JP3991419B2 - 微小装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板のごとき基板材料の上に形成した機構的な微小装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＳＯＩ基板（厚いポリシリコン基板でも可）を用いた微小装置の製造方法の例を、図８に従って簡単に説明する。同図中（Ａ）〜（Ｄ）は基板の断面図、（Ｅ）は基板の主面の平面図である。
（Ａ）支持基板１００と埋め込み絶縁膜１０１とＳＯＩ層１０２とからなるＳＯＩ基板９０２を用い、主面のＳＯＩ層１０２の一部に高濃度不純物拡散層９００を、不純物拡散あるいはイオン注入の手法により形成する。なお、埋め込み絶縁膜１０１は、張合わせＳＯＩ基板の場合には熱酸化膜である。
【０００３】
（Ｂ）上記構造体の主面にクロム膜と金膜を順次、蒸着の手法により形成し、フォトならびにドライエッチングの手法によってパターニングすることにより、ＰＡＤ９０３を形成する。なお、クロム膜は金膜の密着性を向上させるために設けた膜である。
【０００４】
（Ｃ）上記構造体の主面に酸化膜を常圧ＣＶＤの手法により形成し、フォトならびにドライエッチングの手法によってパターニングすることにより、次の工程（Ｄ）のエッチングマスクとなる酸化膜マスク９０５を形成する。
（Ｄ）上記構造体のＳＯＩ層１０２を貫通し、埋め込み絶縁膜１０１に達する垂直の開口部１０３を、上記酸化膜マスク９０５をエッチングマスクとして、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）の手法により形成する。
（Ｅ）上記（Ａ）〜（Ｄ）の工程で形成した構造体の主面の平面図である。この（Ｅ）のａ−ａ断面図が上記（Ｄ）に相当する。なお、開口部のうち１０４はエッチングホールである。
【０００５】
次に、上記構造体を、バッファードフッ酸等のフッ酸を含むエッチング液に長時間浸漬し、開口部１０３からエッチング液を侵入させ、埋め込み絶縁膜１０１を部分的に犠牲エッチングして除去し、自立構造を有する微小装置を得る。なお、トレンチエッチングのための酸化膜マスク９０５は埋め込み絶縁膜の犠牲エッチング時に同時に溶解し、除去される。
【０００６】
犠牲エッチング後の構造について、図９に従って説明する。同図（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のｂ−ｂ断面図、（Ｃ）は（Ａ）のｃ−ｃ断面図、（Ｄ）は（Ａ）のｄ−ｄ断面図である。
大きな面積を有する部位の直下の埋め込み絶縁膜は犠牲エッチング後も残存し、固定部１２０ならびに１２１、あるいはフレーム部１２２となる。１１３は両端が固定部１２０ならびに１２１に接続された細い部位であり、両持ち梁となる。１１５は片方の端が固定部１２０に接続された細い部位であり、片持ち梁となる。また、１１４の部分は可動し得る重りであり、内部のエッチングホール１０４からエッチングされて直下の埋め込み絶縁膜が全て除去され、梁１１６を介して固定部１２０に接続されている。
【０００７】
上記のように、微小装置は、両持ち梁１１３、重り１１４、片持ち梁１１５、固定部１２０、１２１を主たる構成要素として、これらの組み合わせによって設計される。このような微小装置の応用例としては、例えば、重り１１４と支持基板１００との間の静電容量の変化を測定することによって、基板の垂直方向の加速度を検出する、いわゆる加速度センサが実現される。
【０００８】
同様の製造方法について、例えば文献（Yoshinori Matsumoto、Moritaka Iwakiri、Hidekazu Tanaka、“A Capacitive Accelerometer Using SDB-SOI Structure”、The 8th International Conference on Solid-State Sensors and Actuators, and Eurosensors IX. Stockholm Sweden, June 25-29, 1995, pp550-553）にも記載されている。
【０００９】
以上、説明してきたように、従来の微小装置の製造方法にあっては、ＳＯＩ基板の埋め込み絶縁膜に達する垂直の開口部をＲＩＥによって形成する（例えば図８の工程Ｄ）が、このＲＩＥのエッチング特性、すなわち、マスク材料とシリコンとのエッチングの選択比、トレンチの断面形状などは、マスタパターンに大きく依存するために、製造する品種ごと、およびパターンの改良ごとに条件出しが必要であり、しかもエッチングのパラメータは多岐に渡るため、多数枚の条件出しのために、多数のシリコン基板が必要となる。なお、通常のエッチング液によるエッチングでは垂直の開口部の形成が困難であり、正確な形状寸法の微小装置が形成出来ない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、標準的なシリコン基板とＳＯＩ基板のような多層構造基板とでは、エッチング特性が異なり、シリコン基板を用いて行った条件出しの最適条件を使用しても、ＳＯＩ基板のような多層構造基板では最適なエッチングを行なうことが困難である、という問題があった。特にＳＯＩ層の厚さが厚くなるほどトレンチの断面形状の差異が大きくなるが、このことは特に櫛歯電極間の静電容量を設計通りに製造できなくなったり、あるいは梁のばね特性、すなわち微小構造体の振動特性を設計通りに製造できない、等の問題があった。
また、ＳＯＩ基板自体を用いてエッチングの条件出しを行なうことも考えられるが、ＳＯＩ基板の価格がシリコン基板の価格の１０倍程度、構造によっては２０倍近くもするため、この方法ではプロセスのコストが大幅に増加する、という問題が生じる。
【００１１】
本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであり、ＳＯＩ基板のような多層構造基板のエッチング特性とシリコン基板のエッチング特性とを間の差異をなくし、シリコン基板を用いて成されたエッチングパラメータの最適化条件を用いて多層構造基板の最適なエッチングを実現する微小装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らの考察および実験によれば、ＳＯＩ基板のような中間に絶縁膜を有する多層構造膜においては、構造膜（ＳＯＩ層）が支持基板から絶縁膜によって電気的に絶縁されているため、ＲＩＥのように電荷を帯びた気体化学種を用いたエッチングでは、構造膜がエッチング中に帯電し、エッチングされている部位の電位が変化してしまうことが、最も大きな原因であることを発見した。本発明は上記の発見に基づいてなされたものであり、基本的には、少なくとも電荷を帯びた気体化学種を用いたエッチング中には、構造膜と支持基板とを電気的に接続する部位を上記多層構造基板の外部に設けられたエッチング用治具に形成したことにより、シリコン基板を用いて得たエッチングパラメータの最適化条件を多層構造基板にも良好に適用することが出来るようにしたものである。
【００１３】
まず、請求項１に記載の発明においては、少なくとも支持基板と絶縁膜と構造膜とが積層された多層構造基板を用い、上記構造膜を貫通して上記絶縁膜に達する開口部を、電荷を帯びた気体化学種を用いた第１のエッチングで形成する工程と、上記開口部からの第２のエッチングによって上記絶縁膜の少なくとも一部をエッチング除去する工程と、を備え、少なくとも上記第１のエッチング時には上記構造膜と上記支持基板とを電気的に接続する部位を上記多層構造基板の外部に設けられたエッチング用治具に形成するように構成している。上記の電荷を帯びた気体化学種を用いた第１のエッチングとは、例えばＲＩＥのごときエッチングである。なお、上記の構成は、例えば後記第１、第２、第３の実施の形態および発明の詳細な説明の末尾で説明した事項に相当する。
【００１４】
