JP3446244B2 - Manufacturing method of micromachine - Google Patents

Manufacturing method of micromachine

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JP3446244B2
JP3446244B2 JP11860993A JP11860993A JP3446244B2 JP 3446244 B2 JP3446244 B2 JP 3446244B2 JP 11860993 A JP11860993 A JP 11860993A JP 11860993 A JP11860993 A JP 11860993A JP 3446244 B2 JP3446244 B2 JP 3446244B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はフォトファブリケーショ
ン技術を適用したマイクロマシンの製造方法に関し、特
に犠牲層の形成および除去プロセスを簡略化する方法に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a micromachine to which a photofabrication technique is applied, and more particularly to a method of simplifying a sacrifice layer forming and removing process.

【0002】[0002]

【従来の技術】今日の高度情報化社会は、数ミリ角の半
導体チップ上に100万個以上ものトランジスタを作成
可能な高度なエレクトロニクス技術に支えられたもので
ある。かかる電気要素の微細化に対し、空間的な運動を
可能とする機械要素の微細化が1980年代に提唱され
た。これを具現化したものが、マイクロマシンであり、
各種センサ、超音波共振子、微細作業機械、狭所作業機
械等の広範囲な応用が期待されている。
2. Description of the Related Art Today's advanced information society is supported by advanced electronics technology capable of producing more than one million transistors on a semiconductor chip of several millimeters square. In response to such miniaturization of electric elements, miniaturization of mechanical elements that enable spatial movement was proposed in the 1980s. What embodies this is a micromachine,
It is expected to have a wide range of applications such as various sensors, ultrasonic resonators, fine work machines, and narrow work machines.

【0003】マイクロマシンに高度な機能を具備させる
ためには、センサ、制御回路、アクチュエータ等を一体
集積化することが不可欠である。しかし、これらμmの
オーダーの微小な要素を組み立てる作業は、従来の機械
加工技術の延長では実現不可能である。かかる事情か
ら、目下研究が進められているマイクロマシンの多くは
シリコン基板上に作成され、各部の加工には半導体集積
回路で培われた微細加工技術が適用されている。
In order for a micromachine to have a high level of function, it is essential to integrate a sensor, a control circuit, an actuator and the like. However, the work of assembling these microscopic elements of the order of μm cannot be realized by extension of conventional machining techniques. Under such circumstances, most of the micromachines currently being researched are formed on a silicon substrate, and the fine processing technology cultivated in semiconductor integrated circuits is applied to the processing of each part.

【0004】中でも、フォトマスク上のパターンを投影
露光により一括して転写するフォトファブリケーション
技術は、複雑なシステムを組み立てられた状態に作り上
げることができる「プリアセンブリー」と呼ばれる特質
を持っており、平面加工を行うための極めて重要な技術
となっている。
Among them, the photofabrication technique for collectively transferring the pattern on the photomask by projection exposure has a characteristic called "preassembly" capable of forming a complicated system into an assembled state. , It has become an extremely important technology for flattening.

【0005】このフォトファブリケーション技術は、基
本的には基板上に成膜された材料層をパターニングする
等の平面加工を行うものである。しかし、マイクロマシ
ンは集積回路とは異なり物理的な可動部分を有する。こ
のため、基板から遊離した微小部品や、この微小部品を
所定の位置関係に保持する嵌め合い部分等の複雑な構造
を形成するための立体加工も必要である。
This photofabrication technique basically performs planar processing such as patterning a material layer formed on a substrate. However, unlike integrated circuits, micromachines have physically movable parts. Therefore, it is also necessary to perform three-dimensional processing for forming a minute structure separated from the substrate and a complicated structure such as a fitting portion that holds the minute component in a predetermined positional relationship.

【0006】立体加工は、エッチング速度の結晶面方位
依存性を巧みに利用したウェットエッチング等によって
もある程度実現することができるが、マイクロマシン製
造において最も特色のある固有の技術は、犠牲層エッチ
ングである。これは、将来可動部分となるパターンの周
囲を該パターンと選択比のとれる材料、すなわち犠牲層
(分離層とも言う。)で取り巻いておき、最終的に上記
パターンを基板から分離する必要が生じた時にこの犠牲
層を等方的なエッチング条件で除去するものである。こ
の技術により、基板から離れて回転する歯車やロータ等
が実際に作成されている。
[0006] The three-dimensional processing can be realized to some extent by wet etching or the like, which makes good use of the dependence of the etching rate on the crystal plane orientation, but the most distinctive and unique technique in micromachine manufacturing is sacrifice layer etching. . This requires that the periphery of a pattern which will be a movable part in the future is surrounded by a material having a selective ratio with the pattern, that is, a sacrifice layer (also referred to as a separation layer), and finally the pattern needs to be separated from the substrate. This sacrificial layer is sometimes removed under isotropic etching conditions. With this technique, gears, rotors, etc. that rotate away from the substrate are actually created.

