(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面微小機械的構造の製造方法であって、珪素ウエファー（３）上に犠牲層（１４）が形成され、犠牲層（１４）上に第二層（１５）が析出されかつ構造化され、犠牲層（１４）が、エッチプロセスで犠牲エッチ層（１４）をエッチするが、第二層（１５）をエッチしないエッチ媒体で除去され、それによって除去された犠牲層（１４）の厚さの間隔をおいて珪素基板（９）上に自立しておりかつ珪素基板（９）上に若干の位置で固定されている構造（７）が形成され、この際微小機械的構造（７）の露出のために、蒸気相エッチングにおいて珪素ウエファ（３）が弗化水素酸（ＨＦ）及び水から成る混合物の蒸気相に暴露されることからなる、表面微小機械的構造の製造方法において、珪素ウエファー（３）が蒸気相エッチングの間加熱され（５）、珪素ウエファー（３）の表面上に微小機械的構造（７）に凝縮物が付着することが回避されることを特徴とする、表面微小機械的構造の製造方法。
【請求項２】
珪素ウエファー（３）が蒸気相エッチングの際、共沸弗化水素酸溶液（３８．２６％）を含有する容器（２）の上方に配置されており、かつ露出すべき構造を有する珪素ウエファー（３）の表面（４）が容器内室に向けられており、かつ飽和蒸気相に暴露されている請求項１記載の方法。
【請求項３】
凝縮がポンプによって防止される、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
第二層（１５）がポリシリコン（Ｐｏｌｙｓｉｌｉｚｉｕｍ）から成り、犠牲エッチ層（１４）がドープされていない酸化珪素から成り、かつ無水弗化水素酸と水とから成る混合物の蒸気相中での蒸気相エッチングで除去され、次の洗浄及び乾燥が行われない、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
蒸気相エッチングの際、エッチ速度を制御するために、珪素ウエファー（３）の表面（４）上の水分が特定の値に調節される、請求項４記載の方法。
【請求項６】
珪素ウエファー（３）上に配置された付加的電気回路が、蒸気相エッチング前にエッチ媒体からの保護のためにフォトレジストから成る保護膜によって被われ、かつ同保護膜が蒸気相エッチング後にフォトレジストストリッパー（Ｆｏｔｏｌａｃｋｒｔｒｉｐｐｅｒ）で酸素プラズマを用いて除去される、請求項４又は５記載の方法。
【請求項７】
蒸気相エッチング前に、フォトレジストから成る補強部材（１１）が、特に大きい構造を有する露出すべき構造（プレート７）と珪素基板（９）との間のブリッジとして製作され、蒸気相エッチングの際に犠牲エッチ層の除去によって構造（プレート７）が露出され、かつエッチ抵抗性フォトレジスト補強部材（１１）によって同構造の出発位置で安定化され、かつ蒸気相エッチング後に補強部材（１１）が酸素プラズマで除去される、請求項４から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
閉鎖された構造を製造するために、蒸気相エッチング前に、蒸気相中で徐々にかつ残留物なしにエッチされ、かつＬＰＣＶＤ蒸着（Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｉｓｐｏｓｅｄ）にも適合している材料から成る補強部材（１１）が、特に大きな構造の露出すべき構造（プレート７）と珪素基板（９）との間のブリッジとして製作され、ＬＰＣＶＤ蒸着における閉鎖部材（Ｋａｐｓｅｌｕｎｇ）として、露出すべき構造へ通じるエッチ孔（１３）を有するもう１つの層（カバー１２）が取り付けられており、蒸気相エッチングによる第１エッチ工程で犠牲エッチ層の酸化珪素が完全に除去され、徐々にエッチされる補強部材（１１）は一部分しかエッチされず、引き続くエッチによる第２エッチ工程では補強部材（１１）が除去され、かつ構造が露出され、次にもう１つの層の析出によって閉鎖部材が閉じられ、ウエファーが引き続き加工され、かつ個別化される、請求項４又は５記載の方法。
【請求項９】
