(57)【要約】【課題】  電極を保護しながら、可動部の形状精度を向上することができる製造方法を提供する。【解決手段】  本願の半導体装置の製造方法は、まず、第３層１６の一部を除去して可動部１６ｂを形成し、次いで、可動部１６ｂを形成するために除去された部位の下方に位置する第２層と、形成された可動部１６ｂの下方に位置する第２層１４を除去する。次いで、可動部１６ｂを形成する際に除去された部位に充填材２４を埋め込む。次いで、充填材２４を埋め込んだ状態で、半導体装置の表面に電極１８を形成する。電極１８を形成した後、埋め込んだ充填材２４を除去する。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１層と、第１層上に設けられた第２層と、第２層上に設けられた第３層とを備え、第３層に形成された可動部が第１層に対して移動可能とされている半導体装置を製造する方法であって、
第１層と第２層と第３層がこの順で積層された積層構造に対して、第３層の一部を除去して可動部を形成する可動部形成工程と、
可動部形成工程後に、可動部形成工程によって除去された部位の下方に位置する第２層と、可動部形成工程によって形成された可動部の下方に位置する第２層を除去する第２層除去工程と、
第２層除去工程後に、可動部形成工程によって除去された部位に充填材を埋め込む充填材埋め込み工程と、
充填材埋め込み工程後に、半導体装置の表面に電極を形成する電極形成工程と、
電極形成工程後に、充填材埋め込み工程で埋め込んだ充填材を除去する充填材除去工程と、を有する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
充填材除去工程は、電極形成工程で形成された電極が表面に露出する状態で行われると共に、充填材をエッチング可能である一方で、第３層及び電極をエッチング不能なエッチング剤を用いて行われる、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
第２層は、酸化シリコン層であり、
第３層は、シリコン層であり、
電極は、アルミニウム系金属により形成されており、
充填材は、タングステン、窒化チタン又はこれらの混合物であり、
充填材除去工程は、オゾン水又は過酸化水素水を含むエッチング液を用いて行われる、請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、半導体装置の製造方法に関する。詳しくは、可動部を備えた半導体装置（例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）センサ等）を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の半導体装置は、通常、第１層と、第１層上に設けられた第２層と、第２層上に設けられた第３層を備えている。第３層には、可動部と固定部が形成され、可動部が第１層に対して移動可能とされる一方で、固定部が第１層に対して移動不能とされている。この半導体装置は、例えば、加速度や角速度などの力学量の検出に利用される。すなわち、半導体装置に加速度や角速度が作用すると、これによって可動部が第１層に対して変位する。この可動部の変位は、固定部の表面に形成された電極を介して電気信号として出力される。したがって、半導体装置から出力される電気信号によって、半導体装置に作用する加速度や角速度を検出することができる。
【０００３】
特許文献１，２は、この種の半導体装置を製造するための製造方法を開示している。特許文献１，２に開示された製造方法では、まず、第３層の表面のうち固定部となる領域の表面に電極を形成し、その電極を保護膜（窒化珪素（ＳｉＮ））で被覆する。次に、第３層の一部を除去して、固定部と可動部を形成する。次に、第３層の除去された部位の下方に位置する第２層と、可動部の下方に位置する第２層を除去することで、可動部を第１層に対して移動可能な状態とする。次に、電極を被覆している保護膜を除去する。この製造方法では、電極を保護膜で被覆した状態で第３層や第２層を除去するため、第３層や第２層を除去する際に電極が損傷することを防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２８３４７０号公報
