JP3884795B2 - アバットメントにより基板から離れて保持された有効層を備えた構造体の製造方法及びそのような層の分離方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、犠牲層により基板に接続された有効層を分離する方法に関する。
また、本発明は、アバットメントにより基板から離れて保持した有効層を備えた構造体であって、前記アバットメントが有効層及び／又は基板に形成したものである構造体の製造方法に関する。
有効層とは、特にミクロメカニカル型構造体の製造に用いられる材料からなる層又はそのような層の一部であると理解されている。
本発明は、特にミクロアクチュエータ、ミクロポンプ、ミクロモーター、加速度計、静電検出又は電磁検出センサー、及びより一般的には、犠牲層が使用されるミクロメカニカルシステムの製造に用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
ミクロメカニカルシステムの製造に１ミクロンよりも小さいオーダーだけ離してこのシステムのある部分を分離する必要があるときには、犠牲層が通常使用される。
この犠牲層により、相互作用部分間隔の距離を制御し且つ製造の種々の工程中にシステムの一体性を保持することができる。
【０００３】
相互作用部分間の距離の制御は、高ミクロメカニカル性能を有するシステムを得るのに必須である。実際、それらの製造中に、関与する物理的現象は、一般的に相互作用距離に反比例する。犠牲層の製造方法がどのようなものであっても、犠牲層は、ミクロメカニカルシステムの包囲構造、特に、犠牲構造体が一緒に接続していた部分を損傷しない程度に十分選択的である方法によりエッチングされる。犠牲層を除去すると、これらの部分の一つ又はいくつかが一般的に移動可能となる。
ほとんどの場合、犠牲層のエッチングは、化学的に行われる。その後、このようなエッチングは、構造体をすすぐのに使用される溶媒の乾燥に伴うデリケートな問題を引き起こす。即ち、図１に示すように、乾燥中、移動部が液／気溶媒海面の曲率により引き起こされる引力を受ける。これらの毛管力は、固体上ですすぎ液の蒸気と平衡状態であるすすぎ液の表面張力から生じる。
【０００４】
図１は、犠牲層を化学的手段により除去した後の乾燥中のミクロメカニカル構造体を非常におおまかに描いた断面図である。最初犠牲層により接合されていたこの構造体の部分１０と部分１２の間に、溶媒の残留物１４が存在する。θ１及びθ２は液／固／気三重点での濡れ角を示し、ｂは液／固界面の長さであり、ｄは部分１０と部分１２との間の距離である。したがって、部分１０及び部分１２にかかる単位長さｑ当りの横断力は、下式で示される：
ｑ＝〔γ×（ｃｏｓθ１＋ｃｏｓθ２）×ｂ〕／ｄ
（式中、γは液／固表面張力である）。
溶媒１４の乾燥中、距離ｄは、部分１０及び部分１２に及ぼされる毛管力のために減少する。これは、同様の力を増加する効果があり、回避できない移動部１０及び移動部１２の粘着が生じるまで継続する。さらに、部分１０と部分１２との間の距離は、原子間距離の大きさのオーダーであるときには、引力はファンデルワールス型引力となり、粘着が不可逆性となる。
【０００５】
この粘着により部分１０及び／又は部分１２が移動できなくなり、ミクロメカニカル構造体を製造できなくなる恐れがある。
この粘着の問題を解決するために、表面張力（γ）の物理化学的パラメータ又は製造すべき構造体の幾何学的パラメータについて対策を講じることができる。
【０００６】
基本的には、粘着を回避するための一つの解決策は、表面張力を減少するか、確実に除去することである（Ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ Ｃａｒｂｏｎ Ｄｉｏｘｉｄｅ Ｄｒｙｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ、Ｇ．Ｍｕｌｈｅｒｎ等、第７回Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ、第２９６〜２９９頁）。Ｇ．Ｍｕｌｈｅｒｎは、超臨界条件として知られている温度及び圧力の条件とすることにより液／固界面を無くすことを示唆している。これらの条件下では、液体と蒸気とを識別することができない。したがって、液／気界面及び、したがって、表面張力はもはや存在しない。一例として、シリカを犠牲層として使用するとき、これは、フッ化水素酸溶液によりエッチングされる。エッチング後、構造体を、自体希釈によりメタノールですすがれた脱イオン化水ですすぐ。次に、メタノールを、８０気圧下の密閉容器に入った液状二酸化炭素により希釈する。メタノールの消失後、密閉容器を、断熱して温度を３５℃にすることにより、圧力を増加させ且つ超臨界転移部を通過させる。あとは、二酸化炭素を排気し且つ大気圧とするだけである。
【０００７】
犠牲層の除去により分離させた構造体の構成部分間の粘着を回避できる可能性のある別の方法は、乾燥中のこれらの部分間の接触面積を制限し、したがって、乾燥を可逆的とすることである。このために、（移動）部に作用する斥力が、部分間の接触面積に比例する引力よりも大きいことで十分である。
