JPH10506717A - 加速度センサの製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 エピタキシー装置中に析出される珪素層を使用するような加速度センサを製造するための方法が提案されている。支持体（１）の上に塗布された一時層（２）の上方で、ある程度の表面のざらつきを有するポリ珪素層（６）としての材料が成長する。フォトラッカーの塗布およびエッチング処理によって、前記の表面のざらつきは除去される。また、化学的機械的平坦化が予定される。

Description

【発明の詳細な説明】 加速度センサの製造法 公知技術水準 本発明は、独立請求項の概念による方法から出発している。 ドイツ連邦共和国特許第４３１８４６６号明細書の記載から、一時層（Opfers chicht）を有する支持体を使用する微小機械的センサを製造するための方法は既 に公知である。前記支持体上では、エピタキシー装置中で珪素層が析出される。 この場合、一時層の上では、前記珪素層がポリ珪素層として成長する。支持体と しては、単結晶性珪素ウェーハが使用され、その結果、珪素材料は、支持体への 直接的接触を有する領域中で、単結晶性珪素として成長する。 本発明の利点 前記方法とは異なり、独立請求項の特徴部を用いる本発明による方法には、ポ リ珪素層の平坦化が達成されるという利点がある。平坦化によって特に良好な精 度を有するセンサのためのパターンを、ポリ珪素層の中にもたらすことができる 。こうして、良好な精度を有する品質的に高い価値のセンサパターンを完成させ ることができる。 従属請求項中に記載された手段によって、独立請求 項中に記載された方法の有利な他の構成および改善が可能である。ポリ珪素層の パターン化は、プラズマエッチング処理によって特に精密に行われる。ポリ珪素 層の品質を最初から改善するためには、ポリ珪素出発層を、一時層の上に設ける ことができる。支持体の全表面を覆っている一時層の使用によって、センサを製 造するための特に簡単な方法が記載される。パターン化された一時層の使用の場 合、センサパターンを、支持体の表面上で特に良好に固定することができる。ウ ェーハとしての単結晶性珪素の使用によって、単結晶性珪素からなる固定された 領域が形成される。前記材料は、特に良好な性質を有している。単結晶性の層を 有する多結晶性の層が平面を形成するまで多結晶性の層を平坦化することによっ て、他の加工に特に好適である特に高い価値の表面が得られる。こうして殊に、 単結晶性の珪素層中に、センサパターンを有する表面電導路または孔電導路と接 続可能である電子回路を設けることができる。 図面 本発明の実施例は、図中に記載されており、かつ以下の記載において詳細に説 明されている。図１〜図３は、公知技術水準（ドイツ連邦共和国特許第４３１８ ４６６号明細書）から公知の製造法を示し、図４および図５は、本発明によるエ ッチング工程を示し、図６および図７は、ポリ珪素層および単結晶性の珪素層の 平坦化を示し、かつ図８は、支持体上の完全面の一時層を用いる方法を示してい る。 実施例の記載 図１中には、一時層２が施されている支持体１が示されている。一時層の上に は、ポリ珪素出発層３が施されている。以下、支持体１が、単結晶性の珪素支持 体であることから出発する。しかしまた、原理的には、セラミック材料、ガラス または金属からなる支持体の全ての他の種類も使用可能である。この場合に示さ れた一時層は、支持体１の上面の個々の領域中にのみ設けられている。しかしま た同様に良好に、一時層２が支持体１の全上面を覆っていることも可能である。 ポリ珪素出発層３は、珪素の後に続く析出の品質を改善するために、一時層２の 上に施されている。しかしまた、この方法は、前記のポリ珪素出発層なしに実施 可能である。 一時層２のための材料としては、珪素に対して選択的にエッチングすることが できる全ての材料、殊に酸化形素、窒化珪素、ガラスまたは金属が考えられる。 ポリ珪素出発層３は、この種の析出が任意の表面上で低い温度で行うことができ るので、有利に、ＬＰＣＶＤ−（低圧化学蒸着）反応器中で析出される。 図１に記載の支持体は、エピタキシー装置中に導入され、次に、該エピタキシ ー装置中で珪素層４が析出される。この種のエピタキシー装置は、半導体工学に おいて、単結晶性の珪素ウェーハ上で単結晶性のエピタキシー層を析出させるた めに使用されている。単結晶性の珪素ウェーハ上で、前記の層が単結晶性の珪素 層として成長する。単結晶性の珪素材料ではない別の支持体を使用する場合には 、多結晶性のパターンを有する珪素層が析出される。