(57)【要約】【課題】本発明は、マイクロエレクトロメカニカルシステムにおける可動機械部分の浮遊を伴う製造方法を提供するものである。【解決手段】本方法は、多孔質ゾーンが半導体材料の第１ウェハの前面上で形成されていることに特徴づけられている。マイクロエレクトロメカニカルシステムの可動機械部を構成するのに適した材料のパターンは、犠牲層内で覆われ、多孔質ゾーンのレベルに位置する第１ウェハの前面上に形成される。さらに犠牲層用の溶液によるアタックに耐える材料である層が形成される。可動機械部の浮遊は、犠牲層用の溶液の助けで多孔質ゾーンを通って第１ウェハの裏面より行われる。【選択図】図３
2011183547.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動機械部を含むマイクロエレクトロメカニカルシステムの製造方法であって、少なくとも１つの可動機械部の浮遊工程を含み、該浮遊工程が、
半導体材料の第１ウェハ（１）内に、少なくとも１つの多孔質ゾーン（３０）を形成する工程と；
前記第１ウェハ（１）の前面に少なくとも１つの可動機械部（３５）を構成するのに適した材料のパターンを少なくとも１パターン形成し、犠牲層内（３９）に前記パターンを少なくとも一部封入する工程と；
前記犠牲層（３９）用の溶液を用いて前記多孔質ゾーン（３０）を介する前記第１ウェハの裏面から前記可動機械部を浮遊させる工程（８１）とを含む、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記犠牲層（３９）用の溶液のアタックに耐える材料の層を前記犠牲層（３９）の上に形成する、方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法であって、前記可動機械部を浮遊させる工程の前に、
第２ウェハ（６０）上に前記第１ウェハ（１）の前面を結合させる移動の工程（５１）と；
前記多孔質ゾーン（３０）が検知（７０）されるまで前記第１のウェハ（１）の裏面からの薄化の工程とを行う、方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の方法であって、前記犠牲層（３９）が前記多孔質ゾーン（３０）を少なくとも部分的に覆う、方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、前記可動機械部の周辺で浮遊されるゾーンを少なくとも１ゾーン画定するのに適した少なくとも１つのバリア（４５）によって前記犠牲層（３９）を遮り、該バリア（４５）が前記犠牲層用の溶液によるアタックに耐える材料でできている、方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の方法であって、前記犠牲層（３９）が前記第１ウェハ（１）を構成する半導体材料の酸化物でできている、方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の方法であって、前記可動機械部のパターンを構成するのに適した材料が単結晶体シリコンである、方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、前記パターンの単結晶シリコン（３４５）が、単結晶シリコンで構成されている前記第１ウェハ（１）からの選択エピタキシャル成長によって得られる、方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、前記多孔質ゾーン（３０）上に少なくとも１つの酸化物パターン（３３７）を形成し、該酸化物パターン（３３７）が前記犠牲層（３９）の一部を成し、前記酸化物パターン（３３７）を覆うようにエピタキシャル成長を行う、方法。
【請求項１０】
請求項６に記載の方法であって、前記パターンの単結晶シリコン（４４５）が、表面上の多孔質シリコン層（４０７）の形成後、単結晶シリコンの第３ウェハ（４０２）上に形成されるエピタキシャル層（４１２）の移動によって得られる、方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、前記多孔質ゾーン（３０）の形成後に第１ウェハ上へ酸化物層（４３５）が堆積され、前記エピタキシャル層（４１２）の形成後に第３ウェハ上へ酸化物（４１７）が堆積されて、結合（４６９）によってアセンブリされる、方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、前記第１ウェハ（１）の表面に単結晶シリコンの連続層（４４５）を残すように、多孔質シリコン層（４０７）のレベルで前記第３ウェハを分割する工程（４６８）を含む方法。
【請求項１３】
