(57)【要約】【課題】シリコン微小機械構造を望ましくない電気化学的エッチングから保護し、現況技術の欠点を克服する方法を提供すること。【解決手段】材料および貴金属層（８）を備える微小構造の前記材料を、製造中の望ましくない電気化学的エッチングから保護する方法であって、前記構造上に前記材料よりも低い酸化還元電位を有する犠牲金属層（１２）を形成することを含み、前記犠牲金属層（１２）が前記貴金属層（８）に電気的に接続される方法。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小構造の材料を製造中の望ましくない電気化学的エッチングから保護する方法であって、前記構造が前記材料および貴金属層（８）を備え、前記方法が前記構造上に前記材料よりも低い酸化還元電位を有する犠牲金属層（１２）を形成することを含み、前記犠牲金属層（１２）が前記貴金属層（８）に電気的に接続される方法。
【請求項２】
前記犠牲金属層（１２）をアルミニウムで形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記材料がシリコンを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記構造の１側面上に前記犠牲金属層（１２）を形成することを含み、その後、それが前記貴金属層（８）に接続される、請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記貴金属層（８）上に前記犠牲金属層（１２）を形成することを含む、請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記微小構造の製作後、エッチング溶液で前記犠牲金属層（１２）を除去することを含む、請求項１ないし５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記微小構造の製作後、その上に前記犠牲金属層（１２）を残すことを含む、請求項１ないし５のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
それぞれ前記貴金属層（８）の異なる部分に接続された複数のパッド内に前記犠牲金属層（１２）を形成することを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
材料と、貴金属層（８）と、前記貴金属層（８）に電気的に接続され、前記材料よりも低い酸化還元電位を有する犠牲金属層（１２）とを備える微小構造。
【請求項１０】
前記犠牲金属層（１２）がアルミニウムである、請求項９に記載の微小構造。
【請求項１１】
前記貴金属層（８）上に前記犠牲金属層（１２）を配設する、請求項９または１０に記載の微小構造。
【請求項１２】
前記犠牲金属層（１２）が、前記構造の１側面上に配設され、前記貴金属層（８）に接続される、請求項９または１０に記載の微小構造。
【請求項１３】
前記犠牲金属層（１２）が、それぞれ前記貴金属層（８）の異なる部分に接続された複数のパッドを備える、請求項１２に記載の微小構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン微小機械構造に関する。より詳細には、湿式エッチング操作を用いた、このような構造の製作に関する。さらに詳細には、望ましくない電気化学的エッチングからのこのような構造の保護に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンは、半導体技術分野において、ＩＣ（集積回路）、特にＶＬＳＩ（超大規模）デバイスなどを製造するのに使用される。こうしたデバイスの製作における多くのステップでは、ＨＦ（フッ化水素酸）などの攻撃的なエッチング液を使用する湿式エッチング操作を含んでいる。
【０００３】
しかし、シリコンをＨＦ中に浸すとき、シリコンの腐食が生じることがある。一般に、この影響は小さいが、通常、ＶＬＳＩモジュールの製造にシリコンを使用する場合がそうであるように、シリコンがアルミニウム、ヒ素、炭素、ガリウム、リン、アンチモンなどで高度にドープされているとき、強められることがある。シリコンの腐食は、ＵＶ（紫外）光の存在下、あるいは外部電位によるシリコン構造の陽極分極によっても強められることがある。
【０００４】
ＨＦ溶液中におけるシリコンのエッチングの例には、ｐｎ型ダイオードの接合深さを検出するのに使用するＵＶ光の存在下における高度にドープされたシリコン構造の腐食、シリコンの電解研磨、および多孔質シリコンの製作がある。
【０００５】
こうした腐食は、外部電圧または照明を使用しなくても強められることがある。デバイス内でシリコン部分の一部が貴金属たとえば金配線と電気的に接続されている場合、ＨＦ溶液中にデバイスを浸すと、シリコン部分をかなりエッチングするのに十分な大きさの電位をもつガルヴァーニ電池が形成される。この構成では、貴金属は陰極の役割を果たし、シリコンは陽極として働く。陰極では陽子の水素分子への還元が生じ、シリコンがエッチングされることになる。より酸性の溶液ではより多くの陽子が利用可能なので、溶液の酸性度に応じてシリコンのこのようなエッチングは強められる。
【０００６】