一時的補強部材（１１）として薄いポリシリコン層が使用され、酸化珪素から成る犠牲エッチ層に対するポリシリコン層のエッチ選択性が酸素注入によって適確に調節される、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
個別化（Ｖｅｒｅｉｎｚｅｌｕｎｇ）が蒸気相エッチング前に行われ、かつ蒸気相エッチングがチップ面上で行われる、請求項４から９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
さらにテスト構造が取り付けられていて、ポリシリコンから成る第二層（１５）の範囲及びコンデンサ極板としての珪素基板（９）を、それらの間に存在する、誘電体としての犠牲エッチ層と接触させ（接触先端部１８と１５，１９と９）、蒸気相エッチングの間に犠牲エッチ層（１４）を空気と代えると有効相対誘電率が下り、かつ相応の容量信号によりエッチの進行が追求され、場合により制御される、請求項４から１０までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
第二層（１５）上に接触先端部（１８）が圧力で装着されていて、テスト構造が犠牲エッチ層（１４）の除去後に接触先端部（１８）によって圧縮され、これによって第二層（１５）が珪素基板（９）に密着して、ショートもしくは容量信号の急激な増大が行われ、これによってエッチプロセスの終了が表示される、請求項１記載の方法。
【請求項１３】
第二層がポリシリコンから成り、犠牲エッチ層がドープされた酸化珪素から成り、犠牲エッチ層を除去するためのエッチプロセス前に、徐々にエッチされる材料、特に酸素注入によるポリシリコンから成る補強部材が露出すべき構造と珪素基板との間のブリッジとして製作され、エッチ媒体の液相中での第１エッチ工程で犠牲エッチ層が完全に除去され、この際徐々にエッチされる補強部材は一部分しかエッチされず、該部材の補強機能を引き続き果しており、珪素ウエファーが洗浄され、かつ遠心分離によって乾燥され、この際補強部材はそれらの位置で構造を保持し、かつ基板表面上の付着を防止し、かつ蒸気相エッチングによる第２工程で補強部材が除去され、これによって構造が露出される、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、請求の範囲の上位概念による表面の微小機械的構造の製造方法に関する。
背景技術
刊行物・国際公開９２／０３７４０からは、表面の微小機械的構造の製造方法は公知であり、この場合には珪素ウエファーとしての珪素基板上に酸化珪素から成る犠牲エッチ層（Opferschicht）を析出し（deponiert）かつとりわけ珪素基板に対する窓（Fenster）が露出構造（freie Strukturen）を後で結合するための位置として製作されるように同層を構造化する。犠牲エッチ層上には、ポリシリコン（Polysilizium）から成る第二層を析出させ、同様に後で得られる露出構造の横方向限界に応じて構造化する。
次に、多結晶質珪素（Polykristallines Silizium）、ひいては前記第二層に対する高い選択性を有するエッチ液としての水性弗化水素酸溶液を用いて犠牲エッチ層を除去する。これによって、除去された犠牲エッチ層の厚さの間隔をもって珪素基板上に自立しておりかつ犠牲エッチ層の予め構造化された窓の位置で珪素基板上に固定されている構造が得られる。
エッチング後に珪素ウエファーを洗浄し、次いで洗浄液をウエファー及び微小機械的構造から再び除去しなければならない。この場合それ自体常用の遠心分離又は加熱による乾燥は不可能である、それというのも回収される液体がその表面張力によって露出エッチされた
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微小構造上に諸力を及ぼすからである。これによって露出された柔軟な微小構造が変形され、珪素基板上に接触し、ひいては基板表面上に不可逆的に付着し続ける。従って洗浄液を、凍結（例えばシクロヘキサン）又は溶剤抽出（フォトレジスト／アセトン混合物）によって固相に変えられうる液体と交換することが知られている。次に昇華又は化学反応、例えば公知のフォトレジスト／アセトン−灰化工程（Veraschungsprozess）によって固体状からガス状への移行が行われ、この際表面張力による最小の力しか生じないので、微小機械的構造が露出し続ける。
