JP5136431B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、犠牲層を含んだ基板において、該犠牲層にレーザ光を照射して多孔質化した後に該多孔質化した犠牲層を除去することにより得られる半導体装置の製造方法に関する。

従来より、中空構造体の製造方法が、例えば特許文献１で提案されている。具体的に、特許文献１では、基板側電極と、この基板側電極に対して空隙を挟んで一定距離で対向した薄膜構造体とからなる中空構造体の該空隙の形成方法が提案されている。基板側電極の上にはエッチングストッパ膜が設けられ、薄膜構造体は支持体とメンブレン電極とが積層されて構成されている。

上記の中空構造体を製造するためには、まず、基板側電極の上にエッチングストッパ膜、犠牲層、支持体、メンブレン電極を順に積層したものを用意する。次に、メンブレン電極の上にレジストを塗布して所定の場所に開口部を形成し、該開口部から露出したメンブレン電極をドライエッチングにより除去する。続いて、メンブレン電極から露出した支持体をエッチングにより除去する。これにより、メンブレン電極および支持体の開口部から犠牲層が露出する。

この後、メンブレン電極および支持体の開口部を介して犠牲層のプラズマエッチングを行う。これにより、エッチングストッパ膜と支持体との間の犠牲層を除去する。こうして、エッチングストッパ膜と支持体との間に空隙を設ける。以上により、中空構造体が完成する。

特開２００３−３０５６９７号公報

しかしながら、上記従来の技術では、メンブレン電極および支持体に設けた開口部を介してエッチング媒体を導入しているため、エッチング媒体に触れる犠牲層の表面積が小さく、長時間のエッチング時間が必要になってしまう。すなわち、メンブレン電極および支持体の開口部から遠い場所に位置する犠牲層にエッチング媒体が供給されるまでに長時間を要してしまう。このため、開口部付近に位置する犠牲層と開口部から遠い場所に位置する犠牲層とでエッチングが不均一となる。これにより、既に犠牲層が除去された部分にも引き続きエッチング媒体が供給され続けるため、エッチング媒体によって構造体が損傷を受けてしまうという問題がある。

本発明は上記点に鑑み、構造体に損傷を与えることなく犠牲層を除去することができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、第１の層（１１）の上に犠牲層（１２）が形成され、この犠牲層（１２）の上に形成された第２の層（１３）が形成された基板（１０）において、第２の層（１３）を貫通した開口部（１５）により画定された構造体（２２〜２４）と開口部（１５）とを含んだ犠牲層領域（１７）に位置する犠牲層（１２）にレーザ光を照射することにより、犠牲層領域（１７）に位置する犠牲層（１２）を多孔質化するレーザ光照射工程と、犠牲層（１２）を多孔質化した後、開口部（１５）からエッチング媒体を導入し、多孔質化した犠牲層（１２）をエッチングして除去することにより、第１の層（１１）に対して構造体（２２〜２４）を浮遊させるエッチング工程とを含んでいることを特徴とする。

これによると、犠牲層（１２）が多孔質化したことで該犠牲層（１２）内にエッチング媒体が入り込みやすくなるので、犠牲層（１２）が多孔質化していない場合よりもエッチングにより犠牲層（１２）を除去する時間を短くすることができる。したがって、構造体（２２〜２４）がエッチング媒体にさらされる時間が短くなるので、構造体（２２〜２４）に損傷を与えることなく犠牲層（１２）を除去することができる。

また、請求項１に記載の発明では、レーザ光照射工程を行った後、第２の層（１３）に開口部（１５）を形成する工程を行い、この後、エッチング工程を行うことを特徴とする。

これによると、犠牲層（１２）にレーザ光を照射する際に第２の層（１３）に開口部（１５）が形成されていないので、レーザ光の照射に該開口部（１５）による影響を与えないようにすることができる。

請求項２に記載の発明では、レーザ光照射工程では、犠牲層（１２）のうち犠牲層領域（１７）に位置する犠牲層（１２）に一定の走査幅でレーザ光を照射することにより、犠牲層領域（１７）に位置する犠牲層（１２）を一定間隔で多孔質化することを特徴とする。

これによると、犠牲層領域（１７）に位置する犠牲層（１２）の一部が多孔質化するので、開口部（１５）から遠い場所に位置する犠牲層（１２）に素早くエッチング媒体を供給することができる。

請求項３に記載の発明では、レーザ光照射工程では、犠牲層（１２）のうち犠牲層領域（１７）に位置する犠牲層（１２）全体にレーザ光を照射することにより、犠牲層領域（１７）に位置する犠牲層（１２）全体を多孔質化することを特徴とする。

これによると、犠牲層（１２）全体に均一に隙間が形成されているので、犠牲層（１２）のエッチングを均一に行うことができる。

また、例えば、１枚の基板（１０）に多数の構造体（２２〜２４）を形成する場合、各構造体（２２〜２４）と第１の層（１１）との間の犠牲層（１２）を除去する時間を各構造体（２２〜２４）で一定にすることができる。この場合、各構造体（２２〜２４）における犠牲層（１２）のエッチング時間はほぼ同じであるから、オーバーエッチング量も必要最小限で済むようにすることができる。

請求項４に記載の発明では、レーザ光照射工程では、犠牲層（１２）のうち第２の層（１３）側にレーザ光を照射することにより、犠牲層（１２）のうち第２の層（１３）側を多孔質化することを特徴とする。