【0007】一例として、典型的な静電マイクロモータ
の製造プロセスを、図3および図4に連続して示す。ま
ず、図3(a)に示されるように、予め所定のパターン
にポリシリコン電極12が形成された基板11の全面に
CVD法等によりSiOx 犠牲層13とポリシリコン層
14を順次堆積させる。ここで、前記基板11はたとえ
ば単結晶Si基板の表面を熱酸化し、さらにたとえばプ
ラズマCVD法によりSix y を堆積したものであ
る。また、上記ポリシリコン層14は最終的に基板11
から分離されて静電マイクロモータのロータを構成する
部分である。
As an example, a typical electrostatic micromotor manufacturing process is shown sequentially in FIGS. First, as shown in FIG. 3A, a SiO x sacrificial layer 13 and a polysilicon layer 14 are sequentially deposited on the entire surface of a substrate 11 on which a polysilicon electrode 12 is formed in a predetermined pattern by a CVD method or the like. Here, the substrate 11 is, for example, a single crystal Si substrate whose surface is thermally oxidized and further Si x N y is deposited by, for example, a plasma CVD method. Further, the polysilicon layer 14 is finally formed on the substrate 11
Is a part of the rotor of the electrostatic micromotor which is separated from.

【0008】次に、図3(b)に示されるように、図示
されない共通のレジスト・マスクを用いて上記ポリシリ
コン層14とSiOx 犠牲層13をエッチングする。こ
のエッチングにより、ポリシリコン層14からロータ1
4aの原型が形成される。次に、図3(c)に示される
ように、基体の全面にSiOx 犠牲層15を堆積させ
る。
Next, as shown in FIG. 3B, the polysilicon layer 14 and the SiO x sacrificial layer 13 are etched using a common resist mask (not shown). By this etching, the polysilicon layer 14 is removed to the rotor 1
A prototype of 4a is formed. Next, as shown in FIG. 3C, a SiO x sacrificial layer 15 is deposited on the entire surface of the base.

【0009】さらに、図3(d)に示されるように、フ
ォトリソグラフィおよびドライエッチングにより上記S
iOx 犠牲層15をパターニングする。これにより、ロ
ータ14aはSiOx 犠牲層13,15に完全に囲撓さ
れる。
Further, as shown in FIG. 3D, the above S is formed by photolithography and dry etching.
The iO x sacrificial layer 15 is patterned. As a result, the rotor 14a is completely surrounded by the SiO x sacrificial layers 13 and 15.

【0010】次に、図4(e)に示されるように、基体
の全面にポリシリコン層16を堆積させる。さらに、こ
れをフォトリソグラフィとドライエッチングによりパタ
ーニングし、図4(f)に示されるようにロータ14a
の内周側にハブ16a、外周側にステータ16bをそれ
ぞれ形成する。最後にこのウェハを希フッ酸溶液に浸漬
して上記SiOx 犠牲層13,15をエッチング除去す
れば、図4(g)に示されるように、周囲の構造から分
離された回転可能なロータ14aを得ることができる。
Next, as shown in FIG. 4E, a polysilicon layer 16 is deposited on the entire surface of the substrate. Further, this is patterned by photolithography and dry etching, and as shown in FIG.
A hub 16a is formed on the inner peripheral side and a stator 16b is formed on the outer peripheral side. Finally, this wafer is dipped in a dilute hydrofluoric acid solution to remove the SiO x sacrificial layers 13 and 15 by etching, and as shown in FIG. 4G, the rotatable rotor 14a separated from the surrounding structure is obtained. Can be obtained.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】ところで上記SiOx
犠牲層15は、その形成過程では微細なロータ14aを
完全に囲撓し、エッチング除去後にはロータ14aの周
囲に微細な空隙部を発生させる部分であるから、そのパ
ターニングには高精度なフォトリソグラフィ技術が要求
される。上述のプロセスでは、図3(d)に示される工
程が、専らSiO x 犠牲層15をパターニングするため
に設けられている。
By the way, the above-mentioned SiOx
The sacrificial layer 15 forms the fine rotor 14a during the formation process.
After being completely bent and removed by etching, the circumference of the rotor 14a is
Since it is a part that creates minute voids in the
High-precision photolithography technology required for turning
To be done. In the above process, the process shown in FIG.
The extent is exclusively SiO xTo pattern the sacrificial layer 15
It is provided in.

【0012】しかし、フォトリソグラフィを1回行うに
は露光、現像、エッチングの各工程が1回ずつ余分に増
えることはもちろん、フォトマスクを1枚作成するため
の諸工程が付随して生じ、その分スループットや経済性
が低下する。
However, when photolithography is performed once, it goes without saying that each step of exposure, development, and etching is increased by one extra step, and various steps for producing one photomask are accompanied, and Minute throughput and economy are reduced.

【0013】また、上述のようにSiOx 犠牲層13,
15の形成は一般にドライ・プロセス、一方その除去は
ウェット・プロセスにより行われる。このため、必要設
備数が増加することはもちろん、基板の大気開放やエッ
チング後の洗浄・乾燥等にかかる工程増加やスループッ
トの低下等が懸念される。そこで本発明は、犠牲層の形
成工程を工夫することにより製造プロセスを簡便化し、
スループットや経済性を向上させることが可能なマイク
ロマシンの製造方法を提供することを目的とする。
As described above, the SiO x sacrificial layer 13,
The formation of 15 is generally done by a dry process, while its removal is done by a wet process. Therefore, there is a concern that the number of required facilities will increase, and that the number of processes required for opening the substrate to the atmosphere, cleaning / drying after etching, and the like will decrease, and the throughput will decrease. Therefore, the present invention simplifies the manufacturing process by devising the step of forming the sacrificial layer,
It is an object of the present invention to provide a micromachine manufacturing method capable of improving throughput and economical efficiency.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明は、上述したよう
な目的を達成するために提案されたものであり、所定の
パターンに加工された第1の材料層を囲撓する犠牲層を
基板上に形成し、第1の材料層を部分的に遮蔽する第2
の材料層を形成した後に犠牲層を等方的に除去すること
により、基板から遊離した第1の材料層をもって可動部
材を作成するマイクロマシンの製造方法において、犠牲
層中の第1の材料層からなるパターンの側壁部分を囲繞
する部分を昇華性および/または熱分解性の堆積性物質
を用いてプラズマCVD方により自己整合的に形成し、
基板を前記犠牲層が昇華されない温度範囲に維持して第
2の材料層をアモルファスシリコンで形成する。
The present invention has been proposed in order to achieve the above-mentioned object, and a sacrificial layer surrounding a first material layer processed into a predetermined pattern is sacrificed. A second overlying layer that partially shields the first layer of material
In the method for manufacturing a micromachine, in which the movable member is formed with the first material layer released from the substrate by isotropically removing the sacrificial layer after forming the material layer of A portion surrounding the side wall portion of the pattern is formed in a self-aligned manner by plasma CVD using a sublimable and / or thermally decomposable deposition material,
The second material layer is formed of amorphous silicon while maintaining the substrate in a temperature range where the sacrificial layer is not sublimated.