本発明の利点
請求の範囲の請求項１の特徴を有する冒頭記載の製造方法の場合には、エッチング及び微小機械的構造の露出のために、珪素ウエファーをエッチ液中に浸漬せず、従ってまた費用をかけて乾燥する必要もない。それに対して珪素ウエファーを蒸気相エッチングにおいて無水弗化水素酸と水とから成る混合物の蒸気相に暴露し、適当な手段、例えばウエファーの加熱によって、露出している微小機械的構造に付着する凝縮物がウエファー表面上に形成されないように保証すべきである。エッチ反応における水は生成物であるが、水はまた開始剤としても不可欠である。それというのも酸化珪素の除去の際には反応は次の方程式による中間工程により行われるからである：
ＳｉＯ２＋４ＨＦ  →  ＳｉＦ４＋４Ｈ２Ｏ
従って有利には、ウエファー表面における水分の調節によって反応速度を制御しかつエッチプロセスを調節することができる。蒸気相から出る水の他に、エッチング前に吸収されたもしくは吸着された水の量もエッチ速度に影響を及ぼす。わずか数時間の短いエッチ時間も可能であって、蒸気相エッチング後には微小機械的構造が露出しておりかつ乾燥している。従来の方法の場合に生じるような数日までの期間を有する時間のかかる昇華及び洗浄は不要である。また蒸気相エッチングの場合には構造への力の作用が小さいために極めて鋭敏な構造を実現することができる。該蒸気相エッチングはＩＣ製造のいろいろな場所で実施することができ、ひいては標準技術の使用や評価エレクトロニクスの集積性（Integrierbarkeit）を容易にする。さらに該方法は簡単な手段で実施することができかつ現存する諸工程にも転用することができる。
請求項２以下は、請求項１による製造方法の有利な実施態様を包含している。特に、ドープされていない酸化珪素（undotiertes Siliziumsubstrat）から成る犠牲エッチ層は有利には蒸気相エッチングで直接除去することができる。さらに珪素基板と露出エッチすべき（freizuaetzend）構造との間に機械的補強部材を施すことができ、該方法の終わりに初めて同部材を除去する。また、ドープされた酸化珪素（dotiertes Siliziumoxid）を慣用の第１エッチ工程でエッチ液で除去しかつ洗浄液を遠心分離によって除去することもでき、次に乾式蒸気相エッチングでの第２エッチ工程によって補強部材を除去する。特に個別化（Vereinzelung）の際の微小機械的構造の保護のためには、閉鎖された装置（verkapselte Anordnungen）も設計することができる。蒸気相エッチングによる犠牲エッチ層の除去は、ウエファー面での加工工程を必要とせず、チップ面への個別化後にも行うことができる。弗化水素酸の３８．２６％の共弗濃度の場合には、液相中での弗化水素酸／水の割合は気相中での同割合に等しく、その結果時間に関する一定のエッチ条件が得られる。
特に、テスト構造（Teststruktur）及び容量測定によって現場エッチ速度調節（In-Situ-Aetzratenkontrolle）を有利に行うことができる。それというのもエッチ媒体は導電性でないからである。
【図面の簡単な説明】
本発明の実施例は図面に図示してあり、次の記載で詳述してある。
第１図は、無水弗化水素酸及び水を一部分入れてありかつ珪素ウエファーがその上に載置されている容器の略示断面図を示す。
第２図は、機械的補強部材の施された、加速センサーの比較的大きな微小機械的構造の斜視図である。
第３図は、カバーを有する第２図と同様の実施態様の斜視図である。
第４図は、現場エッチ速度調節のためのテスト構造の斜視図である。
第５図は、第４図による装置における容量を変化させるためのグラフである。
実施例の説明