また、粘着の問題は、外部応力のために２つの表面が接触する場合に生じることがある。ＥＰ−Ａ−０３８６４６４（Ｗｉｅｇａｎｄ）は、３つの基板を独立して機械加工した後にシールして構成した容量検出加速度計を開示している。中央基板はサイスミック体を形成し、一方、上下基板は一緒になったときにサイスミック体との接触面積を制限するアバットメントを含んでなる。
【０００８】
米国特許第４、９９９、７３５（Ｗｉｌｎｅｒ）号は、サイスミック体を機械加工する中央基板にアバットメントを位置させた以外は上記と同種であるアセンブリーを開示している。
Ｓｕｒｆａｃｅ Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ Ｃｏｎｔａｃｔｓ ｉｎ Ｐｏｌｙｓｉｌｉｃｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ、Ｒ．Ｌ．Ａｌｌｅｙ等、第７回Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ、頁２８８〜２９１は、層を積み重ねることにより製造した加速度計構造体を示唆している。この場合、窪みを、サイスミック体を機械加工する層により被覆した犠牲層に形成している。犠牲層をエッチング後に、窪みは、移動部上のアバットメントに置き代わる。
犠牲層の除去後の図１に示した構造体の部分１０と部分１２との粘着を回避するさらに別の解決法は、これらの部分の表面の粗面度を増加させ、したがって、粘着した場合の接着力を制限することである。Ａｌｌｅｙ Ｒ．等は、この粗面の形成及び制御方法を示している。
【０００９】
上記方法の全ては、接触しやすい表面は、製造中にアクセスでき且つ機械加工できることを前提としている。残念ながら、ミクロメカニカルシステムの性能を向上させるために、犠牲層の厚さを減少させるとともに、良品質の材料を使用することが必要なことがある。さらに、ミクロエレクトロニックデバイスとの技術上の適合性の理由から、ミクロメカニクスに最も使用される材料は、単結晶シリコンである。これらの２つの要求を考慮して、絶縁体上シリコン担持型基板がしばしば使用される。これらの基板は、自体単結晶シリコンの薄層により被覆されている絶縁体（一般的にシリカ）からなる薄層で被覆したシリコン基板から構成されている。絶縁層は、犠牲層として作用するので、接触しやすい表面を機械加工することは不可能である。したがって、粘着を回避することができる上記した方法のほとんどは、適用できない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記した粘着の問題を回避することができる、当所犠牲層により基板に接合されていた材料からなる有効層を分離する方法を提供することである。
本発明の別の目的は、同時に絶縁体上シリコン担持型構造体の手法、ミクロエレクトロニクスの手法及び極微細犠牲層を有する構造体の製造要求と適合する、アバットメントにより基板から離れて保持されている有効層を含んでなる構造体の製造方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、当所犠牲層により基板に接続されていた有効層を分離する方法であって、
犠牲層を第一の部分的・選択的エッチングに附して少なくとも一つの舗道状物を残存されることにより前記基板と前記有効層との間にスペーサーを形成する工程と；
前記スペーサーをマスクとして用いて前記有効層及び／又は前記基板を第二の選択的エッチングに附して、前記有効層及び／又は前記基板に少なくとも一つのアバットメントを形成する工程と；
前記スペーサーを除去する工程、
とを含んでなることを特徴とする方法が提供される。
有効層は、例えば、加速度計のサイスミック体等のセンサー感応要素や感圧計の膜を構成する。また、例えば、ミクロモーターのロータ等の移動部を含むことができる。
【００１２】
本発明の一態様によれば、第一エッチング及び第二エッチングは、前記有効層に形成した少なくとも一つの開口部を介して湿式法により行うことができる。
有効層及び／又は基板に対向する少なくとも一方の表面上のアバットメントの分布は、開口部により中間層にアクセスしたり、したがって、中間層がエッチングできるようになるように配置することにより行うことができる。
アバットメントの数を最小限にとどめ、且つそれらの分布を、アバットメントが最も有効となるように配置する。
アバットメントの数と配置は、有効層及び基板と対向する部分が、それらの部分を分離しなければならない最終的な所定の距離よりも大きく変形狂いを受けないようなものとすることが有利である。
特に、第一エッチングは、各開口部から開始して（Ｌ−ｅ）／２（式中、Ｌは隣接開口部間の最大距離であり、ｅはアバットメントの所望の固有寸法、例えば、幅である）にほぼ等しい距離Ｄにわたって行う。
【００１３】
また、本発明は、アバットメントにより基板から離れて保持された有効層を含んでなり、前記アバットメントが前記有効層及び／又は基板に形成したものである構造体の製造方法であって、
基板と、犠牲層と、有効層との積層物を含んで成る初期構造体であって、前記犠牲層が前記有効層を前記基板に接続している初期構造体を形成する工程と；
上記した方法により前記有効層を前記基板から分離する工程と、
を含んでなることを特徴とする製造方法に関する。
明細書全体を通じて、基板とは、有効層を支持するのに使用される厚膜層か、又は上記した有効層から分離される第二有効層のことである。
【００１４】
