(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板材料（２）において、第１の面（６）から出発してトレンチ構造（３）が形成されるマイクロマシンコンポーネント（１）の製造方法において、
前記トレンチ構造（３）が第１の充填層（５）によって実質的に完全に充填され、第１のマスク層（１２）が前記第１の充填層（５）上に取り付けられ、
前記第１のマスク層（１２）の上方に第２の充填層（１３）が取り付けられ、該第２の充填層（１３）の上方に第２のマスク層（１２′）が取り付けられ、
１つのエッチングステップにおいて、埋設された前記第１のマスク層（１２）および第２のマスク層（１２′）によって、センサ構造（２７′）および間隔部材（５０）が形成され、
キャップウェハ（１７）が、陽極接合またはシールガラス接合によって前記間隔部材（５０）および単結晶または多結晶の領域（８）と接続され、
前記間隔部材（５０）は前記領域（８）と同じ高さを有し、かつ、前記センサ構造（２７′）の高さよりも大きい、
ことを特徴とする、
マイクロマシンコンポーネント（１）の製造方法。
【請求項２】
前記第１の充填層（５）の形成前に、第３のマスク層（１４）および第１の絶縁層（４）が前記基板材料（２）上に取り付けられる、請求項１記載のマイクロマシンコンポーネント（１）の製造方法。
【請求項３】
前記第１の充填層（５）および／または第２の充填層（１３）が実質的に完全に前記基板材料（２）の第１の面（６）を覆って取り付けられる、請求項１または２記載のマイクロマシンコンポーネント（１）の製造方法。
【請求項４】
前記基板材料（２）の第１の面（６）から出発して、前記第１の充填層（５）が前記第１のマスク層（１２）を取り付ける前に平坦化処理される、請求項１から３のいずれか１項記載のマイクロマシンコンポーネント（１）の製造方法。
【請求項５】
前記基板材料（２）の第１の面（６）から出発して、前記第２の充填層（１３）が前記第２のマスク層（１２′）を取り付ける前に平坦化処理される、請求項１から４のいずれか１項記載のマイクロマシンコンポーネント（１）の製造方法。
【請求項６】
前記エッチングステップにおいて、別のトレンチ構造（３′）が形成される、請求項１から５のいずれか１項記載のマイクロマシンコンポーネント（１）の製造方法。
【請求項７】
別のエッチングステップによって、前記センサ構造（２７′）から少なくとも部分的に可動のセンサ構造（２７）が形成され、該可動のセンサ構造（２７）は前記マイクロマシンコンポーネント（１）において前記第１の充填層（５）から形成される、請求項１から６のいずれか１項記載のマイクロマシンコンポーネント（１）の製造方法。
【請求項８】
前記キャップウェハ（１７）および／または前記基板材料（２）の第２の面（９）が平坦化処理され、前記トレンチ構造（３）の平面まで前記基板材料（２）の第２の面（９）が平坦化処理される、請求項１から７のいずれか１項記載のマイクロマシンコンポーネント（１）の製造方法。
【請求項９】
請求項１から８に記載の方法にしたがい製造されるマイクロマシンコンポーネント（１）において、
前記トレンチ構造（３）は、前記第１の充填層（５）によって実質的に完全に充填されており、該第１の充填層（５）は、前記可動のセンサ構造（２７）およびセンサ構造（２７′）を形成することを特徴とするマイクロマシンコンポーネント（１）。
【請求項１０】
前記キャップウェハ（１７）は、前記シールガラス接合によって前記単結晶または多結晶の領域（８）と接続されている、請求項９記載のマイクロマシンコンポーネント（１）。
【請求項１１】
前記マイクロマシンコンポーネント（１）には、前記第１の絶縁層（４）および／または第３の絶縁層（１５）が設けられている、請求項９または１０記載のマイクロマシンコンポーネント（１）。
【請求項１２】
前記マイクロマシンコンポーネント（１）は、前記基板材料（２）の第１の面（６）および／または前記基板材料（２）の第２の面（９）から出発して平坦化処理されている、請求項９から１１のいずれか１項記載のマイクロマシンコンポーネント（１）。
【請求項１３】
前記マイクロマシンコンポーネント（１）は、前記基板材料（２）の第２の面（９）から前記トレンチ構造（３）の平面まで平坦化処理されている、請求項９から１２のいずれか１項記載のマイクロマシンコンポーネント（１）。
