KR101370666B1 - 미소 구조체, 반도체장치, 및 미소 구조체의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
미소 구조체는 제1 구조층과, 공극부를 사이에 두고 상기 제1 구조층과 마주보고 상기 제1 구조층에 부분적으로 고정된 제2 구조층을 포함한다. 상기 제1 구조층과 상기 제2 구조층의 적어도 한쪽은 변위가 가능하다. 또한, 상기 제1 구조층과 상기 제2 구조층이 대향하는 표면들의 거칠기는 서로 다르다.
미소 구조체, 반도체, 적층, 에칭
Description
도 1a 내지 1c는 본 발명의 미소 구조체의 일례를 게시하는 모식도다.
도 2a 내지 2d는 본 발명의 미소 구조체의 제조 방법의 일례를 도시한 도면이다.
도 3a 내지 3d는 본 발명의 미소 구조체의 제조 방법의 일례를 도시한 도면이다.
도 4a 내지 4e는 본 발명의 미소 구조체의 제조 방법의 일례를 도시한 도면이다.
도 5a 내지 5d는 본 발명의 미소 구조체의 일례를 게시하는 모식도다.
도 6a 내지 6c는 본 발명의 미소 구조체의 일례를 게시하는 모식도다.
도 7a 내지 7d는 웨트 에칭 방법의 예를 게시하는 도면이다.
도 8a1 내지 8b2는 본 발명의 반도체장치의 제조 방법의 일례를 도시한 도면이다.
도 9a1 내지 9b2는 본 발명의 반도체장치의 제조 방법의 일례를 도시한 도면이다.
도 10a1 내지 10c는 본 발명의 반도체장치의 제조 방법의 일례를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 반도체장치의 일례를 도시한 도면이다.
도 12a 내지 12d는 종래의 미소 구조체의 제조 방법의 일례를 도시한 도면이다.
도 13a 및 13b는 본 발명의 반도체장치의 제조 방법의 일례를 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 반도체장치의 제조 방법의 일례를 도시한 도면이다.
도 15a 및 15b는 결정질 규소막 및 텅스텐막의 표면의 SEM 사진이다.
도 16은 본 발명의 반도체장치의 일례를 도시한 도면이다.
[기술분야]
본 발명은, 미소 구조체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
[배경기술]
종래, 반도체소자 제조 프로세스 및 그것과 유사한 방법을 이용하여, 미소한 기계를 제조하는 연구가 이루어져 왔다. 예를 들면, 실리콘 웨이퍼를 가공함으로써, 기어나 다리 구조와 같이, 공극부와 그 공극부 내에서 가동인 부분을 가지는 입체 구조체가 제조되어 왔다.
최근에는, 상기와 같은 구조체와 반도체소자를 동일한 기판 위에 제조하거나, 각각 제조한 것을 접착함으로써, 하나의 기능을 가지는 미소한 전기기계장치를 제조하는 연구가 진행되어 왔다. 이것들은 MEMS(Micro Electro Mechanical System), 마이크로머신, 마이크로머시닝 등으로 불리고 있다.
이러한 미소한 전기기계장치(마이크로머신)는, 제조 방법에 따라 크게 두 가지로 나뉜다. 실리콘 웨이퍼나 SOI(Silicon on Insulator) 기판 자체를 에칭이나 연마에 의해 가공하여, 입체적인 구조체를 제조하는 경우에는 벌크 마이크로머신이라고 불린다. 한편, 실리콘 웨이퍼 등의 기판 위에 박막을 적층해서 형성하고, 그 박막을 포트리소그래피법 및 에칭법으로 가공하여, 입체적인 구조체를 제조하는 경우에는 표면 마이크로머신이라고 불린다.
벌크 마이크로머신은, 기판을 여러 가지 방향에서 가공하므로, 입체적인 구조체를 제조할 때에 큰 자유도를 가지므로, 다양한 구조체를 제조할 수 있다. 그러나, 반도체소자의 제조 프로세스와는 다른 공정이 많다. 따라서 반도체소자와 구조체는, 각각 제조한 후에 접착하거나, 접착하지 않은 상태에서 하나로 패키징하는 경우가 많다. 표면 마이크로머신의 경우, 반도체소자를 제조하는 일반적인 프로세스가 적용된다.
여기에서, 표면 마이크로머신이 가지는 구조체의 기본적인 구조, 및 그 제조 방법에 관하여 설명한다. 우선, 도 12a에 나타낸 바와 같이, 구조체의 공극부를 형성하기 위해서 희생층(1002)을 형성한다. 이 희생층(1002)은 후에 제거된다. 여기 에서, 희생층(1002)은 기판 위에 형성하지만, 도시는 생략한다.
이어서, 도 12b에 나타낸 바와 같이, 희생층(1002) 위에 구조층(1004)을 형성한다. 구조층(1004)은, 희생층(1002) 위에 형성됨으로써, 입체적인 형상이 된다.
이어서, 도 12c에 나타낸 바와 같이, 희생층(1002)을 에칭 제거한다. 희생층(1002)을 제거함으로써 구조층(1004) 하부에 공극부(1006)가 생긴다. 그리고, 공극부(1006) 위에 위치하는 부분의 구조층(1004)은 움직일 수 있게 된다. 여기에서, 공극부(1006) 위에 위치하는 부분의 구조층(1004)은, 도 12b에서, 희생층(1002)의 윗면에 접하는 부분의 구조층(1004)이다.
여기에서는, 기판 위에 구조층(1004) 및 공극부(1006)를 가지는 간단한 구조체의 예를 게시하고 있다. 그 외, 기판 위에 하지막이나 하부 전극을 형성할 수도 있다. 또한 각 희생층이나 구조층을 적층구조로 할 수도 있다.
마이크로머신의 제조에 있어서, 희생층 에칭은 중요한 공정이지만, 많은 문제를 가지는 속도 지배 점이기도 한다. 예를 들면, 도 12d에 나타낸 바와 같이, 희생층 에칭 후에 구조층(1004)이 휘어, 기판에 부착된다는 문제가 있다.
또한 정전기 등의 원인에 의해, 동작중에 구조층(1004)이 휘어, 기판과 부착된다는 문제도 있다.
상기 문제를 해결하기 위해서, 희생층 에칭의 방법이나, 구조층 및 상기 구조층과 마주보는 층의 재료나 형상이 검토되어 왔다(예를 들면, 특허문헌 1: 일본국 공개특허공보 특개 평10-107339호, 특허문헌 2: 일본국 공개특허공보 특개 평11-340477호).
특허문헌 1에는, 희생층을 증기상 에칭 방법으로 제거함으로써, 실리콘 미세구조체의 고착 현상을 방지하는 방법이 기재되어 있다.
특허문헌 2에는, 고정전극과 가동전극이 마주보는 표면 중, 적어도 한쪽에 오목부의 폭이 0.01μm 이상 0.1μm 이하인 요철을 불규칙하게 다수 형성한 가속도 센서에 대해서 기재되어 있다. 또한, 마주보는 면에 형성된 요철은, 희생층 에칭시 또는 희생층 에칭 후에, 양극 화성처리에 의해 형성하는 방법이 기재되어 있다.
그러나, 특허문헌 1에서는, 에칭 방법이 증기층 에칭에 한정된다. 또한 특허문헌 2에서는, 희생층 에칭중, 또는 희생층 에칭 후에, 양극 화성법을 이용해서 실리콘 표면에 요철을 형성하므로, 양극 화성법을 적용할 수 있는 재료에 한정된다.
본 발명은 상기 문제를 감안하여, 미소 구조체의 제조 공정 중, 또는 미소 구조체의 동작시의 불량을 저감하는 미소 구조체 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다. 구체적으로는, 희생층을 에칭 제거할 때의 휨을 방지하는 미소 구조체의 구조 및 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
또한, 미소 구조체의 작동시 휨을 방지할 수 있는 미소 구조체의 구조, 및 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다. 또한, 내구성이 향상된 미소 구조체의 구조를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 미소 구조체의 일 형태에 따르면, 적어도 한쪽은 변위가 가능하도록 공극부를 가지고 배치된 제1 구조층과 제2 구조층을 가지고, 상기 제1 구조층과, 상기 제2 구조층이 대향하는 표면은, 서로 다른 거칠기로 조면화되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 미소 구조체의 구체적인 구조의 일 형태에 따르면, 제1 구조층과, 공극부를 사이에 두고 상기 제1 구조층과 마주보고 상기 제1 구조층에 부분적으로 고정된 제2 구조층을 가지고, 상기 제1 구조층과 상기 제2 구조층의 적어도 한쪽은 변위가 가능하고, 상기 제1 구조층과 상기 제2 구조층이 대향하는 표면들은 서로 다른 거칠기로 조면화되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 미소 구조체는, 제1 구조층 또는 제2 구조층 중 어느 한쪽은 결정질 규소막인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 동일한 표면에 설치된 미소 구조체와 반도체소자를 구비한 반도체장치도 포함한다. 그 구체적인 구조의 일 형태에 따르면, 미소 구조체는, 제1 구조층과, 공극부를 사이에 두고 상기 제1 구조층과 마주보고 상기 제1 구조층에 부분적으로 고정된 제2 구조층을 포함하고, 상기 반도체소자는 반도체층과, 게이트 절연층을 사이에 두고 상기 반도체층 위에 설치된 게이트 전극층을 포함한다. 제1 구조층은 전술한 반도체층과 동일한 반도체층으로 형성되는 반면, 제2 구조층은 상기 게이트 절연층과 동일한 절연층으로 형성된다. 상기 제1 구조층과 상기 제2 구조층의 적어도 한쪽은 변위가 가능하고, 상기 제1 구조층과 상기 제2 구조층이 대향하는 표면은 서로 다른 거칠기로 조면화되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 반도체장치는, 미소 구조체의 제1 구조층과 반도체소자의 반도체층은 각각 결정질 규소막인 것이 바람직하다.
본 발명의 미소 구조체의 제조 방법은, 기판 위에 제1 구조층을 형성하고, 상기 제1 구조층에 조면 처리를 실시하고, 상기 제1 구조층 위에 희생층을 형성하고, 상기 희생층에 조면 처리를 실시하고, 상기 제1 구조층 위 및 상기 희생층 위에 제2 구조층을 형성하고, 상기 희생층을 제거해서 공극을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 미소 구조체의 또 다른 제조 방법은, 기판 위에 제1 구조층을 형성하고, 상기 제1 구조층에 레이저빔을 조사함으로써 조면 처리를 실시하고, 상기 제1 구조층 위에 희생층을 형성하고, 상기 희생층에 레이저빔을 조사함으로써 조면 처리를 실시하고, 상기 제1 구조층 위 및 상기 희생층 위에 제2 구조층을 형성하고, 상기 희생층을 제거해서 공극을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 미소 구조체의 또 다른 제조 방법은, 기판 위에 제1 구조층을 형성하고, 상기 제1 구조층에 레이저빔을 조사함으로써 조면 처리를 실시하고, 상기 제1 구조층 위에 희생층을 형성하고, 상기 희생층에 가열 처리에 의해 조면 처리를 실시하고, 상기 제1 구조층 위 및 상기 희생층 위에 제2 구조층을 형성하고, 상기 희생층을 제거해서 공극을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 미소 구조체의 제조 방법은, 희생층으로서 텅스텐, 몰리브덴, 또는 티탄을 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 미소 구조체의 또 다른 제조 방법은, 희생층으로서 알루미늄 을 사용하는 것을 특징으로 한다.
[실시예]
이하, 본 발명의 실시예에 대해서, 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 단, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 그 범위에서 일탈하는 않는 한, 그 형태 및 상세한 내용을 다양하게 변경할 수 있다는 것은 당업자라면 용이하게 이해된다. 따라서, 본 발명은 이하에 나타내는 실시예의 기술 내용에 한정해서 해석되지는 않는다. 또한, 이하에 설명하는 본 발명의 구성에 있어서, 동일 부분을 나타내는 부호는 다른 도면 사이에서 공통으로 사용한다.
(실시예 1)
본 실시예에서는, 본 발명의 미소 구조체의 일례에 대해서, 도 1a 내지 1c를 참조하여 설명한다. 본 실시예에서 나타내는 미소 구조체는, 소위 포스트-앤드-빔(post & beam) 구조의 미소 구조체다.
본 발명의 미소 구조체의 사시도를 도 1a에, 단면도를 도 1b에 나타낸다. 도 1b은, 도 1a의 파선 O-P의 단면도에 해당한다.
본 발명의 미소 구조체(100)는, 제1 구조층(102)과, 제2 구조층(104)을 가진다. 또한 제1 구조층(102)과 제2 구조층(104) 사이에, 공극부(106)를 가진다.
제2 구조층(104)은, 지지부(108), 지지부(110)와, 가동부(112)를 포함하고, 제1 구조층(102) 위에 입체적인 다리형 구조를 가진다. 구체적으로는, 제2 구조층(104)은, 제1 구조층(102)에 접하는 지지부(108, 110)와, 제1 구조층(102)에 접 하지 않는 가동부(112)를 가진다. 환언하면, 가동부(112)의 양단은, 지지부(108, 110)에 의해 제1 구조층(102)에 고정되어 있다. 여기에서, 가동부(112)는, 제2 구조층(104)에 있어서, 변위 가능한 부위다.
공극부(106)는, 제1 구조층(102)과 제2 구조층(104)의 가동부(112) 사이에 위치한다. 제2 구조층(104)의 가동부(112)는, 공극부(106)가 있으므로, 변위 가능하게 가동할 수 있다.
다음으로 도 1b의 점선으로 둘러싸인 부분의 확대도를 도 1c에 나타낸다.
도 1c에 나타낸 바와 같이, 제1 구조층(102) 및 제2 구조층(104)에서 양자가 마주보는 면은 조면으로 되어 있다. 그리고, 제1 구조층(102)과 제2 구조층(104)은, 거칠기가 다르다. 즉, 마주보는 제1 구조층(102)의 면을 제 1면(114)으로 하고 제2 구조층(104)의 면을 제 2면(116)이라고 하면, 제 1면(114)과 제 2면(116)의 거칠기는 서로 다르다.
구체적으로는, 제 1면(114) 및 제 2면(116)은, 각각 복수의 볼록부를 형성함으로써, 조면화되어 있다. 환언하면, 제 1면(114) 및 제 2면(116)은, 각각 복수의 오목부를 형성함으로써, 조면화되어 있다고도 할 수 있다.
