JP3970943B2 - 薄膜の上に集積部品を製造する方法 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、薄膜で構成される集積部品のための基板と、前記基板を作成する方法とに関する。
【0002】
これらの集積部品は、(トランジスタ、メモリ、マイクロプロセッサのような)電子回路、または(ミラー、電子発光ダイオード、電気・光学変調器、電気・音響変調器のような)光学部品またはオプトエレクトロニクス部品、または(圧力センサ、温度センサのような)センサであることができる。
【0003】
これらの集積部品は、さらに全体的にいえば、薄膜の上に作成することができるすべての素子であることができる。
【0004】
本発明は、マイクロエレクトロニクスの分野に、および薄膜の上に集積回路を作成する分野に、特に応用することができる。
【0005】
【従来の技術およびその問題点】
マイクロエレクトロニクスにおける基板の1つの役割は、それらの表面の上に作成される部品を機械的に支持することである。部品を実際に作成する時、この支持の役割は特に重要である。けれども、これらの部品が作成されてしまうと、場合によっては、基板は大きな空間を占めることがある。
【0006】
また、一定の応用では、薄膜基板の上に部品を作成することが行われる。これらの薄膜基板の厚さは、部品が作成される時の機械的処理および機械的応力に耐えるのに十分な堅牢性を備えるには通常は不十分であるので、基板をさらに厚くすることが製造時に本質的に重要である。
【0007】
薄膜の上に基板を最終的に得るために、後で、基板を研磨して処理することも可能である。また別の解決法は、部品を備えた薄い表面膜をそれから引き離すために、基板を分離することである。
【0008】
この分離は、好ましくは1つの平面に沿って、基板を2つの部分に分離することである。
【0009】
けれども、これらの分離操作または研磨操作は、部品に修復不可能な損傷を与える機械的応力および/または熱的応力を、多分、部品に加えるであろう。
【0010】
【問題点を解決するための手段】
本発明の1つの目的は、部品の製造のために十分に堅牢でかつ耐性を有するという必要性と、薄膜基板を得るという要請とを満たし、特にさらに複雑な構造体の中にそれらを集積することができる、薄膜構造体を得ることである。
【0011】
このことを実施するためにさらに詳細にいえば、、本発明は、支持構造体と、種々の部品が作成される非導電体の薄膜とを備えた、集積部品のための基板に関する。この基板は、化学的にエッチング可能な材料で作成された中間膜をさらに有する。この中間膜は、支持構造体を薄膜に連結する。この中間膜を、少なくとも1個の化学的エッチング・チヤンネルが横断している。
【0012】
非導電体の薄膜は、半導体材料または非導電体材料で作成された1個の膜であることができる、または部分膜の集合体であることができる。部分膜の集合体である場合、部分膜の少なくとも1つは、半導体材料または非導電体材料で作成される。
【0013】
支持構造体は、薄膜よりも十分に大きな厚さを有することが好ましい。
【0014】
この構造体により、処理工程に対し機械的に耐える基板が得られ、およびその中またはその上に部品が作成される表層の薄膜が、湾曲するまたは分裂することのない基板が得られる。
【0015】
中間膜の1つの役割は、集積部品の作成の期間中、薄膜を基板の上にしっかりと保持することであり、それにより薄膜にひび割れが起こることが防止される。
【0016】
けれども、中間膜の主要な役割は、薄膜と基板とを分離することができることである。
【0017】
中間膜は化学的にエッチング可能な材料で作成されるので、集積部品が作成された後、この中間膜を化学的に除去することができ、したがって薄膜が自由になることができる。この操作の期間中、中間膜に対し化学的エッチングが行われる。その結果、集積部品は、機械的応力または熱的応力を少しも受けない。
【0018】
もし集積部品を作成するのに用いられる材料の性質が保護されることが要求されるならば、化学的エッチングの期間中、集積部品を保護するための保護膜を備えることができる。
【0019】
本発明の1つの重要な特性に従い、1個または複数個のチヤンネルがこの中間膜を横断する。これらのチヤンネルにより、化学的処理液に浸されている期間中、中間膜の深さ方向に広範囲に灌流することができる。したがって、中間膜をエッチングするための化学物質がこの中間膜の中を循環することができ、それにより縁だけでなく、深さ方向にもできるだけ十分に除去を行うことができる。実際、薄膜を基板から分離する時、薄膜に損傷を与えないで薄膜を自由にすることは、極めて重要である。
【0020】
中間膜の中にチヤンネルを作成することにより、中間膜を非常に急速にかつ均一にエッチングすることができる。これらのチヤンネルは中間膜の厚さの中の任意の位置に作成することができるが、作成を容易に行うことができるためには、中間膜の表面から作成が行われる。さらに、チヤンネルの深さは、中間膜の厚さに達することができる。