これによると、犠牲層（１２）のうち第２の層（１３）側が選択的に多孔質化しているので、犠牲層（１２）のうち第２の層（１３）側を第１の層（１１）側よりも速くエッチングすることができる。これにより、犠牲層（１２）に対して第１の層（１１）の平面方向にエッチング媒体が素早く行き渡るので、犠牲層（１２）に対するエッチング媒体の該平面方向の接触面積を大きくすることができる。したがって、先に犠牲層（１２）のうちの第２の層（１３）側を第１の層（１１）の平面方向に除去した後、犠牲層（１２）のうちの第１の層（１１）側を該犠牲層（１２）の厚さ方向に第１の層（１１）側に均一にエッチングすることができる。

請求項５に記載の発明では、開口部（１５）を形成する工程では、第２の層（１３）のうち開口部（１５）の形成予定領域に第２の層（１３）に吸収される波長のレーザ光を照射することにより、開口部（１５）の形成予定領域に位置する第２の層（１３）を多孔質化する工程と、第２の層（１３）のうち多孔質化した部分をエッチングして除去することにより、第２の層（１３）に開口部（１５）を形成する工程とを含んでいることを特徴とする。

これによると、第２の層（１３）の一部が多孔質化したことで該第２の層（１３）にエッチング媒体が入り込みやすくなるので、該第２の層（１３）をエッチングする時間を短くすることができる。これにより、構造体（２２〜２４）がエッチング媒体にさらされる時間が短くなるので、構造体（２２〜２４）に損傷を与えないようにすることができる。

請求項６に記載の発明では、第２の層（１３）は、可動電極（２３）を有する可動部（２０）と固定電極（３２）を有する固定部（３０）とを有し、可動部（２０）は、構造体として、可動電極（２３）と、梁部（２４）と、錘部（２２）とを有し、可動部（２０）および固定部（３０）は、可動電極（２３）と固定電極（３２）との間に形成される容量に基づいて物理量を検出するように構成されており、構造体としての可動電極（２３）、梁部（２４）、および錘部（２２）を第１の層（１１）に対して浮遊させることを特徴とする。

このように、第１の層（１１）に対して浮いた状態とされた可動電極（２３）、梁部（２４）、および錘部（２２）の形成について、上記のように犠牲層（１２）を多孔質化して除去する方法を適用することができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態に係る製造方法により製造された加速度センサの部分断面斜視図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 レーザ光照射装置の全体構成を示した図である。 １枚のＳＯＩ基板を示した平面図である。 図１に示される半導体装置の製造工程を示した図である。 チップ領域のうちの犠牲層領域を示した平面図である。 図５に続く製造工程を示した図である。 本発明の第２実施形態に係るレーザ光照射工程を示した図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。以下で示される半導体装置は、可動部を有する加速度センサや角速度センサ（ジャイロセンサ）等の力学量センサであり、例えば車両の加速度や角速度の検出に用いられるものである。

図１は、本実施形態に係る製造方法により製造された加速度センサの部分断面斜視図である。また、図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。

図１に示されるように、本実施形態の加速度センサは、ＳＯＩ基板１０に形成されている。このＳＯＩ基板１０は、支持基板１１の上に犠牲層１２が形成され、この犠牲層１２の上に形成された半導体層１３により構成されたものである。支持基板１１の厚さは、例えば５００μｍ、犠牲層１２の厚さは例えば３μｍ、半導体層１３の厚さは例えば２０μｍである。

支持基板１１および半導体層１３として、例えばＮ型の単結晶シリコンが採用される。また、犠牲層１２として例えばＳｉＯ_２が採用される。

半導体層１３の上には、図２に示されるように、熱酸化膜１４が形成されている。この熱酸化膜１４は半導体層１３の表面が熱酸化されたことにより形成されたものである。熱酸化膜１４は、例えばＳｉＯ_２である。なお、図１では熱酸化膜１４を省略している。

ＳＯＩ基板１０のうちの犠牲層１２は、支持基板１１と半導体層１３とを絶縁すると共に、両者の間に一定の間隔を形成するためのものである。また、半導体層１３は、可動部２０と、固定部３０と、および周辺部４０とを有している。

これら可動部２０、固定部３０、および周辺部４０は、半導体層１３を貫通した開口部１５により構成されている。つまり、半導体層１３は開口部１５が形成されていることにより、可動部２０、固定部３０、および周辺部４０にそれぞれ分離されている。そして、可動部２０および固定部３０により加速度等の物理量を検出するためのセンシング部が構成されている。

可動部２０は、アンカー部２１、錘部２２、可動電極２３、および梁部２４を備えて構成されている。

アンカー部２１は、支持基板１１に対して錘部２２を浮かせて支持するためのものである。このアンカー部２１はブロック状をなしており、犠牲層１２の上に２箇所設けられている。

錘部２２は、半導体装置に加速度等が印加されたときに各アンカー部２１に対して可動電極２３を移動させる錘として機能するものであり、細長状をなしている。この錘部２２には、複数のエッチングホール２２ａが形成されている。このエッチングホール２２ａは、錘部２２と支持基板１１との間の犠牲層１２を除去する際のエッチング媒体の導入孔として用いられる。

可動電極２３は、錘部２２を構成する細長状の部位から直角方向に延設され、複数本が設けられることで櫛歯状に配置されている。各可動電極２３の間隔は、一定間隔とされており、各可動電極２３の幅、長さも一定とされている。

