JP2000210900A - 電気絶縁性の高いマイクロ・エレクトロメカニカルデバイスの製造方法 - Google Patents

電気絶縁性の高いマイクロ・エレクトロメカニカルデバイスの製造方法

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JP2000210900A
JP2000210900A JP11128807A JP12880799A JP2000210900A JP 2000210900 A JP2000210900 A JP 2000210900A JP 11128807 A JP11128807 A JP 11128807A JP 12880799 A JP12880799 A JP 12880799A JP 2000210900 A JP2000210900 A JP 2000210900A
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ジェイ． ヤオ ジュン
Robert J Anderson
ジェイ． アンダーソン ロバート
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】片持支持式ビーム等のマイクロ・エレクトロメ
カニカルデバイスを製造する。 【解決手段】キャリヤ基板として絶縁ガラス基板を使用
し、ＭＥＭコンポーネント材料として単結晶シリコンを
使用し、シリコン基板上で生成されるドーピングされた
シリコン層１０８の上面に二酸化シリコン等の絶縁材料
のオプション層を堆積させる。二酸化シリコンはガラス
基板１０２にエポキシ結合されて、シリコン−二酸化シ
リコン−エポキシ−ガラス構造を作る。シリコンは、異
方性プラズマ乾式エッチング技術を使ってパターニング
され、次に、二酸化シリコン層１１０をパターニングす
るために第２パターニングが続き、酸素プラズマエッチ
ングをし、エポキシ樹脂フィルムをアンダーカットし、
シリコンＭＥＭコンポーネントを解放する。選択された
エリアに二酸化シリコン絶縁材料を保持することによっ
て、ＭＥＭコンポーネントを機械的に支持する。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明はマイクロ・エレクト
ロメカニカル（ＭＥＭ）システムに関し、より詳細に
は、電気絶縁性の高い基板を有するＭＥＭコンポーネン
トの製造に関する。 【０００２】 【従来の技術】マイクロ・エレクトロメカニカル（ＭＥ
Ｍ）コンポーネントは、多くの電子回路用途と様々なマ
イクロセンサ用途に発展的に導入されている。ＭＥＭコ
ンポーネントの実例は、高周波（ＲＦ）スイッチ、ハイ
Ｑコンデンサ、圧力トランスデューサ、および加速度計
である。そのようなＭＥＭコンポーネントのひとつであ
るＭＥＭスイッチが、本出願の譲受人であるRockwell I
nternational Corporationに発行された米国特許第5,57
8,976 号に開示されている。このＭＥＭスイッチは、犠
牲層(sacrificial layer) 上に堆積された二酸化シリコ
ンから形成される片持式スイッチアームを持つGaAs基板
上に製造される。接点と電極とは、それぞれ金とアルミ
ニウムの堆積によって容易に形成される。 【０００３】片持ビーム（片持ち梁）を作るための別の
従来技術方法は、シリコン基板への深い異方性エッチン
グと、露出されたカット部の上面と側壁をコーティング
するためのシリコン窒化物か酸化物層の塗布とを必要と
した。シリコン基板の異方性エッチングは、ＭＥＭコン
ポーネントをアンダーカットして解放する。残念なが
ら、この方法は、高絶縁用としてガラス等の非導電性で
高抵抗の基板が望ましい用途では、容易に適合しない。 【０００４】しばしばサーフェスマイクロ加工と呼ばれ
る別の方法は、シリコン基板上に堆積された二酸化シリ
コン等の犠牲層を使用する。その後、ＭＥＭコンポーネ
ント材料、例えばポリシリコンが堆積され、パターニン
グされて解放される。ポリシリコン層は、反応性イオン
エッチングによってエッチングされて犠牲の二酸化シリ
コン層を露出する。犠牲層は次に、通常は酸（フッ化水
素酸）でエッチンされてＭＥＭコンポーネントを解放す
る。しかしながら、ポリシリコンから造られたＭＥＭコ
ンポーネントは機械的強度が制限され、比較的劣った電
気絶縁性を示す。更に、湿式フッ化水素エッチングは、
ＭＥＭコンポーネントを懸架せずに基板へ固着させてし
まうことが多いので、この方法を使用した生産歩留りは
劣る。 【０００５】高い電気絶縁性が要求される場合、ガラス
基板上のＭＥＭコンポーネントの製造には、それを作り
出すために、一般にイオン結合技術（高電圧の印加）ま
たは融解（高温）結合技術のいずれかが必要だった。こ
れらの結合技術は共に、半導体デバイスが同一基板上に
存在するときの使用には適さない。具体的には、イオン
結合の場合、高電圧が、敏感な電気コンポーネントを損
傷する恐れがあり、またイオンと融解の両結合に伴う高
い処理温度は接合深さ(junctions depths)を変化させ
て、デバイスの性能と信頼性に影響を与える。このよう
な結合技術は、良好な結合を保証するために極めて円滑
な表面対表面接触を要求することも知られている。表面
が許容公差内で接合しない場合は、反応または相互拡散
