(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速度センサの製造方法において、基板上に絶縁層（１）を形成し、絶縁層（１）上に導体路層（３）を形成し、導体路層（３）を構造化して可動の要素（２５）の露出した範囲（２３）下の導体路層（３）を除去し、構造化された導体路層（３）及び絶縁層（１）上に絶縁層（２）を形成し、絶縁層（２）に接触穴（４）を形成し、絶縁層（２）上に導体層（６）を形成し、導体層（６）を異方性プラズマエッチングし、導体層（６）のセンサコア領域（Ｉ）に可動の要素（２５）を形成する第１のトレンチ（９）を形成するとともに、可動の要素（２５）の露出した範囲（２３）下の絶縁層（２）を除去し、ガラスはんだ（８）により偽装縁範囲（２１）上に厚い保護キャップ（１３）を取り付け、その後、導体層（６）をプラズマエッチングし、導体層（６）のボンディングパッド範囲（ＩＩＩ）にボンディングパッド台（２０）を形成する第２のトレンチ（９’）を絶縁層（２）に達するまで形成する、加速度センサの製造方法。
【請求項２】
第２のトレンチ（９′）を、第１の範囲（Ｉ）における可動の要素（２５）の形成の後に、有利にはそのカプセル化の後に、初めて形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
接触要素（２０）上に金属化パッド（７）を形成し、かつ第２の範囲（ＩＩＩ）における接触要素（２０）を形成するために、金属化パッド（７）をマスクとして利用して、第２のトレンチ（９′）をエッチングし、その際、カプセル化により第１の範囲（Ｉ）をマスクする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
第１のトレンチ（９）を形成する際に、範囲（ＩＩＩ）において絶縁層（１，２）上に導体層（６）の窓範囲（ＦＥ）をエッチングし、この窓範囲を、第１の範囲（Ｉ）におけるエッチングの最終点認識のための基準として利用する、請求項２又は３に記載の方法。
【請求項５】
窓範囲（ＦＥ）の下において絶縁層内に、導体層（６）のエッチングのための垂直エッチングストッパとして導体路層範囲（３′）を利用し、その際、導体層（６）と導体路層が、酸化物エッチングのためのエッチングストッパを形成する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
導体層（６）が接触要素（２０）の方向における横向きエッチングストッパとして作用するように、導体路層範囲（３′）の縁を導体層（６）に結合する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
基板（１０）と導体層（６）が、シリコンからなり、かつここに埋め込まれた構造化された導体路層（３）を含む絶縁層（１，２）を設ける工程が、
第１の酸化物層（１）を形成するために基板（１０）を酸化し、
第１の酸化物層（１）上に導体路層（３）を堆積させ、かつ構造化し、かつ
構造化された導体路層（３）及び回りを囲む第１の酸化物層（１）上に第２の酸化物層（２）を形成する
工程を有する、請求項１〜６までのいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板を準備し、構造化された導体路層が埋め込まれている絶縁層を基板上に設け、絶縁層上に導体層を設け、この導体層が、第１の範囲と第２の範囲を有し、導体層の下の絶縁層の少なくとも一部を除去するために、第１のトレンチの形成及び第１のトレンチによるエッチング剤の案内によって、第１の範囲に可動の要素を形成し、第２のトレンチの形成によって第２の範囲に導体路層に電気的に接続する接触要素を形成し、かつ第１の範囲において形成された可動の要素をカプセル化するという工程を有する、マイクロマシンの構成要素の、とくに表面のマイクロマシンの加速度センサの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロマシンの加速度センサのこのような製造方法は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９５３７８１４号明細書によって公知である。