梁部２４は、アンカー部２１と錘部２２とを連結するものである。この梁部は、平行な２本の梁がその両端で連結された矩形枠状をなしており、２本の梁の長手方向と直交する方向に変位するバネ機能を有するものである。このような梁部２４により、錘部２２がアンカー部２１に一体に連結されて支持されている。本実施形態では、２つの梁部２４がアンカー部２１と錘部２２とをそれぞれ連結している。

そして、梁部２４、錘部２２、および可動電極２３の下部の犠牲層１２は部分的に除去され、梁部２４、錘部２２、および可動電極２３は支持基板１１の上に一定の間隔で浮遊した状態になっている。すなわち、「一定の間隔」とは、梁部２４、錘部２２、および可動電極２３を構成する半導体層１３と支持基板１１との間の間隔であり、犠牲層１２の厚みに相当する。

したがって、図２に示されるように、梁部２４の下部の犠牲層１２は除去されており、該梁部２４は支持基板１１に対して一定の間隔で浮遊している。図２では可動部２０のうち梁部２４のみが示されているが、錘部２２や可動電極２３についても同様に支持基板１１に対して一定の間隔で浮遊している。

一方、固定部３０は、可動部２０を構成する細長状の錘部２２の長辺と対向するように配置されている。したがって、２つの固定部３０が錘部２２を挟むように配置されている。図１では２つの固定部３０のうちの一方は全体が図示され、他方は一部が図示されている。このような固定部３０は、配線部３１と固定電極３２とを備えて構成されている。

配線部３１は、固定電極３２と外部とを電気的に接続するための配線として機能する部位である。

固定電極３２は、配線部３１のうちの錘部２２と対向する辺から直角方向に延設され、配線部３１に複数本ずつ備えられることで櫛歯状に配置されている。各固定電極３２の間隔は一定間隔とされており、各固定電極３２の幅、長さも一定とされている。

そして、各固定電極３２が各可動電極２３に対向配置され、各固定電極３２と各可動電極２３との間にコンデンサが形成されている。つまり、可動部２０および固定部３０は、可動電極２３と固定電極３２との間に形成される容量に基づいて物理量を検出するように構成されている。このため、支持基板１１の平面方向であって錘部２２の長手方向に加速度等が印加されたときに、該コンデンサの容量値の変化に基づいてその加速度等を検出することが可能になっている。

本実施形態では、配線部３１は犠牲層１２の上に形成されており、該犠牲層１２を介して支持基板１１に固定されている。一方、固定電極３２と支持基板１１との間の犠牲層１２が除去されており、固定電極３２は支持基板１１に対して浮いた状態になっている。

周辺部４０は、可動部２０や固定部３０の周囲に配置されたものである。本実施形態では、可動部２０および固定部３０を一周して囲むように形成されている。

上記の半導体装置の構成において、２つのアンカー部２１のうちの一方には可動部用パッド２５が設けられている。また、固定部３０の配線部３１には固定部用パッド３３が設けられている。さらに、周辺部４０には周辺部用パッド４１が設けられている。

これらの各パッド２５、３３、４１は、図２に示されるように熱酸化膜１４に設けられたコンタクト孔１４ａを介してアンカー部２１、配線部３１、周辺部４０を構成する半導体層１３にそれぞれ電気的に接続されている。

そして、各パッド２５、３３、４１に図示しないボンディングワイヤが接合されることで、各部と外部とが電気的に接続されるようになっている。例えば、アンカー部２１や配線部３１には所定の電位が印加され、周辺部４０はＧＮＤに接続される。このようなパッド２５、３３、４１としては、例えばＡｌが採用される。以上が、本実施形態に係る半導体装置の構成である。

次に、上記半導体装置の製造方法について、図３〜図７を参照して説明する。まず、半導体装置を製造する際に、犠牲層１２の一部を除去するために用いるレーザ光照射装置５０について、図３を参照して説明する。

図３は、レーザ光照射装置の全体構成を示した図である。この図に示されるように、レーザ光照射装置５０は、レーザ光源駆動部５１と、レーザ光源５２と、ミラー５３と、集光レンズ５４と、ステージ５５と、ステージ駆動部５６と、制御部５７とを備えて構成されている。

レーザ光源駆動部５１は、制御部５７の指令に従ってレーザ光源５２からレーザ光を照射させるための駆動装置である。

レーザ光源５２は、レーザ光を発するものである。レーザ光源５２としては、発振波長が１０６４ｎｍ、発振周波数が８０ｋＨｚ、出力が０．９６ＷのＹＡＧレーザが用いられる。レーザ光としては、該レーザ光が支持基板１１や半導体層１３に吸収されないものを用いる。上記のレーザ光の条件は、レーザ光が支持基板１１および半導体層１３を透過するため、レーザ光が支持基板１１や半導体層１３に吸収されることはない。なお、このレーザ光源５２の仕様は一例であり、レーザ光源５２として他の仕様のものを用いても構わない。

ミラー５３は、レーザ光源５２から発せられたレーザ光をステージ５５側に導く反射板である。

集光レンズ５４は、レーザ光源５２から発せられ、ミラー５３で反射したレーザ光を入射して集光するものである。この集光レンズ５４の焦点がＳＯＩ基板１０のうちの犠牲層１２に設定されている。また、集光レンズ５４により集光されたレーザ光のスポット径は例えば３μｍ程度である。本実施形態では、集光レンズ５４の焦点は、犠牲層１２の厚さ方向の中央に位置するように設定されている。つまり、レーザ光のスポットは、犠牲層１２のうち該犠牲層１２の厚さ方向の中央に位置する。