本発明の一態様によれば、初期構造体は、絶縁体上シリコン担持型であることができる。
このような構造体は、ミクロエレクトロニクス技術に一般的に使用され、したがって、本発明と完全に適合する利点がある。
本発明の一特定の態様によれば、本発明の方法は、加速度計の製造に適用できる。この場合、有効層と基板は、加速度の影響下で前記基板に対するこの有効層の相対変位を測定するための電気的手段を備えている。有効層は、このような加速度計の移動感応体を形成する。
本発明の他の特徴及び利点は、添付図面を参照しながらの非限定的で且つ純粋に本発明の説明の目的のみである以下の記載から明らかとなるであろう。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図２に、例えばシリコンからなる基板１００と、基板１００に収容されている酸化シリコンからなる犠牲層１１０と、前記犠牲層を被覆しているシリコンからなるいわゆる「有効層」１２０とを含んでなる構造体を示す。基板の側縁１３０は、犠牲層の側面を包囲している。
この図に相当する本発明の実施においは、第一の工程は、例えば有効層１２０に開口部１３２を形成して犠牲層１１０へのアクセスルートを形成することからなる。これらの開口部は、有効層を賦形するためのエッチング操作を有利に使用して有効層１２０に形成するのが有利である。
アクセスルートは、層１１０のエッチングに使用する。犠牲層１１０を酸化シリコンで形成する場合には、エッチングは、フッ化水素酸を用いて開口部１３２を介してこの層１１０を侵食することにより行うことができる。
犠牲層１１０のエッチング中に、基板１００と有効層１２０との間に一つ又はいくつかの舗道状物を残してスペーサーを形成する。
【００１６】
このような舗道状物は、図３に参照番号１４０で示されている。このようにして形成された一つ又はいくつかの舗道状物により、基板１００と有効層１２０が最初の犠牲層の厚さに等しい距離に保たれる。
例えば、苛性カリ溶液で第二選択エッチングをすることにより、基板と有効層の侵食を、舗道状物の分離間隔で行うことができる。舗道状物１４０を侵食しない第二エッチング中、舗道状物１４０はマスクを形成し、舗道状物を支持している支持体及び有効層の領域を保護する。
【００１７】
したがって、この第二エッチング中に、有効層と基板の上にそれぞれアバットメント１５０、１５１が形成される。これらのアバットメントを、図４に示す。説明した例の場合には、アバットメント１５０及び１５１は互いに対向しており、舗道状物１４０により分離されている。しかしながら、別の実施態様では、基板と有効層を異種材料で構成し、第二エッチングでこれら一方のみをエッチングすることが可能である。それにより、基板上か有効層上にアバットメントを選択的に形成できる。
最後の工程は、図５に示すように、第三エッチング中にアバットメント１５０及び１５１の間に残存している舗道状物１４０を除去することからなる。
したがって、本発明の方法の終了時点で、アバットメント１５０及び１５１により、有効層と基板との間に間隔が保たれる。この間隔の幅は、アバットメントの高さ及び、したがって、第二エッチングの条件（深さ）に依存する。
【００１８】
図６は、図５に示すような中央アバットメントを形成するような有効層における開口部１３２のエッチングパターンの一例である。参照番号１３３で示した正方形は、寸法ｅの中央舗道状物１４０を残存させるために層１２０に形成した開口部１３２に相当する。
開口部により形成される格子パターンに附してあるＬは、隣接開口部間の対角線に沿った距離を示す。上記したように、第一エッチングは、層１２０の面に平行に測定したほぼ（Ｌ−ｅ）／２に等しい距離にわたって行われる。
さらに、アバットメントと舗道状物の寸法は、ホトリソグラフィーにより決定されるのではなく、エッチングの動力学の制御により決定される。これにより、アバットメントがミクロンオーダー又はミクロンよりも小さい寸法で製造できる。アバットメントの寸法及び高さを決定するパラメータは、したがって化学的エッチング動力学を支配するものと同じ、即ち、反応種の濃度、温度及び時間である。
実際に、エッチングの場合、公知濃度の溶液を制御された温度で使用し、時間パラメータのみを問題とすることで十分である。
【００１９】
上記方法の具体的用途の一例として、軸がほぼ基板に平行な容量検出の加速度計の製造が挙げられる。
図７は、このような加速度計の上方から見た図である。この加速度計は、フィンガー２２２、２２３が加速度計の固定部を構成しているコム２０１、２０２と組み合わされた移動サイスミック体２２０を含んでなる。
サイスミック体２２０は、それに加えられる加速度γの方向に変位する。図では、この加速度は、矢印により表されている。
さらに、サイスミック体は、剛さｋを有するビーム２２６により保持される。Ｍが移動部２２０の質量とすると、加速度γの影響下で、ｘ＝Ｍγ／ｋで表される量ｘだけ変位される。
コム２０１、２０２とサイスミック体のフィンガー２２２、２２３は、電気コンデンサーのプレートを形成する。
【００２０】
図７の場合、サイスミック体の変位は、例えば、フィンガー２２２とコム２０１との間（Ｃ222-201 と称する）に形成されるコンデンサーの容量の増加及びフィンガー２２３とコム２０２との間（Ｃ223-202 と称する）に形成されるコンデンサーの容量の減少に相当する。