【０００３】
基本的には任意のマイクロマシンの構成要素に適用可能であるとはいえ、本発明及び本発明の基礎とする問題は、この公知の表面のマイクロマシン加速度センサに関して詳細に説明する。
【０００４】
本発明による問題を説明するために、図２は、通常の方法にしたがって製造される公知のマイクロマシン加速度センサの概略的な横断面表示であり、図３は、その概略的な平面図であり、かつ図４は、図２による公知のマイクロマシンの加速度センサの接触範囲の拡大した概略的な表示である。
【０００５】
図２ないし４において、参照符号１００は、一般的にマイクロマシンの加速度センサを示し、１０は基板、１は下側酸化物、２は上側酸化物、３は両方の酸化物１、２の間に埋め込まれたＬＰＣＶＤポリシリコンからなる導体路、４は上側酸化物２における接触穴、６はエピタキシーポリシリコン（すなわち高い堆積速度を達成するためにエピタキシー反応器において堆積されたポリシリコン）からなる層、７はアルミニウムからなるボンディングパッド、８はガラスはんだ層、９は第１のトレンチ、９′は第２のトレンチ、２０はエピタキシーポリシリコンからなるボンディングパッド台、２１はエピタキシーポリシリコンからなるフレーム、２５は係止範囲２２及び露出した範囲２３を有する可動の要素、６０はポリシリコンからなる層６の一部としてのポリシリコン接触プラグ、１３はＳｉ保護キャップ又はウエーハキャップ、Ｂ１〜Ｂ５は接触範囲、Ｌ１〜Ｌ５導体路範囲、Ｉはセンサコア範囲、ＩＩは偽装縁範囲、ＩＩＩはボンディングパッド範囲、かつＳは汚れ粒子を示している。
【０００６】
この加速度センサのための公知の製造技術において、種々の層は、典型的に次の厚さを有する：
アルミニウムボンディングパッド７：      １．３５μｍ
ポリシリコンからなる層６：            １０．３０μｍ
第２の酸化物２：                        １．６０μｍ
埋め込まれた導体路層３                  ０．４５μｍ
第１の酸化物１：                        ２．５０μｍ
通常の技術において、ポリシリコンからなる１０μｍの厚さの層６からなる構造は、トレンチ（トレンチ形成）及びその下にある犠牲層（酸化物１、２）の除去によって露出する。
【０００７】
範囲Ｉにおいてアンダエッチングは、自由に可動のセンサ要素を得るために必要であり、かつ望ましい。それに反して範囲ＩＩＩにおいて、アンダエッチングは、次に述べるように、きわめて不所望であり、かつ不利である。範囲ＩＩは、完全にポリシリコンによって覆われており、かつＳｉ保護キャップ１３によるセンサのハーメチックなカプセル化のために使われる。
【０００８】
図４による範囲ＩＩＩの拡大された表示から明らかなように、センサコア範囲Ｉにおける可動の構造と同じプロセス工程において切離されるポリシリコンからなる１０μｍの厚さのボンディングパッド台２０は、アルミニウムボンディングパッド７を有し、かつ接触プラグ６０を介してその下にある薄いＬＰＣＶＤポリシリコン導体路３に接続されている。犠牲層エッチングの前に、ＬＰＣＶＤポリシリコン導体路３は、酸化物層１、２の間に埋め込まれている。
【０００９】
センサの可動の要素２５のための犠牲層として同時にエッチングされる範囲における第１及び第２の酸化物層１、２のエッチングの際に、上側の酸化物２は完全に、かつ下側の酸化物１は部分的に、除去される。その際、ボンディングパッド台２０及び導体路層３の図示したアンダエッチングに至る。
【００１０】
これらの位置において、とくにのこぎり切断の際にのこぎり切断スラッジの形に形成されるような導通可能な汚れ粒子Ｓが堆積し、かつボンディングパッド台２０と基板１０の間又はボンディングパッド台２０と導体路層３の間に電気分路を生じる。
【００１１】
さらに埋め込まれた導体路層３又はボンディングパッド台２０のアンダエッチングされたエピタキシーポリシリコン縁の損傷が起こることがあり、しかもとくにのこぎり切断の後に行なわれる高圧清掃の際に起こることがある。その結果は、可能な分路、抵抗の上昇及び汚れた割れ縁である。
【００１２】
