(57)【要約】【課題】基板に可動部および固定部を形成してなるマイクロ構造体の製造方法であって、製造工程内におけるスティッキングの発生を極力防止可能な新規な製造方法を提供する。【解決手段】基板１００（２００）にエッチングにより溝７０を形成することで、可動部１０、２０、固定部４０〜６０および可動部１０、２０の動作を制御するバネ部３０を形成してなるマイクロ構造体の製造方法において、溝７０を形成する工程では、可動部および固定部のパターンを形成しつつ、基板１００におけるバネ部となる領域の周辺部の少なくとも一部を残すことでバネ部として機能しないパターン３０ａを形成し、次に、可動部１０、２０を基板１００からリリースさせ、しかる後、バネ部として機能しないパターン３０ａにおける残し部３０ｂをレーザＲで焼き切って除去することにより、バネ部３０を形成する。【選択図】　　　　図４
2004136396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（１００）にエッチングにより溝（７０）を形成することで、可動部（１０、２０）、固定部（４０〜６０）および前記可動部を前記基板に対して弾性的に支持し前記可動部の動作を制御するバネ部（３０）を形成してなるマイクロ構造体の製造方法において、
前記溝を形成する工程では、前記可動部および前記固定部のパターンを形成しつつ、前記バネ部については前記基板における前記バネ部となる領域の周辺部の少なくとも一部を残すことで前記バネ部として機能しないパターン（３０ａ）を形成し、
次に、前記可動部を前記基板からリリースさせ、
しかる後、前記バネ部として機能しないパターンにおける残し部（３０ｂ）を除去することにより、前記バネ部を形成することを特徴とするマイクロ構造体の製造方法。
【請求項２】
前記残し部（３０ｂ）をレーザを用いて焼き切ることにより除去することを特徴とする請求項１に記載のマイクロ構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板にエッチングにより溝を形成することで、この溝を介して区画された可動部および固定部を形成してなるマイクロ構造体の製造方法に関し、例えば可動電極と固定電極を有する容量式加速度センサや圧力センサ等のマイクロ構造体に適用できる。
【０００２】
【従来の技術】
従来一般に、この種のマイクロ構造体は、ＳＯＩ基板等の基板を用いて、該基板の一面側からに可動部および固定部を画定する溝をエッチングにて形成し、その後、犠牲層エッチングや基板他面側からのエッチング等により、可動部を基板からリリースし（切り離し）、可動部を可動状態とすることで製造される。
【０００３】
このリリース工程としては、プラズマドライエッチング法やウェットエッチング法が使用される。プラズマドライエッチング法では、可動部を切り離すために、基板と可動部とを固定しているＳｉやＳｉＯ２等の半導体材料をプラズマ中でエッチングガスを導入するプラズマエッチングで除去し、可動部の切り離しを行う。
【０００４】
この方法は、通常ウェハ状態で各素子の構造体における可動部をリリースするため、エッチングレートの面内分布等の関係から、先に切り離された部分の可動部は、可動な状態でエッチングのプロセス条件にさらされる。このとき、プロセス条件下での衝撃や静電気力でスティッキングが発生するという問題がある。
【０００５】
スティッキングとは、可動部とこれに対向する固定部等の部分とが互いに付着してしまう現象であり、可動部の機能を損なうものである。
【０００６】
また、ウェットエッチング法を用いた場合では、エッチング液に浸して可動部のリリースを行うため、リリースされた部分ではエッチング液の表面張力によって、特に乾燥時にスティッキングが発生する。
【０００７】
このようなスティッキング防止方法としては、可動部とその下部に位置する基板との間にレジストを設け、このレジストにより可動部を支持することでスティッキングを防止する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特表平７−５０５７４３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のレジストを用いた方法では、最終的にレジストを除去するためにやはりプラズマドライエッチングやウェットエッチングを行う必要があり、上記したドライおよびウェットのエッチング法と同様に、スティッキングの発生が問題となる。