【0021】
本発明の1つの特性に従い、中間膜と薄膜とを連結する表面全体にわたって、中間膜の化学的エッチングの改良された分布を得るために、直交するチヤンネルのネットワークが中間膜を横断して作成される。
【0022】
本発明の1つの変更実施例では、チヤンネルが蛇形または螺旋形に巻かれて中間膜を横断する。
【0023】
1個のチヤンネルの場合のチヤンネルのネットワークまたはチヤンネルのラインは、高速でかつ均一に分布した化学的エッチングが可能であるために十分に蜜であることが必要であるが、これらのチヤンネルは、中間膜を支持する機能に悪い影響を与えないように、その幅が大き過ぎたりまたは断面が大き過ぎることがあってはならない。
【0024】
中間膜が集積部品を作成する際に必要な化学的処理を受けないことが確実に得られるために、1個または複数個のチヤンネルが膜の縁によって閉じられることが好ましい。チヤンネルの端部を横方向に封止している縁は十分に厚く作成され、それにより化学的処理に耐えることができる。チヤンネルが開放されていないので、中間膜はその周縁において、集積部品の作成処理工程により影響を受けることが多分ある。
【0025】
化学的エッチングの前に、縁が除去され、チヤンネルが開放される。チヤンネルを外向きに開放することは、中間膜の周囲の少なくとも一部分をエッチングすることにより、そして縁を乾式エッチングの方法によりエッチングすることにより、集積部品に影響を与えることなく実行することができる。また別の解決方法は、集積部品の切断ラインに対応する領域の中の膜をエッチングすることである。
【0026】
本発明に従い、基板を作成する方法は、下記の順次の段階を有する。
【0027】
(イ) 化学的にエッチング可能な材料で作成され、かつほぼ平坦な1つの自由表面を有する中間膜を、支持構造体の上に作成する段階と、
(ロ) 前記膜を横断する少なくとも1つの化学的エッチング・チヤンネルを作成するために、自由表面を通して中間膜をエッチングする段階、およびそれにより1個または複数個のチヤンネルを閉じるために膜の中の1つの縁を維持する段階と、
(ハ) 集積部品の作成のために中間膜の自由表面の上に非導電体の薄膜を作成する段階、および前記表面の上のチヤンネルを封止する段階が行われる。前記薄膜は、中間膜の化学的エッチングにより、支持構造体から引き離すことができる。
【0028】
薄い基板の上に集積部品を得るために、本発明の方法では、下記の段階が続けて行われる。
【0029】
(ニ) 薄膜の上に集積部品を作成する段階と、
(ホ) 1個または複数個の化学的エッチング・チヤンネルを開放する段階と、
(ヘ) 支持構造体から薄膜を引き離すために、1個または複数個のチヤンネルを通して化学的にエッチングすることにより、中間膜を除去する段階が行われる。
【0030】
1個または複数個のチヤンネルのエッチングは、適切なマスクを通しての乾式エッチングまたは湿式エッチング、またはレーザ処理を行い次に異方的化学エッチングが行われるエッチング方法のような、従来の技術により利点を有して行うことができる。後者の方法は、「マイクロ装置技術92(Micro System Technologies 92)」、マイクロ・エレクトロ・オプト・メカニック・システム・アンド・コンポーネンツに関する第3回国際会議、ベルリン、1992年10月21日〜23日、vde−verlag gmbh−ヘルベリ・ライヒル、ベルリン、オッフェンバッハ、のM.アラビはか名の文献「マイクロ装置の応用における<111>シリコンのレーザ加工および異方的エッチング(Laser Machining and AnisotropicEtching of <111> Silicon for Application in Microsystem)」に開示されている。
【0031】
この技術は、結晶面<111>のエッチング速度が、他の結晶面のエッチング速度と異なることに基づいている。
【0032】
この技術により、レーザ・ビームによりエッチングされるべき膜の局所的溶融により、結晶面<111>が破壊される。第2に、化学的処理によりレーザ・ビームによりエッチングされた領域が除去され、その時、破壊されない<111>結晶面は「停止」膜としての役割を果たす。この技術により、その幅と位置が極めて精密に制御されたチヤンネルを得ることができる。
【0033】
中間膜の自由表面の上に薄膜が作成される時、それは1個または複数個のチヤンネルを被覆するであろう。それにより、チヤンネルは外部から隔離される。
【0034】
この応用例は、部品を作成するのに用いられる熱処理と両立する気体圧力をチヤンネルの上に閉じ込めるように、制御された雰囲気の中で好都合に実行することができる。
【0035】
中間膜の上に薄膜を作成するために、またはさらに具体的にいえば、薄膜それ自身を得るために、いくつかの方法が可能である。
【0036】
