(57)【要約】【課題】  センサ等を構成する構造体を１枚のマスクと簡単な工程で製造する方法を提供する。【解決手段】  ＳＯＩ基板７の表面に金属膜８を形成し、金属膜８の表面に保護膜１２を形成する。その後に保護膜１２の表面にパターニングされたレジスト層１４を形成する。そのパターンに沿って保護膜１２と金属膜８と上層６を異方性エッチングし、トレンチ１５ａ、１５ｂを形成する。次に、遊離上層領域６ａ内に分散形成されているトレンチ群１５ａから中間層４を等方性エッチングし、遊離上層領域６ａ直下の中間層４を除去することによってベース層２から遊離上層領域６ａを遊離させる。この際に、固定上層領域６ｂの表面の金属膜８は保護膜１２によって保護される。使用するマスクは、レジスト層１４をパターニングする際の１枚ですむ。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース層の表面に絶縁性の中間層を介して非絶縁性の上層が積層されている積層板を加工することによって、上層が中間層を介してベース層に固定されている固定上層領域と、その固定上層領域から伸びているとともに対応する範囲の中間層が除去されているためにベース層から遊離している遊離上層領域が混在している構造体を製造する方法であり、
前記積層板の前記上層の表面に金属膜を形成する工程と、
前記金属膜の表面に保護膜を形成する工程と、
前記保護膜の表面にパターニングされた開孔を持つレジスト層を形成する工程と、
前記レジスト層をマスクとして、前記保護膜と前記金属膜と前記上層を異方性エッチングし、前記中間層に達するトレンチを形成する第１エッチング工程と、
前記第１エッチング工程で形成された前記トレンチから前記中間層を等方性エッチングする第２エッチング工程を備えており、
前記レジスト層には、前記固定上層領域との接続部以外の前記遊離上層領域の外周に沿って伸びる開孔と、前記遊離上層領域内に分散形成されている開孔群が形成されており、かつ前記開孔群内で隣接する開孔と開孔を分離する最大距離が、前記第２エッチング工程での中間層のエッチング量の２倍以下であるという規則に従って前記開孔群が形成されており、
前記第２エッチング工程で、前記遊離上層領域に対応する範囲の前記中間層が除去され、前記固定上層領域に対応する範囲の前記金属膜が前記保護膜で保護されることを特徴とする構造体の製造方法。
【請求項２】
前記積層板にＳＯＩ基板を用いることを特徴とする請求項１の製造方法。
【請求項３】
前記第２エッチング工程後に熱処理工程を実施することを特徴とする請求項１又は２の製造方法。
【請求項４】
上層が中間層を介してベース層に固定されている固定上層領域と、
その固定上層領域から伸びているとともに対応する範囲の中間層が除去されているためにベース層から遊離している遊離上層領域と、
前記固定上層領域の表面の全域に形成されている金属膜を備えている構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ベース層と中間層と上層が積層されている積層板から、上層が中間層を介してベース層に固定されている固定上層領域と、その固定上層領域から伸びているとともにその下方に存在していた中間層が除去されたためにベース層から遊離している遊離上層領域が混在している構造体を製造する技術が知られている。その構造体に物理量が作用すると、遊離上層領域が固定上層領域ないしはベース層に対して変位ないし変形するために、その変位量ないし変形量を計測することによって、構造体に作用した物理量の大きさを検出するセンサを構成することができる。あるいは、電圧等を印加することによって遊離上層領域が固定上層領域ないしはベース層に対して変位ないし変形する現象を利用してアクチュエータを構成することもできる。
本発明は、積層板から固定上層領域と遊離上層領域が混在している構造体を製造する方法と、その製造方法で製造可能な構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
積層板から固定上層領域と遊離上層領域が混在している構造体を製造する方法が開発されている。従来の方法では、上層と金属配線の間にオーミック特性を確保するためのイオン注入領域を規定するためのマスク、金属膜をエッチングしてパターン化された金属配線を形成するためのマスク、パターン化された金属配線を保護する保護膜を形成するためのマスク、上層をエッチングして遊離上層領域を形成するためのマスク、さらには複数枚のマスクを位置あわせするためのアライメントパターンを形成するためのマスク等、複数枚のマスクを必要としている。