なお、ステージ５５の設置面５５ａに対する集光レンズ５４の高さが変更可能になっている。すなわち、集光レンズ５４は、ステージ５５の設置面５５ａに対して垂直な方向、つまりＺ軸方向への移動が可能になっている。これにより、Ｚ軸方向のレーザ光の焦点位置を変更することができる。このような集光レンズ５４の位置の変更は、制御部５７から指令を受けたレーザ光源駆動部５１により行われる。

ステージ５５は、該ステージ５５の設置面５５ａに平行なＸ−Ｙ方向に移動可能な台である。ステージ５５の設置面５５ａには、ウエハ状のＳＯＩ基板１０が配置される。

ステージ駆動部５６は、制御部５７の指令に従ってステージ５５をＸ−Ｙ方向に移動させるための駆動装置である。

制御部５７は、レーザ光源駆動部５１とステージ駆動部５６とにそれぞれ指令を出すことにより、レーザ光源５２からレーザ光を照射させると共にステージ５５を移動させるための中央制御装置である。制御部５７は、予め用意されたプログラムに従って上記指令を実行する。

具体的には、まず、制御部５７は、レーザ光のスポットが犠牲層１２のうち該犠牲層１２の厚さ方向の中央に位置するようにレーザ光源駆動部５１に指令を出す。そして、制御部５７は、ＳＯＩ基板１０の犠牲層１２の平面方向のうちレーザ光を照射したい場所にレーザ光のスポット光が位置するようにステージ５５を移動させ、その位置でレーザ光を照射するようにレーザ光源駆動部５１とステージ駆動部５６に指令を出す。したがって、犠牲層１２のうち一定の領域にレーザ光を照射する場合には、制御部５７はステージ５５の移動とレーザ光の照射のタイミングとが合うように、レーザ光源駆動部５１とステージ駆動部５６とを駆動することとなる。以上が、レーザ光照射装置の構成である。

図４は、１枚のＳＯＩ基板１０を示した平面図である。この図に示されるように、ＳＯＩ基板１０のチップ製作領域に図示しない多数のチップ領域が配置されている。チップ領域１６については、後述する図６に描かれているように、例えば２ｍｍ×２ｍｍ四方の領域であり、このサイズは半導体装置のサイズに相当する。そして、以下で示される工程を行うことにより、図４に示される１枚のＳＯＩ基板１０に多数の半導体装置を製造する。

このため、まず、支持基板１１と半導体層１３とで犠牲層１２を挟み込んだＳＯＩ基板１０を用意する。上述のように、ＳＯＩ基板１０は例えば５インチのウエハである。

図５は、半導体装置の製造工程を示した図である。図５は、図１のＡ−Ａ断面に相当する図であり、１つのチップ領域１６の断面を示している。

そして、図５（ａ）に示す工程では、レーザ光照射工程を行う。本工程では、最初に、図３に示されたレーザ光照射装置５０のステージ５５の設置面５５ａにＳＯＩ基板１０を配置する。次に、ＳＯＩ基板１０の犠牲層１２のうちの犠牲層領域にレーザ光を照射する。具体的には、以下のように行う。

図６は、チップ領域１６のうちの犠牲層領域１７を示した平面図である。この図に示されるように、破線で囲まれた犠牲層領域１７は、半導体層１３において、開口部１５が形成される領域と、可動部２０のうちの梁部２４、錘部２２、および可動電極２３が形成される領域と、固定電極３２が形成される領域とを含んだ領域である。図６では、犠牲層領域１７を斜線のハッチングで示してある。

したがって、レーザ光照射装置５０を用いて、犠牲層領域１７に位置する犠牲層１２に集光レンズ５４の焦点を合わせてレーザ光を照射する。この場合、犠牲層１２の厚さは３μｍであり、レーザ光のスポット径はおよそ３μｍであるので、集光レンズ５４の焦点を犠牲層１２の厚さ方向の中央に位置させることにより、犠牲層１２の厚さ方向全体にレーザ光を照射することができる。

なお、犠牲層１２に対する集光レンズ５４の焦点位置は、以下のように合わせることができる。まず、ステージ５５の設置面５５ａにＳＯＩ基板１０を設置する。続いて、ＳＯＩ基板１０のうちチップ領域１６が設けられていない外縁部にレーザ光が照射されるようにステージ５５を移動させる。この後、レーザ光を照射させると共に、レーザ光源駆動部５１によって集光レンズ５４の位置を微調整することにより犠牲層１２における集光レンズ５４の焦点位置を合わせる。

上記のように、犠牲層領域１７の犠牲層１２にレーザ光を照射すると、レーザ光が照射された犠牲層１２は多孔質化する。「多孔質化」とは、犠牲層１２がポーラス化することであり、犠牲層１２を構成する結晶構造が破壊された状態を指す。つまり、多孔質化した犠牲層１２は、隙間だらけの改質層１８になっている。言い換えると、犠牲層１２のうちレーザ光が照射された部分に改質層１８が形成される。

本実施形態では、レーザ光を一方向に一定の走査幅で走査する。これにより、犠牲層領域１７に位置する犠牲層１２を一定間隔で多孔質化する。レーザ光の走査幅は例えば２０μｍである。この場合、犠牲層領域１７のコーナー部分にもレーザ光を照射する。これは、該コーナー部分を起点として改質層１８をエッチングさせていくためである。また、犠牲層領域１７のうち周辺部４０と固定部３０との間や周辺部４０と可動部２０との間の狭い領域にもレーザ光を照射する。これは、周辺部４０と固定部３０との間や周辺部４０と可動部２０との犠牲層１２を確実に除去するためである。