プロセスは欠陥結合をもたらすだろう。更に、これらの
結合技術は表面の汚染や凹凸に敏感で、結合不良箇所や
生産歩留りの低下をもたらす恐れがある。 【０００６】別の従来技術方法では、ガラス基板が、イ
オンまたは融解結合技術を使って二酸化シリコン層に結
合される。結合に先立って、二酸化シリコン層がシリコ
ンウェハの上面に堆積されるので、結合プロセスはガラ
ス−二酸化シリコン−シリコン複合構造を形成する。シ
リコンはパターニングおよび湿式エッチングされてＭＥ
Ｍコンポーネントを画成する。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】上述のように、イオン
または融解結合は、約４５０℃ないし５００℃の範囲の
高いプロセス温度を必要とする。更に、ガラス基板は、
二酸化シリコンとの結合を容易にするために導電性でな
ければならない。このような導電性は、最終ＭＥＭシス
テムでの高い電気絶縁の獲得を妨げる。更にまた、ＭＥ
Ｍコンポーネントの解放に使用される湿式エッチングの
場合、構造は、自立状態を保たずに、基板へ固着するこ
とが多い。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明は、ＭＥＭコンポ
ーネントが基板から電気的に絶縁されるように、接着的
結合(adhesive bonding)を使用してＭＥＭコンポーネン
トをガラス基板の上面に形成する方法を提供する。更
に、本プロセスは、乾式エッチングを使用してＭＥＭコ
ンポーネントを解放する。かくして、上記の従来技術方
法の利点がどのようなものであれ、それらが本発明の利
点を獲得することはない。 【０００９】本発明は、基板上に間隔を置いて配置され
る片持支持ビーム等のコンポーネントを有するマイクロ
・エレクトロメカニカル（ＭＥＭ）システムの製造のた
めの製造方法に関する。この製造方法は、デバイスの複
雑さによるが、わずか２つのリソグラフ式マスキング工
程を使用し、基板から電気的に絶縁されたＭＥＭコンポ
ーネントを提供する。 【００１０】具体的には、本発明の一実施形態では、複
合シリコン−フィルム−ガラス基板構造が形成される。
シリコン層は、所望の厚さを得るために研磨、研削、ま
たはエッチングのいずれかによって処理され、ＭＥＭコ
ンポーネントを画成するためにパターニングされ、フィ
ルム層を露出させるためにエッチングされる。フィルム
層は、ＭＥＭコンポーネントを解放するために、その後
でパターニングおよび乾式エッチングされる犠牲層であ
る。 【００１１】本発明の他の実施形態では、プロセスは、
シリコンウェハまたは基板上にドーピングされたシリコ
ン層を成長させる工程と、ドーピングされたシリコン上
に二酸化シリコン等の絶縁材料の層を堆積させる工程と
を含む。この実施形態は、シリコン・オン・インシュレ
ータ（ＳＯＩ）基板の使用を含む。シリコン基板はガラ
ス基板に接着結合(adhesive bonded)されて複合シリコ
ン−二酸化シリコン−シリコン−接着剤−ガラス構造を
作る。シリコンは、異方性プラズマ乾式エッチング技術
を使ってパターニングおよびエッチングされる。その
後、二酸化シリコン層をパターニングするために第２パ
ターニングが続き、また酸素プラズマエッチングを行な
って接着フィルムをアンダーカットするとともに、ドー
ピングされたシリコンＭＥＭコンポーネントを解放す
る。この２マスク・プロセスは、ガラス基板から電気的
に絶縁されるが機械的にガラス基板に連結された単結晶
シリコンのＭＥＭコンポーネントを提供する。 【００１２】接着剤は、結合剤としての、また効果的で
効率的な方法でＭＥＭコンポーネントを解放するために
容易に除去可能な犠牲層としての、二重の役割を果た
す。具体的には、乾式酸素プラズマエッチングは、ＭＥ
Ｍコンポーネントを隣接表面に固着させることなく（湿
式化学解放では通常的な問題）、接着剤をアンダーカッ
トする。その上、酸素プラズマは、複合構造その他の材
料に優しいプロセスである。 【００１３】本発明によれば、非常に小さい片持支持ビ
ーム、スイッチその他のマイクロ・エレクトロメカニカ
ル構造の製造が、集積回路デバイス上の他の回路機能に
容易に組み込まれる。本発明は、圧力、電磁気、機械的
その他のそのような刺激に応じて可動な、基板に平行な
細長い自立型ビームの製造に特に適している。 【００１４】また、接着剤層が、複合構造の形成に融解
結合技術またはイオン結合技術を使用する必要性を排除
するので、基板の表面は完全に円滑である必要がない。
実際、既存の拡散や表面凹凸が基板に存在しても、複合
構造の歩留りと完全性に殆ど影響することがない。これ
は、電気コンポーネントをＭＥＭコンポーネントに密接
して配置できるので、非常にフレキシブルな設計の自由
度を提供する。 【００１５】これらの本発明の利点と、具体的に上で述
べていないその他の本発明の利点は、本明細書の詳細な
説明で明らかになるであろう。 【００１６】 【発明の実施の形態】好ましい実施形態の以下の説明で
は、本明細書の一部を形成するとともに、本発明が実施
される特定実施形態を図解によって示す添付図面を参照
する。下記の説明では、本発明の完全な理解を提供する
ために数々の具体的詳細を記載する。しかしながら、本
発明をこれらの具体的な詳細なしに実行できることは、
当業者には明らかであろう。他の例では、周知の構造と