第１図には、３８．２６％の共弗濃度を有する弗化水素酸ＨＦを含有する容器２を有する、蒸気相エッチングのための装置１を図示してある。この容器上には珪素ウエファー３が密着されていて、微小機械的構造がその上に製造される表面４は容器内面に向いており、従って無水弗化水素酸及び水とから成る蒸気相に暴露されている。珪素ウエファー３は多数の珪素基板９を有していてもよい。
ウエファー３の上部には、ウエファーを加熱するための加熱装置５が配置されている。水膜の凝縮は加熱の他にポンプによっても防止されうる。
珪素ウエファー３は、第１図の装置における蒸気相エッチング前には、珪素基板上に、後で構造要素を固定するための窓（Fenster）を有する酸化珪素から成る犠牲エッチ層が析出されているように形成されている。犠牲エッチ層上には、ポリシリコン（Polysilizium）から成る第二層が析出されており、構造要素の横方向の限界に応じて構造化されている。
第１図の装置では、蒸気相エッチングによって犠牲エッチ層が乾式除去され、その結果自立構造要素（freistehende Strukturelemente）が犠牲エッチ層の厚さの間隔において珪素基板上に自立している。
加熱装置５による珪素ウエファー３の加熱を調節することによってウエファー表面４の水分が調節され、これによってエッチ速度が制御できる。酸化珪素から成る犠牲エッチ層がドープされていない場合には、この犠牲エッチ層は直接除去されうる。この際露出された構造に対しては最小の力しか生じない。
表面微小機械的構造及びセンサーを実現する場合には、しばしばまた電気回路も、特に評価回路の方式で組込まれるので、これらの構造及びセンサーは適当なＩＣ適合保護膜によってエッチ媒体に対して保護されなければならない。液状のエッチ媒体中での従来のエッチングの場合には、フォトレジスト（Fotolacke）は、エッチプロセスが終了するずっと前に膨潤して、すでに短時間後に剥離する傾向があるので、保護効果はなくなる。これに対して本発明の蒸気相エッチングの場合には、通常のポジ形フォトレジスト（Positivlack）はエッチ媒体に対する極めて良好な抵抗性を示し、従って全エッチプロセスの間組込まれた回路の有効な保護を示す。蒸気相エッチング後にフォトレジストを酸素プラズマによって除去する。
第２図には、加速センサーの測定要素としての露出すべき比較的大きい構造６を図示してある。同構造６は、大体においてプレート（Platte）７としての材料から成り、このプレートはその縁で４個の脚８を介して支持体としての珪素基板９に結合されており、これによって機械的に極めて柔軟に吊着されている（weich aufgehaengt sind）。図示された状態では、脚８を有するプレート７は、その横方向の限界におけるエッチみぞ１０上でエッチされている。さて次の、第１図による蒸気相エッチングによってプレート７の下にある酸化珪素から成る犠牲エッチ層（明示されていない）が除去されることになる。
機械的に極めて柔軟な吊着のために、露出エッチング（Freiaetzen）の際のすでに極めて小さい力でも該材料もしくはプレート７の変位を起こし、不可逆的な付着をもたらす危険性がある。この危険性を防止するために、蒸気相エッチングの前に、露出すべき構造、つまりプレート７と珪素基板９から成る支持体との間にフォトレジストから成る補強部材を取付ける。これらの補強部材１１はその都度の材料の縁又は中央部に任意の数で取付けられ、エッチプロセスの間の変位、ひいては付着を防止することができる。この場合使用されるエッチ媒体に対するフォトレジストのエッチ抵抗性が利用されるのでその都度の材料もしくはプレート７に一時的補強部材が設けられるのである。
フォトレジストから成るこれらの補強部材は、有利には電気回路のフォトレジスト保護膜と一緒に同時に取付けられる。露出エッチング（Freiaetzen）後にフォトレジスト、つまり場合により保護膜及び補強部材が酸素プラズマで除去され、これによって構造が露出される。
