JP4081868B2

JP4081868B2 - Manufacturing method of micro device

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Publication number: JP4081868B2
Application number: JP22589698A
Authority: JP
Inventors: 靖和岩崎
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1998-08-10
Filing date: 1998-08-10
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2018-08-10
Also published as: JP2000058866A

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機械的な微小構造を形成する方法に関し、詳しくは犠牲エッチング工程によって除去される犠牲層の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の微小装置の製造方法を、加速度センサを例として、図１３、図１４に従って簡単に説明する。
図１３は加速度センサの製造方法の各工程を示す断面図である。
まず、図１３（Ａ）では、シリコン基板１００の主面に、酸化膜１０１を熱酸化の手法により成膜し、その上に窒化ケイ素膜１０２を減圧ＣＶＤ（化学気相成長法）の手法により成膜する。
次に、（Ｂ）では、上記構造体の主面に、酸化膜１０３を常圧ＣＶＤの手法により成膜した後、該酸化膜１０３を貫通し、上記窒化ケイ素膜１０２に達する開口部１０４を、フォトエッチング、ドライエッチングならびにレジスト除去の手法により形成する。
次に、（Ｃ）では、上記構造体の主面に多結晶シリコン膜１０５を減圧ＣＶＤの手法により成膜し、フォトエッチング、ドライエッチングならびにレジスト除去の手法により前記多結晶シリコン膜１０５をパターニングする。
次に、（Ｄ）では、メタルマスクを用いた真空蒸着の手法により、上記構造体の主面の一部に、電極１０６を形成する。電極１０６の材料は、後続の工程で行なわれる長時間の犠牲エッチングに耐えられるように、耐フッ酸性の金属材料である金を使用する。
次に、（Ｅ）では、（Ｄ）の構造体をフッ酸を含むエッチング液に浸漬し、上記酸化膜１０３を犠牲エッチングすることにより、シリコン基板１００の主面に微小間隙１１２をもって自立する構造体１１０が得られる。なお、多結晶シリコン膜１０５において酸化膜１０３の開口部１０４を充填した部位は、自立する構造体１１０のアンカー部１１１となる。
【０００３】
次に、図１４（Ａ）は、図１３の工程で形成された加速度センサの平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａは断面図である。なお、図１４（Ｂ）は図１３（Ｅ）と同じ構造を示す。なお、間隙１１２は例えば数μｍ〜数１０μｍ程度、構造体１１０の一辺の長さは例えば数１００μｍ〜１ｍｍ程度である。
図１４（Ａ）において、１２０は重り、１２１はエッチングホール、１２２は重り１２０に設けられた櫛歯電極、１２３は固定極の櫛歯電極、１２４は重り１２０とアンカー部１１１を接続する梁である。
【０００４】
上記エッチングホール１２１は次の理由によって設けられたものである。すなわち、酸化膜１０３を犠牲エッチングする際、酸化膜１０３のエッチング速度が遅いため、重り１２０直下のように大面積の部分を周辺からアンダーエッチングによって除去するには長時間を要する。そのため、アンダーエッチング量を低減するために、重り１２０のような大面積の部位には多数のエッチングホール１２１を設け、その部分からもエッチングを行なうようにしたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の微小装置の製造方法においては、熱酸化膜をフッ酸系エッチング液により犠牲エッチングする手法となっていたため、犠牲エッチング時間に長時間を必要とするという問題があった。
また、犠牲エッチング時間を短くするためにエッチングホールを多数形成する必要があるので、その分だけ重りが軽くなってしまい、加速度センサの感度の向上が難しいという問題もあった。
また、長時間の犠牲エッチングに耐えられるように、金などの耐フッ酸性の金属を使用しなければならないが、金などは深い不純物準位を形成する不純物であるため、ＩＣ製造プロセスとの整合性が悪いという問題があった。
また、長時間の犠牲エッチングの際に、回路部を保護する適当な方法がないため、回路を同時に同一基板に形成することが困難であり、従ってチップコストの低減が難しい、という問題があった。
上記のような種々の問題は、すべて、犠牲層を犠牲エッチングするのに長時間を要することに起因している。
【０００６】
本発明は、上記のごとき従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、犠牲層を速やかにエッチング除去することのできる微小装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明においては、特許請求範囲に記載するような構成をとる。すなわち、本発明においては、速やかにエッチングされる犠牲層を形成することにより、エッチング時間を短縮したものである。具体的には、請求項１においては、犠牲層の内部にトンネルを形成する工程を設けることにより、犠牲エッチング時にはトンネルを経由してエッチング液が速やかに犠牲層内部に進入し、従って速やかに犠牲層が犠牲エッチングされる。なお、上記のトンネルとは、全通した孔状の構造に限らず、犠牲層がスポンジ状に堆積された状態（いわゆる「す」が入った状態）であってもよい。上記の構成は、例えば後記第１の実施の形態（図１、図２）に相当する。
【０００８】
次に、請求項２に記載の発明は、第２の犠牲層の主面を平坦化する工程を付加したものである。この構成は、例えば後記第２の実施の形態（図３、図４）に相当する。
【０００９】
次に、請求項３に記載の発明は、第２の犠牲層の面（例えば後記図７では下面）に、支持基板を接合する工程を付加したものである。この構成は、例えば後記第４の実施の形態（図７、図８）に相当する。
【００１０】
また、請求項４に記載のように、請求項１乃至請求項３における犠牲層の内部のトンネルは、犠牲エッチングにより除去される領域の一部に形成されている。
【００１１】
次に、請求項５、請求項６に記載の発明においては、トンネルを形成するための溝を、犠牲層ではなく、犠牲層の直下に設けた構造膜（犠牲エッチング時に除去されない膜）または基板自体に設けるように構成したものである。上記請求項１〜請求項４の構造では、トンネルを形成するための溝を、一層目の犠牲層に形成しているため、トンネルの断面積を大きくするためには、一層目の犠牲層の厚さを厚くする必要がある。しかし、実際には犠牲層となる膜（例えば酸化膜）の応力の問題やクラックの問題などから、あまり厚くすることは難しい。そのため請求項５、請求項６の発明では、犠牲層以外の構造膜や基板に溝を形成しているため、溝の深さを大きくでき、したがってトンネルの断面積を容易に大きくすることができる。なお、上記のトンネルとは、全通した孔状の構造に限らず、犠牲層がスポンジ状に堆積された状態（いわゆる「す」が入った状態）であってもよい。
【００１２】
また、上記構造膜は、犠牲エッチングの際に或る程度の選択比を有して除去されずに残存する物であればよいので、窒化膜等に限らず例えばアルミ等の配線材料や多結晶シリコンなどを利用することもできる。
また、構造膜に溝を設ける構成は、例えば後記第５の実施の形態（図９、図１０）に相当し、基板自体に溝を設ける構成は、例えば後記第６の実施の形態（図１１、図１２）に相当する。
【００１３】
また、請求項７は前記請求項２に相当し、請求項８、請求項９は前記請求項３に相当する。
【００１４】
また、請求項１０は、トンネルの平面形状パターンと、形成される構造体の平面形状パターンとに相関を持たせたものである。例えば実施の形態の末尾の部分で説明するように、トンネルをストライプ状に形成した場合、その凸凹が構造体を構成する膜に転写されるため、波形トタン板状に形成され、従って力学的強度を制御することが出来る。例えば構造体の梁の方向と同一方向になるようにすれば、梁のばね強度を強く出来、梁の方向と直角方向になるようにすれば、ばね強度を弱くできる。ばね強度を弱くすることによって、構造体の内部応力を緩和することも出来る。
【００１５】
【発明の効果】
本発明においては、速やかに犠牲層をエッチングにより除去することが出来る、という効果が得られる。そのため、エッチングホールを設ける必要がなく、例えば加速度センサにおいては、同一感度であればより小さく、同一サイズであればより高感度のセンサを実現できる。また、金などの材料を使用する必要がなくなり、メタルマスクやリフトオフといった一般製造プロセス以外の要素プロセスを必要とせず、かつ重金属汚染の心配もないため、ＩＣ製造プロセスとの整合性が高くなり、回路部分も同一チップに混在させることが容易であり、しかも標準工程以外の設備投資を抑制することが出来る。また、回路を同一チップに形成することにより、デバイスコストを低減できることはもちろん、センサデバイスにおいてはＳ／Ｎ（信号ノイズ比）を向上させ、より高感度で、よりインテリジェントなセンサを実現することが出来る。また犠牲エッチングプロセスに要する時間が極端に短くなるため、量産性の向上ができ、プロセスコストならびにデバイスコストを低減できる、という効果が得られる。
【００１６】
また、請求項１乃至請求項４に記載の発明においては、回路を形成した領域の直上に自立する構造体を形成することが可能であり、したがって、集積度を向上することができ、コストを低減することが出来る。また熱分離構造を有する赤外線センサにあっては、開口率を向上させる事が可能であり、したがって感度を向上させることができる。
【００１７】
また、請求項５乃至請求項９に記載の発明においては、トンネルを形成するための溝を深く形成できるため、断面積の大きなトンネルが形成でき、したがってエッチング液を効率良く導くことが可能であり、犠牲エッチング時間をさらに短縮することができる。
【００１８】
また、請求項１０に記載の発明においては、トンネルの形状に応じた凸凹が構造体を構成する膜に転写されるため、その平面形状パターンを変えることによって力学的強度を制御することが出来る。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
図１および図２は本発明の第１の実施の形態を示す図であり、図１は製造工程を示す断面図、図２は図１の工程によって形成された微小装置の構造を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００２０】
まず、図１に基づいて製造工程を説明する。
（Ａ）では、シリコン基板２００の主面に、酸化膜２０１を熱酸化の手法により成膜し、その上に窒化ケイ素膜２０２を減圧ＣＶＤの手法により成膜する。
【００２１】
（Ｂ）では、上記構造体の主面に、酸化膜２０３を常圧ＣＶＤの手法により成膜した後、該酸化膜２０３を貫通し、上記窒化ケイ素膜２０２に達する溝２０４を、ドライエッチングの手法により形成する。
【００２２】
（Ｃ）では、上記構造体の主面に酸化膜２０５を常圧ＣＶＤの手法により成膜する。この常圧ＣＶＤのような被覆性（カバレッジ）の悪い成膜方法を用いることにより、上記溝２０４の内部は完全には充填されず、トンネル２０６が形成される。なお、上記のトンネル２０６は完全に導通して孔状になっているものに限らず、酸化膜２０５がスポンジ状に堆積されている状態、いわゆる「す」が入った状態になっていてもよい。
【００２３】