【請求項１４】
前記キャップウェハ（１７）は、陽極接合可能なガラスウェハおよびシリコンウェハから成る複合材料接着結合体を含んでいる、請求項９から１３のいずれか１項記載のマイクロマシンコンポーネント（１）。
【請求項１５】
前記キャップウェハ（１７）は陽極接合可能なガラスウェハから成る、請求項９から１３のいずれか１項記載のマイクロマシンコンポーネント（１）。
【請求項１６】
前記キャップウェハ（１７）はシリコンウェハから成る、請求項９から１３のいずれか１項記載のマイクロマシンコンポーネント（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充填層およびマスク層が設けられたマイクロマシンコンポーネントと該マイクロマシンコンポーネントの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、独立請求項の上位概念に記載の方法に関する。ドイツ公開公報ＤＥ２００４０３６０３５Ａ１明細書からは、トレンチ構造を有するマイクロマシンコンポーネントが一般に公知である。しかしながら、公知のマイクロマシンコンポーネントの場合に不利であるのは、殊に大きなトレンチ構造を通常、完全には充填することができない点と、しかも可動のセンサ構造が設けられたマイクロマシンコンポーネントでは、可動のセンサ構造に対する間隔をキャップウェハがとるために、このキャップウェハをコストをかけて構造化ないしは構造形成しなければならないという点である。
【０００３】
発明の開示
それに対して、独立請求項ないしは従属請求項の特徴部分による本発明の方法は、簡単なやり方で大きなトレンチ構造も第１の充填層によって実質的に完全に充填することができ、同時にこの充填層を機能層として使用することができるという利点を有している。この機能層によって、この場合キャップウェハとの接触に対して可動のセンサ構造を保護するための間隔部材を形成することができる。この間隔部材を形成するために、マイクロマシンコンポーネントの製造方法では第１の充填層の上方に第１のマスク層を用いて第２の充填層が取り付けられ、この第２の充填層の上方に第２のマスク層が取り付けられる。それ故に、この第１のマスク層は第２の充填層の下方に″埋設″される。それによって、有利にはエッチングプロセスの際に第１のマスク層がストップ層として作用し、それにより第１のマスク層の下方に設けられた材料（第１の充填層および基板材料）はエッチングプロセスによっても実質的に除去されないのである。
【０００４】
有利には、第１の充填層を取り付ける前に、第３のマスク層および第１の絶縁層が基板材料上に取り付けられる。この第３のマスク層および第１の絶縁層の機能は、図１Ａから図１Ｌにおいて示される。
【０００５】
有利には、第１の充填層および／または第２の充填層は低い電気抵抗を有する材料から成る。例えば、有利にはドープされて基板材料上に析出させられるエピタキシャルポリシリコン層（ＥＰＩ層）を、第１の充填層および／または第２の充填層として使用することができる。
【０００６】
有利には、第１の充填層および／または第２の充填層は、これらの充填層が基板材料の第１の面を実質的に完全に覆うように注入され、ないしは取り付けられる。それ故にセンサ構造および／または間隔部材の製造は、基板材料の第1の面の部分領域のみに制限されず、この基板材料の第1の面全てから出発して可能である。
【０００７】
有利には第１の充填層は、第１のマスク層が取り付けられる前に基板材料の第１の面から出発して平坦化処理される。この場合有利には、平坦化処理によって第1の充填層が平坦な表面に形成され、それによって第１のマスク層を実質的に平面に、有利には基板材料の主な延長方向に並行して第1の充填層上に取り付けることができる。
【０００８】
有利には第２の充填層は、第２のマスク層を取り付ける前に基板材料の第１の面から出発して平坦化処理される。また、この場合有利には、第２の充填層が平坦な表面に形成され、それによって第２のマスク層も実質的に平面に、有利には基板材料の主な延長方向に並行して第２の充填層上に取り付けることができる。
【０００９】