犠牲層エッチングの後に、導体路層２が、もはや誘電体によって覆われていないことは、一般に不利であり、このことは、通常のＩＣ設計の安全規則に違反する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって一般に本発明の基礎とする問題は、このような分路を簡単に避けることができるように、初めに述べた方法をさらに発展させることにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
ボンディングパッドのアンダエッチングを避けるための通常の発端は、ネガ型レジストによってボンディングパッドの回りの第２のトレンチ９′を覆うことを考慮している。
【００１５】
これがほぼ１０μｍより大きな段高さの際にプロセス技術において困難であり、かつすべてのセンサ構造においてかつて可能であったことがないことは、この発端において不利とわかった。ネガティブラッカも、ＨＦによっていっぱいに吸い込まれかつそれからアンダエッチングをもはや防ぐことができないので、犠牲層のＨＦガス層エッチングの後に、即座に取り除かなければならない。その際、トレンチにおけるラッカの完全な除去は、複雑なものとなり、かつすでにわずかな残留物が、くし形構造の粘着を引起こすことがある。
【００１６】
第２の発端は、ボンディングパッド台の下及びボンディングパッド台の回りの所定の範囲において犠牲層上に、ボンディングパッド台の下の犠牲層の完全なアンダエッチングを避けるために追加的な保護層が、少なくとも暫定的に設けられていることを考慮している。このことは、製造プロセスを高価にする。
【００１７】
特許請求の範囲第１項の特徴を有する本発明による方法は、公知の解決策の発端に対して次のような利点を有する。すなわち公知の方法の簡単な変形により、すなわち１つのエッチングプロセスを付け加えるだけで、犠牲層のアンダエッチングは、もはやボンディングパッド台の下において生じず、かつ接触範囲の回りにおいて露出した導体路との分路又はその他の分路、例えば基板との分路の危険は、もはや存在しない。高圧清掃の際の損傷も、もはや生じない。それによりマイクロマシンの構成要素の信頼性及び動作能力を、著しく高めることができる。
【００１８】
本発明の基礎となる思想は、第２の範囲における絶縁層が、第１の範囲に可動の要素を形成する際に、導体層によって保護されたままであるという点にある。
【００１９】
換言すれば、導体層は、これが犠牲層エッチングの際に範囲Ｉだけにおいてトレンチ形成されるが範囲ＩＩＩにおいてトレンチ形成されていないことによって、保護層として使われる。したがって犠牲層エッチングの際に、可動の要素の製造のためにセンサコア範囲における犠牲層だけが除去される。有利には偽装の後に、導体層は、２度トレンチ形成され、しかも範囲ＩＩＩだけにおいてトレンチ形成されるが、範囲Ｉにおいてはトレンチ形成されない。なぜならここでは厚い保護キャップが、ちょうどマスクとして動作するからである。
【００２０】
特許請求の範囲の従属請求項に、特許請求の範囲第１項に記載された方法の有利な変形及び改善が存在する。
【００２１】
有利な変形によれば、第２のトレンチを、第１の範囲における可動の要素の形成の後に、有利にはそのカプセル化の後に初めて形成する。それによりエッチング剤は、可動の要素の形成の際に接触範囲の下の絶縁層及び第２の範囲における導体路には到達しない。
【００２２】
別の有利な変形によれば、接触要素上に金属化パッドを形成し、かつ第２の範囲における接触要素を形成するために、金属化パッドをマスクとして利用して、第２のトレンチをエッチングし、その際、カプセル化により第１の範囲をマスクする。このことは、実現困難な追加的なマスク平面を節約する。
【００２３】
別の有利な変形によれば、第１のトレンチを形成する際に、範囲において絶縁層上に導体層の窓範囲を露出エッチングし、この窓範囲を、第１の範囲におけるエッチングの最終点認識のために基準として利用する。
【００２４】
別の有利な変形によれば、窓範囲の下において絶縁層内に、垂直エッチングストッパとして導体路層範囲が埋め込まれている。このことは、犠牲層エッチングの際の基板の露出を阻止する。
【００２５】
別の有利な変形によれば、導体層が接触要素の方向への横向きエッチングストッパとして作用するように、導体路層範囲の縁を導体層に結合する。このことは、接触要素又は導体路のアンダエッチングを阻止する。