もし固定フィンガーと移動フィンガーとの間の静止距離がｌならば、容量は、下式で表される：
Ｃ222-201 ＝ε×〔Ｓ／（ｌ−ｘ）〕
Ｃ223-202 ＝ε×〔Ｓ／（ｌ＋ｘ）〕
（式中、εはボイドの誘電率であり、Ｓは対向電極の面積である）。
静止状態でゼロである（Ｃ222-201 ）−（Ｃ223-202 ）の測定により、加速度に比例した値が得られる。
【００２１】
図７に示した加速度計は、絶縁体上シリコン担持型基板から、平面製造法により製造される。この種の基板は、酸素を初期シリコン基板に注入するか、一方の基板に酸化シリコンの薄層を被覆した２つの基板をシールすることにより得ることができる。両方の場合、得られる構造体は、３層から構成される：第一層極薄シリコン層、第二極薄酸化シリコン犠牲層及び第三シリコン層。
この例の場合、酸化シリコンからなる犠牲層は厚さが０．４μｍのオーダーであり、第三層、即ち、上層は、厚さが１０〜２０μｍである。
加速度計の感応要素、即ち、移動サイスミック体２２０は、第三層におけるホトリソグラフィーにより形成され、本発明における有効層を構成する。
【００２２】
この有効層の分離は、上記した方法に準じて実施される。図６に匹敵するパターンに準じて有効層に形成した開口部２２４は、犠牲層へのアクセスルートを構成する。これらの開口部は、サイスミック体の形状を形成する第三層のエッチングの工程中に有効層に形成するのが有利である。
犠牲層の第一部分エッチングは、フッ化水素酸溶液を用いて行う。参照番号２２７で示した犠牲層の３つの舗道状物を、基材と有効層との間に残存させる。これらの部分は、１μｍのオーダーである。
構造体を液状媒体に保持されるようにしてフラッディングによりすすいだ後、基板と有効層２２０のシリコンの選択的エッチングを、苛性カリにより行う。有効層と基板は、対向面の各々について０．１μｍのオーダーの深さまでエッチングする。これにより、アバットメントが、舗道状物２２７により保護された領域に形成される。
【００２３】
この工程の最後に、上記と同様のすすぎを行う。有効層の最後のレリース、即ち、サイスミック体の基板からのレリースを完了するために、酸化シリコン舗道状物の最後のエッチングを、フッ化水素酸により行う。この際、サイスミック体の両側に設けたアンカーを著しく損傷しないように注意を払いながら行う。
すずぎと乾燥を行うと、図８に示す構造体が得られる。この図において、基板２００、サイスミック体２２０、ビーム２２６、及び上記方法に準じて形成されたアバットメント２２８が示されている。
【００２４】
【発明の効果】
本発明により、多種多様な用途において、ミクロメカニカル構造体の構成部分同士を、これらの部分があとで粘着する恐れなく分離することができる。本発明を用いることにより、この分離は、リソグラフィー又は余分なエッチング工程なしで且つ簡単に実施できる公知の化学反応を利用するだけで可能である。さらに、本発明の方法は、粘着しやすい部分が構造体の表面に位置していない場合であっても実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】構造体の二つの部分を分離している犠牲層の除去後にこれらの二つの部分に生じる粘着の問題を示した概略断面図である。
【図２】本発明の方法の一態様の実施の工程を示した概略断面図である。
【図３】本発明の方法の一態様の実施の工程を示した概略断面図である。
【図４】本発明の方法の一態様の実施の工程を示した概略断面図である。
【図５】本発明の方法の一態様の実施の工程を示した概略断面図である。
【図６】図２〜５に示した構造の有効層に形成した開口部のパターンを縮小して示したものである。
【図７】機械加工及び本発明の実施により形成した加速度計を上方から見た概略図である。
【図８】図７に示した加速度計のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩについての概略断面図である。
【符号の説明】
１０、１２・・・移動部
１４・・・溶媒残留物
１００、２００・・・基板
１１０・・・犠牲層
１２０・・・有効層
１３０・・・基板の側縁
１３２、２２４・・・開口部
１３３・・・正方形開口部
１４０、２２７・・・舗道状物
１５０、１５１、２２８・・・アバットメント
２０１、２０２・・・コム
２２０・・・サイスミック体
２２２、２２３・・・フィンガー
２２６・・・ビーム
【発明の属する技術分野】
本発明は、犠牲層により基板に接続された有効層を分離する方法に関する。
また、本発明は、アバットメントにより基板から離れて保持した有効層を備えた構造体であって、前記アバットメントが有効層及び／又は基板に形成したものである構造体の製造方法に関する。
有効層とは、特にミクロメカニカル型構造体の製造に用いられる材料からなる層又はそのような層の一部であると理解されている。
本発明は、特にミクロアクチュエータ、ミクロポンプ、ミクロモーター、加速度計、静電検出又は電磁検出センサー、及びより一般的には、犠牲層が使用されるミクロメカニカルシステムの製造に用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
ミクロメカニカルシステムの製造に１ミクロンよりも小さいオーダーだけ離してこのシステムのある部分を分離する必要があるときには、犠牲層が通常使用される。