また、本実施の形態では、酸化膜２０５を形成する方法として常圧ＣＶＤを用いた場合を例示したが、被覆性の悪い成膜方法であれば、他の方法でもよい。被覆性の悪い成膜方法としては上記の常圧ＣＶＤが代表的であるが、スパッタなどでもよい。また、酸化膜２０５は犠牲層となるが、犠牲層の材料としては酸化膜に限らず、アルミニウム等の配線材料や多結晶シリコン等でも用いることが出来る。
【００２４】
（Ｄ）では、上記構造体の酸化膜２０３ならびに酸化膜２０５を貫通し、上記窒化ケイ素膜２０２に達する開口部２０７を、ドライエッチングの手法により形成する。
【００２５】
（Ｅ）では、上記構造体の主面に多結晶シリコン膜２０８を減圧ＣＶＤの手法により成膜し、パターニングする。
【００２６】
（Ｆ）では、上記構造体の主面に、アルミ膜をスパッタ蒸着の手法により成膜し、ドライエッチングの手法によりアルミ電極２０９を形成する。本実施の形態では、従来例のようなメタルマスクを用いた真空蒸着の手法ではなく、標準的なＩＣ製造プロセスとなっている。
【００２７】
（Ｇ）では、（Ｆ）に記載の構造体を、アルミに対する腐食性の小さなＰＡＤ開口液に浸漬し、上記酸化膜２０３ならびに酸化膜２０５を犠牲エッチングすることにより、シリコン基板２００の主面に微小間隙２１０をもって自立する構造体２１１を形成する。なお、多結晶シリコン膜２０８において、開口部２０７を充填した部位は、自立する構造体２１１のアンカー部２１２となる。
【００２８】
この犠牲エッチング工程において、酸化膜２０５にはトンネル２０６（孔または「す」）が形成されているので、その部分を通って速やかにエッチング液が侵入する。そのため面積の広い部位の下の部分でも極めて急速に犠牲エッチングが行なわれる。
【００２９】
図２に示す平面図および断面図において、２３０は重り、２３１は重り２３０に設けられた櫛歯電極、２３２は固定極の櫛歯電極、２３３は重り２３０とアンカー部２１２を接続する梁である。重り２３０直下の酸化膜２０３ならびに酸化膜２０５のアンダーエッチングは、トンネル２０６から速やかにエッチング液が進入し、極めて速やかに達成される。したがって従来例のようなエッチングホールは設けていない。また２４０はトンネル２０６のパターンが多結晶シリコン膜２０８に転写された凸部である。なお、間隙２１０は例えば数μｍ〜数１０μｍ程度、構造体２１１の一辺の長さは例えば数１００μｍ〜１ｍｍ程度である。
【００３０】
図２の構造を加速度センサに適用した場合は、図の上下方向への加速度の印加によって生じる重り２３０の変位を、可動部の櫛歯電極２３１と固定部の櫛歯電極２３２との間の静電容量の変化として検出することにより、加速度を検出するように構成する。
【００３１】
また、振動型の角速度センサも同様の構造体で実現可能である。すなわち、櫛歯電極２３１と櫛歯電極２３２との間に交流電圧を印加することよって重り２３０を振動させる。そして図２（Ａ）のＡ−Ａ軸回りの角速度を受けた際のコリオリ力による重り２３０のシリコン基板２００方向への変位を、重り２３０とシリコン基板２００との間の静電容量の変化として検出することにより、角速度を検出することが出来る。
【００３２】
また、図２の構造を赤外線センサの熱分離構造に利用することもできる。例えば自立した構造体（重り２３０）の上に熱電対の温接点を、他の部分に冷接点を形成し、温接点の部分に赤外線が照射するように形成すれば、構造体下部に空間が形成されているため、構造体から周囲の構造へ熱が拡散するのを抑制し、感度を向上させることが出来る。
【００３３】
なお、第１の実施の形態の構造においては、トンネル２０６のパターンが多結晶シリコン膜２０８に転写されることによって凸部２４０が自動的に形成されるが、この凸部２４０は、自立する構造体（重り２３０）が支持基板と接触する際の接触面積を低減する作用を有するので、自立する構造体が対向する支持基板表面に固着してしまう傾向を低減する効果が得られる。
【００３４】
（第２の実施の形態）
図３および図４は本発明の第２の実施の形態を示す図であり、図３は製造工程を示す断面図、図４は図３の工程によって形成された微小装置の構造を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００３５】
まず、図３に基づいて製造工程を説明する。
（Ａ）では、シリコン基板３００の主面に、酸化膜３０１を熱酸化の手法により成膜し、その上に窒化ケイ素膜３０２を減圧ＣＶＤの手法により成膜する。
【００３６】
（Ｂ）では、上記構造体の主面に、酸化膜３０３を常圧ＣＶＤの手法により成膜した後、該酸化膜３０３を貫通し、上記窒化ケイ素膜３０２に達する溝３０４を、ドライエッチングの手法により形成する。
【００３７】
（Ｃ）では、上記構造体の主面に酸化膜３０５を常圧ＣＶＤの手法により成膜する。この際、上記溝３０４の内部は完全には充填されず、トンネル３０６が形成される。なお、上記のトンネル３０６は完全に導通して孔状になっているものに限らず、酸化膜３０５がスポンジ状に堆積されている状態、いわゆる「す」が入った状態になっていてもよい。
【００３８】
（Ｄ）では、上記構造体の主面に、ＳＯＧ（スピンオンガラス）膜３５０を成膜し、酸化膜３０５の主面を平坦化する。
【００３９】
（Ｅ）では、上記構造体の上記酸化膜３０３、酸化膜３０５およびＳＯＧ膜３５０を貫通し、上記窒化ケイ素膜３０２に達する開口部３０７を、ドライエッチングの手法により形成する。
【００４０】
（Ｆ）では、上記構造体の主面に多結晶シリコン膜３０８を減圧ＣＶＤの手法により成膜し、パターニングする。
【００４１】
（Ｇ）では、上記構造体の主面に、アルミ膜をスパッタ蒸着の手法により成膜し、ドライエッチングの手法によりアルミ電極３０９を形成する。本実施の形態では、従来例のようなメタルマスクを用いた真空蒸着の手法ではなく、標準的なＩＣ製造プロセスとなっている。
【００４２】
（Ｈ）では、（Ｇ）に記載の構造体を、アルミに対する腐食性の小さなＰＡＤ開口液に浸漬し、上記酸化膜３０３、酸化膜３０５ならびにＳＯＧ膜３５０を犠牲エッチングすることにより、シリコン基板３００の主面に僅かな間隙３１０をもって自立する構造体３１１が得られる。多結晶シリコン膜３０８において開口部３０７を充填した部位は自立する構造体３１１のアンカー部３１２となる。
【００４３】
この犠牲エッチング工程において、酸化膜３０５にはトンネル３０６（孔または「す」）が形成されているので、その部分を通って速やかにエッチング液が侵入する。そのため面積の広い部位の下の部分でも極めて急速に犠牲エッチングが行なわれる。
【００４４】
上記各工程（Ａ）〜（Ｈ）のうち、（Ｄ）以外の工程は前記図１に示した各工程に下記のように対応する。すなわち、図３（Ａ）は図１（Ａ）に、（Ｂ）は（Ｂ）に、（Ｃ）は（Ｃ）に、（Ｅ）は（Ｄ）に、（Ｆ）は（Ｅ）に、（Ｇ）は（Ｆ）に、（Ｈ）は（Ｇ）に、それぞれ対応する。すなわち、第２の実施の形態は、第１の実施の形態における工程に、図３（Ｄ）の工程を付加したものである。この工程を追加したことにより、図３（Ｈ）に示すように、自立する構造体３１１の上面および下面（基板に対向する面）は滑らかな平面となり、図１（Ｇ）に示すような凸部２４０は生じない。
【００４５】
図４に示す平面図および断面図において、３３０は重り、３３１は重り３３０に設けられた櫛歯電極、３３２は固定極の櫛歯電極、３３３は重り３３０とアンカー部３１２を接続する梁である。重り３３０直下の酸化膜３０３ならびに酸化膜３０５のアンダーエッチングは、トンネル３０６から速やかにエッチング液が進入し、極めて速やかに達成される。したがって従来例のようなエッチングホールは設けていない。
【００４６】
なお、図３および図４の構造を加速度センサ、角速度センサ、赤外線センサ等に利用できることは、前記第１の実施の形態と同様である。
【００４７】
第２の実施の形態の構造では、自立する構造体（重り３３０）の両面が平坦となるので、構造体に外力が印加された際の応力集中が起こりにくく、破壊される傾向を減ずることができる。
【００４８】
（第３の実施の形態）
図５および図６は第３の実施の形態の製造工程を示す断面図である。
まず、図５において、
（Ａ）では、シリコン基板４００の主面に、酸化膜４０１を熱酸化の手法により成膜し、その上に窒化ケイ素膜４０２を減圧ＣＶＤの手法により成膜する。
【００４９】
（Ｂ）では、上記構造体の主面に、酸化膜４０３を常圧ＣＶＤの手法により成膜した後、該酸化膜４０３を貫通し、上記窒化ケイ素膜４０２に達する溝４０４を、ドライエッチングの手法により形成する。
【００５０】
（Ｃ）では、上記構造体の主面に酸化膜４０５を常圧ＣＶＤの手法により成膜する。この際、上記溝４０４の内部は完全には充填されず、トンネル４０６が形成される。なお、上記のトンネル４０６は完全に導通して孔状になっているものに限らず、酸化膜４０５がスポンジ状に堆積されている状態、いわゆる「す」が入った状態になっていてもよい。
上記の酸化膜４０３ならびに酸化膜４０５が、自立する構造体直下の犠牲層となる。
【００５１】
（Ｄ）では、上記構造体の上記酸化膜４０３ならび酸化膜４０５を貫通し、上記窒化ケイ素膜４０２に達する開口部４０７を、ドライエッチングの手法により形成する。
【００５２】
（Ｅ）では、上記構造体の主面に多結晶シリコン膜４０８を減圧ＣＶＤの手法により成膜し、パターニングする。
これまでの工程は、前記第１の実施の形態における図１（Ａ）〜（Ｅ）の工程にそれぞれ対応する。
【００５３】
（Ｆ）では、上記構造体の主面に、酸化膜４７０を常圧ＣＶＤの手法により成膜した後、該酸化膜４７０を貫通し、上記多結晶シリコン膜４０８あるいは上記酸化膜４０５に達する溝４７１を、ドライエッチングの手法により形成する。
【００５４】
続いて図６に基づいて説明する。
（Ｇ）では、上記図５（Ｆ）の構造体の主面に酸化膜４７２を常圧ＣＶＤの手法により成膜する。上記溝４７１の内部は完全には充填されず、トンネル４７３が形成される。なお、上記のトンネル４７３は完全に導通して孔状になっているものに限らず、酸化膜４７２がスポンジ状に堆積されている状態、いわゆる「す」が入った状態になっていてもよい。
上記酸化膜４７０ならびに酸化膜４７２が、下記のマイクロシェル（微小構造の蓋）を自立構造とするための犠牲層となる。
【００５５】
（Ｈ）では、酸化膜４７０ならびに酸化膜４７２を貫通し、多結晶シリコン膜４０８に達する開口部４８０を、ドライエッチングの手法により形成する。
【００５６】
（Ｉ）では、上記構造体の主面に多結晶シリコン膜４９０を減圧ＣＶＤの手法により成膜し、パターニングする。開口部４８１の側壁が酸化膜４７０ならびに酸化膜４７２の開口部４８２となっている。
【００５７】
（Ｊ）では、上記構造体を、アルミに対する腐食性の小さなＰＡＤ開口液に浸漬し、上記開口部４８２より、上記酸化膜４７２、酸化膜４７０、酸化膜４０５、ならびに酸化膜４０３を犠牲エッチングする。これにより、シリコン基板４００の主面に僅かな間隙４１０をもって自立する構造体４１１と、該構造体４１１と僅かな間隙４６０をもって自立するマイクロシェル４６１が得られる。
【００５８】
この犠牲エッチング工程において、酸化膜４７０にはトンネル４０６（孔または「す」）が形成され、酸化膜４７２にはトンネル４７３が形成されているので、その部分を通って速やかにエッチング液が侵入する。そのため面積の広い部位の下の部分でも極めて急速に犠牲エッチングが行なわれる。
【００５９】
（Ｋ）では、上記構造体の主面に、メタルマスクを用いた真空蒸着の手法により、真空中でアルミ電極４０９を形成すると、マイクロシェル４６１で隔離された真空のキャビティ４６２が得られる。
【００６０】
上記第３の実施の形態では、自立する構造体４１１を真空のキャビティ４６２内に形成した構造が一度に形成される。したがってこの構造を前記と同様の加速度センサ、角速度センサ、赤外線センサ等に利用した場合に、感度と安定性を向上させることが出来る。
【００６１】
（第４の実施の形態）
図７および図８は本発明の第４の実施の形態を示す図であり、図７は製造工程を示す断面図、図８は図７の工程によって形成された微小装置の構造を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。
まず、図７に基づいて製造工程を説明する。