上記のように構成したことにより、構造膜と支持基板とが電気的に接続されているため、電荷を帯びた気体化学種を用いた第１のエッチング中に構造膜が帯電することがなく、したがって通常のシリコン基板と同様にエッチングが行なわれる。そのためＳＯＩ基板のような多層構造基板のエッチング特性とシリコン基板のエッチング特性とを間の差異をなくすことができ、シリコン基板を用いて成されたエッチングパラメータの最適化条件を用いて多層構造基板の最適なエッチングを行なうことが出来る。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、構造膜と支持基板とを電気的に接続し、構造膜の帯電をなくしたことにより、ＳＯＩ基板のような多層構造基板のエッチング特性とシリコン基板のエッチング特性とを間の差異をなくすことができ、シリコン基板を用いて成されたエッチングパラメータの最適化条件を用いて多層構造基板の最適なエッチングを行なうことが可能となった。そのため設計通りの微小装置を、プロセスコストの上昇なしに製造することができる、という効果が得られる。
【００２２】
また、構造膜と支持基板とを電気的に接続する部位を、ダイシングラインやウエハ外周部という微小装置を形成しない領域に設ければ、チップ面積の増大もなく、コストの上昇を抑えることが出来る、という効果も得られる。
【００２３】
また、埋め込み絶縁膜は、熱抵抗が大きい（２００倍程度）ので、エッチング中に基板温度も上昇するが、本発明で設けた接続部位は熱伝導もよいので、温度上昇が避けられる、という利点もある。
また、請求項６においては、上記の効果に加えて、支持基板の電極取り出しを、多層構造基板の主面側から行うことができるので、基板裏面の電極が不要になり、実装も容易となる、という効果が得られる。
【００２４】
また、上記の効果に加えて、標準的かつ単純な構造の多層構造基板（例えば通常のＳＯＩ基板）を使用することができ、埋め込まれた構造とのパターンの位置合わせもないため、微小装置製造の全体の製造プロセスが容易になる、という効果が得られる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態について、まず図１に従って説明する。図１（Ａ）〜（Ｆ）は断面図である。同図中の一点鎖線（図形の両端部に表示）は、ダイシングラインの中心を意味しており、同図のパターンがウエハ内に繰り返し形成される。
（Ａ）第１のシリコン基板４００の主面に酸化膜４０１を、熱酸化等の手法により厚さ２μｍ形成し、フォトならびにドライエッチングの手法によって上記熱酸化膜４０１をパターニングすることにより、開口部４０６を設ける。
【００２６】
（Ｂ）上記構造体の主面に、ポリシリコン膜４０２を、ＬＰ−ＣＶＤならびに常圧ＣＶＤの手法により厚さ１０μｍ成膜し、上記ポリシリコン膜４０２の表面を研削ならびに研磨の手法により平坦な鏡面とする。また、ポリシリコン膜４０２の成膜の際に、不純物ガスを同時に流し、ポリシリコン膜４０２に不純物を導入する。或いはポリシリコン膜４０２を成膜した後に、不純物拡散やイオン注入の手法により不純物を導入してもよい。
【００２７】
（Ｃ）上記構造体の主面の上記ポリシリコン膜４０２と、第２のシリコン基板４０３の主面とを重ね合わせ、酸素雰囲気中にて１１００℃、１時間の熱処理を施して接合する。なお、（Ｃ）では（Ｂ）の構造体を上下逆にしている。その後、第１のシリコン基板４００を研削ならびに研磨することにより、第１のシリコン基板４００を厚さ２０μｍのＳＯＩ層４０４とする。第２のシリコン基板４０３はＳＯＩ基板のいわゆる支持基板であり、熱酸化膜４０１はＳＯＩ基板のいわゆる埋め込み絶縁膜となる。
【００２８】
なお、酸素雰囲気中での上記熱処理により、第２のシリコン基板の裏面に熱酸化膜が形成されるので、それをフッ酸を含むエッチング液により除去する。
【００２９】
以上の工程（Ａ）〜（Ｃ）により、張合わせＳＯＩ基板が形成される。この張合わせＳＯＩ基板においては、酸化膜４０１の開口部４０６に充填されたポリシリコン膜４０７によって、ＳＯＩ層４０４は、支持基板である第２のシリコン基板４０３に電気的に接続されている。
【００３０】
（Ｄ）上記構造体の主面のＳＯＩ層４０４の一部に高濃度不純物拡散層４０８を、不純物拡散あるいはイオン注入の手法により形成する。
（Ｅ）上記構造体の主面にクロム膜と金膜を蒸着の手法により形成し、フォトならびにドライエッチングの手法によってパターニングすることにより、ＰＡＤ４０９を形成する。
【００３１】
（Ｆ）上記構造体の主面に酸化膜を常圧ＣＶＤの手法により形成し、フォトならびにドライエッチングの手法によりパターニングすることにより、下記のエッチング工程のエッチングマスクとなる酸化膜マスク４１０を形成する。
【００３２】
引き続き図２に従って説明する。同図中（Ａ）は断面図、（Ｂ）は平面図である。
（Ａ）上記構造体のＳＯＩ膜４０４を貫通し、埋め込み絶縁膜である酸化膜４０１に達する垂直の開口部４１１を、上記酸化膜マスク４１０をエッチングマスクとして、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）の手法により形成する（第１のエッチング）。ＳＯＩ層４０４は、酸化膜４０１の開口部４０６に充填されたポリシリコン膜４０７によって、支持基板である第２のシリコン基板４０３に電気的に接続されているため、エッチング工程中に帯電することがない。従って、シリコン基板を用いて条件出しを行った最適エッチング条件にて、ＳＯＩ基板の最適エッチングが実現される。
【００３３】
なお、エッチングによる開口部が埋め込み絶縁膜に達すると、パターンによっては、支持基板から電気的に絶縁されてしまう部位も出てくるが、ＳＯＩ層のエッチング反応が終了した後での帯電のため、開口部の断面形状などのエッチング特性に影響を与えるものではない。
（Ｂ）上記構造体の主面の平面図である。ａ−ａ断面が上記（Ａ）に相当する。開口部のうち４１２はエッチングホールである。
【００３４】
次に、上記構造体を、バッファードフッ酸等のフッ酸を含むエッチング液に長時間浸漬し、開口部４１１からエッチング液を侵入させ、埋め込み絶縁膜４０２を部分的に犠牲エッチング（第２のエッチング）して除去し、自立構造を有する微小装置を得る。なお、トレンチエッチングのための酸化膜マスク４１０は埋め込み絶縁膜の犠牲エッチング時に同時に溶解し、除去される。
【００３５】
次に、犠牲エッチング後ならびにダイシング後の構造について、図３に従って説明する。同図（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のｂ−ｂ断面図、（Ｃ）は（Ａ）のｃ−ｃ断面図、（Ｄ）は（Ａ）のｄ−ｄ断面図である。
大きな面積を有する部位の直下の埋め込み絶縁膜は犠牲エッチング後も残存し、固定部４２０ならびに４２１、あるいはフレーム部４２２となる。４２３は両端が固定部４２０ならびに４２１に接続された細い部位であり、両持ち梁となる。４２４は片方の端が固定部４２０に接続された細い部位であり、片持ち梁となる。４２５の部分は可動し得る重りであり、内部のエッチングホール４１２からエッチングされて直下の埋め込み絶縁膜が全て除去され、梁４２６を介して固定部４２０に接続されている。
【００３６】
また、酸化膜４０１の開口部４０６に充填されたポリシリコン膜４０７は、ダイシングの際に削り代として除去される。従ってＳＯＩ層４０４と支持基板である第２のシリコン基板４０３との電気的接続は解除される。
【００３７】
なお、本実施の形態においては、ＳＯＩ層を支持基板に電気的に接続する部位としてポリシリコン層を用い、それをＳＯＩ基板内部にダイシングラインにそって設けたため、ＳＯＩ層は支持基板に熱伝導的にも接続される。そのためエッチング中のＳＯＩ層の温度上昇を押さえる効果もあり、標準的なシリコン基板でのエッチング特性がそのまま本実施の形態のＳＯＩ基板においても再現されることに寄与している。