この犠牲層により、相互作用部分間隔の距離を制御し且つ製造の種々の工程中にシステムの一体性を保持することができる。
【０００３】
相互作用部分間の距離の制御は、高ミクロメカニカル性能を有するシステムを得るのに必須である。実際、それらの製造中に、関与する物理的現象は、一般的に相互作用距離に反比例する。犠牲層の製造方法がどのようなものであっても、犠牲層は、ミクロメカニカルシステムの包囲構造、特に、犠牲構造体が一緒に接続していた部分を損傷しない程度に十分選択的である方法によりエッチングされる。犠牲層を除去すると、これらの部分の一つ又はいくつかが一般的に移動可能となる。
ほとんどの場合、犠牲層のエッチングは、化学的に行われる。その後、このようなエッチングは、構造体をすすぐのに使用される溶媒の乾燥に伴うデリケートな問題を引き起こす。即ち、図１に示すように、乾燥中、移動部が液／気溶媒海面の曲率により引き起こされる引力を受ける。これらの毛管力は、固体上ですすぎ液の蒸気と平衡状態であるすすぎ液の表面張力から生じる。
【０００４】
図１は、犠牲層を化学的手段により除去した後の乾燥中のミクロメカニカル構造体を非常におおまかに描いた断面図である。最初犠牲層により接合されていたこの構造体の部分１０と部分１２の間に、溶媒の残留物１４が存在する。θ１及びθ２は液／固／気三重点での濡れ角を示し、ｂは液／固界面の長さであり、ｄは部分１０と部分１２との間の距離である。したがって、部分１０及び部分１２にかかる単位長さｑ当りの横断力は、下式で示される：
ｑ＝〔γ×（ｃｏｓθ１＋ｃｏｓθ２）×ｂ〕／ｄ
（式中、γは液／固表面張力である）。
溶媒１４の乾燥中、距離ｄは、部分１０及び部分１２に及ぼされる毛管力のために減少する。これは、同様の力を増加する効果があり、回避できない移動部１０及び移動部１２の粘着が生じるまで継続する。さらに、部分１０と部分１２との間の距離は、原子間距離の大きさのオーダーであるときには、引力はファンデルワールス型引力となり、粘着が不可逆性となる。
【０００５】
この粘着により部分１０及び／又は部分１２が移動できなくなり、ミクロメカニカル構造体を製造できなくなる恐れがある。
この粘着の問題を解決するために、表面張力（γ）の物理化学的パラメータ又は製造すべき構造体の幾何学的パラメータについて対策を講じることができる。
【０００６】
基本的には、粘着を回避するための一つの解決策は、表面張力を減少するか、確実に除去することである（Ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ Ｃａｒｂｏｎ Ｄｉｏｘｉｄｅ Ｄｒｙｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ、Ｇ．Ｍｕｌｈｅｒｎ等、第７回Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ、第２９６〜２９９頁）。Ｇ．Ｍｕｌｈｅｒｎは、超臨界条件として知られている温度及び圧力の条件とすることにより液／固界面を無くすことを示唆している。これらの条件下では、液体と蒸気とを識別することができない。したがって、液／気界面及び、したがって、表面張力はもはや存在しない。一例として、シリカを犠牲層として使用するとき、これは、フッ化水素酸溶液によりエッチングされる。エッチング後、構造体を、自体希釈によりメタノールですすがれた脱イオン化水ですすぐ。次に、メタノールを、８０気圧下の密閉容器に入った液状二酸化炭素により希釈する。メタノールの消失後、密閉容器を、断熱して温度を３５℃にすることにより、圧力を増加させ且つ超臨界転移部を通過させる。あとは、二酸化炭素を排気し且つ大気圧とするだけである。
【０００７】
犠牲層の除去により分離させた構造体の構成部分間の粘着を回避できる可能性のある別の方法は、乾燥中のこれらの部分間の接触面積を制限し、したがって、乾燥を可逆的とすることである。このために、（移動）部に作用する斥力が、部分間の接触面積に比例する引力よりも大きいことで十分である。
また、粘着の問題は、外部応力のために２つの表面が接触する場合に生じることがある。ＥＰ−Ａ−０３８６４６４（Ｗｉｅｇａｎｄ）は、３つの基板を独立して機械加工した後にシールして構成した容量検出加速度計を開示している。中央基板はサイスミック体を形成し、一方、上下基板は一緒になったときにサイスミック体との接触面積を制限するアバットメントを含んでなる。
【０００８】
米国特許第４、９９９、７３５（Ｗｉｌｎｅｒ）号は、サイスミック体を機械加工する中央基板にアバットメントを位置させた以外は上記と同種であるアセンブリーを開示している。
Ｓｕｒｆａｃｅ Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ Ｃｏｎｔａｃｔｓ ｉｎ Ｐｏｌｙｓｉｌｉｃｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ、Ｒ．Ｌ．Ａｌｌｅｙ等、第７回Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ、頁２８８〜２９１は、層を積み重ねることにより製造した加速度計構造体を示唆している。この場合、窪みを、サイスミック体を機械加工する層により被覆した犠牲層に形成している。犠牲層をエッチング後に、窪みは、移動部上のアバットメントに置き代わる。