（Ａ）では、第１のシリコン基板５００の主面（図では下面）に、酸化膜５０１を熱酸化の手法により成膜した後、ドライエッチングの手法により、溝５０２を形成する。
【００６２】
（Ｂ）では、上記構造体の主面（図では下面）に、酸化膜５０３をＣＶＤの手法により成膜する。この際、上記溝５０２は完全には充填されず、トンネル５０４が形成される。なお、上記のトンネル５０４は完全に導通して孔状になっているものに限らず、酸化膜５０３がスポンジ状に堆積されている状態、いわゆる「す」が入った状態になっていてもよい。
上記酸化膜５０１ならびに酸化膜５０３が、犠牲層エッチングの際の犠牲層となる。
【００６３】
（Ｃ）では、上記構造体の主面（図では下面）に、減圧ＣＶＤの手法により多結晶シリコン膜５０５を成膜し、該多結晶シリコン膜５０５の主面を研削ならびにＣＭＰ（化学機械研摩）の手法により鏡面ポリッシュする。
【００６４】
（Ｄ）では、上記構造体の主面（図では下面）と、第２のシリコン基板５０６の主面とを重ね合わせ、酸素雰囲気中で熱処理することによって直接接合する。その後、上記第１のシリコン基板５００を研削ならびに研摩し、所望の厚さのＳＯＩ（silicon on insulator）層５０７を得る。
【００６５】
（Ｅ）では、上記構造体の主面のＳＯＩ層５０７を貫通し、犠牲層である酸化膜５０１ならびに酸化膜５０３に達する開口部５０８をドライエッチングの手法により形成する。
【００６６】
（Ｆ）では、上記構造体の主面に、アルミ膜をスパッタ蒸着の手法により成膜し、ドライエッチングの手法によりアルミ電極５０９を形成する。本実施の形態では、従来例のようなメタルマスクを用いた真空蒸着の手法ではなく、標準的なＩＣ製造プロセスとなっている。。
【００６７】
（Ｇ）では、（Ｆ）の構造体を、アルミに対する腐食性の小さなＰＡＤ開口液に浸漬し、上記酸化膜５０３ならびに酸化膜５０５を犠牲エッチングする。犠牲層内部にトンネルを有する領域の酸化膜は速やかに犠牲エッチングされ、第２のシリコン基板５０６の主面に僅かな間隙５１０をもって自立する構造体５１１が得られる。また、ＳＯＩ層５０７直下の酸化膜は残存し、自立する構造体５１１のアンカー部５１２が得られる。
【００６８】
これまで説明した第１〜第３の実施の形態では、自立する構造体は多結晶シリコンから構成されていたが、本実施の形態では、ＳＯＩ層すなわち単結晶シリコンで構成される。
【００６９】
図８に示す平面図および断面図において、５３０は重り、５３１は重り５３０に設けられた櫛歯電極、５３２は固定極の櫛歯電極、５３３は重り５３０とアンカー部５１２を接続する梁である。５１３は自立する構造体５１１が対向する基板表面と接触する際の接触面積を低減する凸部であり、本実施の形態では、犠牲層内部にトンネルを形成した位置に自動的に形成される。
【００７０】
なお、加速度センサ、角速度センサ、赤外線センサ等への適用に関しては、前記第１の実施の形態と同様である。
【００７１】
上記第４の実施の形態の構造では、自立する構造体が平坦で、かつ単結晶から構成されるため、構造体に外力が印加された際の応力集中が起こりにくく、また粒界破壊や粒界侵食などを受けず、したがって破壊される傾向を減ずることができる。
【００７２】
以上の第１〜第４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、これらの数値や文言、あるいは図に限定される訳ではなく、種々の微小装置の製造方法に適用可能である。以下、説明する。
【００７３】
まず、第１〜第４の実施の形態において、犠牲層内部にトンネルを形成するための溝の平面パタンは、ドット状、ストライプ状あるいはメッシュ状など、いかなるパターンであってもよく、また断面形状が酸化膜を貫通していなくても良いし、さらに下地の構造膜あるいは支持基板内部に達していても良い。
【００７４】
また、構造体材料／犠牲層材料／犠牲エッチング液の組み合わせを、多結晶あるいは単結晶シリコン／酸化膜／ＰＡＤ開口液の組み合わせを例に説明してきたが、これらに限定される訳ではなく、例えばガラス／アルミ／塩酸など他の材料の組み合わせにおいても本発明は適用可能である。また、湿式の犠牲エッチングを例に説明してきたが、これに限定される訳ではなく、乾式の犠牲エッチングであっても良い。
【００７５】
また、成膜手法として、ＣＶＤや熱酸化、あるいは真空蒸着などの具体的手法を例に説明してきたがこれらに限定される訳ではなく、それぞれ他の成膜手法を用いて良い。
また、回路については記載していないが、同一基板に回路を形成してもよい。この場合、犠牲エッチングの際に、保護膜たとえばプラズマ窒化ケイ素膜で回路部を保護する構造とすれば良い。場合によっては、レジストで保護する構造としても良い。
また、重り部のような大面積の部位にエッチングホールを設けない例を説明したが、もちろん有っても良い。
【００７６】
次に、第１〜第３の実施の形態において、窒化ケイ素膜２０２、３０２、４０２は電極間の電気的絶縁のために設けたものであり、他の絶縁材料でも良い。場合によっては無くても良い。
また、酸化膜２０１、３０１ならびに４０１は、窒化ケイ素膜２０２、３０２、４０２の応力緩和層として設けたものであり、場合によっては無くても良い。
【００７７】
次に、第１、第２および第４の実施の形態において、犠牲層に達する開口部を形成した後、電極を形成する工程順を例に説明してきたが、逆に電極を形成してから犠牲層に達する開口部を形成しても良い。特に自立する構造体の膜厚が厚い場合には、後者の方が望ましい。
【００７８】
次に、第１および第３の実施の形態において、犠牲層内部のトンネルをストライプ状に形成した場合、その凸凹が構造体を構成する膜に転写されるため、波形トタン板状に形成され、従って力学的強度を制御することが出来る。例えば梁の方向と同一方向になるようにすれば、梁のばね強度を強く出来、梁の方向と直角方向になるようにすれば、ばね強度を弱くできる。ばね強度を弱くすることによって、構造体の内部応力を緩和することも出来る。
【００７９】
次に、第２の実施の形態において、ＳＯＧ膜３５０を形成することによって犠牲層の表面の平坦化を行ったが、ＣＭＰ（化学機械研摩）の手法により、平坦化してもよい。
【００８０】
次に、第４の実施の形態において、マイクロシェルを構成する部材と真空を保持するプラグとしてのアルミ電極との間に、電気的絶縁のための絶縁膜を設けても良い。またマイクロシェルの開口部をアルミ電極で真空封止する例を説明したが、他の成膜方法でも良いし、場合によっては機械的圧着でも良い。
【００８１】
（第５の実施の形態）
図９および図１０は本発明の第５の実施の形態を示す図であり、図９は製造工程を示す断面図、図１０は図９の工程によって形成された微小装置の構造を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。なお、前記第１〜第４の実施の形態では、犠牲層自体に溝を設け、その溝内にトンネルを形成する構成を説明したが、第５および第６の実施の形態においては、犠牲層直下の基板自体或いは基板上に設けた構造膜（犠牲エッチング時に除去されない）に溝を設け、その部分にトンネルを設ける構成を説明する。
【００８２】
まず、図９に基づいて製造工程を説明する。
（Ａ）では、シリコン基板６００の主面に、酸化膜６０１を熱酸化の手法により成膜し、その上に窒化ケイ素膜６０２を減圧ＣＶＤの手法により成膜する。
【００８３】
（Ｂ）では、上記構造体の主面に、窒化ケイ素膜６０３をプラズマＣＶＤの手法により成膜した後、該窒化ケイ素膜６０３を貫通し、上記窒化ケイ素膜６０２に達する溝６０４を、ドライエッチングの手法により形成する。
【００８４】
（Ｃ）では、上記構造体の主面に酸化膜６０５を常圧ＣＶＤの手法により成膜する。この際、上記溝６０４の内部は完全には充填されず、トンネル６０６が形成される。なお、上記のトンネル６０６は完全に導通して孔状になっているものに限らず、酸化膜６０５がスポンジ状に堆積されている状態、いわゆる「す」が入った状態になっていてもよい。
【００８５】
（Ｄ）では、上記構造体の上記窒化ケイ素膜６０３ならびに酸化膜６０５を貫通し、上記窒化ケイ素膜６０２に達する開口部６０７を、ドライエッチングの手法により形成する。
【００８６】
（Ｅ）では、上記構造体の主面に多結晶シリコン膜６０８を減圧ＣＶＤの手法により成膜し、パターニングする。
【００８７】
（Ｆ）では、上記構造体の主面に、アルミ膜をスパッタ蒸着の手法により成膜し、ドライエッチングの手法によりアルミ電極６０９を形成する。本実施の形態では、従来例のようなメタルマスクを用いた真空蒸着の手法ではなく、標準的なＩＣ製造プロセスとなっている。
【００８８】
（Ｇ）では、（Ｆ）に記載の構造体を、アルミに対する腐食性の小さなＰＡＤ開口液に浸漬し、上記酸化膜６０５を犠牲エッチングすることにより、シリコン基板６００の主面に僅かな間隙６１０をもって自立する構造体６１１が得られる。多結晶シリコン膜６０８の開口部６０７を充填する部位は自立する構造体６１１のアンカー部６１２となる。
【００８９】
図１０に示す平面図および断面図において、６３０は重り、６３１は重り６３０に設けられた櫛歯電極、６３２は固定極の櫛歯電極、６３３は重り６３０とアンカー部６１２を接続する梁である。重り６３０直下の酸化膜６０５のアンダーエッチングは、トンネル６０６から速やかにエッチング液が進入し、極めて速やかに達成される。従って本実施の形態においてはエッチングホールを設けていない。また、６４０はトンネル６０６のパターンが多結晶シリコン膜６０８に転写された凸部である。
【００９０】
上記のように第５の実施の形態においては、犠牲層となる酸化膜６０５に溝を設けるのではなく、その直下の窒化ケイ素膜６０３に設けた溝６０４内にトンネル６０６を設けるように構成している。したがって窒化ケイ素膜６０３の溝以外の部分は犠牲エッチング後も残存することになる。
【００９１】
前記第１〜第４の実施の形態では、トンネルを形成するための溝を、一層目の犠牲層に形成しているため、トンネルの断面積を大きくするためには、一層目の犠牲層の厚さを厚くする必要がある。しかし、実際には犠牲層となる酸化膜の応力の問題やクラックの問題などから、あまり厚くすることは難しい。そのため本実施の形態では、非犠牲層である構造膜（窒化ケイ素膜６０３）に溝を形成しているため、溝の深さを大きくでき、したがってトンネルの断面積を容易に大きくすることができる。
【００９２】
また、窒化ケイ素膜６０３は犠牲エッチングで除去しないので、除去する犠牲層の量を低減でき、それによって犠牲エッチング時間をより短縮できる。
【００９３】
その他の作用効果や応用例については前記第１の実施の形態と同様である。
また、前記第２〜第４の実施の形態と本実施の形態とを組み合わせることもできる。
【００９４】
（第６の実施の形態）
図１１および図１２は本発明の第６の実施の形態を示す図であり、図１１は製造工程を示す断面図、図１２は図１１の工程によって形成された微小装置の構造を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００９５】
まず、図１１に基づいて製造工程を説明する。
（Ａ）では、シリコン基板７００の主面に、酸化膜７０１を熱酸化の手法により成膜した後、ドライエッチングの手法により該酸化膜７０１をパターニングし、開口部７０２を形成する。
【００９６】
（Ｂ）では、上記構造体の上記酸化膜７０１をマスクとし、上記開口部７０２よりシリコン基板７００を、ドライエッチングの手法によりトレンチエッチングして溝７０３を形成し、その後、フッ酸によるエッチングにより酸化膜７０１を除去する。
【００９７】
（Ｃ）では、上記構造体の主面に窒化ケイ素膜７０４を減圧ＣＶＤの手法により成膜する。
【００９８】
（Ｄ）では、上記構造体の主面に、酸化膜７０５を常圧ＣＶＤの手法により成膜する。この際、上記溝７０３の内部は完全には充填されず、トンネル７０６が形成される。なお、上記のトンネル７０６は完全に導通して孔状になっているものに限らず、酸化膜７０５がスポンジ状に堆積されている状態、いわゆる「す」が入った状態になっていてもよい。
【００９９】