여기에서, 제 1면(114)에 형성된 볼록부를 볼록부 A라고 하고 인접하는 볼록부 A의 정점과 정점 사이의 거리를 α라고 한다. 마찬가지로, 제 2면(116)에 형성된 볼록부를 볼록부 B라고 하고 인접하는 볼록부 B의 정점과 정점 사이의 거리를 β라고 한다. 본 발명에서는, α가 β보다 큰 것이 바람직하다. 또한 α가 β보다 1.5배 이상 10배 이하인 것이 바람직하다. 이때, α의 범위는 0.2μm 이상 1μm 이 하가 바람직하다. 또한 β의 범위는 0.02μm 이상 0.1μm 이하가 바람직하다.
이때, 상기 서술한 바와 같이, 제 1면(114) 및 제 2면(116)은, 각각 복수의 오목부를 형성함으로써, 조면화되어 있다고도 할 수 있다. 따라서, 제 1면에 형성된 오목부를 오목부 A라고 하면, 인접하는 오목부 A의 홈과 홈 사이의 거리는 α가 된다. 마찬가지로, 제 2면에 형성된 오목부를 오목부 B라고 하면, 인접하는 오목부 B의 홈과 홈 사이의 거리는 β이 된다.
여기에서, 제 1면(114)과 제 2면(116)에 있어서, 반드시 규칙적인 볼록부가 설치될 필요는 없고, 제 1면(114) 전체의 거칠기와 제 2면(116) 전체의 거칠기의 정도가 다르기만 하면 된다. 즉, 제 1면(114) 또는 제 2면(116)에 있어서, 모든 볼록부의 정점과 정점 사이의 거리가 일정할 필요는 없다. 즉, 제 1면(114) 전체에 있어서 인접하는 볼록부 A의 정점과 정점 사이의 거리 α의 평균은 제 2면(116) 전체에 있어서 인접하는 볼록부 B의 정점과 정점 사이의 거리 β의 평균보다 크다.
이때 상기 나타낸 미소 구조체는, 제1 구조층(102)과 제2 구조층(104) 사이에 공극부(106)를 가지고, 제1 구조층(102)에 제2 구조층(104)의 양단부가 고정되어 있는 포스트-앤드-빔 구조(빔이라고도 불린다)다. 그러나, 본 발명은 상기 구성에 한정되지 않고, 제1 구조층에 제2 구조층의 한쪽만이 고정되는 캔틸레버 구조(캔틸레버라고도 불린다)로 해도 된다. 그 외, 제2 구조층은 변위 가능한 부분을 가지는 한, 빗살형, 기어형 등의 형상을 가져도 된다.
본 발명은, 마주보는 면이 조면으로 되어 있는 제1 구조층 및 제2 구조층을 가진다. 또한 제1 구조층과 제2 구조층은, 거칠기가 다르다. 본 발명의 미소 구조 체를 사용함으로써, 제2 구조층을 가동할 때에, 제1 구조층에 접하는 부분을 적게 할 수 있다. 따라서 미소 구조체의 동작시의 충격이나 정전기 등에 의해, 제1 구조층과 제2 구조층이 서로 달라붙는, 소위 휨(스틱킹이라고도 한다)을 막을 수 있다.
또한 본 발명의 미소 구조체는, 가동부에 볼록부가 형성된다. 그 결과, 가동부의 응력을 분산시킬 수 있고, 보다 가동하기 쉽게 할 수 있다. 또한, 가동부의 내구성을 향상시킬 수도 있다.
(실시예 2)
본 발명의 미소 구조체의 제조 방법의 일례에 대해서, 도 2a 내지 2d, 도 3a 내지 3d를 참조하여 설명한다.
우선, 절연성 표면을 가지는 기판(200)을 준비한다. 이어서, 기판(200) 위에 하지 절연막(202)을 형성한다(도 2a). 절연성 표면을 가지는 기판(200)으로는, 유리 기판, 석영기판, 플라스틱 기판 등을 들 수 있다. 플라스틱 기판 위에 미소 구조체를 형성함으로써, 가볍고 유연성이 높은 초박형 장치를 얻을 수 있다. 또한 유리 기판을 연마 등에 의해 얇게 해도, 초박형 장치를 얻을 수 있다. 그 외, 금속 등의 도전성 기판이나, 실리콘 등의 반도체성 기판 위에 절연막을 형성한 기판을 사용해도 된다.
하지 절연막(202)으로는, 산화규소, 질화규소, 산소를 포함한 질화규소 또는 미량의 질소를 포함한 산화규소 등의 재료를 사용한다. 이들 재료를 사용한 막을, 플라스마CVD법, 감압CVD법, 스퍼터링법, PVD법 등을 이용하여, 단층 또는 복수 층으로 형성한다. 이때 기판의 요철이나, 기판으로부터의 불순물확산이 문제되지 않 는다면, 하지 절연막은 형성하지 않아도 된다.
이어서, 하지 절연막(202) 위에 제1 구조층(206)을 형성한다. 이하에, 제1 구조층(206)의 형성에 대해서, 구체적으로 설명한다.
우선, 하지 절연막(202) 위에 아모포스 반도체막(204)을 형성한다. 아모포스 반도체막(204)으로는, 규소 또는 실리콘 게르마늄(SiGe) 등의 재료를 사용할 수 있다. 이들 재료를 사용한 막을, 플라스마CVD법, 감압CVD법, 스퍼터링법, PVD법 등을 이용해서 형성한다. 또한 하지 절연막(202)을 형성한 성막 장치를 사용하여, 하지 절연막(202)과 아모포스 반도체막(204)을 연속으로 형성해도 된다.
이어서, 아모포스 반도체막(204)에 레이저빔을 조사해서 결정화한다(도 2b). 아모포스 반도체막(204)의 결정화에 사용하는 레이저로는, 연속 발진형 레이저빔(이하, CW레이저빔이라고 한다)이나 펄스 발진형 레이저빔(이하, 펄스레이저빔이라고 한다)을 사용할 수 있다. 레이저빔으로는, Ar레이저, Kr레이저, 엑시머레이저, YAG레이저, Y2O3레이저, YVO4레이저, YLE레이저, YAlO3레이저, 유리레이저, 루비레이저, 알렉산드라이트 레이저, Ti:사파이어 레이저, 구리증기 레이저 또는 금증기 레이저 중, 일종 또는 복수 종으로부터 발진되는 것을 사용할 수 있다. 이러한 레이저빔의 기본파, 및 그 기본파의 제2 고조파 내지 제4 고조파의 레이저빔을 조사함으로써 대입경의 결정을 얻을 수 있다. 예를 들면, Nd:YVO4레이저(기본파: 1064nm)의 제2 고조파(532nm)나 제3 고조파(355nm)를 사용할 수 있다. 이때, 레이저의 에너지밀도는 0.01 ~ 100MW/cm2 정도(바람직하게는 0.1 ~ 10MW/cm2)가 필요하다. 그리 고, 주사 속도를 10 ~ 2000cm/sec 정도로 해서 조사한다.
이때 연속발진의 기본파의 레이저빔과 연속발진의 고조파의 레이저빔을 조사해도 된다. 또한 연속발진의 기본파의 레이저빔과 펄스 발진의 고조파의 레이저빔을 조사해도 된다. 복수의 레이저빔을 조사함으로써, 에너지를 보충할 수 있다.
또한 반도체막이 레이저빔에 의해 용융된 후 고화되기 전까지, 다음 펄스의 레이저빔을 조사할 수 있도록 하는 발진 주파수에서 레이저를 발진시키는 펄스 발진형 레이저빔을 사용할 수도 있다. 이러한 주파수에서 레이저빔을 발진시킴으로써 주사 방향을 향해서 연속적으로 성장한 결정립을 얻을 수 있다. 구체적으로는, 레이저빔의 발진 주파수가 10MHz 이상인 것을 사용한다. 이것은, 보통 이용되고 있는 수십 Hz ~ 수백 Hz의 주파수대보다 현저히 높은 주파수대다.
한편, 아모포스 반도체막(204)은 성막 방법에 따라서는 수소를 함유할 수 있다. 이 경우, 레이저빔의 조사에 의해 수소를 방출하기 위해, 반도체막의 수소가 배출되도록 열처리를 실시하는 것이 바람직하다.
이상의 공정을 통해, 제1 구조층(206)이 되는 결정질 반도체막이 형성된다(도 2c). 이때, 레이저 조사해서 형성된 제1 구조층(206)(결정질 반도체막)의 표면은 조면화되어, 상기 제1 구조층(206)의 표면에는, 리지(ridge)라 불리는 요철이 형성되어 있다. 즉, 레이저조사에 의한 아모포스 반도체막의 결정화 공정이, 제1 구조층의 조면 처리에 해당한다. 이때, 리지는, 결정립이 서로 부딪치는 부분에 형성되는 막의 불규칙한 융기다. 여기에서 형성되는 볼록부를 볼록부 A라고 하면, 예를 들면, 인접하는 볼록부 A의 정점과 정점 사이의 거리가 0.2μm 이상 0.1μm 이 하인 것이 형성된다. 또한, 여기에서 형성되는 리지는 반드시 규칙적일 필요는 없다. 제1 구조층(206)의 표면에 형성된 복수의 볼록부 A에 있어서, 인접하는 볼록부 A의 정점과 정점 사이의 거리의 평균은, 0.2μm 이상 1μm 이하로 하면 된다. 또한 레이저 조건에 따라서는, 규칙적인 리지를 형성할 수도 있다.
이어서, 제1 구조층(206) 위에 희생층(210)을 형성한다. 여기에서, 희생층은, 이후의 공정에서 선택적으로 제거되는 층을 가리킨다. 이하에, 희생층(210)의 제조에 대해서, 구체적으로 설명한다.
우선, 제1 구조층(206) 위에, 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 티탄(Ti) 등의 금속재료, 또는 상기 금속재료를 주성분으로 하는 합금 등의 재료 또는 그것들의 복수의 재료로 이루어진 금속막(208)을 형성한다. 금속막(208)은, 스퍼터링법을 이용하여, 단층 또는 복수 층으로 형성한다.
이어서, 금속막(208)에 레이저빔을 조사해서(도 2d), 금속막(208)에 조면 처리를 실시한다. 이 조면 처리에 의해, 금속막(208)의 표면이 조면화되어, 상기 금속막(208)의 표면에 요철이 형성된다(도 3a). 금속막(208)의 요철의 형성에는, CW레이저빔이나 펄스레이저빔을 사용할 수 있다. 레이저빔으로는, Ar레이저, Kr레이저, 엑시머레이저, YAG레이저, Y2O3레이저, YVO4레이저, YLE레이저, YAlO3레이저, 유리레이저, 루비레이저, 알렉산드라이트 레이저, Ti:사파이어 레이저, 구리증기 레이저 또는 금증기 레이저 중, 일종 또는 복수 종으로부터 발진되는 것을 사용할 수 있다.
이때, 기본파의 CW레이저빔과 고조파의 CW레이저빔을 조사해도 된다. 또한 기본파의 CW레이저빔과 고조파의 펄스레이저빔을 조사해도 된다. 복수의 레이저빔을 조사함으로써, 에너지를 보충할 수 있다.
또한 금속막(208)이 레이저빔에 의해 용융된 후 고화되기 전까지, 다음 펄스의 레이저빔을 조사할 수 있도록 하는 발진 주파수에서 레이저를 발진시키는 펄스레이저빔을 사용할 수도 있다. 구체적으로는, 레이저빔의 발진 주파수는 10MHz 이상인 것을 사용한다. 이것은, 보통 이용되고 있는 수십 Hz ~ 수백 Hz의 주파수대보다 현저하게 높은 주파수대다. 또한, 상기한 레이저의 종류는, 조사하는 금속막(208)의 재질 등에 의존한다. 따라서 조사하는 금속막(208)에 따라, 적절히 레이저조사 조건을 고려할 필요가 있다.
이때, 레이저조사 대신에, RTA(Rapid Thermal Annealing)법에 의한 가열처리를 행하여, 금속막(208)의 조면 처리를 실시해도 된다. RTA법은, 할로겐램프, 메탈 할라이드 램프, 크세논 램프, 카본 램프, 고압 나트륨 램프, 고압 수은 램프 등의 램프를 사용할 수 있다. 이들 램프를 사용하여, 급격히 온도를 상승시켜, 수마이크로 초 ~ 수 분 사이에 순간적으로 열을 가할 수 있다.
이상과 같이, 금속막(208)에 레이저빔 또는 램프로부터 발하는 빛을 조사함으로써 금속막(208) 표면을 조면화할 수 있다. 조면화된 금속막(208)의 표면에는, 복수의 요철이 형성된다. 여기에서 형성되는 볼록부를 볼록부 B라고 하면, 예를 들면, 인접하는 볼록부 B의 정점과 정점 사이의 거리가 0.02μm 이상 0.1μm 이하인 것이 형성된다. 이때, 인접하는 볼록부 B의 모든 정점과 정점 사이의 거리가 규칙 적일 필요는 없고, 평균이 0.02μm 이상 0.1μm 이하로 하면 된다.
이어서, 금속막(208)을 포토리소그래픽법 및 에칭법을 이용해서 원하는 형상으로 가공하여, 희생층(210)을 형성한다. 이상의 공정을 통해, 표면에 요철이 형성된 희생층(210)이 형성된다(도 3b). 여기에서, 본 실시예에서는 금속막(208)을 원하는 형상으로 가공하여 희생층을 형성하는 예에 대해 서술했다. 유사하게, 제1 구조층도 포토리소그래픽법 및 에칭법에 의해 원하는 형성으로 가공할 수 있다. 제1 구조층은, 적어도 희생층 하부에 존재할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 금속막(208)의 표면을 조면화한 후에 희생층(210)을 형성했지만, 본 발명은 이것에만 한정되지 않고, 최종적으로 얻어지는 희생층(210)의 표면이 조면화되어 있으면 된다. 예를 들면, 포토리소그래픽법 및 에칭법을 이용하여, 먼저 금속막(208)을 가공하고, 상기 가공한 막에 레이저빔 또는 램프로부터 발하는 빛을 조사해서 표면에 요철이 형성된 희생층(210)을 형성해도 된다.
이어서, 제1 구조층(206) 및 희생층(210) 위에, 제2 구조층(212)을 형성한다. 제2 구조층(212)은, 후의 희생층 에칭에 사용하는 에칭제로, 희생층(210)과 에칭의 선택비를 가지는 재료로 하면 된다. 예를 들면, 산화규소, 질화규소, 산소를 포함한 질화규소 또는 미량의 질소를 포함한 산화규소 등의 재료를 사용해서 형성된 절연막을 사용할 수 있다. 또한 텅스텐, 몰리브덴 등으로 이루어진 희생층(210)과 에칭의 선택비를 취할 수 있는 금속, 예를 들면, 탄탈(Ta), 알루미늄(Al) 등을 사용할 수도 있다. 이때, 제2 구조층(212)이 희생층(210)에 접하는 면은, 희생층(210)의 조면한 표면에 따르는 면이 된다. 즉, 제2 구조층(212)과 희생층(210)이 접하는 면에는, 희생층(210)에 형성된 볼록부 B를 따라, 복수의 볼록부가 형성된다. 이로써 제2 구조층(212)의 표면은 거칠어진다.