請求項８または１０または１１に記載の方法であって、前記多孔質ゾーン（３０）に直交して酸化物で充填された少なくとも１つの溝（３５０）を形成し、前記多孔質ゾーン（３０）上に予め形成された酸化物層（４３５）またはパターン（３３７）とともに、前記可動機械部を覆う前記犠牲層（３９）を構成するために、第１ウェハの全表面に酸化物を堆積させる、方法。
【請求項１４】
請求項７から１２のいずれか一項に記載の方法であって、単結晶シリコン層（３４５、４４５）内にマイクロエレクトロメカニカルシステムの電子コンポーネントを少なくとも１つ形成する工程を含む方法。
【請求項１５】
請求項１から５のいずれか一項に記載の方法であって、前記可動機械部分のパターンを構成するのに適した材質が多結晶シリコンである、方法。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法であって、前記犠牲層（３９）用の溶液によるアタックに耐える材料の層（４０）の上にマイクロエレクトロメカニカルシステムの電子コンポーネントを製造する工程（２５０）を含む方法。
【請求項１７】
請求項１から１６のいずれか一項に記載の方法であって、前記多孔質ゾーン（３０）を閉鎖することでマイクロエレクトロメカニカルシステムを密封するのに適した材料を、前記第１ウェハの前面に対向する裏面上に堆積させる工程を含む方法。
【請求項１８】
請求項１から１７のいずれか一項に記載の方法であって、複数の多孔質ゾーン（３０）および／または複数の可動機械部のパターンが形成される、方法。
【請求項１９】
半導体材料のウェハ（１）、犠牲層（３９）および犠牲層用の溶液によるアタックに耐える材料の層（４０）の重ね合わせと、前記犠牲層（３９）内に少なくとも一部封入された少なくとも１つの可動機械部とを含むマイクロエレクトロメカニカルシステムの製造方法であって、少なくとも１つの多孔質ゾーンが、前記犠牲層（３９）へ流体がアクセスできるように前記ウェハ（１）の厚さ方向全体にわたって該ウェハ（１）内に形成される、方法。
【請求項２０】
半導体材料のウェハ（１）および少なくとも１つの可動機械部のチャンバを画定する層（４０）を含むマイクロエレクトロメカニカルシステムであって、前記チャンバへ流体がアクセスできるように前記ウェハ（１）の厚さ方向全体にわたって該ウェハ（１）内に形成された少なくとも１つの多孔質ゾーンを含むマイクロエレクトロメカニカルシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的なマイクロエレクトロメカニカルシステムに関するものであり、特にマイクロシステムの可動部を浮遊（リリース）させる方法を記述するものである。
【背景技術】
【０００２】
１９７０年代以降、マイクロエレクトロメカニカルシステムは発展し、今日広範囲の分野で適用されている。本質的には集積回路の製造技術および一般的マイクロエレクトロメカニカル技術から発生したマイクロエレクトロメカニカルシステムの実現には、第一世代集積回路が製造されて以来５０年間物理化学の全技術が注がれた。一般にはＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏ  ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍｓ）の略号で記され、さらには長さがマイクロメートル（１０−６メートル）ではなくナノメートル（１０−９メートル）で示される場合にはＮＥＭＳと記される。マイクロシステムの製造方法は、適用用途が広範囲に及ぶため、その用途に応じてかなり異なる可能性がある。例を挙げれば、自動車の各エアバックに装備される加速センサのように、特に自在に可動する機械部を含むマイクロシステムの実現の際には、製造過程での浮遊を考慮する必要がある。集積回路の製造当初より普遍的に使用され、現在でも一般的に使用される物質である；シリコンで形成された可動部を含む犠牲層が溶解して浮遊が起こる。シリコンは、その物理的特性上ＭＥＭＳ製造にも使用されている。シリコンの使用といった共通技術を基に、ＭＥＭＳは、精巧なハイブリッド機能実現における製造過程において、ＣＭＯＳ（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の論理回路と集積可能である。
【０００３】
可動する部分を浮遊させるために、通常シリコンで構成された基板のＭＥＭＳのエッチングを実現する従来の方法は、「深堀り反応性イオンエッチング」である。ＤＲＩＥ（ｄｅｅｐ  ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｉｏｎ  ｅｔｃｈｉｎｇ）の名称で知られる方法は、深い異方性エッチングであり、シリコンに高さ／幅の両方で深い溝を形成することができる。ＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）と呼ばれる高性能シリコンウェハを使用したこの方法は、図１に要約されているように、下層１０４である絶縁膜が溶解した後、可動部の浮遊を可能にする。ＳＯＩウェハ１００は高額な方法を用いて製造されていて、その名の通り、製造デバイスが実現される単結晶シリコンの薄膜１０２を含む高品質な基本材料を用い、その薄膜は絶縁体１０４（一般的には、二酸化シリコン（ＳｉＯ２））により厚膜シリコン基板１０６から離隔されていて、アセンブリに機械的に十分な硬度を与えている。
