(57)【要約】シリコン半導体基板中に微小電子機械デバイスを形成する。ガラスウェハ上に金属被覆層を形成する。次いで、結合層の表面仕事関数が約５．１７ｅＶ未満と小さくなるように、この金属被覆層上に金属キャップ層を形成する。半導体基板を、ガラスウェハにアノードとして結合し、次いで、微小電子機械デバイスの顕著な過剰エッチング無しでこの基板をエッチングして構造からシリコンを除去し、それによって、微小電子機械デバイスのクリティカルな寸法の良好な制御が維持される。
2005534513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小電気機械デバイスの形成方法であって、
半導体基板上に微小機械構造を形成するステップと、
自体の仕事関数が小さくなるように、選択された微小機械構造上に金属被覆層を形成するステップと、
前記構造を顕著な過剰エッチング無しで前記構造からシリコンを除去するように前記基板をエッチングするステップとを、含む方法。
【請求項２】
前記金属の仕事関数が約５．１７ｅＶ未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記金属被覆がクロム、ロジウム、またはタングステンを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記選択されたシリコン構造にホウ素が高濃度にドープされた、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
エッチストップが、前記シリコン構造の得られる厚さが約１％未満の公差を実現するのに適する金属を選択することによって制御される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
微小電気機械デバイスの形成方法であって、
半導体層中に微小機械構造を形成するステップと、
ガラスウェハ上に金属被覆層を形成するステップと、
自体の表面仕事関数が小さくなるように、前記金属被覆層上に金属キャップ層を形成するステップと、
前記ガラスウェハに前記半導体をボンディングするステップと、
前記構造の顕著な過剰エッチング無しで前記構造からシリコンを除去するように前記半導体をエッチングするステップとを、含む方法。
【請求項７】
前記金属キャップの表面仕事関数が約５．１７ｅＶ未満である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記金属被覆層が金を含み、前記キャップがクロム、ロジウム、またはタングステンを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記半導体基板が、ホウ素で高濃度にドープされた選択された部分を有するシリコンを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
微小電気機械デバイスの形成方法であって、
半導体層中に微小機械構造を形成するステップと、
自体の仕事関数が小さくなるようにガラスウェハ上に金属被覆層を形成するステップと、
前記半導体基板の一部分をガラスウェハにボンディングするステップと、
前記構造の顕著な過剰エッチング無しで前記構造からシリコンを除去するように前記半導体をエッチングするステップとを、含む方法。
【請求項１１】
微小電気機械デバイスの形成方法であって、
半導体層中に微小機械構造を形成するステップと、
ガラスウェハ上に金属被覆層を形成するステップと、
結合層の仕事関数が小さくなるように、前記金属被覆層上に金属キャップ層を形成するステップと、
前記半導体基板の一部分をガラス基板にボンディングするステップと、
前記構造の顕著な過剰エッチング無しで前記構造からシリコンを除去するように前記半導体をエッチングするステップとを、含む方法。
【請求項１２】
シリコン基板から形成された微小電気機械構造と、
自体の仕事関数が小さくなるように、選択された微小機械構造上に形成された金属被覆層と、
前記シリコン構造からのシリコン除去を制御するためのエッチストップとを備える、微小電気機械デバイス。
【請求項１３】
前記金属被覆層が、自体の仕事関数が５．１７ｅＶ未満になるように、仕事関数が高い１つの金属被覆層と仕事関数が低いキャップを含む別の金属被覆層の２層を含む、請求項１２に記載の微小電気機械デバイス。
【請求項１４】
前記微小電気機械構造デバイスがクリティカルな寸法のビームを含む、請求項１２に記載の微小電気機械デバイス。
【請求項１５】
シリコン基板上のシリコン層中に形成された微小電気機械構造と、
自体の仕事関数が小さくなるようにガラス基板上に形成された金属被覆層と、
前記シリコン基板にボンディングされ金属被覆されたガラス基板と、
前記シリコン構造からのシリコン除去を制御するためのエッチストップとを備える、微小電気機械デバイス。
【請求項１６】
前記シリコン基板が前記構造のクリティカルな寸法を制御するようにエッチングされ、前記シリコン構造の過剰エッチングが最小にされる、請求項１５に記載の微小電気機械デバイス。
【請求項１７】
前記金属の仕事関数が約５．１７ｅＶ未満である、請求項１５に記載の微小電気機械デバイス。
【請求項１８】
前記金属被覆がクロム、ロジウム、またはタングステンを含む、請求項１５に記載の微小電気機械デバイス。
【請求項１９】
