JP2002103299A - マイクロマシンの製造方法 - Google Patents

マイクロマシンの製造方法

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JP2002103299A JP2000287966A JP2000287966A JP2002103299A JP 2002103299 A JP2002103299 A JP 2002103299A JP 2000287966 A JP2000287966 A JP 2000287966A JP 2000287966 A JP2000287966 A JP 2000287966A JP 2002103299 A JP2002103299 A JP 2002103299A
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了 野本
Masayoshi Takeuchi
正佳 竹内
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 所定の厚みのポリシリコン層で凹部を平坦化
したときに、かかるポリシリコン層に発生する内部応力
を緩和させることができるマイクロマシンの製造方法を
提供すること。 【解決手段】 減圧ＣＶＤを用いた１．５μｍの厚さの
ポリシリコン膜の堆積と、かかるポリシリコン膜へのイ
オン注入とを２回繰り返した後に、アニールすることに
より、ＬＴＯ層１６に形成された凹部１８の孔埋めを行
うとともに、厚さが３μｍのポリシリコンの下層１９を
ＬＴＯ層１６に付加させる。さらに、リンをドープした
ドープドポリシリコンをポリシリコンの下層１９と同じ
濃度でエピタキシャル装置により成長させて、１２μｍ
の厚さのポリシリコンの上層２０をポリシリコンの下層
１９に付加させることにより、ポリシリコンの下層１９
とポリシリコンの上層２０とでポリシリコン層Ｓを成膜
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、表面マイクロマシ
ニングを用いたマイクロマシンの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、表面マイクロマシニングを用
いたマイクロマシンの製造方法を使用して、マイクロマ
シニングセンサが作られており、かかるマイクロマシニ
ングセンサの一つに、櫛歯形の静電振動子を備えた角速
度センサがある。そして、この角度センサの櫛歯形の静
電振動子を作るには、先ず、シリコン基板上において、
６００℃前後でノンドープのアモルファスに近いポリシ
リコン膜を堆積させた後に、リンを熱拡散させることに
より、２μｍ程度の厚さのポリシリコン層を成膜し、次
に、このポリシリコン層において、櫛歯形の静電振動子
となるマイクロ構造体をエッチングで形成することによ
り、行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うにポリシリコン層を成膜すると、例えば、角速度セン
サの櫛歯形の静電振動子の静電容量を大きくするため
に、ポリシリコン層を２μｍ程度の厚さから厚くしてい
った場合には、櫛歯形の静電振動子の架台部分に相当す
るポリシリコン層の孔埋め部分を起点として、ポリシリ
コン層に内部応力が発生することになるので、ポリシリ
コン層に発生する内部応力が原因となって、ポリシリコ
ン層において形成される櫛歯形の静電振動子が基板に付
着し、櫛歯形の静電振動子を基板から浮かせることがで
きなった。
【０００４】そこで、本発明は、上述した問題点を解決
するためになされたものであり、所定の厚みのポリシリ
コン層で凹部を平坦化したときに、かかるポリシリコン
層に発生する内部応力を緩和させることができるマイク
ロマシンの製造方法を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に成された請求項１に係る発明は、基板の表面上の犠牲
層に形成された凹部をポリシリコン層で平坦化するポリ
シリコン成膜工程を有するマイクロマシンの製造方法に
おいて、前記ポリシリコン成膜工程は、前記凹部の幅の
０．６２５倍以上の厚みをもったポリシリコンの下層を
前記犠牲層に付加させることにより、前記凹部の孔埋め
を行う第１工程と、前記下層と同濃度のドープドポリシ
リコンを成長させて、ポリシリコンの上層を前記下層に
付加させることにより、前記下層と前記上層とで前記ポ
リシリコン層を成膜し、前記ポリシリコン層に所定の厚
みをもたせる第２工程とを備えること、を特徴としてい
る。
【０００６】また、請求項２に係る発明は、請求項１に
記載するマイクロマシンの製造方法において、前記第１
工程は、減圧ＣＶＤを用いたポリシリコン膜の堆積と前
記ポリシリコン膜へのイオン注入とを繰り返した後にア
ニールすることにより、前記下層を前記犠牲層に付加さ
せること、を特徴としている。
【０００７】また、請求項３に係る発明は、請求項１又
は請求項２に記載するマイクロマシンの製造方法におい
て、前記基板から浮かせたマイクロ構造体を前記ポリシ
リコン層に形成すること、を特徴としていしる。
【０００８】また、請求項４に係る発明は、請求項３に