이어서, 희생층(210)을 에칭 제거한다. 에칭은, 제1 구조층(206), 희생층(210), 및 제2 구조층(212) 사이의 선택비가 얻어지는 방법으로 행한다. 예를 들면, 희생층에 텅스텐이나 몰리브덴을 사용하는 경우에는, 암모니아, 과산화수소수 및 순수를 혼합한 액체를 사용한 웨트 에칭법으로 제거할 수 있다. 예를 들면, 28%의 암모니아와 31%의 과산화수소수와 순수를 3:5:2의 비율로 혼합한 액체(본 명세서에서는, 암모니아과수라고 한다)를 사용할 수 있다. 한편, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 에칭법 및 에칭제는, 실시자가 적절히 선택할 수 있다.
상기한 바와 같이 희생층(210)을 제거하면, 희생층(210)이 존재한 장소에 공극부(214)가 발생한다. 따라서, 공극을 가지는 미소 구조체를 얻을 수 있다.
이때, 상기 나타낸 미소 구조체는, 제1 구조층(206)과 제2 구조층(212) 사이에 공극부(214)를 가지고, 제1 구조층(206)에 제2 구조층(212)의 양단부가 고정되어 있는 포스트-앤드-빔 구조(빔과도 불린다)로 되어 있다. 그러나, 본 발명은 상기 구성에 한정되지 않고, 제1 구조층에 제2 구조층 중 한쪽만이 고정되어 있는 캔틸레버 구조(캔틸레버라고도 불린다)로 해도 된다. 그 외, 제2 구조층이 빗살형, 기어형 등의 형상을 가져도 된다. 적어도, 제2 구조층이 입체적인 구조면 된다.
본 발명은, 마주보는 면이 조면으로 되어 있는 제1 구조층 및 제2 구조층을 형성하는 것을 특징으로 한다. 또한 제1 구조층과 제2 구조층은, 조면 정도가 다르도록 형성되어 있다. 따라서, 희생층을 웨트 에칭법으로 제거할 때에, 모세관 현상 에 의해 가동부가 되는 구조층이 휘는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에서 복수의 돌출부는 제1 구조층과 제2 구조층이 마주보는 면에 형성된다. 본 실시예에서 제2 구조층의 일부는 변위 가능한 가동부로서 기능한다. 결과적으로, 돌출부가 형성됨으로써, 내부 응력이 분산되어 가동부는 더욱 쉽게 움직일 수 있다. 또한, 가동부의 내구성이 향상된다.
한편, 본 실시예는, 상기 실시예 1과 조합할 수 있다.
(실시예 3)
본 실시예에서는, 희생층에 알루미늄을 사용하는 경우에 대해서, 도 4a 내지 4e를 참조하여 설명한다. 이때, 희생층 이외의 재료 및 제조 방법 등은 상기 실시예 2와 유사하다. 다만, 본 실시예에서는, 가동부를 가지는 구조층(희생층 위에 형성되는 구조층)이 한쪽만 고정된 캔틸레버 구조(캔틸레버)로 한다.
우선, 실시예 2와 마찬가지로 제1 구조층(206)까지 형성한다. 이어서, 제1 구조층(206) 위에, 스퍼터링법을 이용해서 알루미늄막(309)을 형성한다(도 4a). 이때, 다른 금속과 알루미늄막의 적층구조로 해도 된다. 단, 적층구조로 하는 경우에는, 알루미늄막을 상층으로 한다.
이어서, 알루미늄막(309)의 표면에 조면 처리를 행한다. 이 조면 처리에 의해, 알루미늄막(309)의 표면에 요철이 형성된다(도 4b). 예를 들면, 250도 이상의 가열처리를 행해서 힐록을 생기게 하고, 볼록부를 형성할 수 있다. 또는, 알루미늄막(309)에 전류를 흘려보내서 부분적으로 발열시킴으로써, 알루미늄막(309)의 표면을 부분적으로 가열하여, 상기 알루미늄막(309) 표면에 선택적으로 볼록부를 형성 할 수도 있다.
이어서, 알루미늄막(309)을 포토리소그래픽법 및 에칭법을 이용해서 원하는 형상으로 가공하여, 희생층(310)을 형성한다. 이때, 본 실시예에서는, 희생층(310)이 되는 알루미늄막(309)을 에칭할 때에, 하층에 있는 제1 구조층(206)까지 에칭하는 것으로 한다. 물론, 실시예 2와 마찬가지로, 희생층만을 에칭해도 된다. 또한 알루미늄막에 요철을 형성하는 공정과, 알루미늄막을 가공하는 공정의 순서는 한정되지 않는다. 따라서, 먼저 알루미늄막을 소정의 형상으로 가공해서 희생층을 형성하고, 그 희생층 표면에 요철을 형성할 수도 있다. 이상의 공정을 통해, 표면에 요철이 형성된 희생층(310)이 형성된다(도 4c).
이어서, 희생층(310) 위에 제2 구조층(312)을 형성한다. 제2 구조층(312)은, 후의 희생층 에칭에 사용하는 에칭제로, 희생층(310)과 에칭의 선택비가 얻어지는 재료로 하면 된다. 예를 들면, 산화규소, 질화규소, 산소를 포함한 질화규소 또는 미량의 질소를 포함한 산화규소 등의 재료를 사용해서 형성된 절연막을 사용할 수 있다. 또한 알루미늄으로 이루어진 희생층(310)과 에칭의 선택비를 취할 수 있는 금속을 사용할 수도 있다. 이때, 제2 구조층(312)이 희생층(310)에 접하는 면은, 희생층(310)의 조면한 표면에 따른 면이 된다. 즉, 제2 구조층(312)이 희생층(310)에 접하는 면에는, 희생층(310)에 형성된 볼록부를 따라, 복수의 볼록부가 형성됨으로써, 제2 구조층(312)의 표면은 거칠어진다.
이때, 제2 구조층(312)으로서, CVD법을 이용해서 산화규소, 질화규소, 산소를 포함한 질화규소 또는 미량의 질소를 포함한 산화규소 등의 재료로 이루어진 절 연막을 형성하는 경우에는, 알루미늄막(309)(희생층(310))의 표면에 요철을 형성하는 조면 처리를 생략할 수 있게 된다. 이는, CVD로 절연막을 형성할 때의 온도에 의해, 하층의 알루미늄막(309)(희생층(310))에 힐록이 발생하여, 알루미늄막(309)의 표면이 거칠어지기 때문이다.
이어서, 희생층(310)을 에칭 제거한다. 에칭은, 제1 구조층(206), 희생층(310), 및 제2 구조층(312)의 선택비가 얻어지는 방법으로 행한다. 예를 들면, 본 실시예에서는, 희생층(310)에 알루미늄막을 사용하므로, 인산, 아세트산, 초산, 순수를 혼합한 액체를 사용한 웨트 에칭법으로 제거할 수 있다. 예를 들면, 인산, 아세트산, 초산, 순수를 체적％로, 85:5:5:5의 비율로 혼합한 산(본 명세서에서는, 알루미늄혼산이라고 한다)을 사용할 수 있다. 이때, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 에칭법 및 에칭제는, 실시자가 적절히 선택할 수 있다.
상기한 바와 같이 희생층(310)을 제거하면, 희생층(310)이 존재한 장소에 공극부(314)가 생긴다. 따라서, 공극을 가지는 미소 구조체를 얻을 수 있다.
이때, 상기 서술한 미소 구조체는, 제1 구조층(206)과 제2 구조층(310) 사이에 공극부(314)을 가지고, 제1 구조층(206)에 제2 구조층의 일단부가 고정되어 있는 캔틸레버 구조(캔틸레버라고도 불린다)다. 그러나, 본 발명은 상기 구성에 한정되지 않고, 제1 구조층에 제2 구조층의 양단부가 고정된 포스트-앤드-빔 구조(빔이라고도 불린다)로 해도 된다. 그 외, 제2 구조층이 빗살형, 기어형 등의 형상을 가져도 된다.
본 발명은, 마주보는 면이 조면으로 되어 있는 제1 구조층 및 제2 구조층을 형성하는 것을 특징으로 한다. 또한 제1 구조층과 제2 구조층은, 조면 정도가 다르게 형성되어 있다. 따라서, 희생층을 웨트 에칭법으로 제거할 때에, 모세관현상에 의해 가동부가 되는 구조층이 휘는 것을 방지할 수 있다.
또한 제2 구조층으로서 CVD법에 의해 형성된 막을 사용하는 경우, 희생층에 요철을 형성하는 공정을 생략할 수 있어, 제조 시간의 단축을 꾀할 수 있다.
또한, 부분적으로 또는 전체적으로 배치될 수 있는 가동부로서 기능하는 제2 구조층에 돌출부를 설치하므로, 내부 응력을 분산시킬 수 있다. 결과적으로, 미소 구조체의 가동부는 더욱 용이하게 움직일 수 있고 가동부의 내구성을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 실시예는, 상기 실시예 1과 조합할 수 있다.
(실시예 4)
본 실시예에서는, 개구부를 설치한 구조체의 제조 방법의 일례에 대해서, 도 5a 내지 5d, 도 6a 내지 6c를 참조하여 설명한다. 여기에서, 제2 구조층에 개구부를 설치하는 것 이외의 구성 및 제조 방법은, 상기 실시예 2 또는 실시예 3에 준하는 것으로 한다.
우선, 절연 기판 위에 제1 구조층(502)을 형성한다. 이어서, 제1 구조층(502) 위에 희생층(504)을 형성한다(도 5a). 이때, 도 5a 내지 5d에서 기판은 생략한다.
제1 구조층(502) 및 희생층(504)은, 상기 실시예 2 또는 실시예 3과 마찬가지로 제조하면 된다. 구체적으로는, 제1 구조층(502)으로서 표면에 복수의 볼록부 를 가지는 결정질 반도체막을 형성한다. 또한 희생층(504)은 텅스텐, 몰리브덴, 또는 알루미늄을 사용해서 형성하고, 그 표면에는 복수의 볼록부를 형성한다. 즉, 제1 구조층과 희생층은, 각각 조면으로 되어 있다. 또한 제1 구조층과 희생층의 조면 정도는 서로 다르다.
이어서, 희생층(504) 위에 제2 구조층(506)을 형성한다(도 5b). 제2 구조층(506)도, 상기 실시예 2 또는 실시예 3과 마찬가지로 형성하면 된다.
이어서, 본 실시예에서는, 제2 구조층(506)에 개구부(508)를 형성한다. 이때, 제2 구조층(506)에 설치하는 개구부(508)의 형상, 크기, 및 개수는, 특별히 한정되지 않는다. 또한 개구부를 복수 개 형성하는 경우, 각각의 개구부형상, 크기 등은 달라도 상관없다. 도 5c 및 5d에는, 희생층(504), 및 개구부(508)가 형성된 제2 구조층(506)의 평면도, 및 선분 OP에 있어서의 단면도를 나타낸다. 또한, 도 5c 및 5d에서 제1 구조층(502)은 생략한다.
이어서, 희생층(504)을 제거한다(도 6a). 도 6b 및 6c에는, 희생층(504) 제거 후의 제2 구조층(506)의 평면도, 및 선분 OP에 있어서의 단면도를 나타낸다. 희생층 에칭의 방법은, 상기 실시예 2, 또는 실시예 3에 준한다. 희생층 에칭에 의해, 공극부(510)가 형성된다. 따라서, 공극을 가지는 미소 구조체를 얻을 수 있다.
본 실시예와 같이, 제2 구조층에 개구부를 설치함으로써, 희생층 에칭의 시간을 단축할 수 있다. 또한 마주보는 면이 조면으로 되어 있는 제1 구조층 및 제2 구조층을 형성하므로, 구조층의 휨을 방지할 수 있다.
한편, 본 실시예는 상기 실시예와 자유롭게 조합할 수 있다.
(실시예 5)
본 실시예에서는, 희생층의 웨트 에칭 방법의 예에 대해서, 도 7a 내지 7d를 참조하여 설명한다.
본 발명에서는, 희생층에 텅스텐을 사용한 경우, 에칭제에 암모니아과수를 사용할 수 있다. 이렇게, 희생층 에칭에 암모니아과수 등의 웨트 에칭을 적용하는 경우, 기판이나 에칭용 용기를 진동시키거나, 에칭제를 유동시킴으로써 희생층의 에칭 시간을 단축할 수 있다. 이하, 도 7a 내지 7d를 참조하여, 웨트 에칭의 방법의 예를 설명한다.
도 7a 내지 7d에 나타낸 바와 같이, 웨트 에칭 장치(420)에 포함되는 용기(421)에는, 액체형 에칭제(423), 예를 들면, 암모니아과수 등이 채워져 있다. 용기(421)의 내부에는, 기판(422)이 배치되어 있다. 즉, 기판은 에칭제(423)에 잠긴 상태다.
에칭제(423)에 잠기기 전의 기판(422)에는, 적어도 희생층과, 희생층 위에 구조층(제2 구조층)이 형성되어 있다. 기판(422)은, 용기(421) 내에서는, 기판 지지체(424)에 의해 지지되어 있다.
도 7a에서는 에칭제(423)를 유동시키기 위해서, 용기(421)를 진동시킨다. 한편, 도 7b에서는 에칭제를 유동시키기 위해서, 용기(421)가 아닌 기판 지지체(424)를 진동시킨다.
도 7c에서는 에칭제(423)를 유동시키기 위해서, 에칭제(423)를 교반시킨다. 또한, 도 7d에서는 용기(421)에 에칭제(423)의 도입구(425) 및 배출구(426)를 설치 하고, 에칭제(423)를 도입 및 배출시킴으로써 에칭제(423)를 유동시킨다.
이렇게, 에칭제를 유동시킴으로써, 희생층의 에칭 시간을 단축할 수 있게 된다. 또한 에칭제와 효율적으로 반응시킬 수 있고, 희생층이 잔류하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 본 실시예는, 상기 실시예와 자유롭게 조합할 수 있다.
