zeit, die zum Entfernen der Opferschicht 112 im Opferabschnitt 117 notwendig ist, kann im Vergleich zu einem Fall verringert werden, wo die Reformschicht 118 nicht in der Opferschicht 112 ausgebildet wird. Mit anderen Worten, eine Zeit, während der die Halbleiterschicht 113, die thermisch oxidierte Schicht 114 und die Kissen 125, 133, 141 dem Ätzmittel ausgesetzt sind, kann im Vergleich zu einem Fall verringert werden, wo die Reformschicht 118 nicht in der Opferschicht 112 ausgebildet ist. Damit kann die Oberflächenrauigkeit der Kissen 125, 133, 141 gemindert werden und fein strukturierte Körper, beispielsweise die Auslegerabschnitte 124, werden nicht verformt. Zusätzlich ist die Zeit, die zum Entfernen der Opferschicht 112 im Opferabschnitt 117 eines jeden Chipabschnitts 116 notwendig ist, über alle Chipabschnitte 116 gleichmäßig gemacht und die Überätzungen werden vermindert.
Eine Mehrzahl von Halbleitervorrichtungen kann gemäß obiger Beschreibung im SOI-Substrat 110 gebildet werden. Danach wird das SOI-Substrat 110 in die einzelnen Chipabschnitte 116 zerteilt und die Halbleitervorrichtung gemäß 15 ist fertig.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 21A bis 21J ein Mechanismus zum Ausbilden der Mikrorisse in der Opferschicht 112 durch Festsetzen des Brennpunkts 154a des Laserstrahls auf den Abschnitt des Trägersubstrats 111 in der Opferschicht 117 und durch Bestrahlen des Trägersubstrats 111 mit dem Laserstrahl von der Seite der Halbleiterschicht 113 her durch die Opferschicht 112 hindurch beschrieben.
Es ist bekannt, dass die Absorptivität von Licht einer Wellenlänge von 1064 nm an Silizium mit der Temperatur ansteigt. Wenn Silizium mit dem Laserstrahl bestrahlt wird, erfolgt eine Verdampfung von Silizium aufgrund der Wärmeerzeugung am Brennpunkt 154a des Laserstrahls, und diese Verdampfung verursacht Belastungen (Impuls- oder Schockwelle) und die Wärme wird weitergegeben. Die Absorptivität des Laserstrahls in Silizium oberhalb des Brennpunkts 154a (das heißt, auf der Laserstrahleinfallsseite) nimmt aufgrund der Wärmeentwicklung zu und die Position maximaler Temperatur bewegt sich in Richtung der Laserstrahleinfallsseite. Aufgrund einer thermischen Verwerfung durch die Temperaturverteilung und durch die erzeugten Belastungen erfolgt ein Risswachstum vom Brennpunkt 154a in Richtung der Laserstrahleinfallsseite. Das Risswachstum stoppt, wenn die Belastungen aufgrund einer Bruchbelastung verringert werden, und ein Bereich hochdichter Dislokation wird gebildet. Der Bereich hochdichter Dislokation ist ein Bereich, wo die Mikrorisse sich ausbilden.
Durch Anwenden des oben beschriebenen Mechanismus auf die vorliegende Ausführungsform kann sichergestellt werden, dass sich Mikrorisse durch den Ablauf gemäß den 21A bis 21J bilden.
Zunächst enthält gemäß 21A das SOI-Substrat 110 das Trägersubstrat 111, die Opferschicht 112 und die Halbleiterschicht 113. Dann wird gemäß 21B das SOI-Substrat 110 mit dem Laserstrahl L von der Seite der Halbleiterschicht 113 her in einem Zustand bestrahlt, wo der Brennpunkt 154a des Laserstrahls L im Trägersubstrat 111 liegt. Eine Femtosekunde nach der Bestrahlung wird gemäß 21C die Energie des Laserstrahls L vom Trägersubstrat 111 am Brennpunkt 154a des Laserstrahls absorbiert.
Im unteren Picosekundenbereich nach der Bestrahlung nimmt gemäß 21D die Temperatur des Trägersubstrats 111 zu und das Trägersubstrat 111 dehnt sich am Brennpunkt 154a des Laserstrahls L aus. Einige Picosekunden nach der Bestrahlung wird gemäß 21E eine Impulswelle aufgrund thermischer Verwerfung vom Brennpunkt 154a aus übertragen.
Nanosekunden nach der Bestrahlung steigt gemäß 21F die Lage eines Temperaturabsorptionspunkts in Richtung der Laserstrahleinfallsseite hin an. Zu diesem Zeitpunkt erfolgt im Trägersubstrat 111 die Ausbildung einer Leerstelle 111a. Die Impulswelle aufgrund der thermischen Verwerfung erreicht dann die Opferschicht 112 aus SiO₂, wie in 21G gezeigt, und der Temperaturabsorptionspunkt erreicht die Opferschicht 112. Zu diesem Zeitpunkt sind seit der Bestrahlung mit dem Laserstrahl L 10 Nanosekunden verstrichen.