【００３８】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態について、図４に従って説明する。図４において、（Ａ）〜（Ｆ）は断面図である。同図中の一点鎖線（図形の端部に表示）は、ダイシングラインの中心を意味しており、同図のパターンがウエハ内に繰り返し形成される。本実施の形態は、上記第１の実施の形態と使用するパターンが異なっているのみで、製造工程は第１の実施の形態と同様である。
【００３９】
（Ａ）第１のシリコン基板５００の主面に酸化膜５０１を、熱酸化等の手法により厚さ２μｍ形成し、フォトならびにドライエッチングの手法によって上記熱酸化膜５０１をパターニングすることにより、開口部５０６を形成する。
【００４０】
（Ｂ）上記構造体の主面に、ポリシリコン膜５０２を、ＬＰ−ＣＶＤならびに常圧ＣＶＤの手法により厚さ１０μｍ成膜し、上記ポリシリコン膜５０２の表面を研削ならびに研磨の手法により平坦な鏡面とする。このポリシリコン膜５０２の成膜の際に、不純物ガスを同時に流し、ポリシリコン膜５０２に不純物を導入する。或いはポリシリコン膜５０２を成膜した後に、不純物拡散やイオン注入の手法により不純物を導入してもよい。
【００４１】
（Ｃ）上記構造体の主面の上記ポリシリコン膜５０２と、第２のシリコン基板５０３の主面とを重ね合わせ、酸素雰囲気中にて１１００℃、１時間の熱処理を施して接合する。その後、第１のシリコン基板５００を研削ならびに研磨し、第１のシリコン基板５００を厚さ２０μｍのＳＯＩ層５０４とする。第２のシリコン基板５０３はＳＯＩ基板のいわゆる支持基板であり、熱酸化膜５０１はＳＯＩ基板のいわゆる埋め込み絶縁膜である。なお、酸素雰囲気中での上記熱処理により、第２のシリコン基板の裏面に熱酸化膜が形成されるので、フッ酸を含むエッチング液により除去する。
【００４２】
以上の工程（Ａ）〜（Ｃ）により、張合わせＳＯＩ基板が形成される。この張合わせＳＯＩ基板においては、酸化膜５０１の開口部６０６に充填されたポリシリコン膜５０７によって、ＳＯＩ層５０４は、支持基板である第２のシリコン基板５０３に電気的に接続されている。
【００４３】
（Ｄ）上記構造体の主面のＳＯＩ層５０４の一部に高濃度不純物拡散層５０８を、不純物拡散あるいはイオン注入の手法により形成する。
【００４４】
（Ｅ）上記構造体の主面にクロム膜と金膜を順次、蒸着の手法により形成し、フォトならびにドライエッチングの手法によってパターニングすることにより、ＰＡＤ５０９ならびにＰＡＤ５３０を形成する。
【００４５】
（Ｆ）上記構造体の主面に酸化膜を常圧ＣＶＤの手法により形成し、フォトならびにドライエッチングの手法によりパターニングすることにより、下記のエッチング工程のエッチングマスクとなる酸化膜マスク５１０を形成する。
【００４６】
引き続き図５に従って説明する。同図中（Ａ）は断面図、（Ｂ）は平面図である。
（Ａ）上記構造体のＳＯＩ層５０４を貫通し、埋め込み絶縁膜である酸化膜５０１に達する垂直の開口部５１１を、上記酸化膜マスク５１０をエッチングマスクとして、ＲＩＥの手法により形成する。ＳＯＩ層５０４は、酸化膜５０１の開口部５０６に充填されたポリシリコン膜５０７によって、支持基板である第２のシリコン基板５０３に電気的に接続されているため、エッチング工程中に帯電することがない。従って、シリコン基板を用いて条件出しを行った最適エッチング条件にて、ＳＯＩ基板の最適エッチングが実現される。
【００４７】
なお、エッチングによる開口部が埋め込み絶縁膜５０１に達すると、パターンによっては、支持基板から電気的に絶縁されてしまう部位も出てくるが、ＳＯＩ層のエッチング反応が終了した後での帯電のため、開口部の断面形状などのエッチング特性に影響を与えるものではない。
（Ｂ）上記構造体の主面の平面図である。ａ−ａ断面が上記（Ａ）に相当する。開口部のうち５１２はエッチングホールである。
【００４８】
次に、上記構造体を、バッファードフッ酸等のフッ酸を含むエッチング液に長時間浸漬し、開口部５１１よりエッチング液を侵入させ、埋め込み絶縁膜５０１を部分的に犠牲エッチングして除去し、自立構造を有する微小装置を得る。なお、トレンチエッチングのための酸化膜マスク５１０は埋め込み絶縁膜の犠牲エッチング時に同時に溶解し、除去される。
【００４９】
犠牲エッチング後ならびにダイシング後の構造について、図６に従って説明する。同図（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のｂ−ｂ断面図、（Ｃ）は（Ａ）のｃ−ｃ断面図、（Ｄ）は（Ａ）のｄ−ｄ断面図である。
大きな面積を有する部位の直下の埋め込み絶縁膜は犠牲エッチング後も残存し、固定部５２０ならびに５２１、あるいはフレーム部５２２となる。５２３は両端が固定部５２０ならびに５２１に接続された細い部位であり、両持ち梁となる。５２４は片方の端が固定部５２０に接続された細い部位であり、片持ち梁となる。５２５の部分は可動し得る重りであり、内部のエッチングホール５１１からエッチングされて直下の埋め込み絶縁膜が全て除去され、梁５２６を介して固定部５２０に接続されている。
【００５０】
酸化膜５０１の開口部５０６に充填されたポリシリコン膜５０７のうち、ダイシングラインに相当する部分は、ダイシングの際に削り代として除去される。従ってＳＯＩ層５０４と支持基板である第２のシリコン基板５０３との電気的接続のうち、ダイシングラインに設けた部分は解除される。
【００５１】
一方、ＰＡＤ５３０の形成された領域の酸化膜５０１の開口部に充填されたポリシリコン膜５０７’は除去されずに残っており、ＰＡＤ５３０は第２のシリコン基板５０３に電気的に接続されている。そのためＰＡＤ５３０は支持基板である第２のシリコン基板５０３の電極取り出しのためのＰＡＤとなる。そしてＰＡＤ５０９は、重り５２５の電極取り出しＰＡＤであるから、ＰＡＤ５０９とＰＡＤ５３０との間における静電容量の変化を測定すれば、基板の垂直方向に印加された加速度を検出する加速度センサが実現される。このとき、支持基板の裏面に裏面電極を形成するなどの、基板裏面からの電極取り出しは不要である。
【００５２】
なお、本実施の形態においても前記第１の実施の形態と同様に、ＳＯＩ層を支持基板に電気的に接続する部位をポリシリコンにより、ＳＯＩ基板内部にダイシングラインならびに支持基板の電極取り出し部に設けたため、ＳＯＩ層は支持基板に熱伝導的にも接続され、エッチング中のＳＯＩ層の温度上昇を押さえる効果もある。従って標準的なシリコン基板でのエッチング特性がそのまま本実施の形態のＳＯＩ基板においても再現されることに寄与している。
【００５３】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態について説明する。第１の実施の形態ならびに第２の実施の形態では、ＳＯＩ層を支持基板に電気的に接続する部位を、ＳＯＩ基板を形成する工程の中で、ＳＯＩ基板の内部に埋め込んで形成した。しかし、本実施の形態においては、ＳＯＩ層が支持基板から電気的に分離されている通常のＳＯＩ基板を使用し、ＳＯＩ層を支持基板に電気的に接続する部位を、ＳＯＩ基板を形成する工程の後に形成する例を示す。
【００５４】
以下、図７に従って説明する。同図（Ａ）〜（Ｄ）は、断面図である。なお、ＳＯＩ基板を形成する工程は省略したが、支持基板と埋め込み絶縁膜とＳＯＩ層とが積層された通常のＳＯＩ基板を用いることが出来る。
（Ａ）ＳＯＩ基板６００は、その外周部のＳＯＩ層と埋め込み絶縁膜６０３が一部面取りされ、支持基板６０４が露出している。このＳＯＩ基板６００の主面のＳＯＩ層６０１の一部に高濃度不純物拡散層６０２を、ウエハ外周部の領域６０５（破線で示したダイシングラインで削除される部分の外側の部分）の部分におけるＳＯＩ層（６０１）に高濃度不純物拡散層６０６を、ウエハ外周部の面取りされた領域６０５の部分の露出している支持基板６０４に高濃度不純物拡散層６１１を、それぞれ不純物拡散あるいはイオン注入の手法により形成する。６０９の部分は微小装置を形成する領域であり、ウエハ面内に繰り返し形成される。また、一点鎖線はダイシングラインを意味する。