【００２６】
別の有利な変形によれば、基板と導体層は、シリコンからなる。ここに埋め込まれた構造化された導体路層を含む絶縁層を設ける工程は、この時、有利には次の工程を有する：第１の酸化物層を形成するために基板を酸化し、第１の酸化物層上に導体路層を堆積しかつ構造化し、かつ構造化された導体路層及び回りを囲む第１の酸化物層上に第２の酸化物層を形成する。
【００２７】
【実施例】
本発明の実施例を図面に示しかつ次の説明において詳細に説明する。
【００２８】
図において同じ参照符号は、同じ又は機能的に同じ構成部分を示している。
【００２９】
図１ａ〜ｄは、それ自体周知のマイクロマシンの加速度センサに適用した本発明による構成の概略的な横断面表示を示している。
【００３０】
その際、わかりやすくする理由により、図２から範囲ＩＩＩだけが図示されている。範囲Ｉ及びＩＩに関するそれ以上の詳細については、とくに初めに挙げたドイツ連邦共和国特許出願公開第１９５３７８１４号明細書を参照されたい。
【００３１】
図１ａ〜ｄにおいて、すでに導入された参照符号に加えて、３０はフォトレジスト層、３′は垂直エッチングストッパとして使われる導体路層範囲、６５は横向きエッチングストッパとして使われる導体路層範囲３′を含む導体層６の結合範囲、かつＦＥは窓範囲を示している。
【００３２】
シリコン基板１０上に第１の絶縁層１が、かつその上に導体路層３が取付けられる。第１の絶縁層１において、ほぼ２．５μｍの厚さの酸化物層が、かつ導体路層３において、ほぼ０．４５μｍの厚さのドーピングされたＬＰＣＶＤポリシリコン層が問題になる。これに導体路層３の構造化が続き、かつ構造化された導体路層３及び回りを囲む第１の酸化物層１の上におけるほぼ１．６μｍの厚さの第２の酸化物層の形の第２の絶縁層２の形成が続く。
【００３３】
公知のプロセスと相違して、窓範囲ＦＥの下において絶縁層１、２内に、後の垂直エッチングストッパとして導体路層範囲３′が埋め込まれる。
【００３４】
第２の酸化物層２における接触穴４の形成、及びＬＰＣＶＤポリシリコンからなる薄い層による表面の被覆の後に、ほぼ１０μｍの厚さを有するポリシリコン層の形の導体層６のエピタキシーが行なわれる。
【００３５】
公知のプロセスと相違して、その際、導体路層範囲３′は、その縁において、接触穴４を通って延びた区間６５を介して導体層６に接続され、その際、導体層６のこの区間６５は、後に接触要素２０の方向への横向きのエッチングストッパとして作用する。
【００３６】
厚い導体層６の上側に、その後になお、ボンディングパッドのための構造化されたアルミニウム金属層７が取付けられ、このアルミニウム金属層は、ほぼ１．３μｍの厚さを有する。
【００３７】
別のフォトリソグラフ工程において、次のトレンチエッチングプロセスのために、フォトレジスト３０による厚い導体層６の構造化されたマスキングが行なわれる。
【００３８】
公知のプロセスと相違して、その際、範囲ＩＩＩは、窓範囲ＦＥを除いてフォトラッカによって覆われる。それから周知のように、第１の範囲Ｉにおける可動の要素２５の形成が行なわれ、すなわち厚い導体層６を通した第１のトレンチ９の異方性プラズマエッチングにより、かつ可動の要素２５の下における第２の酸化物層２及び第１の酸化物層１を除去するために酸化物エッチング剤（ガス状のＨＦ）のそれに続く利用によって行なわれる。
【００３９】
範囲ＩＩＩにおいて、プラズマエッチングの際に、最終点検出のための窓ＦＥの範囲におけるシリコンだけがエッチングされる。すなわちセンサコア範囲における導体層のエッチングは、センサ特性に決定的な影響を及ぼすきわめて重要なプロセスである。精密なプロセス管理のために、プロセス最終点を検出するため、いわゆる光学放射スペクトロスコープが使用される。この方法は、例えば十分に大きなシリコン面がエッチングされるときにだけ、満足に機能する。第１のエッチングの際に、第１の範囲における、すなわちセンサコア範囲におけるトレンチのエッチングだけに限定すれば、この方法により確実な最終点認識が保証されていない。
【００４０】