ＨＦ溶液中で、シリコンおよび金をそれぞれ陽極および陰極として使用したガルヴァーニ電池の形成を図１に示す。図に、電圧（Ｖ）に対する電流（ｌｏｇ  ｉ）の変化を示す。ｎ＋型シリコンと金の間の腐食電位が、ｎ＋型シリコン電流（陽極側）および金電流（陰極側）を表す２つの曲線の交点として示される。シリコン表面の酸化還元電位は、化学組成の反応性に依存する。ドーパントの種類および濃度（ｎ、ｎ＋、ｐ、ｐ＋）が異なると、異なる速度で酸化が行われ、したがって、異なる大きさの電流が得られる。
【０００７】
一般に、多くのシリコンＭＥＭＳ（電気機械式微小システム）デバイス、たとえば、化学センサ、微小機械式デバイスおよび集積光学要素では、貴金属配線とシリコンの組合せを用いる。ＭＥＭＳの製作では、貴金属は、水酸化カリウムなどの比較的攻撃的なエッチング溶液を用いて自立型構造を作り出すのに使用する。アルミニウムのような標準的な金属は、こうした溶液によってエッチング除去されるはずである。構造が生成された後では加工がはるかに難しくなるので、その前に配線を行わなければならないことに留意されたい。
【０００８】
酸化シリコン被膜は、電気絶縁層、パッシベーションのような素子中で、またはマスキング被膜として広く使用されている。これらの被膜をパターン化し、またプロセスの終了時にそれらを除去するのに、ＨＦベースの溶液は効率的であり、湿式エッチング溶液として広く使用されている。
【０００９】
貴金属およびシリコン部分がＨＦの存在下で電気的に接続されるとき、シリコンの電食が生じることがある。こうした望ましくない作用を回避するための直接的な解決策は、ＨＦエッチング中に、貴金属またはシリコンあるいはその両方を保護することであろう。しかし、多くのＭＥＭＳデバイスでは、こうした保護が常に可能ではない。このようなＭＥＭＳデバイスの例には、保護被膜の堆積およびパターン化が制限される自立型構造を有するデバイスがある。
【００１０】
別の周知の技術では、シリコン構造と金属部分の間に電圧を印加することによるシリコンの陰極分極によって、シリコンのエッチングを抑制する。しかし、このような技術を適用するには、電圧を印加するためにすべての金属およびシリコンの構造を２つの接点ゾーンに接続しなければならない。これは、多数の分離構造を備えたデバイスでは問題になることがある。というのは、これには、非常に複雑でスペースを要する追加の配線が必要になるはずだからである。当業者には明らかなように、これにより、デバイスが完成した後、余分な配線を除去するために、すでに複雑なプロセスに追加のエッチング・ステップも必要になろう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
シリコン微小機械構造を望ましくない電気化学的エッチングから保護し、現況技術の上述した欠点を克服する方法を提供することが望ましい。このような方法を、既存のプロセスに容易に組み込むことができることも望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、微小構造の材料を製造中の望ましくない電気化学的エッチングから保護する方法が提供される。前記構造は、前記材料および貴金属層を備え、前記方法は、前記構造上に前記材料よりも低い酸化還元電位を有する犠牲金属層を形成することを含み、前記犠牲金属層は、前記貴金属層に電気的に接続される。
【００１３】
有利には、本発明は、シリコン微小機械構造を望ましくない電気化学的エッチングから保護し、現況技術の上述した欠点を克服する方法を提供する。このような方法は、既存のプロセスに容易に組み込むことができる。
【００１４】
前記犠牲金属層は、アルミニウムで形成することができる。前記材料は、シリコンを含むことができる。本発明の好ましい実施形態は、前記構造の１側面上に犠牲金属層を形成することを含み、その後、それが前記貴金属層に接続される。この犠牲金属層は、貴金属層上に形成してもよい。犠牲金属層は、微小構造の製作後、エッチング溶液で除去することができる。犠牲金属層は、前記微小構造の製作後、その上に残しておくこともできる。犠牲金属層は、それぞれ貴金属層の異なる部分に接続された複数のパッド内に形成することもできる。
【００１５】
本発明の別の態様では、材料と、貴金属層と、貴金属層に電気的に接続され、前記材料よりも低い酸化還元電位を有する犠牲金属層とを備える微小構造が提供される。
【００１６】
次に、添付の図面を参照して、単なる例として本発明の好ましい実施形態を手短に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の好ましい実施形態では、シリコンを好ましくない電気化学的エッチングから保護する新しい方法が提供される。本発明は、様々なエッチング溶液に適用可能であるが、以下では、ＨＦエッチング溶液に関してのみ説明する。
【００１８】
前に述べたように、ＨＦ溶液中で、シリコンおよび金をそれぞれ陽極および陰極として使用したガルヴァーニ電池の形成を図１に示す。図１に、電圧（Ｖ）に対する電流（ｌｏｇ  ｉ）の変化を示す。ｎ＋型シリコンと金の間の腐食電位が、ｎ＋型シリコン電流（曲線１、陽極側）および金電流（曲線２、陰極側）を表す２つの曲線の交点として示される。
【００１９】
保護は、集積された陽電極を形成する犠牲層によるシリコンの陰極防食に基づいて実現される。シリコンよりも低い酸化還元電位を有し、使用する貴金属に電気的に接続される犠牲層を堆積させることによって、腐食電位は、シリコン腐食電流が無視できるほどの電圧にシフトする。