【0015】さらに、本発明は、犠牲層中の第1の材料
層からなるパターンの側壁部分を囲繞する部分を昇華除
去する際に、第2の材料層を多結晶シリコンとする。
Further, according to the present invention, the second material layer is made of polycrystalline silicon when sublimating and removing the portion surrounding the side wall portion of the pattern made of the first material layer in the sacrificial layer.

【0016】本発明はさらに、前記堆積性物質として原
料ガスから解離生成するイオウまたは窒化イオウ系化合
物の少なくとも一方を用いるものである。
The present invention further uses at least one of sulfur and sulfur nitride compounds that are dissociated from the source gas as the depositable substance.

【0017】[0017]

【作用】本発明者は、まずウェットエッチングによら
ず、堆積工程と連続したドライ・プロセスにより等方的
に除去可能な犠牲層を形成することを考え、昇華性およ
び/または熱分解性の堆積性物質に着目した。昇華性ま
たは熱分解性、あるいはこれら両方の性質を有する堆積
性物質は、基板の温度が昇華点または分解点より十分に
低い温度域に維持されていればその表面に堆積し、犠牲
層としての機能を果たすことができる。一方、基板をお
およそ昇華点または分解点より高い温度域に加熱すれ
ば、これらの堆積性物質は容易に昇華または分解する。
犠牲層の除去を行う直前には通常、その上に形成された
材料層(第2の材料層)のドライエッチングが行われて
いるので、実用的には同じエッチング・チャンバ内で基
板を加熱するか、あるいは高真空下に接続された別チャ
ンバへ基板を移送し、ここで基板を加熱することより犠
牲層を除去することができる。昇華生成物や分解生成物
は、高真空排気流にのってチャンバ外へ排出される。
The inventor of the present invention considers that a sacrificial layer that can be removed isotropically is formed by a dry process that is continuous with the deposition process, not by wet etching, and sublimation and / or thermal decomposition deposition is performed. Focused on organic substances. The sublimable substance having a sublimable property or a thermal decomposable property, or both of these properties is deposited on the surface of the substrate as long as the temperature of the substrate is maintained at a temperature range sufficiently lower than the sublimation point or the decomposition point, and the deposition material as a sacrificial layer Can perform a function. On the other hand, if the substrate is heated to a temperature range higher than the sublimation point or the decomposition point, these depositable substances are easily sublimated or decomposed.
Immediately before the sacrifice layer is removed, the material layer (second material layer) formed on the sacrifice layer is usually dry-etched, so that the substrate is practically heated in the same etching chamber. Alternatively, the sacrificial layer can be removed by transferring the substrate to another chamber connected under high vacuum and heating the substrate there. Sublimation products and decomposition products are discharged to the outside of the chamber by a high vacuum exhaust flow.

【0018】ここで、犠牲層全体をかかる堆積性物質を
用いて構成すれば、該犠牲層を除去するためのウェット
・プロセスは全く不要となる。ただしこの場合には、堆
積性物質からなる犠牲層自身をパターニングするために
フォトリソグラフィを1回行う必要がある。したがっ
て、レジスト・プロセスを経ても安定に存在し得る堆積
性物質の選択や、該堆積性物質の実用的なドライエッチ
ング方法の確立が前提となる。
Here, if the entire sacrificial layer is formed by using such a depositing material, the wet process for removing the sacrificial layer is completely unnecessary. However, in this case, it is necessary to perform photolithography once in order to pattern the sacrificial layer itself made of a depositable substance. Therefore, it is premised on selection of a depositable substance that can exist stably even after the resist process and establishment of a practical dry etching method for the depositable substance.