【００５５】
（Ｂ）上記構造体の主面にクロム膜と金膜を順次、蒸着の手法により形成し、フォトならびにドライエッチングの手法によってパターニングすることにより、高濃度不純物拡散層６０２の上部にＰＡＤ６０７を形成し、かつウエハ外周部の面取りされた領域６０５における高濃度不純物拡散層６０６と６１１とを接続する配線６０８を形成する。この配線６０８により、ＳＯＩ層６０１は支持基板６０４と電気的に接続される。なお、クロム膜は、他の実施の形態と同様に金膜の密着性を向上させるための膜である。
【００５６】
（Ｃ）上記構造体の主面に酸化膜を常圧ＣＶＤの手法により形成し、フォトならびにドライエッチングの手法によってパターニングすることにより、下記工程（Ｄ）のエッチングマスクとなる酸化膜マスク６１２を形成する。
【００５７】
（Ｄ）上記構造体のＳＯＩ層６０１を貫通し、埋め込み絶縁膜６０３に達する垂直の開口部６１３を、上記酸化膜マスク６１２をエッチングマスクとして、ＲＩＥの手法により形成する。ＳＯＩ層６０１は、ウエハ外周部の面取りされた領域６０５に設けられた配線６０８によって、支持基板６０４に電気的に接続されているため、エッチング工程中に帯電することがない。従って、シリコン基板を用いて条件出しを行った最適エッチング条件にて、ＳＯＩ基板の最適エッチングが実現される。
【００５８】
なお、エッチングによる開口部が埋め込み絶縁膜に達すると、パターンによっては、支持基板から電気的に絶縁されてしまう部位も出てくるが、ＳＯＩ層のエッチング反応が終了した後での帯電のため、開口部の断面形状などのエッチング特性に影響を与えるものではない。
【００５９】
次に、第１および第２の実施の形態と同様に、上記構造体を、バッファードフッ酸等のフッ酸を含むエッチング液に長時間浸漬し、開口部６１３からエッチング液を侵入させ、埋め込み絶縁膜６０３を部分的に犠牲エッチングして除去し、自立構造を有する微小装置を得る。
【００６０】
その後、図の破線で示した部分をダイシングで切断する。これによりウエハ外周部の面取りされた領域６０５に設けられた配線６０８は、ダイシングによって各チップから分離され、ＳＯＩ層６０１と支持基板６０４との電気的接続が解除される。
形成された微小装置の構造は前記第１の実施の形態と同様である。
【００６１】
以上、第１〜第３の実施の形態の説明においては、具体的な例を用いて説明してきたが、膜厚や成膜手法など、これらの数値や文言、あるいは図に限定される訳ではない。以下、その例を説明する。
まず、第１〜第３の実施の形態において、ＳＯＩ層がシリコンからなるＳＯＩ基板を例に説明してきたが、これに限定される訳ではなく、ＳＯＩ層は他の半導体材料、場合によっては金属材料であっても良い。
【００６２】
また、支持基板がシリコンからなるＳＯＩ基板を例に説明してきたが、これに限定される訳ではなく、支持基板は他の半導体材料、場合によっては金属材料であっても良い。また、単一の構造材に限らず、半導体材料、金属材料あるいは絶縁材料からなる複合材であっても良い。
【００６３】
また、ＳＯＩ基板を形成する場合に、ポリシリコン膜とシリコン基板との接合を例に説明してきたが、これに限定される訳ではなく、導電性の材料を成膜し、導電性の部位を有する支持基板に接合しても良い。
【００６４】
また、犠牲層として熱酸化膜を例に説明してきたが、これに限定される訳ではなく、他の犠牲層材料、例えばイオン注入によって形成された埋め込み酸化膜、あるいはボロンガラス、ボロン燐ガラスであっても良い。
【００６５】
また、電荷を帯びた気体化学種を用いた第１のエッチング方法としてはＲＩＥを例に説明してきたが、これに限定される訳ではなく、イオンをＳＯＩ基板に衝突させてエッチングするエッチング方法であれば、工程中の帯電によるエッチング特性の変動を抑えることについて本発明は有効である。あるいは、エッチング工程に限らず、イオンをＳＯＩ基板に衝突させる、イオン注入やイオンプレーティング、あるいはクラスターイオンビーム蒸着などの注入や成膜工程であっても、工程中の帯電による特性の変動を抑えることついて本発明は有効である。
【００６６】
また、第３の実施の形態において、支持基板が導電性の支持材として機能しない場合、例えばガラス基板を支持基板として用いたＳＯＩ基板の場合には、ウエハ外周部に設けた配線を、ＳＯＩ基板の裏面にまで形成すれば良い。
【００６７】
また、第３の実施の形態において、ＳＯＩ層と支持基板とを電気的に接続する配線をＳＯＩ基板上に設ける例を説明したが、ＲＩＥ装置上の制約、例えば搬送やエッチングチャンバーへのマウントが許されるならば、ＳＯＩ基板に導電性の治具を取り付け、この治具によってＲＩＥ工程の時のみＳＯＩ層と支持基板とを電気的に接続するように構成しても良い。
【００６８】
また、各実施の形態においては、構造膜上に形成される電子部品としてＰＡＤ（例えば図１の４０９）を例示したが、トランジスタ等の他の電子部品を形成した場合でも同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における製造工程の一部を示す断面図。
【図２】本発明の第１の実施の形態における製造工程の他の一部を示す断面図および平面図。
【図３】本発明の第１の実施の形態における製造工程で形成された微小装置の構造を示す断面図および平面図。
【図４】本発明の第２の実施の形態における製造工程の一部を示す断面図。
【図５】本発明の第２の実施の形態における製造工程の他の一部を示す断面図および平面図。
【図６】本発明の第２の実施の形態における製造工程で形成された微小装置の構造を示す断面図および平面図。
【図７】本発明の第３の実施の形態における製造工程の一部を示す断面図。
【図８】従来例における製造工程の一部を示す断面図および平面図。
【図９】従来例における製造工程の他の一部を示す断面図および平面図。
【符号の説明】
１００…支持基板 １０１…埋め込み絶縁膜
１０２…ＳＯＩ層 １０３…開口部
１０４…エッチングホール １１３…両持ち梁
１１４…重り １１５…片持ち梁
１１６…梁 １２０、１２１…固定部
１２２…フレーム部 ９００…高濃度不純物拡散層
９０２…ＳＯＩ基板 ９０３…ＰＡＤ
９０５…酸化膜マスク ４００…第１のシリコン基板
４０１…酸化膜 ４０６…開口部
４０２…ポリシリコン膜 ４０３…第２のシリコン基板
４０４…ＳＯＩ層
４０７…開口部４０６に充填されたポリシリコン膜
４０８…高濃度不純物拡散層 ４０９…ＰＡＤ
４１０…酸化膜マスク ４１１…開口部
４１２…エッチングホール ４２０、４２１…固定部
４２２…フレーム部 ４２３…両持ち梁
４２４…片持ち梁 ４２５…重り
４２６…梁 ５００…第１のシリコン基板
５０１…埋め込み絶縁膜 ５０２…ポリシリコン膜
５０３…第２のシリコン基板 ５０４…ＳＯＩ層
５０６、５０６’…開口部
５０７…開口部５０６に充填されたポリシリコン膜
５０７’…開口部５０６’に充填されたポリシリコン膜
５０９…ＰＡＤ ５１０…酸化膜マスク
５１１…開口部 ５１２…エッチングホール
５２０、５２１…固定部 ５２２…フレーム部
５２３…両持ち梁 ５２４…片持ち梁
５２５…重り ５２６…梁
５３０…ＰＡＤ ６００…ＳＯＩ基板
６０１…ＳＯＩ層 ６０２…高濃度不純物拡散層
６０３…埋め込み絶縁膜 ６０４…支持基板
６０５…ウエハ外周部の領域 ６０６…高濃度不純物拡散層
６０７…ＰＡＤ ６０８…配線
６０９…微小装置を形成する領域 ６１１…高濃度不純物拡散層
６１２…酸化膜マスク ６１３…開口部
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板のごとき基板材料の上に形成した機構的な微小装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＳＯＩ基板（厚いポリシリコン基板でも可）を用いた微小装置の製造方法の例を、図８に従って簡単に説明する。同図中（Ａ）〜（Ｄ）は基板の断面図、（Ｅ）は基板の主面の平面図である。
