JP2006080351A - マイクロ構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板をエッチングすることにより基板からリリースされた可動部を形成してなる加速度センサの製造方法において、安価な構成にて可動部に付着する異物を適切に除去する。
【解決手段】 ＳＯＩ基板１０をエッチングすることによりこの基板１０からリリースされた可動部としての可動電極１６を形成してなる容量式加速度センサ１００の製造方法において、基板１０をエッチングして可動電極１６および固定電極１７を形成した後、基板１０を熱処理して基板１０に付着した異物Ｋを蒸発させるなどにより除去し、続いて、基板１０に配線部である電極部１８を描画や印刷などのドライプロセスにより形成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、基板にエッチング等を施すことにより基板に対して可動な状態で支持された可動部を形成してなるマイクロ構造体の製造方法に関し、たとえば容量式加速度センサ、ヨーレートセンサ、圧力センサなどに適用することができる。

この種のマイクロ構造体は、たとえば半導体基板に対してトレンチエッチングを施すことで可動部のパターンを形成し、さらにリリースエッチングを施すことにより、この半導体基板に対してリリースされるとともに可動な状態で支持された可動部を形成してなるものである。

従来より、このようなマイクロ構造体としては、加速度が印加されたときに可動部が変位し、この変位に基づく可動部と固定部との間の容量の変化を求め、この容量変化に基づいて印加加速度を検出するようにした加速度センサが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

このような可動部をもつマイクロ構造体センサでは、製造工程中に可動部の動きを妨げる部位に異物が付着すると、可動部が正常な動作を行うことができず、センサとしての機能が損なわれるという問題がある。

この問題を解決するために、従来では、マイクロ構造体の上にキャップウェハを搭載し、このキャップウェハにより可動部を保護した構成を採用し、それによって、飛来してくる異物が可動部に付着することを防止するようにしたものが提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
特開平５−３０４３０３号公報 特表平２００２−５００９６１号公報

しかしながら、上記特許文献２に示されるようなマイクロ構造体をキャップで保護する方法では、キャップ形成後においては異物付着を防止できるものの、マイクロ構造体自身の製造工程中に、可動部に付着した異物については除去することはできず、著しく歩留りを低下させるという問題がある。また、キャップを形成することによってコストが高くなるという問題もある。

本発明は、上記したような問題に鑑みてなされたものであり、エッチング等にて基板を加工することにより基板からリリースされた可動部すなわち基板に対して可動に支持された可動部を形成してなるマイクロ構造体の製造方法において、安価な構成にて可動部に付着する異物を適切に除去できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、基板（１０）を加工することにより基板（１０）に対して可動に支持された可動部（１６）を形成してなるマイクロ構造体の製造方法において、基板（１０）を加工して可動部（１６）を形成した後、基板（１０）を熱処理して基板（１０）に付着した異物を除去し、続いて、基板（１０）に配線部（１８）を形成することを特徴としている。

それによれば、基板（１０）を加工して基板（１０）の支持部（１１）からリリースされた可動部（１６）を形成した後、基板（１０）を熱処理することにより、基板（１０）に付着した異物を燃焼させたり、蒸発させたりすることができ、当該異物を容易に除去することができる。

また、基板（１０）に配線部（１８）を形成する場合、もし、配線部（１８）を形成した後に、可動部（１６）の形成および基板（１０）の熱処理を行うと、たとえば、基板（１０）をエッチング等で加工して可動部（１６）を形成するときに、当該エッチングにより基板（１０）上の配線部（１８）の一部が残渣となって異物となる可能性がある。

その点、本発明によれば、可動部（１６）の形成および基板（１０）の熱処理を行った後に、基板（１０）に配線部（１８）を形成するため、配線部（１８）に起因する異物の発生を極力防止することができる。また、熱処理後に配線部（１８）を形成することにより、熱処理の温度を高いものにでき、熱処理で除去できる対象異物が増える。

よって、本発明によれば、基板（１０）を加工することにより基板（１０）からリリースされた可動部（１６）を形成してなるマイクロ構造体の製造方法において、安価な構成にて可動部（１６）に付着する異物を適切に除去することができる。

ここで、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載のマイクロ構造体の製造方法においては、配線部（１８）を形成する材料として、前記熱処理の温度よりも低い融点の材料を用いることができる。

特に、本発明のように、配線部（１８）を、熱処理の温度よりも低い融点の材料を用いて形成する場合、基板（１０）の熱処理を行った後に、基板（１０）に配線部（１８）を形成することは有効である。上記熱処理によって配線部（１８）が蒸発することが防止できるためである。

