JP2010131731A - Ｍｅｍｓの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間で容易かつ確実に不要部分を除去することができるＭＥＭＳの製造方法を提供する。
【解決手段】ＭＥＭＳの可動部１１１が形成される第１基板１１０と、第１基板と貼り合わせられ可動部に隣接する領域がエッチングにより除去される第２基板１２０とを半導体製造工程によって製造するＭＥＭＳの製造方法であって、第１基板と第２基板とを貼り合わせる前に、第２基板のうちエッチングによって除去したい領域の一部にトレンチ１２３を形成する工程と、トレンチを形成した部分を含みエッチングにより除去したい領域を熱酸化することにより犠牲酸化膜１２１を形成する工程と、犠牲酸化膜が形成された第２基板１２０に第１基板１１０を貼り合わせる工程と、貼り合わせた後に第１基板のうち可動部を形成するために不要な領域と第２基板に形成した犠牲酸化膜１２１とを同時にエッチングにより除去する工程とを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体製造工程を利用して作製されるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の製造方法に関する。

従来より、ＭＥＭＳの製造方法の１つとして、２つの基板（第１基板と第２基板）を貼り合わせる前に、第２基板の表面に犠牲酸化膜を形成し、この犠牲酸化膜の上に第１基板を貼り合わせた後に、第１基板の表面にレジストを形成してエッチングを行い、可動部を形成するために不要となる部分を第１基板から除去するとともに、可動部の下にある犠牲酸化膜を除去することにより、可動部の下に空隙を作製する製造方法があった（例えば、特許文献１参照）。
特開２００８−２００７５７号公報

ところで、上述のようなＭＥＭＳでは、可動部の下の空隙の深さ（高さ）は、空気抵抗に影響を及ぼすため、例えば空気抵抗の影響を受けるダンピング特性を良くするには、エッチングで除去する犠牲酸化膜を厚くする必要がある。

しかしながら、犠牲酸化膜を厚くするには、長時間にわたって熱酸化等による酸化処理を行う必要があるため、処理時間が長時間化していた。

また、犠牲酸化膜が特に厚い場合（例えば、１０μｍ以上）は、酸化レートが低下するため、酸化処理時間が極端に長く（例えば、１週間以上）なっていた。

さらに、熱酸化による酸化を行う場合は、酸素と触れる部分がすべて犠牲酸化膜にされるため、不必要な部分まで犠牲酸化膜が形成される場合があり、コスト高の原因になっていた。

そこで、本発明は、短時間で容易かつ確実に不要部分を除去することができるＭＥＭＳの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一局面のＭＥＭＳの製造方法は、ＭＥＭＳの可動部が形成される第１基板と、前記第１基板と貼り合わせられ、前記可動部に隣接する領域がエッチングにより除去される第２基板とを半導体製造工程によって加工することにより、ＭＥＭＳを製造するＭＥＭＳの製造方法であって、前記第１基板と前記第２基板とを貼り合わせる前に、前記第２基板のうち前記エッチングによって除去したい領域の一部に、トレンチを形成する工程と、前記トレンチを形成した後に、前記エッチングにより除去したい領域を酸化することにより、当該領域内に犠牲酸化膜を形成する工程と、前記犠牲酸化膜が形成された第２基板に前記第１基板を貼り合わせる工程と前記第１基板と前記第２基板とを貼り合わせた後に、前記第１基板のうち前記可動部を形成するために不要な領域と、前記第２基板の犠牲酸化膜とをエッチングにより除去する工程とを含む。

本発明によれば、短時間で容易かつ確実に不要部分を除去することができるＭＥＭＳの製造方法を提供できるという特有の効果が得られる。

以下、本発明のＭＥＭＳの製造方法を適用した実施の形態について説明する。

［実施の形態１］
図１は、実施の形態１のＭＥＭＳの製造方法によって製造されるＭＥＭＳの構成を示す図である。

ＭＥＭＳ１００は、２枚のシリコン基板１１０、１２０を貼り合わせた構造を有する。シリコン基板１１０、１２０は、半導体基板であればよく、例えば、シリコンウエハを用いることができる。シリコン基板１１０と１２０の厚さは、ＭＥＭＳの種類に応じて設定すればよく、同一であってもよいし、異なっていてもよい。ここでは、２枚のシリコン基板１２０の方がシリコン基板１１０よりも厚い形態を示す。