100 Nanosekunden nach der Bestrahlung stoppt gemäß 21I der Anstieg des Temperaturabsorptionspunkts und die Verwerfungen aufgrund thermischer Belastung vergrößern sich. Wenn die Bestrahlung mit dem Laserstrahl L stoppt, sind gemäß 21J Mikrorisse 112a aufgrund der thermischen Belastung in der Opferschicht 112 ausgebildet. Somit bildet ein Bereich der Opferschicht 112, wo die Mikrorisse 112a ausgebildet worden sind, die umgeformte oder umgestaltete Schicht oder Reformschicht 118.
Die Mikrorisse 112a können im Opferabschnitt 117 gemäß obiger Beschreibung gebildet werden. Auch wenn die Mikrorisse 112a in der Halbleiterschicht 113 gebildet werden, kann eine thermische Belastung ausgenutzt werden, welche vom Brennpunkt 154a des Laserstrahls in Richtung der Laserstrahleinfallsseite übertragen wird.
Um den obigen Mechanismus bei der Ausbildung von Mikrorissen 112a zu verifizieren, kann an Proben eine Beobachtung durchgeführt werden, wie von den vorliegenden Erfindern demonstriert wurde. Die Probe ist ein SOI-Substrat 110 mit einem Trägersubstrat 111, einer Opferschicht 112 auf dem Trägersubstrat 111 und einer Halbleiterschicht 113 auf der Opferschicht 112. Die Beobachtung kann mit einem SEM durchgeführt werden (scanning electron microscope).
Gemäß 22B hat die Halbleiterschicht 113 eine Dicke von 22.0 μm und die Opferschicht 112 hat eine Dicke von 3.0 μm. In 22B ist ein linker Teil ein Querschnitt vor dem Ätzen und ein rechter Teil ist ein Querschnitt nach dem Ätzen.
Das SOI-Substrat 110 wird mit dem Laserstrahl unter den folgenden Bedingungen bestrahlt: Die Abtastgeschwindigkeit beträgt 300 mm/sec und die Einstelltiefe für den Brennpunkt 154a des Laserstrahls von einer Oberfläche der Halbleiterschicht 113 aus beträgt 28 μm. Das SOI-Substrat 110 wird mit dem Laserstrahl entlang der Linie XXIIB-XXIIB in 22A bestrahlt.
Die Halbleiterschicht 113 wird mit einem ICP-Ätzgerät unter folgenden Bedingungen geätzt: Die Leistung beträgt 600 W, das Gas ist SF₆/C₄F₈/120/130 ml/min, die Zeit beträgt 5/7 sec, der Druck 2 Pa, die Rate 2 μm/min × 11 min und die Ätztiefe 22 μm. Die Opferschicht 112 wird unter folgenden Bedingungen geätzt: HF/NH₄F = 1/6 (RT) × 15 min, und die Ätztiefe von einer Oberfläche der Opferschicht aus (einer Kontaktoberfläche mit der Halbleiterschicht 113) beträgt 2.0 μm.
Zunächst seien die Mikrorisse 112a, die in der Opferschicht 112 gebildet werden, untersucht. Die Probe wird mit dem Laserstrahl bestrahlt und die Halbleiterschicht 113 als eine aktive Schicht wird mit der ICP-Ätzanordnung geätzt. Bei der vorliegenden Stufe wird nur die Halbleiterschicht 113 geätzt und die Opferschicht 112 nicht.
In der Probe gemäß den 23A und 23D ist ein Teil der Halbleiterschicht 113 geätzt, so dass ein Teil der Opferschicht 112 von der Halbleiterschicht 113 frei ist, und die frei liegende Oberfläche der Opferschicht 112 wird von oberhalb der Halbleiterschicht 113 her untersucht. In den 23A und 23D ist die Probe mit einer 200-fachen Vergrößerung untersucht. Wie in den 23A und 23D gezeigt, liegen geradlinige Spuren von Bestrahlungslinien durch den Laserstrahl vor und Mikrorisse 112a sind in einer Richtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Bestrahlungslinien ausgebildet.
In den 23B, 23C, 23E und 23F wird die frei liegende Oberfläche der Opferschicht 112 von der Probenseite her untersucht. In 23B und 23E erfolgt die Untersuchung der Probe mit 200-facher Vergrößerung und es kann festgestellt werden, dass ein Teil der Opferschicht 112, der von der Halbleiterschicht 113 freigegeben ist, „schwimmt”. In den 23C und 23F liegt eine 1000-fache Vergrößerung bei der Untersuchung der Probe vor und es kann klar festgestellt werden, dass ein Teil der Opferschicht 112 schwimmt.
In den 24A und 24B ist die Probe mit einem Gesichtsfeld von 30 Grad an einem Abschnitt unter Beobachtung, wo die Opferschicht 112 frei von der Halbleiterschicht 113 ist, und die Vergrößerung bei der Untersuchung beträgt 3000. Gemäß den 24A und 23B wird eine Mehrzahl von kreisförmigen Dislokationsdefekten, die in einer vertikalen Richtung liegen, durch einen gepulsten Laserstrahl erzeugt. Der Dislokationsdefekt hat eine Abmessung von ungefähr 5 μm.
