【手続補正書】
【提出日】平成19年9月21日(2007.9.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機構中に形成された材料層を選択的にエッチングするプロセスであって、
フッ素含有ガスからプラズマを形成するステップ、
該機構の温度を約１００℃よりも高く保持するステップ、
該機構の表面から該材料層に伸びる開口部を形成するステップ、
該材料層をエッチングするために該材料層を該プラズマに該開口部を介して曝露するステップ、および
該開口部を通してプラズマを該材料層に接触させることによって該材料層をエッチングして、該開口部の側壁上に暴露された材料層の少なくとも一部をとり除くステップであって、該エッチングステップの後に残る材料が該開口部に対して横方向に配置され、該材料層が該下層及び該上層間に配置された犠牲層からなり、該材料層がチタン、窒化チタン、チタン化合物及びチタン合金の中から選択されるステップを含むことを特徴とするプロセス。
【請求項２】
請求項１記載のプロセスにおいて、該フッ素含有ガスがＮＦ３からなることを特徴とするプロセス。
【請求項３】
請求項１記載のプロセスにおいて、該プラズマを形成するステップが、さらに、約５００ｍＴから約５００００ｍＴの範囲の低圧でプラズマを形成するステップからなることを特徴とするプロセス。
【請求項４】
請求項１記載のプロセスにおいて、該開口部は、実質的に垂直な経路の開口部と実質的に水平な経路の開口部から選択されることを特徴とするプロセス。
【請求項５】
請求項１記載のプロセスにおいて、該開口部が少なくとも５０：１の相対的に高いアスペクト比を呈することを特徴とするプロセス。
【請求項６】
請求項１記載のプロセスにおいて、該機構が、二酸化シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、単結晶シリコン、窒化シリコン、タングステン、アルミニウム原子及びアルミニウム合金の中から選択された層からなることを特徴とするプロセス。
【請求項７】
請求項１記載のプロセスにおいて、該機構が上層及び下層からなり、該材料層が犠牲層からなり、該曝露するステップの後に該材料層の１もしくは２以上の領域が除去されることを特徴とするプロセス。
【請求項８】
請求項１記載のプロセスにおいて、該機構が、該材料層を挟む上層及び下層からなり、該材料層が犠牲層からなり、該曝露するステップの後に該上層及び該下層が分離されることを特徴とするプロセス。
【請求項９】
請求項１記載のプロセスにおいて、該機構の温度を該保持するステップが、さらに、該機構の温度を約１００℃から２００℃の間に保持するステップからなることを特徴とするプロセス。
【請求項１０】
請求項１記載のプロセスにおいて、エッチング剤のエッチング速度が、少なくとも１０：１であることを特徴とするプロセス。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
マイクロエレクトロマシン（ＭＥＭ）システムは機構部品のような基体材料上に形成された集積超小型デバイスからなる。システムは、集積回路バッチ処理技術を用いて作製され、ナノメートルからミリメートルの大きさとなる。ＭＥＭＳデバイスは微細な規模で個別に検知、制御及び作動するように動作させることができ、又はマクロな規模で効果を生成するために群において機能することもできる。現在のＭＥＭＳデバイスの応用例には加速度センサ、慣性及び角度センサ、圧力センサ、化学及び流量センサ、小型光デバイス、光スキャナー、流体デバイス、化学検知及び化学送達システム、並びに、生物センサ等がある。応用例において、ＭＥＭＳデバイスは基体及び層で化学的及び生物的分析に使用される超小型チャネルとともにチャネル寸法に応じて形成される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
ＭＥＭＳデバイスは、さらに、機構的ＭＥＭＳデバイスと同じシリコンチップ上に形成される集積回路デバイスの形態の電子部品からなる。好都合なことに、ＭＥＭＳデバイスは機械及び電子機構システムの大きさ及び重量を従来の機構システムに比べて減少させることができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