【0019】これに対し、犠牲層中、特に将来可動部材
となる材料層(第1の材料層)のパターンの側壁部分を
上記堆積性物質で形成する場合には、この部分を自己整
合的にできるというメリットがある。これは、たとえば
プラズマに面して設置された基板の垂直イオン入射面に
おいて、堆積性物質の堆積過程とスパッタ除去過程とが
丁度拮抗し、垂直イオン入射が起こらないパターン側壁
面上においてのみ堆積が進行するような条件を採用する
ことにより可能となる。この場合、可動部材となる材料
層を上下方向から囲撓する犠牲層はたとえば従来どおり
SiOx 等を用いて構成することが必要となるが、この
上下の犠牲層のパターニングは該材料層と共通のレジス
ト・マスクを用いて行うことができるので、フォトリソ
グラフィの実施回数が増えることがない。
On the other hand, when the side wall portion of the pattern of the material layer (first material layer) which will be the movable member in the future is formed of the above-mentioned depositing substance, this portion is self-aligned. There is a merit that you can do it. This is because, for example, on the vertical ion incident surface of the substrate installed facing the plasma, the deposition process of the depositable substance and the sputter removal process are exactly opposed to each other, and the deposition is performed only on the side wall surface of the pattern where vertical ion incidence does not occur. This is possible by adopting conditions that allow the progress. In this case, the sacrificial layer that surrounds the material layer to be the movable member in the vertical direction needs to be formed by using, for example, SiO x as in the conventional case, but the patterning of the upper and lower sacrificial layers is common to the material layer. Since it can be performed using the resist mask of No. 3, the number of times of photolithography is not increased.

【0020】ところで、本発明では上記堆積性物質とし
て、イオウ(S)もしくは窒化イオウ系化合物の少なく
とも一方を用いる。単体のイオウの堆積については本願
出願人が先に特開平4−84427号公報に開示してい
るとおりであり、放電解離条件下でプラズマ中に遊離の
Sを放出できるイオウ系化合物を用いてこれを実現する
ことができる。Sは基板がおおよそ90℃以上に加熱さ
れると昇華除去される。
In the present invention, at least one of sulfur (S) and sulfur nitride compounds is used as the depositable substance. The deposition of sulfur as a simple substance is as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-84427 by the applicant of the present application, and the sulfur-based compound capable of releasing free S into plasma under discharge dissociation conditions is used. Can be realized. S is removed by sublimation when the substrate is heated to approximately 90 ° C. or higher.

【0021】また、窒化イオウ系化合物の堆積について
は同じく本願出願人が先に特開平4−354331号公
報に開示しており、上述のようなイオウ系化合物と窒素
系化合物を含む混合気体の放電によりこれを実現するこ
とができる。なお、窒化イオウ系化合物としては様々な
種類の化合物が知られているが、この場合の側壁保護膜
の主成分をなすものはポリチアジル(SN)x である。
窒化イオウ系化合物は、基板がおおよそ130℃以上に
加熱されると昇華もしくは分解除去される。
Further, the deposition of the sulfur nitride type compound was previously disclosed by the applicant of the present application in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-354331, and the discharge of a mixed gas containing the sulfur type compound and the nitrogen type compound as described above. This can be achieved by Various kinds of compounds are known as sulfur nitride compounds, and the main component of the side wall protective film in this case is polythiazyl (SN) x .
The sulfur nitride compound is sublimed or decomposed and removed when the substrate is heated to approximately 130 ° C. or higher.

【0022】これら、Sおよび窒化イオウ系化合物のい
ずれも、昇華・分解後は基板上に何らパーティクル汚染
を惹起させるものではない。
None of these S and sulfur nitride compounds cause any particle contamination on the substrate after sublimation / decomposition.

【0023】[0023]

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。
EXAMPLES Specific examples of the present invention will be described below.

【0024】実施例1 本実施例は、本発明を静電マイクロモータの製造に適用
し、ロータの上下面の犠牲層をSiOx 層、側壁面上の
犠牲層をSの堆積層で構成した例である。このプロセス
を、図1および図2を参照しながら説明する。まず、図
1(a)に示されるように、予め所定のパターンにポリ
シリコン電極2が形成された基板1の全面にCVD法等
によりSiOx 犠牲層3とポリシリコン層4とを順次積
層し、さらに上記ポリシリコン層4の表面を熱酸化して
SiO x 犠牲層5を形成した。ここで、前記基板1はた
とえば単結晶Si基板の表面を熱酸化し、さらにたとえ
ばプラズマCVD法によりSix y 層を堆積させたも
のである。また、上記ポリシリコン層4は最終的に基板
1から分離されて静電マイクロモータのロータ4aとな
る部分である。
[0024]Example 1 This example applies the present invention to the manufacture of an electrostatic micromotor.
The sacrificial layers on the upper and lower surfaces of the rotorxLayer, on the side wall
This is an example in which the sacrificial layer is composed of a deposited layer of S. This process
Will be described with reference to FIGS. 1 and 2. First, the figure
As shown in Fig. 1 (a), a poly-
A CVD method or the like is applied to the entire surface of the substrate 1 on which the silicon electrode 2 is formed.
Due to SiOxThe sacrificial layer 3 and the polysilicon layer 4 are sequentially stacked.
The surface of the polysilicon layer 4 by thermal oxidation.
SiO xThe sacrificial layer 5 was formed. Here, the substrate 1
For example, the surface of a single crystal Si substrate is thermally oxidized.
Si by plasma CVD methodxNyLayer deposited
Of. Further, the polysilicon layer 4 is finally formed on the substrate.
1 is separated from the electrostatic micromotor rotor 4a.
It is the part that