（Ａ）支持基板１００と埋め込み絶縁膜１０１とＳＯＩ層１０２とからなるＳＯＩ基板９０２を用い、主面のＳＯＩ層１０２の一部に高濃度不純物拡散層９００を、不純物拡散あるいはイオン注入の手法により形成する。なお、埋め込み絶縁膜１０１は、張合わせＳＯＩ基板の場合には熱酸化膜である。
【０００３】
（Ｂ）上記構造体の主面にクロム膜と金膜を順次、蒸着の手法により形成し、フォトならびにドライエッチングの手法によってパターニングすることにより、ＰＡＤ９０３を形成する。なお、クロム膜は金膜の密着性を向上させるために設けた膜である。
【０００４】
（Ｃ）上記構造体の主面に酸化膜を常圧ＣＶＤの手法により形成し、フォトならびにドライエッチングの手法によってパターニングすることにより、次の工程（Ｄ）のエッチングマスクとなる酸化膜マスク９０５を形成する。
（Ｄ）上記構造体のＳＯＩ層１０２を貫通し、埋め込み絶縁膜１０１に達する垂直の開口部１０３を、上記酸化膜マスク９０５をエッチングマスクとして、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）の手法により形成する。
（Ｅ）上記（Ａ）〜（Ｄ）の工程で形成した構造体の主面の平面図である。この（Ｅ）のａ−ａ断面図が上記（Ｄ）に相当する。なお、開口部のうち１０４はエッチングホールである。
【０００５】
次に、上記構造体を、バッファードフッ酸等のフッ酸を含むエッチング液に長時間浸漬し、開口部１０３からエッチング液を侵入させ、埋め込み絶縁膜１０１を部分的に犠牲エッチングして除去し、自立構造を有する微小装置を得る。なお、トレンチエッチングのための酸化膜マスク９０５は埋め込み絶縁膜の犠牲エッチング時に同時に溶解し、除去される。
【０００６】
犠牲エッチング後の構造について、図９に従って説明する。同図（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のｂ−ｂ断面図、（Ｃ）は（Ａ）のｃ−ｃ断面図、（Ｄ）は（Ａ）のｄ−ｄ断面図である。
大きな面積を有する部位の直下の埋め込み絶縁膜は犠牲エッチング後も残存し、固定部１２０ならびに１２１、あるいはフレーム部１２２となる。１１３は両端が固定部１２０ならびに１２１に接続された細い部位であり、両持ち梁となる。１１５は片方の端が固定部１２０に接続された細い部位であり、片持ち梁となる。また、１１４の部分は可動し得る重りであり、内部のエッチングホール１０４からエッチングされて直下の埋め込み絶縁膜が全て除去され、梁１１６を介して固定部１２０に接続されている。
【０００７】
上記のように、微小装置は、両持ち梁１１３、重り１１４、片持ち梁１１５、固定部１２０、１２１を主たる構成要素として、これらの組み合わせによって設計される。このような微小装置の応用例としては、例えば、重り１１４と支持基板１００との間の静電容量の変化を測定することによって、基板の垂直方向の加速度を検出する、いわゆる加速度センサが実現される。
【０００８】
同様の製造方法について、例えば文献（Yoshinori Matsumoto、Moritaka Iwakiri、Hidekazu Tanaka、“A Capacitive Accelerometer Using SDB-SOI Structure”、The 8th International Conference on Solid-State Sensors and Actuators, and Eurosensors IX. Stockholm Sweden, June 25-29, 1995, pp550-553）にも記載されている。
【０００９】
以上、説明してきたように、従来の微小装置の製造方法にあっては、ＳＯＩ基板の埋め込み絶縁膜に達する垂直の開口部をＲＩＥによって形成する（例えば図８の工程Ｄ）が、このＲＩＥのエッチング特性、すなわち、マスク材料とシリコンとのエッチングの選択比、トレンチの断面形状などは、マスタパターンに大きく依存するために、製造する品種ごと、およびパターンの改良ごとに条件出しが必要であり、しかもエッチングのパラメータは多岐に渡るため、多数枚の条件出しのために、多数のシリコン基板が必要となる。なお、通常のエッチング液によるエッチングでは垂直の開口部の形成が困難であり、正確な形状寸法の微小装置が形成出来ない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、標準的なシリコン基板とＳＯＩ基板のような多層構造基板とでは、エッチング特性が異なり、シリコン基板を用いて行った条件出しの最適条件を使用しても、ＳＯＩ基板のような多層構造基板では最適なエッチングを行なうことが困難である、という問題があった。特にＳＯＩ層の厚さが厚くなるほどトレンチの断面形状の差異が大きくなるが、このことは特に櫛歯電極間の静電容量を設計通りに製造できなくなったり、あるいは梁のばね特性、すなわち微小構造体の振動特性を設計通りに製造できない、等の問題があった。
また、ＳＯＩ基板自体を用いてエッチングの条件出しを行なうことも考えられるが、ＳＯＩ基板の価格がシリコン基板の価格の１０倍程度、構造によっては２０倍近くもするため、この方法ではプロセスのコストが大幅に増加する、という問題が生じる。
【００１１】
本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであり、ＳＯＩ基板のような多層構造基板のエッチング特性とシリコン基板のエッチング特性とを間の差異をなくし、シリコン基板を用いて成されたエッチングパラメータの最適化条件を用いて多層構造基板の最適なエッチングを実現する微小装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らの考察および実験によれば、ＳＯＩ基板のような中間に絶縁膜を有する多層構造膜においては、構造膜（ＳＯＩ層）が支持基板から絶縁膜によって電気的に絶縁されているため、ＲＩＥのように電荷を帯びた気体化学種を用いたエッチングでは、構造膜がエッチング中に帯電し、エッチングされている部位の電位が変化してしまうことが、最も大きな原因であることを発見した。本発明は上記の発見に基づいてなされたものであり、基本的には、少なくとも電荷を帯びた気体化学種を用いたエッチング中には、構造膜と支持基板とを電気的に接続する部位を上記多層構造基板の外部に設けられたエッチング用治具に形成したことにより、シリコン基板を用いて得たエッチングパラメータの最適化条件を多層構造基板にも良好に適用することが出来るようにしたものである。
【００１３】
まず、請求項１に記載の発明においては、少なくとも支持基板と絶縁膜と構造膜とが積層された多層構造基板を用い、上記構造膜を貫通して上記絶縁膜に達する開口部を、電荷を帯びた気体化学種を用いた第１のエッチングで形成する工程と、上記開口部からの第２のエッチングによって上記絶縁膜の少なくとも一部をエッチング除去する工程と、を備え、少なくとも上記第１のエッチング時には上記構造膜と上記支持基板とを電気的に接続する部位を上記多層構造基板の外部に設けられたエッチング用治具に形成するように構成している。上記の電荷を帯びた気体化学種を用いた第１のエッチングとは、例えばＲＩＥのごときエッチングである。なお、上記の構成は、例えば後記第１、第２、第３の実施の形態および発明の詳細な説明の末尾で説明した事項に相当する。
【００１４】