【０００４】
まず、本基本材料ＳＯＩウェハ１００の、浮遊部および固定ゾーンは、フォトレジスト１１０を堆積させる従来からのリソグラフィ工程により画定される。次に、溝がＤＲＩＥにより薄膜単結晶全厚さにわたってエッチングされる１２０。レジスト剥離後、酸化シリコン酸化は溶解して、より長い側の固定ゾーン１４０を侵すことなく可動部１３０を浮遊させる。
【０００５】
基本材料が高額なだけでなく、上記に簡潔に記した方法では、可動部の浮遊がデバイス上部で行われる。重要な論理部分を含む高品質ハイブリッドデバイス製造には、論理部分がたとえばＳＯＩウェハの上部単結晶膜１０２のＣＭＯＳ基板といった形で予め形成されている必要がある。そうなると、論理部分と、その性質がどうであれ、ＤＲＩＥによる溝エッチング工程およびフッ化水素酸を用いた酸化シリコンの溶解によって可動部が浮遊された際、既に形成されたデバイス部分の保護といった問題が生じてくる。既に形成されたハイブリッドデバイス部分にとっては潜在的な破壊的操作である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／００３７９０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
こうした理由から、本発明は、上記で示した問題を一部または全面的に解決する、ＭＥＭＳデバイスの可動部浮遊に関する新たな方法を提供するものである。特に、ＭＥＭＳデバイスの可動部の浮遊が、コンポーネントや機械等が製造される側の面で行なわれる必要のない方法を提供することを目的とする。
【０００８】
本発明のもう１つの目的は、多孔質ゾーンによりＭＥＭＳ部分に流路を備えるＭＥＭＳデバイスの新たな構造を提案するものである。本流路はガス体や液体の通路としてＭＥＭＳの機能に使われるものである。
【０００９】
本発明に付随するその他の目的、特徴、利点等は、下記の記述および添付の図面で述べられている。また、その他の利点が加えられる可能性もある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、マイクロエレクトロメカニカルの可動機械部の浮遊方法を提案するものである。方法は、多孔質ゾーンがウェハ内で、好ましくは、半導体材料の第１ウェハの前面に形成されることに特徴づけられる。マイクロエレクトロメカニカルの可動機械部の構成に適した材料のパターンは多孔質ゾーンの右の第１ウェハの前面に形成される。パターンは、犠牲層で覆われている。さらに、犠牲層用の溶液によるアタックに対して耐久性のある材料の層が堆積される。第２ウェハ上への第１ウェハ前面の接合による移動の後には、第１ウェハの裏面から多孔質ゾーン検出までの薄化が続く。可動機械部の浮遊は、犠牲層用の溶液のおかげで多孔質ゾーンを通して第１ウェハの裏面で行われる。
【００１１】
本方法は、さらに下に述べる特徴（選択可能、蓄積可能、交互使用可能）を含む：
・  溶液アタックに耐性のある材料層の堆積と可動機械部の浮遊の間で次の工程を行うこと。；
‐  第２ウェハ上の第１ウェハの前面の接合による移動
‐  第１ウェハの裏面から多孔質ゾーンの検知までの薄層化
・  犠牲層が少なくとも部分的に多孔質ゾーンを覆っていること。
・  可動機械部周辺で少なくとも部分的な浮遊ゾーンの限定に適したバリアにより犠牲層を遮る。上記バリアは犠牲層用の溶液によるアタックに耐久する材料で形成されること。
・  犠牲層は第１ウェハを構成する半導体材料の酸化物で形成されていること。
・  機械部分のパターン形成に適す材料が単結晶シリコンであること。
パターンの単結晶シリコンは、それ自体が単結晶シリコンで構成された第１ウェハからの選択エピタキシャル成長により得られること。
・  多孔質ゾーン上に少なくとも１つ酸化物パターンを形成する。この酸化物パターンとは犠牲層の一部を構成する。酸化物パターンを覆うようにエピタキシャル成長を行う。
・  パターンの単結晶シリコンは、その表面に多孔質シリコン層を形成した後単結晶シリコンの第３ウェハ上に形成されたエピタキシャル層の移動によって得られる。
・  多孔質ゾーンの形成よりできた第１ウェハへの酸化物層の堆積およびエピタキシャル層の形成よりできた第３ウェハへの酸化層の塗布は、接着によりアセンブリ（組立て）を目指して行われること。
・  多孔質シリコン層レベルでの第３ウェハの分割段階、および単結晶シリコンの連続層である第１ウェハ表面を残すための研磨段階。