Nachfolgend wird die Opferschicht 112 mit HF-Basis auf eine Tiefe von 2 μm von der Oberfläche der Opferschicht 112 aus geätzt und die Oberfläche der Opferschicht 112 wird untersucht. Die 25A und 25C sind Darstellungen, welche die Oberfläche der Opferschicht 112 vor dem Ätzen zeigen, und die 25B und 25D sind Darstellungen, welche die Oberfläche der Opferschicht 112 nach dem Ätzen zeigen. In den 25A bis 25D erfolgt die Untersuchung der Probe mit 200-facher Vergrößerung.
Gemäß den 25B und 25D schreitet nach einem Ätzen der Opferschicht 112 das Ätzen von den Spuren der Bestrahlungslinien des Laserstrahls in einer Richtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Bestrahlungslinien fort. Der Fortschreitungsbetrag des Ätzens beträgt ungefähr 40 μm an einer Seite in der senkrechten Richtung. Mit anderen Worten, das Ätzen schreitet um 80 μm fort, wobei die Spuren der Bestrahlungslinien durch den Laserstrahl mittig liegen. In den geätzten Bereichen der 25B und 25D ist die Opferschicht 112 entfernt und die Oberfläche des Trägersubstrats 111 ist von der Opferschicht 112 freigegeben.
Eine weitere Probe wird mit dem Laserstrahl unter den folgenden Bedingungen bestrahlt: Die Laserleistung beträgt 0.3 W und der Brennpunkt 154a des Laserstrahls wird auf eine Tiefe von 28 μm gesetzt. In diesem Fall können Spuren von Bestrahlungslinien durch den Laserstrahl nicht klar beobachtet werden. Weiterhin wird, wenn die Opferschicht 112 der Probe geätzt wird, ein Fortschritt des Ätzens um die Spuren der Bestrahlungslinien des Laserstrahls herum nicht beobachtet. Das heißt, wenn die Laserleistung niedrig ist, ist weniger wahrscheinlich, dass Mikrorisse 112a in der Opferschicht 112 gebildet werden, und ein Fortschreiten des Ätzens um die Bestrahlungslinien des Laserstrahls herum (mit diesen Linien als Mitte) kann nicht erwartet werden. Daher ist es notwendig, eine Laserleistung zu wählen, welche die Mikrorisse 112a in der Opferschicht 112 ausbilden kann.
Im Beispiel gemäß den 26A bis 26D wird eine Probe mit dem Laserstrahl in einem Zustand bestrahlt, bei dem der Brennpunkt 154a des Laserstrahls auf die Halbleiterschicht 113 und nicht nur auf das Trägersubstrat 111 gerichtet ist. Die Probe ist in den 26A und 26C mit 200-facher Vergrößerung untersucht, und die Probe ist in den 26B und 26D mit 1000-facher Vergrößerung untersucht.
Die Probe wird mit dem Laserstrahl von oberhalb der Halbleiterschicht 113 entlang der X-Richtung in einem Zustand bestrahlt, wo der Brennpunkt 154a des Laserstrahls auf einen Abschnitt der Halbleiterschicht 113 benachbart der Opferschicht 112 festgesetzt ist. Zusätzlich wird die Probe mit dem Laserstrahl von oberhalb der Halbleiterschicht 113 entlang einer Y-Richtung in einem Zustand bestrahlt, wo der Brennpunkt 154a des Laserstrahls auf einen Abschnitt des Trägersubstrats 111 benachbart der Opferschicht 112 gesetzt ist. Die X-Richtung und die Y-Richtung sind Richtungen parallel zu einer Oberfläche des Trägersubstrats 111, das in Kontakt mit der Opferschicht 112 ist, und sind senkrecht zueinander.
Nach Bestrahlung der Probe mit dem Laserstrahl, während der Brennpunkt 154a des Laserstrahls auf die Halbleiterschicht 113 und das Trägersubstrat 111 gesetzt ist, wird die Opferschicht 112 geätzt. Wie in den 26A und 26C gezeigt, gibt es einen Unterschied zwischen dem Fortschritt des Ätzens in X-Richtung und dem Fortschritt des Ätzens in Y-Richtung. Insbesondere ist gemäß den 26B und 36D aufgrund eines Unterschieds in der Tiefe des Brennpunkts 154a des Laserstrahls der Ätzfortschritt in X-Richtung ungefähr 5-mal größer als der Ätzfortschritt in Y-Richtung. In den 26B und 26D sind punktförmige Leerstellen gezeigt, die in dem Trägersubstrat 111 ausgebildet sind.
Wie im Mechanismus zur Ausbildung der Mikrorisse 112a bereits beschrieben, wird, wenn der Brennpunkt 154a des Laserstrahls auf das Trägersubstrat 111 gerichtet wird, eine thermische Belastung vom Brennpunkt 154a in Richtung der Opferschicht 112 übertragen. Wenn andererseits der Brennpunkt 154a des Laserstrahls auf die Halbleiterschicht 113 gesetzt wird und das SOI-Substrat 110 von oberhalb der Halbleiterschicht 113 her bestrahlt wird, ist ein Schaden in der Halbleiterschicht 113, der auf der Einfallsseite liegt und von thermischer Belastung herrührt, groß und ein Schaden in der Opferschicht 112 durch die thermische Belastung ist niedrig.