記載するマイクロマシンの製造方法において、前記マイ
クロ構造体をマイクロマシニングセンサの振動子とする
こと、を特徴としている。
【０００９】このような特徴を有する本発明のマイクロ
マシンの製造方法では、基板の表面上の犠牲層に形成さ
れた凹部をポリシリコン層で平坦化するポリシリコン成
膜工程を、第１工程と第２工程とに分けて行っている。
【００１０】先ず、第１工程では、ポリシリコンの下層
を犠牲層に付加させることにより、犠牲層に形成された
凹部の孔埋めを行う。このとき、ポリシリコンの下層の
厚みを、犠牲層に形成された凹部の幅の０．６２５倍以
上にすることにより、犠牲層に形成された凹部の全てを
ポリシリコンの下層で平坦化するので、ポリシリコンの
下層において、かかる凹部の孔埋め部分を起因とする内
部応力が殆ど発生しない。
【００１１】次に、第２工程では、ドープドポリシリコ
ンを成長させて、ポリシリコンの上層をポリシリコンの
下層に付加させることにより、ポリシリコンの下層とポ
リシリコンの上層とでポリシリコン層を成膜し、ポリシ
リコン層に所定の厚みをもたせることを行う。このと
き、成長させるドープドポリシリコンの濃度を、ポリシ
リコンの下層と同じにすることにより、ポリシリコンの
上層における内部応力の発生を抑止する。
【００１２】このため、ポリシリコンの下層とポリシリ
コンの上層とで成膜されたポリシリコン層は安定し、結
晶方向が主に（１１０）面方向となる。
【００１３】すなわち、本発明のマイクロマシンの製造
方法では、基板の表面上の犠牲層に形成された凹部をポ
リシリコン層で平坦化するポリシリコン成膜工程を、犠
牲層に形成された凹部の孔埋めを行う第１工程と、ポリ
シリコン層に所定の厚みをもたせる第２工程とで行って
おり、第１工程においては、犠牲層に形成された凹部の
幅の０．６２５倍以上の厚みをもったポリシリコンの下
層を犠牲層に付加させることにより、犠牲層に形成され
た凹部の全てをポリシリコンの下層で平坦化するので、
ポリシリコンの下層において、かかる凹部の孔埋め部分
を起因とする内部応力が殆ど発生せず、第２工程におい
ては、ポリシリコンの下層と同濃度のドープドポリシリ
コンを成長させて、ポリシリコンの上層をポリシリコン
の下層に付加させることにより、ポリシリコンの上層に
おける内部応力の発生を抑止するとともに、ポリシリコ
ンの下層とポリシリコンの上層とでポリシリコン層を成
膜することにより、かかるポリシリコン層に所定の厚み
をもたせることができるので、本発明のマイクロマシン
の製造方法は、所定の厚みのポリシリコン層で凹部を平
坦化したときに、かかるポリシリコン層に発生する内部
応力を緩和させることができるものである。
【００１４】また、本発明のマイクロマシンの製造方法
では、ポリシリコン成膜工程の第１工程において、ポリ
シリンコンの下層を犠牲層に付加させる方法として、減
圧ＣＶＤを用いたポリシリコン膜の堆積とポリシリコン
膜へのイオン注入とを繰り返した後にアニールする方法
で行うと、ポリシリンコンの下層を細かい結晶で成膜さ
せることができるので、ポリシリコンの下層において、
犠牲層に形成された凹部の孔埋め部分を起因とする内部
応力が殆ど発生しない効果を、より大きくすることがで
きる。
【００１５】また、本発明のマイクロマシンの製造方法
では、基板の表面上の犠牲層に形成された凹部を平坦化
するポリシリコン層を、内部応力を緩和させた状態で所
定の厚みにまで厚くすることができるので、従来の表面
マイクロマシニングでは、基板から浮かせた状態で形成
することができなっかた厚みをもつマイクロ構造体を、
かかるポリシリコン層において形成することが可能とな
る。
【００１６】従って、本発明のマイクロマシンの製造方
法において、所定の厚みにまで厚くしたポリシリコン層
で形成されるマイクロ構造体を、マイクロマシニングセ
ンサの振動子とすることにより、振動子の静電容量を大
きくすることができるので、表面マイクロマシニングに
より、振動子を備えるマイクロマシニングセンサの出力
も大きくすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照にして説明する。先ず、第１実施の形態のマイク
ロマシンの製造方法について、図１〜図１０を用いて説
明する。第１実施の形態のマイクロマシンの製造方法
は、表面マイクロマシニングを用いて、櫛歯形の静電振
動子を備えた角速度センサを作るものであり、図１〜図
１０は、第１実施の形態のマイクロマシンの製造方法に
おいて、櫛歯形の静電振動子などの角速度センサのセン
サ部分をシリコン基板上に作る際のプロセス図である。
【００１８】第１実施の形態のマイクロマシンの製造方
法において、櫛歯形の静電振動子などの角速度センサの
センサ部分をシリコン基板上に作るには、先ず、図１に
示すようにして、Ｎ型のシリコン基板１１において、エ
ッチングストッパとなる窒素膜１２を形成する。次に、
図２に示すようにして、下部配線用のポリシリコン層１
３を成膜し、リンをドーピングしてアニールした後に、
レジスト膜１４を塗布するとともに異方性のドライエッ
チングで加工することにより、ポリシリコン層１３に下
部配線のパターンを形成する。