有利には、（これに続く）エッチングステップの際に、別のトレンチ構造および／または間隔部材および／またはセンサ構造が形成される。ただし、ここでのセンサ構造は自由に可動なセンサ構造になる前駆体でしかない。したがって、このセンサ構造から可動のセンサ構造を形成することができる。この間隔部材は有利には第１の充填層も第２の充填層も含んでおり、この間隔部材の高さは、有利には仮のセンサ構造および後に形成される可動のセンサ構造の高さよりも大きい。
【００１０】
有利には、センサ構造のうち少なくともいくつかが別のエッチングステップによって可動のセンサ構造になり、ここで有利には予め取り付けられた第１の絶縁層が除去される（図１Ａから図１Ｉを参照のこと）。この第１の絶縁層として有利には酸化層が使用され、例えば気相エッチングステップによってこの酸化層を除去することができる。有利には、可動のセンサ構造は第１の充填層から形成される。
【００１１】
センサ構造や可動のセンサ構造に対して、間隔部材も有利には第１の充填層と第２の充填層を含んでいる。これらの充填層の１つまたは両方が単結晶または多結晶である場合には、間隔部材も単結晶および／または多結晶の組織を有している。センサ構造および可動のセンサ構造は、有利には第１の充填層のみ有しており、有利には単結晶または多結晶で組織されている。先の段落で述べたように、センサ構造は例えば別のエッチングステップによって可動のセンサ構造になる。それ故に、この概念「仮のセンサ構造」も使用することができる。
【００１２】
有利にはキャップウェハは、例えば陽極接合またはシールガラス接合によって間隔部材および／または充填層の単結晶または多結晶の領域と接続される。しかしながらキャップウェハが、少なくとも１つの（可動ではない仮の）センサ構造および／または充填層の単結晶ないしは多結晶の領域と接続されるとしても有利である。
【００１３】
マイクロマシンコンポーネントが間隔部材を持たない場合には、したがってセンサ構造は有利には可動のセンサ構造になる前駆体としてのみ考えられるだけでなく、可動のセンサ構造の領域におけるキャップ撓みの低減の付加に用いられる。間隔部材が設けられていないマイクロマシンコンポーネントでは、構造化されていないキャップウェハとセンサ構造の間を接続する際に、可動のセンサ構造が構造化されていないキャップウェハによってブロッキングされないように配慮しなければならない。このことは、例えばシールガラスのような接続層を使用することによって保証することができる。このシールガラス層の厚さによって、可動のセンサ構造に対する必要な距離を確実に保証することができる。これによってこの場合、キャップウェハに接続するセンサ構造が可動のセンサ構造ではなく、別のエッチングステップによっても可動のセンサ構造にならない（仮の）センサ構造であることがもう１度明確にされるようにしている。
【００１４】
このキャップウェハとは、マイクロマシンコンポーネントの少なくとも部分領域を遮蔽に使用することができる全てのコンポーネントであると理解されたい。例えばシールガラス接合されたキャップウェハを有するセンサ構造ないしは間隔部材によって、有利には構造化されていないキャップウェハを使用することも可能である。これによって、キャップウェハを構造化するコストがカットされる。殊に間隔部材を使用する場合には、もはや陽極接合の前に例えばパイレックスガラスキャップウェハの構造化にコストをかける必要がなくなる。ただし当然、構造化されたキャップウェハあるいは部分領域でのみ構造化されたキャップウェハも使用することができ、このキャップウェハの構造化によって、例えばマイクロマシンコンポーネントの電気的な接続が可能となる。
【００１５】
有利には、キャップウェハおよび／または基板材料の第２の面が平坦化処理される。基板材料の第２の面の平坦化処理の際に、有利にはトレンチ構造の平面まで平坦化処理が行われる。キャップウェハおよび／または基板材料の第２の面の平坦化処理によって、有利にはマイクロマシンコンポーネントがいっそう薄くなる。しかもトレンチ構造の平面まで基板材料の第２の面を平坦化処理することによって、有利にはマイクロマシンコンポーネントの裏面接続が可能となる。
【００１６】