Nach Ätzen der Opferschicht 112 der Probe wird ein Querschnitt der Probe gemäß 27A mittels des SEM untersucht. Bei der Querschnittsbeobachtung werden ein Abschnitt der Halbleiterschicht 113 und ein Abschnitt der Opferschicht 112 an einer linken Seite der Probe geätzt.
Das Trägersubstrat 111, die Opferschicht 112 und die Halbleiterschicht 113 der Probe, welche in der Querschnittsuntersuchung verwendet wird, haben Dicken, die gleich den Dicken der Probe von den 22A und 22B sind. Die Probe wird mit dem Laserstrahl unter den folgenden Bedingungen abgetastet: Die Laserleistung beträgt 0.4 W, der Brennpunkt 154a des Laserstrahls wird ausgehend von der Oberfläche der Halbleiterschicht 113 auf eine Tiefe von 28 μm gesetzt und die Abtastgeschwindigkeit beträgt 300 mm/sec.
27B zeigt eine Querschnittsansicht einer SEM-Fotografie eines Grenzabschnitts zwischen dem geätzten Abschnitt und dem nicht geätzten Abschnitt der Probe unter 1000-facher Vergrößerung. 27C zeigt eine zeichnerische Darstellung der SEM-Fotografie von 27B. Wie in den 27B und 27C gezeigt, ist im Trägersubstrat 111 eine Reformschicht mit einer Dicke von 9 μm ausgehend vom Brennpunkt 154a des Laserstrahls zu einer Kontaktoberfläche mit der Opferschicht 112 ausgebildet.
Zusätzlich kann bestätigt werden, dass das Ätzen 36 mm aufgrund der Mikrorisse 112a fortschreitet, welche mit dem Laserstrahl gebildet wurden.
In den 28A und 28C wird die Probe mit 4000-facher Vergrößerung untersucht. Wie in den 28A und 28C gezeigt, beträgt ein Abstand zwischen den Leerstellen 111a, d. h. ein Bestrahlungsintervall durch den Laserstrahl, 3.8 μm. Zwischen dem Trägersubstrat 111 und der Opferschicht 112 kann eine Ätzspur in der Opferschicht 112 klar erkannt werden.
Wie weiterhin in den 28A und 28C durch gestrichelte Linien dargestellt, pflanzt sich ein Schaden in dem Trägersubstrat 111 und der Opferschicht 112 von den Leerstellen 111a aus fort. Wie in den 24A und 24B gezeigt, hat der Schaden von oben betrachtet Kreisform. Mit anderen Worten, der Schaden aufgrund von thermischen Belastungen durch den Laserstrahl erstreckt sich in Schlotform von den Leerstellen 111a aus.
Die Beobachtungsvergrößerung in den 28B und 28D beträgt 10.000. In der Opferschicht 112 ist eine Mehrzahl von Linien zu sehen. Die Linien sind Mikrorisse 112a, an denen die Opferschicht 112 gebrochen ist.
In den 29A und 29C wird die Probe mit 5000-facher Vergrößerung untersucht. Dünne schwarze Linien in der Opferschicht 112 zwischen Trägersubstrat 111 und der Halbleiterschicht 113 sind die Mikrorisse 112a. In den 29B und 29D wird die Probe mit 15.000-facher Vergrößerung untersucht, und es kann bestätigt werden, dass eine Grenzfläche zwischen dem Trägersubstrat 111 und der Opferschicht 112 schwimmend ist. Das Schwimmen der Grenzfläche kann bewirkt werden, da die Grenzfläche beschädigt wird, wenn die thermische Belastung vom Brennpunkt 154a des Laserstrahls auf die Opferschicht 112 übertragen wird.
Wie oben beschrieben wird, zeigt sich, dass, wenn das SOI-Substrat 110 mit dem Laserstrahl in einem Zustand bestrahlt wird, wo der Brennpunkt 154a des Laserstrahls auf entweder die Halbleiterschicht 113 oder das Trägersubstrat 111 gerichtet ist, und dann die Opferschicht 112 geätzt wird, der Schaden der Opferschicht 112 hoch ist, wenn der Brennpunkt 154a des Laserstrahls auf das Trägersubstrat 111 gerichtet wird. Zusätzlich tritt ein Tiefenunterschied des Brennpunkts 154a des Laserstrahls klar als 5-facher Unterschied bei dem Ätzfortschritt zutage. Somit kann durch Abtasten des SOI-Substrats 110 mit dem Laserstrahl in einem Gittermuster, wie in den 30A und 30B gezeigt, die Opferschicht 112 geätzt werden, wobei der Ätzfortschritt seinen Mittelpunkt oder Ausgangspunkt an den Bestrahlungslinien durch den Laserstrahl hat.