犠牲層の除去後の図１に示した構造体の部分１０と部分１２との粘着を回避するさらに別の解決法は、これらの部分の表面の粗面度を増加させ、したがって、粘着した場合の接着力を制限することである。Ａｌｌｅｙ Ｒ．等は、この粗面の形成及び制御方法を示している。
【０００９】
上記方法の全ては、接触しやすい表面は、製造中にアクセスでき且つ機械加工できることを前提としている。残念ながら、ミクロメカニカルシステムの性能を向上させるために、犠牲層の厚さを減少させるとともに、良品質の材料を使用することが必要なことがある。さらに、ミクロエレクトロニックデバイスとの技術上の適合性の理由から、ミクロメカニクスに最も使用される材料は、単結晶シリコンである。これらの２つの要求を考慮して、絶縁体上シリコン担持型基板がしばしば使用される。これらの基板は、自体単結晶シリコンの薄層により被覆されている絶縁体（一般的にシリカ）からなる薄層で被覆したシリコン基板から構成されている。絶縁層は、犠牲層として作用するので、接触しやすい表面を機械加工することは不可能である。したがって、粘着を回避することができる上記した方法のほとんどは、適用できない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記した粘着の問題を回避することができる、当所犠牲層により基板に接合されていた材料からなる有効層を分離する方法を提供することである。
本発明の別の目的は、同時に絶縁体上シリコン担持型構造体の手法、ミクロエレクトロニクスの手法及び極微細犠牲層を有する構造体の製造要求と適合する、アバットメントにより基板から離れて保持されている有効層を含んでなる構造体の製造方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、当所犠牲層により基板に接続されていた有効層を分離する方法であって、
犠牲層を第一の部分的・選択的エッチングに附して少なくとも一つの舗道状物を残存されることにより前記基板と前記有効層との間にスペーサーを形成する工程と；
前記スペーサーをマスクとして用いて前記有効層及び／又は前記基板を第二の選択的エッチングに附して、前記有効層及び／又は前記基板に少なくとも一つのアバットメントを形成する工程と；
前記スペーサーを除去する工程、
とを含んでなることを特徴とする方法が提供される。
有効層は、例えば、加速度計のサイスミック体等のセンサー感応要素や感圧計の膜を構成する。また、例えば、ミクロモーターのロータ等の移動部を含むことができる。
【００１２】
本発明の一態様によれば、第一エッチング及び第二エッチングは、前記有効層に形成した少なくとも一つの開口部を介して湿式法により行うことができる。
有効層及び／又は基板に対向する少なくとも一方の表面上のアバットメントの分布は、開口部により中間層にアクセスしたり、したがって、中間層がエッチングできるようになるように配置することにより行うことができる。
アバットメントの数を最小限にとどめ、且つそれらの分布を、アバットメントが最も有効となるように配置する。
アバットメントの数と配置は、有効層及び基板と対向する部分が、それらの部分を分離しなければならない最終的な所定の距離よりも大きく変形狂いを受けないようなものとすることが有利である。
特に、第一エッチングは、各開口部から開始して（Ｌ−ｅ）／２（式中、Ｌは隣接開口部間の最大距離であり、ｅはアバットメントの所望の固有寸法、例えば、幅である）にほぼ等しい距離Ｄにわたって行う。
【００１３】
また、本発明は、アバットメントにより基板から離れて保持された有効層を含んでなり、前記アバットメントが前記有効層及び／又は基板に形成したものである構造体の製造方法であって、
基板と、犠牲層と、有効層との積層物を含んで成る初期構造体であって、前記犠牲層が前記有効層を前記基板に接続している初期構造体を形成する工程と；
上記した方法により前記有効層を前記基板から分離する工程と、
を含んでなることを特徴とする製造方法に関する。
明細書全体を通じて、基板とは、有効層を支持するのに使用される厚膜層か、又は上記した有効層から分離される第二有効層のことである。
【００１４】
本発明の一態様によれば、初期構造体は、絶縁体上シリコン担持型であることができる。
このような構造体は、ミクロエレクトロニクス技術に一般的に使用され、したがって、本発明と完全に適合する利点がある。
本発明の一特定の態様によれば、本発明の方法は、加速度計の製造に適用できる。この場合、有効層と基板は、加速度の影響下で前記基板に対するこの有効層の相対変位を測定するための電気的手段を備えている。有効層は、このような加速度計の移動感応体を形成する。
本発明の他の特徴及び利点は、添付図面を参照しながらの非限定的で且つ純粋に本発明の説明の目的のみである以下の記載から明らかとなるであろう。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図２に、例えばシリコンからなる基板１００と、基板１００に収容されている酸化シリコンからなる犠牲層１１０と、前記犠牲層を被覆しているシリコンからなるいわゆる「有効層」１２０とを含んでなる構造体を示す。基板の側縁１３０は、犠牲層の側面を包囲している。