(실시예 6)
본 실시예에서는, 본 발명의 반도체장치를 제조하는 방법의 일례에 관하여 설명한다. 본 발명의 반도체장치는, 절연 표면 위에 미소 구조체 및 반도체소자를 가지는 것을 특징으로 한다. 여기에서는, 동일 기판 위에 미소 구조체 및 반도체소자를 제조하는 방법에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다. 도면에 있어서, 상측에는 평면도를 나타내고, 하측에는 평면도의 O-P, O-P', 또는 Q-R에 있어서의 단면도를 나타낸다. 또한 반도체소자가 형성되는 영역을 소자영역(800a)이라고 하고 미소 구조체가 형성되는 영역을 구조체 영역(800b)이라고 한다. 여기에서 기판, 하지 절연막 등의 구조는 각각의 평면도에서 부분적으로 생략한다.
우선, 절연성 표면을 가지는 기판(801)을 준비한다. 여기에서 절연성 표면을 가지는 기판(801)은, 유리 기판, 석영기판, 플라스틱 기판 등이다. 또한, 금속원소 등의 도전성 기판이나, 실리콘 등의 반도체성 기판 위에 절연성을 가지는 재료를 사용해서 층을 형성한 기판을 사용할 수도 있다. 미소 구조체 및 반도체소자를, 플라스틱 기판에 형성한 경우에는, 유연성 높고, 경량이며 박형인 반도체장치를 제조할 수 있다. 또한 반도체장치를 유리 기판 위에 제조한 후, 기판을 이면으로부터 연마하는 등의 방법에 의해 얇게 함으로써, 경량이며 박형인 반도체장치를 형성할 수도 있다. 본 실시예에서는, 유리 기판을 사용하는 것으로 한다.
이어서, 기판(801) 위에 하지 절연막(802)을 형성한다(도 8a1, 8a2). 하지 절연막(802)은 산화규소, 질화규소, 또는 산화질화규소 등의 절연성을 가지는 재료를 사용하여, 단층 또는 적층구조로 형성할 수 있다. 또한 하지 절연막(802)은, 플라스마CVD법, 감압CVD법, 스퍼터링법, PVD법 등을 이용해서 형성하면 된다. 본 실시예에서는, 하지 절연막(802)로서 2층 구조를 채용하는 경우를 설명한다.
하지 절연막(802)의 첫 번째 층으로서, 막 두께 10nm 이상 200nm 이하(바람직하게는 50nm 이상 100nm 이하)의 산화질화규소막을 형성한다. 그 산화질화규소막은, 플라스마CVD법을 이용하고, SiH4, NH3, N2O 및 H2을 반응 가스로 해서 형성할 수 있다. 이어서, 하지 절연막(802)의 두 번째 층으로서, 막 두께 50nm 이상 200nm 이하(바람직하게는 100nm 이상 150nm 이하)의 산화질화규소막을 형성한다. 그 산화질화규소막은, 플라스마CVD법을 이용하고, SiH4 및 N2O를 반응 가스로 해서 형성할 수 있다.
이어서, 반도체소자를 구성하는 반도체층(804), 및 미소 구조체를 구성하는 제1 구조층(806)이 되는 반도체막을 형성한다(도 8a1, 8a2). 그 반도체막(반도체층(804) 및 제1 구조층(806)을 아울러 반도체막이라고 한다)은, 아모포스 규소막을 형성하고, 그 아모포스 규소막을 결정화해서 얻을 수 있다. 이하, 구체적으로 설명한다.
우선, 하지 절연막(802) 위에, 스퍼터링법, LPCVD법, 또는 플라스마CVD법 등을 이용하여, 아모포스 규소막을 막 두께 40nm ~ 60nm의 범위로 형성한다.
이어서, 아모포스 규소막에 레이저빔을 조사해서 결정화한다. 또한 레이저빔의 조사와, 가열로 또는 RTA(Rapid Thermal Annealing)에 의해 가열하는 가열처리 등을 조합해서 결정화할 수도 있다.
레이저조사는, CW레이저빔이나 펄스레이저빔을 사용할 수 있다. 레이저빔으로는, Ar레이저, Kr레이저, 엑시머레이저, YAG레이저, Y2O3레이저, YVO4레이저, YLF레이저, YAlO3레이저, 유리레이저, 루비레이저, 알렉산드라이트 레이저, Ti:사파이어 레이저, 구리증기 레이저 또는 금증기 레이저 중 일종 또는 복수 종으로부터 발진되는 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, Nd:YVO4레이저(기본파: 1064nm)의 제2 고조파(532nm)나 제3 고조파(355nm)를 사용할 수 있다. 이때, 레이저의 에너지밀도는 0.01 ~ 100MW/cm2 정도(바람직하게는 0.1 ~ 10MW/cm2)가 필요하다. 그리고, 주사 속도를 10 ~ 2000cm/sec 정도로 해서 조사한다.
이때, 연속발진의 기본파의 레이저빔과 연속발진의 고조파의 레이저빔을 조사해도 된다. 또는, 연속발진의 기본파의 레이저빔과 펄스 발진의 고조파의 레이저빔을 조사해도 된다. 복수의 레이저빔을 조사함으로써, 광범위한 에너지영역을 보충할 수 있다. 또한 펄스 발진형 레이저빔이며, 아모포스 규소막이 레이저빔에 의해 용융된 후 고화되기 전까지, 다음 펄스의 레이저빔을 조사할 수 있도록 하는 발진 주파수에서 레이저를 발진시키는 레이저빔을 사용할 수도 있다. 이러한 주파수 에서 레이저빔을 발진시킴으로써 주사 방향을 향해서 연속적으로 성장한 반도체막(결정질 규소막)을 얻을 수 있다. 이러한 레이저빔의 발진 주파수는 10MHz 이상이며, 보통 이용되고 있는 수십 Hz ~ 수백 Hz의 주파수대보다 현저하게 높다. 이러한 레이저빔을 조사해서 얻어지는 반도체막(결정질 규소막)의 표면에는, 리지라고 불리는 요철이 형성됨으로써, 조면화된다. 즉, 제1 구조층(806)이 되는 반도체막을 레이저빔 조사로 조면화함으로써, 제1 구조층(806)의 표면은 조면화된다. 여기에서 형성되는 볼록부를 볼록부 A라고 하면, 예를 들면, 인접하는 볼록부 A의 정점과 정점 사이의 거리가 0.2μm 이상 1μm 이하인 것이 형성된다.
상기 레이저 결정화의 공정에 있어서, 아모포스 규소막의 결정화를 촉진시키는 금속원소를 사용할 수도 있다. 예를 들면, 아모포스 규소막에 니켈(Ni)을 첨가하여, 결정화 공정을 행할 수 있다. 이렇게, 금속원소를 사용해서 열결정화를 행함으로써 결정화를 행하기 위한 가열온도를 저감할 수 있다. 또한, 연속적인 결정립계를 가지는 반도체막을 얻을 수 있다. 여기에서, 결정화를 촉진하기 위한 금속원소로는 니켈 이외에, 철(Fe), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 백금(Pt), 구리(Cu), 금(Au) 등을 사용할 수도 있다. 이들 원소를, 스핀코팅법이나 딥 코트법 등의 도포법에 의해, 아모포스 규소막에 첨가할 수 있다. 그 외, 플라스마CVD법, 스퍼터링법, 및 증착법 등을 이용할 수도 있다.
결정화를 촉진시키는 금속원소는 반도체장치의 오염원이 되므로, 아모포스 규소막을 결정화한 후에, 금속원소를 제거하는 게터링 공정을 행하는 것이 바람직하다. 게터링 공정에서는, 아모포스 규소막을 결정화한 후, 규소막 위에 게터링 씽 크가 되는 층을 형성한다. 이어서, 가열처리를 행하고, 금속원소를 게터링 씽크에 이동시킨다. 게터링 씽크에는, 다결정 반도체층이나 불순물이 첨가된 반도체층을 사용할 수 있다. 예를 들면, 규소막 위에 아르곤 등의 불활성원소가 첨가된 다결정 반도체층을 형성하고, 이것을 게터링 씽크로서 사용할 수 있다. 불활성원소를 첨가함으로써, 다결정 반도체층에 변형을 발생시켜, 보다 효율적으로 금속원소를 포획할 수 있다. 또한 인 등의 원소를 첨가한 반도체층을 형성함으로써, 금속원소를 포획할 수도 있다.
이때 성막 방법에 따라서는 아모포스 규소막이 수소를 함유할 수도 있다. 이러한 경우, 레이저빔 조사에 의해 수소를 분출시키기 위해서는, 규소막의 수소가 방출되도록 열처리를 실시하는 것이 바람직하다.
본 실시예에서는, 플라스마CVD법을 이용하여, 아모포스 규소막을 약 50nm 성막한다. 그리고, 스핀 코트법을 이용하여, 중량 환산으로 1 ~ 100ppm(바람직하게는 10ppm)의 니켈을 포함한 아세트산 니켈 용액을, 아모포스 규소막의 전체 면에 도포한다.
이어서, RTA법을 이용하여, 750도, 3min의 조건으로 가열처리를 행한다. 또한, 엑시머레이저(λ=308nm)로, 스캔 속도 2.5mm/sec, 60Hz, 에너지밀도 310mJ/cm2가 되도록 조사하여, 결정질 규소막을 얻을 수 있다.
이어서, 결정질 규소막 내의 니켈을 게터링한다. 우선, 결정질 규소막 위에, 아르곤을 포함한 게터링용 아모포스 반도체막을 20nm ~ 250nm의 범위로 형성한다. 여기에서는, 플라스마CVD법을 이용해서 아모포스 반도체막을 형성한다. 본 실시예에서는 게터링용 아모포스 반도체막에 아르곤을 첨가하지만, 다른 희가스 원소, 예를 들면, 헬륨(He), 네온(Ne), 크립톤(Kr), 크세논(Xe) 등의 원소를 사용할 수도 있다.
이어서, RTA를 이용한 열결정화법에 의해, 750도, 3min의 조건으로 가열처리를 행한다. 이 공정으로, 결정질 규소막 내의 니켈이 게터링용 아모포스 반도체막으로 이동한다. 이때, 게터링 시의 가열처리는, 그 외, 가열로, 레이저조사, 퍼니스 어닐법 등을 이용할 수 있다.
또한 게터링용 아모포스 반도체막을 형성하기 전에 가열처리를 행해도 된다. 게터링용 아모포스 반도체막을 형성하기 전에 가열처리를 행함으로써 결정질 규소막의 변형을 저감시킬 수 있다. 그 결과, 게터링 시에 니켈(촉매원소)이 게터링되기 쉬워진다.
이어서, 게터링용 아모포스 반도체막을 선택적으로 에칭해서 제거한다. 에칭은, ClF3에 의한 플라즈마를 사용하지 않는 드라이 에칭, 또는 불산, 히드라진, 또는 테트라메틸암모늄하이드록사이드((CH3)4NOH)를 포함한 수용액 등, 알칼리 용액에 의한 웨트 에칭법 등으로 행하면 된다. 이상의 공정을 통해, 본 실시예의 반도체막(결정질 규소막)을 얻을 수 있다.
이어서, 제 구조층(806)을 형성하는 반도체막 위에, 미소 구조체를 구성하기 위한 제1 희생층(808)을 형성한다(도 8a1, 8a2). 제1 희생층(808)은, 미소 구조체 가 가지는 공극을 형성하기 위해서 설치한다. 즉 희생층을 에칭 등에 의해 제거함으로써 미소 구조체에 공극이 형성된다. 공극은, 가동부를 가지는 구조층의 아래쪽 또는 위쪽에 제조되는 것이며, 가동부를 가지는 구조층에 접하는 공극부라고 할 수도 있다.
제1 희생층(808)은, 텅스텐이나 몰리브덴, 티탄 등의 원소나 화합물을 재료로 하고 스퍼터링법이나 CVD법 등을 이용해서 형성할 수 있다. 그리고, 그 재료를 사용해서 형성한 막에 레이저조사를 행하여, 표면에 복수의 요철을 형성한다. 여기에서 형성되는 볼록부를 볼록부 B라고 하면, 예를 들면, 인접하는 볼록부 B의 정점과 정점 사이의 거리가 0.02μm 이상 0.1μm 이하인 것을 형성할 수 있다.
본 실시예에서는, 제1 희생층(808)으로서 텅스텐막을 약 400nm 성막하고, YAG레이저(λ=1064nm)를 출력 150W, 스캔 속도 100mm/sec의 조건으로 조사한다.
또한 제1 희생층(808)으로서, 알루미늄을 사용할 수도 있다. 이 경우에는, 알루미늄을 사용한 막에 가열처리를 행하여, 표면에 요철을 형성한다. 또한 가열처리 대신에 선택적으로 전류를 흘려보내서, 요철을 형성할 수도 있다.
이어서, 포토리소그래픽법 및 에칭법을 이용하여, 제1 희생층(808)을 임의의 형상으로 가공한다. 또한, 제1 희생층(808)에 대한 레이저조사는, 제1 희생층(808)을 임의의 형상으로 가공한 후에 행할 수도 있다.
제1 희생층(808)의 막 두께는, 제1 희생층(808)의 재료나, 미소 구조체의 구조 및 동작 방법, 희생층 에칭의 방법이나 에칭제 등, 여러 가지 요인을 고려해서 결정할 수 있다. 예를 들면, 희생층이 지나치게 얇은 경우에는, 에칭제가 확산되지 않아, 희생층이 완전히 에칭되지 않을 우려가 있다. 또한 희생층이 지나치게 두꺼운 경우에는, 희생층을 제거한 후에 형성되는 공극이 커진다. 따라서 미소 구조체를 정전기력으로 동작시킬 때에, 공극이 지나치게 커서 미소 구조체를 정전기력으로 구동시킬 수 없게 된다. 이들 요소를 고려하여, 예를 들면, 제1 희생층(808) 하부에 형성된 제1 구조층(806)과, 후에 제1 희생층(808) 위에 형성되는 제2 구조층 사이의 정전기력에 의해 구동을 행하는 미소 구조체를 형성하는 경우에는, 제1 희생층(808)은 0.5μm 이상 3μm 이하의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 제1 희생층(808)은 1μm 이상 2μm 이하의 두께를 가지도록 한다.
또한 제1 희생층(808)으로서, 내부 응력이 크거나, 밀착성이 나빠 반도체막(제1 구조층(806))으로부터 박리되기 쉬운 재료를 사용하면, 한번에 두꺼운 층을 형성할 수 없다. 이러한 재료를 사용해서 제1 희생층(808)을 형성하는 경우에는, 성막과, 포토리소그래픽법 및 에칭법을 이용한 패터닝을 반복하여, 제1 희생층(808)을 두껍게 할 수도 있다.