前記方法でドープされていない酸化珪素から成る犠牲エッチ層が完全に除去されうる。またこの方法はミリトル（mtorr）の範囲の圧力の場合には、ＰＳＧ（phosphor-Silikat-Glaeser＝珪素燐ガラス）のエッチングにも適当である。しかしまた、犠牲エッチ層のためには、ドープされた酸化物（珪酸硼素又は珪酸燐ガラス）又は窒化珪素も使用される。液状媒体中でのエッチの場合には、このようなドープされた犠牲エッチ層が残留物なしにエッチされうる。しかし、本発明の蒸気相エッチングの場合には、犠牲エッチ層の成分、例えばドープ物質が珪素基板表面上で増量し、水溶性ではあるが、本発明の乾式方法の場合にはその利点を放棄することなしには除去され得ない膜もしくは粒子を後に残す。従ってこのようなドープされた犠牲エッチ層の蒸気相でのエッチングは実際には実施できない。しかしそれにも拘らず本発明方法の利点はこの場合にも利用することができる。このためには同様に、例えば第２図で図示してあるように、構造６に補強部材１１を取付ける。この場合にはこれらの補強部材は、除去すべき犠牲エッチ層に対して徐々にエッチする材料から製造されている。構造の露出エッチング（Freiaetzen）のためには、２段階エッチを行う：先ず第一に公知方法によりエッチ液中で犠牲エッチ層を除去する。この際には徐々にエッチする補強部材１１はまだ十分に保存されており、それによって露出すべき構造つまりプレート７はその変位が防止されており、付着することはない。補強部材１１による固定によって構造上には比較的大きな力が不利な影響なしに作用することができるので、珪素ウエファーの乾燥は簡単な遠心分離（Schleudern）によって行うことができる。乾燥のための費用のかかる昇華方法又は化学的方法は省略することができる。これに引続いて補強部材１１は本発明の乾式蒸気相エッチングで除去され、それによって構造が露出される。
第３図は、第２図と同様な構造６の組立が図示してあり、従って同一部分には同一参照数字が用いられている。この場合にも加速センサーのプレート７としての材料は、脚８を介して周囲の珪素基板９に比較的柔軟に吊着されており、プレート７の下にある犠牲エッチ層の蒸気相エッチング前には、補強部材１１はブリッジとして取付けられている。さらに構造６はポリシリコン（Polysilizium）から成るカバー１２によって被われている。カバー１２の側方の立上り面には構造６への通路としてのエッチ孔１３が設けられている。
このような閉鎖された実施態様の場合には、補強部材１１のためにフォトレジストは使用できない。それというのも温度の理由からカバー１２としての第二ポリシリコン層はフォトレジストを介して付着されえないからである。従ってフォトレジストの代りに、ＬＰＣＶＤ−蒸着（Low Pressure Chemical Vapor Disposed）に適合しており、かつ蒸気相エッチングで徐々にかつ残留物なしにエッチされる材料を使用する。この材料も一時的補強のために役立ちかつ犠牲エッチ層の材料よりも遅くエッチされる。この一時的補強部材１１の適当な材料としては、薄いポリシリコン層が使用され、犠牲エッチ層の酸化珪素に対する前記ポリシリコン層のエッチ選択性は酸素注入（Sauerstoffimplantation）によって適確に調節されうる。
露出エッチング（Freiaetzen）のためには、エッチ媒体が構造６へのエッチ孔１３によって形成された内室に入る。第１のエッチ段階では先ず犠牲エッチ層が完全に除去される。この際には補強部材１１は一部分しかエッチされず、それらの支持機能を引続き保持しているので、露出すべき材料すなわちプレート７はその位置に固定されていて、支持体への付着が防止されている。次に第２エッチ段階では継続的エッチングによって補強部材１１が除去され、その結果構造すなわちプレート７が露出される。次に室装置（Kammeranordnung）はもう一つの層の付着（Deposition）によって閉鎖されかつウエファーが引続き加工されるかつ個別化されうる（vereinzeln）。ウエファーを標準鋸で個別化する場合（bei der Vereinzelung）には閉鎖された装置が有利である、それというのもこの場合には鋸スラッジ（Saegeschlamm）や冷却液が露出された構造の下に入っていくことができないからである。