例えば、中間膜の上に第2基板または厚い膜を作成し、そしてその後、この膜を研磨して薄膜を得ることが可能である。
【0037】
この研磨の際の機械的応力または熱的応力は、この段階では集積部品がまだ作成されていないので、全体的には損傷を与えることはない。
【0038】
けれども、分離法は実施が容易であるので用いることが好ましく、本発明に対して最もよく適合している。
【0039】
この方法により、中間膜の上の分離面の位置に、分離可能な構造体が作成される。この分離面は、平坦な表面からこの構造体の中に、希ガスまたは水素イオンを注入することにより得ることができる。このことにより、この面の位置に微小な気体の泡が発生し、それにより第1に、分離可能な構造体の中で質量の大きな部分との間に境界が定まり、そして第2に、将来薄膜となる部分との間の境界が定まる。分離可能な構造体の1つの実施例が、出願中特許第EP−A−0,533,551号に開示されている。分離可能な構造体は、将来薄膜となる構造体部分と接触した分離可能な構造体を配置することにより、中間膜の上に取り付けられる。分離可能な構造体は、例えば原子間結合により、中間膜と一体化される。行われる操作が完了した時、熱処理により、微小な気泡により定められる面に沿って分離が起こる。
【0040】
【実施例】
図1に示された基板は、通常、円柱形であり、かつシリコン板またはガラス板のような機械的支持構造体1と、化学的にエッチング可能な材料で作成された中間膜3と、薄膜5と、を有する。
【0041】
薄膜5それ自身が集積部品を作成するための「基板」を構成する。薄膜5は、半導体材料または非導電体材料で作成された1個の膜で形成されることもできるし、また1組の部分膜で形成されることもできる。前記部分膜の中の少なくとも1つは、半導体材料または非導電体材料で作成される。ここで説明される実施例の場合、薄膜5は単結晶シリコンで作成される。薄膜5の厚さは、例えば、1μmである。
【0042】
膜3の中に、中央領域7を区別することができる。チヤンネル9が中央領域7を横断している。これらのチヤンネルは、膜3の上側表面と高さが揃っており、そして領域7の中に均一に分布している。
【0043】
領域7は、円形の縁13により取り囲まれている。縁13は、チヤンネル9を横方向に閉じている。
【0044】
図面には、チヤンネルの横断面と膜3の厚さが示されている。図面では、縁13の幅が拡大されて示されている。
【0045】
縁13の幅は十分に大きく、薄膜5の中に集積部品を作成する際に行われる処理工程の影響を受けない。例えば、縁13の幅は4mmであり、一方膜3の厚さは約10μmである。チヤンネルは、2μmと50μmとの間の範囲の幅を有する。
【0046】
表面11に関しては、薄膜5のこの表面に接してチヤンネル9を作成することにより、チヤンネル9が封止される。
【0047】
図2は、表面11に平行な面B−Bに沿っての横断面図である。チヤンネル9の分布と表面11が、図2に明確に示されている。
【0048】
この図面は、特に、チヤンネル9の端部が縁13により封止されていることを示している。縁13は、中央領域7との境界を定める。
【0049】
チヤンネル9は、直交したネットワークを形成している。
【0050】
例えば、このネットワークのピッチは、幅が10μmのチヤンネル9に対し、100μmである。
【0051】
図3から図5までの図面により、本発明の1つの特徴に従う基板の製造の種々の段階を容易に理解することができる。
【0052】
図3に対応する第1段階では、第1基板を構成する構造体1の上に、化学的にエッチング可能な膜3が作成される。例えば、厚さが10μmの酸化シリコンの膜が沈着により作成される。この沈着は、化学的蒸気相沈着により実行することができる。
【0053】
次に、膜3の中央領域7にエッチングが行われて、チヤンネル9が作成される。このエッチングは、適切なマスクを通しての乾式エッチングまたは湿式エッチングのいずれかにより、またはレーザ・ビーム処理と化学的処理とを組み合わせたよく知られた技術により、行うことができる。
【0054】
次の段階は、膜3の表面11の上に、分離可能な構造体のような第2構造体17を取り付ける段階である。例えばこのことは、ほぼ平坦な表面19を有する単結晶シリコンのブロックに関係する。気体の微小な泡の膜21が、構造体17の中に注入されることにより前もって作成される。
【0055】
表面19にほぼ平行である膜21は分離面を構成し、そして構造体17の中で、後で薄膜となる表層部分23との境界を定める。
【0056】
膜3の上に構造体17を、その表層部分23を通して、一体化する操作が行われる。この一体化は、例えば原子間結合により行われる。このようにして、図5に示された装置が得られる。
【0057】
構造体17を分離する段階により、構造体17から表層部分23を引き離すことができる。引き離された表層部分が、図1に示されたように、本発明の基板の薄膜5になる。この薄膜の厚さは約1マイクロメートルである。