【００１９】次に、図２から図３に示すようにして、レ
ジスト膜１４を剥離した後に、犠牲層となるＬＴＯ層１
６を成膜する。次に、図４に示すようにして、レジスト
膜１７を塗布するとともに、異方性のドライエッチング
で加工することにより、櫛歯形の静電振動子の架台など
になる凹部１８を、４μｍの幅で形成する。
【００２０】そして、次は、シリコン基板１１の表面上
のＬＴＯ層１６に形成された凹部１８をポリシリコン層
で平坦化する「ポリシリコン成膜工程」が、図５と図６
に示すようにして行われる。
【００２１】すなわち、図４に示すレジスト膜１７を剥
離した後、図５に示すようにして、減圧ＣＶＤを用いた
１．５μｍの厚さのポリシリコン膜の堆積と、かかるポ
リシリコン膜へのイオン注入とを２回繰り返した後に、
アニールすることにより、ＬＴＯ層１６に形成された凹
部１８の孔埋めを行うとともに、厚さが３μｍのポリシ
リコンの下層１９をＬＴＯ層１６に付加させる。尚、こ
のとき、減圧ＣＶＤを用いたポリシリコン膜の堆積は、
５５０℃〜６５０℃の成膜温度で行われる。また、アニ
ールは、９５０±５０℃までの最高温度で行われる。
【００２２】従って、図５においては、ＬＴＯ層１６に
形成された凹部１８の幅の０．６２５倍以上の厚みをも
ったポリシリコンの下層１９をＬＴＯ層１６に付加させ
ることにより、かかる凹部１８が孔埋めされるので、
「ポリシリコン成膜工程」の「第１工程」が行われるこ
とになる。
【００２３】さらに、図６に示すように、リンをドープ
したドープドポリシリコンをエピタキシャル装置で成長
させて、１２μｍの厚さのポリシリコンの上層２０をポ
リシリコンの下層１９に付加させることにより、ポリシ
リコンの下層１９とポリシリコンの上層２０とでポリシ
リコン層Ｓを成膜する。尚、このとき、エピタキシャル
装置で成長させるドープドポリシリコンの濃度は、不純
物濃度で２Ｅ１９個／ｃｍ3以下とし、ポリシリコンの
下層１９と同じにする。
【００２４】従って、図６においては、ポリシリコンの
下層１９と同濃度のドープドポリシリコンを成長させ
て、ポリシリコンの上層２０をポリシリコンの下層１９
に付加させることにより、ポリシリコンの下層１９とポ
リシリコンの上層２０とでポリシリコン層Ｓを成膜し、
ポリシリコン層Ｓに１５μｍの所定の厚みをもたせるの
で、「ポリシリコン成膜工程」の「第２工程」が行われ
ることになる。
【００２５】そして、次は、図７に示すようにして、レ
ジスト膜２１を塗布するとともに異方性のドライエッチ
ングで加工することにより、コンタクト部２３のパター
ンを形成し、さらに、コンタクト部２３のみに対して、
リンを注入して、Ｎ型拡散領域２２を形成する。
【００２６】次に、レジスト膜２１を剥離し、アニール
した後に、ポリシリコン層Ｓの全面に対して、電極材料
となるアルミニウムをスパッタする。そして、図８に示
すようにして、レジスト膜２５を塗布するとともにアル
ミニウムをエッチングで溶解することにより、アルミニ
ウム電極２４やパッドＵのパターンを形成する。
【００２７】次に、レジスト膜２５を剥離した後に、ア
ルミニウム電極２４をシンターする。さらに、図９に示
すようにして、レジスト膜２６を塗布するとともに異方
性のドライエッチングで加工することにより、櫛歯形の
静電振動子Ｔのパターンを形成する。次に、図９から図
１０に示すようにして、ＬＴＯ層１６を等方性のエッチ
ングにて除去した後、レジスト膜２６を剥離する。
【００２８】従って、第１実施の形態のマイクロマシン
の製造方法では、図１〜図１０に示すようにして、櫛歯
形の静電振動子Ｔ、パッドＵなどの角速度センサのセン
サ部分を、シリコン基板１１の上に作ることができる。
そして、第１実施の形態のマイクロマシンの製造方法で
は、かかるシリコン基板１１を、櫛歯形の静電振動子
Ｔ、パッドＵなどの角速度センサのセンサ部分ごとに分
割するダイシング工程や、角速度センサの組立工程など
を経ることにより、マイクロマシニングセンサの一つで
ある角速度センサが製造されることになる。
【００２９】以上詳細に説明したように、第１実施の形
態のマイクロマシンの製造方法では、シリコン基板１１
の表面上のＬＴＯ層１６に形成された凹部１８をポリシ
リコン層Ｓで平坦化する「ポリシリコン成膜工程」を、
図５の「第１工程」と図６の「第２工程」とに分けて行
っている。
【００３０】先ず、図５の「第１工程」では、ポリシリ
コンの下層１９をＬＴＯ層１６に付加させることによ
り、ＬＴＯ層１６に形成された凹部１８の孔埋めを行
う。このとき、ポリシリコンの下層１９の厚みの３μｍ
が、ＬＴＯ層１６に形成された凹部１８の幅の４μｍの
０．７５倍であり、ポリシリコンの下層１９の厚みを、
ＬＴＯ層１６に形成された凹部１８の幅の０．６２５倍
以上にしており、これより、ＬＴＯ層１６に形成された
凹部１８の全てをポリシリコンの下層１９で平坦化する
ので、ポリシリコンの下層１９において、かかる凹部１
８の孔埋め部分を起因とする内部応力が殆ど発生しな
い。
【００３１】次に、図６の「第２工程」では、ドープド
ポリシリコンを成長させて、ポリシリコンの上層２０を
ポリシリコンの下層１９に付加させることにより、ポリ
シリコンの下層１９とポリシリコンの上層２０とでポリ