【００１０】
本発明は上記問題に鑑み、基板にエッチングにより溝を形成することで、この溝を介して区画された可動部および固定部を形成してなるマイクロ構造体の製造方法であって、製造工程内におけるスティッキングの発生を極力防止可能な新規な製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、基板（１００）にエッチングにより溝（７０）を形成することで、可動部（１０、２０）、固定部（４０〜６０）および可動部を基板に対して弾性的に支持し可動部の動作を制御するバネ部（３０）を形成してなるマイクロ構造体の製造方法において、溝を形成する工程では、可動部および固定部のパターンを形成しつつ、バネ部については基板におけるバネ部となる領域の周辺部の少なくとも一部を残すことでバネ部として機能しないパターン（３０ａ）を形成し、次に、可動部を基板からリリースさせ、しかる後、バネ部として機能しないパターンにおける残し部（３０ｂ）を除去することにより、バネ部を形成することを特徴とする。
【００１２】
それによれば、製造工程中において、可動部をリリースしても、当該可動部を動作させるバネ部が形成されておらずバネ部の機能が発揮されない状態、すなわち可動部はほとんど動かない状態となるので、その後の製造工程にて外力（衝撃）や静電気等が発生してもスティッキングを極力抑制することができる。
【００１３】
そして、スティッキングの可能性がある工程が終了した後に残し部を除去することで、バネ部が形成され、可動部が可動状態となったマイクロ構造体を完成させることができる。このように、本発明によれば、マイクロ構造体の製造工程内におけるスティッキングの発生を極力防止可能な新規な製造方法を提供することができる。
【００１４】
ここで、残し部を除去してバネ部を形成する方法としては、請求項２に記載の発明のように、残し部（３０ｂ）をレーザを用いて焼き切る方法や、残し部に通電して残し部を焼き切る方法を採用できる。これらの方法によれば外力や静電気等をほとんど発生させることなく可動部を可動状態とすることができるため、残し部の除去工程におけるスティッキングを極力抑制することができ、好ましい。
【００１５】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図１は本発明の構造体としての容量式加速度センサＳ１の概略平面構成を示す図である。このセンサＳ１は、ＳＯＩ（シリコンオンインシュレータ）基板等の半導体基板等からなる基板１００を有する。
【００１７】
そして、この基板１００の一面側に櫛歯形状をなす梁構造体を形成することで、可動部としての重り部１０および可動電極２０、固定部としての固定電極４０、５０および周辺部６０、さらに可動部１０、２０を固定部４０〜６０に対して弾性的に支持し可動部１０、２０の動作を制御するバネ部３０が形成されている。
【００１８】
可動部１０、２０、バネ部３０、および固定部４０〜６０は、図１に示されている基板１００の一面側をエッチングすることにより形成された溝７０を介して区画され、可動部およびバネ部１０〜３０と固定部４０〜６０とは電気的に分離されている。
【００１９】
また、可動部およびバネ部１０〜３０の下側（図１の紙面裏側方向）では、基板１００が除去されることで、可動部１０、２０は基板１００からリリースされた（切り離された）状態となっている。
【００２０】
このようにリリース状態にある可動部における重り部１０の両端に、矩形枠状のバネ部３０が形成されている。このバネ部３０は、図１中の左右方向に変位可能なバネ機能を有するものである。各バネ部３０はアンカー部３１、３２に連結され、さらに、各アンカー部３１、３２は基板１００に固定支持されている。
【００２１】
