JPH07505743A - ミクロ構造を作る方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ミクロ構造を作る方法 （技術分野） 本発明は、懸架されたミクロ構造を有する集積回路を作るための方法に関する。

特に、本発明は、ミクロ構造の各部が基板あるいはミクロ構造の他の部分にイー １くことを防止するための方法および構造に関する。

（背景技術） １９９０年８Ｊ］１７０出願され「モノリシック加速度計（Ｍｏｎｏｌ　ｉ　Ｌ ｌｌｉｃ　Ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ）Ｊなる名称の米国特許出願第０７１５ ６９゜０８０号は、同じチップ上に懸架されたミクロ構造の加速度センサおよび 条件付けおよび解除回路を含む集積回路を開示している。前記特９出願に開示さ れたデバイスは、この特許出願に略々概要が示されたプロセスにより作ることが できるが、本文に開示される改善プロセスを用いて作られることが更に望ましい 。前記特許出願の開示については参考のため本文に援用される。前記特許出願に 開示された加速度計のセンサ部分は、一連のポストにより基板上に懸架されたポ リシリコン・ブリッジを含む。このポリシリコン・ブリッジは、横断方向に伸び る複数のフィンガを持つ懸架された長手方向のビームを含む。このビームから伸 びる各フィンガ毎に、このビームと接近して平行に配置された対応する静止フィ ンガが存在する。前記ブリッジは、電気的に伝導性を持ち、前記静止フィンガと は異なる電圧に充電される。このポリシリコン・ブリッジは、加速的な作用力下 でフィンガを含むブリッジが対応する静止フィンガに対して運動するように弾性 を呈する。可動フィンガと静止フィンガとの間のキャパシタンスは、センサが受 ける加速作用力の大きさを決定するため観察され決定される。

加速度および他の現象を検出するだめの他の懸架されたミクロ構造は、米国特許 第４，７１１，１２８号、同第５．０２５，３４６号および同第５，０５４゜３ ２０号に開示されている。

懸架されたミクロ構造を具現するウェーハの製造は難しく、通常は合格し得るチ ップの歩留まりは比較的低い。製造中の特に厄介な問題は、基板に対するミクロ 構造の接触および付着である。また、懸架ミクロ構造の表面は、処理中にこの懸 架ミクロ構造の他の而あるいはチップにおける他の面にしばしば付着する。ポリ シリコンのミクロ構造は、基板、別のポリシリコンのミクロ構造、あるいは一旦 その中に接触したチップの他の構成要素から離すことが非常に難しい。

液体の表面張力作用は、基板またはミクロ構造の他の部分の如き他の物体と接触 状態になるミクロ構造のとりわけ最も顕著な原因に含まれる。液体の表面張力作 用は、例えば、湿式エツチング−ステップ後の乾燥「旧こ生じる。

懸架ミクロ構造の製造において、材料の層（これからミクロ構造が構成される） は典型的に、１１；■に被着された犠牲層（ｓａｃｒｉｆｉｃｉａｌ　１ａｙｅ ｒ）Ｊ二に被着され、次いで所要の形態にエツチングされる。この犠牲層は、次 に湿式エツチング法により除去され、このエツチング性では犠牲層を分解するが ミクロ構造が形成される材料、例えばポリシリコンが形成される材料には影響を 及ぼさない化学的エツチング液にウェーハが露呈される。次いで、ウェーハはリ ンス液中で洗浄される。リンス液が取除かれると、液体の表面張力が、微妙に懸 架されたミクロ構造に対して作用力を及ぼし、ミクロ構造を基板またはミクロ構 造の他の部分あるいは回路の他の構成要素と接触状態になるように引張ろうとす る。接着力および静電作用力を含む種々の作用力の組合わせが、接触する部分を 分離することを非常に難しくする。静電作用力もまた、他の表面に対するミクロ 構造の初期の吸引作用に寄与して接触状態を招来する。従って、望ましからざる 接触が生じると、典型的にはチップは修復不能となり、廃棄しなくてはならない 。