シリコン層Ｓを成膜し、ポリシリコン層Ｓに所定の厚み
（ここでは、１５μｍ）をもたせることを行う。このと
き、エピタキシャル装置により成長させるドープドポリ
シリコンの濃度を、不純物濃度で２Ｅ１９個／ｃｍ3以
下とし、ポリシリコンの下層１９と同じにすることによ
り、ポリシリコンの上層２０における内部応力の発生を
抑止する。
【００３２】このため、ポリシリコンの下層１９とポリ
シリコンの上層２０とで成膜されたポリシリコン層Ｓは
安定し、結晶方向が主に（１１０）面方向となる。
【００３３】すなわち、第１実施の形態のマイクロマシ
ンの製造方法では、シリコン基板１１の表面上のＬＴＯ
層１６に形成された凹部１８をポリシリコン層Ｓで平坦
化する「ポリシリコン成膜工程」を、ＬＴＯ層１６に形
成された凹部１８の孔埋めを行う図５の「第１工程」
と、ポリシリコン層Ｓに所定の厚み（ここでは、１５μ
ｍ）をもたせる図６の「第２工程」とで行っており、図
５の「第１工程」においては、ＬＴＯ層１６に形成され
た凹部１８の幅の０．６２５倍以上の厚みをもったポリ
シリコンの下層１９をＬＴＯ層１６に付加させることに
より、ＬＴＯ層１６に形成された凹部１８の全てをポリ
シリコンの下層１９で平坦化するので、ポリシリコンの
下層１９において、かかる凹部１８の孔埋め部分を起因
とする内部応力が殆ど発生せず、図６の「第２工程」に
おいては、ポリシリコンの下層１９と同濃度のドープド
ポリシリコンを成長させて、ポリシリコンの上層２０を
ポリシリコンの下層１９に付加させることにより、ポリ
シリコンの上層２０における内部応力の発生を抑止する
とともに、ポリシリコンの下層１９とポリシリコンの上
層２０とでポリシリコン層Ｓを成膜することにより、か
かるポリシリコン層Ｓに所定の厚み（ここでは、１５μ
ｍ）をもたせることができるので、第１実施の形態のマ
イクロマシンの製造方法は、所定の厚みのポリシリコン
層Ｓで凹部１８を平坦化したときに、かかるポリシリコ
ン層Ｓに発生する内部応力を緩和させることができるも
のである。
【００３４】また、第１実施の形態のマイクロマシンの
製造方法では、「ポリシリコン成膜工程」の「第１工
程」において、上述したように、ポリシリンコンの下層
１９をＬＴＯ層１６に付加させる方法として、減圧ＣＶ
Ｄを用いたポリシリコン膜の堆積とポリシリコン膜への
イオン注入とを繰り返した後にアニールする方法で行っ
ており、ポリシリンコンの下層１９を細かい結晶で成膜
させることができるので、ポリシリコンの下層１９にお
いて、ＬＴＯ層１６に形成された凹部１８の孔埋め部分
を起因とする内部応力が殆ど発生しない効果を、より大
きくすることができる。
【００３５】また、第１実施の形態のマイクロマシンの
製造方法では、シリコン基板１１の表面上のＬＴＯ層１
６に形成された凹部１８を平坦化するポリシリコン層Ｓ
を、内部応力を緩和させた状態で所定の厚み（ここで
は、１５μｍ）にまで厚くすることができるので、従来
の表面マイクロマシニングでは、シリコン基板１１から
浮かせた状態で形成することができなっかた厚みをもつ
マイクロ構造体を、かかるポリシリコン層Ｓにおいて形
成することが可能となる。
【００３６】従って、第１実施の形態のマイクロマシン
の製造方法では、バルク・マイクロマシニングの領域と
思われていた数十μｍ程度の厚みのマイクロ構造体を、
表面マイクロマシニングで作ることも可能となる。
【００３７】また、第１実施の形態のマイクロマシンの
製造方法では、図１０に示すように、所定の厚み（ここ
では、１５μｍ）にまで厚くしたポリシリコン層Ｓで形
成されるマイクロ構造体を、マイクロマシニングセンサ
の櫛歯形の静電振動子Ｔとしており、これにより、櫛歯
形の静電振動子Ｔの静電容量を大きくすることができる
ので、表面マイクロマシニングにより、櫛歯形の静電振
動子Ｔを備える角速度センサの出力も大きくすることが
できる。
【００３８】さらに、例えば、櫛歯形の静電振動子Ｔを
備える角速度センサにおいて、Ｘ方向を駆動方向、Ｙ方
向を検出方向として、共振周波数を１０ｋＨｚ付近で設
計する際に、Ｚ方向の不要モードが影響しないように、
共振周波数を１３ｋＨｚ程度に離したときは、櫛歯形の
静電振動子Ｔの構造によっては、Ｚ方向の厚みをＸ、Ｙ
方向の最小パターンルールの８／３倍以上にする必要が
あることが、有限要素法で求められ、仮に、Ｘ、Ｙ方向
の最小パターンルールを３μｍとした場合、Ｚ方向の厚
みは、８μｍ以上を必要とする。
【００３９】この点、第１実施の形態のマイクロマシン
の製造方法では、櫛歯形の静電振動子Ｔが形成されるポ
リシリコン層Ｓの厚さは１５μｍであるので、上述した
設計条件の櫛歯形の静電振動子Ｔを備える角速度センサ
を作ることも可能である。
【００４０】次に、第２実施の形態のマイクロマシンの
製造方法について、図１１〜図２１を用いて説明する。
第２実施の形態のマイクロマシンの製造方法は、第１実
施の形態のマイクロマシンの製造方法と同様にして、表
面マイクロマシニングを用いて、櫛歯形の静電振動子を
備えた角速度センサを作るものであり、図１１〜図２１
は、第２実施の形態のマイクロマシンの製造方法におい
て、櫛歯形の静電振動子などの角速度センサのセンサ部