また、請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載のマイクロ構造体の製造方法において、前記熱処理は、真空雰囲気中にて行うことを特徴としている。

それによれば、基板（１０）を真空雰囲気中にて熱処理することにより、基板（１０）に付着した異物が飛びやすくなるため、異物の除去をより容易に行うことができ、好ましい。

さらに、請求項４に記載の発明では、請求項１〜請求項３に記載のマイクロ構造体の製造方法において、配線部（１８）は、描画または印刷により形成することを特徴としている。

それによれば、配線部（１８）の形成をドライプロセスで行うことができるため、配線部をウェットプロセスにて形成した場合のような可動部のスティッキングを防止することができ、好ましい。

また、ホトリソグラフ法により配線部を形成する場合、ホト工程やエッチング工程など複数の工程を要するが、描画や印刷により形成すれば１回の工程で配線部（１８）をパターニング形成できるため、工程の簡略化が期待できる。

また、請求項５に記載の発明のように、請求項１〜請求項４に記載のマイクロ構造体の製造方法においては、基板（１０）としてはシリコン基板を用いることができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

図１（ａ）〜（ｃ）、図２（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施形態に係るマイクロ構造体としての容量式加速度センサ１００の製造方法を示す概略断面図である。本製造方法は最終的に図２（ｂ）に示されるセンサ１００を製造するものであり、まず、図２（ｂ）を参照してセンサ構成の概略を述べておく。

センサＳ１は、本発明でいう基板としてのＳＯＩ（シリコン−オン−インシュレータ）基板１０を備えている。このＳＯＩ基板１０は、第１のシリコン基板１１と第２のシリコン基板１２とが埋め込み酸化膜１３を介して積層されたものである。第１のシリコン基板１１は、支持部（支持基板）１１として構成されている。

ＳＯＩ基板１０の中央部では、埋め込み酸化膜１３が除去されてなるキャビティ１４が形成されている。このキャビティ１４に対応した第２のシリコン基板１２には、その上面からキャビティ１４へと厚み方向に貫通する溝１５が形成されている。

この溝１５により、第２のシリコン基板１２は、可動電極（可動部）１６と固定電極（固定部）１７とに区画されている。図示例では、可動電極１６と固定電極１７とは交互に配置され、溝１５を介して互いに隣り合っている。そして、可動電極１６は、キャビティ１４を介してＳＯＩ基板１０の支持部１１からリリースされた状態となり、基板１０に対して可動状態となっている。

図示しないが、具体的には、固定電極１７は、埋め込み酸化膜１３を介して第１のシリコン基板１１に支持固定されており、可動電極１６は、第１のシリコン基板１１に対して梁などを介して弾性的に支持される等により可動となっている。

これら、可動および固定電極１６、１７は、たとえば、よく知られている櫛歯状の梁構造体にすることができる。この場合、加速度の印加に伴い可動電極１６が変位し、それによって可動電極１６と固定電極１７との間の距離が変化する。

そして、たとえば、この距離変化に基づく両電極１６、１７間の容量変化を検出することで、印加加速度を求めることができる。

また、ＳＯＩ基板１０の所定部位、本例では第２のシリコン基板１２の上面の周辺部には、Ａｌ（アルミニウム）などからなる配線部としての電極部１８が形成されている。この電極部１８は、各種の配線や外部接続用のパッドなどとして構成されている。

そして、この電極部１８を介して、上記両電極１６、１７間の容量変化を電気信号として取り出すことができるようになっている。このように、本実施形態では、マイクロ構造体としての容量式加速度センサ１００が構成されている。

次に、本実施形態のマイクロ構造体１００すなわち上記加速度センサ１００の製造方法について、図１、図２を参照して説明する。

まず、図１（ａ）、（ｂ）に示されるように、上記ＳＯＩ基板１０を用意し、この基板１０に対して、その上面（表面、第２シリコン基板１２の上面）側から可動電極（可動部）１６を画定するための上記トレンチ溝１５を、エッチングにより形成する（トレンチ溝形成工程）。

このトレンチ溝形成工程は、通常のホト、エッチング工程で行うことができる。具体的には、電極部１６、１７を形成するために、ホトレジストにより形成したパターンを用いたドライエッチング等を行う。

このドライエッチングは、たとえばＳＦ₆ガスなどのエッチングガスを用いることができる。そして、このエッチングによって残した部分を電極部１６、１７とする。その後、ホトレジストを通常の方法で除去する。ＳＯＩ基板１０を用いた本例では、埋め込み酸化膜１３でエッチングをストップさせることにより、制御性に優れたものになる。