シリコン基板１１０は、ＭＥＭＳの可動部１１１が形成されるシリコン基板であり、後述する製造方法によって不要部が除去されることにより、図１に示す可動部１１１が形成されている。この可動部１１１は、図１中紙面の奥側でシリコン基板１１０に繋がっており、矢印Ａの方向の方向に動けるように形成されている。

シリコン基板１２０は、基板表面に犠牲酸化膜１２１が形成されており、この犠牲酸化膜１２１を介してシリコン基板１１０に張り合わされている。また、シリコン基板１１０の可動部１１１の下方に隣接する領域には空隙１２２が形成されている。

空隙１２２は、可動部１１１の下側に比較的深い空間を設けることにより、空気抵抗を低減させるために設けられている。実施の形態１のＭＥＭＳの製造方法によれば、従来よりも深く、かつ短時間で容易に空隙１２２を作製することができる。

次に、実施の形態１のＭＥＭＳの製造方法について説明する。

図２は、実施の形態１のＭＥＭＳの製造方法を示す図である。

まず、図２（ａ）に示すように、シリコン基板１２０の表面のうち、後に空隙を作製するために除去したい領域内にトレンチ１２３を形成する。図２（ａ）には、６本のトレンチ１２３が等間隔で平行に作製された状態を示す。トレンチ１２３の紙面を貫く方向の長さは、後に形成する可動部１１１の紙面を貫く方向に合わせて形成すればよい。

ここで、トレンチ１２３は、図示しないレジスト又は酸化膜をマスクとして用い、ドライエッチングを行うことによって作製すればよい。作製条件は、例えば、プロセスガスとしてＳＦ_６（六フッ化硫黄）／ＨＢｒ（臭化水素）／Ｏ_２（酸素）の流量比を６５／８０／８０（ｓｃｃｍ）、ＲＦ周波数を３８０ＫＨｚ〜１３．５６ＭＨｚ、ガス圧力を２０〜５０ｍＴｏｒｒ程度にすればよい。

次に、トレンチ１２３の上からドライ酸化処理又はパイロジェニック酸化処理による熱酸化を行うことにより、図２（ｂ）に示すように、シリコン基板１２０に犠牲酸化膜１２１を作製する。

この熱酸化では、トレンチ１２３の内部表面からも酸化が進むため、トレンチ１２３が形成されていた領域では、トレンチ１２３が形成されていなかった領域よりも深い領域にまで犠牲酸化膜１２１が作製される。

また、実施の形態１のＭＥＭＳの製造方法における熱酸化は、トレンチ１２３を形成してから行うので、従来よりも短時間で深い領域にまで犠牲酸化膜１２１を作製することができる。

次に、図２（ｃ）に示すように、犠牲酸化膜１２１のうち、トレンチ１２３が形成されていなかった領域（犠牲酸化膜１２１が浅い領域）に、位置合わせ用のマーク１２４を作製する。このマーク１２４は、例えば、平面視で正方形であればよい。

また、マーク１２４の作製処理は、例えば、ドライエッチングで行えばよく、作製条件は、例えば、プロセスガスとしてＣＦ_４（メタン）／ＣＨＦ_３（トリフルオロメタン）／Ａｒ（アルゴン）の流量比を９／１／１００（ｓｃｃｍ）、ＲＦ周波数を３８０ＫＨｚ〜１３．５６ＭＨｚ、ガス圧力を３０〜２００ｍＴｏｒｒ程度にすればよい。