技術は、本発明を不必要に不明瞭にしないために詳しい
図示や説明を行なわない。ここに、本発明の好ましい実
施形態について詳細に記載し、その実施例を添付図面に
示す。 【００１７】図１を参照すると、プロセス１００は、２
つの主たるウェハ状素子、すなわち片面に塗布された有
機接着剤層１０４とともに示されるガラス基板１０２お
よび犠牲半導体基板１０６の上で行なわれる複数の工程
を有する。２つの基板はそれぞれ個別に処理され、複合
構造を形成するために結合された後、マイクロ・エレク
トロメカニカル（ＭＥＭ）コンポーネントを画成するた
めに更に処理される。 【００１８】ＭＥＭコンポーネントは、基板１０２の上
に間隔を置いて配置されるが物理的に基板１０２に連結
されるとともに電気的に基板１０２上の他の回路素子に
連結された極小の自立構造である。典型的なＭＥＭコン
ポーネントの例は、片持支持スイッチ、圧力検知用のダ
イヤフラム、または各端部で支持されるが基板から別途
に物理的に間隔を置いて配置された懸架ビームを含むだ
ろう。 【００１９】基板１０２は、石英、珪酸ナトリウムＮａ
2Ｏ−ＳｉＯ2、またはホウ珪酸Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2等の電
気絶縁性ガラス材料から成ることが望ましい。好ましい
基板の一つは、ニューヨーク州コーニングのCorning In
corporatedから入手可能な、Vycor の商品名で市販され
ている高シリカガラス基板を使用する。その他に、基板
１０２を導電素子として利用しようとする用途では、半
導体材料を使用してもよい。有機接着剤層１０４は基板
１０２上にスピニング(spun)される。スピンコーティン
グは、有機接着剤の塗布のための最も実用的な方法を提
供するだろう。しかしながら、スプレーコーティング等
の他のコーティング方法や、例としてウェハに塗布され
る段階的部分硬化薄膜を使用して、実質的に均一な厚さ
を持つ有機接着剤層を堆積させてもよい。 【００２０】キャリヤ基板１０６は、半導体処理に一般
的に用いられるｐ型かｎ型のいずれかのシリコンウェハ
で、ウェハの方位と導電性は、もちろんのこと、その特
定用途にも依存する。既知の半導体処理技術を使って、
シリコン層１０８がキャリヤ基板１０６上で成長され
る。エッチング停止と半導体特性を付与するために、層
１０８をホウ素、ゲルマニウムその他の既知のドーパン
トでドーピングしてもよい。半導体デバイス製造技術を
使って、抵抗、コンデンサ、インダクタ、または相互接
続体等の電気コンポーネントを容易に形成できる。オプ
ションの二酸化シリコン層１１０はシリコン層１０８の
上面に成長され、有機接着剤層１１２は上面にスピニン
グされる。二酸化シリコン層は、ＭＥＭコンポーネント
の剛性が重要でない場合は除去してもよい。更に、用途
によっては一層だけが必要となるので、接着剤層１０４
か１１２のいずれかをプロセスから省略できる。 【００２１】有機接着剤の用語は、内部で化学反応が起
こる熱硬化性プラスチックのことを指す。化学反応は、
表面が接合された状態で化学結合を作るばかりでなく、
ポリマーの架橋を増して剛性を増加させる。 【００２２】エポキシ樹脂は、本発明のための最も用途
の広い有機接着剤だが、他の可能な接着剤は、ポリイミ
ド樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン
樹脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂、およびポリキノラ
リン樹脂を含む。熱可塑性プラスチック等の他のタイプ
の有機接着剤は、ワックスのように融点以上の加熱が必
要で、この用途には価値がないだろう。接着剤の選択は
大部分、ポリマーの熱的特性と、特にそのガラス転移温
度に依存するだろう。他の選択基準は、経済性、異なる
基板に対する接着強度、硬化収縮、環境適合性、および
熱膨張係数を含む。 【００２３】ガラス転移温度は、化学結合が中央重合体
鎖のまわりで自由に回転できる温度である。その結果、
ガラス転移温度以下では、ポリマーは硬化されると剛性
のガラス状材料になる。しかしながら、ガラス転移温度
より上では、ポリマーはより柔らかい弾性材料である。
更に、ガラス転移温度では、熱膨張係数（ＣＴＥ）の実
質的な増加がある。従って、ガラス転移温度を超えると
ＣＴＥが増加して、ポリマー層内の応力が緩和される。 【００２４】基板１０２と１０６を処理してエポキシ樹
脂の接着力を改善することができる。通常の処理は、プ
ラズマまたは表面エッチング処理を含む。カップリング
剤つまり接着増進剤、例えば３−グリシドキシ−プロピ
ル−トリメトキシ−シラン(3-glycidoxy-propyl-trimet
hoxy-silane)（Dow Corning からZ-6040として入手可
能）や、エポキシ樹脂が接着する長い炭化水素鎖を持つ
その他の薬品を使って、コーティングの稠度を改善して
もよい。湿潤剤を使ってコーティングの均一性を改善す
ることもできる。しかしながら、大抵の場合、カップリ
ング剤は表面濡れと表面修正の二重の目的に役立つだろ
う。有機材料の使用によって、表面仕上げは過度に重要
ではなくなり、表面が円滑である必要はない。抵抗、イ
ンダクタ、コンデンサ、トランシスタ、または導線等の
