(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動部と、前記可動部に対向する固定部を有する微小機械であって、前記可動部が単結晶シリコンであり、前記可動部が前記固定部に接触する際の接触面積を低減せしめる凸部を前記固定部に設けている微小機械の製造方法であって、
支持基板、当該支持基板上に形成された埋込絶縁膜および当該埋込絶縁膜上に形成された単結晶シリコン層から構成される、いわゆるＳＯＩ基板であって、前記単結晶シリコン層と前記埋込絶縁膜との界面が平坦、かつ、前記埋込絶縁膜と前記支持基板との界面に凸部を有するＳＯＩ基板を形成する第１工程と、
前記ＳＯＩ基板の前記単結晶シリコン層を貫通するエッチングを行ない、前記埋込絶縁膜に達する開口部を単結晶シリコン層に形成する第２工程と、
前記開口部をエッチング・ホールとし、前記埋込絶縁膜をエッチングし、前記単結晶シリコン層からなる自立した構造体を得る第３工程とを有し、
前記第１工程は、前記支持基板の主面に凹部を形成する工程と、前記構造体の主面に絶縁膜を成膜し、前記絶縁膜の主面を平坦化する工程と、前記構造体にシリコン基板を接合し、前記シリコン基板を薄膜化する工程とを有することを特徴とする微小機械の製造方法。
【請求項２】
可動部と、前記可動部に対向する固定部を有する微小機械であって、前記可動部が単結晶シリコンであり、前記可動部が前記固定部に接触する際の接触面積を低減せしめる凸部を前記固定部に設けている微小機械の製造方法であって、
支持基板、当該支持基板上に形成された埋込絶縁膜および当該埋込絶縁膜上に形成された単結晶シリコン層から構成される、いわゆるＳＯＩ基板であって、前記単結晶シリコン層と前記埋込絶縁膜との界面が平坦、かつ、前記埋込絶縁膜と前記支持基板との界面に凸部を有するＳＯＩ基板を形成する第１工程と、
前記ＳＯＩ基板の前記単結晶シリコン層を貫通するエッチングを行ない、前記埋込絶縁膜に達する開口部を単結晶シリコン層に形成する第２工程と、
前記開口部をエッチング・ホールとし、前記埋込絶縁膜をエッチングし、前記単結晶シリコン層からなる自立した構造体を得る第３工程とを有し、
前記第１工程は、前記シリコン基板の主面に絶縁膜を成膜し、前記絶縁膜の主面に凹部を形成する工程と、構造体の主面に、中間膜を成膜し、前記中間膜の主面を平坦化する工程と、前記構造体を支持基板に、前記中間膜を介して接合し、前記シリコン基板を薄膜化する工程とを有することを特徴とする微小機械の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の微小機械の製造方法において、前記第１工程と前記第２工程との間に、前記凸部の最外表面に支持基板よりもシリコン基板との摩擦係数の小さな膜を成膜する工程を有することを特徴とする微小機械の製造方法。
【請求項４】
可動部と、前記可動部に対向する固定部を有する微小機械であって、前記可動部が単結晶シリコンであり、前記可動部が前記固定部に接触する際の接触面積を低減せしめる凸部を前記固定部に設けている微小機械の製造方法であって、
支持基板および単結晶シリコン基板を用意し、前記支持基板ないしは前記単結晶シリコン基板のいずれかの主面に、スペーサを形成する工程と、
前記支持基板の主面に凸部を形成する工程と、
前記支持基板および前記単結晶シリコン基板を、前記スペーサを介して接合し、キャビティを形成する工程と、
前記単結晶シリコン基板を薄膜化し、単結晶シリコン層を得る工程と、
前記単結晶シリコン層を貫通するエッチングを行ない、前記キャビティに達する開口部を形成し、前記単結晶シリコン層からなる自立した構造体を得る工程と
を有することを特徴とする微小機械の製造方法。
【請求項５】
可動部と、前記可動部に対向する固定部を有する微小機械であって、前記可動部が単結晶シリコンであり、前記可動部が前記固定部に接触する際の接触面積を低減せしめる凸部を前記固定部に設けている微小機械の製造方法であって、