In den 30A und 30B wird die Oberfläche der Opferschicht 112 mit 200-facher Vergrößerung von oberhalb der Halbleiterschicht 113 her untersucht. Das Ätzen der Opferschicht 112 schreitet in Y-Richtung fort, wenn das SOI-Substrat 110 mit dem Laserstrahl in X-Richtung abtastet wird, und das Ätzen der Opferschicht 112 schreitet in X-Richtung fort. Mit anderen Worten, ein Abschnitt der Opferschicht 112, der von den Bestrahlungslinien des Laserstrahls eingefasst ist, d. h. den Linien der Mikrorisse 112a, kann gegenüber der Umgebung geätzt werden. Damit nimmt eine Größe einer quadratischen Insel in der Opferschicht 112 gemäß den 30A und 30B ab.
Da der Oberflächeneffekt beim Ätzen durch Abtasten des SOI-Substrats mit dem Laserstrahl in zwei Richtungen, d. h. der X-Richtung und der Y-Richtung, verbessert werden kann, lässt sich die Opferschicht 112 effizient ätzen, und die Ätzzeit wird verringert. Somit kann in Fällen, wo das SOI-Substrat 110 mit dem Laserstrahl in einem Zustand bestrahlt wird, wo der Brennpunkt 154a des Laserstrahls bei dem Laserstrahlbestrahlungsprozess gemäß 19A auf das Trägersubstrat 111 gesetzt ist, das SOI-Substrat 110 mit dem Laserstrahl in regelmäßigen Abstanden entlang zwei Richtungen parallel zur Oberfläche des Trägersubstrats 111 bestrahlt werden, welches in Kontakt mit der Opferschicht 112 ist.
Auch in Fällen, wo das SOI-Substrat 110 mit dem Laserstrahl in einer Richtung in gleichmäßigen Abständen abgetastet wird, kann ein Fortschritt beim Ätzen erwartet werden. Jedoch schreitet in diesen Fällen der Ätzbereich nur in einer Richtung senkrecht zu der einen Richtung fort. Damit ist es bevorzugt, wenn das SOI-Substrat 110 mit dem Laserstrahl in gleichmäßigen Abständen in zwei Richtungen abgetastet wird. Die Abtastrichtung in nicht auf zwei Richtungen senkrecht zueinander beschränkt, und es können beliebige zwei unterschiedliche Richtungen entlang der Ebene des Trägersubstrats 111 gewählt werden. In Fällen, wo die Bestrahlung durch den Laserstrahl in zwei unterschiedlichen Richtungen durchgeführt wird, schreitet der Ätzangriff in Richtungen senkrecht zu den beiden Richtungen fort und der Oberflächeneffekt beim Ätzen kann verbessert werden.
Um Querschnittsbelastungen aufgrund thermischer Belastungen auf das Trägersubstrat 111 und die Opferschicht 112 zu ermitteln, wurde eine Raman-Spektroskopieanalyse einer Probe mit dem Trägersubstrat 111, der Opferschicht 112 und der Halbleiterschicht 113 durchgeführt. Das Ergebnis dieser Raman-Spektroskopieanalyse ist in den 31A bis 31F gezeigt.
In den 31C und 31F drückt eine horizontale Achse einen Abstand in Ebenenrichtung auf der Oberfläche des Trägersubstrats 111 aus und eine vertikale Achse einen Abstand in Dickenrichtung der Probe. In den 31C und 31F liegt die Opferschicht 112 an einer Position von Y = 0 μm bis 3 μm, und es zeigt sich, dass eine Belastung, d. h. eine Impulswelle, sich vom Brennpunkt 154a des Laserstrahls in Richtung der Opferschicht 112 überträgt. Die Raman-Spektroskopieanalyse ergibt auch, dass der Schaden in der Opferschicht 112 aufgrund einer thermischen Belastung durch die Bestrahlung mit dem Laserstrahl hoch ist. In den 31C und 31F stellen die ausgefüllten Quadrate Datenfehler dar.
Wie oben beschrieben, kann der Mechanismus zur Ausbildung der Mikrorisse 112a in der Opferschicht 112 durch Abtasten des SOI-Substrats 110 mit dem Laserstrahl in einem Zustand, wo der Brennpunkt 154a des Laserstrahls in dem Trägersubstrat 111 liegt, anhand der 21A bis 21F erläutert werden. Damit wird bei einem Laserbestrahlungsprozess, bei dem der Brennpunkt 154a auf den Abschnitt des Trägersubstrats 111 gesetzt wird, der in der Opferschicht 117 liegt, und das Trägersubstrat 111 von oberhalb der Halbleiterschicht 113 durch die Opferschicht 112 hindurch mit dem Laserstrahl bestrahlt wird, eine thermische Belastung vom Brennpunkt 154a des Laserstrahls in Richtung Einfallsseite des Laserstrahls übertragen und die Mikrorisse 112a werden in dem Abschnitt der Opferschicht 112 ausgebildet, der in dem Opferabschnitt 117 liegt. Sodann wird das Ätzmittel vom Öffnungsabschnitt 115 der Halbleiterschicht 113 her eingebracht und die Opferschicht 112, wo die Mikrorisse 112a ausgebildet sind, wird durch Ätzen entfernt. Folglich können Bestandteile, beispielsweise die Auslegerabschnitte 124, gegenüber dem Trägersubstrat 111 schwimmend ausgebildet werden.