表面構造を基板１０２と１０６の表面部分に有利に追加
できる。 【００２５】基板１０２と１０６とは次に、対向する接
着剤層１０４と１１２と共に真空チャンバ（図示せず）
内に配置される。チャンバは、接合プロセス中に基板間
に捕捉され得る空気を除去するために真空排気される。
一旦、真空状態が達成されると、基板は位置合わせおよ
び物理的に相互結合されて、単一ビードのエポキシ樹脂
を持つ複合構造を形成する。位置合わせを容易にするた
めに裏側位置合わせマークを光学的に参照すれば有利で
ある。 【００２６】複合構造２００をより明瞭に図２に示す。
有機接着剤層１０４と１１２が結合されて、複合構造を
結合するための単一の接着剤層２０２を形成する。接着
剤は、一連のオーブンベークの間、硬化収縮を削減する
ために１８０℃までの高温で複合構造２００をベーキン
グして硬化される。推奨硬化温度は、使用するエポキシ
樹脂のタイプによる。一旦、硬化されると、エポキシ樹
脂は、追加の収縮や実質的な劣化もなく、多くの半導体
処理工程に通常に伴う高温（つまり、２５０℃までの温
度）に耐えることができる。 【００２７】更に、接着剤は、複合構造２００内のクラ
ックや応力破壊を招く可能性を最小にするために、硬化
収縮が限られた大きさでなければならない。「硬化収
縮」の語は、反応、つまり、通常は脱ガス生成物あるい
はポリマー自体の再配列による硬化サイクル時の熱硬化
接着剤の体積変化のことである。硬化収縮は、処理中に
結合の長さに沿ってかなりの圧力を発生させる場合があ
る。 【００２８】硬化収縮に密接に関連する追加の要素は、
硬化温度と作業温度における接着剤のＣＴＥである。一
般に、有機接着剤は、ＭＥＭコンポーネント内に存在す
る他のいかなる材料よりも高いＣＴＥを持つ。これは、
接着剤が、周囲温度の増加につれて他の材料より高い割
合で膨張することを意味する。ＣＴＥを減らすために無
機の充填剤を接着剤に添加してもよいが、そのような無
機充填剤は、構造解放工程において、酸素プラズマを使
ってエッチングできないので、上記の充填剤はこの用途
には推奨できない。 【００２９】望ましいＣＴＥのために基板１０２を選択
することもできる。或る好ましい実施形態の基板は、結
果としてのＭＥＭコンポーネントがわずかに伸張される
（または引っ張り状態にある）ように、シリコンと実質
的に同様だがそれよりも小さいＣＴＥを持つ。このよう
にして、小型の構造は或る程度の弾性を保持することな
り、ＭＥＭコンポーネントの解放後の湾曲(bow) やへこ
み(collapsing)の発生の可能性が小さくなる。基板１０
２のＣＴＥがシリコンのそれより大きい場合、ＭＥＭコ
ンポーネントは解放後に圧縮状態にあることが理解され
るだろう。大型のビームは、すべてのプロセスステップ
が完了した後、圧縮状態で構造的完全性を保つことがで
きるだろう。ガラス基板１０２の使用は、主として高い
電気絶縁を獲得するために記載の実施形態の中で選択さ
れた。しかしながら、当業者が承知するように、本発明
のプロセスステップは、結合層と犠牲層の融通性によっ
て、上記のガラス基板以外の選択基板に適用できる。 【００３０】複合構造２００の中に存在する材料タイプ
の数によって、熱処理と、熱係数のミスマッチングが、
基板の一方または両方、あるいは様々な層の中に剪断破
壊や応力クラックを与えるかもしれない。ＭＥＭコンポ
ーネントの接着剤層のＣＴＥは、使用されるポリマー、
その硬化剤、およびポリマーの硬化に使用される熱サイ
クルに依存する。ポリマーがガラス転移温度を超える温
度に曝されないように処理温度と作業温度が維持される
ときは、ポリマーは剛性のガラス状材料となり、ＣＴＥ
は最小になる。しかしながら、ガラス転移温度を超える
ときは、ＣＴＥが増加して、それがポリマー層の応力緩
和をもたらすだろう。複合構造２００が形成された後で
そのような応力緩和があれば、複合構造２００を変形さ
せるだろう。可撓性または弾性のポリマーは高いＣＴＥ
を持つので、ガラス転移温度を偶発的に超える場合の構
造破壊を最小にするために、薄い接着剤層が望ましい。
或る好ましい実施形態では、接着剤層は、約５ないし７
ミクロンの厚さを持つ。 【００３１】再び図１を参照すると、次のステップは、
基板１０６を除去してシリコン層１０８を露出させるこ
とである。基板１０６は、バックサイド・ケミカルエッ
チングを使って除去される。機械的研削や研磨ステップ
をケミカルエッチングに先行させて、必要なシリコンエ
ッチングの量を削減するか、エッチング停止に必要な選
択性を削減するようにしてもよい。基板１０６は、主と
してシリコン層１０８用の犠牲キャリヤとして働くの
で、シリコン層のその後の処理を促進するためにＭＥＭ
コンポーネントの領域に基板１０６を保持する必要はな
い。その他に、特定の用途で太いビームまたは剛性のビ
ームが必要な場合は、当業者の承知するように、ビーム
材料として使用するために基板１０６をパターニングお
よび選択的にエッチングするか、または集積回路デバイ
ス用の基板として隣接エリアに保持できるだろう。 【００３２】図３に示すように、アルミニウム１１６の
オプション層は、シリコン層１０８の露出面に堆積され
る。アルミニウム１１６は、第１マスクでパターニング
されて導電エリアを形成するとともに、シリコン層１０
８の選択部分を露出させる。アルミニウムは、アルミニ