【特許文献２】特開２０１０−１４７０６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の製造方法では、電極を保護膜（窒化珪素（ＳｉＮ））で被覆するため、第３層及び第２層を除去した後に電極を被覆する保護膜を除去しなければならない。しかしながら、保護膜を除去する際には、保護膜だけでなく第３層（可動部を含む）まで除去される。このため、保護膜を除去するエッチング状態が変動すると、可動部の形状が変動し、半導体装置から出力される電気信号（すなわち、加速度や角速度等の力学量の検出に利用される電気信号）まで変動することとなる。
【０００６】
本明細書は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、電極を保護しながら、可動部の形状精度を向上することができる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】
本明細書は、第１層と、第１層上に設けられた第２層と、第２層上に設けられた第３層とを備え、第３層に形成された可動部が第１層に対して移動可能とされている半導体装置を製造する方法を開示する。この製造方法は、可動部形成工程と、第２層除去工程と、充填材埋め込み工程と、電極形成工程と、充填材除去工程を有している。可動部形成工程は、第１層と第２層と第３層がこの順で積層された積層構造に対して、第３層の一部を除去して可動部を形成する。第２層除去工程は、可動部形成工程後に、可動部形成工程によって除去された部位の下方に位置する第２層と、可動部形成工程によって形成された可動部の下方に位置する第２層を除去する。充填材埋め込み工程は、第２層除去工程後に、可動部形成工程によって除去された部位に充填材を埋め込む。電極形成工程は、充填材埋め込み工程後、半導体装置の表面に電極を形成する。充填材除去工程は、電極形成工程後に、充填材埋め込み工程で埋め込んだ充填材を除去する。
【０００８】
上記した製造方法では、第３層を除去する可動部形成工程と、第２層を除去する第２層除去工程を実行した後に、電極を形成する。このため、可動部形成工程と第２層除去工程を実行する際に、電極が損傷することはない。また、電極を形成する際には、可動部形成工程によって除去された部位（第３層に形成された空間）には充填材が充填されている。このため、従来と同様の方法（すなわち、半導体装置の表面全体に金属膜を形成し、その後に不要な金属膜を除去する方法）で電極を形成することができる。さらに、充填材は、電極形成時に第３層に形成された空間を埋めておく機能を有していればよい。このため、第３層及び電極の損傷を抑制しながら除去できる物質を充填材として用いることができる。したがって、充填材を除去する際に、第３層及び電極が損傷することを抑制することができる。この製造方法によると、電極を保護しながら、可動部の形状精度を向上することができる。
【０００９】
上記の製造方法においては、充填材除去工程は、電極形成工程で形成された電極が表面に露出する状態で行われると共に、充填材をエッチング可能である一方で、第３層及び電極をエッチング不能なエッチング剤を用いて行われることが好ましい。このようなエッチング剤を用いることで、電極が表面に露出する状態で充填材を除去しても、第３層及び電極が損傷することはない。
ここで、上記の「エッチング不能」とは、半導体装置に要求される特性からみて問題ない程度にエッチング量が少ないことを意味している。したがって、上記の「エッチング不能」には、第３層及び電極を全くエッチングしない場合だけでなく、第３層及び電極がわずかにエッチングされるような場合（ただし、半導体装置に要求される特性には問題が生じない場合）も含まれる。
【００１０】
上記の製造方法で製造される半導体装置では、例えば、第２層は酸化シリコン層とすることができ、第３層はシリコン層とすることができ、電極はアルミニウム系金属により形成することができる。かかる場合に、充填材は、タングステン、窒化チタン又はこれらの混合物を用いることができ、充填材除去工程は、オゾン水又は過酸化水素水を含むエッチング液を用いて行うことができる。このような充填材とエッチング液を用いることで、アルミニウム系金属により形成された電極を保護しつつ、シリコン層に形成される可動部の形状精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係る半導体装置の要部断面図である。
【図２】本実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。
【図３】本実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。
【図４】本実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。