次に、図２（ｄ）に示すように、シリコン基板１２０の犠牲酸化膜１２１の上にシリコン基板１１０を貼り合わせる。例えば、酸素雰囲気下、又は不活性ガス雰囲気下で１１００℃〜１２００℃程度に加熱することにより、アニールを行うことによって貼り合わせればよい。

次に、図２（ｅ）に示すように、シリコン基板１２０のマーク１２４と、シリコン基板１１０のダイシングライン１１２を合わせた状態で、可動部１１１を作製するためのレジスト１３０のパターニングを行う。マーク１２４とダイシングライン１１２の位置合わせは、シリコンを透過する赤外線等の光を用いて行えばよい。このとき、光源として波長１１００ｎｍ以上の赤外線を照射できる光源を用いればよい。なお、位置合わせは、図２（ｅ）の右側に拡大して示すように、平面視でマーク１２４内にダイシングライン１１２のドットが入るようにして行えばよい。なお、ここでは、説明の便宜上、ダイシングライン１１２を厚さ方向に拡張して示す。

次に、図２（ｆ）に示すように、可動部１１１を作製する。可動部１１１を作製する処理は、例えば、ボッシュプロセスで行うことができる。ボッシュプロセスとは、反応ガスにＳＦ_６（六フッ化硫黄）とＣ_４Ｆ_８（パーフルオロシクロブタン）を用い、エッチングとバッシベーション（化学反応を起こさないように表面に保護膜を形成する処理）を交互に切り替えながら、エッチングを行う処理である。

このボッシュプロセスは、例えば、ＲＦ周波数を３８０ＫＨｚ〜１３．５６ＭＨｚ、ガス圧力を数１０ｍＴｏｒｒ程度にすればよい。

最後に、ウエットエッチングを行うことにより、図２（ｇ）に示すように、空隙１２２を作製する。ウエットエッチングは、ＢＨＦ（バッファードフッ酸）、又は無水フッ酸とアルコールのように、シリコン基板と犠牲酸化膜１２１との選択比の高いエッチング溶液を用いて行う。このウエットエッチングにより、可動部１１１の下側に隣接する領域に存在していた犠牲酸化膜１２１が除去されて空隙１２２が作製され、また、犠牲酸化膜１２１のうちシリコン基板１１０と１２０を貼り合わせている部分（図中両脇の部分）は残存する。

以上により、図１に示したＭＥＭＳを得る。

このように、実施の形態１のＭＥＭＳの製造方法によれば、可動部１１１を作製したい領域の下側にトレンチ（図２（ａ）参照）を作製して熱酸化を行うことにより、従来よりも短時間で深い領域まで犠牲酸化膜１２１を作製することができる。これは、熱酸化される際に、トレンチ１２３が形成された分だけシリコン基板１２０の表面積が増大するからである。このため、短時間で容易かつ確実に不要部分を除去することができるＭＥＭＳの製造方法を提供できる。

また、犠牲酸化膜１２１の深さは、トレンチ１２３の深さを調節することによって制御することが可能になるため、ＭＥＭＳの設計における自由度が飛躍的に向上する。

［実施の形態２］
図３は、実施の形態２のＭＥＭＳの製造方法を示す図である。

実施の形態２のＭＥＭＳの製造方法は、位置合わせ用のマークが犠牲酸化膜１２１の一部（１２１Ａ）である点が実施の形態１のＭＥＭＳの製造方法と異なる。このため、実施の形態１において図２（ｃ）に示したプロセスを省略することができる。その他の手順やＭＥＭＳの構成自体は基本的に実施の形態１に準ずるため、同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

実施の形態２では、シリコン基板１２０にトレンチ１２３を形成する際に、図３（ａ）に示すように、位置合わせ用のマークを形成するためのトレンチ１２３Ａを形成する。トレンチ１２３Ａのサイズは、平面視では、実施の形態１のマーク１２４より小さくてよい。これは、後に行う熱酸化は横方向にも拡がるからである。また、深さは、トレンチ１２３よりも浅くてよい。トレンチ１２３Ａを作製する工程は、トレンチ１２３を作製する工程と別の工程であってよい。