ウム専用の化学薬品を使って剥ぎ取られる(lifted off)
か、エッチングされる。図示しないが、保護バリヤを形
成するために、酸化物または窒化物のキャップをアルミ
ニウム層１１６の上面に施してもよい。 【００３３】シリコン層１０８がアルミニウム１１６を
通して露出された状態で、異方性エッチングがＭＥＭコ
ンポーネントの構造的寸法を画成する。このエッチング
は、二酸化シリコン層１１０に達すると停止する。 【００３４】第２マスクが塗布されて絶縁性二酸化シリ
コン層１１０をパターニングした後、エッチングされ
る。その絶縁特性によって、二酸化シリコン層１１０の
各部は、電気的絶縁を維持しながら、ＭＥＭコンポーネ
ントの選択部分を機械的に支持するように保持できるこ
とを強調しておく。具体的には図５に示すように、接着
剤層１２０のエッチングを促進するために、ホール１５
０を二酸化シリコン層１１０の中にエッチングしてもよ
い。 【００３５】次に図４を参照すると、接着剤層１２０を
最終プロセスステップでエッチングして、ＭＥＭコンポ
ーネントを解放する。好ましい実施形態では、乾式酸素
（Ｏ 2）プラズマエッチングが接着剤層１２０をアンダ
ーカットする。このプラズマエッチングは乾式解放なの
で、製造歩留りが湿式エッチングに対して改善される。
具体的には、半導体技術の当業者が承知するように、湿
式エッチングは、解放されたＭＥＭコンポーネントの下
に水の分子が捕捉されてＭＥＭコンポーネントを基板に
固着させるので、生産歩留りを低下させる場合がある。 【００３６】ＭＥＭコンポーネントが解放されると、接
着剤層沿いの応力が実質的に解放される。更に、硬化中
に有機接着剤の収縮によって生じた圧力は、ウェハを個
別のデバイスに裁断して処理した後、いずれも実質的に
減少するので、機械的に安定したデバイスとなる。 【００３７】本発明によって形成された複合構造の別の
実施形態を図６に示す。構造６００は、第１および第２
基板１０６、１０２を有する。具体的には、基板１０２
は高い電気絶縁を示すガラス基板が望ましいが、基板１
０６は半導体基板である。基板１０６はｐ型またはｎ型
のいずれかであり、導電性または半導体性の特性を与え
るために選択的にドーピングしてもよい。基板１０２と
１０６は接着フィルム６０２によって互いに結合され
る。 【００３８】希望する場合は、基板１０６を所望の厚さ
に研削、研磨し、パターニングしてＭＥＭコンポーネン
トを画成し、エッチングして接着フィルム６０２を露出
させてもよい。次に、フィルムをパターニングおよび乾
式エッチングしてＭＥＭコンポーネントを解放する。言
うまでもなく、基板１０２と１０６は更に、スイッチ接
点や電極（図示せず）等の導電素子を含んでもよい。 【００３９】図７は、ＭＥＭコンポーネントを容易に獲
得できる複合構造７００の別の代替実施形態を示す。シ
リコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板７０２
は、エッチング停止として働く二酸化シリコン層７０４
の埋め込み層を持つ。埋め込み二酸化シリコン層は、酸
素（Ｏ2）を基板７０２中に深く注入することを含め
て、商業的に利用可能ないくつもの技術によって形成で
きる。シリコン−酸化物−シリコン（半導体特性を付与
するためにドーピングしたものでもドーピング処理しな
いものでもよい）が基板７０６に接着的に結合されて複
合構造を形成する。好ましい実施形態では、基板７０６
はガラス基板である。上記の技術を使って、２マスクの
パターニングおよびエッチングプロセスによって、ＭＥ
Ｍコンポーネントが画成、解放される。 【００４０】再び図５を参照すると、ＭＥＭコンポーネ
ントを備えた集積回路の形態図を示す。この回路は、本
発明のプロセスを使って作られるＭＥＭコンポーネント
の一タイプの例示的な図である。約１ミクロンの幅と数
ミリの長さを持つビーム１５２が、上記のプロセスを使
って製造される。これらのビームの厚さは、約２０〜３
０ミクロンから約１００ミクロンまでの範囲になるだろ
う。当業者の承知するように、上記寸法は特定用途によ
って容易に変更できる。サポートビーム１５４は、ビー
ム１５２の中の選択されたビームに剛性を付加するだろ
う。 【００４１】本発明では、ＭＥＭコンポーネントに対し
て非常に高いアスペクト比が達成できる。例として、上
記プロセスステップを使って、非常に狭く、奥行のある
ＭＥＭセンサが得られる。かくして、このタイプのセン
サは、検出が容易な高いキャパシタンス値を持つことに
なる。有利なことに、センサ・インタフェースは、パッ
ド１５６に電気的に結合することによって達成できる。 【００４２】本発明のプロセスは基板材料からは独立し
ている。エポキシや有機接着剤は一般に様々な基板を容
易に結合するので、基板は、ＭＥＭコンポーネントがイ
ンタフェースとなる特定用途によって選択できる。低温
結合は、ガラス基板上のガリウム砒素、シリコンその他
の材料の使用を容易に可能にする。更に、本プロセス
は、シリコンやガリウム砒素基板がガラス基板の代わり
に望ましい用途に容易に適用される。 【００４３】また、電子回路をＭＥＭコンポーネントに
近接して配置することが多くの用途で非常に望ましいこ
とは言うまでもない。本発明によれば、トランジスタそ
の他の回路素子を、図２の複合構造を作る前に、直にシ