上記の方法では、複数枚のマスクを必要とするためにマスクの製造コストが増大する。また複数枚のマスクを交換しながら加工を進めていくために製造工程も増加する。これらが構造体の製造コストを上昇させている。
【０００３】
必要なマスク数を減少させることができる製造方法が特許文献１に開示されている。この方法では、ガラス基板の表面にシリコン単結晶を接合し、接合したシリコン単結晶を研磨して薄くし、薄くしたシリコン単結晶を利用して形成する遊離領域の輪郭に沿ってシリコン単結晶をエッチングしてガラス基板を露出させ、シリコン単結晶に形成されたトレンチの底に露出するガラス基板をエッチングして遊離領域を構成するシリコン単結晶とガラス基板を分離し、その後に電極となる金属膜を構造体の表面全体に蒸着する。この方法によると、必要なマスクは１枚ですみ、従来の製造方法に比べて製造コストが低減される。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２０５８６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の方法によると、必要なマスク数を減少することができ、構造体の製造コストを低減させることができるが、シリコン単結晶に形成されたトレンチの底に露出するガラス基板をエッチングする際に、ガラス基板のエッチング深さを管理することが極めて困難であるという問題を残している。構造体を得るためには、遊離領域を構成するシリコン単結晶に接するガラス基板の全部をエッチングして遊離領域を構成するシリコン単結晶とガラス基板を完全に分離する必要がある。ガラス基板をエッチングしてシリコン単結晶とガラス基板を分離する技術では、ガラス基板とシリコン単結晶が分離するまでエッチングしたときのガラス基板のエッチング深さが不安定であり、浅すぎたり深すぎたりする現象が発生してしまう。遊離領域を構成するシリコン単結晶とガラス基板間の距離は、構造体の挙動特性に影響する。距離が短ければ、シリコン単結晶とガラス基板間を気体が流れる際の流動抵抗が大きくなり、遊離領域が変形しづらくなる。構造体でセンサを構成する場合には、センサ感度が揃った構造体を生産し続けることが難しい。
また、シリコン単結晶とガラス基板をエッチングした後に金属膜を蒸着するために、金属がシリコン単結晶に形成したトレンチからシリコン単結晶とガラス基板間の間隔に入り込む。その間隔に入り込んだ金属膜が所望の配線パターンを乱さないようにするためにはトレンチを通過した金属が広がらない成膜方法を採用しなければならない。金属膜の成膜方法が制約されてしまう。
【０００６】
本発明は、必要とするマスク枚数が１枚ですみ、遊離領域とベース層間の距離を正確に管理でき、しかも、金属膜の成膜方法に制約を受けない製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、ベース層の表面に絶縁性の中間層を介して非絶縁性の上層が積層されている積層板を加工することによって、上層が中間層を介してベース層に固定されている固定上層領域と、その固定上層領域から伸びているとともに対応する範囲の中間層が除去されているためにベース層から遊離している遊離上層領域が混在している構造体を製造する方法に関する。
本発明の製造方法は、積層板の上層の表面に金属膜を形成する工程と、金属膜の表面に保護膜を形成する工程と、保護膜の表面にパターニングされた開孔を持つレジスト層を形成する工程と、そのレジスト層をマスクとして、保護膜と金属膜と上層を異方性エッチングし、中間層に達するトレンチを形成する第１エッチング工程と、その第１エッチング工程で形成されたトレンチから中間層を等方性エッチングする第２エッチング工程を備えている。