本発明の別の目的は、記載した方法にしたがって製造されたマイクロマシンコンポーネントである。このマイクロマシンコンポーネントでは、マイクロマシンコンポーネントを貫通接続するために必要なトレンチ構造が実質的に完全に第１の充填層によって充填されている。この第１の充填層は可動のセンサ構造の実現にも用いられる。有利には、導電性の第１の充填層を使用する際に、この第１の充填層は一方では裏面接続のための前提条件を提供し、他方では可動のセンサ構造を形成している。
【００１７】
有利にはキャップウェハは、陽極接合またはシールガラス接合によって間隔部材および／または充填層の単結晶ないしは多結晶の領域と接続されている。この場合の間隔部材は第１の充填層および第２の充填層によって形成され、この間隔部材の高さは可動のセンサ構造または仮のセンサ構造の高さよりも大きい。可動のセンサ構造に対して高さがいっそう大きいことによって、キャップウェハを構造化する必要がなくまたはこの可動のセンサ構造がこのキャップウェハとの接合によって妨害されてしまうこともなく、有利にはこのキャップウェハを陽極接合によって直接間隔部材と接合することができる。それ故にキャップウェハが構造化されなくとも、間隔部材によって、有利にはこのキャップウェハとマイクロマシンコンポーネントの間の陽極接合を実現することができる。
【００１８】
有利には、キャップウェハがセンサ構造および／または単結晶領域とシールガラス接合によって接合されており、これらの単結晶領域は随意に多結晶に構成されていてもよい。この場合、キャップウェハは有利には構造化されなくとも良い。なぜなら、シールガラスによりキャップウェハと可動のセンサ構造の間の間隔が確保されるためである。
【００１９】
有利には、マイクロマシンコンポーネントには、第１の絶縁層および／または第３の絶縁層が設けられている。この第１の絶縁層は、有利には基板材料の第１の面上に析出させられ、この場合有利には少なくともトレンチ構造の底部と壁部を保護する。基板材料の第２の面がトレンチ構造の平面まで平坦化処理された後で、第３の絶縁層が有利にはこの基板材料の第２の面上に析出させられる。第１の絶縁層は有利には選択酸化法ＬＯＣＯＳによって形成し、それに対して第３の絶縁層は有利には化学気相析出法ＣＶＤによって形成させられる。
【００２０】
有利にはマイクロマシンコンポーネントは、基板材料の第１の面および／または基板材料の第２の面から出発して平坦化処理されている。この平坦化処理によって、マイクロマシンコンポーネントが有利にはいっそう薄くなり、このマイクロマシンコンポーネントを平坦なコンポーネントにもいっそう良好に取り付けることができる。
【００２１】
有利には、マイクロマシンコンポーネントは、基板材料の第２の面から出発してトレンチ構造の平面まで平坦化処理されている。これによって、第１の充填層として導電材料が使用される場合には、有利にはマイクロマシンコンポーネントの裏面接続が可能となる。
【００２２】
有利には、マイクロマシンコンポーネントと接続状態にあるキャップウェハはパイレックスガラスウェハまたは、シリコンウェハまたは、パイレックスガラスウェハとシリコンウェハから成る接着結合体である。
【００２３】
次に、本発明の実施例を図面および明細書に基づき詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１Ａ】マイクロマシンコンポーネントの製造方法の概略図
【図１Ｂ】マイクロマシンコンポーネントの製造方法の概略図
【図１Ｃ】マイクロマシンコンポーネントの製造方法の概略図
【図１Ｄ】マイクロマシンコンポーネントの製造方法の概略図
【図１Ｅ】マイクロマシンコンポーネントの製造方法の概略図
【図１Ｆ】マイクロマシンコンポーネントの製造方法の概略図
【図１Ｇ】マイクロマシンコンポーネントの製造方法の概略図
【図１Ｈ】マイクロマシンコンポーネントの製造方法の概略図
【図１Ｉ】マイクロマシンコンポーネントの製造方法の概略図
【図１Ｊ】マイクロマシンコンポーネントの製造方法の概略図
【図１Ｋ】マイクロマシンコンポーネントの製造方法の概略図
【図１Ｌ】マイクロマシンコンポーネントの製造方法の概略図
【図１Ｍ】マイクロマシンコンポーネントの製造方法の概略図
【図１Ｎ】マイクロマシンコンポーネントの製造方法の概略図
【図１Ｏ】マイクロマシンコンポーネントの製造方法の概略図
【図１Ｐ】マイクロマシンコンポーネントの製造方法の概略図
【図１Ｑ】マイクロマシンコンポーネントの製造方法の概略図