そして、制御部５７がステージ駆動部５６に指令を出してステージを移動させることにより、図４に示されたチップ製作領域の各チップ領域１６の犠牲層領域１７すべてにレーザ光を照射する。

本工程が終了した後、ＳＯＩ基板１０をクリーンルームに移動させる。そして、以下に示す各工程をクリーンルームで行う。

図５（ｂ）に示す工程では、酸素雰囲気中でＳＯＩ基板１０を熱酸化することにより、単結晶シリコンである半導体層１３の表面に数μｍの厚さの熱酸化膜１４を形成する。形成された熱酸化膜１４は、ＳｉＯ_２である。

図５（ｃ）に示す工程では、熱酸化膜１４の上にレジスト６０を形成する。そして、レジスト６０のうち、可動部用パッド２５、固定部用パッド３３、および周辺部用パッド４１の各コンタクト孔１４ａとなる部分が開口するように、レジスト６０をホトリソプロセスでパターニングする。

図５（ｄ）に示す工程では、図５（ｃ）に示す工程で形成したレジスト６０をマスクとして、熱酸化膜１４を例えばウェットエッチングする。これにより、熱酸化膜１４に各コンタクト孔１４ａを形成し、該コンタクト孔１４ａから半導体層１３を露出させる。この後、レジスト６０を除去する。

続いて、図７（ａ）に示す工程では、各コンタクト孔１４ａから露出した半導体層１３の上および熱酸化膜１４の上に、例えばＰＶＤ法によりＡｌの金属層６１を形成する。

図７（ｂ）に示す工程では、金属層６１の上に図示しないフォトマスクを形成し、該フォトマスクを用いて金属層６１をウェットエッチングすることにより金属層６１をパターニングする。これにより、金属層６１から可動部用パッド２５、固定部用パッド３３、および周辺部用パッド４１をそれぞれ形成する。

図７（ｃ）に示す工程では、半導体層１３に開口部１５を形成する。具体的には、熱酸化膜１４および各パッド２５、３３、４１の上にレジスト６２を形成し、該レジスト６２のうち開口部１５に対応した部分が開口するようにレジスト６２をパターニングする。これにより、レジスト６２のうち開口部１５に対応した部分の熱酸化膜１４が露出する。

この後、レジスト６２から露出した熱酸化膜１４をドライエッチングで除去し、エッチングガスを変更して熱酸化膜１４から露出した半導体層１３をドライエッチングにより除去する。このようにして、半導体層１３を貫通した開口部１５を形成する。これにより、開口部１５から改質層１８が露出する。そして、レジスト６２を除去する。

図７（ｄ）に示す工程では、ドライエッチングにより改質層１８を除去するエッチング工程を行う。すなわち、開口部１５からエッチング媒体を導入し、多孔質化した犠牲層１２、つまり改質層１８をエッチングして除去する。

この場合、改質層１８は犠牲層１２が多孔質化した部位であるので、隙間だらけの状態になっている。このため、開口部１５から露出した改質層１８がエッチングされ始めるまでのインキュベーション時間がほとんどなく、開口部１５にエッチング媒体が導入されると、エッチングは直ぐに始まる。これは、改質層１８が隙間だらけになっているため、エッチング媒体が改質層１８に入り込みやすくなっていると共に、改質層１８の内部においてエッチング媒体にさらされる表面積が増加したので、改質層１８に接触するエッチング媒体の量が増えたからである。

そして、犠牲層１２がＳｉＯ_２の場合、多孔質化していない犠牲層１２に対して改質層１８は、およそ６５倍のエッチング比でエッチングされる。すなわち、改質層１８は、多孔質化していない犠牲層１２に対して６５倍の速さで選択的にエッチングされていく。このように、改質層１８は多孔質化していない犠牲層１２よりも速くエッチングされていくので、改質層１８のエッチングが均一に進む。

また、本実施形態では、レーザ光の走査幅を２０μｍとしているので、犠牲層領域１７には多孔質化していない犠牲層１２が存在するが、上述のように改質層１８が素早くエッチングされていくため、開口部１５から遠い場所に位置する多孔質化していない犠牲層１２にもエッチング媒体が素早く供給される。したがって、犠牲層領域１７全体のエッチングが均一に進む。

その結果、犠牲層領域１７に位置する犠牲層１２を除去する時間が、犠牲層１２に改質層１８を形成しない場合よりも短くなる。つまり、半導体層１３、熱酸化膜１４、および各パッド２５、３３、４１がエッチング媒体にさらされる時間が、犠牲層１２に改質層１８を形成しない場合よりも短くなる。このため、各パッド２５、３３、４１の面荒れが最低限に抑えられ、梁部２４等の微細構造体の変形もない。さらに、各チップ領域１６の各犠牲層領域１７に位置する犠牲層１２を除去する時間が各チップ領域１６で一定となるので、オーバーエッチング量も必要最小限で済む。

以上のようにして犠牲層領域１７に位置する犠牲層１２、すなわち多孔質化していない犠牲層１２および改質層１８を除去することにより、支持基板１１から梁部２４、錘部２２、可動電極２３、および固定電極３２をリリースする。これにより、ＳＯＩ基板１０に多数の半導体装置を形成する。この後、ＳＯＩ基板１０をチップ領域１６ごとにダイシングカットすることにより、図１に示される半導体装置が完成する。