レジスト層には、固定上層領域との接続部以外の遊離上層領域の外周に沿って伸びる開孔と、遊離上層領域内に分散形成されている開孔群を形成しておく。その開孔群は、隣接する開孔と開孔を分離する最大距離が、第２エッチング工程での中間層のエッチング量の２倍以下であるという規則に従って形成しておく。中間層は薄いために、最初にトレンチの底面に露出している中間層の厚みの全部がエッチングされ、その後もトレンチとトレンチを分離する上層の下方に位置している中間層が層に沿ってエッチングされ続ける。この場合、中間層のエッチング量とは、トレンチとトレンチを分離する上層の下方に位置している中間層が層に沿ってエッチングされる距離をいう。本方法によると、第２エッチング工程で、遊離上層領域に対応する範囲の中間層が除去され、固定上層領域に対応する範囲の金属膜が保護膜で保護される。上層に用いる材料は導体でも半導体でもよい。
【０００８】
本方法では、積層板の上層の表面に金属膜と保護膜をこの順に形成した後に、フォトリソグラフィー等により、パターニングされたレジスト層を形成する。この際にマスクを必要とするが、後記するように後続する工程ではマスクを必要としない。本方法では、１枚のマスクがあれば足りる。
本方法では、レジスト層にパターニングされた開孔から保護膜と金属膜と上層を異方性エッチングして除去する。保護膜と金属膜と上層は、エッチングガスを適時に切り替えることによって連続してドライエッチングすることができるため、工程を分けて行う必要がない。一回の工程で中間層に達するトレンチを形成することができる。
トレンチを形成した後にトレンチを利用して中間層を等方性エッチングする。等方性エッチングするために、中間層を深さ方向にエッチングするだけでなく、中間層を側方にもエッチングが進行する。遊離上層領域を形成する範囲内には、隣接する開孔と開孔を分離する最大距離が第２エッチング工程での中間層のエッチング量の２倍以下であるという規則に従って開孔群が形成されているために、隣接する開孔と開孔を分離する壁の下方に位置する中間層も除去され、遊離上層領域とベース層は完全に分離される。
固定上層領域の表面に形成されている金属膜は保護膜で覆われているために、金属膜の表面からエッチングされることはない。第２エッチング工程を実施しても、固定上層領域の表面に形成されていた金属膜が除去されることはない。第２エッチング工程の終了後も固定上層領域の全域に金属膜が残留する。
【０００９】
上記の結果、固定上層領域と遊離上層領域が混在し、固定上層領域の表面に金属膜が形成されている構造体が形成される。製造に必要なマスク数は１枚ですむ。
また本方法では、中間層を除去することによって遊離上層領域とベース層の間に間隔を設ける。その間隔の距離は中間層の厚みによって決定される。遊離上層領域とベース層間の距離が、エッチングの進行度合いによって不安定に変化することがない。挙動特性が安定している構造体を量産することが可能となる。
さらに本方法では、エッチング前に金属膜を成膜する。そのために、金属膜の成膜方法に制約されない。任意の金属膜形成方法を採用することができる。
【００１０】
本方法では、積層板にＳＯＩ基板を用いることが好ましい。積層板を形成する工程を省略することができ、さらにシリコンは加工が容易であるため、製造工程を簡単にすることができる。
【００１１】
本方法では、第２エッチング工程後に熱処理工程を実施することが好ましい。熱処理すると、固定上層領域の表面に残留している金属膜と固定上層領域の間にスパイク現象を発生させることができる。すなわち、固定上層領域の表面から深部に向けて金属がくさび形状を取りながら侵入する現象を得ることができる。スパイク現象が発生すると金属膜と固定上層領域の間に良好なオーミック特性を得ることができる。オーミック特性を得るためのイオン注入領域をコントロールするためのマスクが不要となる。
【００１２】
本発明で実現された構造体は、上層が中間層を介してベース層に固定されている固定上層領域と、その固定上層領域から伸びているとともに対応する範囲の中間層が除去されているためにベース層から遊離している遊離上層領域と、固定上層領域の表面の全域に形成されている金属膜を備えている。
【００１３】
上記の構造体は、金属膜が電極と配線パターンの役割を果たす。遊離上層領域と固定上層領域を対向させておくと、両者によってコンデンサを形成することができ、その静電容量の変化を利用して遊離上層領域を移動させた物理量の大きさを検出することができる。このような構造体は、例えば加速度センサや角速度センサとして利用することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、固定上層領域と遊離上層領域と金属膜が形成されている構造体の製造に必要なマスク枚数を１枚に抑えることができるとともに、遊離上層領域とベース層間の距離を所望の距離に管理することができる。しかも金属膜を成膜方法が制約されない。