ＭＥＭＳデバイスの作製には集積回路の作製と同様の処理工程が多く用いられる。特に、ＭＥＭＳデバイスの形成は、複雑な微細機構を作るためにシリコンウエハ表面のような基体表面上の付着、薄膜パターン形成が関与する。一般的な(マイクロメートルオーダーかそれ以下の厚さに適用される)薄膜材料には二酸化シリコン、窒化シリコン、多結晶シリコン（poly）、アモルファスシリコン、アルミニウム、耐火性の材料、及び、シリサイド等がある。ＭＥＭＳデバイスに機械的動きを与えるために、機構の素子を乖離し、動く素子間のギャップを形成する必要がある。従って、動作機構に影響を及ぼすことなく材料を除去することによってギャップを形成するために選択的エッチングプロセスが用いられる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
幾何学的選択性に加えて、エッチング剤はまた材料選択性であり、つまり、特定のエッチング反応が異なる材料を異なるエッチングレートでエッチングする。例えば、フッ化水素酸（ＨＦ）はシリコンを侵食することなく二酸化シリコンをエッチングする。しかし、二酸化シリコン及びシリコンの除去において効果的なウエットエッチング剤は一般にアルミニウムのような金属を保護するのに充分な選択性を呈さない。一般に、集積回路デバイスやＭＥＭＳ機構の作製において、隣接するアルミニウムや他の金属化された機構を実質的に侵食せずにシリコン又は二酸化シリコンを除去することは難しいとされてきた。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
図１Ａ、１Ｂ及び２はシリコン基体１０上にＭＥＭＳデバイスを形成するための従来の技術を図示するものである。図１Ａに示すように、基体１０上に(一般的には二酸化シリコンの)犠牲層１２が形成される。ＭＥＭＳデバイスが上層の(一般的にはポリシリコンの)機構層１４において形成される。この例においては、上面図である図１Ｂに図示されるような延長メンバー１５を生成するために、機構層１４がマスキング、パターン成形及びエッチングされる。機構層１４から延長メンバー１５を形成するために公知のいずれのドライ又はウエットエッチングプロセスが用いられる。そして、犠牲層１２の大部分を除去するためにウエハがウエットエッチングされ、図２に示すように、片持ち梁１６を形成するために延長メンバー１５を浮かせる。領域１２Ａが片持ち梁１６の支持として残るように、ウエハは犠牲層１２全体のエッチングが完了する前にエッチング槽から取り除かれる。従って、犠牲層１２の部分的除去が延長メンバー１５を基体１０から分離する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
図３Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤに図示されるように、部分的に閉じた空間からなるＭＥＭＳデバイスはまた基体１０の表面上に作製できる。犠牲層は基体１０上に配置されてエッチングされ、ＭＥＭＳ空間の容積を決める犠牲メサ２０を形成する。図３Ａが参照される。ポリシリコン層２２は、図３Ｂに図示されるように、基体１０及びメサ２０上に配置される。次に、開口部２４がポリシリコン層２２を貫通して(一般的には反応性イオンドライエッチングにより)エッチングされる。図３Ｃが参照される。そして、ウエハはウエットエッチング溶剤に浸漬され、メサ２０を除去し、空洞部２６を残す。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
従来技術によると、エッチング材料の選択性の問題によってＭＥＭＳ機構及び集積回路デバイスの材料が制限される。公知のエッチング反応は好適とされる材料に対して充分な選択性を呈さない。犠牲層へエッチング剤を到達させることもまた、適切な大きさの開口部を介した、又は、基体の縁に沿った到達が犠牲層とのエッチング接触を必要とするため問題がある。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