이어서, 반도체막을 임의의 형상으로 가공하여, 반도체층(804) 및 제1 구조층(806)을 형성한다(도 8a1, 8a2). 또한, 본 실시예에서는, 제1 희생층(808)을 형성한 후에, 반도체막을 패터닝해서 반도체층(804) 및 제1 구조층(806)을 형성했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 반도체막으로부터 반도체층(804) 및 제1 구조층(806)을 형성한 후에, 제1 희생층(808)을 형성할 수도 있다.
다음으로, 반도체층(804), 제1 구조층(806) 및 제1 희생층(808) 위에, 제1 절연층(809)을 형성한다. 이때, 소자영역(800a)에 형성되는 제1 절연층(809)은 게 이트 절연층(810)이라고 하고 구조체 영역(800b)에 형성되는 제1 절연층(809)은 제2 구조층A(812)이라고 한다(도 8b1, 8b2). 이때, 제2 구조층A(812)가 하부의 제1 희생층(808)과 접하는 표면은 제1 희생층의 조면을 따르는 표면이 된다. 즉, 제1 희생층(808)에 형성된 요철을 따라 제2 구조층A(812)의 표면이 형성되므로, 표면이 경면화된다.
상기 제1 절연층(809)(게이트 절연층(810) 및 제2 구조층A(812)를 아울러 제1 절연층(809)이라고 한다)은, 하지 절연막(802)과 같이 산화규소, 질화규소, 또는 산화질화규소 등의 절연성을 가지는 재료를 사용하고, 플라스마CVD법 또는 스퍼터링법 등으로 형성할 수 있다. 본 실시예에서는, 플라스마CVD법에 의해 약 50nm의 두께로 산화질화규소막(조성비 Si=32%, O=59%, N=7%, H=2%)을 형성한다. 물론, 제1 절연층(809)은 산화질화규소막에 한정되지 않고, 다른 절연성을 갖는 층을 단층 또는 적층구조로 해서 형성해도 된다.
또 다른 제1 절연층(809)의 재료로서, 고유전율을 가지는 금속원소 산화물, 예를 들면, 하프늄(Hf) 산화물을 사용할 수도 있다. 이러한 고유전율 재료를 사용해서 제1 절연층(809)을 형성함으로써 반도체소자를 저전압으로 구동할 수 있고, 저소비 전력의 반도체장치를 제공할 수 있다.
또한 제1 절연층(809)은 고밀도 플라스마처리에 의해 형성할 수도 있다. 고밀도 플라스마처리는, 플라스마밀도가 1×1011cm3 이상, 바람직하게는 1×1011cm3 내지 9×1015cm3 이하이며, 마이크로파(예를 들면, 주파수 2.45GHz) 등의 고주파를 사 용한 플라스마처리다. 이러한 조건으로 플라즈마를 발생시키면, 저전자온도가 0.2eV 내지 2eV가 된다. 이렇게 저전자온도가 특징인 고밀도 플라즈마는, 활성종의 운동에너지가 낮으므로, 플라즈마 데미지가 적고, 결함이 적은 막을 형성할 수 있다.
이러한 플라스마처리를 가능케 하는 성막실에, 반도체층(804), 제1 구조층(806), 및 제1 희생층(808)이 형성된 기판(피형성체에 해당한다)을 배치한다. 그리고, 플라즈마 발생용 전극, 소위 안테나와 피형성체의 거리를 20mm 내지 80mm, 바람직하게는 20mm 내지 60mm으로 해서 성막 처리를 행한다. 이러한 고밀도 플라스마처리로 인해, 저온 프로세스(기판온도 400도 이하)의 실현이 가능해 진다. 따라서 내열성이 낮은 유리나 플라스틱을 기판(801)으로서 이용할 수 있다.
이러한 제1 절연층(809)의 성막 분위기는 질소분위기, 또는 산소분위기로 할 수 있다. 질소분위기는, 대표적으로는, 질소와 희가스의 혼합 분위기, 또는 질소와 수소와 희가스의 혼합 분위기다. 희가스로는, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논 중 적어도 1개를 사용할 수 있다. 또 산소분위기는, 대표적으로는, 산소와 희가스의 혼합 분위기, 산소와 수소와 희가스의 혼합 분위기, 또는 일산화이질소와 희가스의 혼합 분위기다. 희가스로는, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논 중 적어도 1개를 사용할 수 있다.
이러한 공정을 통해, 다른 피막에 주는 데미지를 줄이고, 치밀한 제1 절연층(809)을 형성할 수 있다. 또한, 고밀도 플라스마처리에 의해 형성된 절연층은, 그 절연층과 접촉하는 층의 계면 상태를 개선할 수 있다. 즉, 고밀도 플라스마처리 를 사용함으로써 게이트 절연층(810)이 되는 제1 절연층(809)과, 반도체층(804)의 계면 상태를 개선할 수 있다. 그 결과, 반도체소자의 전기 특성을 향상시킬 수 있다. 또한 제2 구조층A(812)가 되는 제1 절연층(809)과, 제1 구조층(806)의 계면 상태도 개선할 수 있으므로, 강도 높은 제2 구조층A(812)를 가지는 미소 구조체를 제조할 수 있다.
여기에서는, 제1 절연층(809)의 형성에 고밀도 플라스마처리를 사용하는 경우를 설명했지만, 예를 들면, 반도체층(804) 및 제1 구조층(806)에 고밀도 플라스마처리를 실행해도 된다. 고밀도 플라스마처리에 의해, 반도체층(804) 및 제1 구조층(806) 표면의 질을 개선할 수 있다. 그 결과, 반도체소자의 전기 특성, 및 미소 구조체의 내구성을 향상시킬 수 있다. 또한 고밀도 플라스마처리는, 제1 절연층(809)의 형성뿐만 아니라, 하지 절연막(802)이나 다른 절연층을 형성하는 경우에도 사용할 수 있다.
이어서, 제1 절연층(809) 위에 반도체소자를 구성하는 게이트 전극층(814)을 형성한다. 게이트 전극층(814)은, 제1 도전층(813) 및 제2 도전층(815)의 적층구조로 한다. 또한 동시에, 미소 구조체를 구성하는 제2 구조층B(816), 및 미소 구조체를 형성하기 위한 제2 희생층(817)도 형성한다. 제2 구조층B(816)는 제1 도전층(813)으로 이루어지고, 제2 희생층(817)은 제2 도전층(815)으로 이루어진다(도 8b1, 8b2). 게이트 전극층(814) 등을 구성하는 제1 도전층(813) 및 제2 도전층(815)은, 텅스텐, 탄탈(Ta) 등, 도전성을 가지는 금속원소나 금속원소 화합물을 재료로 해서 스퍼터링법이나 CVD법 등을 이용해서 형성할 수 있다. 본 실시예에서 는, 제1 도전층(813)으로서 탄탈(Ta), 제2 도전층(815)으로서 텅스텐(W)을 사용한다. 또한, 게이트 전극층(814)은, 단층 구조로 할 수도 있다. 이 경우에는, 제2 구조층B(816)를 형성하지 않고, 제2 희생층(817)만 형성한다.
또한 이때, 제2 구조층B(816)는, 이전에 형성된 제1 절연층(809)으로 이루어진 제2 구조층A(812)와 함께, 본 발명의 미소 구조체의 제2 구조층이라고 한다. 그러나, 게이트 전극층(814)을 적층구조로 하지 않을 경우에는, 형성하지 않더라도 된다. 이 경우, 제2 구조층은, 제1 절연층(809)(제2 구조층A(812))만으로 형성된다.
또한 제2 희생층(817)을 제1 희생층(808)과 동시에 에칭하는 경우, 제2 희생층(817)은 제1 희생층(808)과 동일한 재료를 사용해서 성막하는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명은 이들 재료에 한정되지 않고, 제1 희생층(808) 및 제2 희생층(817)은 동일한 재료를 사용해서 제조해도 되고, 다른 재료를 사용해서 제조해도 된다.
게이트 전극층(814), 제2 구조층B(816) 및 제2 희생층(817)은, 포토리소그래픽법 및 에칭법을 이용하여, 제1 도전층(813) 및 제2 도전층(815)을 임의의 형상으로 가공함으로써 얻을 수 있다. 또한, 에칭에 드라이 에칭법을 이용하는 경우에는, 예를 들면, ICP(Inductivery Coupled Plasma: 유도 결합형 플라즈마)에칭법을 이용할 수 있다. 에칭용 가스로는, Cl2, BCl3, SiCl4 또는 CCl4 등을 대표로 하는 염소계 가스, CF4, SF6 또는 NF3 등을 대표로 하는 불소계 가스 또는 O2을 적절히 사용할 수 있다. 또한 제1 도전층, 또는 제2 도전층을 복수의 도전성 재료를 사용해서 형성한 경우, 에칭 조건(코일형 전극에 인가되는 전력량, 기판(801) 측의 전극에 인가되는 전력량, 기판(801) 측의 전극온도 등)을 적절히 조절함으로써 제1 도전층 또는 제2 도전층을 에칭할 수 있다.
이어서, 반도체소자를 구성하는 반도체층(804)에 N형 불순물원소를 첨가하여, 제1 N형 불순물영역(818)을 형성한다. 여기에서는, 게이트 전극층(814)을 마스크로 사용해서, 선택적으로 불순물원소를 첨가한다. 또한 후에 P형 반도체소자가 되는 영역 위에는, 레지스트 마스크(870)를 형성해 둔다. 이렇게, N형 불순물영역과 P형 불순물영역은, 포토리소그래픽법에 의해 레지스트 마스크를 형성하고, 불순물원소를 첨가함으로써 선택적으로 형성할 수 있다. 예를 들면 N형 불순물영역을 형성하는 경우에는, P형 불순물영역을 형성하는 영역을 레지스트 마스크 등으로 덮으면 된다. 마찬가지로, P형 불순물영역을 형성하는 경우에는, N형 불순물영역을 형성하는 영역을 레지스트 마스크 등으로 덮으면 된다. 불순물원소를 첨가하는 방법은, 이온 도프법 또는 이온주입법으로 행할 수 있다. N형을 부여하는 불순물원소로는, 전형적으로는 인(P) 또는 비소(As)를 사용할 수 있다. P형을 부여하는 불순물원소로는, 붕소(B)를 사용할 수 있다.
다음으로, 플라스마CVD법 등이 의해 질화규소 등의 질소화합물이나 산화규소 등의 산화물로 이루어진 절연층을 형성한다. 그리고, 그 절연층을 수직방향으로 이방성 에칭함으로써 게이트 전극층(814)의 측면에 접하는 절연층(이하, 사이드월이라고 한다)(822)을 형성한다. 여기에서, 이 공정으로 동시에 제2 구조층B(816) 및 제2 희생층(817)의 측면에 접하는 사이드월(824)도 형성된다(도 9a1, a2).
이어서, 게이트 전극층(814) 및 사이드월(822)을 마스크로 사용해서, 반도체층(804)에 N형 불순물원소를 첨가하고, 제2 N형 불순물영역(826)과, 제3 N형 불순물영역(828)을 형성한다. 여기에서, 게이트 전극층(814) 아래의 반도체층(804)은, 채널 형성 영역(820)이 된다.
이어서, N형 반도체소자가 되는 영역 위에 레지스트 마스크를 형성하고, 반도체층(804)에 P형 불순물원소를 첨가함으로써, 제1 P형 불순물영역(819)을 형성한다. 또한, 게이트 전극층(814) 및 사이드월(822) 아래의 반도체층(804)은, 채널 형성 영역(821)이 된다. N형 불순물영역과 P형 불순물영역은, 포토리소그래픽법에 의해 레지스트 마스크를 형성하고, 불순물원소를 첨가함으로써 선택적으로 형성할 수 있다.
이때, 제2 N형 불순물영역(826)은 저농도 불순물영역(LDD: Lightly Doped Drain)에 해당하고, 사이드월(822) 아래쪽에 위치한다.
또한 이때, 제3 N형 불순물영역(828)은, 제2 N형 불순물영역(826)보다 높은 농도의 불순물원소를 가지는 고농도 불순물영역이며, 소스 영역 또는 드레인 영역에 해당한다. 제3 N형 불순물영역(828)은, 게이트 절연층(810)을 사이에 두고, 게이트 전극층(814) 및 사이드월(822)과 겹치지 않는 영역이다.
이렇게, 사이드월(822)을 이용하여, 반도체층(804)의 불순물 농도에 차이를 둠으로써, 반도체소자의 게이트 길이를 줄임에 따라 발생하는 단채널 효과를 방지할 수 있다.
또한 게이트 전극층(814)에 있어서, 다른 도전성 재료를 적층시켜, 테이퍼형으로 제조하는 경우, 사이드월(822)을 형성할 필요는 없다. 이 경우에는, 한번의 불순물원소의 첨가로 저농도 불순물영역(LDD영역) 및 고농도 불순물영역(소스 영역 또는 드레인 영역)을 형성할 수 있다.
이어서, 불순물원소를 활성화하기 위해서 가열처리, 적외광의 조사, 또는 레이저빔의 조사를 행한다. 또한 활성화와 동시에 제1 절연층(809)으로의 플라즈마 데미지나 제1 절연층(809)과 반도체층(804)의 계면으로의 플라즈마 데미지를 회복할 수 있다, 특히, 실온 내지 300도의 분위기에서, 표면 또는 이면으로부터 엑시머레이저를 사용해서 불순물원소를 활성화시키면, 효과적인 활성화를 행할 수 있다. 또한 YAG레이저의 제2 고조파를 조사해서 활성화시켜도 된다. YAG레이저는 메인티넌스를 적게 요구하므로 바람직한 활성화 수단이다.
또한 제1 절연층(809) 위에 산화질화규소, 산화규소 등의 절연층으로 이루어진 패시베이션막을 형성한 후, 가열처리, 적외광의 조사, 또는 레이저빔의 조사를 행하여, 수소화를 행할 수도 있다. 예를 들면, 플라스마CVD법을 이용하고, 산화질화규소막을 100nm의 두께로 형성한 후, 클린 오븐을 사용하여, 300 ~ 550도로 1 ~ 12시간 가열하고, 반도체층의 수소화를 행할 수 있다. 예를 들면, 클린 오븐을 사용하여, 질소분위기에서 410도, 1시간 가열한다. 이 공정은, 패시베이션막에 포함되는 수소에 의해, 불순물원소첨가에 의해 생긴 반도체층(804)의 댕글링 본드를 종단할 수도 있다. 또한 동시에, 상기의 불순물영역의 활성화 처리를 행할 수도 있다.
상기 공정에 의해, N형 반도체소자(830)와, P형 반도체소자(832)가 형성된다(도 9a1, 9a2). 이때, 본 실시예에서는, N형 반도체소자 및 P형 반도체소자를 제조했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 목적에 따라 적절히 변경할 수 있다. 예를 들면, 모두 N형 반도체소자로 해도 되고, 모두 P형 반도체소자로 해도 된다.