犠牲層は、従来の製造技術における構造層の被着およびその後の集積回路処理ス テップにおいて生じる温度に耐えるために、高温度（１０００℃以上の程度）に 耐えることができねばならない。従って、犠牲層は、典型的に、湿式エツチング 処理により実際に除去できる低温度の化学気相成長された酸化物の如き材料から なるものでなければならない。フォトレジスト材料の犠牲層は、例えば、ポリシ リコンの被着時に生じる温度、即ち、約６００℃に耐えることができない。更に 、この犠牲層を除去する乾式エツチングは、表面張力の問題を排除するが、乾式 エツチング法がこのようなエツチング法の低い選択性により懸架ミクロ構造材料 、例えばポリシリコンを破壊し易い故に典型的には前記問題を排除できない。

幾人かの研究者がこの問題について報告し、液体の表面張力の作用を排除する方 法を提案してきた。例えば、Ｈ，Ｇｕｃｋｃｌ、Ｊ、Ｊ、ＳｎｉｅｇｏＳｎｌｅ 、”ｒ、Ｒ，ＣｈｒｉｓｔｃｎｓｏｎおよびＦ、ＲａｆＳＳＩ著「機械的共振ト ランスジューサへの微粒子化引張ポリシリコンの応用（Ｔｂｅ　Ａｐｐｌｉｃａ Ｌｉｏｎ　ｏｒ　Ｆｉｎｅ−Ｇｒａｉｎｃｄ、Ｔｃｎ５ｉｌｃ　Ｐｏ１ｙｓｊｌ ｉｃｏｎ　ｔｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙ　Ｒｅ５ｏｎａｎｔ　Ｔｒａｎｓｄ ｕｃｃｒｓ）Ｊ　（Ｓｅｎｓｏｒｓ　ａｎｄ　ＡｃＬｕａＬｏｒｓ、Ａ２１．３ ４６〜３５１ページ、１９９０年）は、ミクロ構造に対する液体の表面張力の悪 影響を避けるため湿式エツチングの最終リンス液が冷凍さね昇華される方法を示 唆している。この開示された方法は、加湿したウェーハの冷凍装置へ転送して液 体（水／メタノール混合物）を凍結することを必要とする。次に、ウェーハは真 空系内にｒｎかれて、凍結液体を４華させる。この手法は、↑、ｙ殊な化学薬品 を必要とし、また加湿ウェーハを冷凍および真空系内へ直接送ることを必要とす る。更に、凍結液体の昇華は時間単位の非常に長い時間を必要とする。この提起 されたシステム・は、製１ｉＪＪＪとして実用的ではない。

従って、本発明の目的は、懸架ミクロ構造を含む集積回路を製造する高い歩留ま りの方法を提供することにある。

本発明の更に別の目的は、集積回路ウェーハー１−に懸架ミクロ構造を製造する だめの改善された方法を提供することにある。

（発明の概要） シリコンの如き基板からＵｉｌ始して、低温酸化物層がその表面上に犠牲層とし て被着される。次に、酸化物層は、この酸化物層を通って基板まで穴を形成する ため酸化物層の各部を選択的に除去するようにパターン化される。第２の層、例 えばポリシリコンが次に基板および酸化物層上に被着される。このポリシリコン は、酸化物層の穴を充填し、更に酸化物層をカバーするブランケット・プランナ （ｂｌａｎｋｅｔ　ｐｌａｎａｒ）を提供する。ポリシリコンが次にパターン化 される。