【0058】
これで、この基板に集積部品を作成する用意ができた。
【0059】
この薄膜の中にまたはこの薄膜の上に、従来の技術により部品が作成される。
【0060】
これらの部品を保護するために、窒化シリコンのような材料で作成された保護膜(図示されていない)を備えることができる。
【0061】
集積部品が作成されそして保護が行われた時、支持構造体1から薄膜5を分離することが可能である。
【0062】
図6に示されているように、基板の中央領域7を取り囲んでいる縁13が少なくとも除去される。したがって、チヤンネル9が外側に向かって開放される。
【0063】
この実施例では、縁13を除去するために、まず、薄膜にエッチングが行われる。このエッチングは、基板の周囲の上で、および集積部品の存在していない領域の中で、乾式法により行うことができる。したがって、このエッチングは部品に影響を与えることはない。
【0064】
次に、膜5の被覆されていない領域において中間膜にエッチングが行われ、それにより縁の少なくとも一部分が除去され、そしてチヤンネルが開放される。
【0065】
このエッチングの後、基板が化学的処理液に中に浸され、それによりチヤンネル9を通して膜3の体積部分にエッチングが行われる。膜3が酸化シリコンで作成されているいまの場合には、フッ化水素酸(FH)の処理液が用いられる。
【0066】
化学的エッチングの速度は、処理液の温度により、およびこの処理液の可能な撹拌運動により、制御することができる。
【0067】
このエッチングの期間中、集積部品は窒化シリコンの膜(図示されていない)により保護される。
【0068】
膜3にエッチングが行われるとすぐに、この膜に平行な面に沿って少なくとも全体が、構造体1から薄膜5それ自身が引き離される。
【0069】
このように本発明により、集積部品の作成のために十分に堅牢な基板が得られる。この十分に堅牢な基板により、部品に損傷を与えることなく、薄膜を得ることを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に従う円柱形基板のチヤンネルのA−Aに沿っての横断面図。
【図2】中間膜の表面に沿っての基板のB−Bにおける横断面図。
【図3】本発明の基板を作成するための方法の最初の段階を示したA−Aに沿っての横断面図。
【図4】本発明の基板を作成するための方法の次の段階を示したA−Aに沿っての横断面図。
【図5】本発明の基板を作成するための方法のさらに次の段階を示したA−Aに沿っての横断面図。
【図6】本発明に従いそして表層膜を分離して作成された、基板のA−Aに沿っての横断面図。
【符号の説明】
1 支持構造体
3 中間膜
5 薄膜
9 チヤンネル
Claims (5)
- (イ) 支持構造体の上に、前記支持構造体と接する面と反対側に平坦な表面を有する中間膜を、化学的エッチングが可能である材料で作成する段階と、
(ロ) 前記中間膜を前記平坦な表面側からエッチングして前記中間膜を前記平坦な表面に沿って横断する少なくとも1つの化学的エッチング用チヤンネルを作成する段階であって、前記チヤンネルの両端部はエッチングされずに残された前記中間膜の縁で閉じられるように前記化学的エッチング用チヤンネルを作成する段階と、
(ハ) 前記中間膜の前記平坦な表面の上に、集積部品の作成のために半導体材料の薄膜を形成する段階と、
(ニ) 前記薄膜の上に前記集積部品を作成する段階と、
(ホ) 前記化学的エッチング用チヤンネルの両端部の少なくとも一方の前記中間膜の縁を除去して外向きに開放した開口部を作成する段階と、
(ヘ) 前記薄膜を前記支持構造体から引き離すために、前記開口部から前記チヤンネルを通しての化学的エッチングにより前記中間膜を除去する段階と、
を順次に有する、半導体材料で作成された前記薄膜の上に集積部品を製造する方法。 - 請求項1記載の方法において、前記段階(ハ)において、前記中間膜の前記平坦な表面の上に分離面に沿って分離可能な構造体を形成し、前記構造体を前記分離面に沿って分離して、前記構造体の前記中間膜の前記平坦な表面と接触している側を前記薄膜として残す、前記方法。
- 請求項2記載の方法において、前記分離可能な構造体を取り付ける前に、前記構造体の中に前記薄膜との境界を定める前記分離面を得るために微小な気泡の膜が前記構造体の中に注入され、かつ前記分離可能な構造体を取り付けた後に、前記分離面に沿って前記構造体を分離するために熱処理が行われる、前記方法。
- 請求項1記載の方法において、前記段階(へ)において、前記開口部から前記チヤンネルを通してエッチング用化学物質を前記中間膜の中で循環させて前記中間膜を除去する、前記方法。
- 請求項1記載の方法において、前記集積部品が載置されていない前記薄膜の部分に対応する前記中間膜の縁に、前記チヤンネルの前記開口部が設けられている、前記方法。
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