한편, 본 실시예에서는, N형 반도체소자(830)에만 저농도 불순물영역을 설치했지만, P형 반도체소자(832)에도 저농도 불순물영역을 설치할 수 있다.
또한 본 실시예에서는, 미소 구조체를 구성하는 제1 구조층(806)에는, 레지스트 마스크 등을 사용함으로써, 불순물원소를 첨가하지 않는 것으로 한다. 물론, 제2 희생층(817)으로 덮여 있지 않은 영역의 제1 구조층(806)에 불순물영역이 형성되어 있어도 된다.
계속해서, 전체 면을 덮도록 제2 절연층(834)을 형성한다(도 9b1, 9b2). 제2 절연층(834)은, 절연성을 가지는 무기재료나, 유기재료 등으로 형성할 수 있다. 무기재료로는, 산화규소, 질화규소 등을 사용할 수 있다. 유기재료로는 폴리이미드, 아크릴, 폴리아미드, 폴리이미드 아미드, 레지스트 또는 벤조시클로부텐, 실록산, 폴리 실라잔을 사용할 수 있다. 또한, 실록산 수지는, Si-O-Si결합을 포함한 수지에 해당한다. 실록산은, 실리콘(Si)과 산소(O)의 결합으로 골격구조가 구성된다. 치환기로서, 적어도 수소를 포함한 유기기(예를 들면, 알킬기, 방향족 탄화수소)를 사용할 수 있다. 치환기로서, 플루오르기를 사용해도 된다. 또는 치환기로서, 적어도 수소를 포함한 유기기와, 플루오르기를 사용해도 된다. 폴리 실라잔은, 실리콘(Si)과 질소(N)의 결합을 가지는 폴리머 재료를 출발 원료로서 형성된다.
이어서, 제2 절연층(834) 및 제1 절연층(809)(게이트 절연층(810))을 순차 에칭하여, 제1 콘택홀(836)을 형성한다(도 9b1, 9b2 평면도 참조). 에칭은, 드라이 에칭법 또는 웨트 에칭법을 적용할 수 있다. 본 실시예에서는, 드라이 에칭에 의해 제1 콘택홀(836)을 형성한다.
다음으로, 제2 절연층(834) 위, 및 제1 콘택홀(836)에 제2 도전층을 형성한다. 그리고, 포토리소그래픽법 및 에칭법을 이용하여, 임의의 형상으로 가공함으로써 소스 전극, 드레인 전극, 및 전기회로를 구성하는 배선(838)을 형성한다. 또한 동시에 미소 구조체의 상부 전극(839)을 형성한다(도 9b1, 9b2 단면도 참조). 배선(838), 및 상부 전극(839)이 되는 제2 도전층에는, 알루미늄(Al), 티탄(Ti), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 혹은 실리콘(Si) 등의 원소로 이루어진 막 또는 이러한 원소를 사용한 합금막을 사용할 수 있다.
이어서, 제2 절연층(834) 및 제1 절연층(809)(제2 구조층A(812))을 순차 에칭하고, 제2 콘택홀(840)을 형성함으로써 제1 희생층(808), 및 제2 희생층(817)을 노출한다(도 10a1, 10a2). 여기에서, 도 10a1 ~ 도 10b2에서는, 미소 구조체(800b)만을 나타낸다.
에칭은, 드라이 에칭법 또는 웨트 에칭법을 적용할 수 있다. 본 실시예에서는, 드라이 에칭에 의해 제2 콘택홀(840)을 형성한다. 제2 콘택홀(840)에는, 제1 희생층(808) 및 제2 희생층(817)을 에칭 제거하기 위해 입구를 형성한다. 따라서, 에칭제가 유입하도록, 직경을 결정한다. 예를 들면, 제2 콘택홀(840)의 직경을 2μm 이상으로 하는 것이 바람직하다.
또한 제2 콘택홀(840)은, 제1 희생층(808) 및 제2 희생층(817)을 에칭하기 쉽도록, 큰 지름을 가지는 콘택홀로 형성할 수도 있다. 즉, 도 10a1, 10a2에 도시하는 바와 같이 작은 구멍으로 형성할 필요는 없고, 제2 절연층(834)이 필요한 부분(예를 들면, 반도체소자 위의 절연층 등)을 남기고, 제2 희생층(817) 전체가 노출하도록 제2 콘택홀(840)을 형성해도 된다.
이어서, 제1 희생층(808) 및 제2 희생층(817)을 에칭에 의해 제거한다(도 10b1, 10b2, 10c). 제1 희생층(808) 및 제2 희생층(817)의 에칭은, 각 희생층의 재료에 적합한 웨트 에칭제를 사용하든지, 드라이 에칭에 의해, 제2 콘택홀(840)을 통해서 행할 수 있다. 상기 에칭 공정에서는 제1 구조층(806), 제2 구조층A(812) 및 제2 구조층B(816)의 재료, 제1 희생층(808), 제2 희생층(817)의 재료, 및 희생층을 제거하는 에칭제의 적절한 조합을 선택할 필요가 있다.
예를 들면, 희생층이 텅스텐(W)으로 형성된 경우, 28%의 암모니아와 31%의 과산화수소수를 1:2로 혼합한 용액에 20분 정도 담금으로써 에칭할 수 있다. 본 발명에서는, 제1 구조층 및 제2 구조층이 마주보는 면에 복수의 요철이 형성되어 있으므로, 웨트 에칭 후의 건조시의, 모세관현상에 의한 미소 구조체의 휨을 방지할 수 있다. 미소 구조체의 휨을 막기 위해서, 점성이 낮은 유기 용매(예를 들면, 시클로헥산)를 사용해서 린스를 행하거나, 저온 저압의 조건으로 건조시키든지, 이 양자의 조합에 의해 행하는 것이 바람직하다. 또한, 빙결 건조를 행하는 것도 효과적이다.
또한 모세관현상에 의한 미소 구조체의 휨을 방지하기 위해서, 미소 구조체 표면에 발수성을 갖게 하는 플라스마처리를 행할 수도 있다. 또한 희생층은, 대기압 등 고압의 조건에서, F2나 XeF2을 사용해서 드라이 에칭을 행할 수 있다. 여기에서, 제1 희생층(808) 및 제2 희생층(817)이 다른 재료로 형성되어 있고, 동일한 에칭제로 에칭할 수 없을 경우에는, 두 번에 나누어서 희생층을 에칭할 필요가 있다. 이 경우에는, 희생층들과 제거하지는 않지만 에칭제와 접하는 층(예를 들면, 제1 구조층(806)이나 제2 절연층(834) 등) 사이의 선택비를 충분히 고려할 필요가 있다.
이러한 공정을 이용해서 제1 희생층(808)을 제거하여 제1 공극부(842)를 형성하고, 제2 희생층(817)을 에칭 제거하여 제2 공극부(844)를 형성함으로써, 미소 구조체(850)를 제조할 수 있다(도 10b1, 10b2, 10c). 여기에서, 미소 구조체(850)는 제1 구조층(806)과 제2 구조층A(812) 및 제2 구조층B(816) 사이에 형성된 제1 공극부(842)를 가진다. 그리고, 제2 구조층B(816)와 그 위에 형성된 제2 절연층(834) 사이에 형성된 제2 공극부(844)를 가진다. 미소 구조체(850)의 제2 구조층A(812) 및 제2 구조층B(816)는, 제1 공극부(842) 및 제2 공극부(844)를 가동할 수 있다.
이상의 공정을 통해, 동일 기판 위에 반도체소자(852)와, 미소 구조체(850)를 가지는 반도체장치(860)를 얻을 수 있다.
상기 공정과 같이, 레이저에 의한 결정화, 또는 니켈과 레이저의 조합에 의해 결정화하는 경우, 열만으로 행하는 결정화에 비해 저온으로 행할 수 있다. 따라 서 프로세스에 사용할 수 있는 재료의 폭이 넓어진다. 예를 들면, 반도체층을 가열만으로 결정화시킬 경우, 1000도 정도의 온도로 1시간 정도의 가열을 행할 필요가 있으므로, 열에 취약한 유리 기판이나, 융점이 1000도 이하인 금속원소를 사용할 수 없다. 그러나, 상기 공정을 사용함으로써, 뒤틀림점이 593도인 유리 기판 등을 사용할 수 있게 된다.
또한 본 발명은, 동일 기판 위에 미소 구조체 및 반도체소자를 제조함으로써 조립이나 패키지를 필요로 하지 않고, 제조 비용이 높지 않은 반도체장치를 제공할 수 있다.
한편, 본 실시예는 상기 실시예와 자유롭게 조합해서 행할 수 있다.
(실시예 7)
본 실시예에서는, 본 발명의 반도체장치로부터 기판을 박리하고, 별도의 기판이나 물체에 부착하는 방법에 대해서, 도 13a, 13b, 도 14를 참조하여 설명한다.
도 13a에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 반도체장치(960)는, 상기 실시예 6에서 설명한 N형 반도체소자(830), P형 반도체소자(832), 미소 구조체(850)를 가진다. 또한 본 발명은, 박리층(902)과, 안테나로서 기능하는 도전층(932), 및 상기 도전층(932)을 제어하는 반도체소자(930)를 가진다. 그 밖의 구성은, 상기 실시예 6에 준한다.
반도체장치(960)를 기판(801)으로부터 박리하는 경우, 하지 절연막(802)을 제조할 때에, 박리층(902)을 형성한다. 박리층(902)은 적층된 하지 절연막(802)의 아래쪽, 또는 사이에 성막할 수 있다. 박리층(902)으로는, 스퍼터링법이나 플라스 마CVD법 등에 의해, 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 티탄(Ti), 탄탈(Ta), 니오브(Nb), 니켈(Ni), 코발트(Co), 지르코늄(Zr), 아연(Zn), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 납(Pb), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 규소(Si)로부터 선택된 원소 또는 상기 원소를 주성분으로 하는 합금재료 혹은 화합물재료로 이루어진 층을, 단층 또는 적층으로 형성한다. 규소를 포함한 층의 구조는, 아모포스, 미결정, 다결정 중 어느 것으로 해도 상관없다.
박리층(902)이 단층 구조인 경우, 예를 들면, 텅스텐층, 몰리브덴층 또는 텅스텐과 몰리브덴의 혼합물을 포함한 층을 형성한다. 또는, 텅스텐의 산화물 혹은 산화질화물을 포함한 층, 몰리브덴의 산화물 혹은 산화질화물을 포함한 층 또는 텅스텐과 몰리브덴의 혼합물의 산화물 혹은 산화질화물을 포함한 층을 형성한다. 또한, 텅스텐과 몰리브덴의 혼합물은, 예를 들면, 텅스텐과 몰리브덴의 합금에 해당한다. 또한 텅스텐의 산화물은, 산화텅스텐이라고 표기하는 경우가 있다.
박리층(902)이 적층구조인 경우, 첫 번째 층으로서 텅스텐층, 몰리브덴층 또는 텅스텐과 몰리브덴의 혼합물을 포함한 층을 형성하고, 두 번째 층으로서, 텅스텐, 몰리브덴 또는 텅스텐과 몰리브덴의 혼합물의 산화물, 질화물, 산화질화물 또는 질화산화물을 형성한다.
박리층(902)으로서, 텅스텐을 포함한 층과 텅스텐의 산화물을 포함한 층의 적층구조를 형성하는 경우, 텅스텐을 포함한 층을 형성하고, 그 상층에 산화규소를 포함한 층을 형성함으로써 텅스텐층과 산화규소층의 계면에, 텅스텐의 산화물을 포함한 층이 형성되는 것을 활용해도 된다. 이것은, 텅스텐의 질화물, 산화질화물 및 질화산화물을 포함한 층을 형성하는 경우에도, 텅스텐을 포함한 층을 형성한 후, 그 상층에 질화규소층, 산화질화규소층, 질화산화규소층을 형성하면 된다. 텅스텐의 산화물은, WOx로 나타내고, X는 2 ~ 3이며, X가 2인 경우(WO2), X가 2.5인 경우(W2O5), X가 2.75인 경우(W4O11), X가 3인 경우(WO3) 등이 있다. 텅스텐의 산화물을 형성하는 경우, 상기 X의 값에 특히 제약은 없고, 에칭 레이트 등을 기초로, 어느 산화물을 형성할지를 결정하면 된다. 에칭 레이트로서 가장 바람직한 것은, 산소분위기 하에서, 스퍼터링법에 의해 형성하는 텅스텐의 산화물을 포함한 층(WOx, 0 < X < 3)이다. 따라서, 제조 시간의 단축을 위해, 박리층으로서, 산소분위기 하에서 스퍼터링법에 의해 텅스텐의 산화물을 포함한 층을 형성하면 된다. 또한 박리층으로서 금속층과 금속산화물을 포함한 층의 적층구조로 설치하는 경우, 금속층을 형성한 후, 그 금속층에 플라스마처리를 행함으로써 금속층 위에 금속 산화막을 형성해도 된다. 플라스마처리를 행하는 경우, 산소분위기 하나 질소분위기 하 또는 N2O분위기 하 등에서 행함으로써, 금속막 위에 금속 산화막이나 금속산질화막 등을 형성할 수 있다.
도전층을 제어하는 반도체소자(930)는, N형 반도체소자(830), 또는 P형 반도체소자(832)와 마찬가지로 제조할 수 있다. 여기에서는, 반도체소자(930)는, P형 반도체소자(832)와 같은 것으로 한다. 도전층(932)은, 반도체소자(930)가 가지는 배선에 접하도록 형성한다. 도전층(932)은, 플라스마CVD법, 스퍼터링법, 인쇄법, 액적토출법을 이용하고, 도전성 재료에 의해 형성한다. 바람직하게는, 도전층(932) 은, 알루미늄(Al), 티탄(Ti), 은(Ag), 구리(Cu)로부터 선택된 원소, 또는 이것들의 원소를 주성분으로 하는 합금재료 혹은 화합물재료로, 단층 또는 적층으로 형성한다. 구체적으로는, 도전층(932)은, 스크린인쇄법에 의해, 은을 포함한 페이스트를 사용해서 형성하고, 그 후에 50도 ~ 350도의 가열처리를 행해서 형성할 수 있다. 또는, 스퍼터링법에 의해 알루미늄층을 형성하고, 그 알루미늄층을 포토리소그래픽법 및 에칭법을 이용해서 패터닝함으로써 형성할 수도 있다. 알루미늄층을 사용하는 경우에는, 웨트 에칭법을 이용하면 되고, 웨트 에칭 가공 후에는 200도 ~ 300도의 가열처리를 행하면 된다.