図１中では、部分的に一時 層２で覆われている支持体１を使用している。層４が、単結晶性の支持体１と直 接接触している領域中で、単結晶性の珪素層５は成長している。一時層２もしく はポリ珪素出発層３の上方で、多結晶性の珪素層６は成長している。この場合、 成長は、多結晶性の領域６が、一時層２もしくはポリ珪素出発層２の２つの側に なお若干延在しているように行われる。このことは、図２中に示されている。 珪素層４の析出後に、フォトラッカー層７が施され、かつパターン化される。 次に、前記フォトラッカー層は、後に続くエッチング工程のためのエッチングマ スクとして使用される。 図３中には、ポリ珪素層６中に腐刻された孔パターン８が示されている。孔パ ターン８の腐刻は、特に深くて細長い孔を可能にするので、プラズマエッチング 処理によって行われる。孔パターン８の腐刻後に、一時層２は溶出される。この ことは、湿式化学的エッチング処理またはプラズマエッチング処理によって行わ れる。更に、蒸気、例えばフッ化水素酸蒸気を使用す ることができる。 これまでに図１〜図３について記載された処理工程は、既にドイツ連邦共和国 特許第４３１８４６６号明細書の記載からも公知である。 図４中には、他結晶性の珪素層６の表面が拡大図で示されている。認められる ように、多結晶性の珪素層６の表面は、ポリ珪素層６の多結晶性パターンによっ て制限されている粗粒パターンを有している。この種の層のざら表面のざらつき は、１つのマイクロメータの大きさで存在していてもよい。図２から周知のフォ トラッカー層７は、通常、光学的方法によってパターン化される。この場合、表 面のざらつきにより、望ましいパターンは、定義された平面の上に焦点を合わせ ることができず、散乱光が発生することになる。従って、ざらざらした表面の場 合、フォトラッカー層７のパターン化の正確さは制限されている。わずか１０分 の１マイクロメートルの正確さで製造されなければならないセンサ、殊に加速度 センサのためには、数マイクロメートルのパターン幅が使用されるので、表面の ざらつきは減少させられなければならない。 これについては、中間工程で、もう１つのフォトラッカー層９が塗布されてい ることが、図４中に示されている。次に、プラズマエッチング工程を行い、この 場合、このプラズマエッチング工程のために、エッチングパラメータは、ポリ珪 素６およびフォトラッカー ９が同じエッチング速度でエッチングされるような程度に選択されている。図５ 中には、前記のエッチング法の中間工程が示されている。エッチング法の平坦化 作用は、フォトラッカーが、先ず、液体として塗布され、次に、硬化後に、平坦 な表面を形成することにある。フォトラッカーおよびポリ珪素のエッチング速度 が等しいので、エッチング法によって、前記の平坦な表面がポリ珪素自体に伝え られる。平坦化工程は、フォトラッカー層７がエッチング孔８のために塗布され る前に、析出した珪素層で行われる。ポリ珪素層６のこうして平坦化された表面 によって、フォトラッカー層７の特に正確なパターン化、ひいてはエッチング孔 ８の特に正確なパターン化を行うことができる。 プラズマエッチングのためには、例えばＳＦ₆および酸素からなるガス混合物 が可能である。２つのエッチングガスの互いに対する挙動によって、ポリ珪素お よびフォトラッカーのエッチング速度は、互いに一致させることができる。 図９〜図１２中には、他の改善された平坦化処理が示されている。この場合、 極端な粗粒状の多結晶性の珪素層６から出発している。前記の多結晶性の珪素層 ６の上に、フォトラッカー層９を塗布する。ポリ珪素層６の極端な不均一性のた めに、フォトラッカー９も、表面の明らかに少なくかつ丸みを付けられていたと しても不均一性を有している。極めて粗雑な表面のざ らつきの場合、かかるフォトラッカー表面は、特にさらさらしたフォトラッカー の選択の場合にも完全に回避されない。このことは、図９中に記載されている。 次に、プラズマエッチング工程が行われ、この場合、このプラズマエッチング 工程のために、エッチングパラメータは、ポリ珪素６およびフォトラッカー９が 同じエッチング速度でエッチングされるような程度に選択されている。図１０中 には、結果として形成されたポリ珪素層６が示されている。このポリ珪素層６は 、明らかに平坦化されているが、しかし、ある程度の残存起伏が存在したままに なっている。 こうして、残存起伏が残っているにもかかわらず、既に明らかに完全された孔 パターン８が達成可能である。しかし、再度、フォトラッカー層９を、ポリ珪素 層６の上に塗布することによって、再度の改善が達成される。