【図５】本実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。
【図６】本実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。
【図７】本実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。
【図８】本実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本実施形態に係る半導体装置１０について説明する。半導体装置１０は、加速度や角速度等の力学量を検出するセンサとして用いられる。図１に示すように、半導体装置１０は、基板１２と、基板１２上に設けられた絶縁体層１４と、絶縁体層１４上に設けられた半導体層１６を有している。
【００１３】
基板１２は、絶縁体層１４及び半導体層１６を積層するための下地基板としての機能と、絶縁体層１４及び半導体層１６を支持するための支持基板としての機能を有している。基板１２は、上記の機能を実現可能な種々の材料により形成することができる。本実施形態では、基板１２にシリコン基板を用いている。
【００１４】
絶縁体層１４は、基板１２と半導体層１６の間に設けられ、基板１２と半導体層１６とを絶縁する。絶縁体層１４は、基板１２と半導体層１６とを絶縁状態とすることができる種々の材料（例えば、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）等）により形成することができる。本実施形態では、絶縁体層１４は酸化シリコン（ＳｉＯｘ）によって形成されている。絶縁体層１４は、その一部が除去され、半導体層１６と基板１２との間に空間２０ｂが形成されている。
【００１５】
半導体層１６は、シリコン層であり、例えば、ポリシリコンによって形成することができる。半導体層１６には、固定部１６ａと可動部１６ｂが形成されている。図１に示す断面においては、固定部１６ａと可動部１６ｂとの間に空間２０ａが形成され、図示しない断面において、固定部１６ａと可動部１６ｂとが連結されている。固定部１６ａと可動部１６ｂとを連結する連結部（図示しない）の剛性は、可動部１６ｂが基板１２に対して容易に移動できるように低くされている。
【００１６】
固定部１６ａは、絶縁体層１４上に設けられており、基板１２に対して移動不能とされている。固定部１６ａの表面には電極１８が形成されている。電極１８は、アルミニウム系金属（Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ系合金，Ａｌ−Ｃｕ系合金等）によって形成することができる。可動部１６ｂは、絶縁体層１４の一部を除去することで形成された空間２０ｂの上方に配置されている。可動部１６ｂと基板１２との間に空間２０ｂが形成されることで、可動部１６ｂは基板１２に対して移動可能とされている。
【００１７】
上述した半導体装置１０に加速度等が作用すると、可動部１６ｂが基板１２に対して変位する。すると、固定部１６ａに対する可動部１６ｂの位置も変化し、可動部１６ｂと固定部１６ａとの間の静電容量が変化する。この静電容量の変化が電気信号として電極１８から出力される。したがって、静電容量の変化量を電極１８を介して検出すれば、その検出した静電容量の変化量から加速度等の力学量を算出することができる。
【００１８】
次に、上述した半導体装置１０の製造方法の一例を説明する。まず、図２に示すように、基板１２と絶縁体層１４と半導体層１６が積層されたＳＯＩ基板２２を準備する。上述したように、基板１２と半導体層１６の材料にはシリコンが用いられ、絶縁体層１４の材料には酸化シリコンが用いられる。ＳＯＩ基板２２としては、例えば、基板１２の厚みが６２５μｍ、絶縁体層１４の厚みが４．５μｍ、半導体層１６の厚みが４０μｍのＳＯＩ基板を用いることができる。
【００１９】
次に、図３に示すように、半導体層１６の一部を除去して、半導体層１６に固定部１６ａと可動部１６ｂを形成する。具体的な形成方法としては、例えば、次の方法を採ることができる。すなわち、ＳＯＩ基板２２の表面全体にマスクを形成し、その後、マスクをパターニングする。これにより、可動部１６ｂを形成する領域と、固定部１６ａを形成する領域上にマスクが残り、その他の領域上からはマスクが除去される。次に、マスクの開口から絶縁体層１４に至るまで半導体層１６をエッチングする。半導体層１６のエッチングには、例えば、ドライエッチングを用いることができる。半導体層１６のエッチングが終了すると、半導体層１６上のマスクをアッシングによって除去する。これにより、半導体層１６に、固定部１６ａと可動部１６ｂを形成することができる。