それ故に第２の範囲ＩＩＩにおいて前記の窓面ＦＥが利用され、この窓面は、最終点認識に貢献するが、それに続く犠牲層エッチングの際に接触要素又は導体路に対する欠点を引起こさないよう配置されている。すなわち次の酸化物エッチングの際、なんらかの妨害となるアンダエッチングに至ることなく、導体路層範囲３′の上及び図１ｃにおいて区間６５の右横にある酸化物層２の範囲だけがエッチングされる。
【００４１】
別のプロセス経過において、ガラスはんだ８によりフレーム２１上におけるＳｉ保護キャップ１３の閉じた取付けにより、センサコア範囲Ｉの仕上げが行なわれる。
【００４２】
その後初めて、第２の範囲ＩＩＩにおいて、接触プラグ６０を介して導体路層３に電気的に接続される接触要素２０の本発明により分離された形成が行なわれる。その際、接触要素２０における金属化パッド７は、第２のトレンチ９′のプラズマエッチングの際にマスクとして使われ、これらのトレンチは、第２の範囲ＩＩＩにおいて接触要素又はボンディングパッド２０を囲んでいる。この時点において、フォトプロセスは、高い微細構造（キャップにおける３８０μｍの深さの穴）に基づいて、もはやほとんど不可能なので、このことは目的に合っている。それ故にフォトマスクを用いずにエッチングプロセスが行なわれ、かつその際、厚いキャップ又はカプセル化は、センサコア範囲Ｉをエッチング剤から保護する。
【００４３】
金属化パッドがエッチングマスクとして使われる接触要素の範囲において、アルミニウムに対するシリコンのエッチングの際に十分に存在するようなエッチングプロセスの相応する選択度に注意するだけでよい。
【００４４】
プロセスの最後に、のこぎり切断及び高圧清掃による構成要素の個別化が行なわれる。
【００４５】
図１ｄは、完成した加速度センサのボンディングパッド２０の横断面を示している。絶縁層１、２は、まだ完全にその下及びその側方に維持されている。導体路も、通常の方法とは相違して、その上側において第２の酸化物層２によって絶縁されている。それによりアンダエッチング及び損傷は避けられ、導体路は絶縁されており、したがって導通粒子による分路は排除されている。
【００４６】
前記のように本発明を有利な実施例によって説明したが、本発明は、これに限定されているわけではなく、種々に変形することができる。
【００４７】
とくに本発明によるボンディングパッド構造は、マイクロマシンの加速度センサに適用できるだけではなく、任意のマイクロマシンの構成要素に適用することができる。個々の層のための材料の選択は、記載された材料に限定されいない。
とくに本発明は、シリコン構成要素のためだけでなく、その他のマイクロマシンの材料からなる構成要素のためにも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】マイクロマシンの加速度センサに適用した本発明による方法の構成を示す概略的な横断面図である。
【図２】通常の方法によって製造される周知のマイクロマシンの加速度センサを示す概略的な横断面図である。
【図３】図２による周知のマイクロマシンの加速度センサを示す概略的な平面図である。
【図４】本発明による問題を説明するために図２による周知のマイクロマシンの加速度センサの接触範囲を示す拡大した略図である。
【符号の説明】
１  絶縁層、  ２  絶縁層、  ３  導体路層、  ３′  導体路層範囲、  ４  接触穴、  ６  導体層、  ７  金属化パッド、  ８  ガラスはんだ層、  ９  第１のトレンチ、  ９′  第２のトレンチ、  １０  基板、  １３  保護キャップ、  ２０  ボンディングパッド台、  ２２  係止範囲、  ２３  孤立範囲、  ２５  可動の要素、  ３０  フォトレジスト層、  ６０  接触プラグ、  ６５  結合範囲、  １００  マイクロマシン加速度センサ、  Ｂ１〜Ｂ５  接触範囲、  Ｌ１〜Ｌ５  導体路範囲、  ＦＥ  窓範囲、  Ｉ  センサコア範囲、  ＩＩ  偽装縁範囲、  ＩＩＩ  ボンディングパッド範囲、  Ｓ  汚れ粒子
【図１】
0004603641.tif 000002
【図２】
0004603641.tif 000003
【図３】
0004603641.tif 000004
【図４】
0004603641.tif 000005