支持基板、当該支持基板上に形成された埋込絶縁膜および当該埋込絶縁膜上に形成された単結晶シリコン層から構成される、いわゆるＳＯＩ基板の、前記単結晶シリコン層を貫通するエッチングを行ない、前記埋込絶縁膜に達する開口部を単結晶シリコン層に形成する工程と、
前記開口部をエッチング・ホールとし、前記埋込絶縁膜をエッチングし、前記単結晶シリコン層からなる自立した構造体を得る工程と、
前記支持基板の、前記埋込絶縁膜をエッチングした領域に電気化学的処理を行ない、前記電気化学的処理の被処理部を平坦でなくする工程と
を有することを特徴とする微小機械の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の微小機械の製造方法において、前記電気化学的処理が陽極酸化によるエッチング処理であることを特徴とする微小機械の製造方法。
【請求項７】
請求項５に記載の微小機械の製造方法において、前記電気化学的処理が電解析出処理であることを特徴とする微小機械の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ構造を有する微小機械の製造方法に関し、更に詳しくは、可動するマイクロ構造が対向する部材に接触する事があっても、破損や固着の起こりにくい微小機械の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の微小機械およびその製造方法を、図１１に従って説明する。なお本図は、文献（Ｔｈｅｒｅｓａ  Ａ．Ｃｏｒｅ，Ｗ．Ｋ．Ｔｓａｎｇ，Ｓｔｅｖｅｎ
Ｊ．Ｓｈｅｒｍａｎ，“Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｆｏｒ  ａｎ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｓｅｎｓｏｒ”，Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｏｃｔｏｂｅｒ  １９９３，３９−４７）を例に簡略化し、本発明に係る部位のみを記載している。
【０００３】
従来の微少機械およびその製法は、図１１（Ａ）に示すように、先ずシリコン基板１００の主面に、熱酸化により酸化膜１０１、ＬＰ−ＣＶＤ（低圧−化学気相成長法）によりシリコン窒化膜１０２、ＣＶＤによりＬＴＯ（低温酸化物）膜１０３を順次層状に成膜する。
【０００４】
この後、図１１（Ｂ）に示すようにＬＴＯ膜１０３を貫通しない程度にエッチングしてディンプル１０４を形成すると共に、ＬＴＯ膜１０３、シリコン窒化膜１０２および酸化膜１０１を貫通するエッチングを行なってアンカーに対する開口１０５を形成する。
【０００５】
次いで、図１１（Ｃ）に示すようにＬＰ−ＣＶＤによりポリシリコン膜１０６を成膜し、フォトリソグラフィーおよびエッチングによりパターニングする。
【０００６】
そして、図１１（Ｄ）に示すようにＬＴＯ膜１０３をフッ酸等により犠牲エッチングし、自立する微小構造体１０７を得る。
【０００７】
この微小構造体１０７は、可動部１０８と、可動部１０８を支持基体であるシリコン基板１００に固定するアンカー部１０９とから構成される。ＬＴＯ膜１０３のディンプル１０４の位置に対応して可動部１０８の底部表面にはバンプ１１０が、また、可動部１０８の表面にはディンプル１１１が形成されている。このバンプ１１０は、可動部１０８の底部表面がシリコン基板１００の表面と接触する際に、その接触面積が低減され、これにより付着する可能性を低減する作用がある。シリコン窒化膜１０２は、ＬＴＯ膜１０３を犠牲エッチングする際のエッチングストッパとして作用するが、可動部１０８の底部表面がシリコン基板１００の表面と擦れ合う際の摩擦力を低減し、摩耗を低減する作用と、可動部１０８の底部表面がシリコン基板１００の表面と接触し付着する可能性を低減する作用とを合わせ持っている。
【０００８】
さて、このようにして得られた微小機械に、振動や落下衝撃等の種々の外力が作用した場合について、図１２に従って説明する。
【０００９】