図４は集積回路やＭＥＭＳデバイスの形成における使用に適した代表的な層状機構５０を示すものである。機構５０は、積層関係において、(単結晶、アモルファス及び多結晶の構造における)シリコン、二酸化シリコン、窒化シリコン及びアルミニウム等のいくつかの異なる材料のタイプのいずれか１つから形成される基体５２、アルミニウム層５４、犠牲窒化チタン層５６、二酸化シリコン層５８及び層６０からなる。機構５０はさらに複数の経路６１からなる。当業者には解るように、経路は一般的に、例えばエッチングプロセス中における下層への経路確保や導電性材料で充填されて集積回路の内部接続層間の導電性内部接続機構の付設等の意図する機能に応じた断面寸法の垂直の開口部又は円形若しくは長方形の空洞部からなる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
他の実施例において、機構５０における実質的に水平な溝（図示せず）によってエッチングガスが犠牲層に接触するための気流経路ができる。所定の相補型酸化金属電界効果トランジスタ（ＣＭＯＳ）機構は物理的境界としての集積回路チップの縁で、及び、所定のフォトリソグラフ配列構造において、溝を含む。ＭＥＭＳデバイスにとって、そのような溝及び他の広い領域は一般的である。下にある溝への接触を与える開口部及び溝を介して、埋められた溝の複雑な整列を形成させ、この配列は化学的及び生物的応用例並びにセンサのために使用されるＭＥＭＳデバイスに特に有利である。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
窒化チタン犠牲層に関して上述したが、他の実施例において、本発明の教示はチタン原子及び他のチタン化合物とその合金から形成される材料層を除去するのに適応可能である。本発明によるプロセスはまた、チタンベースの層が隣接するアルミニウム、タングステン、二酸化シリコン、窒化シリコン及び(単結晶、アモルファス及びポリシリコンの)シリコン材料層に影響を及ぼすことなく除去されるような比較的高い選択性を呈する。本発明の教示はまたＭＥＭＳ機構を作製するための代表的プロセスに適用できる。チタンベースの材料は犠牲層としての役割を担う。下層にあたる材料層は(例えば、窒化シリコン、二酸化シリコン等の)シリコンからなり、及び、上層はアルミニウムからなる。本発明の教示によるプロセスを採用すると、犠牲層は上層や下層にダメージを与えることなく除去できる。本発明はガスによるエッチングプロセスを利用するので、選択性の小さいウエットエッチングプロセスによって損傷するか除去されてしまうであろうより繊細で小さな寸法の構造の形成を可能にする。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
本発明は図１Ａの犠牲層１２を除去するために用いることができる。この応用例では、犠牲層１２は窒化チタン、チタン原子又は他のチタン合金からなる。片持ち梁１６及び基体１０の材料はアルミニウム、二酸化シリコン、窒化シリコン、タングステン又は(単結晶、アモルファス又はポリシリコンの)シリコンからなる。従って、ＭＥＭＳ機構の製造において、本発明の材料選択性の特性によって、エッチングプロセスにおける適切な材料選択性の欠如のためにこれまでは組み合わせては使用できなかった材料の使用(及びエッチング)を可能とする。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
エッチング継続時間は窒化チタン層５６を完全に除去するために延長される。結果としてできる空間によってアルミニウム層５４と二酸化シリコン層５８との構造的分離がなされる。従って、ＭＥＭＳのデバイス及び機構の形成において並びに半導体デバイスの作製において好適に利用できるプロセスでこれら２つの層は完全に分離される。後者の応用例では、２つの対向する空間の表面上に導電材料を形成することによってコンデンサが作られる。前者の応用例では、歯車のようなＭＥＭＳ微細加工要素が機構に動きを与えるために２つの層間の分離を必要とする。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
さらに他の実施例では、本発明の教示を超小型電子デバイス又はＭＥＭＳデバイスのための凹部のプロファイルを形成するために用いることができる。機構１００は図８Ａに示され、二酸化シリコン層１０１、窒化チタン層１０２、窒化チタン部１０４Ａ及び１０４Ｂ、アルミニウム内部接続層１０５Ａ及び１０５Ｂ、チタン層１０６Ａ及び１０６Ｂ並びに二酸化シリコン層１０８を含む。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