・  多孔質ゾーンの右側に酸化物で充填した溝を少なくともひとつ形成し、その後、多孔質ゾーン上に、予め形成された酸化物層またはパターンとともに、可動機械部を覆う犠牲層を構成するために第１ウェハの全表面上に酸化層物被覆する工程が続くこと。
・  単結晶シリコン層にマイクロエレクトロメカニカルシステムを少なくともひとつ作成。
・  可動機械部のパターンを構成するのに適する材料は、多結晶シリコンであること。
・  犠牲層の溶液によるアタックに耐性のある材料で形成された層上の、上記マイクロエレクトロメカニカルシステムに関与する電子コンポーネントの製造工程。
・  多孔質ゾーン閉鎖でマイクロエレクトロメカニカルシステムを密閉するのに適した材料を第１ウェハの前面に対向する裏面へ形成する工程。
・  可動機械部のパターンおよび／または多孔質ゾーンの形成。本発明は、可動機械部の浮遊を可能にするための多孔質ゾーンを含有するマイクロエレクトロメカニカルシステムを提供するものでもある。
【００１２】
本発明は、半導体材料のウェハ、犠牲層および犠牲層用の溶液によるアタックに耐える材料の層の重ね合わせと、犠牲層内に少なくとも一部封入された少なくとも１つの可動機械部とを含むマイクロエレクトロメカニカルシステムの製造方法であって、少なくとも１つの多孔質ゾーンが、犠牲層へ流体がアクセスできるようにウェハの厚さ方向全体にわたって該ウェハ内に形成される、方法に関するものである。
【００１３】
本発明は、半導体材料のウェハおよび少なくとも１つの可動機械部のチャンバを画定する層を含むマイクロエレクトロメカニカルシステムであって、チャンバへ流体がアクセスできるようにウェハの厚さ方向全体にわたって該ウェハ内に形成された少なくとも１つの多孔質ゾーンを含むマイクロエレクトロメカニカルシステムを提供するものでもある。
【００１４】
本発明の目的、対象、特徴は、添付の図面に描かれている本発明の実現方法の詳細な説明により明らかである。図面の工程の段階フェーズは、ページ左側の上より下へ、そしてページ右側の上から下へ進むよう記されている。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】デバイスの上層よりマイクロエレクトロメカニカルシステムの可動部が浮遊する既知の方法を描いている。
【図２】発明を適用した第１の方法として、多孔性シリコンのゾーンを通ってデバイスの底面より浮遊される多結晶シリコンで形成された可動部を記している。
【図３】発明を適用した第２の方法として、デバイスの底面より浮遊される単結晶シリコンで形成された可動部の発明を記している。
【図４】発本明の方法からの変形を適用して、エレクトロニクスデバイスおよびマイクロエレクトロメカニカルシステムが製造可能な単結晶体シリコン層を得るための方法を記している。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
添付図は、ほんの一例として挙げられているもので、本発明を限定するものではない。図中の同参照符号は、全図において同様の要素又は作業を示すものである。
【００１７】
以下の説明は、可動部の完全浮遊の状態でなされるが、限定的なものではない。浮遊は一部分または単に一部分の可動部が浮遊する可能性もある。また、可動部という言葉は、位置を変えられる上記部分の能力と理解される。可動性という言葉は広範囲、または部分的なことを指す。例えば、その部分が全て可動しなくとも、たわみによる変形で単に運動的に浮遊するという意味でも使われる。
【００１８】
図２は、本発明を適用した第１の方法として、可動部の多結晶シリコンでの形成を記している。
【００１９】
本発明の方法は、全マイクロエレクトロニクス産業の基本材料、一般的に低濃度ドープの単結晶シリコンのウェハ１を使用し、そのウェハは硬く扱いやすくなるよう十分な厚さを有する。ウェハ（Ｗａｆｅｒ）は、そこからデバイスが製造される基板を構成する。ウェハの上面は、光学研磨されている。従来の方法では、デバイスが実現されるのは、この面からのみである。
【００２０】
本発明にかかわる全ての説明において、上面つまりデバイス、機械、その他を形成する初期ウェハの面は、初期ウェハの裏面もしくは底面を指称する別の面に対しての前面とも指称され得ることは留意されたい。
【００２１】
本発明の最初の工程１１は、ウェハ上層に多角質シリコンゾーン３０を作成することからなる。このゾーンは、これらのゾーンのレベルに位置するＭＥＭＳの可動部を、小孔を介して浮遊させる最終工程に使われる。シリコン多孔化は、簡潔に後述する既存の技術を使用することに限定されるものではない。
【００２２】