この図に相当する本発明の実施においは、第一の工程は、例えば有効層１２０に開口部１３２を形成して犠牲層１１０へのアクセスルートを形成することからなる。これらの開口部は、有効層を賦形するためのエッチング操作を有利に使用して有効層１２０に形成するのが有利である。
アクセスルートは、層１１０のエッチングに使用する。犠牲層１１０を酸化シリコンで形成する場合には、エッチングは、フッ化水素酸を用いて開口部１３２を介してこの層１１０を侵食することにより行うことができる。
犠牲層１１０のエッチング中に、基板１００と有効層１２０との間に一つ又はいくつかの舗道状物を残してスペーサーを形成する。
【００１６】
このような舗道状物は、図３に参照番号１４０で示されている。このようにして形成された一つ又はいくつかの舗道状物により、基板１００と有効層１２０が最初の犠牲層の厚さに等しい距離に保たれる。
例えば、苛性カリ溶液で第二選択エッチングをすることにより、基板と有効層の侵食を、舗道状物の分離間隔で行うことができる。舗道状物１４０を侵食しない第二エッチング中、舗道状物１４０はマスクを形成し、舗道状物を支持している支持体及び有効層の領域を保護する。
【００１７】
したがって、この第二エッチング中に、有効層と基板の上にそれぞれアバットメント１５０、１５１が形成される。これらのアバットメントを、図４に示す。説明した例の場合には、アバットメント１５０及び１５１は互いに対向しており、舗道状物１４０により分離されている。しかしながら、別の実施態様では、基板と有効層を異種材料で構成し、第二エッチングでこれら一方のみをエッチングすることが可能である。それにより、基板上か有効層上にアバットメントを選択的に形成できる。
最後の工程は、図５に示すように、第三エッチング中にアバットメント１５０及び１５１の間に残存している舗道状物１４０を除去することからなる。
したがって、本発明の方法の終了時点で、アバットメント１５０及び１５１により、有効層と基板との間に間隔が保たれる。この間隔の幅は、アバットメントの高さ及び、したがって、第二エッチングの条件（深さ）に依存する。
【００１８】
図６は、図５に示すような中央アバットメントを形成するような有効層における開口部１３２のエッチングパターンの一例である。参照番号１３３で示した正方形は、寸法ｅの中央舗道状物１４０を残存させるために層１２０に形成した開口部１３２に相当する。
開口部により形成される格子パターンに附してあるＬは、隣接開口部間の対角線に沿った距離を示す。上記したように、第一エッチングは、層１２０の面に平行に測定したほぼ（Ｌ−ｅ）／２に等しい距離にわたって行われる。
さらに、アバットメントと舗道状物の寸法は、ホトリソグラフィーにより決定されるのではなく、エッチングの動力学の制御により決定される。これにより、アバットメントがミクロンオーダー又はミクロンよりも小さい寸法で製造できる。アバットメントの寸法及び高さを決定するパラメータは、したがって化学的エッチング動力学を支配するものと同じ、即ち、反応種の濃度、温度及び時間である。
実際に、エッチングの場合、公知濃度の溶液を制御された温度で使用し、時間パラメータのみを問題とすることで十分である。
【００１９】
上記方法の具体的用途の一例として、軸がほぼ基板に平行な容量検出の加速度計の製造が挙げられる。
図７は、このような加速度計の上方から見た図である。この加速度計は、フィンガー２２２、２２３が加速度計の固定部を構成しているコム２０１、２０２と組み合わされた移動サイスミック体２２０を含んでなる。
サイスミック体２２０は、それに加えられる加速度γの方向に変位する。図では、この加速度は、矢印により表されている。
さらに、サイスミック体は、剛さｋを有するビーム２２６により保持される。Ｍが移動部２２０の質量とすると、加速度γの影響下で、ｘ＝Ｍγ／ｋで表される量ｘだけ変位される。
コム２０１、２０２とサイスミック体のフィンガー２２２、２２３は、電気コンデンサーのプレートを形成する。
【００２０】
図７の場合、サイスミック体の変位は、例えば、フィンガー２２２とコム２０１との間（Ｃ222-201 と称する）に形成されるコンデンサーの容量の増加及びフィンガー２２３とコム２０２との間（Ｃ223-202 と称する）に形成されるコンデンサーの容量の減少に相当する。
もし固定フィンガーと移動フィンガーとの間の静止距離がｌならば、容量は、下式で表される：
Ｃ222-201 ＝ε×〔Ｓ／（ｌ−ｘ）〕
Ｃ223-202 ＝ε×〔Ｓ／（ｌ＋ｘ）〕
（式中、εはボイドの誘電率であり、Ｓは対向電極の面積である）。
静止状態でゼロである（Ｃ222-201 ）−（Ｃ223-202 ）の測定により、加速度に比例した値が得られる。
【００２１】
図７に示した加速度計は、絶縁体上シリコン担持型基板から、平面製造法により製造される。この種の基板は、酸素を初期シリコン基板に注入するか、一方の基板に酸化シリコンの薄層を被覆した２つの基板をシールすることにより得ることができる。両方の場合、得られる構造体は、３層から構成される：第一層極薄シリコン層、第二極薄酸化シリコン犠牲層及び第三シリコン層。
この例の場合、酸化シリコンからなる犠牲層は厚さが０．４μｍのオーダーであり、第三層、即ち、上層は、厚さが１０〜２０μｍである。
加速度計の感応要素、即ち、移動サイスミック体２２０は、第三層におけるホトリソグラフィーにより形成され、本発明における有効層を構成する。
【００２２】