続いて、半導体装置における加速度等の物理量の検出方法について説明する。半導体装置が外部から加速度を受けると、可動部２０の梁部２４がたわみ、位置が固定された固定電極３２に対して、錘部２２が該錘部２２の長手方向に移動する。このため、可動電極２３と固定電極３２との間の距離が変化するので、可動電極２３と固定電極３２とで構成されるコンデンサの容量値が変化する。この容量値の変化を検出することで半導体装置が受ける加速度等が得られるようになっている。

以上説明したように、本実施形態では、ＳＯＩ基板１０のうちの犠牲層１２において、犠牲層領域１７に位置する犠牲層１２にレーザ光を照射することにより、該レーザ光を照射した犠牲層１２を多孔質化して改質層１８を形成し、改質層１８を選択的にエッチングすることが特徴となっている。

これによると、隙間だらけの改質層１８の内部にエッチング媒体が入り込みやすくなるので、犠牲層１２が多孔質化していない場合よりもエッチングにより犠牲層１２を除去する時間を短くすることができる。このように、可動部２０等を構成する半導体層１３がエッチング媒体にさらされる時間が短くなるので、可動部２０等に損傷を与えることなく犠牲層領域１７に位置する犠牲層１２を除去することができる。

また、本実施形態では、ＳＯＩ基板１０を用意し、レーザ光照射工程を行った後、半導体層１３に開口部１５を形成し、この後、エッチング工程を行っている。

これによると、レーザ光照射工程を行う際には未だ半導体層１３に開口部１５等の構造が形成されていないので、開口部１５等の構造がレーザ光の照射に影響を及ぼさないようにすることができる。本実施形態では、ＳＯＩ基板１０に熱酸化膜１４や各パッド２５、３３、４１を形成する前にレーザ光を照射しているので、半導体層１３の表面構造が該レーザ光の照射に影響を及ぼすということもない。

また、近年では、加速度センサ等の半導体装置の低コスト化や小型化の要望により、梁部２４等の梁構造物が微細化されている。これに伴い、エッチング媒体による梁構造物自体への損傷、あるいは固定電極３２と可動電極２３とのギャップが狭くなり、エッチング時間が長くなることで互いが貼り付いてしまうステッキングが発生することが多くなっている。

しかしながら、上述のように、ＳＯＩ基板１０のうちの犠牲層領域１７に改質層１８を形成し、犠牲層領域１７に位置する犠牲層１２のエッチングを均一に、そして短時間で行っている。つまり、梁構造物がエッチング媒体にさらされる時間が短くなるので、エッチング媒体による梁構造物自体への損傷を抑制できる。すなわち、梁構造物に歪みや微細な凹凸が形成されてしまうことを防止できる。これにより、半導体装置の動作特性の低下を防止することができる。また、エッチング時間が短くなることから、ステッキングを防止することができる。したがって、半導体装置の歩留まりも向上する。

そして、近年では、構造物の微細化に伴い、エッチング媒体が構造物の奥まで浸透・供給されなくなってきている。しかしながら、本実施形態で示されたように、犠牲層１２に隙間だらけの改質層１８を形成しているので、エッチング媒体が構造物の奥まで供給されやすくなる。したがって、構造物が微細化されたものであっても、確実に犠牲層１２を除去することが可能である。

なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、支持基板１１が特許請求の範囲の第１の層に対応し、半導体層１３が特許請求の範囲の第２の層に対応する。また、ＳＯＩ基板１０が特許請求の範囲の基板に対応し、梁部２４、錘部２２、および可動電極２３が特許請求の範囲の構造体に対応する。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。上記第１実施形態では、レーザ光照射工程において、犠牲層１２のうち該犠牲層１２の厚さ方向全体にレーザ光を照射して多孔質化していた。本実施形態では、犠牲層領域１７に位置する犠牲層１２のうち半導体層１３側を多孔質化することが特徴となっている。

図８は、本実施形態に係るレーザ光照射工程を示した図である。この図に示されるように、犠牲層領域１７に位置する犠牲層１２のうち半導体層１３側にレーザ光を照射することにより、該犠牲層１２のうち半導体層１３側を選択的に多孔質化する。

この場合、集光レンズ５４の焦点を犠牲層１２のうち半導体層１３側に位置させてレーザ光を照射することになる。したがって、レーザ光のスポットが半導体層１３にも及ぶことになる。しかしながら、半導体層１３はレーザ光を吸収しない材料であると共に、レーザ光が走査されることによりレーザ光のスポットは常に移動しているので、半導体層１３には熱が一瞬与えられるだけで済み、半導体層１３の材質が変化するということは起こらない。

この後、図５（ｂ）〜図５（ｄ）、図７（ａ）〜図７（ｃ）に示す工程を行い、図７（ｄ）に示す工程でエッチング工程を行う。

エッチング工程では、開口部１５から改質層１８が露出しているので、開口部１５から導入されたエッチング媒体が隙間だらけの改質層１８に入り込んで改質層１８が素早くエッチングされていく。上述のように、改質層１８は多孔質化していない犠牲層１２に対しておよそ６５倍の速さでエッチングされるので、犠牲層１２の厚さ方向に１の割合で多孔質化していない犠牲層１２がエッチングされると共に、犠牲層１２の平面方向に６５の割合で改質層１８がエッチングされていく。

したがって、犠牲層領域１７における改質層１８が先にエッチングにより除去される。これにより、犠牲層１２のうち支持基板１１側が残されるが、エッチング媒体に接触する面積が犠牲層１２の平面方向に増加するため、エッチングが支持基板１１側に均一に進んでいく。こうして、犠牲層領域１７に位置する犠牲層１２を除去することができる。

