(57)【要約】本発明は、単結晶表面技術における超小形機械的センサ用の絶縁構造の製造方法に関する。公知の方法では、深い溝により規定されるシリコン構造がエッチングされ、“レリースエッチ”段階により、その下側でも基板の方へ遊離エッチングされる。続いて例えば酸化シリコンのような誘電絶縁材料をこれらの溝へ充填することにより、溝を充填されたシリコン構造の１つの面で開いた３面包囲によるしっかりした固定が行われる。本発明の主要な思想は、溝を充填する代わりに、薄壁のシリコンを非導電材料に変換することである。これは、例えば前もって溝により露出された狭いシリコン桟片の熱酸化により行うことができる。最小構成では、そのため桟片毎に所望の構造深さを持つ２つの溝（穴）をエッチングせねばならない。その間にあるシリコン桟片は、完全な熱酸化を行うことができるようにするため、充分狭くしなければならない。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁構造を製造する方法であって、
半導体基板（１１）を準備し、
半導体基板（１１）に互いに離れた少なくとも２つの溝（１２）及びこれらの溝（１２）の間にある少なくとも１つの桟片（１３）を形成し、
溝（１２）の間にある桟片（１３）が完全に変換されるまで、溝（１２）の範囲にある基板材料を電気絶縁材料（１４）に変換し、
溝の所に形成されて変換された基板材料を介してのみ基板と機械的に結合される機能構造（１５）を基板材料に形成する、
方法段階を持つ方法。
【請求項２】
半導体基板としてシリコンを使用することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
基板の変換が熱酸化により行なわれることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
溝（１２）及びその間にある桟片（１３）を連続的に設けることにより、連続する絶縁酸化物構造（１４）が長い区間にわたって形成されることを特徴とする、請求項１〜３の１つに記載の方法。
【請求項５】
桟片（１３）の幅が大きい場合、変換の方法段階が多段に実施されることを特徴とする、請求項１〜４の１つに記載の方法。
【請求項６】
変換の第１の方法段階後、こうして生じた変換された材料が除去され、続いて変換の第２の方法段階において残された材料が変換されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】  本発明は、単結晶表面技術における超小形機械的センサ用の絶縁構造を製造する方法に関する。
【０００２】  単結晶表面技術における超小形機械的センサでは、例えばばね素子又は板コンデンサの部品のような遊離エッチングされた構造を一方では基板に機械的に固定し、同時にそれから電気的に絶縁するという要求がある。
【０００３】  刊行物である米国特許第５，９３０，５９５号明細書の“表面微細加工されたセンサ及びアクチュエータの絶縁方法”から、深い溝により規定されるシリコン構造をエッチングし、“レリースエッチ”段階によりその下側でも基板の方へ露出させる方法が公知である。続いて例えばシリコンダイオードのように、誘電絶縁材料をこれらの溝に充填すると、充填された溝を持つシリコン構造の１つの面で開いた３面包囲により強固な固定が行われる。
【０００４】  しかしこの方法は一連の欠点を持っている。即ち溝に充填された電気材料は中心線に成長継目を持っている。通常の場合更に継目の内部範囲に空所が生じる。この効果は、機械的不安定性及び信頼性についての問題を生じる。
【０００５】  更に固定及び絶縁の構造は、基板に対して構造の下側を露出するため比較的費用のかかる固有のエッチング段階いわゆるレリースエッチ段階を必要とする。この段階は、後で本来の機械的構造を形成する際、もう一度必要とされ、従って処理系列において２倍起こる。
【０００６】  米国特許第６，２３９，４７３号明細書から、超小形機械的装置用の絶縁構造及びその製造方法が公知であり、まず大きいアスペクト比を持つ深い溝がシリコン基板へエッチングされ、続いて熱又は析出酸化シリコンを再び充填される。それからこうして充填された溝が機能構造と共に完全に二次エッチングされるので、露出された部分にある機能構造が、基板に対して垂直な電気絶縁物を持つ。ここでも大きい欠点は、溝に酸化シリコンを充填する際、その中央に成長継目及び空所が生じて、装置の不安定性を著しく高めることである。
