(57)【要約】【課題】  ポリシリコン構造体が、ＭＥＭＳレゾネ−タの製造工程中における電荷の蓄積による破壊されることを防止する。【解決手段】  ＭＥＭＳレゾネ−タは、ポリシリコン構造体５０と、ｐ型のＳｉ基板２０と、がアンカー部５１で直接接続されるＭＥＭＳレゾネ−タ１０であって、前記アンカー部５１において、前記Ｓｉ基板２０の前記ポリシリコン構造体５０との接続面に熱拡散工程によって形成されるｎ+層から成る拡散層２５と、拡散層２５とＳｉ基板２０との界面に形成されるダイオード６０と、を備える。【選択図】      図１
2006165838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリシリコン構造体と、ｐ型のＳｉ基板と、がアンカー部で直接接続されるＭＥＭＳレゾネ−タであって、
前記アンカー部において、前記Ｓｉ基板の前記ポリシリコン構造体との接続面に熱拡散工程によって形成されるｎ+層から成る拡散層と、
前記拡散層と前記Ｓｉ基板との界面に形成されるダイオードと、
を備えることを特徴とするＭＥＭＳレゾネ−タ。
【請求項２】
請求項１に記載のＭＥＭＳレゾネ−タにおいて、
前記ポリシリコン構造体を形成する工程の後に、熱拡散工程によって前記拡散層を形成し、
前記熱拡散工程の後に、前記ポリシリコン構造体が所定の形状に成形されることを特徴とするＭＥＭＳレゾネ−タ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のＭＥＭＳレゾネ−タにおいて、
前記ダイオードの逆方向電圧の閾値が、前記ＭＥＭＳレゾネ−タの製造工程中に前記ポリシリコン構造体に蓄積される電荷によって前記ポリシリコン構造体が破壊されない範囲の値に設定されていることを特徴とするＭＥＭＳレゾネ−タ。
【請求項４】
ポリシリコン構造体と、ｐ型のＳｉ基板とがアンカー部で直接接続されるＭＥＭＳレゾネ−タの製造方法であって、
前記Ｓｉ基板の表面に犠牲層としての絶縁層を形成する工程と、
前記アンカー部が前記Ｓｉ層と直接接続するようにポリシリコン構造体を形成する工程と、
前記アンカー部にｎ+層からなる拡散層を形成する熱拡散工程と、
前記ポリシリコン構造体を所定の形状に成形する工程と、
前記絶縁層を除去する工程と、
を含めることを特徴とするＭＥＭＳレゾネ−タの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造プロセスを用いて形成されるＭＥＭＳレゾネ−タと、その製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細加工技術の進展に伴い、いわゆるマイクロマシン（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）素子が注目されている。
従来、Ｓｉ基板と、その基板上に不純物をイオン注入して拡散形成されたｎ層またはｐ層からなる配線と、配線を保護する酸化膜と、酸化膜上に形成された窒化膜と、配線と電気的につながる配線接続部と、ポリシリコンによりなる配線接続部上及び窒化膜上に形成された構造体とを有し、基板上において、酸化膜と配線接続部の間に前記窒化膜が形成されている表面マイクロマシン（ＭＥＭＳ構造体）というものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１８６９３３号公報（第２頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような特許文献１では、ポリシリコン構造体をＳｉ基板に接続形成した後に、ドライエッチングによりポリシリコン構造体を所定の形状に成形しているが、ドライエッチング工程において用いられるプラズマによって、ポリシリコン構造体に電荷が蓄積され、電荷が蓄積許容量を超えた場合において、ポリシリコン構造体が破壊されたり、変形されてしまうというようなチャージダメージが発生するというような課題がある。
【０００５】
本発明の目的は、前述した課題を解決することを要旨とし、ポリシリコン構造体が製造工程中における電荷の蓄積により破壊されることを防止できるＭＥＭＳレゾネ−タ及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のＭＥＭＳレゾネ−タは、ポリシリコン構造体と、ｐ型のＳｉ基板と、がアンカー部で直接接続されるＭＥＭＳレゾネ−タであって、前記アンカー部において、前記Ｓｉ基板の前記ポリシリコン構造体との接続面に熱拡散工程によって形成されるｎ+層から成る拡散層と、前記拡散層と前記Ｓｉ基板との界面に形成されるダイオードと、を備えることを特徴とする。