【００２０】
次に、図４に示すように、半導体層１６が除去された部位（すなわち、空間２０ａ）の下方に位置する絶縁体層１４と、可動部１６ｂの下方に位置する絶縁体層１４を除去する。具体的な除去方法としては、例えば、フッ酸薬液処理を用いることができる。フッ酸薬液処理では、絶縁体層１４は等方的に除去される。したがって、空間２０ａに露出している絶縁体層１４に加え、可動部１６ｂや固定部１６ａの下方に位置している絶縁体層１４も、側方から薬液によって侵食される。ここで、可動部１６ｂの下方に位置する絶縁体層１４は、図４の左側と右側の両側から薬液に侵食されて除去される。可動部１６ｂの幅は狭いので、可動部１６ｂの下方の絶縁体層１４は全て除去される。その結果、可動部１６ｂが基板１２に対して移動可能な状態となる。
【００２１】
一方、固定部１６ａの下方に位置する絶縁体層１４は、側面の面積に比して平面視したときの面積が広い。このため、固定部１６ａの下方に位置する絶縁体層１４は、側方から侵食されるが、除去される量は少なく、フッ酸薬液処理後も残存する。したがって、固定部１６ａは、絶縁体層１４を介して基板１２に固定されることとなる。なお、図４では、固定部１６ａの下方に位置する絶縁体層１４が殆ど除去されていないように図示されているが、フッ酸薬液処理により絶縁体層１４を除去した場合には、固定部１６ａの下方に位置する絶縁体層１４も一部が除去されている。
【００２２】
次に、図５に示すように、ＳＯＩ基板２２の全面に充填材２４を堆積する。充填材２４としては、例えば、タングステン、窒化チタン又はこれらの混合物等を用いることができる。充填材２４の堆積には、ＣＶＤ法又はスパッタリング法を用いることができる。ＳＯＩ基板２２の全面に充填材２４を堆積させることで、半導体層１６に形成された空間２０ａと、絶縁体層１４に形成された空間２０ｂの一部（空間２０ａの下方）に充填材２４が埋め込まれる。
【００２３】
次に、図６に示すように、半導体層１６の表面側に堆積された充填材２４を除去する。これによって、可動部１６ｂの表面と固定部１６ａの表面が露出する。充填材２４の除去には、例えば、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）処理を用いることができる。ＣＭＰ処理で充填材２４を除去することで、半導体層１６（固定部１６ａ、可動部１６ｂ）の表面と充填材２４の表面とを、略同一平面上に位置させることができる。
【００２４】
次に、図７に示すように、半導体装置（ＳＯＩ基板２２）の表面全体、すなわち、固定部１６ａと可動部１６ｂと充填材２４の表面全体に、アルミニウム系金属膜２６を堆積する。アルミニウム系金属膜２６の堆積には、例えば、スパッタリングを用いることができる。
【００２５】
次に、図８に示すように、表面に堆積したアルミニウム系金属膜２６の一部を除去し、半導体層１６の固定部１６ａ上に電極１８を形成する。具体的な形成方法としては、例えば、アルミニウム系金属膜２６の表面全体にマスクを形成し、そのマスクをパターニングして電極１８を形成する領域にだけ残し、その後にアルミニウム系金属膜２６をエッチングにより除去する。次いで、残ったマスクをアッシングによって除去することで電極１８が形成される（図８に示す状態）。なお、アルミニウム系金属膜２６の除去は、燐酸／硝酸／酢酸の混合液をアルミニウム系金属膜２６に塗布することで行うことができる。
【００２６】
次に、図８に示す状態の半導体装置から充填材２４を除去することで、図１に示す半導体装置１０とする。ここで、充填材２４を除去する処理は、電極１８が表面に露出した状態で行われる。また、充填材２４の除去には、充填材２４をエッチング可能である一方で、半導体層１６及び電極１８を殆どエッチングしないエッチング剤が用いられる。これによって、半導体層１６及び電極１８の損傷を抑制しながら、充填材２４を除去することができる。例えば、半導体層１６をシリコンにより形成し、電極１８をアルミニウム系金属により形成し、充填材２４をタングステン又は窒化チタンにより形成した場合は、オゾン水又は過酸化水素水をエッチング液として用いることができる。このようなエッチング液は、タングステンや窒化チタンを効率的にエッチングする一方で、半導体層１６や絶縁体層１４や基板１２を全くエッチングせず、また、アルミニウム系合金により形成された電極１８も殆どエッチングしない。このため、このようなエッチング液に半導体装置１０を浸漬することで、半導体層１６及び電極１８の損傷を防止しながら、充填材２４を除去することができる。また、半導体装置１０をエッチング液に浸漬すると、半導体装置１０の空間２０ａ，２０ｂにエッチング液が入り込むが、上記のエッチング液は空間２０ａ，２０ｂから容易に除去することができる。