【図１Ｒ】マイクロマシンコンポーネントの製造方法の概略図
【図１Ｓ】マイクロマシンコンポーネントの製造方法の概略図
【図１Ｔ】マイクロマシンコンポーネントの製造方法の概略図
【００２５】
発明の実施形態
図１Ａには、回路領域２１および導体路２０を有する基板材料２、例えばシリコンが概略的に示されている。この基板材料２の第１の面６上には、第３のマスク層１４、例えば窒化ケイ素から成るマスク層１４が取り付けられる。図１Ｂには、どのようにトレンチ構造３が基板材料２において形成されたのか概略的に示されている。これに続く例えばＬＯＣＯＳ法によって、第１の絶縁層４が基板材料２上に析出させられる。この場合、トレンチ構造３の底部と壁部が第１の絶縁層４によって保護される（図１Ｃ）。しかしながら、第３のマスク層１４が取り付けられた領域には第１の絶縁層４が設けられていない。第３のマスク層１４を除去した後に、例えばエッチングステップによって空隙が第１の絶縁層４において形成される（図１Ｄ）。
【００２６】
この空隙も第１のトレンチ構造３も、例えばドープされたシリコンから成る第１の充填層５によって充填される（図１Ｅ）。この場合の第１の充填層５は、絶縁層４の空隙において単結晶で成長することができる。この第１の充填層５は、有利には図１Ｅ中の一点鎖線が示すように平坦化処理される。平坦化処理後に、有利には例えば酸化ケイ素から成る第１のマスク層１２が、このような実質的に平坦な第１の充填層５の表面上に取り付けられる（図１Ｆ）。図１Ｇには、例えば同様にドープされたシリコンから成る第２の充填層１３が、どのように第１のマスク層１２および第１の充填層５の上方に取り付けられるのか概略的に示されている。これに続いて、例えば酸化ケイ素またはフォトレジストである第２のマスク層１２′が第２の充填層１３上に取り付けられる。有利には、この第２の充填層１３は第２のマスク層１２′を取り付ける前に平坦化処理される。したがって、第１のマスク層１２は第２の充填層１３の下方に埋設されている。エッチングステップの後に、埋設された第１のマスク層１２および第２のマスク層１２′によって有利にはセンサ構造２７′と間隔部材５０が形成される（図１Ｈ）。この場合の間隔部材５０は、有利には第１の充填層５および第２の充填層１３から形成され、この間隔部材５０の高さはセンサ構造２７′の高さより大きい。有利には、上述したエッチングステップの際に別のトレンチ構造３′も形成される。これに続く別のエッチングステップによって、有利には第１の絶縁層４の部分領域が除去される。この場合、トレンチ構造３の領域における第１の絶縁層４は第１の充填層５および第２の充填層１３によって保護されており、除去されない。
【００２７】
第１の絶縁層４の除去によって、少なくともいくつかのセンサ構造２７′から図１Ｉに示されているような可動のセンサ構造２７が形成される。しかも有利には、第１の充填層５および第２の充填層１３がＥＰＩポリシリコンの析出によって組織される場合には、第１の充填層５および第２の充填層１３を直接基板材料２上に取り付けることによって、領域８を例えば単結晶シリコンから形成することができる。第２の平坦化処理ステップ後に、領域８は有利には間隔部材５０と同じ高さを有する。当然、この領域８は多結晶シリコンから形成することもできる。図１Ｊには、陽極接合によって間隔部材５０と接続されたキャップウェハ１７が示されている。この場合の可動のセンサ構造２７は、それ自身構造化されていないキャップウェハ１７のそばにあるがこのキャップウェハ１７とは接触しない。なぜなら、間隔部材５０および領域８の高さは可動のセンサ構造２７の高さより大きいためである。この実施例では、キャップウェハ１７は間隔部材５０と領域８の上方に設けられている。有利には、キャップウェハ１７は基板材料２の第１の面６から出発して平坦化処理され、基板材料２はこの基板材料２の第２の面９から出発して平坦化処理される。この場合、Ｂ′で示されている平面はそこまで平坦化処理されるべき平面を表し、この基板材料２の第２の面９の平面Ｂ′は、トレンチ構造３の平面まで達する。これによって有利には、完成したマイクロマシンコンポーネント１の裏面接続が可能となる。図１Ｋには、マイクロマシンコンポーネント１の実施形態が概略的に示されている。図１Ｌには、マイクロマシンコンポーネント１のほかの実施形態が概略的に示されている。