均すべき表面の不 均一性が小さいので、もはや、フォトラッカー層９の表面は平坦である。このこ とは、図１１中に示されている。 再度、エッチング工程が行われ、この場合、エッチングパラメータは、ポリ珪 素６およびフォトラッカー９が同じエッチング速度でエッチングされるような程 度に選択されている。図１２中には、前記のエッチング工程の終了後のポリ珪素 層６示されている。ポリ珪素層６のもはや平坦な表面は、更に改善されたパター ン化ができる。 二工程の平坦化処理によって、更に、フォトラッカーの粘度および表面張力並 びにエッチング法を均すべきざらつきに適合させるような他の最適化可能性が提 供されている。従って例えば、第一の平坦化工程のためのフォトラッカーは、よ り大きなざらつきを均すために、若干さらさらしたものを選択してもよい。 ポリ珪素層６の表面を平坦化するためのもう１つの方法は、化学的機械的研磨 法にある。このためには、例えば光学的に試験される金属切断面の研磨のための 冶金学あるいはまた半導体物理学から公知であるような研磨装置が使用できる。 前記の研磨装置は、弾性研磨台（elastischen Polierauflage）を備えている回 転研磨用テーブルを有している。この研磨台は、研磨剤で含浸されている。加工 すべきポリ珪素表面は、研磨台の上に押し付けられている。久しい以前から使用 された純粋な機械的研磨とは異なり、この研磨剤は、研磨粒状物並びに活性化学 添加剤を含有している。散乱光の低品位のために、できるだけ小さな直径を有す る研磨粒状物を選択することが推奨される。この化学的機械的表面処理は、同様 に、後に続く工程で極めて繊細なパターン化ができるようにするポリ珪素層６の 表面をもたらす。 この場合驚異的なことに、微小パターン化された構成部材も、加工できること である。研磨処理の開始時に、構成部材は、研磨の際に損傷のための攻撃点を提 供することができる段を有している。しかしながら、他の研磨処理の場合、この 段は減少され、かつポリ珪素が平坦化される。この段が完全に均されてしまう前 に、研磨処理を終了させられる。こうして、この表面は、光学的パターン化の意 図された改善を達成するために十分に平坦であり、同時に、この小さな段を、調 整の目印として使用することができる。 図６および図７中には、本発明による方法のもう１つの実施例が示されている 。支持体１と、一時層２と、ポリ珪素出発層３と、単結晶性の珪素層５および多 結晶性の珪素層６を有する珪素層４とは、既に図１〜図３から周知であるような 層に再度相応している。しかしながら、珪素層４の表面上に、更に、後に続く平 坦化エッチングの場合に特に僅かなエッチング速度を有する材料からなるもう１ つのマスキング層１０が塗布されている。しかしながら、例えば酸化形素または 厚いラッカー層からなっていてもよい前記マスキング層１０は、多結晶性の領域 ６に、十分な場所をあけている。この後、フォトラッカー層９を再度塗布する。 フォトラッカー層９がポリ珪素材料６と同じエッチング速度でエッチングされる ような後に続く平坦化エッチング工程の場合、再度、多結晶性の珪素６を平坦化 させることになる。しかしながら、この処理を、ポリ珪素層６が、単結晶性の珪 素層５を有する平坦な平面を形成するまでの間継続する。前記の状態は、図７中 に示されている。こうして、多結晶性の珪素層６および単結晶性の珪素層５は、 １つの共通の平坦な表面を形成する。前記の表面の上に、こうして、前記の２つ の珪素層の間の高度差がもはや全く克服されることがないような、特に簡単な電 導路パターン１１を折出させることができる。従って、この方法は、単結晶性の 珪素層５中に、集積された半導体素子１２が設けられており、これによって、ポ リ珪素層６中のセンサパターンが利用されることになる場合に特に好適である。 図８中には、本発明によるもう１つの実施例が示されている。支持体１の上に は、支持体１の全表面を覆っている一時層２が塗布されている。次に、この一時 層２の上に、エピタキシー反応器中で、全表面の上で、多結晶性の層６として成 長する珪素層４が塗布されている。また、珪素層４の析出の前に、図８中に示さ れているように、多結晶性の出発層３が塗布されている。こうしてこの後、多結 晶性の珪素層６の全表面の表面のざらつきを平坦化する平坦化工程が行われる。 この平坦化工程は、図４および図５に記載されたような方法に相応している。次 に、もう１つの工程で、多結晶性の珪素層６の表面から一時層２にまで延在して いる孔パターン８が腐刻される。次に、もう１つのエッチング工程の場合、一時 層２は、ポリ珪素層６中の腐刻されたパターンの下方で除去される。