次に、図１（ｃ）に示されるように、可動電極１６を可動状態とするために、上記キャビティ１４となる部位の埋め込み酸化膜１３をドライエッチングにより除去し、可動電極１６をリリースする（リリースエッチング工程）。

つまり、埋め込み酸化膜１３を犠牲層としたエッチングを行い、ＳＯＩ基板１０からリリースされた状態の可動電極１６を形成する。この酸化膜１３のエッチングは、具体的には、無水ＨＦガスを用いたドライエッチングにより酸化膜を選択的に除去することにより行う。

この埋め込み酸化膜１３の除去工程は、フッ酸溶液をエッチング液としたウェットエッチングにより行ってもよい。しかし、この酸化膜１３の除去工程では、エッチング後に可動電極１６が可動な状態となるため、ウェットプロセスを用いた場合、スティッキングが発生する。

そのため、上述したようにドライエッチング、すなわちドライプロセスを用いることが好ましい。可動部である可動電極１６を可動な状態にした後には、上記したようにウェットプロセスにおける洗浄等を実施するとスティッキングが発生する。そのため、これ以降はウェットプロセスによる洗浄は不可となる。

ここまでの工程において、ＳＯＩ基板１０には、図１（ｃ）に示されるように、各種の有機物などの異物Ｋが付着することがある。そこで、次に、図２（ａ）に示されるように、ＳＯＩ基板１０に付着した異物Ｋを除去するための熱処理を行う（熱処理工程）。

工程内で可動電極（可動部）１６の動きを妨げる部位に異物Ｋが付着した場合、可動電極１６は正常な動作を行うことができず、センサとしての機能が損なわれるため、付着した異物Ｋを除去する必要がある。

この熱処理は、ＳＯＩ基板１０を構成する材料の融点よりも低い温度にて行うことが必要であることはもちろんである。

この時点では、ＳＯＩ基板１０にはシリコンと埋め込み酸化膜以外の材料からなる部分は無く、シリコンと埋め込み酸化膜がダメージを受けない温度（具体的にはシリコン、埋め込み酸化膜の融点を超えない温度）であれば熱処理が可能である。

本発明者の検討によれば、たとえば、７５０℃の真空雰囲気中の熱処理であれば、工程内で付着した有機物系の異物Ｋをすべて蒸発による除去ができることを実験的に確認している。

真空雰囲気中にて熱処理を行うことは、異物Ｋが蒸発しやすい効果が得られるため有効である。なお、その他、異物Ｋの種類によっては酸化雰囲気で酸化することによって除去効果があがる場合もある。

次に、図２（ｂ）に示されるように、ＳＯＩ基板１０に配線部としての上記電極部１８を形成する（配線部形成工程）。

配線部１８を形成するにあたって、その材料は通常の半導体プロセスにて用いられる配線材料を使用することが可能であるが、本例では、Ａｌ（アルミニウム）など、上記熱処理の温度よりも低い融点の材料を用いて配線部１８を形成する。

上記したように、工程内で付着した有機物系の異物Ｋをすべて蒸発によって除去できる温度である７５０℃の温度で真空中で熱処理した場合、本例のような配線材料は蒸発してしまうため、熱処理後に配線部１８を形成することが必要である。

ここで、配線部としての電極部１８の形成は、可動電極１６を可動な状態にした後にウェットプロセスを用いるとスティッキングが発生することから、ホト・エッチ工程等のウェットプロセスを含まずに形成できる描画または印刷方式で行う。

描画方式としては、配線部構成材料の微粉末を用いたインクジェット法や、ノズルを用いた蒸着法などが挙げられ、印刷方式としては、通常のスクリーン印刷法などが挙げられる。

具体的に、本例では、Ａｌからなる電極部１８を、特開平７−２５８８２８号公報に記載されているような膜形成方法により形成している。この方法は、膜材料を蒸気とし、この蒸気をノズルから、真空室内に設けた基板上に照射することにより、直接パターン状の膜を形成する直接描画の蒸着法である。

こうして、上記図１、図２を参照して示したトレンチ溝形成工程、リリースエッチング工程、熱処理工程、配線部形成工程などを経て、本実施形態のマイクロ構造体としての加速度センサ１００ができあがる。

次に、本実施形態の効果等について、以下にまとめた形で述べる。

本実施形態によれば、基板１０をエッチングすることにより基板１０からリリースされた可動部１６を形成してなるマイクロ構造体としての加速度センサ１００の製造方法において、基板１０をエッチングして可動部１６を形成した後、基板１０を熱処理して基板１０に付着した異物を除去し、続いて、基板１０に配線部１８を形成することを特徴とする製造方法が提供される。