Da die Mikrorisse 112a durch absichtliche Beschädigung der Opferschicht 112 im Opferabschnitt 117 und durch Aufbrechen der Opferschicht 112 durch die Übertragung thermischer Belastungen gebildet werden, kann die Opferschicht 112 im Vergleich zu Fällen wirksamer umgestaltet oder reformiert werden, wo der Brennpunkt 154a des Laserstrahls auf die Opferschicht 112 gelegt wird. Damit dringt das Ätzmittel in tiefere Bereiche der Opferschicht 112 problemloser vor und die Ätzrate der Opferschicht 112 kann verbessert werden.
Weiterhin kann durch Abtasten des SOI-Substrats 110 mit dem Laserstrahl in zwei unterschiedlichen Richtungen der Oberflächen- oder Bereichseffekt beim Ätzen unter Verwendung des Ätzfortschritts verbessert werden. Durch eine Verringerung der Anzahl von Abtastungen und eine Verringerung der Ätzzeit kann damit dennoch die Produktivität bei der Herstellung der Halbleitervorrichtung verbessert werden. Da die Zeit, während der strukturelle Körper, beispielsweise die Auslegerabschnitte 124, dem Ätzmittel ausgesetzt sind, durch eine Verringerung der Ätzzeit verringert wird, können Schäden an derartigen Strukturen aufgrund des Ätzmittels eingeschränkt oder unterbunden werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das SOI-Substrat 110 ein Beispiel für ein Substrat, das Trägersubstrat 111 ist ein Beispiel für eine erste Schicht, die Halbleiterschicht 113 ist ein Beispiel für eine zweite Schicht, und die Auslegerabschnitte 124, der Spindelabschnitt 122 und die beweglichen Elektroden 123 sind Beispiele für strukturelle Körper.
<Andere Ausführungsformen>
Die Ausgestaltungen von Halbleitervorrichtungen gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen sind nur Beispiele und das Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung kann auch bei anderen Halbleitervorrichtungen angewendet werden.
Beispielsweise können, obgleich sowohl das Trägersubstrat 111 als auch die Halbleiterschicht 113 bei der zweiten Ausführungsform jeweils aus einer einzelnen Schicht bestehen, sowohl das Trägersubstrat 111 als auch die Halbleiterschicht 113 mehrschichtig aufgebaut sein. Auch kann die Opferschicht 112 mehrschichtig sein. Das Herstellungsverfahren der zweiten Ausführungsform kann bei einer beliebigen Halbleitervorrichtung angewendet werden, bei der ein Teil der Halbleiterschicht 113 schwimmend gegenüber dem Trägersubstrat 111 gemacht wird, indem ein Teil der Opferschicht 112 im SOI-Substrat 110 entfernt wird.
Obgleich in 20 der Opferabschnitt 117 die festen Elektroden 132 enthält, müssen wenigstens die Auslegerabschnitte 124, der Spindelabschnitt 122 und die beweglichen Elektroden 123 im beweglichen Teil 120 gegenüber dem Trägersubstrat 111 schwimmend sein. Der Opferabschnitt 117 kann wahlweise abhängig von dem Aufbau der herzustellenden Halbleitervorrichtung ausgestaltet werden.
In den obigen Ausführungsformen wird das SOI-Substrat 110 mit dem Laserstrahl in gleichmäßigen Intervallen oder Abständen bestrahlt. Die Abtastintervalle können jedoch beliebig bzw. variabel gesetzt werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform sind die Mikrorisse 112a in dem zur Ausbildung vorgesehenen Bereich des Öffnungsabschnitts 115 in der Halbleiterschicht 113 gebildet. Der Öffnungsabschnitt 115 kann jedoch auch durch ein Ätzen ohne Ausbildung der Mikrorisse 112a gebildet werden.
Die Laserbestrahlungsanordnung 150 gemäß 17 kann eine Vorrichtung enthalten, welche eine Richtung oder Ausrichtung der Kondensorlinse 154 bezüglich des SOI-Substrats 110 ändert. Wenn die Richtung der Kondensorlinse 154 geändert werden kann, kann der Laserstrahlausgang von der Kondensorlinse 154 in das SOI-Substrat 110 in einer Richtung eintreten, welche nicht senkrecht zur Oberfläche des SOI-Substrats 110 ist. Mit anderen Worten, eine Hochgeschwindigkeitsabtastung kann durchgeführt werden. Folglich kann die Bestrahlungsrichtung durch den Laserstrahl nicht alleine durch Bewegen des SOI-Substrats 110 mittels der Stufe geändert werden, sondern auch durch Änderung der Ausrichtung (Anordnung) der Kondensorlinse. Folglich kann das SOI-Substrat 110 mit dem Laserstrahl schneller abgetastet werden und die für den Laserbestrahlungsprozess notwendige Zeit lässt sich verringern.