前記エッチストップがホウ素で高濃度にドープされたシリコンを含む、請求項１５に記載の微小電気機械デバイス。
【請求項２０】
前記金属被覆層が、表面仕事関数が５．１７ｅＶ未満になるように、仕事関数が高い１つの金属被覆層と仕事関数が低いキャップを含む別の金属被覆層の２層を含む、請求項１２に記載の微小電気機械デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小機械デバイスの形成に関し、より詳細には、微小機械デバイスの形成を促進させるためのエッチストップ制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にＭＥＭＳデバイスと称する微小電気機械デバイスの形成には、シリコンまたは他の半導体材料を使用して小構造を形成する。半導体製作技法を使用してこの構造を形成する。このような技法の１つにシリコンの湿式化学エッチングを用いて、制御された形でシリコンを除去する技法がある。構造のいくつかに必要とされるクリティカルな寸法を形成するためにエッチングの正確な制御が必要とされる。「エッチストップ」がこの制御を実現するのに使用される。ある１つのタイプのエッチストップは、半導体の所望の部分をホウ素で高濃度にドープし、ＥＤＰやＫＯＨなどの異方性エッチャントでエッチングすることによって得られる。エッチャントが高濃度ドープ層に到達すると、エッチング速度が数桁遅くなり、エッチングが効果的に停止される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
シリコンと電気接触を実現するようにエッチングの前にＭＥＭＳデバイスに金属層を追加する。これらの金属層は良好な電気接触を実現するが、エッチャントによって浸食されない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
シリコン、金属、および湿式エッチャントの相互作用による電気化学的な効果の結果、シリコンの過剰エッチングが生じることがある。この過剰エッチングは寸法制御を低下させる。ＭＥＭＳデバイス中でのシリコンなどの半導体材料の過剰なエッチングは小さい仕事関数の半導体材料の金属被覆を用いて最小にされる。さらに、この金属被覆はＥＤＰやＫＯＨなどのエッチャントからの浸食をほとんど受けない。
【０００５】
一実施形態では、この金属被覆の仕事関数は約５．１７ｅＶ未満である。仕事関数が小さく、かつ選択されたエッチャントに対してエッチング耐性のあるいくつかの金属には、クロム、ロジウム、またはタングステンが含まれる。他の実施形態では、この金属層の厚さは、約１０００オングストローム以上３０００オングストローム以下である。
【０００６】
他の諸実施形態では、この金属層は、仕事関数がより低い金属のキャップが付いた仕事関数が高い金属層を含む。いくつかの実施形態では、このキャップの仕事関数は、ほぼ５．１７ｅＶ未満である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下の説明において、本発明の一部分を形成する添付の図面を参照しており、本発明が実施できる具体的な諸実施形態が例示として示されている。これらの実施形態は当業者が本発明を実施できるほど十分詳細に説明しているので、他の諸実施形態を用い、本発明の範疇から逸脱することなく構造的、論理的、電気的な変更を加え得ることは理解されるべきである。したがって、以下の説明は、限定する意味に解釈されるべきではなく、本発明の範疇は添付の特許請求の範囲によって規定される。
【０００８】
図１は、角速度センサ（すなわち、ジャイロ）などの微小電気機械（ＭＥＭＳ）デバイスの一部分１１０の断面図である。本実施形態において、シリコンセンサの機構１１５は、そのセンサの回転または移動部分である。この機構の厚さは、センサの適正な性能にとってクリティカルな寸法であり得る。一実施形態では、１％未満の厚さばらつきが、所望の公差である。
【０００９】
一実施形態では、このシリコン機構は、ホウ素が高濃度にドープされた層１１７中に形成され、あるいは、やはり１１５で示された低濃度にドープされた基板中に拡散される。このシリコン機構と基板１１５を、パイレックス（登録商標）などの支持用のガラス基板１２０にボンディングする。このガラス基板１２０上に形成された仕事関数が低い金属層１２５は、ＭＥＭＳデバイスと電気接触する手段を提供する。このシリコン基板１１５をアノードとしてガラス基板１２０にボンディングする。ボンディングするとすぐに、低濃度ドープシリコン基板を、ＫＯＨやＥＤＰを含む強い塩基の水溶液などの一般的なエッチャントを用いてエッチングし除去する。この低濃度ドープシリコン基板がエッチングされ除去され、ホウ素が高濃度にドープされた材料がエッチャントに曝されるとエッチングは停止する。エッチングが停止するのでエッチングのタイミングはクリティカルにはなり得ない。エッチングが適正になされると、残される唯一のシリコンはこのシリコン機構だけである。
【００１０】
このシリコン機構１１５の寸法制御には、エッチャントとホウ素濃度の選択性の高い組合せが必要とされる（未ドープ基板中のエッチング速度と高濃度ドープ層中のエッチング速度との比は極めて高い）。ＥＤＰをエッチャントとして用い、＞１×１０２０ｃｍ−３のホウ素濃度のとき、＞１０３の選択性が実現される。
【００１１】