図１２（Ａ）に示すように図中下方向への加速度運動をした場合、可動部１０８は下に凸のベンディングを受ける。
【００１０】
図１２（Ｂ）に示すように図中下方向へ落下、衝突した場合、可動部１０８はシリコン基板１００の表面に叩き付けられ、可動部１０８は下に凸のベンディングを受ける。
【００１１】
図１２（Ｃ）に示すように図中上方向への加速度運動をした場合、可動部１０８は上に凸のベンディングを受ける。
【００１２】
図１２（Ｄ）に示すように図中上方向へ落下、衝突した場合、可動部１０８はカバー２０２の裏面に叩き付けられ、可動部１０８は上に凸のベンディングを受ける。
【００１３】
図１２（Ａ）および（Ｂ）で示したように、可動部１０８が下に凸のベンディングを受けた場合、同図中○印の記載されている、バンプ１１０の根元２００に引っ張り応力が集中し、ここから破壊される傾向を有するので望ましくない。また図１２（Ｃ）および（Ｄ）の場合のように、可動部１０８が上に凸のベンディングを受けた場合、同図中○印の記載されているディンプル１１１の底２０１に引っ張り応力が集中し、ここから破壊される傾向を有するので望ましくない。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこのような従来例では、可動部１０８の底部表面がシリコン基板１００の表面と接触する際に、その接触面積を低減し、従って付着する可能性を低減するように作用するバンプ１１０を、可動部１０８に設ける構造およびその製造方法であったために、外力によってベンディングを受ける可動部１０８に応力を集中させる構造をも同時に作り込んでしまうという問題点があった。
【００１５】
また、この従来例は、可動部を構成する構造体がポリシリコンにより形成されており、多結晶という材料が本質的に有している無数の粒界および転位といった分子構造も外力が加えられた際に応力が集中される構造であり、ここから脆性破壊される傾向を有する。さらに粒界には、粒界侵食あるいは粒界割れといった特異な現象もあり、脆性破壊の傾向を増長する。
【００１６】
更に、ポリシリコンは強い圧縮応力を有しており、その応力を制御することが難しく、このため成膜速度も遅く、厚い構造体を得ることが難しい。
【００１７】
また、ポリシリコンによって、例えば応力を検出する素子であるピエゾ抵抗を安定的に形成することは難しく、このため微小機械の可動部の変位量は低感度の静電式に頼らざるを得ない。また、ポリシリコンで形成された半導体素子は、単結晶シリコンで形成された半導体素子に比べると、特性のバラツキが大きく、耐圧が低い、逆方向飽和電流が大きいなど著しく性能が劣ってしまうために、微小機械の外部領域の支持基板である単結晶シリコン基板に形成する必要があった。
【００１８】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みなされたもので、可動部と、可動部に対向する固定部を有する微小機械において、可動部が固定部に接触する際の付着する傾向が低減された、また可動部がベンディングを受けた際の破壊される傾向が低減された、さらには可動部が薬品やガスにより処理された際の粒界腐食や粒界割れといった現象から免れた微小機械の製造方法を提供することを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様に係る微小機械の製造方法は、可動部と、前記可動部に対向する固定部を有する微小機械であって、前記可動部が単結晶シリコンであり、前記可動部が前記固定部に接触する際の接触面積を低減せしめる凸部を前記固定部に設けている微小機械の製造方法であって、支持基板、当該支持基板上に形成された埋込絶縁膜および当該埋込絶縁膜上に形成された単結晶シリコン層から構成される、いわゆるＳＯＩ基板であって、前記単結晶シリコン層と前記埋込絶縁膜との界面が平坦、かつ、前記埋込絶縁膜と前記支持基板との界面に凸部を有するＳＯＩ基板を形成する第１工程と、前記ＳＯＩ基板の前記単結晶シリコン層を貫通するエッチングを行ない、前記埋込絶縁膜に達する開口部を単結晶シリコン層に形成する第２工程と、前記開口部をエッチング・ホールとし、前記埋込絶縁膜をエッチングし、前記単結晶シリコン層からなる自立した構造体を得る第３工程とを有し、前記第１工程は、前記支持基板の主面に凹部を形成する工程と、前記構造体の主面に絶縁膜を成膜し、前記絶縁膜の主面を平坦化する工程と、前記構造体にシリコン基板を接合し、前記シリコン基板を薄膜化する工程とを有することを特徴とする。