（Ｅ）では、上記構造体の上記酸化膜７０５を貫通し、上記窒化ケイ素膜７０４に達する開口部７０７を、ドライエッチングの手法により形成する。
【０１００】
（Ｆ）では、上記構造体の主面に多結晶シリコン膜７０８を減圧ＣＶＤの手法により成膜し、パターニングする。
【０１０１】
（Ｇ）では、上記構造体の主面に、アルミ膜をスパッタ蒸着の手法により成膜し、ドライエッチングの手法によりアルミ電極７０９を形成する。
【０１０２】
（Ｈ）では、上記の構造体を、アルミに対する腐食性の小さなＰＡＤ開口液に浸漬して上記酸化膜７０５を犠牲エッチングすることにより、シリコン基板７００の主面に僅かな間隙７１０をもって自立する構造体７１１が得られる。なお、多結晶シリコン膜７０８の開口部７０７を充填する部位は自立する構造体７１１のアンカー部７１２となる。
【０１０３】
図１２に示す平面図および断面図において、７３０は重り、７３１は重り７３０に設けられた櫛歯電極、７３２は固定極の櫛歯電極、７３３は重り７３０とアンカー部７１２を接続する梁である。重り７３０直下の酸化膜７０５のアンダーエッチングは、トンネル７０６から速やかにエッチング液が進入し、極めて速やかに達成される。従って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エッチングホールを設けていない。
【０１０４】
上記のように第６の実施の形態においては、シリコン基板７００自体に溝を形成している。そのためトンネルを形成するための溝を深く形成できるので、断面積の大きなトンネルが形成でき、したがってエッチング液を効率良く導くことが可能であり、犠牲エッチング時間をさらに短縮することができる。
【０１０５】
その他の作用効果や応用例については前記第１の実施の形態と同様である。
また、前記第２〜第４の実施の形態と本実施の形態とを組み合わせることもできる。
【０１０６】
以上の第５、第６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、これらの数値や文言、あるいは図に限定される訳ではなく、種々の微小装置の製造方法に適用可能である。以下、説明する。
【０１０７】
第５、第６の実施の形態において、犠牲層直下にトンネルを形成するための、犠牲層直下の構造膜ないしは基板に形成する溝の平面パターンは、ドット状、ストライプ状あるいはメッシュ状など、いかなるパターンであってもよく、また断面形状が前記構造膜を貫通していなくても良いし、さらに下地の構造膜あるいは支持基板内部に達していても良い。
【０１０８】
また、犠牲層直下のトンネルをストライプ状に形成した場合、その凸凹が構造体を構成する膜に転写されるため、波形トタン板状に形成され、従って力学的強度を制御することが出来る。例えば梁の方向と同一方向になるようにすれば、梁のばね強度を強く出来、梁の方向と直角方向になるようにすれば、ばね強度を弱くできる。ばね強度を弱くすることによって、構造体の内部応力を緩和することも出来る。
【０１０９】
また、構造体材料／犠牲層材料／犠牲エッチング液の組み合わせを、多結晶あるいは単結晶シリコン／酸化膜／ＰＡＤ開口液の組み合わせを例に説明してきたが、これらに限定される訳ではなく、例えばガラス／アルミ／塩酸など他の材料の組み合わせにおいても本発明は適用可能である。また、湿式の犠牲エッチングを例に説明してきたが、これに限定される訳ではなく、乾式の犠牲エッチングであっても良い。
【０１１０】
また、成膜手法として、ＣＶＤや熱酸化、あるいは真空蒸着などの具体的手法を例に説明してきたがこれらに限定される訳ではなく、それぞれ他の成膜手法を用いて良い。
また、窒化ケイ素膜６０２、７０４は電極間の電気的絶縁のために設けたもので、他の絶縁材料でも良い。場合によっては、無くても良い。
【０１１１】
また、犠牲層に達する開口部を形成した後、電極を形成する工程順を例に説明してきたが、逆に電極を形成してから犠牲層に達する開口部を形成しても良い。特に自立する構造体の膜厚が厚い場合には、後者の方が望ましい。
【０１１２】
また、回路については記載されていないが、同一基板に回路を形成してもよい。この場合、犠牲エッチングの際に、保護膜たとえばプラズマ窒化ケイ素膜で回路部を保護する構造とすれば良い。場合によっては、レジストで保護する構造としても良い。
また、重り部のような大面積の部位にエッチングホールを設けない例を説明したが、もちろん有っても良い。
【０１１３】
第５の実施の形態において、酸化膜６０１は、窒化ケイ素膜６０２の応力緩和層として設けたもので、場合によっては無くても良い。
【０１１４】
第６の実施の形態において、窒化ケイ素膜７０４とシリコン基板７００との間に応力緩和層として、酸化膜を形成しても良い。
【０１１５】
犠牲層直下にトンネルを形成するための溝を形成する、犠牲層直下の構造膜ないしは基板として、第５の実施の形態ではプラズマ窒化ケイ素膜、第６の実施の形態ではシリコン基板を例に説明したが、これらに限定される訳ではなく、犠牲エッチングの際に或る程度の選択比を有しており、従って除去されずに残存する物であればなんでも良く、例えばアルミ等の配線材料や多結晶シリコンなどを利用することもできる。
【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を示す断面図。
【図２】図１の工程によって形成された微小装置の構造を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ断面図。
【図３】本発明の第２の実施の形態における製造工程を示す断面図。
【図４】図３の工程によって形成された微小装置の構造を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ断面図。
【図５】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６】本発明の第３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。
【図７】本発明の第４の実施の形態における製造工程を示す断面図。
【図８】図７の工程によって形成された微小装置の構造を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ断面図。
【図９】本発明の第５の実施の形態における製造工程を示す断面図。
【図１０】図９の工程によって形成された微小装置の構造を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ断面図。
【図１１】本発明の第６の実施の形態における製造工程を示す断面図。
【図１２】図１１の工程によって形成された微小装置の構造を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ断面図。
【図１３】従来技術における製造工程を示す断面図。
【図１４】図１３の工程によって形成された微小装置の構造を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ断面図。
【符号の説明】
１００…シリコン基板１０１…酸化膜１０２…窒化ケイ素膜
１０３…酸化膜１０４…開口部１０５…多結晶シリコン膜
１０６…電極１１０…構造体１１１…アンカー部
１１２…間隙１２０…重り１２１…エッチングホール
１２２…重り１２０に設けられた櫛歯電極１２３…固定極の櫛歯電極
１２４…梁
２００…シリコン基板２０１…酸化膜２０２…窒化ケイ素膜
２０３…酸化膜２０４…溝２０５…酸化膜
２０６…トンネル２０７…開口部２０８…多結晶シリコン膜
２０９…アルミ電極２１０…間隙２１１…構造体
２１２…アンカー部２３０…重り
２３１…重り２３０に設けられた櫛歯電極２３２…固定極の櫛歯電極
２３３…梁
３００…シリコン基板３０１…酸化膜３０２…窒化ケイ素膜
３０３…酸化膜３０４…溝３０５…酸化膜
３０６…トンネル３０７…開口部３０８…多結晶シリコン膜
３０９…アルミ電極３１０…間隙３１１…構造体
３１２…アンカー部３３０…重り
３３１…重り３３０に設けられた櫛歯電極３３２…固定極の櫛歯電極
３３３…梁３５０…ＳＯＧ（スピンオンガラス）膜
４００…シリコン基板４０１…酸化膜４０２…窒化ケイ素膜
４０３…酸化膜４０４…溝４０５…酸化膜
４０６…トンネル４０７…開口部４０８…多結晶シリコン膜
４１０…間隙４１１…構造体４６０…間隙
４６１…マイクロシェル４６２…キャビティ４７０…酸化膜
４７１…溝４７２…酸化膜４７３…トンネル
４８０…開口部４８１…開口部４８２…開口部
４９０…多結晶シリコン膜
５００…第１のシリコン基板５０１…酸化膜
５０２…溝５０３…酸化膜５０４…トンネル
５０５…多結晶シリコン膜５０６…第２のシリコン基板
５０７…ＳＯＩ層５０８…開口部５０９…アルミ電極
５１０…間隙５１１…構造体５１２…アンカー部
５１３…凸部５３０…重り
５３１…重り５３０に設けられた櫛歯電極５３２…固定極の櫛歯電極
５３３…梁
６００…シリコン基板６０１…酸化膜６０２…窒化ケイ素膜
６０３…窒化ケイ素膜６０４…溝６０５…酸化膜
６０６…トンネル６０７…開口部６０８…多結晶シリコン膜
６０９…アルミ電極６１０…間隙６１１…構造体
６１２…アンカー部６３０…重り
６３１…重り６３０に設けられた櫛歯電極６３２…固定極の櫛歯電極
６３３…梁６４０…凸部
７００…シリコン基板７０１…酸化膜７０２…開口部
７０３…溝７０４…窒化ケイ素膜
７０５…酸化膜７０６…トンネル７０７…開口部
７０８…多結晶シリコン膜７０９…アルミ電極７１０…間隙
７１１…構造体７１２…アンカー部７３０…重り
７３１…重り７３０に設けられた櫛歯電極７３２…固定極の櫛歯電極
７３３…梁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for forming a mechanical microstructure on a substrate material such as a semiconductor substrate, and more particularly to a method for forming a sacrificial layer removed by a sacrificial etching process.
[0002]
[Prior art]
A conventional method for manufacturing a micro device will be briefly described with reference to FIGS. 13 and 14, taking an acceleration sensor as an example.
FIG. 13 is a cross-sectional view showing each step of the acceleration sensor manufacturing method.
First, in FIG. 13A, an oxide film 101 is formed on a main surface of a silicon substrate 100 by a thermal oxidation technique, and a silicon nitride film 102 is formed thereon by a low pressure CVD (chemical vapor deposition) technique. Form a film.
Next, in (B), after the oxide film 103 is formed on the main surface of the structure by the atmospheric pressure CVD method, the opening 104 that penetrates the oxide film 103 and reaches the silicon nitride film 102 is formed. , Photoetching, dry etching and resist removal.