【０００７】  本発明の課題は、これらの欠点を回避し、遊離エッチングされた構造を、場所を節約して確実に基板に機械的に固定し、同時に基板から電気絶縁することである。
【０００８】  この課題は請求項１の特徴を持つ方法によって解決される。本発明の構成は従属請求項の特徴に従って行なわれる。
【０００９】  本発明の主要な思想は、溝を満たす代わりに、薄壁のシリコンを非導電性材料に変換することである。これは、例えばまず溝により露出された狭いシリコン桟片の熱酸化により行うことができる。そのため最小構成において、桟片毎に所望の構造深さを持つ２つの溝（穴）をエッチングせねばならない。その間にあるシリコン桟片は、完全に熱で酸化できるようにするため、充分狭くなければならない。
【００１０】  この酸化の際、シリコンが完全に酸化シリコンに変換され、その際容積をほぼ２倍にされる。
【００１１】  適当な間隔で溝と空所とを連続配置する際、長い区間にわたって連続した絶縁酸化物構造を形成することができる。
【００１２】  桟片幅が大きい場合、第１の酸化段階後に生じる酸化シリコンをまずエッチング段階により再び除去し、続いて第２回を酸化することにより、酸化の工程を多段に行うこともできる。これは工程時間を短縮する。なぜならば、酸化物の成長は時間の根関数であり、即ち酸化物の厚さが大きいと、甚だしい減速が起こるからである。
【００１３】  上述したように、絶縁構造の所要場所は非常に小さいので、差動的に読出される容量センサが直ちに実現可能である。更にこの方法では、成長継目も空所も生じないので、機能構造の機械的固定が長時間安定な高い品質で保証される。時間のかかるレリースエッチ段階はもはや必要でない。なぜならば、後述の機械的構造は“酸化物支柱”に直接固定可能だからである。
【００１４】  本発明は、単結晶シリコンに基く表面技術において、超小形機械的センサの製造における著しい改良を可能にする。この技術では、とりわけ加速度及び回転速度用の慣性センサを製造することができる。特に本発明は、自動車におけるエアバッグ使用のための加速度センサの安価な製造に役立つ。
【００１５】  本発明が実施例及び図により以下に説明される。
【００１６】  基板材料１１としてのシリコンウェーハから始まって、機能構造１５用絶縁構造を製造するため、溝１２がエッチングされる。その際これらの絶縁構造のうち少なくとも２つが互いに離れて設けられて、特定の幅の基板材料から成る桟片１３がその間に残るようになっている。シリコン桟片１３は、後に続く熱酸化の工程で完全に酸化されるようにするため、充分狭くなければならない。理想的には、桟片の幅は２μｍより小さい範囲にある。まず写真石版法により、エッチマスクが規定される。このため例えば基板ウェーハの表面に設けられてホトレジスト層により適当に構造化される酸化シリコンの層又はホトレジスト層自身が用いられる。それから乾式エッチングにより、大きいアスペクト比を持つ溝１２がエッチングにより形成される。溝１２の典型的な深さは約１０〜３０μｍである。必要な場合、終わりにエッチングが再び除去される。図１は、平面図で、１対の溝の形成後における基板の一部を示している。図２は図１の切断線２−２に沿う断面図を示している。
【００１７】  今や熱酸化により酸化シリコン１４への中間桟片１３の変換が続く。図３は、溝範囲１４におけるシリコンの酸化の工程段階の開始後における図１の装置を示している。図４は、切断線４−４に沿う図３の装置を断面図で示している。熱酸化は、湿った周囲条件（Ｈ２Ｏ）において典型的に約１１００〜１２００℃の工程条件で行なわれる。
【００１８】  桟片１３の幅が大きい場合、第１の酸化段階後生じた酸化シリコン１４をエッチングにより再び除去することにより、酸化の工程を多段に行うこともできる。続いて第２回が酸化される。酸化シリコンＳｉＯ２は、湿式又は乾式で除去される。多段酸化は工程時間を短縮する。なぜならば、酸化物の成長は時間の根関数であり、即ち酸化層厚さが大きくなると、酸化の強い減速が起こるからである。図５は、溝１２の間のシリコンの完全な酸化後における図１の装置を示している。図６は、切断線６−６に沿う図５の装置を断面図で示している。