또한, 본 실시예에서는, 후의 박리공정 등에서 반도체장치(960)를 보호하기 위해서, 반도체소자 위에 제3 절연층(934)을 형성한다. 제3 절연층(934)은, DLC(다이아몬드 라이크 카본) 등의 탄소를 포함한 층, 질화규소를 포함한 층, 질화산화규소를 포함한 층, 유기재료로 형성하고, 바람직하게는 에폭시 수지로 형성한다.
이어서, 반도체장치(960)를 기판(801)으로부터 박리하는 방법에 관하여 설명한다(도 13a, 13b). 박리에는 여러 가지 방법이 있지만, 여기에서는 일례를 게시한다. 우선, 레이저빔(예를 들면, UV광)을 조사함으로써, 제3 절연층(934), 제2 절연층(834), 제1 절연층(809) 및 하지 절연막(802)에 개구부(904)을 형성한다. 그리고, 물리적인 힘을 사용하고, 반도체장치(960)로부터 기판(801)을 박리할 수 있다. 또한 반도체장치(960)로부터 기판(801)을 박리하기 전에, 개구부(904)에 에칭제를 도입하고, 박리층(902)을 제거해도 된다. 에칭제는, 불화할로겐 또는 할로겐간 화합물을 포함한 기체 또는 액체를 사용한다. 예를 들면, 불화할로겐을 포함한 기체 로서 삼불화염소(ClF3)를 사용한다. 또한, 박리층(902)은, 모두 제거하지 않고, 일부분을 잔존시켜도 된다. 이렇게 함으로써, 에칭제의 소비량을 억제하여 박리층(902)의 제거에 요하는 처리 시간을 단축할 수 있다. 또한 박리층(902)의 제거를 행한 후에도, 기판(801) 위에 반도체장치(960)를 지지할 수 있다. 또한 반도체장치(960)로부터 박리한 기판(801)은, 비용의 절감을 위해, 재이용하는 것이 바람직하다.
이어서, 반도체장치(960)의 한쪽 면을, 제1 기체(910)에 접착시켜서, 기판(801)으로부터 완전히 박리한다. 계속해서, 반도체장치(960)의 다른 쪽 면을, 제2 기체(912)에 접착시킨다. 그 후에 가열처리와 가압처리의 한쪽 또는 양쪽을 행하여, 반도체장치(960)를, 제1 기체(910)와 제2 기체(912)로 밀봉한다. 제1 기체(910)와 제2 기체(912)는, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 비닐, 폴리 불화비닐, 염화비닐 등으로 이루어진 필름, 섬유질 재료로 이루어진 종이, 기본 재료 필름(폴리에스텔, 폴리아미드, 무기 증착 필름, 종이류 등)과 접착성 합성 수지 필름(아크릴계 합성 수지, 에폭시계 합성 수지 등)의 적층 필름 등에 해당한다.
필름은, 피처리 물체와 열압착에 의해 처리가 행해지는 것이다. 가열처리와 가압처리를 행할 때에는, 필름의 최표면에 형성된 접착층, 또는 최외층에 형성된 층(접착층은 아니다)을 가열처리에 의한 용융, 가압으로 접착한다. 이때, 제1 기체(910)와 제2 기체(912)의 표면에는 접착층이 설치되어도 되고, 접착층이 설치되지 않아도 된다. 접착층은, 열경화 수지, 자외선 경화 수지, 에폭시 수지계 접착 제, 수지첨가제 등의 접착제를 포함한 층에 해당한다.
이상의 공정에 의해, 유연성을 가지는 반도체장치를 제조할 수 있다. 또한 미소 구조체를 가지는 박형이면서, 유연성을 가지고, 소형인 반도체장치를 얻을 수 있다.
한편, 본 실시예는 상기 실시예와 자유롭게 조합해서 행할 수 있다.
(실시예 8)
본 실시예에서는 본 발명에 따른 미소 구조체를 가지고, 무선통신이 가능한 반도체장치의 일례에 관하여 설명한다.
도 11에, 반도체장치(601)의 구체적인 구성에 대해 나타낸다. 우선, 반도체장치(601)가 가지는 전기회로(604)의 상세한 구성에 대해 서술한다. 전기회로(604)는, 외부(여기에서는 리더 라이터에 해당한다)로부터 방사되는 전자파를 수신해서 반도체장치(601)를 구동시키는 전력을 생성한다. 또한, 전기회로(604)는, 외부와 무선으로 통신을 행하는 기능을 가진다. 따라서 전기회로(604)는, 전원회로(611), 클록 발생 회로(612), 복조 회로(613), 변조 회로(614), 복호화회로(615), 인코드회로(616), 및 정보판정 회로(617) 등, 무선통신에 필요한 회로를 가진다. 또한 무선통신에 사용하는 전자파의 주파수나 통신 방법에 따라서는, 다른 회로 구성을 가질 경우가 있고, 적절히 변경할 수 있다.
전기회로(604)는 미소 구조체(603)를 제어하거나, 리더 라이터로부터의 정보를 처리하는 등의 기능을 가진다. 따라서 전기회로(604)는, 메모리, 메모리 제어회로, 연산 회로 등을 가진다. 도 11에 나타낸 예에서는, 메모리(621), 메모리 제어 회로(622), 연산 회로(623), 구조체 제어회로(624), A/D변환 회로(625), 신호증폭회로(626)를 가진다.
전원회로(611)는 다이오드 및 용량을 가지고, 안테나(602)에 발생한 교류전압을 정류해서 정전압을 보유하고, 그 정전압을 각 회로에 공급할 수 있다. 클록 발생 회로(612)는 필터 소자나 분주 회로를 가지고, 안테나(602)에 발생한 교류전압을 기초로 필요한 주파수의 클록을 발생시켜, 그 클록을 각 회로에 공급할 수 있다.
여기에서, 클록 발생 회로(612)가 생성하는 클록의 주파수는, 기본적으로 리더 라이터와 반도체장치(601)가 통신에 사용하는 전자파의 주파수 이하로 설정된다. 또한 클록 발생 회로(612)는 링 오실레이터를 가짐으로써, 전원회로(611)로부터 전압을 입력해서 임의의 주파수의 클록을 생성할 수도 있다.
복조 회로(613)는 필터 소자나 증폭회로를 가져, 안테나(602)에서 발생한 교류전압에 포함되는 신호를 복조할 수 있다. 복조 회로(613)는, 무선통신에 사용하는 변조 방식에 따라 다른 구성의 회로를 가진다. 복호화회로(615)는, 복조 회로(613)에 의해 복조된 신호를 복호화한다. 이 복호화된 신호가 리더 라이터로부터 송신된 신호다. 정보판정 회로(617)는 비교 회로 등을 가지고, 복호화된 신호가 리더 라이터로부터 송신된 옳은 신호인지의 여부를 판정할 수 있다. 옳은 정보라고 판단된 경우, 정보판정 회로(617)는 각 회로(예를 들면, 메모리 제어회로(622)나 연산 회로(623), 구조체 제어회로(624) 등)에 옳다는 것을 나타내는 신호를 송신하고, 그 신호를 수신한 회로는 소정의 동작을 행할 수 있다.
인코드회로(616)는, 반도체장치(601)로부터 리더 라이터에 송신하는 데이터를 부호화한다. 변조 회로(614)는, 부호화된 데이터를 변조하고, 안테나(602)를 통해 리더 라이터에 송신한다.
리더 라이터에 송신하는 데이터는, 메모리(621)가 기억하고 있는 반도체장치 고유의 데이터나, 반도체장치가 가지는 기능에 의해 얻어지는 데이터다. 반도체장치 고유의 데이터는, 예를 들면, 반도체장치가 비휘발성 메모리를 가지고, 그 비휘발성 메모리에 기억되는 개체 식별 정보 등의 데이터다. 반도체장치가 가지는 기능에 의해 얻어지는 데이터는, 예를 들면, 미소 구조체에 의해 얻어지는 데이터나, 그것들을 기초로 어떠한 연산을 행한 데이터 등이다.
메모리(621)는, 휘발성 메모리, 및 불휘발성 메모리를 가질 수 있고, 반도체장치(601) 고유의 데이터나, 미소 구조체(603)로부터 얻어지는 정보 등을 기억한다. 도 11에는 메모리(621)가 하나만 기재되어 있지만, 기억하는 정보의 종류나, 반도체장치(601)의 기능에 따라 복수 종류의 메모리를 가질 수도 있다. 메모리 제어회로(622)는, 메모리(621)에 기억되어 있는 정보를 판독하고, 메모리(621)에 정보를 기록하는 경우에 메모리(621)를 제어한다. 구체적으로는, 기록 신호, 판독 신호, 메모리 선택신호 등을 생성하고, 어드레스를 지정하는 등의 동작을 행할 수 있다.
구조체 제어회로(624)는, 미소 구조체(603)를 제어하기 위한 신호를 생성할 수 있다. 예를 들면, 리더 라이터로부터의 명령에 의해 미소 구조체(603)를 제어하는 경우에는, 복호화회로(615)에 의해 복호화된 신호를 기초로 미소 구조체(603)를 제어하는 신호를 생성한다. 또한 메모리(621) 내에 미소 구조체(603)의 동작을 제어하는 프로그램 등의 데이터가 기억되어 있을 경우, 메모리(621)로부터 판독한 데이터를 기초로 미소 구조체(603)를 제어하는 신호를 생성한다. 그 이외에도, 구조체 제어회로(624)는 메모리(621) 내의 데이터, 리더 라이터로부터의 데이터, 및 미소 구조체(603)로부터 얻어지는 데이터를 기초로 미소 구조체(603)를 제어하기 위한 신호를 생성하는 피드백 기능을 가질 수도 있다.
연산 회로(623)는, 예를 들면, 미소 구조체(603)로부터 얻어지는 데이터의 처리를 행할 수 있다. 또한 상기의 구조체 제어회로(624)가 피드백 기능을 가질 경우의, 정보처리 등을 행할 수도 있다. A/D변환 회로(625)는, 아날로그 데이터와 디지털 데이터의 변환을 행하는 회로이며, 미소 구조체(603)에 제어신호를 전달하거나, 미소 구조체(603)로부터의 데이터를 변환해서 각 회로에 전달할 수 있다. 신호증폭회로(626)는, 미소 구조체(603)로부터 얻어지는 미소한 신호를 증폭해서 A/D변환 회로(625)에 전달할 수 있다.
미소 구조체(603)는 전기회로(604)에 전기적으로 접속된다. 또한, 미소 구조체(603)의 구체적인 구성으로서 본 발명의 미소 구조체를 적용할 수 있다. 예를 들면, 실시예 1 내지 4에 기재된 미소 구조체를 적용할 수 있다. 본 발명의 미소 구조체에 있어서 가동부의 서로 마주보는 표면은 각각 거칠기가 다르므로, 제조 과정에서나 제조 후의 동작시에 미소 구조체에 결함이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 가동부에 돌출부를 형성함으로써, 가동부를 강화할 수 있어 내구성이 향상된다.
또한, 상기 실시예의 미소 구조체를 복조 회로(613) 내에 포함되는 스위치로서 사용할 수 있다. 복조 회로(613)의 스위치에 본 발명의 미소 구조체를 사용함으로써, 회로 구성을 축소할 수 있다. 물론, 이외에 나타내는 회로의 스위치로서 상기 실시예에 나타내는 미소 구조체를 적절히 사용할 수도 있다.
이러한 반도체장치에 의해, 무선통신이 가능해진다. 반도체장치가 가지는 미소 구조체는, 가동 부분 및 그 가동 부분과 대향하는 면에 복수의 요철이 설치되므로, 동작중에 휠 우려가 적다. 따라서 이 미소 구조체를 가지는 반도체장치는 신뢰성이 우수하다.
(실시예 9)
본 실시예에서는, 상기 실시예에서 설명한 반도체장치의 구체적인 구성 및 사용의 또 다른 일례를, 도 16을 참조하여 설명한다.
도 16에, 본 발명의 반도체장치를 압력센서로서 사용하는 경우의 구체적인 예를 나타낸다. 자동차 타이어(1806)의 공기압이 저하하면, 타이어(1806)의 변형량이 커지고, 저항이 증가하고, 결과적으로 연비(연료 소비율)가 악화하거나, 사고로 이어진다. 본 실시예의 반도체 장치는, 비교적 간편하면서 일상적으로, 타이어(1806)의 공기압을 모니터하는 시스템을 제공할 수 있다.
도 16에 나타낸 바와 같이, 반도체장치(1807)를 타이어(1806)의 휠(1808) 부분에 설치한다. 그리고, 반도체장치(1807)에 리더 라이터(1809)를 가까이 두어 무선통신을 행함으로써, 타이어(1806)의 공기압의 정보를 얻을 수 있다. 반도체장치(1807)로서, 예를 들면 상기 실시예에서 서술한 미소 구조체(603)를 포함하는 반 도체장치(601)를 적용할 수 있다. 무선통신 기술 등은, 상기 실시예 8과 유사하다.
본 실시예에 따르면, 주유소 등의 자동차정비 공장에 가지 않고, 비교적 간편하고 일상적으로 타이어의 공기압을 모니터할 수 있다.
전술한 바와 같이 반도체장치(1807)를 타이어(1806)에 설치함으로써, 무선통신으로 타이어(1806)의 공기압을 일상적으로 모니터할 수 있다. 반도체장치가 가지는 미소 구조체에는, 가동 부분 및 그 가동 부분과 대향하는 면에 복수의 요철이 설치되므로, 동작중에 휠 우려가 적다. 따라서 이 미소 구조체를 가지는 반도체장치는 신뢰성이 우수하다.
한편, 본 실시예는, 상기 실시예와 자유롭게 조합해서 행할 수 있다.
(실시의 형태 1)
본 실시의 형태에서는, 본 발명의 미소 구조체의 제1 구조층이 되는 결정질 규소막과, 제2 구조층이 되는 텅스텐막에 관하여 설명한다. 도 15a에 나타내는 사진은, 결정질 규소막의 표면을 관찰한 주사 전자 현미경(SEM) 사진이다. 또한 도 15b에 나타내는 사진은, 텅스텐막의 표면을 관찰한 주사 전자 현미경(SEM) 사진이다. 이때 주사 전자 현미경의 배율은 500000배로 설정한다.
