JP2007290073A - 絶縁分離構造の形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な製造プロセスによって絶縁分離構造を形成する。
【解決手段】絶縁層１２に達する溝を活性層１３に形成することにより溝構造を形成し、活性層１３の表面を熱酸化処理することにより酸化膜を形成し、酸化膜の表面に薄膜を形成し、溝構造上部以外の領域の酸化膜及び薄膜を除去し、溝構造下部領域の支持層１１と絶縁層１２を除去することにより絶縁分離構造を形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体基板を少なくとも２つの領域に絶縁分離する絶縁分離構造の形成方法に関する。

近年、可動部を有する部品の微細化，高精度化への要求が高まるにつれてマイクロマシン技術が発達してきている。このようなマイクロマシンとしては、静電力等によって微小なミラー部を揺動させることによりレーザ等の光ビームを走査するチルトミラー素子が知られており、光通信分野やバーコードリーダ，レーザリーダ，エリアセンサ，投写型ディスプレイ，光スイッチ等の光学機器分野において広く利用されている（非特許文献１参照）。
"Large deflection Micromechanical Scanning Mirrors for Linear Scans and Pattern Generation, IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, VOL.6, NO.5, P.715

ところで、ミラー部を２軸方向に揺動させるチルトミラー素子では基板表面を少なくとも２つ以上の領域に分離するための絶縁分離構造の形成が必要となる。しかしながら、このような絶縁分離構造を形成するためには、基板表面に溝構造を形成し、溝構造に対し酸化処理を施し、ＬＰＣＶＤ（Low Pressure Chemical Vopar Deposition）法によって溝構造にポリシリコン膜を埋め戻し、化学的機械研磨処理を行うことによりポリシリコン膜を除去するという非常に煩雑な工程を行わなければならない。このため、従来の絶縁分離構造の形成方法によれば、チルトミラー素子を大量生産することが困難であった。

本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、その目的は、簡単な製造プロセスによって絶縁分離構造を形成可能な絶縁分離構造の形成方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る絶縁分離構造の形成方法の特徴は、半導体基板を少なくとも２つの領域に絶縁分離する絶縁分離構造の形成方法であって、支持層と活性層により絶縁層を挟持することにより形成されたＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板の活性層に対して絶縁層に達する溝を形成することにより溝構造を形成する工程と、活性層の表面を熱酸化処理することにより酸化膜を形成する工程と、酸化膜の表面に薄膜を形成する工程と、溝構造上部以外の領域の酸化膜及び薄膜を除去する工程と、溝構造下部領域の支持層と絶縁層を除去する工程とを有することにある。

本発明に係る絶縁分離構造の形成方法によれば、半導体製造プロセスのみで絶縁分離構造を形成できるので、簡単な製造プロセスによって絶縁分離構造を形成することができる。

本発明は、例えば図１に示すような、ミラー部を２軸方向に揺動可能なチルトミラー素子に用いられている絶縁分離構造の形成に適用することができる。なお、図１に示すチルトミラー素子では、絶縁分離構造１，２によって活性層の領域３と領域４が絶縁分離された構造となっている。以下、図１の領域Ａ内の絶縁分離構造１の形成方法を例として、本発明の実施形態となる絶縁分離構造の形成方法について説明する。

図２（ａ）は、図１に示す領域Ａ内の絶縁分離構造１の上面図を示し、この絶縁分離構造１により基板表面は領域Ａ１，領域Ａ２，及び領域Ａ３に絶縁分離されている。また、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す線分ＸＹにおける断面図を示し、絶縁分離構造１下部の基板はエッチングにより除去されている。

図２（ａ），（ｂ）に示す絶縁分離構造を形成する際は、始めに、支持層１１，絶縁層１２，及び活性層１３からなるＳＯＩ基板を用意し、図３（ａ）に示すように活性層１３の表面に溝構造１５の形状に対応させてレジスト膜１４をパターニングする。次に、図３（ｂ）に示すようにＤ−ＲＩＥ（Deep-Reactive Ion Etching）処理によって絶縁層１２に到達するまでレジスト膜１４を介して活性層１３をエッチングすることにより溝構造１５を形成する。

次に、図３（ｃ）に示すようにレジスト膜１４を除去した後、基板全体に対し熱酸化処理を施すことにより、図３（ｄ）に示すように基板の表面と裏面の双方に酸化膜１６を形成する。溝構造１６は中空構造にて構造体を支持することになるので、熱酸化処理によってより密な酸化膜１６を形成する。なお、通常の酸化処理により形成される酸化膜の膜厚は酸化時間の２乗に比例し、基板表面側の酸化速度と基板内側の酸化速度の比は６対４程度となる。また、１１００［℃］のパイロ酸化処理によって膜厚２［μｍ］の酸化膜を形成するためには１０時間程度の酸化処時間が必要となる。従って、膜厚約１．５［μｍ］程度の活性層を全て酸化するためには約１０時間弱の酸化処理が必要となり、これ以上の膜厚を酸化することは大量生産を考えると現実的ではない。従って、酸化膜１６の膜厚は１．５［μｍ］以下にすることが望ましく、これにより、十分に実現可能な熱酸化時間で十分な絶縁耐圧を有する絶縁分離構造を形成することができる。