１９５０年代以降、多孔質シリコンが単結晶シリコンから電子化学的に得られることは周知である。多孔質化はフッ化水素酸（ＨＦ）中で陽極溶解することにより得られる。各シリコンウェハ１の処理には適正な設備を使用しなければならない。多孔質化されるゾーンは、予めウェハ上層と限られる。このため、陽極溶解に耐える保護材料の層５がまず堆積され、典型的には窒化シリコン層（Ｓｉ３Ｎ４）である。感光性レジスト層１０を堆積後、多孔質化されるゾーンはフォトリソグラフィ工程で画定され１５、窒化層にパターンのエッチングが可能となる２０。レジスト除去後、ウェハの上面を、窒化シリコンに保護されていないゾーンを多孔質化するため、フッ化水素酸の水溶液と接触させる２５。そして電位差を印加して、フッ化水素酸に浸漬する陰極と多孔化するウェハの下面と電気接触する陽性との間に電流を流す。水溶液内のフッ化水素酸の濃度、印加される電流の値、陽極化の時間は、特に、得るべき多孔質層の特徴をコントロールできるパラメーターである。水溶液中の照射は必要であれば多孔質層の特徴をさらにコントロールする方法として利用できる。
【００２３】
実現する多孔質ゾーンの厚さとその特性は、本発明の適用の仕方によりかなり異なる。特に、作成される小孔の大きさは、典型的には、略百ナノメートルから十数マイクロメートルの厚さに対して、数ナノメートルから数マイクロメートルにまで値が広がる。保護として使用された窒化シリコンの除去後、初期シリコンウェハは、前述の陽極溶解操作によってコントロールされた深さにエッチングされた窒化物のパターンに合致する多孔質ゾーン３０で覆われる。
【００２４】
「多孔質ゾーン」という言葉は、上述ゾーンの形状、寸法、パターンのいずれをも制限するものではないことは留意されたい。また、多孔質ゾーンは、層の一部に限られず、層全体の可能性もある。
【００２５】
多孔質ゾーンが形成された後は、マイクロシステムの実現は、本発明の第１実施形態では多結晶シリコンのパターンによってできた機械部分の作成段階３１へ続く。本パターン３５は多孔質ゾーン上に並べられ、第１酸化層上２３２に形成され、後述するように、可動部の浮遊のために溶解されるアセンブリ全体を形成する犠牲酸化層３９内に、最終的には完全に封入される。これらのパターンや垂直構造を得る方法は当業者に良く知られている。特に、マイクロエレクトロニクスでは長い間用いられてきている、シリコン酸化物および多結晶シリコンを堆積させる方法が適用される。また、パターンはフォトリソグラフィ工程やエッチングといった従来の技術で画定される。アセンブリ３９を形成するための酸化物の第１堆積物と第２堆積物との間の表面状態は、最適な状態でデバイスの製造を続けることができるための平坦化が得られるように、化学機械的またはＣＭＰ（ｃｈｅｍｉｃａｌ−ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法といった研磨を必要とする。
【００２６】
オプションとして、可動部を封入する酸化シリコンを溶解する化学溶液に耐えられる材料層４０を形成する。上述のように、酸化シリコンを溶解するための溶液は典型的にはフッ素水素酸を主成分とした溶液であり、そして保護層は窒化シリコンの保護層４０である。本願で説明されるように、本層が存在しなければ、可動部の浮遊工程は「時間ステップ」で行われる。つまり、溶液による犠牲層の既知のアタック速度によって行われる。
【００２７】
オプションとして、可動部の浮遊を水平に限定するための垂直の停止ゾーン４５も作成できる。ここでも、層４０に使用されるのと同様の可能性を持つ保護材料で充填される溝を作成するための、当業者に周知の全技術が使用され得る。一般的に、本発明は図２に記述された構造を得るためには、特殊な方法の適用を要求しない。
【００２８】
本発明は、機械部分に多結晶シリコンの使用を基にした第１実施形態で製造されるデバイスのタイプを仮定しているものでもない。マイクロエレクトロニクス産業に使用される多種多様な材料による追加層２５０も形成され得て、そのパターンはフォトリソグラフィ工程やエッチングといった前述の技術で画定される。
【００２９】
工程５１後の時点で、ＭＥＭＳも入れた全てのデバイスを含んだ初期シリコンウェハは、可動部の浮遊を可能にするよう第２支持体６０上に移動される。第２支持体は、ウェハ操作に必要な機械的性質を備えている必要があり、また、デバイスが製造された第１ウェハの上面への結合を可能にする必要がある。第２支持体の固定には、その内部で回路が部分的または全て製造されるウェハの堆積を可能にする周知の技術方法を用いる。第２支持体は、第１支持体１と同タイプの別のシリコンウェハであり得て、低温での分子接着による酸化物上への酸化物の結合を用いることができる。この結合法は、第１ウェハの表面に既に製造されている全デバイスまたはその一部のための保護層の予めの堆積と、アセンブリされるウェハの表面６２の準備とを必要とする。しかしながら、本発明は、第２支持体６０が特殊な性能を持ち、機械的支持を構成し、後に続く操作の保護の役割を主に担うことを要求するものではない。
【００３０】