ここで、形成されるダイオードは、例えば、拡散層側がアノード、Ｓｉ基板側がカソードとなる保護ダイオードである。
【０００７】
この発明によれば、ポリシリコン構造体とＳｉ基板とが相互に直接接合されるＳｉ基板の表面に拡散層を設けることによって、拡散層とＳｉ基板との界面にダイオードが形成されるために、専用のダイオードを備えることなく、ＭＥＭＳレゾネ−タにダイオードを設けることができる。
【０００８】
また、前記ポリシリコン構造体を形成する工程の後に、熱拡散工程によって前記拡散層を形成し、前記熱拡散工程の後に、前記ポリシリコン構造体が所定の形状に成形されることが好ましい。
ここで、熱拡散工程としては、例えば、ｎ型ドープ剤としてＰＯＣｌ3ガス（三塩化リンガス）を採用し、拡散層としてはｎ+層のリンガラスが形成される。
また、ポリシリコン構造体が所定の形状に成形する方法としては、例えば、ドライエッチングを採用する。
【０００９】
このようにすれば、ＣＭＯＳ製造プロセスにおいて拡散層とＳｉ層との界面にダイオードを容易に形成することができる。そして、ポリシリコン構造体を成形する際にポリシリコン構造体に蓄積される電荷をダイオードによってＳｉ基板側に逃がし、ポリシリコン構造体が蓄積される電荷によって破壊されることを防止することができる。
【００１０】
また、本発明では、前記ダイオードの逆方向電圧の閾値が、前記ＭＥＭＳレゾネ−タの製造工程中に前記ポリシリコン構造体に蓄積される電荷によって前記ポリシリコン構造体が破壊されない範囲の値に設定されていることが好ましい。
【００１１】
このようにすれば、ポリシリコン構造体に蓄積される電荷をダイオードによって、ポリシリコン構造体が破壊される前にＳｉ基板側に逃がすような値に設定することにより、ポリシリコン構造体が蓄積される電荷によって破壊されることを防止することができる。
【００１２】
また、本発明のＭＥＭＳレゾネ−タの製造方法は、ポリシリコン構造体と、ｐ型のＳｉ基板とがアンカー部で直接接続されるＭＥＭＳレゾネ−タの製造方法であって、前記Ｓｉ基板の表面に犠牲層としての絶縁層を形成する工程と前記アンカー部が前記Ｓｉ層と直接接続するようにポリシリコン構造体を形成する工程と、前記アンカー部にｎ+層からなる拡散層を形成する熱拡散工程と、前記ポリシリコン構造体を所定の形状に成形する工程と、前記絶縁層を除去する工程と、を含めることを特徴とする。
【００１３】
このような製造方法によれば、拡散層とＳｉ基板との間の界面に、ＣＭＯＳ製造プロセスによってダイオードを容易に形成することができる。このことによって、製造工程中において、ポリシリコン構造体の蓄積電荷による破壊を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１には、本発明の実施形態に係るＭＥＭＳレゾネ−タの断面図及び平面図が示され、図２は、ＭＥＭＳレゾネータの製造方法の工程を示す断面図、図３は、本実施形態によるダイオードの特性を示す特性図である。
（実施形態）
【００１５】
図１には、実施形態のＭＥＭＳレゾネータ１０の一例が示されている。
図１（ａ）は、本実施形態を示す断面図（図１（ｂ）のＡ−Ａ断面）、図１（ｂ）は、平面図である。図１（ａ）、（ｂ）において、ＭＥＭＳレゾネ−タ１０は、半導体基板としてのＳｉ基板２０の表面に形成される犠牲層としての絶縁層３０と、Ｓｉ基板２０に形成されるｎ+層からなる拡散層２５と、この拡散層２５にアンカー部５１が接続して形成されるポリシリコン構造体５０と、配線絶縁層としての層間膜４０と、下部電極７０と、から構成されている。
【００１６】
Ｓｉ基板２０には、詳しくは後述するが、熱拡散工程によって形成される拡散層のｎ+層と、ｐ-層からなるＳｉ基板２０と、の界面にダイオード６０が形成されている。拡散層２５とポリシリコン構造体５０のアンカー部５１とは直接接続されている。
【００１７】