【実施例】
【００１５】
（第１実施例）
図１の（１）〜（３）に、本実施例の構造体１００の製造方法を示す。まず、ベース層２の表面に酸化シリコンの中間層４を介して単結晶シリコンの上層６が積層されているＳＯＩ基板７を用意する。
次に、上層６の表面に金属膜８を約４００ｎｍ形成する。金属膜８の材料としては、例えばアルミなどを用いる。次に、金属膜８の表面に保護膜１２を熱酸化法やＣＶＤ法などにより約８００ｎｍ形成する。保護膜１２の材料としては、例えば酸化シリコンを用いる。
次に、図１（１）に示すように、マスクを使用したフォトリソグラフィーにより、パターニングされたレジスト層１４を保護膜１２の表面に形成する。レジスト層１４には、第１エッチング工程で除去する部分と平面的に一致するパターンを持つ開孔１４ａ、１４ｂを形成する。
図３に、レジスト層１４の上視図を示す。図１と後記する図２は、図３のＩ−Ｉ断面における製造過程を示したものである。レジスト層１４には、遊離上層領域６ａを覆う部分と、第１の固定上層領域６ｂを覆う部分と、第２の固定上層領域６ｅを覆う部分が形成されている。遊離上層領域６ａと第１の固定上層領域６ｂは接続部６ｃで接続されており、その接続部６ｃもレジスト層１４で覆われている。レジスト層１４には、接続部６ｃを除外した範囲の遊離上層領域６ａの外周６ｄに沿って伸びる開孔１４ｂが形成されている。またレジスト層１４には、第１の固定上層領域６ｂと第２の固定上層領域６ｅを分離する開孔１４ｃ、１４ｃも形成されている。さらにレジスト層１４の遊離上層領域６ａを覆う部分には、複数の開孔群１４ａが格子状に分散形成されている。参照符号Ｌ１は、格子状に配置されている開孔群１４ａ内において隣接している開孔と開孔を分離する最大距離を示している。最大距離Ｌ１は、後記する等方性エッチング工程で中間層４がエッチングされる量（距離）の２倍未満に設定されている。また、最外周の開孔と遊離上層領域６ａの外周６ｄとの間の距離Ｌ４も、前記エッチング量の２倍未満に設定されている。
【００１６】
次に、上記レジスト層１４の開孔１４ａ、１４ｂから、保護膜１２、金属膜８、上層６をこの順に異方性エッチングし、中間層４に至るトレンチ１５ａ、１５ｂ（図１（２）を参照）を形成する。異方性エッチング工程では、エッチングする材料によってエッチングガスを切り替えながら行う。例えば酸化シリコンの保護膜１２に対してはＣＦ４、Ｃ２Ｈ８などを用い、アルミの金属膜８に対してはＣｌ２などを用い、シリコンの上層６に対してはＮＦ３などを用いる。この時点で、上層６が、図４に示すように、遊離上層領域６ａと第１の固定上層領域６ｂと第２の固定上層領域６ｅに分離される。なお、遊離上層領域６ａは、接続部６ｃにおいて第１の固定上層領域６ｂに接続されている。
次に、図１（２）に示すように、残ったレジスト層１４をアッシングや酸洗浄により除去する。最初に形成したレジスト層１４の厚さによっては、レジスト層１４が異方性エッチング工程の途中で除去されてしまう場合がある。この場合、保護膜１２が異方性エッチングを行う際のマスクパターンの代わりとなる。レジスト層１４が表面に残っていなければ、アッシングは不要である。
【００１７】
次に、図１（３）に示すように、ＨＦなどの薬液を用いたウェットエッチングにより、遊離上層領域６ａに対応する範囲の中間層４をエッチングする。エッチング用の薬液は、固定上層領域６ｂとの接続部６ｃ以外の遊離上層領域６ａの外周６ｄに沿って伸びる開孔１４ｂに対応するトレンチ１５ｂと、遊離上層領域６ａ内に分散形成されている開孔群１４ａに対応するトレンチ群１５ａから侵入して中間層４に達する。ウェットエッチングを行う第２エッチング工程では、中間層４とともに保護膜１２も除去されるとともに、遊離上層領域６ａの表面の金属膜８も除去される。等方性エッチングであるため、薬液と接する様々な方向からエッチングが進行する。
【００１８】
図２の（１）と（２）に、第２エッチング工程でウェットエッチングが進行する様子を示す。図１（２）に示す状態からウェットエッチングが進行すると、図２（１）に示すように、保護膜１２の表面からエッチングが進行するとともに、薬液と接している側面からもエッチングが進行する。遊離上層領域６ａ上の保護膜１２は、両側面からもエッチングが進行するため、除去される速度が大きい。