これにより、可動部１０、２０はバネ部３０によって基板１００に対して弾性的に支持され、可動部の動作はバネ部３０にて制御されるようになっている。すなわち、図１中の左右方向の成分を含む加速度を受けたときに、バネ部３０の機能によって可動部１０、２０は図１中の左右方向へ変位するとともに、加速度の消失に応じて元の状態に復元するようになっている。このような可動部１０、２０の変位の様子を図２に示しておく。
【００２２】
バネ部３０の間を連結する重り部１０は可動部１０、２０の質量を実質的に規定するものである。重り部１０には、可動部１０、２０の変位方向と直交する方向（図１中の上下方向）にて重り部１０の両側面から互いに反対方向へ一体的に突出する櫛歯状の複数個の可動電極２０が備えられている。
【００２３】
図１では、可動電極２０は、重り部１０の上側及び下側に各々３個ずつ突出して形成されている。そして、各可動電極２０は、重り部１０と一体に可動部として形成され、可動部１０、２０の変位方向へ変位可能となっている。
【００２４】
固定電極４０、５０は、周辺部６０から可動部１０、２０に向かって突出し、各々の可動電極２０の側面と検出間隔を有して対向配置されたものである。つまり、図１に示すように、固定電極４０、５０は櫛歯状の可動電極２０にかみ合うように形成された櫛歯状をなしている。
【００２５】
固定電極４０、５０は、図１中の下側に位置する第１の固定電極４０と、図１中の上側に位置する第２の固定電極５０とより成り、両固定電極４０、５０は互いに電気的に独立している。
【００２６】
また、上述した可動部１０、２０、第１の固定電極４０および第２の固定電極５０に対して、それぞれ図示しない電極パッドが設けられている。この電極パッドは例えばアンカー部３１、３２や周辺部６０の適所においてアルミニウム等にて形成され、外部回路とワイヤボンディング等により接続される。
【００２７】
このような構成においては、第１の固定電極４０と可動電極２０との検出間隔に第１の容量ＣＳ１、第２の固定電極５０と可動電極２０との検出間隔に第２の容量ＣＳ２が形成されている。
【００２８】
そして、加速度を受けると、バネ部３０のバネ機能により、可動部１０〜３０全体が一体的に図１中の左右方向へ変位し、可動電極２０の変位に応じて上記第１及び第２の容量ＣＳ１、ＣＳ２が変化する（図２参照）。そして、上記した外部回路により、これら第１及び第２の容量の差分、即ち、差動容量（ＣＳ１−ＣＳ２）の変化を電圧信号に変換することで加速度を検出する。
【００２９】
次に、本センサＳ１の製造方法について、図３および図４を参照して述べる。図３は本センサＳ１の製造方法を示す概略断面図、図４は同製造方法を示す概略平面図である。なお、図３は周辺部６０、および対向する可動電極２０と固定電極４０、５０との部分の断面を中心として模式的に示したものでバネ部３０は省略してある。
【００３０】
センサＳ１は、実際にはＳＯＩ基板からなる半導体ウェハ２００に周知の半導体製造技術を用いてチップ単位毎にセンサ構成部を形成した後、該半導体ウェハ２００をダイシングカットすることにより分断された半導体チップとして構成される。つまり、図３、図４では基板１００は、ウェハ状態としてのウェハ２００の形で示してある。
【００３１】
［図３（ａ）、図４（ａ）の工程］
ＳＯＩ基板としての半導体ウェハ２００は、シリコン基板２１０上に埋め込み酸化膜２２０を介して形成されたシリコン層２３０を有するものである。まず、ウェハ２００（基板１００）にエッチングにより溝７０を形成して可動部１０、２０および固定部４０〜６０のパターンを形成する。この溝７０は通常のホト・エッチング工程で形成できる。
【００３２】
具体的には、ホトレジストにより形成した梁構造体のパターンを用いたドライエッチングによりシリコン層２３０をエッチングし、埋め込み酸化膜２２０に到達する溝７０を形成する。このエッチングには例えばＳＦ６やＣＦ６等のエッチャントを採用できる。ＳＯＩ基板を用いた場合では、埋め込み酸化膜２２０でエッチングがストップするため制御性に優れている。
【００３３】
この溝７０を形成するエッチング工程では、バネ部３０の領域については基板１００におけるバネ部３０となる領域の周辺部のシリコン層２３０を一部残すことでバネ部３０として機能しないパターン３０ａを、シリコン層２３０に形成する。