ポリシリコン構造体５０は、アンカー部５１と、犠牲層である絶縁層３０が除去されて形成される振動部５５とから構成されている。なお、このポリシリコン構造体５０は、アンカー部が１箇所の片持支持梁形状を例示しているが、アンカー部を２個所有する両端支持梁形状としてもよい。絶縁層３０の上面には、ポリシリコン構造体５０の周囲に２層の層間膜４０が形成されており、図示しないが、それらの層間には接続配線が形成されている。
【００１８】
続いて、本実施形態によるＭＥＭＳレゾネータ１０の製造方法について図面を参照して説明する。
図２（ａ）〜（ｈ）は、ＭＥＭＳレゾネータ１０の製造方法の工程を示す断面図である。
図２（ａ）は、Ｓｉ基板２０上に絶縁層３０、レジスト３５の形成工程を示す断面図である。図２（ａ）において、Ｓｉ基板２０はｐ-層からなり、その表面にＳｉＯ2からなる絶縁層３０を形成する。この絶縁層３０は、ポリシリコン構造体５０を形成する際の犠牲層である。この絶縁層３０の表面にレジスト３５を形成する。レジスト３５は、後述するポリシリコン構造体５０のアンカー部５１を形成するために開口部３６が開設されている。
【００１９】
次に、エッチング工程によりアンカー部の絶縁層剥離を行う。図２（ｂ）には、絶縁層（犠牲層）３０のエッチング工程が示されている。ここでは、前工程で開設されたレジスト３５の開口部３６部分の絶縁層３０が除去され、Ｓｉ基板２０の表面にまで達する開口部３１が開設される。その後、レジスト３５は除去される。この開口部３１にアンカー部５１をＳｉ基板２０の表面に接続形成する。
【００２０】
図２（ｃ）には、ポリシリコン構造体形成工程が示されている。図２（ｃ）において、ポリシリコン構造体５０を、絶縁層３０の表面と開口部３１内にわたってほぼ均一の厚みにＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等によって形成し、アンカー部５１はＳｉ基板表面に密着する。続いて、ポリシリコン構造体５０を所定の形状（図１（ａ）、を参照）に成形する。
【００２１】
図２（ｄ）には、ポリシリコン構造体５０の成形工程が示されている。この工程では、ポリシリコン構造体５０を、ドライエッチングによって所定の平面形状に成形する。図２（ｄ）において、ポリシリコン構造体５０は、アンカー部５１と振動部５５とが図１（ａ）で示す片持支持梁形状に形成されている。続いて、拡散層２５の形成を行う。
【００２２】
図２（ｅ）には、熱拡散による拡散層形成工程が示されている。拡散層２５は、ＰＯＣｌ3ガス（三塩化リンガス）を用いて熱拡散法によって形成する。この拡散層２５は、Ｓｉ基板のアンカー部５１の下部に形成されるｎ+層の領域である。この際、拡散層２５の周囲にＳｉ基板２０は、ｐ-層で形成されているため、拡散層２５とＳｉ基板２０との界面にはダイオード６０が形成される。拡散層２５は、熱拡散工程で低抵抗化のためのリンが打ち込まれるために、ｎ+層がアノード、ｐ-層がカソードのダイオード６０が形成されることになる。
続いて、層間膜４０が形成される。
【００２３】
図２（ｆ）には、層間膜形成工程が示されている。ポリシリコン構造体５０を含めて絶縁層３０の上面にＳｉＯ2からなる層間膜４０を形成する。この層間膜４０は、図２（ｆ）においては２層で形成されているが、２層に限らず適宜形成することができる。
次に、ポリシリコン構造体５０の周囲にある層間膜４０を除去する。
【００２４】
図２（ｇ）には、ドライエッチングによる層間膜除去工程が示されている。層間膜４０は、ポリシリコン構造体５０の周縁の、後工程による犠牲層としての絶縁層３０を除去するために必要な範囲が除去される。
【００２５】
このドライエッチングの際、ポリシリコン構造体５０には、プラズマによる電荷が蓄積され、ポリシリコン構造体５０が許容できる範囲を超えて電荷量が蓄積されると破壊されたり、変形されたりするが、本実施形態においては、拡散層２５とＳｉ基板２０との界面にダイオード６０が形成されているため、所定の閾値の電荷が蓄積するとＳｉ基板２０に電荷が逃げてポリシリコン構造体５０の破壊を防止できる構造を構成している。ダイオード６０の作用については、図３を参照して詳しく説明する。
【００２６】
次に、犠牲層としての絶縁層３０を除去する。
図２（ｈ）には、絶縁層３０を除去する工程が示されている。図２（ｈ）において、絶縁層３０は、ポリシリコン構造体５０の下部が振動部５５の駆動の妨げにならない範囲でウエットエッチングにより除去される。このようにして、Ｓｉ基板２０の表面にポリシリコン構造体５０が一体で構成されるＭＥＭＳレゾネ−タ１０が形成される。