【0025】次に、図1(b)に示されるように、図示
されない共通のレジスト・マスクを用いて上記SiOx
犠牲層5、ポリシリコン層4、SiOx 犠牲層3の積層
膜をエッチングし、ロータ4aを形成した。このときの
ロータ4aの平面形状は、円環状部材の外周側に櫛歯型
の凹凸が形成されたものである。この工程のメリット
は、1回のフォトリソグラフィで上下が犠牲層にサイド
イッチされた状態のロータ4aを形成できることであ
る。ただし、ドライエッチングに際してはエッチング特
性の異なる材料層の積層膜を連続的に加工する必要があ
るため、フッ素系エッチング種を用い、SiOx とSi
との間のエッチング選択比を意図的に低下させた条件で
一括してエッチングを行った。エッチング終点は、予め
測定されたエッチング速度にもとづき、時間管理により
決定した。
Next, as shown in FIG. 1B, the above-mentioned SiO x is formed by using a common resist mask (not shown).
The laminated film of the sacrificial layer 5, the polysilicon layer 4, and the SiO x sacrificial layer 3 was etched to form the rotor 4a. The planar shape of the rotor 4a at this time is such that comb-shaped irregularities are formed on the outer peripheral side of the annular member. The merit of this step is that the rotor 4a in which the upper and lower sides are side-switched by the sacrificial layer can be formed by one photolithography. However, in dry etching, since it is necessary to continuously process a laminated film of material layers having different etching characteristics, a fluorine-based etching species is used and SiO x and Si are used.
Etching was collectively performed under the condition that the etching selection ratio between and was intentionally lowered. The etching end point was determined by time management based on a previously measured etching rate.

【0026】なお、上記エッチングは薄いポリシリコン
電極2を下地として行われるため、より高い下地選択性
を達成するためには、各層の境界近傍の時点でSiOx
とSiの各々に対して最適化されたエッチング条件を切
り替えながらエッチングを行うことが、特に望ましい。
Since the above-mentioned etching is performed using the thin polysilicon electrode 2 as an underlayer, in order to achieve higher underlayer selectivity, SiO x is formed near the boundary of each layer.
It is particularly desirable to carry out etching while switching the etching conditions optimized for each of Si and Si.

【0027】次に、パターンの側壁面上にSからなる犠
牲層を形成するため、上記のウェハを有磁場マイクロ波
プラズマCVD装置にセットし、一例として下記の条件
で放電を行った。 S2 2 流量 30 SCCM ガス圧 1.33 Pa マイクロ波パワー 850 W(2.45 GH
z) RFバイアス・パワー 30 W(2 MHz) ウェハ載置電極温度 −10 ℃(アルコール系冷
媒使用) この放電条件は、適度なRFバイアス・パワーを印加し
て垂直イオン入射面にある程度のイオン・スパッタ作用
を及ぼすことにより、S2 2 から解離生成するSをパ
ターン側壁面上にのみ選択的に堆積させることを意図し
たものである。この結果、図1(c)に示されるよう
に、パターンの側壁面上にS犠牲層6が形成された。こ
のS犠牲層6の形成は自己整合的に行われるので、パタ
ーニングのためのフォトリソグラフィは不要である。
Next, in order to form a sacrificial layer made of S on the side wall surface of the pattern, the above wafer was set in a magnetic field microwave plasma CVD apparatus, and as an example, discharge was performed under the following conditions. S 2 F 2 flow rate 30 SCCM Gas pressure 1.33 Pa Microwave power 850 W (2.45 GH
z) RF bias power 30 W (2 MHz) Wafer mounting electrode temperature −10 ° C. (using alcohol-based coolant) Under this discharge condition, an appropriate RF bias power is applied and a certain amount of ions are generated on the vertical ion incident surface. It is intended to selectively deposit S, which is dissociated and produced from S 2 F 2 by exerting a sputtering action, only on the pattern sidewall surface. As a result, as shown in FIG. 1C, the S sacrificial layer 6 was formed on the sidewall surface of the pattern. Since the S sacrificial layer 6 is formed in a self-aligned manner, photolithography for patterning is unnecessary.

【0028】次に、図1(d)に示されるように、ウェ
ハの全面に一例としてCVD法よりアモルファス・シリ
コン層7を堆積させた。このときのCVDは、S犠牲層
6を昇華させないよう、ウェハ温度を室温近傍に維持し
ながら行った。さらに、このアモルファス・シリコン層
7をフォトリソグラフィとドライエッチングによりパタ
ーニングし、図2(e)に示されるように、上記ロータ
4aの内周部に一部重なるハブ7aと、外周部に一部重
なるステータ7bとを形成した。上記ステータ7bは平
面的には放射状に配列された複数の電極であり、これら
各電極への電圧印加を順次切り替えることによりロータ
4aを吸引し、これを回転させる。
Next, as shown in FIG. 1D, an amorphous silicon layer 7 was deposited on the entire surface of the wafer by the CVD method as an example. The CVD at this time was performed while maintaining the wafer temperature near room temperature so as not to sublime the S sacrificial layer 6. Further, this amorphous silicon layer 7 is patterned by photolithography and dry etching, and as shown in FIG. 2 (e), a hub 7a that partially overlaps the inner peripheral portion of the rotor 4a and a partially overlap the outer peripheral portion of the rotor 4a. The stator 7b is formed. The stator 7b is a plurality of electrodes arranged radially in a plan view, and by sequentially switching the voltage application to each of these electrodes, the rotor 4a is attracted and rotated.