この場合、キャップウェハ１７には付加層２５が設けられ、第３の絶縁層１５が基板材料２の第２の面９上に形成されている。この付加層２５は、例えば絶縁体あるいは導電層であってもよく、随意に電気的に接続することができる。付加層１０は、トレンチ構造３における第１の充填層５と接触状態にある。有利には、この付加層１０はアルミニウム金属化部である。ほかのコンポーネントへのフリップチップボンディングを実現する金属化部も考えられる。図１Ｍには、間隔部材５０を配置せずに製造可能なマイクロマシンコンポーネント１の実施形態が概略的に示されている。この場合、キャップウェハ１７は接続層２３によってセンサ構造２７′および領域８と接続されており、この接続層２３は例えばシールガラスから形成することができる。この場合も、可動のセンサ構造２７は構造化されていないキャップウェハ１７とは接触しない。
【００２８】
図１Ｎには、間隔部材５０および接続層２３が設けられたマイクロマシンコンポーネント１の実施形態が示されている。
【００２９】
図１Ｏから図１Ｔには、コンタクトパッド２６が設けられたマイクロマシンコンポーネント１の実施形態が示されており、このコンタクトパッド２６は第２の充填層１３上に取り付けられ、第２の絶縁層１５′によって覆われる。付加層２５と接合して、キャップウェハ１７への接続が形成する。別の代替的な実施形態（図示せず）では、記載してきたマイクロマシンコンポーネント１の裏面接続は原則として必要不可欠ではない。キャップウェハ１７が例えばボンディングパッド領域において構造化されていることも同様に考えられる。これは、マイクロマシンコンポーネント１の電気的な接続を第１の面６から実現するためである。ただしこの場合、接続層２３（例えばシールガラスから成る）によりキャップウェハ１７と可動のセンサ構造２７の間の間隔が確保されるために、可動のセンサ構造２７の領域ではキャップウェハ１７を構造化する必要はない。非可動のセンサ構造２７上に固定されるキャップウェハの場合でも、間隔部材５０上に固定されるキャップウェハの場合でも、キャップウェハ１７の上述の部分的な構造化する位置を変えることができる。
【図１Ａ】
0005419863.tif 000002
【図１Ｂ】
0005419863.tif 000003
【図１Ｃ】
0005419863.tif 000004
【図１Ｄ】
0005419863.tif 000005
【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図１Ｇ】
0005419863.tif 000008
【図１Ｈ】
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【図１Ｉ】
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【図１Ｊ】
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【図１Ｋ】
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【図１Ｌ】
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【図１Ｍ】
0005419863.tif 000014
【図１Ｎ】
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【図１Ｏ】
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【図１Ｐ】
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【図１Ｑ】
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【図１Ｒ】
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【図１Ｓ】
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【図１Ｔ】
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