ポリシリコン層の各部の除去により露出された状態になった酸化物層の選択的な 部分が、選択的にエツチングされる。全てではない力吠半のエツチング法がマス クの縁部を越えて数ミクロンだけ材料を除去できる。従って、穴が酸化物層の露 出部分でパターン化される場合、酸化物層のこれら部分がミクロ構造で覆われる 場合であっても、数ミクロンの材料が懸架ミクロ構造の縁部の下側から除去され る。次に、フォトレジスト層が１ンエーハ」二に被着されて、酸化物層における 穴ならびにミクロ構造層の孔隙を充填する。次にフォトレジスト層がパターン化 されて、外側層の穴の中心から、ならびにポリシリコンミクロ構造層のギャップ から７オトレジストを除去する。ポリシリコン構造の縁部の下側の酸化物層の穴 の縁部を充填したフォトレジスト層は、これらがミクロ構造によりイメージ形成 プロセスから吸蔵されるので除去されない。

更に、ミクロ構造層の非接触部分間のギャップに架橋する一部のフォトレジスト を残すためエツチング・マスクが設計される。

次に、酸化物層が湿式エツチング法で除去され、このエツチング法は湿式エツチ ング広径に残るフォトレジストまたはミクロ構造材料には影響を及ぼさない。

ミクロ構造の縁部の下側に形成されたフォトレジスト材料の各部は、ミクロ構造 を垂直方向にペデスタル（ｐｅｄｅｓＬａｌｓ）として残る。ミクロ構造の非接 触部分間のギャップに残されたフォトレジスト材料の部分（もしあれば）は、隣 接する部分が曲がって相互に接触することを防止する側方支持部を提供する。

残るフォトレジスト材料は、次に長酸素プラズマ剥離法により除去され、この方 法は液体の表面張力問題を生じないことにより基板」二に懸架されたミクロ構造 を残す。

（図面の簡単な説明） 図１は、例示の懸架ミクロ構造の側面図、図２は、図１に示された例示のミクロ 構造ブリッジの平面図、図３は、例示の懸架ミグ１ゴ描造の本発明の製ｊ１−プ ロセスの第１相にお（）る断面側面図、 図４は、例示の懸架ミクロ構造の本発明の製造プロセスの第１相における平面図 、 図５は、例示の懸架ミクロ構造の本発明の製造プロセスの第２相における…ｉ面 側面図、 図６は、例示の懸架ミクロ構造の本発明の製造プロセスの第２相における平面図 、 図７は、例示の懸架ミクロ構造の本発明の製造プロセスの第３相にお＋７る断面 側面図、 図８は、例示の懸架ミクロ構造の本発明の製造プロセスの第３相における平面図 、 図９は、例示の懸架ミクロ構造の本発明の製造プロセスの第４相における断面側 面図、 図１０は、例示の懸架ミクロ構造の本発明の製造プロセスの第４相における平面 図、 図１１は、例示の懸架ミクロ構造の本発明の製造プロセスの第５相における断面 側面図、および 図１２は、例示の懸架ミクロ構造の本発明の製造プロセスの第５相における平面 図である。

（実施例） 図１および図２は、それぞれ、本発明のプロセスにより製造することができる例 示の懸架ミクロ構造の側面図および平面図である。このミクロ構造（ｍｉｃｒｏ ｓｔｒｕｃＬｕｒｅ）は、４つの隅部ポスト（ｃｏｒｎｅｒ　ｐｏｓｔｓ）１６ により基板１４上に懸架されたブリッジ１２を含んでいる。このブリッジは、横 断方向に伸びる複数のフィンガ２０をもつ中心ビーム（ｃａｎ　Ｌ　ｒａ　ｌ　 ｂｅａｍ）１８を含む。静止フィンガ２２が、ブリッジ１２の各フィンガ２ｏに 平行に隣接して配置されている。この静止フィンガ２２およびブリッジ１２は、 電気的に伝導性を呈する。静止フィンガ２２は、容量性電圧が各静止フィンガ２ ２とその対応するブリッジ・フィンガ２０との間に存在するように、ブリッジと は異なる電圧まで充電される。ブリッジ１２が加速作用力を受けると、ブリッジ １２およびフィンガ２０は静止フィンガ２２に対して運動し、これにより各静止 フィンガ２２とその対応するブリッジ・フィンガ２０との間のキャパシタンスを 変化させる。回路が、ブリッジが受ける加速度を直接表わすキャパシタンスを測 定する。