Beschrieben wurde insoweit zusammenfassend ein Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung. Es wird ein Substrat, welches einkristallines Silizium enthält, bereitgestellt, eine umgeformte oder umgestaltete Schicht oder Reformschicht, welche sich durchgängig erstreckt, wird in dem Substrat ausgebildet und die Reformschicht wird durch Ätzen entfernt. Die Ausbildung der Reformschicht enthält das Polykristallisieren eines Abschnitts des einkristallinen Siliziums durch Bestrahlen des Substrats mit einem gepulsten Laserstrahl, während ein Brennpunkt des Laserstrahls in dem Substrat bewegt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2008-264902 A [0002]
JP 2000-31501 A [0002]
JP 2010-164394 A [0002]
JP 2011-040942 A [0011]
US 2011/0034031 A1 [0011]

Claims

Ein Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung, aufweisend: Bereitstellen eines Substrats (10), welches einkristallines Silizium enthält; Ausbilden einer Reformschicht (11), welche sich durchgängig in dem Substrat (10) erstreckt, wobei das Ausbilden der Reformschicht (11) das Polykristallisieren eines Abschnitts des einkristallinen Siliziums durch Bestrahlen des Substrats (10) mit einem gepulsten Laserstrahl (L) enthält, während ein Brennpunkt des Laserstrahls (L) in dem Substrat (10) bewegt wird; und Entfernen der Reformschicht (11) durch Ätzen.
Das Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, wobei der gepulste Laserstrahl (L) eine Wellenlänge innerhalb eines Bereichs von 1000 nm bis 1100 nm hat.
Das Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der gepulste Laserstrahl (L) eine durchschnittliche Pulsenergie von mehr als 2.5 μJ hat.
Das Herstellungsverfahren nach Anspruch 3, wobei der gepulste Laserstrahl (L) eine durchschnittliche Pulsenergie von 15 μJ oder weniger hat.
Das Herstellungsverfahren nach Anspruch 4, wobei der gepulste Laserstrahl (L) eine durchschnittliche Pulsenergie innerhalb eines Bereichs von 6.25 μJ bis 12.5 μJ hat.
Das Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1–5, wobei das Ausbilden der Reformschicht (L) das Bewegen des Brennpunkts des Laserstrahls (L) in einer Richtung parallel zu einer Ebenenrichtung des Substrats (10) mit einer Ebenenunterteilung (PL) von 5 μm oder weniger enthält.
Das Herstellungsverfahren nach Anspruch 6, wobei die Ebenenunterteilung (PL) innerhalb eines Bereichs von 2 μm bis 4 μm liegt.
Das Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1–7, wobei das Ausbilden der Reformschicht (11) das Bewegen des Brennpunkts des Laserstrahls (L) in einer Richtung vertikal zu einer Ebenenrichtung des Substrats (10) mit einer Tiefenunterteilung (PD) von 5 μm oder weniger enthält.
Das Herstellungsverfahren nach Anspruch 8, wobei die Tiefenunterteilung (PD) innerhalb eines Bereichs von 10 μm bis 25 μm liegt.
Das Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1–9, wobei die Halbleitervorrichtung einen Sensor (30) mit einer Membran (35) enthält und wobei das Ausbilden der Reformschicht (11) und das Entfernen der Reformschicht (11) angewendet werden, um die Membran (35) in dem Substrat (10) zu bilden.
Das Herstellungsverfahren nach Anspruch 10, wobei das Ausbilden der Reformschicht (11) das Ausbilden der Reformschicht (11) entlang einer Grenzfläche zwischen der Membran (35) und einem zu entfernenden Bereich (34) unter der Membran (35) enthält und wobei das Entfernen der Reformschicht (11) das Aushöhlen des zu entfernenden Bereichs (34) durch Entfernen der Reformschicht (11) mittels Ätzen enthält.
Das Herstellungsverfahren nach Anspruch 11, wobei die Reformschicht (11) durch Nassätzen entfernt wird.
Das Herstellungsverfahren nach Anspruch 12, wobei die Membran (35) eine Breite (WD) von 600 μm oder weniger in Ebenenrichtung des Substrats (10) hat.
Das Herstellungsverfahren nach Anspruch 13, wobei die Membran (35) eine Breite (WD) von 350 μm oder weniger hat.
Das Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 10–14, wobei die Reformschicht (11) in einem bestimmten Abstand zu der Membran (35) entlang einer Richtung parallel zu einer Ebenenrichtung des Substrats (10) ausgebildet wird und wobei der bestimmte Abstand innerhalb eines Bereichs von 10 μm bis 30 μm liegt.
Das Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1–9, wobei die Halbleitervorrichtung einen Halbleitersensor (40) für eine dynamische Größe aufweist, der ein bewegliches Teil (42, 43, 44), welches gemäß einer auf den Halbleitersensor (40) für die dynamische Größe wirkenden dynamischen Größe beweglich ist, und ein festes Teil (47) aufweist, welches nicht beweglich ist, und wobei das Ausbilden der Reformschicht (11) und das Entfernen der Reformschicht (11) angewendet werden, um das bewegliche Teil (42, 43, 44) und das feste Teil (47) zu bilden.
Das Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1–9, wobei die Halbleitervorrichtung einen Transistor mit einem Grabengate enthält und wobei die Ausbildung der Reformschicht (11) und das Entfernen der Reformschicht (11) angewendet werden, das bewegliche Teil (42, 43, 44) und das feste Teil (47) auszubilden.