次に、図３（ｅ）に示すように基板表面側の酸化膜１６上に薄膜１７を形成する。なお、薄膜１７としては、既存の半導体プロセスと整合性が良いＣＶＤ法を用いることにより形成されたポリシリコン膜，絶縁性の高いＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）膜，簡便なスピンコート法により塗布可能な絶縁性を有するＳＯＧ（Spin On Glass）膜等を用いることができる。次に、図３（ｆ）に示すように溝構造１５上部の薄膜１７上にレジスト膜１８をパターニングした後、図３（ｇ），図４（ｈ）に示すようにレジスト膜１８をマスクとしてエッチング処理することにより溝構造１５上部以外の領域の薄膜１７と酸化膜１６を順に除去する。次に、図４（ｉ）に示すようにレジスト膜１８を除去した後、図４（ｊ）に示すように溝構造１５の下部領域部分を残して基板の裏面側にレジスト膜１９をパターニングする。次に、図４（ｋ），（ｌ）に示すようにレジスト膜１９をマスクとしてエッチングすることにより溝構造１６下部の酸化膜１６と支持層１１を順に除去した後、図４（ｍ），（ｎ）に示すように基板の裏面側のレジスト膜１８及び酸化膜１６を順に除去する。これにより、一連の形成工程は終了する。

以上の説明から明らかなように、本発明の実施形態となる絶縁分離構造の形成方法では、絶縁層１２に達する溝を活性層１３に形成することにより溝構造１５を形成し、活性層１３の表面を熱酸化処理することにより酸化膜１６を形成し、酸化膜１６の表面に薄膜１７を形成し、溝構造１５上部以外の領域の酸化膜１６及び薄膜１７を除去し、溝構造１５下部領域の支持層１１と絶縁層１２を除去することにより絶縁分離構造を形成するので、半導体製造プロセスのみで絶縁分離構造を形成することが可能となり、簡単な製造プロセスによって絶縁分離構造を形成することができる。

なお、図２に示す例では絶縁分離構造１は平面方向において直線形状を有しているが、図５に示すように絶縁分離構造１を平面方向において波形状（ジグザグ形状）を有するように形成してもよい。このような絶縁分離構造１によれば、工程を追加することなくパターンを変更するだけで容易に絶縁分離構造１の強度を高めることができる。なお、波形状は、線形の波形状に限らず、階段状の波形状であってもよい。

また、図２に示す例では絶縁分離構造１は１本の溝構造１５により形成されているが、図６に示すように絶縁分離構造１を平面方向に複数本形成してもよい。このような絶縁分離構造によれば、工程を追加することなくパターンを変更するだけで容易に絶縁性を高めることができいる。また、溝構造１５の側壁を酸化することによって形成される絶縁領域（酸化膜１６）も複数の絶縁領域が直列に重畳されるためより短い時間で高い絶縁耐圧を得ることができる。

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。

本発明が適用されるチルトミラー素子の構成を示す上面図である。 本発明の実施形態となる絶縁分離構造の構成を示す上面図及び断面図である。 図２に示す絶縁分離構造の形成方法を示す断面工程図である。 図３に示す絶縁分離構造の形成方法の続きを示す断面工程図である。 図２に示す絶縁分離構造の応用例の構成を示す上面図及び断面図である。 図２に示す絶縁分離構造の応用例の構成を示す上面図及び断面図である。

符号の説明

１，２：絶縁分離構造
１１：支持層
１２：絶縁層
１３：活性層
１４，１８，１９：レジスト膜
１５：溝構造
１６：酸化膜
１７：薄膜

Claims (3)

1. 半導体基板を少なくとも２つの領域に絶縁分離する絶縁分離構造の形成方法であって、
   支持層と活性層により絶縁層を挟持することにより形成されたＳＯＩ基板の活性層に対して絶縁層に達する溝を形成することにより溝構造を形成する工程と、
   前記活性層の表面を熱酸化処理することにより酸化膜を形成する工程と、
   前記酸化膜の表面に薄膜を形成する工程と、
   溝構造上部以外の領域の酸化膜及び薄膜を除去する工程と、
   溝構造下部領域の支持層と絶縁層を除去する工程と
   を有することを特徴とする絶縁分離構造の形成方法。
2. 請求項１に記載の絶縁分離構造の形成方法であって、平面方向に波形形状を有するように前記溝構造を形成することを特徴とする絶縁分離構造の形成方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載の絶縁分離構造の形成方法であって、前記溝構造を平面方向に複数形成することを特徴とする絶縁分離構造の形成方法。

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