다음으로, 도 15a에 나타내는 결정질 규소막의 제조 방법에 대해서, 간략히 설명한다. 우선, 유리 기판 위에 아모포스 규소막을 약 50nm 성막했다. 다음으로 니켈을 첨가하고, 가열처리에 의해 결정화했다. 다음으로 결정화된 규소막 위에 형성된 자연 산화막 등의 산화막을 불산을 사용해서 제거했다. 그리고, 규소막에 레 이저빔을 조사했다. 레이저빔은, 엑시머레이저(λ=308nm)로, 스캔 속도 2.5mm/sec, 60Hz로, 에너지밀도 310mJ/cm2이 되도록 조사했다.
다음으로 규소막 위에 자연 산화막 등의 산화막을 사이에 두고 Ar 등의 희가스 원소를 포함한 반도체막을 형성했다. 그리고, 가열처리에 의해 니켈을 희가스 원소를 포함한 반도체막에 게터링했다. 그리고, 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드(TMAH) 등의 알칼리 용액을 사용해서 희가스 원소를 포함한 반도체막을 에칭 제거하고, 계속해서 불산계의 용액을 사용해서 산화막을 제거했다. 여기까지 제조된 결정질 규소막의 표면의 SEM 사진이 도 15a이다.
도 15a의 사진에 나타낸 바와 같이, 결정질 규소막의 표면에는, 복수의 요철(리지)이 형성되어 있다는 것을 알 수 있다. 따라서, 아모포스 규소막에 레이저빔을 조사해서 결정화함으로써, 복수의 요철이 형성된 결정질 규소막, 즉 제1 구조층을 얻을 수 있다.
이어서, 도 15b에 대해서, 간략에 설명한다. 우선, 석영기판 위에 텅스텐막을 약 400nm 성막했다. 다음으로 YAG레이저(λ=1064nm)를 출력 150W, 스캔 속도 0.5m/sec의 조건으로 조사했다. 이때의 텅스텐막의 표면의 SEM 사진이 도 15b이다.
도 15b의 사진에 나타낸 바와 같이, 텅스텐막의 표면에도, 복수의 요철이 형성되어 있다는 것을 알 수 있다. 또한 도 15a에 나타낸 결정질 규소막의 표면보다 표면이 더욱 거칠다는 것을 알 수 있다. 따라서, 텅스텐막에 레이저빔을 조사함으로써 결정질 규소막보다 표면이 거친 텅스텐막, 즉 희생층을 얻을 수 있다. 그리 고, 상기 희생층 위에 제2 구조층을 형성함으로써 희생층의 형상에 따른 제2 구조층을 얻을 수 있다. 따라서 제2 구조층의 표면은 제1 구조층의 표면보다 거칠어 진다.
(추가)
이상, 설명한 바와 같이 본 발명은, 이하의 형태를 포함한다.
본 발명의 미소 구조체는, 제1 구조층과, 가동인 제2 구조층을 가지고, 상기 제1 구조층의 적어도 한쪽 면은 복수의 볼록부 A를 가지고, 상기 제2 구조층의 적어도 한쪽 면은 복수의 볼록부 B를 가지고, 상기 복수의 볼록부 A에 있어서의 인접하는 볼록부 A의 정점과 정점 사이의 거리는, 상기 복수의 볼록부 B에 있어서의 인접하는 볼록부 B의 정점과 정점 사이의 거리와 다르고, 상기 제1 구조층의 볼록부 A를 가지는 한쪽 면과 상기 제2 구조층의 볼록부 B를 가지는 한쪽 면은 대향한다.
본 발명의 미소 구조체의 또 다른 구성은, 제1 구조층과, 가동인 제2 구조층과, 상기 제1 구조층과 상기 제2 구조층 사이에 공극부를 가지고, 상기 제1 구조층의 적어도 한쪽 면은 복수의 볼록부 A를 가지고, 상기 제2 구조층의 적어도 한쪽 면은 복수의 볼록부 B를 가지고, 상기 복수의 볼록부 A에 있어서의 인접하는 볼록부 A의 정점과 정점 사이의 거리는, 상기 복수의 볼록부 B에 있어서의 인접하는 볼록부 B의 정점과 정점 사이의 거리와 다르고, 상기 제1 구조층의 볼록부 A를 가지는 한쪽 면과 상기 제2 구조층의 볼록부 B를 가지는 한쪽 면은 대향한다.
본 발명의 미소 구조체의 또 다른 구성은, 제1 구조층과, 가동인 제2 구조층 을 가지고, 상기 제1 구조층의 적어도 한쪽 면은 복수의 볼록부 A를 가지고, 상기 제2 구조층의 적어도 한쪽 면은 복수의 볼록부 B를 가지고, 상기 제1 구조층의 볼록부 A를 가지는 한쪽 면과 상기 제2 구조층의 볼록부 B를 가지는 한쪽 면은 대향하고, 상기 복수의 볼록부 A에 있어서의 인접하는 볼록부 A의 정점과 정점 사이의 거리는, 상기 복수의 볼록부 B에 있어서의 인접하는 볼록부 B의 정점과 정점 사이의 거리보다 멀다.
본 발명의 미소 구조체의 또 다른 구성은, 제1 구조층과, 가동인 제2 구조층과, 상기 제1 구조층과 상기 제2 구조층 사이에 공극부를 가지고, 상기 제1 구조층의 적어도 한쪽 면은 복수의 볼록부 A를 가지고, 상기 제2 구조층의 적어도 한쪽 면은 복수의 볼록부 B를 가지고, 상기 제1 구조층의 볼록부 A를 가지는 한쪽 면과 상기 제2 구조층의 볼록부 B를 가지는 한쪽 면은 대향하고, 상기 복수의 볼록부 A에 있어서의 인접하는 볼록부 A의 정점과 정점 사이의 거리는, 상기 복수의 볼록부 B에 있어서의 인접하는 볼록부 B의 정점과 정점 사이의 거리보다 멀다.
또한 본 발명의 미소 구조체의 또 다른 구성은, 상기 볼록부 A의 정점과 정점 사이의 거리는, 상기 볼록부 B의 정점과 정점 사이의 거리의 1.5배 이상 10배 이하다.
또한 본 발명의 미소 구조체의 또 다른 구성은, 상기 볼록부 A의 정점과 정점 사이의 거리는 0.2μm 이상 1μm 이하다.
또한 본 발명의 미소 구조체의 또 다른 구성은, 상기 볼록부 B의 정점과 정점 사이의 거리는 0.02μm 이상 0.1μm 이하다.
또한 본 발명의 미소 구조체의 또 다른 구성에서, 상기 제1 구조층은 결정질 규소층이다.
본 발명의 미소 구조체의 제조 방법은, 절연 표면상에 제1 구조층을 형성하고, 상기 제1 구조층에 조면 처리를 실시하고, 상기 제1 구조층 위에 희생층을 형성하고, 상기 희생층에 조면 처리를 실시하고, 상기 희생층 위에 제2 구조층을 형성하고, 상기 희생층을 제거한다.
또한 본 발명의 미소 구조체의 또 다른 제조 방법은, 절연 표면상에 제1 구조층을 형성하고, 상기 제1 구조층에 조면 처리를 행함으로써, 상기 제1 구조층 표면에 복수의 볼록부 A를 형성하고, 상기 제1 구조층 위에 희생층을 형성하고, 상기 희생층에 조면 처리를 행함으로써, 상기 희생층 표면에 복수의 볼록부 C을 형성하고, 상기 희생층 위에 제2 구조층을 형성하고, 상기 희생층을 제거한다.
또한 본 발명의 미소 구조체의 또 다른 제조 방법은, 상기 볼록부 A의 정점과 정점 사이의 거리는, 상기 볼록부 C의 정점과 정점 사이의 거리의 1.5배 이상 10배 이하가 되도록 형성한다.
또한 본 발명의 미소 구조체의 또 다른 제조 방법은, 상기 볼록부 A의 정점과 정점 사이의 거리는 0.2μm 이상 1μm 이하가 되도록 형성한다.
또한 본 발명의 미소 구조체의 또 다른 제조 방법은, 상기 볼록부 C의 정점과 정점 사이의 거리는 0.02μm 이상 0.1μm 이하가 되도록 형성한다.
또한 본 발명의 미소 구조체의 또 다른 제조 방법은, 상기 제1 구조층의 조면 처리로서, 레이저를 조사한다.
또한 본 발명의 미소 구조체의 또 다른 제조 방법은, 상기 희생층으로서 텅스텐, 몰리브덴, 또는 티탄을 사용하고, 상기 희생층의 조면 처리로서, 레이저를 조사한다.
또한 본 발명의 미소 구조체의 또 다른 제조 방법은, 상기 희생층으로서 알루미늄을 사용하고, 상기 희생층의 조면 처리로서, 가열처리를 한다.
본 출원은 2006년 3월 10일, 일본 특허청에 출원된 일본 특개 No.2006-066786에 근거하는 것으로, 그 모든 내용은 여기에 참조로 인용된다.
본 발명에 의해, 미소 구조체의 제조 공정시의 불량을 방지할 수 있다. 또한, 미소 구조체의 동작중에 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 수율이나 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 의해, 미소 구조체의 가동부를 강하게 할 수 있다. 따라서, 내구성을 향상시킬 수 있다. 이때, 본 명세서에 있어서, 가동부는, 구조층에 있어서 변위 가능한 부위를 나타낸다.
Claims (26)
- 제1 구조층과,공극부를 사이에 두고 상기 제1 구조층과 마주보고 상기 제1 구조층에 부분적으로 고정된 제2 구조층을 포함한 미소 구조체로서,상기 제1 구조층과 상기 제2 구조층의 적어도 한쪽은 변위가 가능하고,상기 제1 구조층과 상기 제2 구조층이 대향하는 표면들의 거칠기는 서로 다르고,상기 제1 구조층의 가장 인접하는 볼록부들의 정점들 사이의 제1 거리는 0.2㎛ 이상 1㎛ 이하이고,상기 제2 구조층의 가장 인접하는 볼록부들의 정점들 사이의 제2 거리는 0.02㎛ 이상 0.1㎛ 이하인 미소 구조체.
- 제 1항에 있어서,상기 제1 구조층 또는 상기 제2 구조층의 한쪽은, 결정질 규소막인 미소 구조체.
- 하나의 기판 위에 설치된 미소 구조체와 반도체소자를 구비한 반도체장치로서,상기 미소 구조체는, 제1 구조층과, 공극부를 사이에 두고 상기 제1 구조층과 마주보고 상기 제1 구조층에 부분적으로 고정된 제2 구조층을 포함하고,상기 반도체소자는 반도체층과, 게이트 절연층을 사이에 두고 상기 반도체층 위에 설치된 게이트 전극층을 포함하고,상기 제1 구조층은 상기 반도체층과 동일한 재료로 형성되고,상기 제2 구조층의 일부는 상기 게이트 절연층과 동일한 재료로 형성되고,상기 미소 구조체의 상기 제1 구조층과 상기 제2 구조층의 적어도 한쪽은 변위가 가능하고, 상기 제1 구조층과 상기 제2 구조층이 대향하는 표면들의 거칠기는 서로 다른 반도체장치.
- 제 3항에 있어서,상기 미소 구조체의 상기 제1 구조층과 상기 반도체소자의 상기 반도체층은 각각 결정질 규소막인 반도체장치.
- 기판 위에 제1 구조층을 형성하는 단계와,상기 제1 구조층에 조면 처리를 실시하는 단계와,상기 제1 구조층 위에 희생층을 형성하는 단계와,상기 희생층에 조면 처리를 실시하는 단계와,상기 제1 구조층 위 및 상기 희생층 위에 제2 구조층을 형성하는 단계와,상기 희생층을 제거해서 공극부를 형성하는 단계를 포함하는 미소 구조체의 제조방법으로서,상기 희생층은 금속을 사용해서 형성하는, 미소 구조체의 제조 방법.
- 기판 위에 제1 구조층을 형성하는 단계와,상기 제1 구조층에 레이저빔을 조사함으로써 조면 처리를 실시하는 단계와,상기 제1 구조층 위에 희생층을 형성하는 단계와,상기 희생층에 조면 처리를 실시하는 단계와,상기 제1 구조층 위 및 상기 희생층 위에 제2 구조층을 형성하는 단계와,상기 희생층을 제거해서 공극부를 형성하는 단계를 포함하는 미소 구조체의 제조방법으로서,상기 희생층은 텅스텐, 몰리브덴, 티탄, 또는 알루미늄을 사용해서 형성하는, 미소 구조체의 제조 방법.
- 기판 위에 제1 구조층을 형성하는 단계와,상기 제1 구조층에 레이저빔을 조사함으로써 조면 처리를 실시하는 단계와,상기 제1 구조층 위에 희생층을 형성하는 단계와,상기 희생층에 조면 처리를 실시하는 단계와,상기 제1 구조층 위 및 상기 희생층 위에 제2 구조층을 형성하는 단계와,상기 희생층을 제거해서 공극부를 형성하는 단계를 포함하는 미소 구조체의 제조방법으로서,상기 제1 구조층의 가장 인접하는 볼록부들의 정점들 사이의 제1 거리는 0.2㎛ 이상 1㎛ 이하이고,상기 제2 구조층의 가장 인접하는 볼록부들의 정점들 사이의 제2 거리는 0.02㎛ 이상 0.1㎛ 이하인 미소 구조체의 제조 방법.
- 제 5항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,상기 희생층은 텅스텐, 몰리브덴, 또는 티탄을 사용해서 형성하는 미소 구조체의 제조 방법.
- 삭제
- 제 5항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,상기 희생층은 알루미늄을 사용해서 형성하는 미소 구조체의 제조 방법.
- 삭제
- 삭제
- 제 3항에 있어서,상기 제1 구조층의 가장 인접하는 볼록부들의 정점들 사이의 제1 거리는 상기 제2 구조층의 가장 인접하는 볼록부들의 정점들 사이의 제2 거리보다 먼 반도체장치.
- 제 5항 또는 제 6항에 있어서,상기 제1 구조층의 가장 인접하는 볼록부들의 정점들 사이의 제1 거리는 상기 제2 구조층의 가장 인접하는 볼록부들의 정점들 사이의 제2 거리보다 먼 미소 구조체의 제조 방법.
- 삭제
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- 삭제
- 제 14항에 있어서,상기 제1 거리는 0.2μm 이상 1μm 이하이고, 상기 제2 거리는 0.02μm 이상 0.1μm 이하인 미소 구조체의 제조 방법.
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서,상기 제2 구조층은 산화규소와 질화규소로 이루어진 군에서 선택된 하나를 포함하는 미소 구조체.
- 제 3항에 있어서,상기 제2 구조층은 산화규소와 질화규소로 이루어진 군에서 선택된 하나를 포함하는 반도체장치.
- 제 5항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제2 구조층은 산화규소와 질화규소로 이루어진 군에서 선택된 하나를 포함하는 미소 구조체의 제조 방법.
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