上記のように構成したことにより、構造膜と支持基板とが電気的に接続されているため、電荷を帯びた気体化学種を用いた第１のエッチング中に構造膜が帯電することがなく、したがって通常のシリコン基板と同様にエッチングが行なわれる。そのためＳＯＩ基板のような多層構造基板のエッチング特性とシリコン基板のエッチング特性とを間の差異をなくすことができ、シリコン基板を用いて成されたエッチングパラメータの最適化条件を用いて多層構造基板の最適なエッチングを行なうことが出来る。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、構造膜と支持基板とを電気的に接続し、構造膜の帯電をなくしたことにより、ＳＯＩ基板のような多層構造基板のエッチング特性とシリコン基板のエッチング特性とを間の差異をなくすことができ、シリコン基板を用いて成されたエッチングパラメータの最適化条件を用いて多層構造基板の最適なエッチングを行なうことが可能となった。そのため設計通りの微小装置を、プロセスコストの上昇なしに製造することができる、という効果が得られる。
【００２２】
また、構造膜と支持基板とを電気的に接続する部位を、ダイシングラインやウエハ外周部という微小装置を形成しない領域に設ければ、チップ面積の増大もなく、コストの上昇を抑えることが出来る、という効果も得られる。
【００２３】
また、埋め込み絶縁膜は、熱抵抗が大きい（２００倍程度）ので、エッチング中に基板温度も上昇するが、本発明で設けた接続部位は熱伝導もよいので、温度上昇が避けられる、という利点もある。
また、請求項６においては、上記の効果に加えて、支持基板の電極取り出しを、多層構造基板の主面側から行うことができるので、基板裏面の電極が不要になり、実装も容易となる、という効果が得られる。
【００２４】
また、上記の効果に加えて、標準的かつ単純な構造の多層構造基板（例えば通常のＳＯＩ基板）を使用することができ、埋め込まれた構造とのパターンの位置合わせもないため、微小装置製造の全体の製造プロセスが容易になる、という効果が得られる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態について、まず図１に従って説明する。図１（Ａ）〜（Ｆ）は断面図である。同図中の一点鎖線（図形の両端部に表示）は、ダイシングラインの中心を意味しており、同図のパターンがウエハ内に繰り返し形成される。
（Ａ）第１のシリコン基板４００の主面に酸化膜４０１を、熱酸化等の手法により厚さ２μｍ形成し、フォトならびにドライエッチングの手法によって上記熱酸化膜４０１をパターニングすることにより、開口部４０６を設ける。
【００２６】
（Ｂ）上記構造体の主面に、ポリシリコン膜４０２を、ＬＰ−ＣＶＤならびに常圧ＣＶＤの手法により厚さ１０μｍ成膜し、上記ポリシリコン膜４０２の表面を研削ならびに研磨の手法により平坦な鏡面とする。また、ポリシリコン膜４０２の成膜の際に、不純物ガスを同時に流し、ポリシリコン膜４０２に不純物を導入する。或いはポリシリコン膜４０２を成膜した後に、不純物拡散やイオン注入の手法により不純物を導入してもよい。
【００２７】
（Ｃ）上記構造体の主面の上記ポリシリコン膜４０２と、第２のシリコン基板４０３の主面とを重ね合わせ、酸素雰囲気中にて１１００℃、１時間の熱処理を施して接合する。なお、（Ｃ）では（Ｂ）の構造体を上下逆にしている。その後、第１のシリコン基板４００を研削ならびに研磨することにより、第１のシリコン基板４００を厚さ２０μｍのＳＯＩ層４０４とする。第２のシリコン基板４０３はＳＯＩ基板のいわゆる支持基板であり、熱酸化膜４０１はＳＯＩ基板のいわゆる埋め込み絶縁膜となる。
【００２８】
なお、酸素雰囲気中での上記熱処理により、第２のシリコン基板の裏面に熱酸化膜が形成されるので、それをフッ酸を含むエッチング液により除去する。
【００２９】
以上の工程（Ａ）〜（Ｃ）により、張合わせＳＯＩ基板が形成される。この張合わせＳＯＩ基板においては、酸化膜４０１の開口部４０６に充填されたポリシリコン膜４０７によって、ＳＯＩ層４０４は、支持基板である第２のシリコン基板４０３に電気的に接続されている。
【００３０】
（Ｄ）上記構造体の主面のＳＯＩ層４０４の一部に高濃度不純物拡散層４０８を、不純物拡散あるいはイオン注入の手法により形成する。
（Ｅ）上記構造体の主面にクロム膜と金膜を蒸着の手法により形成し、フォトならびにドライエッチングの手法によってパターニングすることにより、ＰＡＤ４０９を形成する。
【００３１】
（Ｆ）上記構造体の主面に酸化膜を常圧ＣＶＤの手法により形成し、フォトならびにドライエッチングの手法によりパターニングすることにより、下記のエッチング工程のエッチングマスクとなる酸化膜マスク４１０を形成する。
【００３２】
引き続き図２に従って説明する。同図中（Ａ）は断面図、（Ｂ）は平面図である。
（Ａ）上記構造体のＳＯＩ膜４０４を貫通し、埋め込み絶縁膜である酸化膜４０１に達する垂直の開口部４１１を、上記酸化膜マスク４１０をエッチングマスクとして、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）の手法により形成する（第１のエッチング）。ＳＯＩ層４０４は、酸化膜４０１の開口部４０６に充填されたポリシリコン膜４０７によって、支持基板である第２のシリコン基板４０３に電気的に接続されているため、エッチング工程中に帯電することがない。従って、シリコン基板を用いて条件出しを行った最適エッチング条件にて、ＳＯＩ基板の最適エッチングが実現される。
【００３３】
なお、エッチングによる開口部が埋め込み絶縁膜に達すると、パターンによっては、支持基板から電気的に絶縁されてしまう部位も出てくるが、ＳＯＩ層のエッチング反応が終了した後での帯電のため、開口部の断面形状などのエッチング特性に影響を与えるものではない。
（Ｂ）上記構造体の主面の平面図である。ａ−ａ断面が上記（Ａ）に相当する。開口部のうち４１２はエッチングホールである。
【００３４】
次に、上記構造体を、バッファードフッ酸等のフッ酸を含むエッチング液に長時間浸漬し、開口部４１１からエッチング液を侵入させ、埋め込み絶縁膜４０２を部分的に犠牲エッチング（第２のエッチング）して除去し、自立構造を有する微小装置を得る。なお、トレンチエッチングのための酸化膜マスク４１０は埋め込み絶縁膜の犠牲エッチング時に同時に溶解し、除去される。
【００３５】
次に、犠牲エッチング後ならびにダイシング後の構造について、図３に従って説明する。同図（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のｂ−ｂ断面図、（Ｃ）は（Ａ）のｃ−ｃ断面図、（Ｄ）は（Ａ）のｄ−ｄ断面図である。
大きな面積を有する部位の直下の埋め込み絶縁膜は犠牲エッチング後も残存し、固定部４２０ならびに４２１、あるいはフレーム部４２２となる。４２３は両端が固定部４２０ならびに４２１に接続された細い部位であり、両持ち梁となる。４２４は片方の端が固定部４２０に接続された細い部位であり、片持ち梁となる。４２５の部分は可動し得る重りであり、内部のエッチングホール４１２からエッチングされて直下の埋め込み絶縁膜が全て除去され、梁４２６を介して固定部４２０に接続されている。
【００３６】
また、酸化膜４０１の開口部４０６に充填されたポリシリコン膜４０７は、ダイシングの際に削り代として除去される。従ってＳＯＩ層４０４と支持基板である第２のシリコン基板４０３との電気的接続は解除される。
【００３７】
なお、本実施の形態においては、ＳＯＩ層を支持基板に電気的に接続する部位としてポリシリコン層を用い、それをＳＯＩ基板内部にダイシングラインにそって設けたため、ＳＯＩ層は支持基板に熱伝導的にも接続される。そのためエッチング中のＳＯＩ層の温度上昇を押さえる効果もあり、標準的なシリコン基板でのエッチング特性がそのまま本実施の形態のＳＯＩ基板においても再現されることに寄与している。
【００３８】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態について、図４に従って説明する。図４において、（Ａ）〜（Ｆ）は断面図である。同図中の一点鎖線（図形の端部に表示）は、ダイシングラインの中心を意味しており、同図のパターンがウエハ内に繰り返し形成される。本実施の形態は、上記第１の実施の形態と使用するパターンが異なっているのみで、製造工程は第１の実施の形態と同様である。
【００３９】