分をシリコン基板上に作る際のプロセス図である。
【００４１】第２実施の形態のマイクロマシンの製造方
法において、櫛歯形の静電振動子などの角速度センサの
センサ部分をシリコン基板上に作るには、先ず、図１１
に示すようにして、Ｐ型のシリコン基板３１を熱酸化し
て、熱酸化膜３２を形成した後に、レジスト膜３３を塗
布するとともに異方性のドライエッチングで加工するこ
とにより、下部配線のパターンを形成する。
【００４２】次に、Ｐ型のシリコン基板３１に対してヒ
素をイオン注入した後に、レジスト膜３３と熱酸化膜３
２とを除去し、拡散酸化することにより、図１２に示す
ようにして、Ｐ型のシリコン基板３１の中において、Ｎ
型拡散領域３４の下部配線を形成する。尚、このとき、
熱酸化膜３５が新たに形成される。
【００４３】次に、図１３に示すようにして、エッチン
グストッパとなる窒化膜３６を形成する。次に、図１４
に示すようにして、犠牲層となるＬＴＯ層３７を成膜す
る。次に、図１５に示すようにして、レジスト膜３８を
塗布するとともに、異方性のドライエッチングで加工す
ることにより、櫛歯形の静電振動子の架台などになる凹
部３９を、４μｍの幅で形成する。
【００４４】そして、次は、シリコン基板３１の表面上
のＬＴＯ層３７に形成された凹部３９をポリシリコン層
で平坦化するポリシリコン成膜工程が、図１６と図１７
に示すようにして行われる。
【００４５】すなわち、図１５のレジスト膜３９を剥離
した後、図１６に示すように、減圧ＣＶＤを用いた１．
５μｍの厚さのポリシリコン膜の堆積と、かかるポリシ
リコン膜へのイオン注入とを２回繰り返した後に、アニ
ールすることにより、ＬＴＯ層３７に形成された凹部３
９の孔埋めを行うとともに、厚さが３μｍのポリシリコ
ンの下層４０をＬＴＯ層３７に付加させる。尚、このと
き、減圧ＣＶＤを用いたポリシリコン膜の堆積は、６１
０℃の成膜温度で行われる。また、アニールは、９５０
℃までの最高温度で行われる。
【００４６】従って、図１６においては、ＬＴＯ層３７
に形成された凹部３９の幅の０．６２５倍以上の厚みを
もったポリシリコンの下層４０をＬＴＯ層３７に付加さ
せることにより、かかる凹部３９が孔埋めされるので、
ポリシリコン成膜工程の「第１工程」が行われることに
なる。
【００４７】さらに、図１７に示すように、リンをドー
プしたドープドポリシリコンをエピタキシャル装置で成
長させて、１２μｍの厚さのポリシリコンの上層４１を
ポリシリコンの下層４０に付加させることにより、ポリ
シリコンの下層４０とポリシリコンの上層４１とでポリ
シリコン層Ｓを成膜する。尚、このとき、エピタキシャ
ル装置で成長させるドープドポリシリコンの濃度は、不
純物濃度で２Ｅ１９個／ｃｍ3以下とし、ポリシリコン
の下層４０と同じにする。また、エピタキシャル装置に
よるドープドポリシリコンの成長は、常圧で、９５０℃
までの最高温度で行われる。
【００４８】従って、図１７においては、ポリシリコン
の下層４０と同濃度のドープドポリシリコンを成長させ
て、ポリシリコンの上層４１をポリシリコンの下層４０
に付加させることにより、ポリシリコンの下層４０とポ
リシリコンの上層４１とでポリシリコン層Ｓを成膜し、
ポリシリコン層Ｓに１５μｍの所定の厚みをもたせるの
で、ポリシリコン成膜工程の「第２工程」が行われるこ
とになる。
【００４９】そして、次は、図１８に示すようにして、
レジスト膜４２を塗布するとともに異方性のドライエッ
チングで加工することにより、コンタクト部４３のパタ
ーンを形成し、さらに、コンタクト部４３のみに対し
て、リンを注入して、Ｎ型拡散領域４４を形成する。
【００５０】次に、レジスト膜４２を剥離し、アニール
した後に、ポリシリコン層Ｓの全面に対して、電極材料
となるアルミニウムをスパッタする。そして、図１９に
示すようにして、レジスト膜４６を塗布するとともにア
ルミニウムをエッチングで溶解することにより、アルミ
ニウム電極４５やパッドＵのパターンを形成する。
【００５１】次に、レジスト膜４６を剥離した後に、ア
ルミニウム電極４５をシンターする。さらに、図２０に
示すようにして、レジスト膜４７を塗布するとともに異
方性のドライエッチングで加工することにより、櫛歯形
の静電振動子Ｔのパターンを形成する。次に、図２０か
ら図２１に示すようにして、ＬＴＯ層３７をフッ酸の等
方性のエッチングにて除去した後、レジスト膜４７を剥
離する。
【００５２】従って、第２実施の形態のマイクロマシン
の製造方法では、図１１〜図２１に示すようにして、櫛
歯形の静電振動子Ｔ、パッドＵなどの角速度センサのセ
ンサ部分を、シリコン基板３１の上に作ることができ
る。そして、第２実施の形態のマイクロマシンの製造方
法では、かかるシリコン基板３１を、櫛歯形の静電振動
子Ｔ、パッドＵなどの角速度センサのセンサ部分ごとに
分割するダイシング工程や、角速度センサの組立工程な
どを経ることにより、マイクロマシニングセンサの一つ
である角速度センサが製造されることになる。
【００５３】以上詳細に説明したように、第２実施の形
態のマイクロマシンの製造方法では、シリコン基板３１
の表面上のＬＴＯ層３７に形成された凹部３９をポリシ
リコン層Ｓで平坦化する「ポリシリコン成膜工程」を、