金属層はエッチャントに対する耐性のあるものを選択する。金および白金はＥＤＰに対する優れた耐性を有する金属の例である。しかし、シリコン、金属、および湿式エッチャントによって生じたと思われる電気化学的効果が発見された。この電気化学的効果の結果、従来技術の図２の１５０および１５５において認められるようなシリコンの過剰エッチングが生じる。金１２７やシリコン１１５などの異種の材料は、シリコンにエッチストップを越えるエッチングをもたらす。このエッチングの結果、ウェハ溶解エッチングプロセスの際にクリティカルな寸法の正確な制御が損なわれる。シリコン機構の全露出表面から余剰シリコンが除去される。
【００１２】
図２における番号は図１の類似の部分と対応している。図２に、過剰にエッチングされたシリコンを１５０および１５５の破線で示し、シリコン機構をやはり１１５で表している。金属被覆層は１２７で表す。というのは、図１の金属被覆層１２５とは異なっているからである。金属被覆１２７は、仕事関数が高い従来技術の金属被覆である。エッチングが正確に正しい時間で終了しないと、過剰エッチングが生じる。
【００１３】
過剰エッチングの問題を解決するために、金属被覆層１２５の仕事関数は５．１７ｅＶより小さい。この金属被覆は、やはりエッチャントに対して耐性がある。許容最大仕事関数は、シリコンのバンドギャップ（１．１２ｅＶ）およびシリコンの場合の電子親和力（４．０５ｅＶ）の和を計算することによって選択する。ロジウム、クロム、およびタングステンなどの数種類の金属がこの基準を満たしている。さらに、ＮｉやＰｄなどの金属は境界線上にあり、仕事関数が約５．１７ｅＶである。選択する金属は、エッチャントに対して耐性があるだけでなくシリコン機構との電気接触抵抗も低くなければならない。
【００１４】
一実施形態では、この金属層の厚さは１０００オングストローム以上３０００オングストローム以下である。他の実施形態では、振動プレートや他の感知機構などの機構の可動部分を支えるビームとして働くように、シリコン機構をエッチングする。厚さ制御は、プラスマイナス０．１ミクロン程にも小さくなければならないことがある。シリコン機構がその一部分であるＭＥＭＳデバイスは、一実施形態では、ジャイロ、圧力センサ、または加速度計であり得る。
【００１５】
他の実施形態では、金属層１２５は、５．１７ｅＶを超える仕事関数の金または他の金属で形成されこの金の上面に金属層のキャップ１２６を含む。このキャップ１２６は堆積によって形成し、その仕事関数は５．１７ｅＶ未満である。このキャップはシリコンと接触しているので、過剰エッチングはなくなる。このキャップをより良好なワイアボンディングをもたらすために選択された区域中で除去することができる。一実施形態では、このキャップはその仕事関数が約５．０ｅＶ未満であり、エッチャントに対する耐性があり、ウェハボンディングの際に金と銀の間のバリアとなる。クロムは最初の２つの基準を満たすが、約２５０℃以上の温度に曝される場合は良好なバリアではないことがある。ロジウムは全ての基準を満たし、Ｔｉ、Ｗ、またはＭｏもやはり候補である。金に加えて、Ｐｔ、Ｐｄ、またはＮｉなどの仕事関数が高い金属は、キャップとして使用される仕事関数がより低い金属と併用して用いる。このような金属の組合せの仕事関数は５．１７ｅＶ未満でなければならない。ロジウム、クロム、およびタングステンが好ましい候補であるが、これらの要件を満たす他の金属も使用可能であることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】仕事関数が小さい金属被覆を有するＭＥＭＳデバイスの一部分の断面図である。
【図２】仕事関数が大きい金属被覆を有しエッチストップ点の先までエッチングが続いているＭＥＭＳデバイスの一部分の断面図である。
【図１】
2005534513.tif 000003
【図２】
2005534513.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成17年4月5日(2005.4.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小電気機械デバイスの形成方法であって、
半導体基板１１５上に微小機械構造１１５を形成するステップと、
自体の仕事関数が小さくなるように、選択された微小機械構造上に金属被覆層１２５を形成するステップと、
前記構造を顕著な過剰エッチング無しで前記構造１１５からシリコンを除去するように前記基板をエッチングするステップとを、含む方法。
【請求項２】
前記金属の仕事関数が約５．１７ｅＶ未満であり、前記金属被覆１２５がクロム、ロジウム、またはタングステンを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
シリコン基板１１５から形成された微小電気機械構造１１５と、
自体の仕事関数が小さくなるように、選択された微小機械構造１２０上に形成された金属被覆層１２５と、
前記シリコン構造１１５からのシリコン除去を制御するためのエッチストップ１１７とを備える、微小電気機械デバイス１１０。
【国際調査報告】
2005534513.tif 000005
2005534513.tif 000006
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