（Ａ）第１のシリコン基板５００の主面に酸化膜５０１を、熱酸化等の手法により厚さ２μｍ形成し、フォトならびにドライエッチングの手法によって上記熱酸化膜５０１をパターニングすることにより、開口部５０６を形成する。
【００４０】
（Ｂ）上記構造体の主面に、ポリシリコン膜５０２を、ＬＰ−ＣＶＤならびに常圧ＣＶＤの手法により厚さ１０μｍ成膜し、上記ポリシリコン膜５０２の表面を研削ならびに研磨の手法により平坦な鏡面とする。このポリシリコン膜５０２の成膜の際に、不純物ガスを同時に流し、ポリシリコン膜５０２に不純物を導入する。或いはポリシリコン膜５０２を成膜した後に、不純物拡散やイオン注入の手法により不純物を導入してもよい。
【００４１】
（Ｃ）上記構造体の主面の上記ポリシリコン膜５０２と、第２のシリコン基板５０３の主面とを重ね合わせ、酸素雰囲気中にて１１００℃、１時間の熱処理を施して接合する。その後、第１のシリコン基板５００を研削ならびに研磨し、第１のシリコン基板５００を厚さ２０μｍのＳＯＩ層５０４とする。第２のシリコン基板５０３はＳＯＩ基板のいわゆる支持基板であり、熱酸化膜５０１はＳＯＩ基板のいわゆる埋め込み絶縁膜である。なお、酸素雰囲気中での上記熱処理により、第２のシリコン基板の裏面に熱酸化膜が形成されるので、フッ酸を含むエッチング液により除去する。
【００４２】
以上の工程（Ａ）〜（Ｃ）により、張合わせＳＯＩ基板が形成される。この張合わせＳＯＩ基板においては、酸化膜５０１の開口部６０６に充填されたポリシリコン膜５０７によって、ＳＯＩ層５０４は、支持基板である第２のシリコン基板５０３に電気的に接続されている。
【００４３】
（Ｄ）上記構造体の主面のＳＯＩ層５０４の一部に高濃度不純物拡散層５０８を、不純物拡散あるいはイオン注入の手法により形成する。
【００４４】
（Ｅ）上記構造体の主面にクロム膜と金膜を順次、蒸着の手法により形成し、フォトならびにドライエッチングの手法によってパターニングすることにより、ＰＡＤ５０９ならびにＰＡＤ５３０を形成する。
【００４５】
（Ｆ）上記構造体の主面に酸化膜を常圧ＣＶＤの手法により形成し、フォトならびにドライエッチングの手法によりパターニングすることにより、下記のエッチング工程のエッチングマスクとなる酸化膜マスク５１０を形成する。
【００４６】
引き続き図５に従って説明する。同図中（Ａ）は断面図、（Ｂ）は平面図である。
（Ａ）上記構造体のＳＯＩ層５０４を貫通し、埋め込み絶縁膜である酸化膜５０１に達する垂直の開口部５１１を、上記酸化膜マスク５１０をエッチングマスクとして、ＲＩＥの手法により形成する。ＳＯＩ層５０４は、酸化膜５０１の開口部５０６に充填されたポリシリコン膜５０７によって、支持基板である第２のシリコン基板５０３に電気的に接続されているため、エッチング工程中に帯電することがない。従って、シリコン基板を用いて条件出しを行った最適エッチング条件にて、ＳＯＩ基板の最適エッチングが実現される。
【００４７】
なお、エッチングによる開口部が埋め込み絶縁膜５０１に達すると、パターンによっては、支持基板から電気的に絶縁されてしまう部位も出てくるが、ＳＯＩ層のエッチング反応が終了した後での帯電のため、開口部の断面形状などのエッチング特性に影響を与えるものではない。
（Ｂ）上記構造体の主面の平面図である。ａ−ａ断面が上記（Ａ）に相当する。開口部のうち５１２はエッチングホールである。
【００４８】
次に、上記構造体を、バッファードフッ酸等のフッ酸を含むエッチング液に長時間浸漬し、開口部５１１よりエッチング液を侵入させ、埋め込み絶縁膜５０１を部分的に犠牲エッチングして除去し、自立構造を有する微小装置を得る。なお、トレンチエッチングのための酸化膜マスク５１０は埋め込み絶縁膜の犠牲エッチング時に同時に溶解し、除去される。
【００４９】
犠牲エッチング後ならびにダイシング後の構造について、図６に従って説明する。同図（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のｂ−ｂ断面図、（Ｃ）は（Ａ）のｃ−ｃ断面図、（Ｄ）は（Ａ）のｄ−ｄ断面図である。
大きな面積を有する部位の直下の埋め込み絶縁膜は犠牲エッチング後も残存し、固定部５２０ならびに５２１、あるいはフレーム部５２２となる。５２３は両端が固定部５２０ならびに５２１に接続された細い部位であり、両持ち梁となる。５２４は片方の端が固定部５２０に接続された細い部位であり、片持ち梁となる。５２５の部分は可動し得る重りであり、内部のエッチングホール５１１からエッチングされて直下の埋め込み絶縁膜が全て除去され、梁５２６を介して固定部５２０に接続されている。
【００５０】
酸化膜５０１の開口部５０６に充填されたポリシリコン膜５０７のうち、ダイシングラインに相当する部分は、ダイシングの際に削り代として除去される。従ってＳＯＩ層５０４と支持基板である第２のシリコン基板５０３との電気的接続のうち、ダイシングラインに設けた部分は解除される。
【００５１】
一方、ＰＡＤ５３０の形成された領域の酸化膜５０１の開口部に充填されたポリシリコン膜５０７’は除去されずに残っており、ＰＡＤ５３０は第２のシリコン基板５０３に電気的に接続されている。そのためＰＡＤ５３０は支持基板である第２のシリコン基板５０３の電極取り出しのためのＰＡＤとなる。そしてＰＡＤ５０９は、重り５２５の電極取り出しＰＡＤであるから、ＰＡＤ５０９とＰＡＤ５３０との間における静電容量の変化を測定すれば、基板の垂直方向に印加された加速度を検出する加速度センサが実現される。このとき、支持基板の裏面に裏面電極を形成するなどの、基板裏面からの電極取り出しは不要である。
【００５２】
なお、本実施の形態においても前記第１の実施の形態と同様に、ＳＯＩ層を支持基板に電気的に接続する部位をポリシリコンにより、ＳＯＩ基板内部にダイシングラインならびに支持基板の電極取り出し部に設けたため、ＳＯＩ層は支持基板に熱伝導的にも接続され、エッチング中のＳＯＩ層の温度上昇を押さえる効果もある。従って標準的なシリコン基板でのエッチング特性がそのまま本実施の形態のＳＯＩ基板においても再現されることに寄与している。
【００５３】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態について説明する。第１の実施の形態ならびに第２の実施の形態では、ＳＯＩ層を支持基板に電気的に接続する部位を、ＳＯＩ基板を形成する工程の中で、ＳＯＩ基板の内部に埋め込んで形成した。しかし、本実施の形態においては、ＳＯＩ層が支持基板から電気的に分離されている通常のＳＯＩ基板を使用し、ＳＯＩ層を支持基板に電気的に接続する部位を、ＳＯＩ基板を形成する工程の後に形成する例を示す。
【００５４】
以下、図７に従って説明する。同図（Ａ）〜（Ｄ）は、断面図である。なお、ＳＯＩ基板を形成する工程は省略したが、支持基板と埋め込み絶縁膜とＳＯＩ層とが積層された通常のＳＯＩ基板を用いることが出来る。
（Ａ）ＳＯＩ基板６００は、その外周部のＳＯＩ層と埋め込み絶縁膜６０３が一部面取りされ、支持基板６０４が露出している。このＳＯＩ基板６００の主面のＳＯＩ層６０１の一部に高濃度不純物拡散層６０２を、ウエハ外周部の領域６０５（破線で示したダイシングラインで削除される部分の外側の部分）の部分におけるＳＯＩ層（６０１）に高濃度不純物拡散層６０６を、ウエハ外周部の面取りされた領域６０５の部分の露出している支持基板６０４に高濃度不純物拡散層６１１を、それぞれ不純物拡散あるいはイオン注入の手法により形成する。６０９の部分は微小装置を形成する領域であり、ウエハ面内に繰り返し形成される。また、一点鎖線はダイシングラインを意味する。
【００５５】
（Ｂ）上記構造体の主面にクロム膜と金膜を順次、蒸着の手法により形成し、フォトならびにドライエッチングの手法によってパターニングすることにより、高濃度不純物拡散層６０２の上部にＰＡＤ６０７を形成し、かつウエハ外周部の面取りされた領域６０５における高濃度不純物拡散層６０６と６１１とを接続する配線６０８を形成する。この配線６０８により、ＳＯＩ層６０１は支持基板６０４と電気的に接続される。なお、クロム膜は、他の実施の形態と同様に金膜の密着性を向上させるための膜である。