図１６の「第１工程」と図１７の「第２工程」とに分け
て行っている。
【００５４】先ず、図１６の「第１工程」では、ポリシ
リコンの下層４０をＬＴＯ層３７に付加させることによ
り、ＬＴＯ層３７に形成された凹部３９の孔埋めを行
う。このとき、ポリシリコンの下層４０の厚みの３μｍ
が、ＬＴＯ層３７に形成された凹部３９の幅の４μｍの
０．７５倍であり、ポリシリコンの下層４０の厚みを、
ＬＴＯ層３７に形成された凹部３９の幅の０．６２５倍
以上にしており、これより、ＬＴＯ層３７に形成された
凹部３９の全てをポリシリコンの下層４０で平坦化する
ので、ポリシリコンの下層４０において、かかる凹部３
９の孔埋め部分を起因とする内部応力が殆ど発生しな
い。
【００５５】次に、図１７の「第２工程」では、ドープ
ドポリシリコンを成長させて、ポリシリコンの上層４１
をポリシリコンの下層４０に付加させることにより、ポ
リシリコンの下層４０とポリシリコンの上層４１とでポ
リシリコン層Ｓを成膜し、ポリシリコン層Ｓに所定の厚
み（ここでは、１５μｍ）をもたせることを行う。この
とき、成長させるドープドポリシリコンの濃度を、不純
物濃度で２Ｅ１９個／ｃｍ3以下とし、ポリシリコンの
下層４０と同じにすることにより、ポリシリコンの上層
４１における内部応力の発生を抑止する。
【００５６】このため、ポリシリコンの下層４０とポリ
シリコンの上層４１とで成膜されたポリシリコン層Ｓは
安定し、結晶方向が主に（１１０）面方向となる。
【００５７】すなわち、第２実施の形態のマイクロマシ
ンの製造方法では、シリコン基板３１の表面上のＬＴＯ
層３７に形成された凹部３９をポリシリコン層Ｓで平坦
化する「ポリシリコン成膜工程」を、ＬＴＯ層３７に形
成された凹部３９の孔埋めを行う図１６の「第１工程」
と、ポリシリコン層Ｓに所定の厚み（ここでは、１５μ
ｍ）をもたせる図１７の「第２工程」とで行っており、
図１６の「第１工程」においては、ＬＴＯ層３７に形成
された凹部３９の幅の０．６２５倍以上の厚みをもった
ポリシリコンの下層４０をＬＴＯ層３７に付加させるこ
とにより、ＬＴＯ層３７に形成された凹部３９の全てを
ポリシリコンの下層４０で平坦化するので、ポリシリコ
ンの下層４０において、かかる凹部３９の孔埋め部分を
起因とする内部応力が殆ど発生せず、図１７の「第２工
程」においては、ポリシリコンの下層４０と同濃度のド
ープドポリシリコンを成長させて、ポリシリコンの上層
４１をポリシリコンの下層４０に付加させることによ
り、ポリシリコンの上層４１における内部応力の発生を
抑止するとともに、ポリシリコンの下層４０とポリシリ
コンの上層４１とでポリシリコン層Ｓを成膜することに
より、かかるポリシリコン層Ｓに所定の厚み（ここで
は、１５μｍ）をもたせることができるので、第２実施
の形態のマイクロマシンの製造方法は、所定の厚みのポ
リシリコン層Ｓで凹部３９を平坦化したときに、かかる
ポリシリコン層Ｓに発生する内部応力を緩和させること
ができるものである。
【００５８】また、第２実施の形態のマイクロマシンの
製造方法では、「ポリシリコン成膜工程」の「第１工
程」において、上述したように、ポリシリンコンの下層
４０をＬＴＯ層３７に付加させる方法として、減圧ＣＶ
Ｄを用いたポリシリコン膜の堆積とポリシリコン膜への
イオン注入とを繰り返した後にアニールする方法で行っ
ており、ポリシリンコンの下層４０を細かい結晶で成膜
させることができるので、ポリシリコンの下層４０にお
いて、ＬＴＯ層３７に形成された凹部３９の孔埋め部分
を起因とする内部応力が殆ど発生しない効果を、より大
きくすることができる。
【００５９】また、第２実施の形態のマイクロマシンの
製造方法では、シリコン基板３１の表面上のＬＴＯ層３
７に形成された凹部３９を平坦化するポリシリコン層Ｓ
を、内部応力を緩和させた状態で所定の厚み（ここで
は、１５μｍ）にまで厚くすることができるので、従来
の表面マイクロマシニングでは、シリコン基板３１から
浮かせた状態で形成することができなっかた厚みをもつ
マイクロ構造体を、かかるポリシリコン層Ｓにおいて形
成することが可能となる。
【００６０】従って、第２実施の形態のマイクロマシン
の製造方法では、バルク・マイクロマシニングの領域と
思われていた数十μｍ程度の厚みのマイクロ構造体を、
表面マイクロマシニングで作ることも可能となる。
【００６１】また、第２実施の形態のマイクロマシンの
製造方法では、図２１に示すように、所定の厚み（ここ
では、１５μｍ）にまで厚くしたポリシリコン層Ｓで形
成されるマイクロ構造体を、マイクロマシニングセンサ
の櫛歯形の静電振動子Ｔとしており、これにより、櫛歯
形の静電振動子Ｔの静電容量を大きくすることができる
ので、表面マイクロマシニングにより、櫛歯形の静電振
動子Ｔを備える角速度センサの出力も大きくすることが
できる。
【００６２】さらに、例えば、櫛歯形の静電振動子Ｔを
備える角速度センサにおいて、Ｘ方向を駆動方向、Ｙ方
向を検出方向として、共振周波数を１０ｋＨｚ付近で設
計する際に、Ｚ方向の不要モードが影響しないように、
共振周波数を１３ｋＨｚ程度に離したときは、櫛歯形の
静電振動子Ｔの構造によっては、Ｚ方向の厚みをＸ、Ｙ