【００２０】
この効果を図２に示す。図には、ＨＦ溶液中で、アルミニウムおよび金をそれぞれ陽極および陰極として使用したガルヴァーニ電池の形成を示す。図１のガルヴァーニ電池とは対照的に、追加のアルミニウム・パッドが、集積された陽電極として接続されている。腐食は、アルミニウム腐食電流（曲線３、陽極側）と金電流（曲線４、陰極側）を表す２つの曲線の交点によって規定される。腐食電位は、アルミニウム−金電池によって固定され、この電位ではシリコン腐食電流は小さい。
【００２１】
図２からわかるように、シリコン腐食電流は、腐食電位がより大きいｌｏｇ  ｉの値になるようにシフトすることによって激減する。図１の「ｎ＋型シリコン・ガルヴァーニ電流」と図２の「ｎ＋型シリコン腐食電流」は同じものを指していることを理解されたい。アルミニウムは、比較的低い酸化還元電位を有するので、腐食電位を動かすのに好ましい材料である。しかし、クロム、亜鉛およびマグネシウムなど他の材料も使用することができる。
【００２２】
一般に、溶液（電解質）中に浸されている間、材料Ｂに電気的に接続された材料Ａ（ＢよりもＡの酸化還元電位が低い）を腐食から保護するには、Ａよりも低い酸化還元電位を有する材料ＣをＢに取り付けるべきである。
【００２３】
酸化還元電位がより低い材料とより高い材料によって腐食電位が規定され、この電位から、それらの材料に接続された他のすべての材料の腐食電流が規定される。このため、それぞれの腐食電位がより大きいｌｏｇ  ｉの値になるようにシフトされるとき、シリコン腐食電流は減少する。
【００２４】
集積された陽電極として働く金属の犠牲層を付着させることによるこの陰極防食は、ＨＦ溶液の攻撃から構造を保護するために構造を埋め込むか、またはその他の方法でカプセル化する必要がなく、また追加の配線が必要ないという利点を有する。
【００２５】
必要なことは、犠牲材料のパッド層または被膜を構造に追加するだけである。犠牲材料は、保護すべき構造の１側面上に配置し、次いで、貴金属に接続するか、あるいは、構造上部に付着させることもでき、それによってスペースが節約される。犠牲パッドは、エッチング溶液と犠牲パッドの接触面における最大電流密度によってその効率が制限されないように、エッチング溶液と接触する面積を十分に大きくすべきである。
【００２６】
エッチングが行われた後、犠牲材料層の一部が残る。これは、適当なエッチング溶液を使用してエッチング除去することもでき、そのまま残しておくこともできる。ただし、後者の場合、残りの犠牲層が機能的な電気的接続部を短絡すべきではない。そのため、犠牲被膜は、短絡を回避するような構造にすべきである。たとえば、犠牲層は、貴金属層の堆積直後に堆積させ、それと同時に構築することができる。
【００２７】
図３および４に、磁気記憶技術に使用するカンチレバー／チップ構造６の製造に本発明を応用する例を示す。ここで、金配線８は、高度にドープされたシリコン・カンチレバー１０に接続されており、製造プロセスの終了時に、存在するすべての酸化シリコン保護膜、特に高度にドープされた部分を除去するために、最後のＨＦベースのエッチングが必要になる。図３では、追加の犠牲アルミニウム・パッドを付加しておらず、ＨＦエッチング後、シリコン・カンチレバー６が腐食されていることがわかるが、図４では、金配線８に接続した追加のアルミニウム層１２を使用すると、目に見える腐食は生じないことが示されている。
【００２８】
前に説明した本発明の例では、犠牲アルミニウム層を付着させて、集積された陽電極として機能させる。しかし、本発明は、望ましくない電気化学的エッチングからの保護のように、集積型システムの製作における補完的なツールとして一般的に使用できることを理解されたい。異なる材料およびエッチング溶液で異なるタイプのガルヴァーニ電池を形成することもできる。本発明により、上記で説明した従来方式の保護技術に関連する難点が克服されるので、ＭＥＭＳの応用例に使用するのに特に魅力的であるが、それだけには限らない。本発明は、（高い酸化還元電位を有する）銅配線および（基本的にトランジスタが完全に分離されている）シリコン・オン・インシュレータ・ウエハに向かう業界の動向の中で、電気化学的湿式エッチングの問題が生じるＣＭＯＳ応用例にも適用可能である。
【００２９】
本発明は、新たに生まれつつあるＲＦメカニカル・フィルタ設計などＭＥＭＳデバイスを超小型電子回路に集積するのにも望ましい。
【００３０】
本発明は、シリコンのドープの種類およびその濃度に無関係に、多孔質および非多孔質ゾーンの製作により大きな柔軟性がもたらすので、多孔質シリコンに応用するのにも魅力的である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】ＨＦ溶液中でのシリコンと金の間の電圧に対する電流の変化を示すグラフである。
【図２】本発明による方法を用いた、図１に示したものと同じタイプの変化を示すグラフである。
【図３】現況技術により製造されたカンチレバーを示す概略図である。
【図４】本発明により製造されたカンチレバーを示す概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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