【００３４】
図４（ａ）に示す例では、当該パターン３０ａは、最終的にバネ部３０となる矩形枠部において、可動部の変位方向に対向する辺部同士を連結する残し部３０ｂが形成されたものとなっている。
【００３５】
なお、この残し部３０ｂは図４（ａ）中に破線で示すように、バネ部となる矩形枠部と固定電極５０（固定電極４０でも良い）とを連結するものでも良い。さらに、当該パターン３０ａとしては、基板１００におけるバネ部３０となる領域の周辺部のシリコン層全部を残すパターン、すなわちシリコン層２３０にバネ部を全く形成しないパターンとしても良い。
【００３６】
こうして、溝７０を形成する工程では、可動部１０、２０および固定部４０〜６０のパターンを形成しつつ、バネ部３０については基板１００（ウェハ２００）におけるバネ部３０となる領域の周辺部の少なくとも一部を残すことでバネ部として機能しないパターン３０ａを形成する。
【００３７】
［図３（ｂ）の工程］
次に、可動部１０、２０をウェハ２００（基板１００）からリリースさせる工程を行う。ここでは、可動部１０、２０および上記パターン３０ａ、固定電極４０、５０となる部分をウェハ２００からリリースさせる。
【００３８】
ここでは、ウェハ２００（基板１００）におけるシリコン基板２１０側から、可動部１０、２０および上記パターン３０ａ、固定電極４０、５０となる部分の下側のシリコン基板２１０および埋め込み酸化膜２２０をウェットもしくはドライのエッチングによって除去することにより、可動部１０、２０のリリース加工を行う。
【００３９】
例えば、ウェットエッチングの場合は、ＫＯＨ等のアルカリエッチング液、フッ酸等を用いて、また、ドライエッチングの場合は、ＳＦ６、ＣＦ６、ＣＦ４等のエッチャントを用いてそれぞれシリコン基板２１０、埋め込み酸化膜２２０をエッチング除去することができる。
【００４０】
この工程によって、可動部１０、２０は基板１００（ウェハ２００）からリリースされるが、バネ部３０については未だバネ機能を有するものではなく、バネ部として機能しないパターン３０ａとなっている（図４（ａ）参照）。そのため、可動部１０、２０は、基板１００に固定もしくはほとんど動かない状態となり、可動部と固定部との検出間隔方向における接触が発生しにくい構造となっている。
【００４１】
［図４（ｂ）の工程］
次に、バネ部として機能しないパターン３０ａにおける残し部３０ｂを除去することにより、バネ部３０を形成する。具体的には、残し部３０ｂをレーザＲを用いて焼き切る。この焼き切りは、例えば真空中で行うことで残し部３０ｂのシリコンが蒸発するため、除去が可能となる。
【００４２】
なお、上記図４（ａ）に破線で示した部位に残し部３０ｂを形成した場合には、レーザＲによる除去も可能であるが、バネ部３０と同電位である可動部１０、２０と固定電極５０との間に電流を流すことで残し部３０ｂに通電し、シリコンの抵抗体としての性質を利用して残し部３０ｂを焼き切る方法も採用できる。また、シリコン層２３０に全くバネ部を形成しない場合は、上記同様のレーザ加工でパターンに沿って焼き切ればバネ部３０を形成できる。
【００４３】
この工程の終了により、バネ部３０が形成され、可動部１０、２０が可動状態となったマイクロ構造体としてのセンサＳ１を完成させることができる。
【００４４】
この残し部３０ｂの除去工程は、それ以後の工程において可動部１０、２０になんらかの衝撃や静電気等による力ができるだけ発生しない状態まで加工を進めた後に行うようにする。
【００４５】
例えば、この残し部除去工程のタイミングは、エッチングによる可動部１０、２０のリリース工程が終了した後、またはウェハ２００のダイシングカット終了後に行うことができ、さらには、チップとなったセンサＳ１をパッケージ等に組み付ける組み付け工程の途中でも行うことが可能である。
【００４６】
以上述べてきたように、本実施形態の製造方法によれば、製造工程中において、可動部１０、２０をリリースしてもバネ部の機能が発揮されておらず、当該可動部はほとんど動かない状態となるので、その後の製造工程にて外力（衝撃）や静電気等が発生してもスティッキングを極力抑制することができる。
【００４７】