【００５６】
（Ｃ）上記構造体の主面に酸化膜を常圧ＣＶＤの手法により形成し、フォトならびにドライエッチングの手法によってパターニングすることにより、下記工程（Ｄ）のエッチングマスクとなる酸化膜マスク６１２を形成する。
【００５７】
（Ｄ）上記構造体のＳＯＩ層６０１を貫通し、埋め込み絶縁膜６０３に達する垂直の開口部６１３を、上記酸化膜マスク６１２をエッチングマスクとして、ＲＩＥの手法により形成する。ＳＯＩ層６０１は、ウエハ外周部の面取りされた領域６０５に設けられた配線６０８によって、支持基板６０４に電気的に接続されているため、エッチング工程中に帯電することがない。従って、シリコン基板を用いて条件出しを行った最適エッチング条件にて、ＳＯＩ基板の最適エッチングが実現される。
【００５８】
なお、エッチングによる開口部が埋め込み絶縁膜に達すると、パターンによっては、支持基板から電気的に絶縁されてしまう部位も出てくるが、ＳＯＩ層のエッチング反応が終了した後での帯電のため、開口部の断面形状などのエッチング特性に影響を与えるものではない。
【００５９】
次に、第１および第２の実施の形態と同様に、上記構造体を、バッファードフッ酸等のフッ酸を含むエッチング液に長時間浸漬し、開口部６１３からエッチング液を侵入させ、埋め込み絶縁膜６０３を部分的に犠牲エッチングして除去し、自立構造を有する微小装置を得る。
【００６０】
その後、図の破線で示した部分をダイシングで切断する。これによりウエハ外周部の面取りされた領域６０５に設けられた配線６０８は、ダイシングによって各チップから分離され、ＳＯＩ層６０１と支持基板６０４との電気的接続が解除される。
形成された微小装置の構造は前記第１の実施の形態と同様である。
【００６１】
以上、第１〜第３の実施の形態の説明においては、具体的な例を用いて説明してきたが、膜厚や成膜手法など、これらの数値や文言、あるいは図に限定される訳ではない。以下、その例を説明する。
まず、第１〜第３の実施の形態において、ＳＯＩ層がシリコンからなるＳＯＩ基板を例に説明してきたが、これに限定される訳ではなく、ＳＯＩ層は他の半導体材料、場合によっては金属材料であっても良い。
【００６２】
また、支持基板がシリコンからなるＳＯＩ基板を例に説明してきたが、これに限定される訳ではなく、支持基板は他の半導体材料、場合によっては金属材料であっても良い。また、単一の構造材に限らず、半導体材料、金属材料あるいは絶縁材料からなる複合材であっても良い。
【００６３】
また、ＳＯＩ基板を形成する場合に、ポリシリコン膜とシリコン基板との接合を例に説明してきたが、これに限定される訳ではなく、導電性の材料を成膜し、導電性の部位を有する支持基板に接合しても良い。
【００６４】
また、犠牲層として熱酸化膜を例に説明してきたが、これに限定される訳ではなく、他の犠牲層材料、例えばイオン注入によって形成された埋め込み酸化膜、あるいはボロンガラス、ボロン燐ガラスであっても良い。
【００６５】
また、電荷を帯びた気体化学種を用いた第１のエッチング方法としてはＲＩＥを例に説明してきたが、これに限定される訳ではなく、イオンをＳＯＩ基板に衝突させてエッチングするエッチング方法であれば、工程中の帯電によるエッチング特性の変動を抑えることについて本発明は有効である。あるいは、エッチング工程に限らず、イオンをＳＯＩ基板に衝突させる、イオン注入やイオンプレーティング、あるいはクラスターイオンビーム蒸着などの注入や成膜工程であっても、工程中の帯電による特性の変動を抑えることついて本発明は有効である。
【００６６】
また、第３の実施の形態において、支持基板が導電性の支持材として機能しない場合、例えばガラス基板を支持基板として用いたＳＯＩ基板の場合には、ウエハ外周部に設けた配線を、ＳＯＩ基板の裏面にまで形成すれば良い。
【００６７】
また、第３の実施の形態において、ＳＯＩ層と支持基板とを電気的に接続する配線をＳＯＩ基板上に設ける例を説明したが、ＲＩＥ装置上の制約、例えば搬送やエッチングチャンバーへのマウントが許されるならば、ＳＯＩ基板に導電性の治具を取り付け、この治具によってＲＩＥ工程の時のみＳＯＩ層と支持基板とを電気的に接続するように構成しても良い。
【００６８】
また、各実施の形態においては、構造膜上に形成される電子部品としてＰＡＤ（例えば図１の４０９）を例示したが、トランジスタ等の他の電子部品を形成した場合でも同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における製造工程の一部を示す断面図。
【図２】本発明の第１の実施の形態における製造工程の他の一部を示す断面図および平面図。
【図３】本発明の第１の実施の形態における製造工程で形成された微小装置の構造を示す断面図および平面図。
【図４】本発明の第２の実施の形態における製造工程の一部を示す断面図。
【図５】本発明の第２の実施の形態における製造工程の他の一部を示す断面図および平面図。
【図６】本発明の第２の実施の形態における製造工程で形成された微小装置の構造を示す断面図および平面図。
【図７】本発明の第３の実施の形態における製造工程の一部を示す断面図。
【図８】従来例における製造工程の一部を示す断面図および平面図。
【図９】従来例における製造工程の他の一部を示す断面図および平面図。
【符号の説明】
１００…支持基板 １０１…埋め込み絶縁膜
１０２…ＳＯＩ層 １０３…開口部
１０４…エッチングホール １１３…両持ち梁
１１４…重り １１５…片持ち梁
１１６…梁 １２０、１２１…固定部
１２２…フレーム部 ９００…高濃度不純物拡散層
９０２…ＳＯＩ基板 ９０３…ＰＡＤ
９０５…酸化膜マスク ４００…第１のシリコン基板
４０１…酸化膜 ４０６…開口部
４０２…ポリシリコン膜 ４０３…第２のシリコン基板
４０４…ＳＯＩ層
４０７…開口部４０６に充填されたポリシリコン膜
４０８…高濃度不純物拡散層 ４０９…ＰＡＤ
４１０…酸化膜マスク ４１１…開口部
４１２…エッチングホール ４２０、４２１…固定部
４２２…フレーム部 ４２３…両持ち梁
４２４…片持ち梁 ４２５…重り
４２６…梁 ５００…第１のシリコン基板
５０１…埋め込み絶縁膜 ５０２…ポリシリコン膜
５０３…第２のシリコン基板 ５０４…ＳＯＩ層
５０６、５０６’…開口部
５０７…開口部５０６に充填されたポリシリコン膜
５０７’…開口部５０６’に充填されたポリシリコン膜
５０９…ＰＡＤ ５１０…酸化膜マスク
５１１…開口部 ５１２…エッチングホール
５２０、５２１…固定部 ５２２…フレーム部
５２３…両持ち梁 ５２４…片持ち梁
５２５…重り ５２６…梁
５３０…ＰＡＤ ６００…ＳＯＩ基板
６０１…ＳＯＩ層 ６０２…高濃度不純物拡散層
６０３…埋め込み絶縁膜 ６０４…支持基板
６０５…ウエハ外周部の領域 ６０６…高濃度不純物拡散層
６０７…ＰＡＤ ６０８…配線
６０９…微小装置を形成する領域 ６１１…高濃度不純物拡散層
６１２…酸化膜マスク ６１３…開口部
Claims (1)
- 少なくとも支持基板と絶縁膜と構造膜とが積層された多層構造基板を用い、上記絶縁膜の少なくとも一部をエッチング除去することにより、上記構造膜に上記支持基板と微小間隔を隔てて対向する構造体を形成する微小装置の製造方法であって、
上記構造膜を貫通して上記絶縁膜に達する開口部を、電荷を帯びた気体化学種を用いた第１のエッチングで形成する工程と、
上記開口部からの第２のエッチングによって上記絶縁膜の少なくとも一部をエッチング除去する工程と、を備え、
少なくとも上記第１のエッチング時には上記構造膜と上記支持基板とを電気的に接続する部位を上記多層構造基板の外部に設けられたエッチング用治具に形成したことを特徴とする微小装置の製造方法。
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