それによれば、基板１０をエッチングして可動部１６を形成した後、基板１０を熱処理することにより、基板１０に付着した異物を燃焼させたり、蒸発させたりすることができ、従来のようなキャップなどを用いることなく、当該異物を容易に除去することができる。特に、本実施形態では、シリコンの融点よりも低い温度で除去できる物質を異物として除去することが可能となる。

また、基板１０に配線部１８を形成する場合、もし、配線部１８を形成した後に、可動部１６の形成および基板１０の熱処理を行うと、たとえば、基板１０をエッチングして可動部１６を形成するときに、当該エッチングにより基板１０上の配線部１８の一部が残渣となって異物となる可能性がある。

その点、本実施形態の製造方法によれば、可動部１６の形成および基板１０の熱処理を行った後に、基板１０に配線部１８を形成するため、配線部１８に起因する異物の発生を極力防止することができる。また、熱処理後に配線部１８を形成することにより、熱処理の温度を高いものにでき、熱処理で除去できる対象異物が増える。

よって、本実施形態によれば、基板１０をエッチングすることにより基板１０からリリースされた可動部１６を形成してなるマイクロ構造体としての容量式加速度センサ１００の製造方法において、熱処理という簡便な方法によって安価な構成にて可動部１６に付着する異物を適切に除去することができる。

ここで、本例では、上記加速度センサ１００の製造方法においては、配線部である電極部１８を形成する材料として、前記の熱処理の温度よりも低い融点の材料を用いるものとしている。

このように、配線部１８を、熱処理の温度よりも低い融点の材料を用いて形成する場合、基板１０の熱処理を行った後に、基板１０に配線部１８を形成することは有効である。上記熱処理によって配線部１８が蒸発することが防止できるためである。

また、本実施形態では、前記の熱処理は、真空雰囲気中にて行うことが好ましく、それによれば、基板１０を真空雰囲気中にて熱処理することにより、基板１０に付着した異物が飛びやすくなるため、異物の除去をより容易に行うことができる。

さらに、本実施形態では、上記製造方法において、配線部１８を描画または印刷により形成することも特徴点である。

それによれば、配線部１８の形成をドライプロセスで行うことができるため、配線部をウェットプロセスにて形成した場合のような可動部のスティッキングを防止することができ、好ましい。

また、ホトリソグラフ法により配線部を形成する場合、ホト工程やエッチング工程など複数の工程を要するが、描画や印刷により形成すれば１回の工程で配線部１８をパターニング形成できるため、工程の簡略化が期待できる。

（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、基板１０をエッチングすることにより可動部１６を形成したが、可動部１６の形成はエッチングに限定されることはなく、たとえば、機械的加工により可動部を形成してもよい。

また、上記実施形態では、基板としてＳＯＩ基板１０を用いたが、それ以外のシリコン基板、さらには半導体基板、半導体ウェハなどであってもよい。

また、本発明は上記容量式加速度センサに限定されるものではなく、基板をエッチングすることにより基板に対して可動な状態で支持された可動部を形成してなるマイクロ構造体であればよい。たとえば、角速度センサや圧力センサであってもよい。

要するに、本発明は、基板をエッチングすることにより基板からリリースされた可動部を形成してなるマイクロ構造体の製造方法において、基板をエッチングして可動部を形成した後、基板を熱処理して基板に付着した異物を除去し、続いて、基板に配線部を形成することを要部とする製造方法を提供するものであり、その他の細部については、適宜設計変更が可能である。

本発明の実施形態に係る容量式加速度センサの製造方法を示す概略断面図である。 図１に続く製造方法を示す概略断面図である。

符号の説明

１０…基板としてのＳＯＩ基板、１６…可動部としての可動電極、
１８…配線部としての電極部。

Claims (5)

1. 基板（１０）を加工することにより前記基板（１０）からリリースされた可動部（１６）を形成してなるマイクロ構造体の製造方法において、
   前記基板（１０）を加工して前記可動部（１６）を形成した後、
   前記基板（１０）を熱処理して前記基板（１０）に付着した異物を除去し、
   続いて、前記基板（１０）に配線部（１８）を形成することを特徴とするマイクロ構造体の製造方法。
2. 前記配線部（１８）を形成する材料として、前記熱処理の温度よりも低い融点の材料を用いることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ構造体の製造方法。
3. 前記熱処理は、真空雰囲気中にて行うことを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロ構造体の製造方法。
4. 前記配線部（１８）は、描画または印刷により形成することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のマイクロ構造体の製造方法。
5. 前記基板（１０）としてシリコン基板を用いることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のマイクロ構造体の製造方法。
   

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