リコン上に製造することができる。更に、本発明では、
構造をビームの両側に形成できる。例として、アルミニ
ウムを二酸化シリコンとシリコン層の間に堆積させて
（図１参照）、非常に導電性の高い構造を作ることがで
きる。当業者の承知するように、複合構造を作ってＭＥ
Ｍコンポーネントを画成または解放するために使用され
る低いプロセス温度は、接合深さや回路デバイスパラメ
ータに最小の影響しか及ぼさない。 【００４４】幾つかの典型的な好ましい実施形態を記載
するとともに添付の図に示したが、言うまでもなく、そ
れらの実施形態は単に広義の発明の説明のためであっ
て、それを制限するものではない。更に、当然のことな
がら、当業者にとっては、請求される本発明の精神と範
囲から逸脱することなく様々な修正や変更が可能であ
り、本発明を、図示および記載の特定の構造および配置
に限定すべきではないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】 【図１】第１および第２基板の断面図であり、結合され
ると本発明による複合構造を形成する。 【図２】接着的に結合されて複合構造の一実施形態を形
成する、図１に示す基板の断面図である。 【図３】本発明によるマイクロ・エレクトロメカニカル
（ＭＥＭ）コンポーネントを画成するための部分エッチ
ングを示す、図２の複合構造の断面図である。 【図４】本発明によるＭＥＭコンポーネントの解放を示
す、図２の複合構造断面図である。 【図５】本発明によってガラス基板上に製造されたＭＥ
Ｍコンポーネントを一般的に示す。 【図６】本発明によって形成された複合構造の別の実施
形態の断面図である。 【図７】ＭＥＭコンポーネントを容易に獲得できる複合
構造７００の別の代替実施形態を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート ジェイ． アンダーソン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サウザンド オークス， シエラ ドライ ヴ 2909

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 基板上にマイクロ・エレクトロメカニカ
    ル（ＭＥＭ）コンポーネントを製造する方法であって、 第１基板を提供する工程と、 第２基板を提供する工程と、 前記第１基板を前記第２基板へ接着的に結合して複合構
    造を形成する工程と、 前記第１基板をパターニングおよびエッチングしてＭＥ
    Ｍコンポーネントを画成する工程と、および前記接着的
    結合(adhesive bond) をパターニングおよびエッチング
    して前記ＭＥＭコンポーネントを解放する工程とを含む
    方法。 【請求項２】 更に、パターニングおよびエッチングの
    前記工程のうちの最初の工程に先立って、前記第１基板
    の厚さを減少させる工程を含む、請求項１に記載の方
    法。 【請求項３】 更に、前記第１基板をドーピングしてエ
    ッチング停止(etchstop) および／または半導体特性を
    付与する工程を含む、請求項１に記載の方法。 【請求項４】 基板上にマイクロ・エレクトロメカニカ
    ル（ＭＥＭ）コンポーネントを製造する方法であって、 第１基板を提供する工程と、 前記第１基板上に第１層材料を提供する工程と、 第２基板を提供する工程と、 前記第１層材料を、前記第２基板へ接着的に結合して複
    合構造を形成する工程と、 前記第１基板をパターニンンおよびエッチングして前記
    第１層材料を露出させる工程と、 前記第１層材料をパターニングおよびエッチングしてＭ
    ＥＭコンポーネントを画成する工程と、および前記接着
    的結合をエッチングして前記ＭＥＭコンポーネントを解
    放する工程とを含む方法。 【請求項５】 更に、前記第１層材料をドーピングし
    て、それにエッチング停止および／または半導体特性を
    付与する工程を含む、請求項４に記載の方法。 【請求項６】 前記第２基板が高絶縁性ガラス基板を備
    える、請求項４に記載の方法。 【請求項７】 前記第１基板の前記エッチング工程が、
    異方性プラズマ乾式エッチングを行なう工程を含む、請
    求項４に記載の方法。 【請求項８】 前記接着的結合の前記エッチング工程
    が、酸素プラズマエッチングを実行して選択的にアンダ
    ーカットするとともに、前記複合構造を維持しながら前
    記ＭＥＭコンポーネントを解放する工程を含む、請求項
    ４に記載の方法。 【請求項９】 更に、前記第１層材料の上面に二酸化シ
    リコン層を生長させる工程と、前記二酸化シリコン層の
    上面に有機接着剤層を堆積させる工程とを含む、請求項
    ４に記載の方法。 【請求項１０】 前記接着的結合が、エポキシ樹脂、ポ
    リイミド樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリウ
    レタン樹脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂、およびポリ
    キノラリン（polyquinoraline）樹脂のうちから選択さ
    れる有機接着剤によって作られる、請求項４に記載の方