【００１９】  所望の機械的機能構造１５の形成が続く。このため写真石版法により、まず溝装置１６用のエッチマスクが形成されて、最終的に機能構造の形状を決定する。それから乾式エッチングの工程段階において、大きいアスペクト比を持つ溝構造１６がエッチングで形成され、最後に溝装置１６の側壁が次のエッチング段階を考慮して不働態化される。側壁の不働態化に続いて、溝装置１６の底にあるエッチマスクが選択的に再び開かれる。続く不等方エッチング段階いわゆるレリースエッチにおいて、機能構造が最終的に絶縁構造のみにより基板と結合されているように、この機能構造が下をエッチングされる。図７は、レリースエッチ後の装置、特に絶縁構造への機能構造の結合を示している。図８は、図７の装置を切断線８−８に沿って断面図で示している。
【００２０】  図９は、絶縁構造２０の上へ通じる導体条片１８による単一の機能構造１５の電気接触を示している。金属導体条片１８を含めて接触穴１９は、ＩＣ技術において普通の方法により、場合によっては２層技術においても形成される。導体条片１８の規定及び構造化は、なるべく機能構造１５のマスキングの前に行われる。
【００２１】  図１０は、特別な実施例として、差動コンデンサ構造を持つ加速度センサを示している。それぞれの可動構造を基板に懸架する２つのばねの固定及び交互に接触する容量指片は、本発明による方法に従って製造された適当な絶縁構造により、基板と機械的に結合されている。容量指片の懸架縁は、その大きい幅にわたって、連続して絶縁されている。このため、上述した方法の第１段階で、間にあるシリコン桟片を持つ溝１２の連続配置が行われる。こうして連続する絶縁酸化物構造１４が、比較的長い区間にわたって製造される。
【００２２】  次に方法の経過をもう一度短くまとめる。
溝の形成（図１，２）
エッチングマスク（ポトレジスト又はＳｉＯ２）の写真石版による規定、
大きいアスペクト比、典型的な深さ約１０〜３０μｍを持つ溝の乾式エッチング、
場合によってはエッチングマスク（特にホトレジスト）の除去。
熱酸化によるＳｉＯ２における中間桟片の変換（図３〜６）。
湿式酸化（Ｈ２Ｏ）における典型的な工程条件約１１００〜１２００℃、
場合によってはＳｉＯ２の湿式又は乾式除去及び酸化の反覆。
所望の機械的機能構造及び電気接触の形成
ＩＣ技術において普通の方法による金属導体条片を含む接触穴、２層技術（図９，１  ０）、
機能構造の乾式エッチング：石版術、溝構造のエッチング、側壁不働態化、溝構造の  底にあるエッチングマスクの選択的開放、レリースエッチ段階（遊離エッチング）（図  ７，８）。
【００２３】  本発明は単結晶シリコン上に表面技術で超小形機械的センサを製造する際の著しい改善を可能にする。この技術では、とりわけ加速度及び回転速度用の慣性センサを製造することができる。特に本発明は、自動車におけるエアバッグに使用するための加速度センサの安価な製造に役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】  １対の溝の形成後におけるセンサの一部を平面図で示す。
【図２】  図１の装置を切断線に沿う断面図で示す。
【図３】  溝範囲におけるシリコンの酸化の工程段階の開始後における図１の装置を示す。
【図４】  図３の装置を切断線４−４に沿う断面図で示す。
【図５】  溝の間のシリコンの完全な酸化後における図１の装置を示す。
【図６】  図５の装置を切断線６−６に沿う断面図で示す。
【図７】  絶縁構造への機能構造の結合を示す。
【図８】  図７の装置を切断線８−８に沿う断面図で示す。
【図９】  絶縁構造の上へ通じる導体条片による単一構造の電気接触を示す。
【図１０】  容量指片の交互の接触による差動コンデンサ構造の場所を節約する配置を示す。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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