【0029】次に、上記ウェハを希フッ酸溶液に浸漬
し、図2(f)に示されるように、SiOx 犠牲層5を
除去した。次に、ウェハを500〜600℃に加熱し、
図2(g)に示されるようにS犠牲層6を昇華除去し
た。S犠牲層6の昇華のみを目的とするならば、90℃
程度の加熱で十分であるが、ここではアモルファス・シ
リコンの結晶化アニールを兼ねるために高温加熱を行っ
た。この結果、ハブ7aとステータ7bはそれぞれハブ
7apとステータ7bpに変化した。
Next, the wafer was dipped in a dilute hydrofluoric acid solution to remove the SiO x sacrificial layer 5 as shown in FIG. 2 (f). Next, the wafer is heated to 500 to 600 ° C.,
As shown in FIG. 2G, the S sacrificial layer 6 was removed by sublimation. If only the sublimation of the S sacrificial layer 6 is intended, 90 ° C.
Although heating to some extent is sufficient, high temperature heating is performed here to serve also as crystallization annealing of amorphous silicon. As a result, the hub 7a and the stator 7b are changed to the hub 7ap and the stator 7bp, respectively.

【0030】さらに、上記ウェハを再び希フッ酸溶液に
浸漬して図2(h)に示されるようにSiOx 犠牲層3
を除去し、ロータ4aを周囲の構造から完全に分離させ
た。
Furthermore, SiO x sacrificial layer 3 as shown in FIG. 2 (h) is immersed in a dilute hydrofluoric acid solution again the wafer
Was removed to completely separate the rotor 4a from the surrounding structure.

【0031】上述の静電マイクロモータの製造プロセス
において、フォトリソグラフィを行ったのはロータ4a
のパターニング時〔図1(b)〕、およびハブ7aとス
テータ7bのパターニング時〔図2(f)〕の2回であ
り、図3ないし図4を用いて説明した従来プロセスに比
べて1回減らすことができた。
In the manufacturing process of the electrostatic micromotor described above, the photolithography was performed on the rotor 4a.
Patterning [FIG. 1 (b)] and patterning the hub 7a and the stator 7b [FIG. 2 (f)] twice, once compared to the conventional process described with reference to FIGS. I was able to reduce.

【0032】実施例2 本実施例では、同様の静電マイクロモータの製造プロセ
スにおいて、S犠牲層6の堆積効率を向上させた。本実
施例のプロセスは、実施例1でほぼ上述したとおりであ
る。ただし、S犠牲層6の形成条件は、以下のように変
更した。
Example 2 In this example, the deposition efficiency of the S sacrificial layer 6 was improved in the same manufacturing process of the electrostatic micromotor. The process of this example is almost as described above in Example 1. However, the conditions for forming the S sacrificial layer 6 were changed as follows.

【0033】 S2 2 流量 30 SCCM H2 流量 5 SCCM ガス圧 1.33 Pa マイクロ波パワー 850 W(2.45 GH
z) RFバイアス・パワー 30 W(2 MHz) ウェハ載置電極温度 0 ℃(水冷) ここでH2 を添加しているのは、S2 2 から解離生成
するF* の一部を捕捉してHF(フッ化水素)の形で除
去することにより、反応系のS/F比(S原子数とF原
子数の比)を上昇させ、相対的にSを堆積させ易くする
ためである。この結果、実施例1に比べてウェハ冷却条
件を緩和したにもかかわらず、効率良くS犠牲層6を堆
積させることができた。
S 2 F 2 flow rate 30 SCCM H 2 flow rate 5 SCCM Gas pressure 1.33 Pa Microwave power 850 W (2.45 GH
z) RF bias power 30 W (2 MHz) Wafer mounting electrode temperature 0 ° C. (water cooling) Here, H 2 is added because a part of F * dissociated from S 2 F 2 is captured. This is because the S / F ratio (ratio of the number of S atoms and the number of F atoms) of the reaction system is increased by removing the hydrogen in the form of HF (hydrogen fluoride) to relatively facilitate the deposition of S. As a result, the S sacrificial layer 6 could be deposited efficiently even though the wafer cooling conditions were relaxed as compared with the first embodiment.

【0034】実施例3 本実施例では、同様の静電マイクロモータの製造プロセ
スにおいて、窒化イオウ系犠牲層を形成した。本実施例
のプロセスも、実施例1でほぼ上述したとおりである。
ただし、本実施例では窒化イオウ系化合物を生成させる
ために、一例として下記の条件でプラズマCVDを行っ
た。
Example 3 In this example, a sulfur nitride nitride sacrificial layer was formed in the same manufacturing process of an electrostatic micromotor. The process of this example is also substantially as described in Example 1.
However, in this example, plasma CVD was performed under the following conditions as an example in order to generate a sulfur nitride-based compound.

【0035】 S2 2 流量 30 SCCM N2 流量 5 SCCM ガス圧 1.33 Pa マイクロ波パワー 850 W(2.45 GH
z) RFバイアス・パワー 30 W(2 MHz) ウェハ載置電極温度 10 ℃(水冷)
S 2 F 2 flow rate 30 SCCM N 2 flow rate 5 SCCM Gas pressure 1.33 Pa Microwave power 850 W (2.45 GH
z) RF bias power 30 W (2 MHz) Wafer mounting electrode temperature 10 ° C (water cooling)

【0036】このプラズマCVDの過程では、S2 2
から生成するS原子とN2 から生成するN原子とが反応
し、ポリチアジル(SN)x に代表される窒化イオウ系
化合物が生成した。この窒化イオウ系化合物は、前述の
単体のSに比べて昇華・分解温度が高いため、ウェハ載
置電極温度を先の各実施例よりも高めているにもかかわ
らず、垂直イオン入射の起こらないパターン側壁面上に
効率良く堆積し、窒化イオウ系犠牲層8を形成した。
In this plasma CVD process, S 2 F 2
The S atom generated from N reacts with the N atom generated from N 2, and a sulfur nitride compound represented by polythiazyl (SN) x is generated. Since this sulfur nitride-based compound has a higher sublimation / decomposition temperature than the above-mentioned simple substance of S, vertical ion incidence does not occur even though the temperature of the wafer mounting electrode is higher than that of each of the previous examples. The sulfur nitride-based sacrificial layer 8 was formed by efficiently depositing on the side wall surface of the pattern.