Next, in (C), a polycrystalline silicon film 105 is formed on the main surface of the structure by low pressure CVD, and the polycrystalline silicon film 105 is patterned by photoetching, dry etching and resist removal. .
Next, in (D), the electrode 106 is formed on a part of the main surface of the structure by a vacuum deposition method using a metal mask. The electrode 106 is made of gold, which is a metal material that is resistant to hydrofluoric acid, so that it can withstand a long-time sacrificial etching performed in a subsequent process.
Next, in (E), the structure of (D) is immersed in an etching solution containing hydrofluoric acid, and the oxide film 103 is sacrifice-etched so that the main surface of the silicon substrate 100 is self-supported with a minute gap 112. A body 110 is obtained. Note that the portion of the polycrystalline silicon film 105 that fills the opening 104 of the oxide film 103 becomes the anchor portion 111 of the self-standing structure 110.
[0003]
14A is a plan view of the acceleration sensor formed in the step of FIG. 13, and FIG. 14B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. Note that FIG. 14B shows the same structure as FIG. The gap 112 is, for example, about several μm to several tens of μm, and the length of one side of the structure 110 is, for example, about several hundred μm to 1 mm.
In FIG. 14A, 120 is a weight, 121 is an etching hole, 122 is a comb electrode provided on the weight 120, 123 is a comb electrode of a fixed pole, and 124 is a beam connecting the weight 120 and the anchor portion 111. is there.
[0004]
The etching hole 121 is provided for the following reason. That is, when the oxide film 103 is sacrifice-etched, the etching speed of the oxide film 103 is slow, and thus it takes a long time to remove a large area portion from the periphery by under-etching just below the weight 120. Therefore, in order to reduce the amount of under etching, a large number of etching holes 121 are provided in a large area such as the weight 120, and etching is also performed from that portion.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the conventional method for manufacturing a microdevice has a problem that a sacrificial etching time is required because the thermal oxide film is sacrificed with a hydrofluoric acid-based etching solution.
Further, since it is necessary to form a large number of etching holes in order to shorten the sacrificial etching time, there is a problem that the weight is reduced by that much, and it is difficult to improve the sensitivity of the acceleration sensor.
In addition, a hydrofluoric acid resistant metal such as gold must be used so that it can withstand sacrificial etching for a long time. However, since gold is an impurity that forms a deep impurity level, it is consistent with the IC manufacturing process. There was a problem that the nature was bad.
Further, since there is no appropriate method for protecting the circuit portion during long-time sacrificial etching, it is difficult to simultaneously form circuits on the same substrate, and thus it is difficult to reduce the chip cost. .
The various problems as described above are all due to the fact that it takes a long time to sacrifice-etch the sacrifice layer.
[0006]
The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a microdevice capable of quickly removing a sacrificial layer by etching.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention adopts a configuration as described in the claims. That is, in the present invention, the etching time is shortened by forming a sacrificial layer that is etched quickly. Specifically, in claim 1, by providing a step of forming a tunnel inside the sacrificial layer, at the time of sacrificial etching, the etchant quickly enters the sacrificial layer through the tunnel, and thus the sacrificial layer is quickly sacrificed. The layer is sacrificial etched. Note that the above tunnel is not limited to a hole-like structure. Sacrifice The sacrificial layer may be deposited in a sponge shape (a state in which so-called “su” is contained). The above configuration corresponds to, for example, a first embodiment (FIGS. 1 and 2) described later.
[0008]
Next, the claim 2 In the invention described in (1), a step of planarizing the main surface of the second sacrificial layer is added. This configuration corresponds to, for example, a second embodiment (FIGS. 3 and 4) described later.
[0009]
Next, the claim 3 In the invention described in (1), a step of bonding the support substrate is added to the surface of the second sacrificial layer (for example, the lower surface in FIG. 7 described later). This configuration corresponds to, for example, a fourth embodiment (FIGS. 7 and 8) described later.
[0010]
Claims 4 Claims 1 to 3 The tunnel inside the sacrificial layer is formed in a part of the region removed by sacrificial etching.
[0011]
Next, the claim 5 , Claims 6 In the invention described in (1), the groove for forming the tunnel is provided not in the sacrificial layer but in the structural film (film that is not removed during the sacrificial etching) provided immediately below the sacrificial layer or the substrate itself. . Claims 1 to above 4 In this structure, since the trench for forming the tunnel is formed in the first sacrificial layer, it is necessary to increase the thickness of the first sacrificial layer in order to increase the cross-sectional area of the tunnel. . However, in practice, it is difficult to make the film too thick due to the problem of stress of the film (for example, oxide film) serving as the sacrificial layer and the problem of cracks. Therefore claims 5 , Claims 6 In this invention, since the grooves are formed in the structural film and the substrate other than the sacrificial layer, the depth of the grooves can be increased, and thus the cross-sectional area of the tunnel can be easily increased. Note that the above tunnel is not limited to a hole-like structure. Sacrifice The sacrificial layer may be deposited in a sponge shape (a state in which so-called “su” is contained).
[0012]
Further, the structure film is not limited to a nitride film or the like, for example, a wiring material such as aluminum or polycrystalline, as long as the structure film has a certain selectivity at the time of sacrificial etching and remains without being removed. Silicon or the like can also be used.
Further, the structure in which the groove is provided in the structural film corresponds to, for example, a fifth embodiment (FIGS. 9 and 10) described later, and the structure in which the groove is provided in the substrate itself is, for example, a sixth embodiment (see FIG. 11). Corresponds to FIG.
[0013]
Ma Claim 7 Is the claim 2 And claims 8 , Claims 9 Is the claim 3 It corresponds to.
[0014]
Claims 10 Is a correlation between the planar shape pattern of the tunnel and the planar shape pattern of the structure to be formed. For example, as described in the last part of the embodiment, when the tunnel is formed in a stripe shape, the unevenness is transferred to the film constituting the structure, so that it is formed in a corrugated tin plate shape, and thus the mechanical strength. Can be controlled. For example, if the direction is the same as the direction of the beam of the structure, the spring strength of the beam can be increased, and if the direction is perpendicular to the direction of the beam, the spring strength can be decreased. By reducing the spring strength, the internal stress of the structure can be relaxed.
[0015]
【The invention's effect】
In the present invention, there is an effect that the sacrificial layer can be quickly removed by etching. Therefore, there is no need to provide an etching hole. For example, in an acceleration sensor, a sensor with a smaller sensitivity can be realized with the same sensitivity, and a sensor with a higher sensitivity can be realized with the same size. In addition, there is no need to use materials such as gold, no element processes other than general manufacturing processes such as metal masks and lift-off are required, and there is no risk of heavy metal contamination. It is easy to mix circuit portions on the same chip, and capital investment other than standard processes can be suppressed. In addition, the device cost can be reduced by forming the circuit on the same chip, and in addition, the S / N (signal-to-noise ratio) can be improved in the sensor device, and a more sensitive and more intelligent sensor can be realized. I can do it. Further, since the time required for the sacrificial etching process is extremely shortened, it is possible to improve the mass productivity and to reduce the process cost and the device cost.
[0016]
Claims 1 to 4 In the invention described in (1), it is possible to form a self-supporting structure directly above a region where a circuit is formed. Therefore, the degree of integration can be improved and the cost can be reduced. In addition, in an infrared sensor having a thermal separation structure, it is possible to improve the aperture ratio, and therefore the sensitivity can be improved.
[0017]
Claims 5 To claims 9 In the invention described in (1), since a groove for forming a tunnel can be formed deeply, a tunnel having a large cross-sectional area can be formed, and therefore an etching solution can be guided efficiently, and the sacrificial etching time can be further shortened. Can do.
[0018]
Claims 10 In the invention described in (1), the unevenness corresponding to the shape of the tunnel is transferred to the film constituting the structure, so that the mechanical strength can be controlled by changing the planar shape pattern.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
1 and 2 are views showing a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a sectional view showing a manufacturing process. FIG. 2 is a view showing a structure of a micro device formed by the process of FIG. Yes, (A) is a plan view, and (B) is an AA cross-sectional view of (A).
[0020]
First, a manufacturing process is demonstrated based on FIG.
In (A), an oxide film 201 is formed on the main surface of the silicon substrate 200 by a thermal oxidation method, and a silicon nitride film 202 is formed thereon by a low pressure CVD method.
[0021]
In (B), after the oxide film 203 is formed on the main surface of the structure by the atmospheric pressure CVD method, the groove 204 that penetrates the oxide film 203 and reaches the silicon nitride film 202 is formed by dry etching. Form by technique.
[0022]
In (C), an oxide film 205 is formed on the main surface of the structure by the atmospheric pressure CVD method. By using a film forming method with poor coverage (coverage) such as atmospheric pressure CVD, the inside of the groove 204 is not completely filled, and a tunnel 206 is formed. The above-described tunnel 206 is not limited to a completely conductive hole, but may be in a state where the oxide film 205 is deposited in a sponge shape, that is, in a state where so-called “soot” is contained. .
[0023]
Further, in this embodiment, the case where atmospheric pressure CVD is used as the method for forming the oxide film 205 is exemplified, but other methods may be used as long as the film formation method has poor coverage. The above-mentioned atmospheric pressure CVD is a typical film forming method with poor coverage, but sputtering may be used. Although the oxide film 205 is a sacrificial layer, the material of the sacrificial layer is not limited to the oxide film, and a wiring material such as aluminum, polycrystalline silicon, or the like can also be used.
[0024]
In (D), an opening 207 that penetrates the oxide film 203 and the oxide film 205 of the structure and reaches the silicon nitride film 202 is formed by a dry etching technique.
[0025]
In (E), a polycrystalline silicon film 208 is formed on the main surface of the structure by a low pressure CVD method and patterned.
[0026]
In (F), an aluminum film is formed on the main surface of the structure by a sputter deposition technique, and an aluminum electrode 209 is formed by a dry etching technique. In this embodiment, a standard IC manufacturing process is used instead of a vacuum deposition method using a metal mask as in the conventional example.
[0027]
In (G), the structure described in (F) is immersed in a PAD opening solution that is less corrosive to aluminum, and the oxide film 203 and the oxide film 205 are sacrifice-etched to form the main surface of the silicon substrate 200. A self-supporting structure 211 is formed with a minute gap 210. Note that, in the polycrystalline silicon film 208, the portion filled with the opening 207 becomes an anchor portion 212 of the self-standing structure 211.
[0028]
In this sacrificial etching step, since the tunnel 206 (hole or “su”) is formed in the oxide film 205, the etching solution quickly enters through that portion. For this reason, sacrificial etching is performed very rapidly even in a portion under a large area.
[0029]
In the plan view and the cross-sectional view shown in FIG. 2, 230 is a weight, 231 is a comb-teeth electrode provided on the weight 230, 232 is a comb-teeth electrode of a fixed pole, and 233 is a beam connecting the weight 230 and the anchor portion 212. . Under-etching of the oxide film 203 and the oxide film 205 immediately below the weight 230 is achieved very rapidly as the etchant quickly enters from the tunnel 206. Therefore, the etching hole as in the conventional example is not provided. Reference numeral 240 denotes a convex portion in which the pattern of the tunnel 206 is transferred to the polycrystalline silicon film 208. The gap 210 is, for example, about several μm to several tens of μm, and the length of one side of the structure 211 is, for example, about several hundred μm to 1 mm.
[0030]
When the structure of FIG. 2 is applied to an acceleration sensor, the displacement of the weight 230 caused by the application of the acceleration in the vertical direction in the figure is caused by static electricity between the comb-shaped electrode 231 of the movable portion and the comb-shaped electrode 232 of the fixed portion. An acceleration is detected by detecting it as a change in electric capacity.