方向の最小パターンルールの８／３倍以上にする必要が
あることが、有限要素法で求められ、仮に、Ｘ、Ｙ方向
の最小パターンルールを３μｍとした場合、Ｚ方向の厚
みは、８μｍ以上を必要とする。
【００６３】この点、第２実施の形態のマイクロマシン
の製造方法では、櫛歯形の静電振動子Ｔが形成されるポ
リシリコン層Ｓの厚さは１５μｍであるので、上述した
設計条件の櫛歯形の静電振動子Ｔを備える角速度センサ
を作ることも可能である。
【００６４】尚、本発明は上記実施の形態に限定される
ものでなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が
可能である。例えば、第１、第２実施の形態のマイクロ
マシンの製造方法では、「ポリシリコン成膜工程」の
「第１工程」において、上述したように、ポリシリンコ
ンの下層１９、４０をＬＴＯ層１６、３７に付加させる
方法として、減圧ＣＶＤを用いたポリシリコン膜の堆積
とポリシリコン膜へのイオン注入とを繰り返した後にア
ニールする方法で行っているが、ドープドポリシリコン
を低圧で成長させることにより、ポリシリンコンの下層
１９、４０をＬＴＯ層１６、３７に付加させてもよいと
考える。
【００６５】
【発明の効果】本発明のマイクロマシンの製造方法で
は、基板の表面上の犠牲層に形成された凹部をポリシリ
コン層で平坦化するポリシリコン成膜工程を、犠牲層に
形成された凹部の孔埋めを行う第１工程と、ポリシリコ
ン層に所定の厚みをもたせる第２工程とで行っており、
第１工程においては、犠牲層に形成された凹部の幅の
０．６２５倍以上の厚みをもったポリシリコンの下層を
犠牲層に付加させることにより、犠牲層に形成された凹
部の全てをポリシリコンの下層で平坦化するので、ポリ
シリコンの下層において、かかる凹部の孔埋め部分を起
因とする内部応力が殆ど発生せず、第２工程において
は、ポリシリコンの下層と同濃度のドープドポリシリコ
ンを成長させて、ポリシリコンの上層をポリシリコンの
下層に付加させることにより、ポリシリコンの上層にお
ける内部応力の発生を抑止するとともに、ポリシリコン
の下層とポリシリコンの上層とでポリシリコン層を成膜
することにより、かかるポリシリコン層に所定の厚みを
もたせることができるので、本発明のマイクロマシンの
製造方法は、所定の厚みのポリシリコン層で凹部を平坦
化したときに、かかるポリシリコン層に発生する内部応
力を緩和させることができるものである。
【００６６】また、本発明のマイクロマシンの製造方法
では、ポリシリコン成膜工程の第１工程において、ポリ
シリンコンの下層を犠牲層に付加させる方法として、減
圧ＣＶＤを用いたポリシリコン膜の堆積とポリシリコン
膜へのイオン注入とを繰り返した後にアニールする方法
で行うと、ポリシリンコンの下層を細かい結晶で成膜さ
せることができるので、ポリシリコンの下層において、
犠牲層に形成された凹部の孔埋め部分を起因とする内部
応力が殆ど発生しない効果を、より大きくすることがで
きる。
【００６７】また、本発明のマイクロマシンの製造方法
では、基板の表面上の犠牲層に形成された凹部を平坦化
するポリシリコン層を、内部応力を緩和させた状態で所
定の厚みにまで厚くすることができるので、従来の表面
マイクロマシニングでは、基板から浮かせた状態で形成
することができなっかた厚みをもつマイクロ構造体を、
かかるポリシリコン層において形成することが可能とな
る。
【００６８】従って、本発明のマイクロマシンの製造方
法において、所定の厚みにまで厚くしたポリシリコン層
で形成されるマイクロ構造体を、マイクロマシニングセ
ンサの振動子とすることにより、振動子の静電容量を大
きくすることができるので、表面マイクロマシニングに
より、振動子を備えるマイクロマシニングセンサの出力
も大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施の形態のマイクロマシンの製造方法に
おいて、櫛歯形の静電振動子などの角速度センサのセン
サ部分をシリコン基板上に作る際のプロセス図である。
【図２】第１実施の形態のマイクロマシンの製造方法に
おいて、櫛歯形の静電振動子などの角速度センサのセン
サ部分をシリコン基板上に作る際のプロセス図である。
【図３】第１実施の形態のマイクロマシンの製造方法に
おいて、櫛歯形の静電振動子などの角速度センサのセン
サ部分をシリコン基板上に作る際のプロセス図である。
【図４】第１実施の形態のマイクロマシンの製造方法に
おいて、櫛歯形の静電振動子などの角速度センサのセン
サ部分をシリコン基板上に作る際のプロセス図である。
【図５】第１実施の形態のマイクロマシンの製造方法に
おいて、櫛歯形の静電振動子などの角速度センサのセン
サ部分をシリコン基板上に作る際のプロセス図である。
【図６】第１実施の形態のマイクロマシンの製造方法に
おいて、櫛歯形の静電振動子などの角速度センサのセン
サ部分をシリコン基板上に作る際のプロセス図である。
【図７】第１実施の形態のマイクロマシンの製造方法に
おいて、櫛歯形の静電振動子などの角速度センサのセン
サ部分をシリコン基板上に作る際のプロセス図である。
【図８】第１実施の形態のマイクロマシンの製造方法に