そして、スティッキングの可能性がある工程が終了した後に残し部３０ｂを除去することで、バネ部３０が形成され、可動部１０、２０が可動状態となったセンサＳ１を完成させることができる。
【００４８】
また、本実施形態では、残し部３０ｂを除去する方法としては、レーザを用いて焼き切る方法や、残し部に通電して焼き切る方法を採用している。これらの方法によれば外力や静電気等をほとんど発生させることなく可動部を可動状態とすることができるため、残し部の除去工程におけるスティッキングを極力抑制することができる。
【００４９】
ちなみに、上述した従来のレジストによる可動部の固定では、レジストをプラズマエッチングで除去する際に、ウェハ面内のエッチングレートの差によって先にレジストが除去された可動部の部分はエッチングプロセスにさらされ、プラズマの衝撃等によりスティッキングが生じやすい。
【００５０】
その点、レーザ加工によれば、レーザは残し部３０ｂだけを局所的に狙って照射されるものであり、可動部１０、２０の部分には衝撃等が発生しにくい。また、通電を用いた方法では、衝撃や静電気力は生じにくい。そのため、これらレーザや通電による加工の際にスティッキングは生じにくい。
【００５１】
このように、本実施形態によれば、マイクロ構造体の製造工程内におけるスティッキングの発生を極力防止することのできる新規な製造方法を提供することができる。
【００５２】
また、上記パターン３０ａにおける残し部３０ｂの除去方法としては、上述のレーザや通電による焼き切り以外にも、ドライエッチングで除去する方法でも良い。この場合、可動部の部分を金属等のマスクで覆ってエッチングすれば、可動部がドライエッチングのプロセス条件にさらされることはなく、スティッキングは抑制できる。
【００５３】
また、上記図３の例では、可動部１０、２０を基板からリリースさせる工程は、他の例としてはシリコン基板２１０側からの加工で行ったが、シリコン層２３０側からの加工でも可能である。
【００５４】
その例を図５に示す。溝７０を介して可動部１０、２０、バネ部となるパターン３０ａおよび固定電極４０、５０の下の埋め込み酸化膜２２０をウェットもしくはドライのエッチングによって除去してリリースする。ウェットエッチングの場合はフッ酸等を用いた犠牲層エッチングにより、ドライエッチングの場合はＣＦ４等のエッチャントを用いたエッチングにより、ＳｉＯ２からなる埋め込み酸化膜２２０の除去が行える。
【００５５】
この図５の例でも、可動部リリース後におけるバネ部３０として機能しないパターン３０ａによる効果は、上記の例と同様であることは勿論である。
【００５６】
また、可動部と固定部のパターンは上記した櫛歯状の形状に限定されないことは勿論である。また、バネ部も上記した矩形枠形状以外にも、例えば折り返し形状等であっても良い。
【００５７】
また、基板としてはＳＯＩ基板以外にも、通常のシリコン基板等の半導体基板を用いても同様に製造できることは明らかである。また、本発明は、容量式加速度センサ以外にも圧力センサ、角速度センサ等の構造体に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる構造体としての容量式加速度センサの概略平面図である。
【図２】図１に示すセンサにおいて加速度印加時に可動部が変位した様子を示す図である。
【図３】図１に示すセンサの製造方法を示す概略断面図である。
【図４】図１に示すセンサの製造方法を示す概略平面図である。
【図５】可動部のリリース工程の他の例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１０…重り部、２０…可動電極、３０…バネ部、
３０ａ…バネ部として機能しないパターン、３０ｂ…残し部、
４０…第１の固定電極、５０…第２の固定電極、６０…周辺部、７０…溝、
１００…基板。
【図１】
2004136396.tif 000003
【図２】
2004136396.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004136396.tif 000006
【図５】
2004136396.tif 000007