次に、図３（ｂ）に示すように、犠牲酸化膜１２１を作製する。熱酸化は、実施の形態１において犠牲酸化膜１２１を作製する工程と同一の工程で行うことができる。実施の形態２では、この熱酸化処理により、トレンチ１２３Ａの内表面も熱酸化され、位置合わせようのマークとして利用する犠牲酸化膜１２１Ａが作製される。

次に、図３（ｃ）に示すように、シリコン基板１２０の犠牲酸化膜１２１の上にシリコン基板１１０を貼り合わせる。これは、実施の形態１において図２（ｄ）を用いて説明した工程と同様に、アニールを行うことによって貼り合わせればよい。

次に、図３（ｄ）に示すように、シリコン基板１２０の犠牲酸化膜１２１Ａと、シリコン基板１１０のダイシングライン１１２を合わせた状態で、可動部１１１を作製するためのレジスト１３０のパターニングを行う。犠牲酸化膜１２１Ａとダイシングライン１１２の位置合わせは、犠牲酸化膜１２１Ａとダイシングライン１１２の膜厚の違いによる光路長の違いを利用して、実施の形態１と同様に、シリコン基板１１０の表面側から赤外線等の光を照射して用いて行えばよい。なお、位置合わせは、平面視で犠牲酸化膜１２１Ａ内にダイシングライン１１２のドットが入るようにして行えばよい。

次に、図３（ｅ）に示すように、ボッシュプロセスで可動部１１１を作製する。

最後に、ウエットエッチングを行うことにより、図３（ｆ）に示すように、空隙１２２を作製する。

以上により、実施の形態２のＭＥＭＳを得る。

このように、実施の形態２のＭＥＭＳの製造方法によれば、可動部１１１を作製したい領域の下側にトレンチ（図３（ａ）参照）を作製して熱酸化を行うことにより、従来よりも短時間で深い領域まで犠牲酸化膜１２１を作製することができる。これは、熱酸化される際に、トレンチ１２３が形成された分だけシリコン基板１２０の表面積が増大するからである。このため、短時間で容易かつ確実に不要部分を除去することができるＭＥＭＳの製造方法を提供できる。

以上、本発明の例示的な実施の形態のＭＥＭＳの製造方法について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

実施の形態１のＭＥＭＳの製造方法によって製造されるＭＥＭＳの構成を示す図である。 実施の形態１のＭＥＭＳの製造方法を示す図である。 実施の形態２のＭＥＭＳの製造方法を示す図である。

符号の説明

１００ ＭＥＭＳ
１１０、１２０ シリコン基板
１１１ 可動部
１１２ ダイシングライン
１２１ 犠牲酸化膜
１２１Ａ 犠牲酸化膜
１２２ 空隙
１２３、１２３Ａ トレンチ
１２４ マーク
１３０ レジスト

Claims (1)

1. ＭＥＭＳの可動部が形成される第１基板と、前記第１基板と貼り合わせられ、前記可動部に隣接する領域がエッチングにより除去される第２基板とを半導体製造工程によって加工することにより、ＭＥＭＳを製造するＭＥＭＳの製造方法であって、
   前記第１基板と前記第２基板とを貼り合わせる前に、前記第２基板のうち前記エッチングによって除去したい領域の一部に、トレンチを形成する工程と、
   前記トレンチを形成した後に、前記エッチングにより除去したい領域を酸化することにより、当該領域内に犠牲酸化膜を形成する工程と、
   前記犠牲酸化膜が形成された第２基板に前記第１基板を貼り合わせる工程と、
   前記第１基板と前記第２基板とを貼り合わせた後に、前記第１基板のうち前記可動部を形成するために不要な領域と、前記第２基板の犠牲酸化膜とをエッチングにより除去する工程と
   を含む、ＭＥＭＳの製造方法。

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