Das Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1–17, wobei das Substrat (10) ein einkristallines Siliziumsubstrat ist.
Das Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1–17, wobei das Substrat ein Silizium-auf-Isolator-Substrat ist, bei dem eine Siliziumoxidschicht in einkristallinem Silizium vergraben ist.
Ein Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung, wobei die Halbleitervorrichtung aufweist: ein Substrat (110), das eine erste Schicht (111), eine Opferschicht (112) auf der ersten Schicht (111) und eine zweite Schicht (113) auf der Opferschicht (113) enthält, wobei die zweite Schicht (113) einen strukturellen Körper (122–124) enthält, der durch einen Öffnungsabschnitt (115) definiert ist, der die zweite Schicht (113) durchtritt, wobei das Substrat (110) einen Opferabschnitt (117) enthält, in welchem der Öffnungsabschnitt (115) und der strukturelle Körper (122–114) liegen, wobei der strukturelle Körper (122–124) gegenüber der ersten Schicht (111) schwimmend ist, indem ein Abschnitt der Opferschicht (112) entfernt wird, der in dem Opferabschnitt (117) liegt, wobei das Herstellungsverfahren aufweist: Bestrahlen der ersten Schicht (111) mit einem Laserstrahl von oberhalb der zweiten Schicht (113) her durch die Opferschicht (112) in einem Zustand, wo ein Brennpunkt (154a) des Laserstrahls auf einen Abschnitt der ersten Schicht (111) in dem Opferabschnitt (117) gesetzt ist und damit Übertragen einer thermischen Belastung von dem Brennpunkt (154a) des Laserstrahls in Richtung einer Einfallsseite des Laserstrahls und Ausbilden von Mikrorissen (112a) in dem Abschnitt der Opferschicht (112), der in dem Opferabschnitt (117) liegt, durch die thermische Belastung; und Entfernen des Abschnitts der Opferschicht (112) mit den Mikrorissen (112a) durch Einbringen eines Ätzmittels vom Öffnungsabschnitt (115) und durch Ätzen des Abschnitts der Opferschicht (112), so dass der strukturelle Körper (122–124) gegenüber der ersten Schicht (111) schwimmend wird.
Das Herstellungsverfahren nach Anspruch 20, wobei die Bestrahlung der ersten Schicht (111) mit dem Laserstrahl das Abtasten der ersten Schicht (111) mit dem Laserstrahl entlang einer Richtung parallel zu einer Oberfläche der ersten Schicht (111) in Kontakt mit der Opferschicht (112) enthält.
Das Herstellungsverfahren nach Anspruch 20, wobei das Bestrahlen der ersten Schicht (111) mit dem Laserstrahl das Abtasten der ersten Schicht (111) mit dem Laserstrahl entlang zwei unterschiedlichen Richtungen parallel zu einer Oberfläche der ersten Schicht (111) in Kontakt mit der Opferschicht (112) enthält.
Das Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 20–22, weiterhin aufweisend: Bestrahlen eines zur Ausbildung vorgesehenen Bereichs des Öffnungsabschnitts (115) in der zweiten Schicht (113) mit einem Laserstrahl und damit Ausbilden von Mikrorissen (112a) in dem zur Ausbildung vorgesehenen Bereich des Öffnungsabschnitts (115); und Entfernen des zur Ausbildung vorgesehenen Bereichs des Öffnungsabschnitts (115) mit den Mikrorissen (112a) durch Ätzen und damit Ausbilden des Öffnungsabschnitts (115).
Das Herstellungsverfahren nach Anspruch 22, wobei das Bestrahlen des zur Ausbildung vorgesehenen Bereichs des Öffnungsabschnitts (115) und das Bestrahlen der ersten Schicht (111) in einem gleichen Prozess durchgeführt werden und wobei das Entfernen des zur Ausbildung vorgesehenen Bereichs des Öffnungsabschnitts (115) und das Entfernen des Abschnitts der Opferschicht (112) mit den Mikrorissen (112a) in einem gleichen Prozess durchgeführt werden.
Das Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 20–24, wobei die zweite Schicht (113) ein bewegliches Teil (120) und ein festes Teil (130) aufweist, wobei das bewegliche Teil (120) eine bewegliche Elektrode (123), einen Auslegerabschnitt (124) und einen Spindelabschnitt (122) enthält, wobei das feste Teil (130) eine feste Elektrode (132) enthält, wobei das bewegliche Teil (120) und das feste Teil (130) so ausgestaltet sind, dass sie eine dynamische Größe auf der Grundlage einer Kapazität erkennen, welche zwischen der beweglichen Elektrode (123) und der festen Elektrode (124) ausgebildet ist, und wobei der strukturelle Körper (122–124) die bewegliche Elektrode (123), einen Auslegerabschnitt (124) und den Spindelabschnitt (122) enthält, welche gegenüber der ersten Schicht (111) schwimmend sind.
Eine Halbleitervorrichtung, hergestellt durch ein Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 19.
Eine Halbleitervorrichtung, hergestellt durch ein Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 20 bis 24.