[0031]
A vibration-type angular velocity sensor can also be realized with a similar structure. That is, the weight 230 is vibrated by applying an AC voltage between the comb electrode 231 and the comb electrode 232. Then, the displacement of the weight 230 in the direction of the silicon substrate 200 due to the Coriolis force when the angular velocity about the AA axis in FIG. 2A is received as the change in the capacitance between the weight 230 and the silicon substrate 200. By detecting, the angular velocity can be detected.
[0032]
Moreover, the structure of FIG. 2 can also be utilized for the thermal separation structure of an infrared sensor. For example, if a hot junction of a thermocouple is formed on a self-supporting structure (weight 230), a cold junction is formed on the other part, and infrared rays are irradiated on the part of the hot junction, a space is formed below the structure. Since it is formed, heat can be prevented from diffusing from the structure to the surrounding structure, and the sensitivity can be improved.
[0033]
In the structure of the first embodiment, the convex portion 240 is automatically formed by transferring the pattern of the tunnel 206 to the polycrystalline silicon film 208. The convex portion 240 has a self-supporting structure. Since it has the effect | action which reduces the contact area at the time of a body (weight 230) contacting with a support substrate, the effect which reduces the tendency for the self-supporting structure to adhere to the support substrate surface which opposes is acquired.
[0034]
(Second Embodiment)
3 and 4 are views showing a second embodiment of the present invention, FIG. 3 is a cross-sectional view showing a manufacturing process, and FIG. 4 is a view showing a structure of a micro device formed by the process of FIG. Yes, (A) is a plan view, and (B) is an AA cross-sectional view of (A).
[0035]
First, a manufacturing process is demonstrated based on FIG.
In (A), an oxide film 301 is formed on the main surface of the silicon substrate 300 by a thermal oxidation method, and a silicon nitride film 302 is formed thereon by a low pressure CVD method.
[0036]
In (B), after the oxide film 303 is formed on the main surface of the structure by the atmospheric pressure CVD method, the groove 304 that penetrates the oxide film 303 and reaches the silicon nitride film 302 is formed by dry etching. Form by technique.
[0037]
In (C), an oxide film 305 is formed on the main surface of the structure by a normal pressure CVD method. At this time, the inside of the groove 304 is not completely filled, and a tunnel 306 is formed. The tunnel 306 described above is not limited to a completely conductive hole, but may be in a state where the oxide film 305 is deposited in a sponge shape, that is, in a state where so-called “soot” is contained. .
[0038]
In (D), an SOG (spin-on-glass) film 350 is formed on the main surface of the structure, and the main surface of the oxide film 305 is planarized.
[0039]
In (E), an opening 307 that penetrates the oxide film 303, oxide film 305, and SOG film 350 of the structure and reaches the silicon nitride film 302 is formed by a dry etching technique.
[0040]
In (F), a polycrystalline silicon film 308 is formed on the main surface of the structure by a low pressure CVD method and patterned.
[0041]
In (G), an aluminum film is formed on the main surface of the structure by a sputtering deposition technique, and an aluminum electrode 309 is formed by a dry etching technique. In this embodiment, a standard IC manufacturing process is used instead of a vacuum deposition method using a metal mask as in the conventional example.
[0042]
In (H), the structure described in (G) is immersed in a PAD opening solution that is less corrosive to aluminum, and the oxide film 303, the oxide film 305, and the SOG film 350 are sacrificial etched, thereby forming the silicon substrate 300. Thus, a structure 311 that is self-supporting with a slight gap 310 on the main surface is obtained. The portion of the polycrystalline silicon film 308 that fills the opening 307 becomes the anchor portion 312 of the self-supporting structure 311.
[0043]
In this sacrificial etching step, a tunnel 306 (hole or “su”) is formed in the oxide film 305, so that the etchant quickly enters through that portion. For this reason, sacrificial etching is performed very rapidly even in a portion under a large area.
[0044]
Among the steps (A) to (H), steps other than (D) correspond to the steps shown in FIG. 1 as follows. That is, FIG. 3 (A) is in FIG. 1 (A), (B) is in (B), (C) is in (C), (E) is in (D), and (F) is in (E). , (G) corresponds to (F), and (H) corresponds to (G). That is, in the second embodiment, the process of FIG. 3D is added to the process in the first embodiment. By adding this step, as shown in FIG. 3H, the upper surface and the lower surface of the self-standing structure 311 (surfaces facing the substrate) become smooth and convex as shown in FIG. The part 240 does not occur.
[0045]
In the plan view and the cross-sectional view shown in FIG. 4, 330 is a weight, 331 is a comb-teeth electrode provided on the weight 330, 332 is a comb-teeth electrode of a fixed pole, and 333 is a beam connecting the weight 330 and the anchor portion 312. . Under-etching of the oxide film 303 and the oxide film 305 immediately below the weight 330 is achieved very rapidly as the etching solution quickly enters from the tunnel 306. Therefore, the etching hole as in the conventional example is not provided.
[0046]
Note that the structure of FIGS. 3 and 4 can be used for an acceleration sensor, an angular velocity sensor, an infrared sensor, or the like, as in the first embodiment.
[0047]
In the structure of the second embodiment, since both surfaces of the self-supporting structure (weight 330) are flat, stress concentration is less likely to occur when an external force is applied to the structure, and the tendency to breakage may be reduced. it can.
[0048]
(Third embodiment)
5 and 6 are cross-sectional views showing the manufacturing process of the third embodiment.
First, in FIG.
In (A), an oxide film 401 is formed on the main surface of the silicon substrate 400 by a thermal oxidation method, and a silicon nitride film 402 is formed thereon by a low pressure CVD method.
[0049]
In (B), after forming an oxide film 403 on the main surface of the structure by the atmospheric pressure CVD method, a trench 404 penetrating the oxide film 403 and reaching the silicon nitride film 402 is formed by dry etching. Form by technique.
[0050]
In (C), an oxide film 405 is formed on the main surface of the structure by a normal pressure CVD method. At this time, the inside of the groove 404 is not completely filled, and a tunnel 406 is formed. The above-described tunnel 406 is not limited to a completely conductive hole, but may be in a state where the oxide film 405 is deposited in a sponge shape, that is, in a state where so-called “soot” is contained. .
The oxide film 403 and the oxide film 405 serve as a sacrificial layer directly below the self-standing structure.
[0051]
In (D), an opening 407 that penetrates the oxide film 403 and the oxide film 405 of the structure and reaches the silicon nitride film 402 is formed by a dry etching technique.
[0052]
In (E), a polycrystalline silicon film 408 is formed on the main surface of the structure by a low pressure CVD method and patterned.
The steps so far correspond to the steps of FIGS. 1A to 1E in the first embodiment, respectively.
[0053]
In (F), an oxide film 470 is formed on the main surface of the structure by the atmospheric pressure CVD method, and then penetrates through the oxide film 470 to reach the polycrystalline silicon film 408 or the oxide film 405. 471 is formed by a dry etching technique.
[0054]
Next, description will be made based on FIG.
In FIG. 5G, an oxide film 472 is formed on the main surface of the structure shown in FIG. The inside of the groove 471 is not completely filled, and a tunnel 473 is formed. Note that the tunnel 473 is not limited to a completely conductive hole, but may be in a state where an oxide film 472 is deposited in a sponge shape, that is, in a state where so-called “soot” is contained. .
The oxide film 470 and the oxide film 472 serve as a sacrificial layer for making the following microshell (microstructure lid) a self-supporting structure.
[0055]
In (H), an opening 480 that penetrates the oxide film 470 and the oxide film 472 and reaches the polycrystalline silicon film 408 is formed by a dry etching technique.
[0056]
In (I), a polycrystalline silicon film 490 is formed on the main surface of the structure by a low pressure CVD method and patterned. The sidewall of the opening 481 serves as the opening 482 of the oxide film 470 and the oxide film 472.
[0057]
In (J), the structure is immersed in a PAD opening solution that is less corrosive to aluminum, and the oxide film 472, the oxide film 470, the oxide film 405, and the oxide film 403 are sacrifice-etched from the opening 482. . As a result, a structure body 411 that is self-supporting with a slight gap 410 on the main surface of the silicon substrate 400 and a microshell 461 that is self-supporting with a small gap 460 with respect to the structure body 411 are obtained.
[0058]
In this sacrificial etching step, a tunnel 406 (hole or “su”) is formed in the oxide film 470 and a tunnel 473 is formed in the oxide film 472, so that the etching solution quickly enters through that portion. . For this reason, sacrificial etching is performed very rapidly even in a portion under a large area.
[0059]
In (K), when an aluminum electrode 409 is formed in a vacuum on the main surface of the structure by a vacuum deposition method using a metal mask, a vacuum cavity 462 isolated by a microshell 461 is obtained.
[0060]
In the third embodiment, a structure in which the self-standing structure 411 is formed in the vacuum cavity 462 is formed at a time. Therefore, when this structure is used for an acceleration sensor, an angular velocity sensor, an infrared sensor or the like similar to the above, sensitivity and stability can be improved.
[0061]
(Fourth embodiment)
7 and 8 are views showing a fourth embodiment of the present invention. FIG. 7 is a sectional view showing a manufacturing process. FIG. 8 is a view showing a structure of a micro device formed by the process of FIG. Yes, (A) is a plan view, and (B) is an AA cross-sectional view of (A).
First, a manufacturing process is demonstrated based on FIG.
In (A), after forming an oxide film 501 on the main surface (lower surface in the figure) of the first silicon substrate 500 by a thermal oxidation method, a groove 502 is formed by a dry etching method.
[0062]
In (B), an oxide film 503 is formed on the main surface (lower surface in the drawing) of the structure by a CVD method. At this time, the groove 502 is not completely filled, and a tunnel 504 is formed. The tunnel 504 is not limited to a completely conductive hole, but may be in a state where the oxide film 503 is deposited in a sponge shape, that is, in a state where so-called “soot” is contained. .
The oxide film 501 and the oxide film 503 serve as a sacrificial layer in the sacrificial layer etching.
[0063]
In (C), a polycrystalline silicon film 505 is formed on the main surface (lower surface in the figure) of the structure by a low pressure CVD method, and the main surface of the polycrystalline silicon film 505 is ground and subjected to CMP (chemical mechanical polishing). ).
[0064]
In (D), the main surface (lower surface in the figure) of the structure and the main surface of the second silicon substrate 506 are overlapped and directly bonded by heat treatment in an oxygen atmosphere. Thereafter, the first silicon substrate 500 is ground and polished to obtain an SOI (silicon on insulator) layer 507 having a desired thickness.
[0065]
In (E), an opening 508 that penetrates the SOI layer 507 on the main surface of the structure and reaches the sacrificial oxide film 501 and the oxide film 503 is formed by a dry etching technique.
[0066]
In (F), an aluminum film is formed on the main surface of the structure by a sputtering deposition technique, and an aluminum electrode 509 is formed by a dry etching technique. In this embodiment, a standard IC manufacturing process is used instead of a vacuum deposition method using a metal mask as in the conventional example. .
[0067]
In (G), the structure of (F) is immersed in a PAD opening solution that is less corrosive to aluminum, and the oxide film 503 and the oxide film 505 are sacrifice-etched. The oxide film in the region having a tunnel inside the sacrificial layer is quickly sacrificial etched to obtain a structure 511 that is self-supporting with a slight gap 510 on the main surface of the second silicon substrate 506. Further, the oxide film immediately below the SOI layer 507 remains, and the anchor portion 512 of the self-standing structure 511 is obtained.