    法。 【請求項１１】 前記有機接着剤がエポキシ樹脂であ
    る、請求項９に記載の方法。 【請求項１２】 前記結合工程が更に、 前記第２基板と、エポキシ樹脂層を有する前記第１層材
    料のうち少なくとも一方の上に、有機接着剤層を堆積さ
    せる工程と、 前記第１および第２基板を、それらの間に前記接着剤層
    を介在させて真空チャンバ内に配置する工程と、 前記チャンバ内の空気を真空排気する工程と、 前記第１および第２基板を、それらの間に単一のエポキ
    シ樹脂結合を形成するように相互に接合する工程と、お
    よび前記エポキシ樹脂を硬化させる工程とを含む、請求
    項４に記載の方法。 【請求項１３】 基板上にマイクロ・エレクトロメカニ
    カルコンポーネントを製造する方法であって、 シリコン基板を提供する工程と、 前記シリコン基板上に半導体材料層を堆積させる工程
    と、 高絶縁性基板を提供する工程と、 前記高絶縁性基板を前記半導体材料へ結合して複合構造
    を形成する工程と、 前記シリコン基板をパターニングおよびエッチングして
    前記半導体材料を露出させる工程と、 前記半導体材料をパターニングおよびエッチングしてマ
    イクロ・エレクトロメカニカル・コンポーネントを画成
    する工程と、および異方性エッチングを行なって、前記
    結合を選択的にアンダーカットするとともに前記マイク
    ロ・エレクトロメカニカルコンポーネントを解放する工
    程とを含む方法。 【請求項１４】 前記高絶縁性基板がガラス基板を備え
    る、請求項１３に記載の方法。 【請求項１５】 前記シリコン基板の前記エッチング工
    程が、異方性プラズマ乾式エッチングを実行する工程を
    含む、請求項１３に記載の方法。 【請求項１６】 更に、前記半導体材料の上面に二酸化
    シリコン層を生長させる工程を含む、請求項１３に記載
    の方法。 【請求項１７】 更に、前記結合工程に先立って、前記
    二酸化シリコン層と前記絶縁性基板の少なくとも一方の
    上面に、有機接着剤層を堆積させる工程を含む、請求項
    １６に記載の方法。 【請求項１８】 前記接着的結合をエッチングする前記
    工程が、異方性エッチングを行なって前記結合を選択的
    にアンダーカットするとともに、前記複合構造を維持し
    ながら前記マイクロ・エレクトロメカニカルコンポーネ
    ントを解放する工程を含む、請求項１７に記載の方法。 【請求項１９】 前記結合が、エポキシ樹脂、ポリイミ
    ド樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン
    樹脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂、および、ポリキノ
    ラリン樹脂、のうちから選択された有機接着剤によって
    作られる接着的結合である、請求項１３に記載の方法。 【請求項２０】 ＭＥＭコンポーネントを前記結合から
    解放する前記エッチング加工工程が、酸素プラズマエッ
    チング工程を含む、請求項１９に記載の方法。 【請求項２１】 前記接着的結合がエポキシ樹脂で作ら
    れる、請求項１３に記載の方法。 【請求項２２】 前記結合工程が、 前記両基板を、それらの間に少なくとも一つの接着剤層
    を介在させて配置する工程と、 前記両基板間の空気を真空排気する工程と、 前記両基板を物理的接触状態に置いて単一のエポキシ樹
    脂結合を形成することによって、複合構造を形成する工
    程と、および前記エポキシ樹脂を硬化させる工程とを含
    む、請求項２０に記載の方法。 【請求項２３】 前記結合工程が更に、 前記半導体材料と前記高絶縁性基板の、前記少なくとも
    一方の片側に有機接着剤層を堆積させる工程と、 前記第１および第２基板を、それらの間に前記接着剤層
    を介在させて真空チャンバ内に配置する工程と、 前記チャンバ内の空気を真空排気する工程と、 前記第１および第２基板を、それらの間に単一の接着的
    結合を形成するように物理的接触状態に置く工程と、お
    よび前記接着剤を硬化させる工程とを含む、請求項１３
    に記載の方法。 【請求項２４】 前記接着的結合がエポキシ樹脂で作ら
    れる、請求項２３に記載の方法。 【請求項２５】 更に、前記シリコン基板の前記パター
    ニングとエッチングの前記工程の後で、前記複合構造の
    上面に導電層材料を堆積させる工程を含む、請求項１３
    に記載の方法。 【請求項２６】 更に、複数の電子素子を、前記高絶縁
    性基板上の前記ＭＥＭコンポーネントに密に近接して提
    供する工程を含む、請求項１３に記載の方法。 【請求項２７】 前記提供工程が、前記結合工程に先立
    って、トランジスタその他の回路素子を直に半導体材料
    内に製造する工程を含む、請求項２６に記載の方法。 【請求項２８】 前記提供工程が、前記高絶縁性基板か
    ら離間して対面する前記ＭＥＭコンポーネントの側に回
    路素子を提供するために前記第１基板を除去する前記エ
    ッチング工程の後に、前記半導体材料上に回路素子を製
    造する工程を含み、前記回路素子には、抵抗、コンデン