結果として、２枚のウェハによるアセンブリ６５を得ることができる。第１ウェハは、下面から多孔質シリコンゾーン３０の裏面７０に達するまで薄化される。薄化７１の工程は、当業界において周知の技術を用いる。薄化は言うまでもなく２段階を得て実施される。シリコンの迅速な除去がまず行われるが、操作中いかなる場合であっても多孔質ゾーンに接触がないよう万全を期して行われる。例えば、シリコンの大部分は機械研磨または化学方法により除去できる。次の工程で、上記のＣＭＰ法で研磨を施すことで、後に続く操作に適した表面状態の十分な平坦化が得られるようになる。研磨の終了は、研磨中の表面に露光して入反射光を計測し、多孔質ゾーンの検知として知られる方法等を用いて自動的に制御される。実際、多孔質ゾーンが明瞭な時、入反射光の値は変化する。
【００３１】
次の工程８１は、可動部を囲む８０犠牲層のシリコン酸化物を溶解して可動部を浮遊させるものである。これらは、第１ウェハ３０の表面に予め形成され、第１ウェハの薄化操作により下層からのアクセスが可能となった多孔質シリコンゾーンを介してなされる８４。犠牲層のアタックは、１層または１ゾーン、または両方があるときには停止層４０および停止ゾーン４５により付属的に止められる。そうでなければ、溶液による犠牲層の既知のアタック速度に基づいて「時間ステップ」で止める。
【００３２】
犠牲層のアタック化学溶液８２は、使用される材料に依存する。前述したように、酸化シリコン（ＳｉＯ２）の場合は、フッ素水素酸（ＨＦ）を液体またはガス状で用いる。しかしながら、例えば、水溶液が、様々な濃縮レベルの純ＨＦタイプのものであり得て、また、フッ化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）を混ぜた構成も可能である。使用可能な化学溶液は、例えば市販されているフッ素水素酸濃度４９％のような希釈化フッ素水素酸であり、これを使用者が典型的には０．１％から４９％の間の最終濃度に更に希釈することができる。また、ＢＯＥ（ｂｕｆｆｅｒｅｄ  ｏｘｉｄｅ  ｅｔｃｈａｎｔ，緩衝溶液）といった溶液も利用できる。この溶液は、ＮＨ４Ｆ／ＨＦの混合物である。さらに、ＮＨ４Ｆのみを基とした溶液も考えられる。これら全ての溶液は、犠牲層を構成する酸化物の種類により、シリコン酸化膜に対するアタック速度の特性が異なる：ここで、犠牲層を構成する酸化物としては、前駆体より蒸気相で化学的方法により蒸着されたＵＳＧ（Ｕｎｄｏｐｅｄ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）で形成したシリコン酸化物、熱酸化物：シラン、またはＴＥＯＳ（ｔｅｔｒａ  ｅｔｈｙｌ  ｏｒｔｈｏ  ｓｉｌｉｃａｔｅ）タイプの酸化物が挙げられる。
【００３３】
また、製造デバイスを構成する他の半導体、金属物、材料上への衝撃可能性も、犠牲層のアタックのための化学溶液を選択するときに考慮しなければならない。ＭＥＭＳの可動部分を浮遊させるためのエッチングを停止する制御とアタック時間の決定が、本発明による方法の実施を条件付ける重要なパラメーターであることは明らかである。一例として、およそ６２０Å／分（１Å＝１０−１０メートル）の１１００℃で形成されたＳｉＯ２タイプの酸化物のアタック速度は、ＨＦが１に対してＮＨ４Ｆが７の割合として、ＮＨ４Ｆ４０％とＨＦ４９％の混合に対応するＢＯＥタイプの溶液で観察される。およそ１２００から２０００Å／分以上のアタック速度は、蒸気相で化学的に形成されたＵＳＧまたはＴＥＯＳタイプの酸化物で確認される。蒸気相で形成された１マイクロメートルのシリコン酸化物層は、溶解に約１０分を要する。犠牲層は、エッチング、液体、ガス状等、多様な溶液を段階的に使用することでも溶解できる。
【００３４】
簡単な方法では、エッチング停止制御は、一方では使用材料、犠牲層の厚さが分かっていて、他方では使用される化学溶液のアタック速度が分かっていれば、推定時間に依存する。上記の酸化シリコンの犠牲層における標準的な例として、図２の参照符号８０が示しているように、シリコン多孔質のアタックは、多孔質シリコンによって画定された開口部から、等方性的に行われる。
【００３５】
上述したように、可動部の浮遊段階の適用のため、そして最大の浮遊と最良の制御を行うため、化学的アタックが水平に及ぶのを防ぐためにバリア４５（１壁のみ表示）を生成するために他の技術工程を、本方法に追加することができる。前述した窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）に加え、水素化アモルファス炭化シリコン（ＳｉＣ）、水素化アモルファス窒化炭化シリコン（ＳｉＣＮ）といった材料が、可動部周辺のシリコン酸化膜を溶解させるＨＦアタックに耐えることは良く知られている。これらの物質は、バリア４５の実現に使用することできる。
【００３６】
さらに、可動部分の浮遊が成された後、デバイスの密封は、例えば全ての多孔質ゾーンを閉鎖するためにアセンブリの底面上に酸化物層を堆積させることで容易に保証できることは留意されたい。