【００２７】
上述したことから明らかなように、本実施形態の半導体装置１０の製造方法では、半導体層１６の一部を除去する工程（固定部１６ａと可動部１６ｂを形成する工程）と、絶縁体層１４の一部を除去する工程（可動部１６ｂを基板１２に対して移動可能とする工程）を実行した後に、半導体層１６の表面に電極１８を形成する。このため。半導体層１６を除去する工程と絶縁体層１４を除去する工程を実行することによって、電極１８が損傷することはない。
【００２８】
また、半導体層１６を除去する工程と絶縁体層１４を除去する工程を実行した後に電極１８を形成するが、電極１８を形成する際には半導体層１６に形成された空間２０ａに充填材２４が埋め込まれている。このため、電極１８を従来と同様の方法で形成することができる。
【００２９】
また、電極１８を形成した後で充填材２４を除去しなければならないが、充填材２４の除去に用いられるエッチング剤は、半導体層１６及び電極１８を殆どエッチングしない。このため、電極１８の表面に保護膜を設けなくても、充填材２４除去時の電極１８の損傷を防止することができる。さらに、半導体層１６が殆どエッチングされないため、可動部１６ｂ及び固定部１６ａの形状精度を高めることができる。その結果、半導体装置１０による力学量の検出精度を高めることができる。
【００３０】
また、本実施形態の製造方法では、絶縁体層１４の一部を除去する工程（可動部１６ｂを基板１２に対して移動可能とする工程）の後に電極１８を形成するため、絶縁体層１４を除去する薬液に、電極１８（Ａｌ系金属）の侵食を抑制する専用の薬液を用いる必要がない。すなわち、従来の製造方法では、電極を形成した後に絶縁体層を除去していたため、絶縁体層を除去する薬液から電極を保護する必要があった。電極は保護膜で保護されるが、保護膜にピンホールが生じる可能性がある。このため、絶縁体層を除去する薬液に、電極（Ａｌ系金属）の侵食を抑制する専用の薬液を用いなければならなかった。本実施形態では、絶縁体層１４を除去した後に電極１８を形成するため、絶縁体層１４の除去のために電極（Ａｌ系金属）の侵食を抑制する専用の薬液を用いる必要はない。このため、絶縁体層１４の除去する薬液として安価な薬液を用いることができる。
【００３１】
なお、上述した実施形態では、ＳＯＩ基板を用いて半導体装置１０を製造する場合について説明したが、ＳＯＩ基板を用いなくても半導体装置１０を製造することができる。例えば、半導体ウェハ上に犠牲層膜を堆積し、この犠牲層膜上に半導体層を堆積することで得られた積層構造に対して、本明細書に開示した各工程を実施するようにしてもよい。あるいは、半導体ウェハ上の一部（可動部を形成する領域のみ）に犠牲層膜を堆積し、この犠牲層膜上に半導体層を堆積して可動部を形成する一方で、半導体ウェハの犠牲層を堆積しなかった領域に電極を形成するようにしてもよい。
【００３２】
また、上述した実施形態では、半導体層１６に形成された空間２０ａと、絶縁体層１４に形成された空間２０ｂの一部（空間２０ａの下方）に充填材２４が埋め込まれていたが、本明細書に記載の技術はこのような形態に限られない。充填材２４は、電極１８を形成する際に、電極１８を形成する金属が空間２０ａ，２０ｂ内に侵入しないように埋め込まれていればよい。したがって、例えば、充填材２４を少なくとも空間２０ａ内にのみ埋め込むことができれば、空間２０ｂ内にまで充填材２４を埋め込む必要はない。
【００３３】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、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。
【符号の説明】
【００３４】
１０   半導体装置
１２   基板
１４   絶縁体層
１６   半導体層
１６ａ 固定部
１６ｂ 可動部
１８   電極
２０ａ，２０ｂ       空間
２２   ＳＯＩ基板
２４   充填材
２６   アルミニウム系金属膜
【図１】
2012045697.tif 000003
【図２】
2012045697.tif 000004
【図３】
2012045697.tif 000005
【図４】
2012045697.tif 000006
【図５】
2012045697.tif 000007
【図６】
2012045697.tif 000008
【図７】
2012045697.tif 000009
【図８】
2012045697.tif 000010