この有効層の分離は、上記した方法に準じて実施される。図６に匹敵するパターンに準じて有効層に形成した開口部２２４は、犠牲層へのアクセスルートを構成する。これらの開口部は、サイスミック体の形状を形成する第三層のエッチングの工程中に有効層に形成するのが有利である。
犠牲層の第一部分エッチングは、フッ化水素酸溶液を用いて行う。参照番号２２７で示した犠牲層の３つの舗道状物を、基材と有効層との間に残存させる。これらの部分は、１μｍのオーダーである。
構造体を液状媒体に保持されるようにしてフラッディングによりすすいだ後、基板と有効層２２０のシリコンの選択的エッチングを、苛性カリにより行う。有効層と基板は、対向面の各々について０．１μｍのオーダーの深さまでエッチングする。これにより、アバットメントが、舗道状物２２７により保護された領域に形成される。
【００２３】
この工程の最後に、上記と同様のすすぎを行う。有効層の最後のレリース、即ち、サイスミック体の基板からのレリースを完了するために、酸化シリコン舗道状物の最後のエッチングを、フッ化水素酸により行う。この際、サイスミック体の両側に設けたアンカーを著しく損傷しないように注意を払いながら行う。
すずぎと乾燥を行うと、図８に示す構造体が得られる。この図において、基板２００、サイスミック体２２０、ビーム２２６、及び上記方法に準じて形成されたアバットメント２２８が示されている。
【００２４】
【発明の効果】
本発明により、多種多様な用途において、ミクロメカニカル構造体の構成部分同士を、これらの部分があとで粘着する恐れなく分離することができる。本発明を用いることにより、この分離は、リソグラフィー又は余分なエッチング工程なしで且つ簡単に実施できる公知の化学反応を利用するだけで可能である。さらに、本発明の方法は、粘着しやすい部分が構造体の表面に位置していない場合であっても実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】構造体の二つの部分を分離している犠牲層の除去後にこれらの二つの部分に生じる粘着の問題を示した概略断面図である。
【図２】本発明の方法の一態様の実施の工程を示した概略断面図である。
【図３】本発明の方法の一態様の実施の工程を示した概略断面図である。
【図４】本発明の方法の一態様の実施の工程を示した概略断面図である。
【図５】本発明の方法の一態様の実施の工程を示した概略断面図である。
【図６】図２〜５に示した構造の有効層に形成した開口部のパターンを縮小して示したものである。
【図７】機械加工及び本発明の実施により形成した加速度計を上方から見た概略図である。
【図８】図７に示した加速度計のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩについての概略断面図である。
【符号の説明】
１０、１２・・・移動部
１４・・・溶媒残留物
１００、２００・・・基板
１１０・・・犠牲層
１２０・・・有効層
１３０・・・基板の側縁
１３２、２２４・・・開口部
１３３・・・正方形開口部
１４０、２２７・・・舗道状物
１５０、１５１、２２８・・・アバットメント
２０１、２０２・・・コム
２２０・・・サイスミック体
２２２、２２３・・・フィンガー
２２６・・・ビーム
Claims (6)
- 当所犠牲層により基板に接続されていた有効層を分離する方法であって、
犠牲層を第一の部分的・選択的エッチングに附して少なくとも一つの舗道状物を残存されることにより前記基板と前記有効層との間にスペーサーを形成する工程と；
前記スペーサーをマスクとして用いて前記有効層及び／又は前記基板を第二の選択的エッチングに附して、前記有効層及び／又は前記基板に少なくとも一つのアバットメントを形成する工程と；
前記スペーサーを除去する工程、
とを含んでなることを特徴とする方法。 - 前記第一エッチング及び第二エッチングを、前記有効層に形成した少なくとも一つの開口部を介して湿式法により行うことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記第一エッチングを、各開口部から開始して（Ｌ−ｅ）／２（式中、Ｌは隣接開口部間の最大距離であり、ｅはアバットメントの所望の固有寸法である）にほぼ等しい距離Ｄにわたって行うことを特徴とする請求項２に記載の方法。
- アバットメントにより基板から離れて保持された有効層を含んでなり、前記アバットメントが前記有効層及び／又は基板に形成したものである構造体の製造方法であって、
基板と、犠牲層と、有効層との積層物を含んで成る初期構造体であって、前記犠牲層が前記有効層を前記基板に接続している初期構造体を形成する工程と；
請求項１に記載の方法により前記有効層を前記基板から分離する工程と、
を含んでなることを特徴とする製造方法。 - 前記初期構造体が絶縁体上ケイ素担持型であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
- 請求項４に記載の構造体の製造方法であって、さらに、前記有効層及び前記基板が、加速度による前記基板に対するこの有効層の相対変位を測定するための電気的手段を備えて、前記有効層が移動感応体である加速度計を形成することを特徴とする製造方法。
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