ＭＥＭＳの応用例において、加速度センサのレバーアームを絶縁された空洞中に形成することができる。機構１２０が図９Ａに示され、二酸化シリコン層１２１、窒化チタン層１２２、窒化チタン部１２４Ａ及び１２４Ｂ、アルミニウム層１２５Ａ及び１２５Ｂ、チタン層１２６Ａ及び１２６Ｂ並びに二酸化シリコン層１２８を含む。図９Ａに示すような材料層に関していくつかの進歩的な実施例が説明されてきたが、当業者であれば本発明の教示はここに示されたもの以外の構成や配向を持つ他の材料層にも使用できることは認識できる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
本発明の１つの応用例では、図９Ｃに示すレバーアーム１３７のようなＭＥＭＳ機構が集積回路動作デバイスを載せる基体上のアルミニウムで形成される。アルミニウムは約４００℃以下の温度で基体上に曝されるので、既に形成された集積回路デバイスはアルミニウムの付着ステップ中に不都合な影響を受けることはない。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
そのようなＭＥＭＳ機構を形成するために、１以上の犠牲層が基体材料における動作回路デバイスの形成の後に付着されパターン加工される。アルミニウムが付着され、本発明の技術がアルミニウムと下層の基体の間に配置された犠牲層を除去するのに用いられる。犠牲層又は層のエッチングプロセスは、上述のように、相対的に小さいアスペクト比の開口部を介して、基体の溝と介して、又は、基体の端面での犠牲層の露出部のエッチングによって達成できる。従って、本発明は集積回路デバイスと同じ基体上のアルミニウムからＭＥＭＳデバイスを形成することを可能とする技術を提供するものである。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
好都合なことに、比較的低い温度での本発明のエッチングプロセスの導入によって、低い温度のエッチングプロセスは既に形成された集積回路デバイスに強い影響を及ぼすことはないということから、集積回路デバイスに類似のＭＥＭＳ機構の形成が可能となる。従来技術のＭＥＭＳプロセスにおいて高温でダメージを受ける可能性があった温度に敏感な材料でも、本発明の教示によると、高温のステップを回避しているのでＭＥＭＳデバイスを形成するために用いることができる。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
プロセスが基体の層をエッチングするのに有用なものとして記載されてきた。特定の応用例及び発明の代表例が図示され述べられてきたが、ここに開示された原理は様々な方法において並びに様々な集積回路及びＭＥＭＳ機構において発明を実施するための基礎を提供するものである。数値の変更は本発明の範疇において可能である。発明は特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
【図１】図１Ａ、図１Ｂ及び図２は従来のＭＥＭＳ機構を説明する図である。
【図２】図１Ａ、図１Ｂ及び図２は従来のＭＥＭＳ機構を説明する図である。
【図３】図３は連続するプロセスのステップにおける従来のＭＥＭＳ機構を説明する図である。
【図４】図４から図７は本発明に係る連続するプロセスのステップにおける金属基体を説明する図である。
【図５】図４から図７は本発明に係る連続するプロセスのステップにおける金属基体を説明する図である。
【図６】図４から図７は本発明に係る連続するプロセスのステップにおける金属基体を説明する図である。
【図７】図４から図７は本発明に係る連続するプロセスのステップにおける金属基体を説明する図である。
【図８】図８Ａから図８Ｄは本発明に係る凹形構造の形成を説明する図である。
【図９】図９Ａから図９Ｃは本発明に係るレバーアームの形成を説明する図である。
【図１０】図１０は本発明に係るプラズマエッチング空間の使用を説明する図である。
【図１１】図１１Ａ及び図１１Ｂはマイクロミラーの平面及び側面図である。
【図１２】図１２Ａ及び図１２Ｂは本発明によって形成されたマイクロミラーの平面及び側面図である。