図３乃至図１２は、製造プロセスの諸位相におけるミクロ構造の特定部分（即ち 、３つのブリッジ・フィンガ２０）を示す平面図と断面側面図である。フィンガ およびギャップは尺度通りには示されない。更に、図２に示された静止フィンガ ２２は、本発明の記述を不明瞭にしないように、図３乃至図１２には示されない 。懸架ミクロ構造を支持するポストもまた、本発明を判りに＜＜シないように図 面には示されない。また、ミクロ構造が具現されるチップが本発明とは関係のな い製造プロセスにおける更に別のステップを必要とする他の回路を含むことも理 解すべきである。このようなステップは、懸架ミクロ構造に影響を及ぼすことが あり、あるいはまたこのような他のステップがミクロ構造に影響を及ぼすことを 阻止するため更に他の保護ステップを要することもある。典型的には、集積回路 チップの製造プロセスは、３００以上のステップからなり得る。本文では、本発 明と関連する少数のステップのみを論述する。

図３および図４は、それぞれ、製造プロセスの最初の段階で示されるチップのミ クロ構造部分の断面側面図および平面図である。図３および図４は、基板１４と 例示のセンサの３つのフィンガ２０とを示す。この段階に達するには、シリコン から構成される基板１４が、例えば低温酸化物（ＬＴＯ）である犠牲スペーサ材 料３０の層で覆われる。典型的には、ＬＴＯＦｉは、低温度化学蒸着法（ｌｏｗ −ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｖａｐｏｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｎｇ） の如き従来のガス蒸着法（ｇａｓ　ｄｃｐｏｓｉＬｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ）に よって基板上に形成される。しかし、他の従来の方法が知られ使用することもで きる。懸架ミクロ構造が作られるべき材料３１、例えば、ポリシリコンが次にＬ Ｔｏｌｌ！３０の頂面に形成される。このポリシリコン材料は、次に、パターン 化プロセス後に残るポリシリコン材料が所要の最終的な懸架ミクロ構造の形状を 呈するようにパターン化される。例えば、ギャップ３２がポリシリコン・フィン ガ２０を残す層にエツチングされる。

ポリシリコンは、従来の方法により被着されパターン化される。例えば、ポリシ リコンは、低圧化学気相成長法によっても被着することができる。ポリシリコン はフォトレジスト・エツチング法によりパターン化することができ、この方法で はウェーハが感光性ポリマー、望ましくはフォトレジストで覆われ、次いでフォ Ｉ・リトグラフ法によりパターン化される。ウェーハは、次に乾燥プラズマ環境 （例えば、塩素と臭素）に露呈される。フォトレジストにより保護される部分は 残るが、プラズマは露呈されるポリシリコンの部分に蒸着する。

図５および図６は、製造プロセスの以後の段階における図３および図４のミクロ 構造部分を示している。特に、図５および図６では、犠牲スペーサ層３０が選択 的にエツチングされて犠牲層３０に略々円形の穴３６を形成する。このエツチン グ・ステップにおいて、フォトレジスト材料のブランケットがウェーハ上に被着 され、犠牲層における穴３６が要求されるフォトレジスト材料に領域を意図的に 開口するように選定されるマスクを用いて現像される。紫外線がポリシリコンに より覆われる犠牲層には達し得ないため、これらの穴は明らかに、ミクロ構造層 ３１におけるギャップ３２に隣接して芯出しされねばならない。次に等方性エツ チング液（Ｉ　１ｑｕｉｄ　ｆｓｏＬｒｏｐｉｃ　ｃｔｃｈａｎＬ）がフォトレ ジスト層の意図的に開かれた領域へ導入される。このエツチング液は、犠牲層を 侵食して穴３６を生成する。エツチング液は、ミクロ構造材料は侵さない。エツ チング法の持続時間、およびエツチング液の量および化学的組成は、エツチング 液が犠牲層材料中にフォｉ・レジスト・マスクにおける開［１領域を越えて少量 だけ吸収するように選定される。従って、除去される犠牲材料の体積は、フォト レジストとミクロ構造の下方に露呈される部分を越えて数ミクロンだけ延在し得 る。このため、図５および図６に示されるように、穴３６はフィンガ２０の側縁 部２０ａおよびフィンガ２０の下側を僅かに越えて延在する。