    サ、インダクタ、および相互接続体が含まれる、請求項
    ２７に記載の方法。 【請求項２９】 半導体デバイスにおける複合構造であ
    って、 第１層材料を上に有する第１基板と、 前記第１層材料へ接着的に結合されて複合構造を形成す
    る第２基板と、および前記第１層材料内に形成されるマ
    イクロ・エレクトロメカニカル（ＭＥＭ）コンポーネン
    トであって、前記第１基板が前記ＭＥＭコンポーネント
    から除去され、前記接着的結合の寸法と実質的に等しい
    寸法だけ前記第２基板から分離された前記ＭＥＭコンポ
    ーネントとを備える複合構造。 【請求項３０】 前記第１基板が前記第１層材料から実
    質上完全に除去され、前記複合構造が更に、 前記第１層の上面に堆積された導電材料層と、および保
    護バリヤ層とを備える、請求項２９に記載の複合構造。 【請求項３１】 前記第１層材料が、半導体特性を示す
    材料を含む、請求項２９に記載の複合構造。 【請求項３２】 前記複合構造が更に、前記第１層材料
    と前記接着的結合層との間に保護バリヤ層を備える、請
    求項２９に記載の複合構造。 【請求項３３】 前記第２基板が、高電気絶縁特性を有
    する基板を備える、請求項２９に記載の複合構造。 【請求項３４】 半導体デバイスにおける複合構造であ
    って、 第１基板と、 前記第１基板へ接着的に結合されて複合構造を形成する
    第２基板と、および前記第１基板内に形成されたマイク
    ロ・エレクトロメカニカル（ＭＥＭ）コンポーネントで
    あって、前記接着剤の接着層の寸法と実質的に等しい寸
    法だけ前記第２基板から分離された前記ＭＥＭコンポー
    ネントとを備える複合構造。 【請求項３５】 前記第１基板の厚さが前記ＭＥＭコン
    ポーネントを画成し、前記第１基板は更に、 導電性材料の層と、および保護バリヤ層とを備える、請
    求項３４に記載の複合構造。 【請求項３６】 前記第１基板が半導体特性を示す材料
    を含み、前記第２基板が高い電気絶縁性を示す材料を含
    む、請求項３４に記載の複合構造。 【請求項３７】 前記複合構造が更に、前記第１材料層
    と前記接着的結合層との間に保護バリヤ層を備える、請
    求項３４に記載の複合構造。 【請求項３８】 基板上にマイクロ・エレクトロメカニ
    カルコンポーネントを製造する方法であって、 埋め込み層絶縁材料を有するシリコン・オン・インシュ
    レータ（ＳＯＩ）基板を提供する工程と、 高絶縁性基板を提供する工程と、 前記高絶縁性基板を前記ＳＯＩ基板へ結合して複合構造
    を形成する工程と、 前記ＳＯＩ基板をパターニングおよびエッチングして前
    記埋め込み層絶縁材料を露出させる工程と、 前記埋め込み層絶縁材料をパターニングおよびエッチン
    グしてマイクロ・エレクトロメカニカルコンポーネント
    を画成する工程と、および選択的にエッチングして、前
    記マイクロ・エレクトロメカニカルコンポーネントを解
    放するように前記マイクロ・エレクトロメカニカルコン
    ポーネントの下の前記結合をアンダーカットする工程と
    を含む方法。 【請求項３９】 前記高絶縁性基板がガラス基板を備え
    る、請求項３８に記載の方法。 【請求項４０】 前記シリコン基板の前記エッチング工
    程が、異方性プラズマ乾式エッチングを行なう工程を含
    む、請求項３８に記載の方法。 【請求項４１】 更に、前記結合工程に先立って、前記
    ＳＯＩ基板上に有機接着剤の層を堆積させる工程を含
    む、請求項４０に記載の方法。 【請求項４３】 前記結合が、エポキシ樹脂、ポリイミ
    ド樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン
    樹脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂、およびポリキノラ
    リン樹脂、のうちから選択された有機接着剤によって作
    られる接着的結合である、請求項３８に記載の方法。 【請求項４４】 ＭＥＭコンポーネントを前記ボンドか
    ら解放する前記エッチング加工工程が、酸素プラズマエ
    ッチング工程を含む、請求項４３に記載の方法。 【請求項４５】 前記接着的結合がエポキシ樹脂で作ら
    れる、請求項３８に記載の方法。 【請求項４６】 前記結合工程が、 前記両基板を、それらの中間に少なくとも一つの接着剤
    層を介在させて配置する工程と、 前記両基板間の空気を真空排気する工程と、 前記両基板を物理的接触状態に置いて単一の接着的結合
    を形成することによって複合構造を形成する工程と、お
    よび前記接着剤を硬化させる工程とを含む、請求項４３
    に記載の方法。 【請求項４７】 前記接着的結合がエポキシ樹脂で作ら
    れる、請求項４６に記載の方法。 【請求項４８】 更に、前記ＳＯＩ基板の前記パターニ
    ングとエッチングの前記工程の後で、記複合構造の上面
    に金属導電層を堆積させる工程を含む、請求項３８に記
    載の方法。
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