微小機械的要素の鋸断（Saegen）及び個別化の際の前記難点を回避するための他の手段は、犠牲エッチ層のエッチング及び鋸断の通常の順番を交換することである。蒸気相エッチングによる本発明の方法は、液体エッチングによる公知方法とは対照的にウエファー面上での加工工程を必要としないので、犠牲エッチ層のエッチングをチップ面での個別化後にも行うこともできる。個別化は有利には接着被覆を有する鋸箔（Saegefolie）上で行う。構造化されたが、しかしまだ露出されていない微小機械的構造を保護するためには、表面を特殊の箔（Spezialfolie）によって鋸スラッジ（Saegeschlamm）から保護することができる。鋸箔上の個別化されたチップは上部の箔を除去した後蒸気相エッチングにおけるエッチ媒体に暴露され、犠牲エッチ層が除去される。場合によって存在する、組込まれた回路もこの場合にはフォトレジストによって保護される。
第４図には、現場エッチ速度の調節（In-Situ-Aetzratenkontrolle）、制御及びエッチ終了点の認識のために珪素ウエファー上に付加的に設けられているテスト構造（Teststruktur）を図示してある。このために珪素基板９上には犠牲エッチ層１４の範囲が限定されていて、析出されたポリシリコン（Polysilizium）から成る第二層１５で被覆されている。前記層１５は列状孔１６を有し、これらの孔は犠牲エッチ層１４にまで貫通している。第４図の図面は、すでに進んでいるエッチ段階における状態を示す。この段階では蒸気相エッチングにおけるエッチ媒体は列状孔６を通って犠牲エッチ層１４にまで侵入しており、それぞれ１個の孔の下ですでにトラフ状のくぼみ１７がエッチによって形成されている。
珪素基板９及び第二層１５上には、容量測定のための接触先端部（Kontaktspitze）１８，１９が装着されている。
次にテスト構造による現場エッチ速度調節（In-Situ-Aetzratenkontrolle）の関数を第５図により説明する：犠牲エッチ層のエッチ速度は、表面における水の吸着のような外部因子によって影響されるので、正確な制御は現場調節によって行うことができる。本発明の蒸気相エッチングの場合には、エッチ媒体は導電性ではないので、液状エッチ媒体を用いる従来の方法と対照的に、ウエファーは、接触先端部１８，１９と電気的に接触されうる。珪素基板９及びポリシリコンから成る第二層１５はコンデンサのコンデンサ極板を形成する。エッチプロセスが始まると、コンデンサ極板の間の中間空間は誘電体としての犠牲エッチ層で完全に充填される。犠牲エッチ層の酸化珪素はエッチプロセスの進行につれてますますエッチされていき、第５図のグラフのように空気と交換される。これによって有効相対誘電率は３．８５（Ｃox：酸化珪素）から１（ＣLuft：空気）に下がる。従ってエッチの進行は、接触先端部１８，１９を介して読取られる容量信号の変化により追跡することができる。
通常の装置の場合にはエッチ速度が一定ならば測定される容量は先ず二次時間関数によって減少し、次にエッチフロントがオーバーラップすると（bei Ueberlappung von Aetzfronten）飽和に移り、その結果全体として第５図に図示した時間軸に関するＳ状変化が得られる。表面における水の増大及び減少は、このようなＳ状標準曲線からの偏差によって認知することができかつ制御回路において加熱装置５の加熱出力の変化によって補償されうる。従ってエッチプロセスは、例えば表面上の水膜形成によって臨界状態が防止されている、安全な作業範囲で操作されうる。
犠牲エッチ層１４の完全な除去後には、層１５は装着された接触先端部１８の圧力により圧縮されて、珪素基板９に密着することになる。これは、第５図にも図示してあるように、容量信号の突然の増大又はショートによって示される。これによってエッチプロセスの終点が、矢２０により表示される。エッチ速度のこのような現場測定は、過少−及び過剰エッチング及び臨界的作業範囲の回避及び広い範囲におけるエッチ速度の制御を可能にする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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