[0068]
In the first to third embodiments described so far, the self-supporting structure is made of polycrystalline silicon, but in this embodiment, it is made of an SOI layer, that is, single crystal silicon.
[0069]
In the plan view and the cross-sectional view shown in FIG. 8, 530 is a weight, 531 is a comb-tooth electrode provided on the weight 530, 532 is a comb-tooth electrode of a fixed pole, 533 is a beam connecting the weight 530 and the anchor portion 512. . Reference numeral 513 denotes a convex portion that reduces the contact area when the self-supporting structure 511 contacts the opposing substrate surface, and is automatically formed at a position where a tunnel is formed inside the sacrificial layer in this embodiment.
[0070]
Note that application to an acceleration sensor, an angular velocity sensor, an infrared sensor, and the like is the same as that in the first embodiment.
[0071]
In the structure of the fourth embodiment, since the self-supporting structure is flat and is made of a single crystal, stress concentration is difficult to occur when an external force is applied to the structure. It is not subject to field erosion and therefore can reduce its tendency to be destroyed.
[0072]
In the above description of the first to fourth embodiments, specific examples have been used for explanation. However, the present invention is not limited to these numerical values, words, or drawings, and various micro devices can be manufactured. Applicable to the method. This will be described below.
[0073]
First, in the first to fourth embodiments, the planar pattern of the groove for forming a tunnel inside the sacrificial layer may be any pattern such as a dot shape, a stripe shape, or a mesh shape, and a cross-sectional shape. May not penetrate the oxide film, and may reach the underlying structure film or the inside of the support substrate.
[0074]
In addition, the combination of the structure material / sacrificial layer material / sacrificial etchant has been described as an example of a combination of polycrystalline or single crystal silicon / oxide film / PAD opening liquid, but is not limited to these, for example, The present invention can also be applied to combinations of other materials such as glass / aluminum / hydrochloric acid. Further, although wet sacrificial etching has been described as an example, the present invention is not limited to this, and dry sacrificial etching may be used.
[0075]
In addition, as a film formation method, a specific method such as CVD, thermal oxidation, or vacuum deposition has been described as an example. However, the present invention is not limited thereto, and other film formation methods may be used.
Although no circuit is described, the circuit may be formed on the same substrate. In this case, the circuit portion may be protected with a protective film such as a plasma silicon nitride film during the sacrificial etching. In some cases, a structure protected by a resist may be used.
Moreover, although the example which does not provide an etching hole in the site | part of a large area like a weight part was demonstrated, of course, it may exist.
[0076]
Next, in the first to third embodiments, the silicon nitride films 202, 302, and 402 are provided for electrical insulation between the electrodes, and other insulating materials may be used. In some cases, it may be omitted.
The oxide films 201, 301, and 401 are provided as stress relaxation layers of the silicon nitride films 202, 302, and 402, and may be omitted depending on circumstances.
[0077]
Next, in the first, second, and fourth embodiments, the order of steps for forming the electrode after forming the opening reaching the sacrificial layer has been described as an example. An opening reaching the sacrificial layer may be formed. In particular, when the thickness of the self-supporting structure is thick, the latter is preferable.
[0078]
Next, in the first and third embodiments, when the tunnel inside the sacrificial layer is formed in a stripe shape, since the unevenness is transferred to the film constituting the structure, it is formed in a corrugated tin plate shape, Therefore, the mechanical strength can be controlled. For example, if the direction is the same as the direction of the beam, the spring strength of the beam can be increased, and if the direction is perpendicular to the direction of the beam, the spring strength can be decreased. By reducing the spring strength, the internal stress of the structure can be relaxed.
[0079]
Next, in the second embodiment, the surface of the sacrificial layer is planarized by forming the SOG film 350, but may be planarized by a CMP (chemical mechanical polishing) technique.
[0080]
Next, in the fourth embodiment, an insulating film for electrical insulation may be provided between a member constituting the microshell and an aluminum electrode as a plug for holding a vacuum. In addition, although an example in which the opening of the microshell is vacuum sealed with an aluminum electrode has been described, other film forming methods may be used, and mechanical pressure bonding may be used in some cases.
[0081]
(Fifth embodiment)
FIG. 9 and FIG. 10 are views showing a fifth embodiment of the present invention, FIG. 9 is a sectional view showing a manufacturing process, and FIG. 10 is a view showing a structure of a micro device formed by the process of FIG. Yes, (A) is a plan view, and (B) is an AA cross-sectional view of (A). In the first to fourth embodiments, the sacrificial layer itself is provided with a groove and a tunnel is formed in the groove. However, in the fifth and sixth embodiments, the sacrificial layer is provided. A description will be given of a structure in which a groove is provided in a substrate directly below or a structure film (not removed during sacrificial etching) provided on the substrate and a tunnel is provided in that portion.
[0082]
First, a manufacturing process is demonstrated based on FIG.
In (A), an oxide film 601 is formed on the main surface of the silicon substrate 600 by a thermal oxidation technique, and a silicon nitride film 602 is formed thereon by a low pressure CVD technique.
[0083]
In (B), after the silicon nitride film 603 is formed on the main surface of the structure by a plasma CVD method, the groove 604 that penetrates the silicon nitride film 603 and reaches the silicon nitride film 602 is dry-etched. It is formed by the method of.
[0084]
In (C), an oxide film 605 is formed on the main surface of the structure by an atmospheric pressure CVD method. At this time, the inside of the groove 604 is not completely filled, and a tunnel 606 is formed. Note that the tunnel 606 is not limited to a completely conductive hole, but may be in a state where the oxide film 605 is deposited in a sponge shape, that is, in a state where so-called “soot” is contained. .
[0085]
In (D), an opening 607 that penetrates the silicon nitride film 603 and the oxide film 605 of the structure and reaches the silicon nitride film 602 is formed by a dry etching technique.
[0086]
In (E), a polycrystalline silicon film 608 is formed on the main surface of the structure by a low pressure CVD method and patterned.
[0087]
In (F), an aluminum film is formed on the main surface of the structure by a sputter deposition technique, and an aluminum electrode 609 is formed by a dry etching technique. In this embodiment, a standard IC manufacturing process is used instead of a vacuum deposition method using a metal mask as in the conventional example.
[0088]
In (G), the structure described in (F) is dipped in a PAD opening solution that is less corrosive to aluminum, and the oxide film 605 is sacrifice-etched to form a slight gap 610 on the main surface of the silicon substrate 600. A self-supporting structure 611 is obtained. A portion filling the opening 607 of the polycrystalline silicon film 608 becomes an anchor portion 612 of the self-standing structure 611.
[0089]
In the plan view and the cross-sectional view shown in FIG. 10, 630 is a weight, 631 is a comb electrode provided on the weight 630, 632 is a comb electrode of a fixed pole, and 633 is a beam connecting the weight 630 and the anchor portion 612. . Under-etching of the oxide film 605 directly under the weight 630 is achieved very rapidly with the etching solution quickly entering from the tunnel 606. Therefore, no etching hole is provided in this embodiment. Reference numeral 640 denotes a convex portion in which the pattern of the tunnel 606 is transferred to the polycrystalline silicon film 608.
[0090]
As described above, the fifth embodiment is configured such that the tunnel 606 is provided in the groove 604 provided in the silicon nitride film 603 immediately below the oxide film 605 serving as the sacrificial layer, instead of providing the groove. ing. Accordingly, portions other than the groove of the silicon nitride film 603 remain after the sacrificial etching.
[0091]
In the first to fourth embodiments, since the trench for forming the tunnel is formed in the first sacrificial layer, in order to increase the cross-sectional area of the tunnel, It is necessary to increase the thickness. However, in practice, it is difficult to make the thickness too thick due to the stress problem of the oxide film that becomes the sacrificial layer and the crack problem. Therefore, in this embodiment, since the groove is formed in the structure film (silicon nitride film 603) which is a non-sacrificial layer, the depth of the groove can be increased, and thus the cross-sectional area of the tunnel can be easily increased. .
[0092]
Further, since the silicon nitride film 603 is not removed by sacrificial etching, the amount of the sacrificial layer to be removed can be reduced, thereby further shortening the sacrificial etching time.
[0093]
Other operational effects and application examples are the same as those in the first embodiment.
Further, the second to fourth embodiments and this embodiment can be combined.
[0094]
(Sixth embodiment)
11 and 12 are views showing a sixth embodiment of the present invention. FIG. 11 is a sectional view showing a manufacturing process. FIG. 12 is a view showing a structure of a micro device formed by the process of FIG. Yes, (A) is a plan view, and (B) is an AA cross-sectional view of (A).
[0095]
First, a manufacturing process is demonstrated based on FIG.
In (A), after an oxide film 701 is formed on the main surface of the silicon substrate 700 by a thermal oxidation method, the oxide film 701 is patterned by a dry etching method to form an opening 702.
[0096]
In (B), using the oxide film 701 of the structure as a mask, the silicon substrate 700 is trench-etched from the opening 702 by a dry etching technique to form a groove 703, and then oxidized by etching with hydrofluoric acid. The film 701 is removed.
[0097]
In (C), a silicon nitride film 704 is formed on the main surface of the structure by a low pressure CVD method.
[0098]
In (D), an oxide film 705 is formed on the main surface of the structure by a normal pressure CVD method. At this time, the inside of the groove 703 is not completely filled, and a tunnel 706 is formed. The tunnel 706 is not limited to a completely conductive hole, but may be in a state where the oxide film 705 is deposited in a sponge shape, that is, a so-called “soot” is contained. .
[0099]
In (E), an opening 707 that penetrates the oxide film 705 of the structure and reaches the silicon nitride film 704 is formed by a dry etching technique.
[0100]
In (F), a polycrystalline silicon film 708 is formed on the main surface of the structure by a low pressure CVD method and patterned.
[0101]
In (G), an aluminum film is formed on the main surface of the structure by a sputtering deposition technique, and an aluminum electrode 709 is formed by a dry etching technique.
[0102]
In (H), the above structure is immersed in a PAD opening solution that is less corrosive to aluminum, and the oxide film 705 is sacrificial etched so that the main surface of the silicon substrate 700 is self-supported with a slight gap 710. A body 711 is obtained. Note that a portion that fills the opening 707 of the polycrystalline silicon film 708 becomes an anchor portion 712 of the self-standing structure 711.
[0103]
In the plan view and the cross-sectional view shown in FIG. 12, 730 is a weight, 731 is a comb electrode provided on the weight 730, 732 is a comb electrode of a fixed pole, and 733 is a beam connecting the weight 730 and the anchor portion 712. . Under-etching of the oxide film 705 directly under the weight 730 is achieved very rapidly as the etching solution quickly enters from the tunnel 706. Therefore, in the present embodiment, no etching hole is provided as in the first embodiment.
[0104]
As described above, in the sixth embodiment, a groove is formed in the silicon substrate 700 itself. Therefore, since a groove for forming a tunnel can be formed deeply, a tunnel having a large cross-sectional area can be formed. Therefore, the etching solution can be guided efficiently, and the sacrificial etching time can be further shortened.
[0105]
Other operational effects and application examples are the same as those in the first embodiment.
Further, the second to fourth embodiments and this embodiment can be combined.
[0106]
In the above description of the fifth and sixth embodiments, specific examples have been described. However, the present invention is not limited to these numerical values, wordings, or drawings, and various micro devices can be manufactured. Applicable to the method. This will be described below.