【００２０】
本発明の第２の態様に係る微小機械の製造方法は、可動部と、前記可動部に対向する固定部を有する微小機械であって、前記可動部が単結晶シリコンであり、前記可動部が前記固定部に接触する際の接触面積を低減せしめる凸部を前記固定部に設けている微小機械の製造方法であって、支持基板、当該支持基板上に形成された埋込絶縁膜および当該埋込絶縁膜上に形成された単結晶シリコン層から構成される、いわゆるＳＯＩ基板であって、前記単結晶シリコン層と前記埋込絶縁膜との界面が平坦、かつ、前記埋込絶縁膜と前記支持基板との界面に凸部を有するＳＯＩ基板を形成する第１工程と、前記ＳＯＩ基板の前記単結晶シリコン層を貫通するエッチングを行ない、前記埋込絶縁膜に達する開口部を単結晶シリコン層に形成する第２工程と、前記開口部をエッチング・ホールとし、前記埋込絶縁膜をエッチングし、前記単結晶シリコン層からなる自立した構造体を得る第３工程とを有し、前記第１工程は、前記シリコン基板の主面に絶縁膜を成膜し、前記絶縁膜の主面に凹部を形成する工程と、構造体の主面に、中間膜を成膜し、前記中間膜の主面を平坦化する工程と、前記構造体を支持基板に、前記中間膜を介して接合し、前記シリコン基板を薄膜化する工程とを有することを特徴とする。
【００２１】
本発明の第３の態様に係る微小機械の製造方法は、可動部と、前記可動部に対向する固定部を有する微小機械であって、前記可動部が単結晶シリコンであり、前記可動部が前記固定部に接触する際の接触面積を低減せしめる凸部を前記固定部に設けている微小機械の製造方法であって、支持基板および単結晶シリコン基板を用意し、前記支持基板ないしは前記単結晶シリコン基板のいずれかの主面に、スペーサを形成する工程と、前記支持基板の主面に凸部を形成する工程と、前記支持基板および前記単結晶シリコン基板を、前記スペーサを介して接合し、キャビティを形成する工程と、前記単結晶シリコン基板を薄膜化し、単結晶シリコン層を得る工程と、前記単結晶シリコン層を貫通するエッチングを行ない、前記キャビティに達する開口部を形成し、前記単結晶シリコン層からなる自立した構造体を得る工程とを有することを特徴とする。
【００２２】
本発明の第４の態様に係る微小機械の製造方法は、可動部と、前記可動部に対向する固定部を有する微小機械であって、前記可動部が単結晶シリコンであり、前記可動部が前記固定部に接触する際の接触面積を低減せしめる凸部を前記固定部に設けている微小機械の製造方法であって、支持基板、当該支持基板上に形成された埋込絶縁膜および当該埋込絶縁膜上に形成された単結晶シリコン層から構成される、いわゆるＳＯＩ基板の、前記単結晶シリコン層を貫通するエッチングを行ない、前記埋込絶縁膜に達する開口部を単結晶シリコン層に形成する工程と、前記開口部をエッチング・ホールとし、前記埋込絶縁膜をエッチングし、前記単結晶シリコン層からなる自立した構造体を得る工程と、前記支持基板の、前記埋込絶縁膜をエッチングした領域に電気化学的処理を行ない、前記電気化学的処理の被処理部を平坦でなくする工程とを有することを特徴とする。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の微小機械の製造方法における実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３５】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態を図１および２に従って説明する。
【００３６】
図１Ａ）に示すように、第一のシリコン基板３００の主面に、トレンチ・エッチングの手法により凹部３０１を形成する。