以上のように、犠牲層領域１７に位置する犠牲層１２のうちの半導体層１３側を選択的に多孔質化することにより、犠牲層１２のうち半導体層１３側を支持基板１１側よりも速くエッチングすることができる。これにより、犠牲層１２に対して該犠牲層１２の平面方向にエッチング媒体を均一に素早く行き渡らせ、ひいては犠牲層１２に対するエッチング媒体の該平面方向の接触面積を大きくすることが可能となる。したがって、犠牲層１２を半導体層１３側に均一にエッチングすることができる。

（第３実施形態）
本実施形態では、第１、第２実施形態と異なる部分についてのみ説明する。上記第１、第２実施形態では、レーザ光照射工程を行った後、半導体層１３に開口部１５を形成し、この後、エッチング工程を行っていたが、本実施形態では、先に半導体層１３に開口部１５を形成し、この後にレーザ光照射工程およびエッチング工程を行うことが特徴となっている。

すなわち、本実施形態では、まず、図５（ｂ）〜図５（ｄ）、図７（ａ）〜図７（ｃ）に示す工程を行って半導体層１３に開口部１５を形成した後、図５（ａ）に示すレーザ光照射工程を行う。

このような順序で半導体装置を形成することにより、半導体層１３に開口部１５を形成する際に犠牲層領域１７に位置する犠牲層１２は多孔質化していないので、開口部１５を形成するためのエッチング媒体が犠牲層１２の内部に入り込むことを防止できる。したがって、該開口部１５のエッチング媒体が犠牲層１２のエッチングに影響を与えないようにすることができる。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、加速度等の物理量を検出するものを製造する場合について説明したが、ＳＯＩ基板１０のうちの犠牲層１２を部分的に取り除くことにより支持基板１１から半導体層１３の一部を浮遊させる他の構造を製造する場合にも適用することができる。例えば、加速度センサの他、ジャイロセンサ、メンブレン構造、マルチガスセンサ、サーフェス型センサ等に適用できる。この他、犠牲層１２を２層で挟んだ構造に広く利用することができる。

また、上記各実施形態では、支持基板１１や半導体層１３は各々が一層で構成されたものであるが、支持基板１１や半導体層１３は多層で構成されたものでも良い。犠牲層１２についても、一層に限ることなく多層になっていても良い。

上記各実施形態では、犠牲層領域１７は、固定電極３２を含んだ領域になっているが、犠牲層領域１７は、少なくとも半導体層１３において開口部１５が形成される領域と、可動部２０のうち梁部２４、錘部２２、および可動電極２３が形成される領域とを含んだ領域であれば良い。すなわち、可動部２０のうち、梁部２４、錘部２２、可動電極２３が支持基板１１に対して浮いた状態になれば、可動電極２３と固定電極３２との間の容量の変化を検出できるからである。もちろん、犠牲層領域１７は、製造対象物によって適宜設定することができる。

図７（ｃ）および図７（ｄ）に示す工程では、ドライエッチングにより半導体層１３や犠牲層領域１７に位置する犠牲層１２をエッチングしたが、フッ酸（ＨＦ）を用いたウェットエッチングにより半導体層１３や犠牲層１２を除去しても良い。この場合においても、上述のようにエッチング時間が短くなるので、フッ酸は酸化力が強いが、各パッド２５、３３、４１等の溶解を抑制できる。

上記各実施形態では、犠牲層領域１７に位置する犠牲層１２に対して例えば２０μｍの走査幅でレーザ光を照射していた。しかしながら、犠牲層領域１７に位置する犠牲層１２全体にレーザ光を照射することにより、犠牲層領域１７に位置する犠牲層１２全体を多孔質化しても良い。

これにより、犠牲層領域１７の犠牲層１２全体が改質層１８となるので、改質層１８のエッチングを均一に行うことができる。また、１枚のＳＯＩ基板１０の各チップ領域１６における犠牲層領域１７に位置する犠牲層１２がすべて改質層１８となるので、改質層１８を除去する時間を各チップ領域１６で一定にすることができる。これにより、オーバーエッチング量も必要最小限で済むようにすることができる。

一方、犠牲層領域１７に位置する犠牲層１２全体にレーザ光を照射するのではなく、犠牲層１２の一部にレーザ光を照射しても良い。例えば、可動電極２３となる部分と固定電極３２となる部分との間の隙間にのみレーザ光を照射することもできる。

上記各実施形態では、レジスト６２を用いた方法により半導体層１３に開口部１５を形成していたが、犠牲層１２を多孔質化する方法と同じ方法で該開口部１５を形成することもできる。この場合、半導体層１３のうち開口部１５の形成予定領域にレーザ光を照射することにより、開口部１５の形成予定領域に位置する半導体層１３を多孔質化する。したがって、半導体層１３に吸収される波長等のレーザ光を用いる。続いて、半導体層１３のうち多孔質化した部分をエッチングして除去することにより、半導体層１３に開口部１５を形成する。

これにより、半導体層１３の一部が多孔質化して隙間だらけになっているので、エッチング媒体にさらされる半導体層１３の表面積が増大しており、該半導体層１３のエッチング時間を短くすることができる。これにより、半導体層１３がエッチング媒体にさらされる時間が短くなるので、開口部１５によって構成された梁部２４等の構造に損傷を与えないようにすることができる。