【００３７】
図３は、単結晶シリコンの可動部が、デバイスの底面からも浮遊している本発明の第２の実施形態を示している。
【００３８】
第１ウェハ表面に多孔質ゾーン３０を形成する方法の最初の工程１１は、図２の方法と完全に同様である。中間工程は特に断らない限り説明しない。中間工程は、同図面での本発明の第２の実施形態の全工程を記すために、単に便宜上示されている。
【００３９】
次の工程３１は、図２に示されているように、機械部の製作を可能にするものである。本工程は、電子コンポーネントが、ＭＥＭＳデバイス、論理回路、アナログ回路を同時に形成するために製造される単結晶シリコン層を、第１ウェハ１の表面で形成することから成ることで異なっている。例えば、ＣＭＯＳ型の論理回路のための電界効果トランジスタがある。本発明の第２の実施形態において、機械部分は、好ましくは、単結晶シリコン製である。
【００４０】
そのため、酸化シリコン層３３２が第１ウェハの全表面に堆積される。多孔質ゾーンのレベルに位置するパターンは、マイクロエレクトロニクスで従来より使用されている方法でエッチングされる３３７（感光性レジスト堆積、フォトリソグラフィ、酸化物エッチング、レジスト除去）。後述するように、ＭＥＭＳの可動部が形成されるのは酸化物パターン上である。パターンは、前述したように、可動部を浮遊させるために最終的に溶解される犠牲層の第１部分を構成する。
【００４１】
その後、エピタキシャルにより、酸化物によって保護されていないゾーンから単結晶シリコン層３４５を形成する。エピタキシャル層は、層が形成されているウェハの構造と同様の結晶構造を成している。隣接したゾーンから行われる側面への成長により、単結晶シリコンによって最終的に覆われる酸化物パターン自体の上にシリコン成長は起こらない。本結果を得るための技術は、当業者には周知の技術である。ＥＬＯ（ｅｐｉｔａｘｙ  ｌａｔｅｒａｌ  ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）と呼ばれる技術の使用が可能である。ＣＭＰ法での研磨は、本操作後、最適の表面状態３４７を得るために必要となる。
【００４２】
次に述べる工程は、単結晶シリコンのエピタキシャル層内で酸化膜パターン３３７を制限する狭い溝３５０を作成するためのものである。この段階で、研磨後、酸化膜パターン３３７に覆われた多孔質シリコン３０の埋没したパターンを見出すための異なった方法が存在することには留意されたい。エピタキシャル層３４５により埋没された最終レベルのアライメントのマークを見出すことを可能にする、カッティングトラックのエッチングおよびフォトリソグラフィを行うことが重要である。まずは大まかなアライメントが、各ウェハ上に存在する位置決めの溝または平面部分を使って行われ、マークが浮き彫りになった後、この目的のために予めつけてあるマークを用いて正確なアライメントが行われる。
【００４３】
さらに、溝３５０が酸化物で充填され、ＭＥＭＳの可動ゾーン３５が酸化物３９で完全に封入されるよう、ウェハの全表面を被覆する。酸化物の研磨が必要となり得る。
【００４４】
アセンブリ全体が、上述のように、可動部を覆う酸化膜の溶解のアタックに耐える材料の層４０によって覆われる。前述したように、同様の条件で、可動部の浮遊を水平に限定するための垂直的停止ゾーン４５も、追加的に作成することができる。使用可能なアタック用溶液および材料は、図２の説明で既に説明してある。
【００４５】
可動部の浮遊までの全ての残りの工程は、同様である。第２ウェハ６０上への移動５１はアセンブリ６２を得るための図２と同様の条件で行われる。薄膜化７１および底面７０の研磨は、可動部の浮遊８１が前述のように行われた後で、多孔質ゾーンが現れるよう行われる。単結晶シリコンを使用した本構造では、酸化物の溶解は、エピタキシャル層によって側面に限定され、可動部の浮遊工程を最良に制限する８０ように犠牲層３９の薄い酸化物の上部層でのみ行われる。停止ゾーン４５の形成は、オプションとして選択できる。
【００４６】
図４は、エレクトロニクスデバイスやＭＥＭＳを有利に同時に製造できる、単結晶シリコン層を得られる本発明の方法の他の実施形態を示したものである。また、ＭＥＭＳの可動部は図２および３で記されているように浮遊される。
【００４７】
本方法は、前述したように多孔質ゾーン３０が作られた単結晶シリコンの第１ウェハを得るためのものである。第１ウェハの表面に多孔質ゾーンを形成するための方法１から３０の工程は、特に断らなければ、図２の工程と完全に同様である。
【００４８】