図７および図８は、図５および図６に示された段階後の段階におけるミクロ構造 部分を示している。図５および図６に示された段階後に、フォトレジスト材料３ ８を含む第３の層がウェーハ上に被着される。犠牲層の全ての穴３６とポリシリ コン層のギャップ３２とを完全に充填するように、充分な量のフォトレジスト材 料３８が被着される。フォトレジスト層の被着は、全ての高温度のステップが行 われた後に全製造プロセスの時点で行われる。

次に、フォトレジスト層３８が周知の方法でパターン化される。例えば、フォト レジスト・エツチング法を用いることができる。フォトレジスト材料３８の現像 のためのマスクは、７オトレジスト材料の大部分を除去するように選定される。

犠牲層３０における穴３６の中心においてフォトレジスト材料は、完全にエツチ ングで除去される。しかし、ポリシリコン・フィンガの下側に伸びる穴３６の部 分はエツチングされず、このためフィンガ２ｏの縁部の下側に７オトレジスト材 料のペデスタル３８ａを残す。このペデスタルは、基板１４の頂面がら犠牲層３ ０を完全に横切ってフィンガ２ｏの底面まで延在する。更に、ストリップ３８ｂ の如き７オトレジスト材料ストリツプは、フォトレジストのパターン化プロセス の後に残され得る。ストリップ３８ｂは、図８に示される如くウェーハ上にブラ ンケットを形成する。ストリップ３８ｂの下側にあるフォトレジスト・スペーサ ３８ｃもまた、ポリシリコン層のフィンガ２０間のギャップ３２に残る。

図９および図１０は、仏性層３ｏが除去される湿式エツチング・ステップ後のチ ップを示している。湿式エツチング・プロセスにおいては、ウェーハは化学薬品 浴中に浸漬される。この化学薬品浴の組成は、低温酸化物（または、犠牲層が構 成される他の材料）を分解するが７オトレジストＦＪ３８またはポリシリコン層 は侵さないように選定される。犠牲層を全て除去するためには、湿式エツチング 法は一般に期間において非常に長（なる。化学薬品浴の後に、ウェーハは、浴か らの残留薬品を洗浄するために洗浄液中でリンスされる。次に、ウェーハは乾燥 される。この乾燥プロセスの間、リンス液の表面張力は懸架ミクロ構造に対して 作用力を及ぼしてこれを基板、隣接する静止フィンガあるいはミクロ構造の更に 他の部分の如き他の近い表面に向って押し付ける。しかし、フォトレジストのペ デスタル３８ｂおよびスペーサ３８ｃが化学的湿式エツチング・ステップの間お よびその後も残留するため、フィンガ２０の如き懸架したポリシリコン部分がそ のまま保持され、フォトレジストのペデスタル３８ａとスペーサ３８ｃにより他 の表面との接触から阻止される。