上記第１実施形態ではＳＯＩ基板１０を用意した後、図５（ａ）に示す工程でレーザ光照射工程を行い、第３実施形態では図７（ｃ）に示す工程を行った後にレーザ光照射工程を行っていたが、レーザ光照射工程を行うタイミングはこれらに限定されるものではない。つまり、レーザ光照射工程は犠牲層領域１７に位置する犠牲層１２をエッチングする前であれば、どの段階で行っても良い。例えば、図７（ｂ）に工程を終えた後にレーザ光照射工程を行うこともできる。この場合、各パッド２５、３３、４１が形成された後であるので、各パッド２５、３３、４１をレーザ光の照射の位置決めに用いることができる。

上記各実施形態では、ＳＯＩ基板１０の半導体層１３側から犠牲層１２にレーザ光を照射しているが、支持基板１１側から犠牲層１２にレーザ光を照射しても良い。

また、図３に示されたレーザ光照射装置５０では、ＳＯＩ基板１０に対する集光レンズ５４の向きを変更する機構を設けることもできる。これによると、集光レンズ５４の姿勢が変更されるので、集光レンズ５４から射出されたレーザ光はＳＯＩ基板１０の表面に対して垂直に入射するだけでなく、ＳＯＩ基板１０の表面に対して垂直ではない方向からのレーザ光の入射が可能となる。つまり、高速ビーム走査を行うことができる。これによると、ＳＯＩ基板１０をステージ５５によって移動させるだけではなく、集光レンズ５４の姿勢を変更することによってレーザ光の照射方向を変更できる。このため、より早くレーザ光の走査を行うことができ、ひいてはレーザ光照射工程にかかる時間を短縮することができる。

上記各実施形態では、犠牲層１２の厚さがレーザ光のスポット径とほぼ同じであったので、犠牲層１２のうち該犠牲層１２の厚さ方向全体にレーザ光が照射されていた。しかしながら、犠牲層１２がレーザ光のスポット径よりも厚い場合も当然あり得る。この場合には、レーザ光源駆動部５１によりステージ５５の設置面５５ａに対する集光レンズ５４の高さを変更することにより、レーザ光のスポットを犠牲層１２の厚さ方向に移動させて犠牲層１２の厚さ方向全体にレーザ光を照射することができる。

１０ ＳＯＩ基板
１１ 支持基板
１２ 犠牲層
１３ 半導体層
１５ 開口部
１７ 犠牲層領域
２０ 可動部
２２ 錘部
２３ 可動電極
２４ 梁部
３０ 固定部
３２ 固定電極

Claims (6)

1. 第１の層（１１）の上に犠牲層（１２）が形成され、この犠牲層（１２）の上に第２の層（１３）が形成された基板（１０）を備え、
   前記第２の層（１３）は、前記第２の層（１３）を貫通した開口部（１５）により画定された構造体（２２〜２４）を有し、
   前記構造体（２２〜２４）と前記開口部（１５）とを含んだ領域を犠牲層領域（１７）として、前記犠牲層領域（１７）に位置する前記犠牲層（１２）が除去されたことにより、前記構造体（２２〜２４）が前記第１の層（１１）に対して浮遊した構造を有する半導体装置の製造方法であって、
   前記犠牲層領域（１７）に位置する前記犠牲層（１２）にレーザ光を照射することにより、前記犠牲層領域（１７）に位置する前記犠牲層（１２）を多孔質化するレーザ光照射工程と、
   前記犠牲層（１２）を多孔質化した後、前記開口部（１５）からエッチング媒体を導入し、前記多孔質化した犠牲層（１２）をエッチングして除去することにより、前記第１の層（１１）に対して前記構造体（２２〜２４）を浮遊させるエッチング工程とを含み、
   前記レーザ光照射工程を行った後、前記第２の層（１３）に前記開口部（１５）を形成する工程を行い、この後、前記エッチング工程を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記レーザ光照射工程では、前記犠牲層（１２）のうち前記犠牲層領域（１７）に位置する犠牲層（１２）に一定間隔で前記レーザ光を照射することにより、前記犠牲層領域（１７）に位置する前記犠牲層（１２）を一定間隔で多孔質化することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記レーザ光照射工程では、前記犠牲層（１２）のうち前記犠牲層領域（１７）に位置する犠牲層（１２）全体に前記レーザ光を照射することにより、前記犠牲層領域（１７）に位置する前記犠牲層（１２）全体を多孔質化することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記レーザ光照射工程では、前記犠牲層（１２）のうち前記第２の層（１３）側に前記レーザ光を照射することにより、前記犠牲層（１２）のうち前記第２の層（１３）側を多孔質化することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記開口部（１５）を形成する工程では、
   前記第２の層（１３）のうち前記開口部（１５）の形成予定領域に前記第２の層（１３）に吸収される波長のレーザ光を照射することにより、前記開口部（１５）の形成予定領域に位置する前記第２の層（１３）を多孔質化する工程と、
   前記第２の層（１３）のうち多孔質化した部分をエッチングして除去することにより、前記第２の層（１３）に前記開口部（１５）を形成する工程とを含んでいることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記第２の層（１３）は、可動電極（２３）を有する可動部（２０）と固定電極（３２）を有する固定部（３０）とを有し、
   前記可動部（２０）は、前記構造体として、前記可動電極（２３）と、梁部（２４）と、錘部（２２）とを有し、
   前記可動部（２０）および前記固定部（３０）は、前記可動電極（２３）と前記固定電極（３２）との間に形成される容量に基づいて物理量を検出するように構成されており、
   前記構造体としての前記可動電極（２３）、前記梁部（２４）、および前記錘部（２２）を前記第１の層（１１）に対して浮遊させることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。

Images