【0037】本実施例においても、後工程でアモルファ
ス・シリコン層7の成膜時にはウェハ温度を窒化イオウ
系犠牲層8が除去されない範囲に維持する必要がある
が、この温度も実施例1よりは若干高めることができ
た。
Also in this embodiment, it is necessary to maintain the wafer temperature in a range where the sulfur nitride based sacrificial layer 8 is not removed when the amorphous silicon layer 7 is formed in the subsequent step. I was able to raise it a little.

【0038】以上、本発明を3例の実施例にもとづいて
説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定される
ものではない。たとえば、S犠牲層を形成するための原
料ガスとしては、上述のS2 2 の他、SF2 ,S
4 ,S2 10,S3 Cl2 ,S2 Cl2 ,SCl2
3 Br2,S2 Br2 ,SBr2 等の各種ハロゲン化
イオウ、あるいはH2 S等のイオウ系化合物を含むガス
を用いることができる。
The present invention has been described above based on the three embodiments, but the present invention is not limited to these embodiments. For example, as the raw material gas for forming the S sacrificial layer, in addition to the above S 2 F 2 , SF 2 , S
F 4 , S 2 F 10 , S 3 Cl 2 , S 2 Cl 2 , SCl 2 ,
Various halogenated sulfur such as S 3 Br 2 , S 2 Br 2 and SBr 2 or a gas containing a sulfur compound such as H 2 S can be used.

【0039】また、窒化イオウ系犠牲層を形成するため
の原料ガスとしては、上記イオウ系化合物に窒素系化合
物を添加したガスを用いれば良い。このときの窒素系化
合物としては、上述のN2 に替えてNF3 を用いても良
い。NH3 は、Sと反応して蒸気圧の低い硫化アンモニ
ウムを生成させるため、推奨されない。これらS犠牲層
や窒化イオウ系犠牲層の形成を促進するために反応系の
S/F比を高める化合物としては、上記H2 の他、H2
Sやシラン系化合物を用いることができる。
As a raw material gas for forming the sulfur nitride based sacrificial layer, a gas obtained by adding a nitrogen based compound to the above sulfur based compound may be used. As the nitrogen-based compound at this time, NF 3 may be used instead of N 2 described above. NH 3 is not recommended because it reacts with S to form ammonium sulfide with a low vapor pressure. As the compound for increasing the S / F ratio of the reaction system in order to promote the formation of the S sacrificial layer and the sulfur nitride-based sacrificial layer, other than H 2 described above, H 2
S or a silane compound can be used.

【0040】この他、製造されるマイクロマシンの種
類、サンプル・ウェハの構成、犠牲層の形成条件、使用
する製造装置、プロセスの細目等が本発明の趣旨を逸脱
しない範囲で適宜変更可能であることは、言うまでもな
い。
In addition, the type of micromachine to be manufactured, the structure of the sample wafer, the conditions for forming the sacrificial layer, the manufacturing equipment used, the details of the process, etc. can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. Needless to say.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によれば犠牲層の少なくとも一部を昇華性および/ま
たは熱分解性の堆積性物質を用いて形成することによ
り、犠牲層の除去が容易となり、生産性を向上させるこ
とができる。特に、パターンの側壁部分の犠牲層を自己
整合的に形成する場合には、従来、犠牲層のパターニン
グ用に行われていたフォトリソグラフィを省略すること
も可能であり、製造コストを低減することができる。本
発明において堆積性物質として用いられるSおよび窒化
イオウ系化合物は、いずれも実用的な温度範囲で堆積も
しくは除去することが可能であり、しかもパーティクル
汚染の懸念のない物質である。
As is apparent from the above description, according to the present invention, at least a part of the sacrificial layer is formed by using a sublimable and / or thermally decomposable deposition material, so that the sacrificial layer can be formed. Removal becomes easy and productivity can be improved. In particular, when the sacrificial layer on the side wall portion of the pattern is formed in a self-aligned manner, it is possible to omit the photolithography which has been conventionally performed for patterning the sacrificial layer, which can reduce the manufacturing cost. it can. The S and sulfur nitride-based compounds used as the depositable substance in the present invention are substances that can be deposited or removed in a practical temperature range and have no fear of particle contamination.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明を静電マイクロモータの製造に適用した
プロセス例をその工程順にしたがって示す概略断面図で
あり、(a)は基板上にポリシリコン層とその上下のS
iOx 犠牲層からなる積層膜を形成した状態、(b)は
この積層膜をロータの形状にパターニングした状態、
(c)はロータのパターンの側壁面上にSまたは窒化イ
オウ系化合物からなる犠牲層を形成した状態、(d)は
ウェハの全面にアモルファス・シリコン層を堆積させた
状態をそれぞれ表す。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a process in which the present invention is applied to manufacture of an electrostatic micromotor in the order of steps, in which (a) is a polysilicon layer on a substrate and S above and below the polysilicon layer.
A state in which a laminated film including an iO x sacrificial layer is formed, (b) is a state in which the laminated film is patterned into a rotor shape,
(C) shows a state in which a sacrificial layer made of S or a sulfur nitride compound is formed on the side wall surface of the rotor pattern, and (d) shows a state in which an amorphous silicon layer is deposited on the entire surface of the wafer.