[0107]
In the fifth and sixth embodiments, the planar pattern of the grooves formed in the structure film or substrate immediately below the sacrificial layer for forming a tunnel immediately below the sacrificial layer may be any dot shape, stripe shape, mesh shape, or the like. It may be a pattern, and the cross-sectional shape may not penetrate the structural film, and may reach the underlying structural film or the inside of the support substrate.
[0108]
Further, when the tunnel directly under the sacrificial layer is formed in a stripe shape, the unevenness is transferred to the film constituting the structure, so that it is formed in a corrugated tin plate shape, and therefore the mechanical strength can be controlled. For example, if the direction is the same as the direction of the beam, the spring strength of the beam can be increased, and if the direction is perpendicular to the direction of the beam, the spring strength can be decreased. By reducing the spring strength, the internal stress of the structure can be relaxed.
[0109]
In addition, the combination of the structure material / sacrificial layer material / sacrificial etchant has been described as an example of a combination of polycrystalline or single crystal silicon / oxide film / PAD opening liquid, but is not limited to these, for example, The present invention can also be applied to combinations of other materials such as glass / aluminum / hydrochloric acid. Further, although wet sacrificial etching has been described as an example, the present invention is not limited to this, and dry sacrificial etching may be used.
[0110]
In addition, as a film formation method, a specific method such as CVD, thermal oxidation, or vacuum deposition has been described as an example. However, the present invention is not limited thereto, and other film formation methods may be used.
The silicon nitride films 602 and 704 are provided for electrical insulation between the electrodes, and other insulating materials may be used. In some cases, it may be omitted.
[0111]
Further, the order of the steps of forming the electrode after forming the opening reaching the sacrificial layer has been described as an example, but conversely, the opening reaching the sacrificial layer may be formed after forming the electrode. In particular, when the thickness of the self-supporting structure is thick, the latter is preferable.
[0112]
Further, although no circuit is described, the circuit may be formed on the same substrate. In this case, the circuit portion may be protected with a protective film such as a plasma silicon nitride film during the sacrificial etching. In some cases, a structure protected by a resist may be used.
Moreover, although the example which does not provide an etching hole in the site | part of a large area like a weight part was demonstrated, of course, it may exist.
[0113]
In the fifth embodiment, the oxide film 601 is provided as a stress relaxation layer of the silicon nitride film 602 and may be omitted in some cases.
[0114]
In the sixth embodiment, an oxide film may be formed as a stress relaxation layer between the silicon nitride film 704 and the silicon substrate 700.
[0115]
As a structural film or substrate immediately below the sacrificial layer in which a trench for forming a tunnel is formed immediately below the sacrificial layer, a plasma silicon nitride film is used as an example in the fifth embodiment, and a silicon substrate is used as an example in the sixth embodiment. However, the present invention is not limited to these, and any material that has a certain selection ratio at the time of sacrificial etching and therefore remains without being removed may be used. For example, a wiring material such as aluminum or the like Polycrystalline silicon or the like can also be used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a manufacturing process in a first embodiment of the present invention.
2A and 2B are diagrams illustrating a structure of a micro device formed by the process of FIG. 1, in which FIG. 2A is a plan view, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 3 is a sectional view showing a manufacturing process in the second embodiment of the present invention.
4A and 4B are diagrams illustrating a structure of a micro device formed by the process of FIG. 3, in which FIG. 4A is a plan view, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a part of the manufacturing process in the third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing another part of the manufacturing process in the third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a sectional view showing a manufacturing process in the fourth embodiment of the present invention.
8A and 8B are diagrams illustrating a structure of a micro device formed by the process of FIG. 7, in which FIG. 8A is a plan view and FIG. 8B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 9 is a sectional view showing a manufacturing process in the fifth embodiment of the invention.
10A and 10B are diagrams illustrating a structure of a micro device formed by the process of FIG. 9, in which FIG. 10A is a plan view, and FIG. 10B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 11 is a sectional view showing a manufacturing process in the sixth embodiment of the invention.
12A and 12B are diagrams illustrating a structure of a micro device formed by the process of FIG. 11, in which FIG. 12A is a plan view, and FIG. 12B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a manufacturing process in the prior art.
14A and 14B are diagrams illustrating a structure of a micro device formed by the process of FIG. 13, in which FIG. 14A is a plan view, and FIG. 14B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Silicon substrate 101 ... Oxide film 102 ... Silicon nitride film
DESCRIPTION OF SYMBOLS 103 ... Oxide film 104 ... Opening part 105 ... Polycrystalline silicon film
106 ... Electrode 110 ... Structure 111 ... Anchor part
112 ... Gap 120 ... Weight 121 ... Etching hole
122 ... Comb electrode provided on weight 120 123 ... Comb electrode of fixed pole
124 ... Beam
DESCRIPTION OF SYMBOLS 200 ... Silicon substrate 201 ... Oxide film 202 ... Silicon nitride film
203 ... oxide film 204 ... groove 205 ... oxide film
206 ... Tunnel 207 ... Opening 208 ... Polycrystalline silicon film
209 ... Aluminum electrode 210 ... Gap 211 ... Structure
212 ... Anchor 230 ... Weight
231 ... Comb electrode provided on the weight 230 232 ... Comb electrode of a fixed pole
233 ... Beam
300 ... Silicon substrate 301 ... Oxide film 302 ... Silicon nitride film
303 ... oxide film 304 ... groove 305 ... oxide film
306 ... Tunnel 307 ... Opening 308 ... Polycrystalline silicon film
309 ... Aluminum electrode 310 ... Gap 311 ... Structure
312 ... Anchor 330 ... Weight
331: Comb electrode provided on weight 330 332: Comb electrode of fixed pole
333 ... Beam 350 ... SOG (spin-on-glass) film
400 ... Silicon substrate 401 ... Oxide film 402 ... Silicon nitride film
403 ... Oxide film 404 ... Groove 405 ... Oxide film
406 ... Tunnel 407 ... Opening 408 ... Polycrystalline silicon film
410 ... Gap 411 ... Structure 460 ... Gap
461 ... Microshell 462 ... Cavity 470 ... Oxide film
471 ... Groove 472 ... Oxide film 473 ... Tunnel
480 ... opening 481 ... opening 482 ... opening
490 ... polycrystalline silicon film
500 ... first silicon substrate 501 ... oxide film
502 ... groove 503 ... oxide film 504 ... tunnel
505 ... Polycrystalline silicon film 506 ... Second silicon substrate
507 ... SOI layer 508 ... Opening 509 ... Aluminum electrode
510 ... Gap 511 ... Structure 512 ... Anchor part
513 ... convex part 530 ... weight
531 ... Comb electrode provided on the weight 530 532 ... Comb electrode of a fixed pole
533 ... Beam
600 ... Silicon substrate 601 ... Oxide film 602 ... Silicon nitride film
603 ... Silicon nitride film 604 ... Groove 605 ... Oxide film
606 ... Tunnel 607 ... Opening 608 ... Polycrystalline silicon film
609 ... Aluminum electrode 610 ... Gap 611 ... Structure
612 ... Anchor 630 ... Weight
631 ... Comb electrode provided on weight 630 632 ... Comb electrode of fixed pole
633 ... Beam 640 ... Projection
700 ... Silicon substrate 701 ... Oxide film 702 ... Opening
703 ... Groove 704 ... Silicon nitride film
705 ... Oxide film 706 ... Tunnel 707 ... Opening
708 ... polycrystalline silicon film 709 ... aluminum electrode 710 ... gap
711 ... Structure 712 ... Anchor portion 730 ... Weight
731 ... Comb electrode provided on the weight 730 732 ... Comb electrode of a fixed pole
733 ... Beam

Claims

Forming a first sacrificial layer on the main surface of the substrate;
Forming a groove in the first sacrificial layer;
The second sacrificial layer is deposited on the first sacrificial layer including the inside of the groove, condition or sacrificial layer itself hole is formed in a state of being deposited on the sponge, the internal sacrificial layer etchant during etching a step of tunnels for the penetration to form the second sacrificial layer formed inside the groove, the
Forming a structure on the second sacrificial layer;
Etching the first sacrificial layer and the second sacrificial layer to form a cavity region under the structure;
A method for manufacturing a microdevice, comprising:

A method of manufacturing a microdevice according to claim 1,
A method of manufacturing a microdevice, comprising a step of planarizing a main surface of the second sacrificial layer before the step of forming the structure.

Forming a first sacrificial layer on the back surface of the substrate to be a structure;
Forming a groove in the first sacrificial layer;
The second sacrificial layer is deposited on the first sacrificial layer including the inside of the groove, condition or sacrificial layer itself hole is formed in a state of being deposited on the sponge, the internal sacrificial layer etchant during etching a step of tunnels for the penetration to form the second sacrificial layer formed inside the groove, the
Bonding a support substrate to the surface of the second sacrificial layer;
Etching the first sacrificial layer and the second sacrificial layer to form a cavity region between the structure and the support substrate ;
A method for manufacturing a microdevice, comprising:

4. The method for manufacturing a microdevice according to claim 1, wherein a tunnel inside the second sacrificial layer is formed in a part of a region to be removed by the etching. .

Forming a groove on the main surface of the substrate;
A sacrificial layer is formed on the main surface of the substrate including the inside of the groove, and is formed in a state of holes or a state where the sacrificial layer itself is deposited in a sponge shape, so that an etching solution can penetrate into the sacrificial layer during etching. Forming the sacrificial layer in which a tunnel is formed within the trench ;
Forming a structure on the sacrificial layer;
Etching the sacrificial layer to form a cavity region below the structure;
A method for manufacturing a microdevice, comprising:

Forming a structural film that is not removed during etching of the sacrificial layer on the main surface of the substrate;
Forming a groove in the structure film by etching;
A tunnel for forming a sacrificial layer on the structural film including the inside of the groove and forming a hole or a sacrificial layer deposited in a sponge shape so that an etching solution can penetrate into the sacrificial layer during etching. Forming the sacrificial layer formed inside the groove ;
Forming a structure on the sacrificial layer;
Etching the sacrificial layer to form a cavity region below the structure;
A method for manufacturing a microdevice, comprising:

A method of manufacturing a microdevice according to claim 5 or 6,
A method of manufacturing a microdevice, comprising a step of planarizing a main surface of the sacrificial layer before the step of forming the structure.

Forming a groove on the back surface of the substrate to be a structure;
Forming a sacrificial layer on the substrate rear surface including the inside the grooves, the state or sacrificial layer itself hole is formed in a state of being deposited on the sponge, the tunnel for impregnating the etchant within the sacrificial layer during etching Forming the sacrificial layer formed in the groove ;
Bonding a support substrate to the surface of the sacrificial layer;
Etching the sacrificial layer to form a cavity region between the structure and the support substrate ;
A method for manufacturing a microdevice, comprising:

Forming a structure film that is not removed when the sacrificial layer is etched on the back surface of the substrate to be a structure;
Forming a groove in the structure film by etching;
A tunnel for forming a sacrificial layer on the structural film including the inside of the groove and forming a hole or a sacrificial layer deposited in a sponge shape so that an etching solution can penetrate into the sacrificial layer during etching. Forming the sacrificial layer formed inside the groove ;
Bonding a support substrate to the surface of the sacrificial layer;
Etching the sacrificial layer to form a cavity region between the structure and the support substrate ;
A method for manufacturing a microdevice, comprising:

A planar shape pattern of the tunnel on the first sacrificial layer in which the groove is formed, the main surface of the substrate, the structural film, or the back surface of the tunnel is set according to the planar shape pattern of the structure to be formed. The method of manufacturing a micro device according to claim 1, wherein the mechanical strength of the structure is controlled.