一時層の前 記のエッチング工程は、エッチングされた孔パターン ８を通して、エッチング溶液が一時層２に導かれることによって行われる。この エッチング溶液は、一時層２を溶解し、この場合、孔パターン８から出発して、 緩徐にのみ、側方のアンダーカットが、多結晶性の珪素層６の下方で行われる。 次に、このアンダーカットを終了させ、直ちに、一時層２を、腐刻されたパター ンの下方で除去するが、しかし、その他の多結晶性の層６のより大きな領域は、 なおアンダーカットされていない。前記の方法の場合に、一時層２のパターン化 は行われないので、この方法は、特に簡単である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クラウス ハイアース ドイツ連邦共和国 Ｄ−72766 ロイトリ ンゲン ローベルト−コッホ シュトラー セ 37 (72)発明者 ベルンハルト エルスナー ドイツ連邦共和国 Ｄ−70806 コルンヴ ェストハイム カール−ヨース−シュトラ ーセ 52 (72)発明者 マルクス ルッツ ドイツ連邦共和国 Ｄ−72762 ロイトリ ンゲン フィツィオンシュトラーセ 23 (72)発明者 ヘルムート シュカパ ドイツ連邦共和国 Ｄ−72770 ロイトリ ンゲン トーマス−マン−シュトラーセ 19 (72)発明者 ハインツ−ゲオルク フォッセンベルク ドイツ連邦共和国 Ｄ−72760 ロイトリ ンゲン ズィッケンホイザー シュトラー セ 101 (72)発明者 ニコラス ブーハン ドイツ連邦共和国 Ｄ−72764 ロイトリ ンゲン カイザーシュトラーセ 79 (72)発明者 エックハルト グラーフ ドイツ連邦共和国 Ｄ−72810 ゴマリン ゲン シュヴァープシュトラーセ ２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．一時層（２）の上でポリ珪素層（６）として析出される珪素層（４）を、エ ピタキシー装置中で、一時層（２）を有する支持体（１）の上に析出させ、この 場合、ポリ珪素層（６）の上に、光学的な方法によってエッチングマスクとして パターン化される第一のフォトラッカー層（７）を塗布し、この場合、ポリ珪素 層（６）の中に、エッチングマスクを通して、ポリ珪素層（６）の上面から一時 層（２）にまで延在するパターン（８）を形成させ、かつこの場合、一時層（２ ）を、パターン（８）の下方で除去するようなセンサ、殊に加速度センサを製造 するための方法において、ポリ珪素層（６）の表面を、第一のフォトラッカー層 （７）の塗布の前に平坦化処理で後加工することを特徴とする、センサ、殊に加 速度センサの製造法。 ２．平坦化処理を、フォトラッカー（９）を塗布し、エッチング工程を実施し、 ポリ珪素層（６）およびフォトラッカー層（９）を、ほぼ同じエッチング速度で エッチングすることによって行う、請求項１に記載の方法。 ３．フォトラッカー（９）のエッチング後に、もう１つの層のフォトラッカー（ ９）を塗布し、かつもう１つのエッチング処理を実施する、請求項２に記載 の方法。 ４．エッチング処理を、プラズマエッチング処理として実施する、請求項２また は３に記載の方法。 ５．平坦化処理を、化学的機械的研磨によって行う、請求項１に記載の方法。 ６．一時層（２）の上で珪素層（４）の析出の前に、エピタキシー装置中で、ポ リ珪素出発層（３）を析出させる、請求項１から５までのいずれか１項に記載の 方法。 ７．一時層（２）が、支持体（１）の全表面を覆う、請求項１から６までのいず れか１項に記載の方法。 ８．一時層（２）を、珪素層（４）の析出の前に、エピタキシー装置中でパター ン化する、請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。 ９．支持体（１）が単結晶性珪素からなり、かつ珪素層（４）を、一時層（２） が施されていない領域で、単結晶性の珪素層（５）として成長させる、請求項８ に記載の方法。 10．ポリ珪素層（６）の平坦化工程を、多結晶性の珪素層（６）および単結晶性 の珪素層（５）が、１つの共通の平坦な表面を形成するまでの間実施する、請求 項９に記載の方法。 11．単結晶性の珪素層（５）中で、電子回路（１２）を形成させ、かつ共通の平 坦な平面上に、回路（１２）からポリ珪素層（６）にまで達する電導路（１ １）を設ける、請求項１０に記載の方法。 12．平坦化処理後に、ポリ珪素層（６）と単結晶性の珪素層（５）との間の僅か な段が存在し、この段を調整の目印として使用する、請求項１から６までのいず れか１項に記載の方法。