【図2】図1のプロセス例の続きを示す概略断面図であ
り、(e)は上記アモルファス・シリコン層をパターニ
ングしてハブとステータを形成した状態、(f)はロー
タの上面側のSiOx 犠牲層を除去した状態、(g)は
Sまたは窒化イオウ系化合物からなる犠牲層を除去した
状態、(h)はロータの下面側のSiOx 犠牲層を除去
した状態をそれぞれ表す。
2 is a schematic cross-sectional view showing a continuation of the process example of FIG. 1, (e) is a state in which the amorphous silicon layer is patterned to form a hub and a stator, and (f) is SiO on the upper surface side of the rotor. The state where the x sacrificial layer is removed, (g) shows the state where the sacrificial layer made of S or the sulfur nitride compound is removed, and (h) shows the state where the SiO x sacrificial layer on the lower surface side of the rotor is removed.

【図3】従来の静電マイクロモータの典型的な製造プロ
セス例をその工程順にしたがって示す概略断面図であ
り、(a)は下面側のSiOx 犠牲層とポリシリコン層
からなる積層膜を形成した状態、(b)はこの積層膜を
ロータの形状にパターニングした状態、(c)はウェハ
の全面に上面側のSiOx 犠牲層を堆積させた状態、
(d)はこのSiOx 犠牲層をパターニングした状態を
それぞれ表す。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of a typical manufacturing process of a conventional electrostatic micromotor in the order of steps, in which (a) shows a laminated film composed of a SiO x sacrificial layer and a polysilicon layer on the lower surface side. (B) is a state in which this laminated film is patterned in the shape of a rotor, (c) is a state in which the upper surface side SiO x sacrificial layer is deposited on the entire surface of the wafer,
(D) shows the states in which this SiO x sacrificial layer is patterned.

【図4】図3のプロセス例の続きを示す概略断面図であ
り、(e)はウェハの全面にポリシリコン層を堆積させ
た状態、(f)はこのポリシリコン層をパターニングし
てハブとステータを形成した状態、(g)はウェットエ
ッチングを行ってSiO x 犠牲層を全て除去した状態を
それぞれ表す。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a continuation of the process example of FIG.
(E) deposits a polysilicon layer on the entire surface of the wafer
(F) is a patterning of this polysilicon layer.
With the hub and stator formed, (g) shows wet
SiO for xWith all the sacrificial layers removed
Represent each.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ・・・基板 2 ・・・ポリシリコン電極 3,5 ・・・SiOx 犠牲層 4 ・・・ポリシリコン層 4a ・・・ロータ 6 ・・・S犠牲層 7 ・・・アモルファス・シリコン層 7a,7ap・・・ハブ 7b,7bp・・・ステータ 8 ・・・窒化イオウ系犠牲層1 ... substrate 2 ... polysilicon electrodes 3, 5 ... SiO x sacrificial layer 4 ... polysilicon layer 4a ... rotor 6 ... S sacrifice layer 7 ... amorphous silicon layer 7a , 7ap ... Hub 7b, 7bp ... Stator 8 ... Sulfur nitride-based sacrificial layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B81C 1/00 B81B 5/00 H02N 1/00 H02N 11/00 H01L 21/3065 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) B81C 1/00 B81B 5/00 H02N 1/00 H02N 11/00 H01L 21/3065

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 所定のパターンに加工された第1の材料
層を囲撓する犠牲層を基板上に形成し、前記第1の材料
層を部分的に遮蔽する第2の材料層を形成した後に前記
犠牲層を等方的に除去することにより、前記基板から遊
離した前記第1の材料層をもって可動部材を作成するマ
イクロマシンの製造方法において、 前記犠牲層中の前記第1の材料層からなるパターンの側
壁部分を囲繞する部分を昇華性および/または熱分解性
の堆積性物質を用いてプラズマCVD法により自己整合
的に形成し、 前記基板を前記犠牲層が昇華されない温度範囲に維持し
て前記第2の材料層をアモルファスシリコンで形成し、 前記犠牲層中の前記第1の材料層からなるパターンの側
壁部分を囲繞する部分を昇華除去する際に、前記第2の
材料層を多結晶シリコンとする ことを特徴とするマイク
ロマシンの製造方法。
The method according to claim 1 sacrificial layer to囲撓the first material layer which is processed into a predetermined pattern is formed on the substrate and the first material layer to form a second material layer to partially shield by the isotropically removing the sacrifice layer after, in the manufacturing method of the micromachine to create a movable member with said first material layer liberated from the substrate, made of the first material layer of the sacrificial layer Side of the pattern
The part surrounding the wall is self-aligned by plasma CVD using sublimable and / or pyrolyzable deposition material
The substrate and maintain the substrate in a temperature range where the sacrificial layer does not sublime.
The second material layer is formed of amorphous silicon, and the side of the pattern made of the first material layer in the sacrificial layer is formed.
When sublimating and removing the portion surrounding the wall portion, the second
A method for manufacturing a micromachine, characterized in that the material layer is polycrystalline silicon .
【請求項2】 前記堆積性物質は、原料ガスから解離生
成するイオウまたは窒化イオウ系化合物の少なくとも一
方であることを特徴とする請求項1記載のマイクロマシ
ンの製造方法。
2. The method of manufacturing a micromachine according to claim 1, wherein the depositable substance is at least one of sulfur and a sulfur nitride-based compound that are dissociated and produced from a source gas.
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