ここでは、例えば多孔質ゾーンを形成したのと同様の第２単結晶シリコンウェハが、用いられる。多孔質層４０７は、その全表面に作られる。多孔質層の形成は、この場合、多孔質シリコンが全表面を覆っているため保護材料のエッチングやフォトリソグラフィ操作を必要としないことを除き、図２に記述されている条件と同様に行われる。本操作の後に、エピタキシャル成長により多孔質シリコン層４０７から単結晶体シリコン層４１２の形成が続く。エピタキシャル成長の条件は、一般的に使用されるバルクシリコンのものとは異なる。特に、多孔質シリコンが形成された後、エピタキシャルを行う前にシリコンの形態を安定させるために、真空下での第１熱処理を適用する。
【００４９】
その後、アセンブリ用に、多孔質シリコンゾーン３０が形成された第１ウェハ１と共に反転後、全ての表面４１７に酸化シリコンを形成する。第１ウェハは、アセンブリ４６７を形成するための２枚のウェハの接合のために、全表面４３５に酸化物を堆積させてある。既に述べたように、例えば低温での分子接着による酸化物上への酸化物の結合法４６９を用いることができる。当業者に知られている他の方法も存在し、こうした方法も２枚の基板のアセンブリに用いることが可能である。
【００５０】
論理回路、アナログ回路、ＭＥＭＳデバイス等の電子コンポーネントを形成することができる単結晶シリコン薄層のみを表面に残すよう、第２ウェハの多孔質シリコン層のレベルにおいて分割４６８を行えることが知られている。しかも、ウェハの残りの部分は再利用可能である。
【００５１】
また、図２に記述されるように、例えば２段階での機械・化学研磨による方法も可能である。ＣＭＰ法の研磨では、多孔質ゾーンの終わりを検知して薄膜化を停止することができる。
【００５２】
ＣＭＰ法での研磨は、単結晶シリコンのエピタキシャル層４４５および、良質の表面４４７を見出すために、いずれにせよ施されなければならない。次の操作の位置決めを可能にするため、多孔質シリコンに埋没しているパターンは、図３に記されているように研磨後、見出される。
【００５３】
この時点で、２枚の基板のアセンブリは図３で得られたもの（３４５および３４７）と同様である。３５０以降の全ての工程は、同様の条件で適応される。唯一の違いは、図４の構造で可動部を覆う連続酸化シリコン膜が２層（図３では方法は１層だけ）存在することであって、可動部の浮遊制限が、顕著に侵されるものではない。図３に記されている、単結晶シリコン層を得ることのできる本発明の第２の実施形態のこの他の適用法では、ウェハが合計で３枚使用され、そのうちの１枚が再利用できる。
【００５４】
本発明は、高価なＳＯＩ法の高性能ウェハを使用しないという目的を達成することができる。また、本発明は、第２ウェハの移動のため、電子／機械コンポーネントが保護された後、可動部分の浮遊が第１ウェハの裏面または底面より行われることを可能にしている。第２ウェハは、機械的支持体として使われ、また第１ウェハの表面に製造された全デバイスにとって効果的な保護の役を担う。
【符号の説明】
【００５５】
１  第１のウェハ
３０  多孔質ゾーン
３５  可動機械部
３９  犠牲層
【図１】
2011183547.tif 000003
【図２】
2011183547.tif 000004
【図３】
2011183547.tif 000005
【図４】
2011183547.tif 000006
【外国語明細書】
2011183547.tif 000007
2011183547.tif 000008
2011183547.tif 000009
2011183547.tif 000010
2011183547.tif 000011
2011183547.tif 000012
2011183547.tif 000013
2011183547.tif 000014
2011183547.tif 000015
2011183547.tif 000016
2011183547.tif 000017
2011183547.tif 000018
2011183547.tif 000019
2011183547.tif 000020
2011183547.tif 000021
2011183547.tif 000022
2011183547.tif 000023
2011183547.tif 000024
2011183547.tif 000025
2011183547.tif 000026
2011183547.tif 000027
2011183547.tif 000028
2011183547.tif 000029
2011183547.tif 000030
2011183547.tif 000031
2011183547.tif 000032
2011183547.tif 000033
2011183547.tif 000034
2011183547.tif 000035
2011183547.tif 000036
2011183547.tif 000037
2011183547.tif 000038
2011183547.tif 000039
2011183547.tif 000040
2011183547.tif 000041