おいて、櫛歯形の静電振動子などの角速度センサのセン
サ部分をシリコン基板上に作る際のプロセス図である。
【図９】第１実施の形態のマイクロマシンの製造方法に
おいて、櫛歯形の静電振動子などの角速度センサのセン
サ部分をシリコン基板上に作る際のプロセス図である。
【図１０】第１実施の形態のマイクロマシンの製造方法
において、櫛歯形の静電振動子などの角速度センサのセ
ンサ部分をシリコン基板上に作る際のプロセス図であ
る。
【図１１】第２実施の形態のマイクロマシンの製造方法
において、櫛歯形の静電振動子などの角速度センサのセ
ンサ部分をシリコン基板上に作る際のプロセス図であ
る。
【図１２】第２実施の形態のマイクロマシンの製造方法
において、櫛歯形の静電振動子などの角速度センサのセ
ンサ部分をシリコン基板上に作る際のプロセス図であ
る。
【図１３】第２実施の形態のマイクロマシンの製造方法
において、櫛歯形の静電振動子などの角速度センサのセ
ンサ部分をシリコン基板上に作る際のプロセス図であ
る。
【図１４】第２実施の形態のマイクロマシンの製造方法
において、櫛歯形の静電振動子などの角速度センサのセ
ンサ部分をシリコン基板上に作る際のプロセス図であ
る。
【図１５】第２実施の形態のマイクロマシンの製造方法
において、櫛歯形の静電振動子などの角速度センサのセ
ンサ部分をシリコン基板上に作る際のプロセス図であ
る。
【図１６】第２実施の形態のマイクロマシンの製造方法
において、櫛歯形の静電振動子などの角速度センサのセ
ンサ部分をシリコン基板上に作る際のプロセス図であ
る。
【図１７】第２実施の形態のマイクロマシンの製造方法
において、櫛歯形の静電振動子などの角速度センサのセ
ンサ部分をシリコン基板上に作る際のプロセス図であ
る。
【図１８】第２実施の形態のマイクロマシンの製造方法
において、櫛歯形の静電振動子などの角速度センサのセ
ンサ部分をシリコン基板上に作る際のプロセス図であ
る。
【図１９】第２実施の形態のマイクロマシンの製造方法
において、櫛歯形の静電振動子などの角速度センサのセ
ンサ部分をシリコン基板上に作る際のプロセス図であ
る。
【図２０】第２実施の形態のマイクロマシンの製造方法
において、櫛歯形の静電振動子などの角速度センサのセ
ンサ部分をシリコン基板上に作る際のプロセス図であ
る。
【図２１】第２実施の形態のマイクロマシンの製造方法
において、櫛歯形の静電振動子などの角速度センサのセ
ンサ部分をシリコン基板上に作る際のプロセス図であ
る。
【符号の説明】
１１、３１ シリコン基板 １６、３７ ＬＴＯ層 １８、１９ 凹部 １９、４０ ポリシリコンの下層 ２０、４１ ポリシリコンの上層 Ｓ ポリシリコン層 Ｔ 櫛歯形の静電振動子 Ｕ バッド
フロントページの続き (72)発明者 野田 修司 愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地 アイシ ン精機株式会社内 Ｆターム(参考） 2F105 BB02 BB03 CC04 CD03 CD05 4M112 AA02 BA07 CA24 CA26 DA03 DA06 DA10 DA14 EA04

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板の表面上の犠牲層に形成された凹部
    をポリシリコン層で平坦化するポリシリコン成膜工程を
    有するマイクロマシンの製造方法において、 前記ポリシリコン成膜工程は、 前記凹部の幅の０．６２５倍以上の厚みをもったポリシ
    リコンの下層を前記犠牲層に付加させることにより、前
    記凹部の孔埋めを行う第１工程と、 前記下層と同濃度のドープドポリシリコンを成長させ
    て、ポリシリコンの上層を前記下層に付加させることに
    より、前記下層と前記上層とで前記ポリシリコン層を成
    膜し、前記ポリシリコン層に所定の厚みをもたせる第２
    工程とを備えること、 を特徴とするマイクロマシンの製造方法。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載するマイクロマシンの製
    造方法において、 前記第１工程は、 減圧ＣＶＤを用いたポリシリコン膜の堆積と前記ポリシ
    リコン膜へのイオン注入とを繰り返した後にアニールす
    ることにより、前記下層を前記犠牲層に付加させるこ
    と、 を特徴とするマイクロマシンの製造方法。
  3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載するマイク
    ロマシンの製造方法において、 前記基板から浮かせたマイクロ構造体を前記ポリシリコ
    ン層に形成すること、を特徴とするマイクロマシンの製
    造方法。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載するマイクロマシンの製
    造方法において、 前記マイクロ構造体をマイクロマシニングセンサの振動
    子とすること、を特徴とするマイクロマシンの製造方
    法。
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