さらにエッチングが進行すると、図２（２）に示すように、遊離上層領域６ａ上の保護膜１２が除去される。遊離上層領域６ａ内に分散形成されている開孔群１４ａは、隣接する開孔１４ａと開孔１４ａを分離する最大距離Ｌ１が第２エッチング工程でのエッチング量Ｌ２の２倍以下であるように形成されている。ここで中間層４と保護膜１２はともに酸化シリコンで形成されており、エッチング速度が等しい。そのため、第２エッチング工程の終了後には、遊離上層領域６ａの表面の保護膜１２は完全に除去されている。その結果、遊離上層領域６ａ上の金属膜８の表面が露出する。保護膜１２による保護がなくなった遊離上層領域６ａ上の金属膜８は、さらにエッチングされる。一方、固定上層領域６ｂ上の保護膜１２は、表面からエッチングが進行するだけである。そのため、遊離上層領域６ａ上の保護膜１２に比してエッチングの進行速度が遅く、保護膜１２は残留しやすい。そのため、その下の（固定上層領域６ｂ上の）金属膜８はエッチングされない。
【００１９】
図１（３）に示すように、第２エッチング工程が終了すると、遊離上層領域６ａ直下の中間層４と、保護膜１２と、遊離上層領域６ａの表面の金属膜８が除去される。遊離上層領域６ａの表面に金属膜８が残存していても大きな問題は無い。固定上層領域６ｂの表面の金属膜８は、保護膜１２により保護されていたため、全面に残っている。残った金属膜８は、センサ等として機能するときの電極ならびに配線パターンの役割を果たす。
【００２０】
次に、構造体全体を熱処理（アニール処理）する。その処理温度は３５０〜４５０℃である。熱処理を行うことによって固定上層領域６ｂ表面に形成されている金属膜８と固定上層領域６ｂを形成するシリコンとの間にスパイク現象が発生し、良好なオーミック特性を得ることができる。金属膜８を形成する金属が、固定上層領域６ｂを形成するシリコンのなかにくさび状に侵入し、両者間の抵抗が低抵抗化される。
【００２１】
本方法を用いると、製造過程で使用するマスクを１枚のみに抑えることができる。すなわち、異方性エッチングを行うためにレジスト層１４をパターニングする際に使用するマスクのみである。また、ウェットエッチング工程では、ベース層２がエッチングされることがないため、遊離上層領域６ａとベース層２間の距離Ｌ３を所望の距離に管理することができる。しかも、金属膜８の成膜方法が制約されることがない。
【００２２】
図４に、第１実施例の製造方法で製造された構造体１００の斜視図を示す。図１、図２で示した製造過程はＩ−Ｉ断面における製造過程を示したものである。遊離上層領域６ａと第１の固定上層領域６ｂの接続部６ｃから遊離上層領域６ａが伸びている。構造体１００では、対向している遊離上層領域６ａと第２の固定上層領域６ｅとの間でコンデンサが形成される。その静電容量の変化を利用して遊離上層領域６ａを移動させた物理量の大きさを検出することができ、加速度センサや角速度センサ等として利用することができる。
【００２３】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】（１）〜（３）は本実施例の構造体の製造過程を示す。
【図２】（１）、（２）は本実施例の中間層の除去過程を示す。
【図３】レジスト層１４の上視図を示す。
【図４】本発明で製造される構造体１００の斜視図を示す。
【符号の説明】
【００２５】
２：ベース層
４：中間層
６：上層
６ａ：第１の固定上層領域
６ｂ：遊離上層領域
６ｃ：固定上層領域と遊離上層領域との接続部
６ｄ：遊離上層領域の外周
６ｅ：第２の固定上層領域
７：ＳＯＩ基板
８：金属膜
１２：保護膜
１４：レジスト層
１４ａ：遊離上層領域内に分散形成されている開孔群
１４ｂ：遊離上層領域の外周に沿って伸びる開孔
１４ｃ：第１の固定上層領域と第２の固定上層領域を分離する開孔
１５ａ：トレンチ群
１５ｂ：トレンチ
１００：構造体
Ｌ１：隣接する開孔と開孔を分離する最大距離
Ｌ２：第２エッチング工程で中間層がエッチングされる距離
Ｌ３：遊離上層領域とベース層間の距離
Ｌ４：最外周の開孔と遊離上層領域の外周との間の距離
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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