【００２７】
なお、Ｓｉ基板の表面には、振動部５５の先端部下方に下部電極としての駆動電極７０が形成されている。この駆動電極７０は、周知の製造方法で形成することができるので、説明を省略するが、ポリシリコン構造体５０の形成工程前（図２（ｂ）より前の範囲）で形成することができる他、熱拡散法で拡散層として形成することもできる。
【００２８】
続いて、ダイオード６０の作用について説明する。
図３には、ダイオード６０の特性を示す特性図が示されている。図３において、横軸には、順方向及び逆方向電圧が示表され、縦軸には順方向及び逆方向電流が表されている。ドライエッチングの際にポリシリコン構造体５０から入り込んだ電荷は、拡散層２５に逆方向電圧の閾値であるブレークダウン電圧ＶＢ以上の電圧がかかりだした時点で、このダイオード６０を介してＳｉ基板２０に逃げていく。従って、ポリシリコン構造体５０に、ブレークダウン電圧ＶＢ以上の電荷が蓄積することはなく、ポリシリコン構造体５０が破壊されることがない。
【００２９】
ポリシリコン構造体がドライエッチング工程において蓄積される電荷によって破壊されない閾値としてのブレークダウン電圧ＶＢは、本実施形態では、５Ｖ〜１０Ｖの範囲で設定されていればよいことが実験結果から得られている。このブレークダウン電圧ＶＢは、前述した熱拡散による拡散層形成工程において、リン等の濃度によって決定されるものであり、この値を制御することにより任意のリン濃度の拡散層を形成することができる。
【００３０】
従って、前述した実施形態によれば、ポリシリコン構造体５０とＳｉ基板２０とが相互に直接接合されるアンカー部５１のＳｉ基板の表面に拡散層２５を設けることによって、その界面にダイオード６０が形成することができ、専用のダイオードを備えることなく、ダイオードを設けることができる。
【００３１】
また、ダイオード６０を設けることによって、ポリシリコン構造体５０に、ブレークダウン電圧ＶＢ以上の電荷が蓄積することはなく、製造工程中において、ポリシリコン構造体５０が破壊されることを防止することができる。
【００３２】
さらに、前述した製造方法によれば、拡散層２５とＳｉ基板２０との間に、特別な製造設備を用いることなくＣＭＯＳ製造プロセスによってダイオード６０を容易に形成することができる。
【００３３】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前述した実施形態によるＭＥＭＳレゾネ−タ１０は、Ｓｉ基板２０の上面にポリシリコン構造体５０を形成しているが、このＳｉ基板内に駆動回路等を内臓した半導体装置上にポリシリコン構造体５０を形成することができる。
【００３４】
また、前述の実施形態では、ポリシリコン構造体５０が片持支持梁構造である例を例示したが、ポリシリコン構造体の形状は、片持支持梁構造に限らず、例えば、両端支持梁構造でも、中心部から放射状に梁が延在する構造の振動体を有するＭＥＭＳレゾネ−タにも応用することができる。
【００３５】
従って、本発明によれば、拡散層とＳｉ基板との界面にダイオードを備えることにより、ポリシリコン構造体が、製造工程中における電荷の蓄積により破壊されることを防止できるＭＥＭＳレゾネ−タと、その製造方法を提供することができる。
【００３６】
なお、本発明のＭＥＭＳレゾネ−タは、ＭＥＭＳによるアクチュエータ、ジャイロセンサ、加速度センサ、共振器等に応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】（ａ）は、本発明の実施形態に係るＭＥＭＳレゾネ−タの断面図、（ｂ）は、その平面図。
【図２】（ａ）〜（ｈ）は、本発明の実施形態に係るＭＥＭＳレゾネータの製造方法を示す断面図。
【図３】本発明の実施形態に係るダイオードの特性を示す特性図。
【符号の説明】
【００３８】
１０…ＭＥＭＳレゾネ−タ、２０…Ｓｉ基板、２５…拡散層、３０…犠牲層としての絶縁層、４０…層間膜、５０…ポリシリコン構造体、６０…ダイオード、７０…駆動電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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