この時、ウェーハはミクロ構造にとって潜在的に有害であるステップの大半に遭 遇している。従って、この時点において、残るフォトレジスト材料３８を除去す ることができ、懸架されたミクロ構造は図１１および図１２に示される如きその 最終的な懸架された形態になる。フォトレジスト材料３８は、表面張力問題を生 じることがなくかつウェーハの構成要素を侵すことがない乾式酸素プラズマ法に よって除去することができる。酸素プラズマ法は、ポリシリコンには影響を及ぼ さないが、フォトレジストの如き有機物を侵して分解することになる。従って、 懸架ミクロ構造は犠牲層３０および（または）フォトレジストのペデスタルおよ びスペーサによって支持されながら潜在的に有害なステップを通過したことにな り、かつ乾燥酸素プラズマ・ステップは懸架ミクロ構造に害を及ぼさないため、 製造プロセスからの破壊されないミクロ構造の歩留まりは著しく向上する。

本発明の特定の実施態様について本文に記述したが、当業者には種々の変更、修 正および改善が容易に着想されよう。本文の開示により明らかになるこのような 変更、修正および改善は、本文に明示的には述べなかったが本文の記述の一部の 記述は限定ではなく例示に過ぎない。本発明は、請求の範囲およびその相等部分 における記載によってのみ限定されるものである。

ＦＩＧ、Ｉ ＦＩＧ、２ フロントページの続き （５１）　Ｉｎｔ、　Ｃ１，’　識別記号　庁内整理番号ＨＯＩＬ　２１／７６ ４ Ｉ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．懸架ミクロ構造を製造する方法において、基板上に犠牲材料層を被着させる ステップと、前記ミクロ構造に対するポストの形成のため前記犠牲材料層に穴を 生成するように該犠牲材料層の各部を選択的に除去するステップと、前記基板お よび前記犠牲材料層上に第２の材料を被着させるステップとを含み、前記ミクロ 構造が前記第２の材料から形成され、該第２の材料が前記犠牲材料層の前記穴を 充填して該犠牲材料層上に第２の層を形成し、前記第２の層にギャップを形成し かつ前記第２の層を前記懸架ミクロ構造を含む形状にパターン化するため、前記 第２の層の各部を選択的に除去することにより、前記犠牲材料層の各部が前記第 ２の層の下方に露呈されるステップと、前記犠牲材料層にギャップを形成するよ うに前記犠牲材料層の前記露呈された部分のセクション、および前記ミクロ構造 の下方にある前記露呈された部分に隣接する前記犠牲材料層のセクションを選択 的に除去するステップと、前記基板と犠牲材料層と第２の層上に感光性ポリマー を被着させるステップとを含み、前記フォトレジスト材料が前記犠牲材料層と前 記第２の層の前記ギャツプを充填し、 前記基板と前記第２の層との間にペデスタルを形成する前記ミクロ構造の下方に 前記感光性ポリマーの一部が残るように、前記犠牲材料層と前記第２の層におけ る前記ギャツプから前記感光性ポリマーの部分を選択的に除去するステップと、 前記犠牲材料層の残った部分を除去するステップと、前記感光性ポリマーの残っ た部分を除去するステップとを含む方法。
2. ２．前記犠牲材料層が酸化物膜を含み、前記犠牲材料層の残った部分を除去する 前記ステップが湿式エッチング法である請求の範囲第１項記載の方法。
3. ３．前記第２の材料がポリシリコン膜を含む請求の範囲第２項記載の方法。
4. ４．前記感光性ポリマーの残った部分を除去する前記ステップが、前記材料を酸 素プラズマに露呈することを含む請求の範囲第３項記載の方法。
5. ５．前記犠牲材料層の部分を選択的に除去する前記ステップが、前記犠牲材料を エッチングすることを含む請求の範囲第４項記載の方法。
6. ６．前記第２の層の部分を選択的に除去する前記ステップが前記第２の材料をエ ッチングすることを含む請求の範囲第５項記載の方法。
7. ７．前記感光性材料を選択的に除去する前記ステップが、該選択的な除去後に残 る前記感光性材料が前記ミクロ構造の隣接部分間にスペーサを形成するように実 施される請求の範囲第１項記載の方法。