【００３７】
この後図１Ｂ）に示すように、上記構造体に熱酸化の手法により酸化膜３０２をＬＰ−ＣＶＤ（低圧化学気相成長法）の手法によりシリコン窒化膜３０３を成膜する。
【００３８】
次いで、図１Ｃ）に示すように、上記構造体の主面に、ＣＶＤ（化学気相成長法）の手法により酸化膜３０４を成膜し、その表面を研磨の手法により平坦化する。
【００３９】
そして、図１Ｄ）に示すように、上記構造体の主面に第二のシリコン基板を接合し、第二のシリコン基板を研磨の手法により薄膜化し単結晶シリコン層３０５を得る。
【００４０】
以上の工程により、酸化膜３０４を埋込酸化膜とし、第一のシリコン基板３００を支持基板とし、薄膜化された単結晶シリコン層３０５をＳＯＩ（シリコン・オン・インスレーター）層とする、いわゆるＳＯＩ基板３０６が形成される。埋込酸化膜である酸化膜３０４とＳＯＩ層である単結晶シリコン層３０５との界面３０９は、凸凹のない平坦な面から構成され、埋込酸化膜である酸化膜３０４と、第一のシリコン基板３００からなる支持基板との界面３１０は、凸部３０７と凹部３０８を有する。
【００４１】
図２Ａ）に上記ＳＯＩ基板３０６の主面の構成を示す。構成を再記すると、３００は第一のシリコン基板、３０２は酸化膜、３０３はシリコン窒化膜、３０４は埋込酸化膜、３０５は単結晶シリコン層、３１０は埋込酸化膜である酸化膜３０４と支持基板である第一のシリコン基板３００との界面、３０８は界面３１０の凹部、３０７は界面３１０の凸部である。
【００４２】
図２Ｂ）に示すように上記単結晶シリコン層３０５を貫通するエッチングを行ない、酸化膜３０４に達する開口部３１６を形成する。
【００４３】
図２Ｃ）に示すように上記開口部３１６より、フッ酸を含むエッチング液にて、酸化膜３０４をエッチングし、自立する単結晶シリコンからなる微小構造体３４０を得る。３１１は可動部であり、３１２は可動部３１１を支持基体であるシリコン基板３００に固定するアンカー部である。
【００４４】
以上の工程により、可動部と、可動部に対向する固定部を有する微小機械において、可動部が単結晶シリコンであって、可動部が固定部に接触する際の接触面積を低減せしめる凸部が、固定部に設けられていることを特徴とする微小機械が得られる。
【００４５】
なお、単結晶シリコンからなる微小構造体３４０において、可動部となるかアンカーとなるかは、上記工程図２Ｂ）における開口部３１６のパターンに依存する。図２Ｄ）にパターン例の平面図を示す。表示されているのは図２Ｂ）のパターニングされた単結晶シリコン層３１７である。３１３は大パターン部で例えば２００μｍ角とし、３１４，３１９はライン・パターン部で例えば幅１０μｍとし、３１５は虫食いパターン部で例えば２００μｍ角で、内部に１０μｍ角の穴３１８が２０μｍピッチで無数に開口されているとする。酸化膜３０４の厚さは１μｍとする。
【００４６】
上記構造体を、フッ酸を含むエッチング液に浸漬し、酸化膜３０４を１０μｍエッチングするのに相当する時間だけエッチング処理する。するとパターニングされた単結晶シリコン層３１７をマスクとして、酸化膜３０４が等方的にエッチング除去され、単結晶シリコン層３１７の下に進行するアンダー・エッチング量は１０μｍとなる。この時、大パターン部３１３の直下の酸化膜は前後左右１０μｍずつアンダー・エッチングされ、１８０μｍ角のサイズで残存する。従って大パターン部３１３は、残存する酸化膜３０４によって支持基板へと接続するアンカー部３１２となる。
【００４７】
ライン・パターン部３１４，３１９の直下の酸化膜３０４は、前後１０μｍずつアンダー・エッチングされ、このアンダー・エッチングがオーバー・ラップし、もはや残存することはなく、ライン・パターン部３１４，３１９は宙に浮く。図２ではライン・パターン部３１４，３１９の端がアンカー部３１２に接続され、これにより自立した構造体となる。この場合、アンカー部への接続が全くなければ、いわゆるリフト・オフされることになる。また、虫食いパターン部３１５の直下の酸化膜３０４は、前後左右１０μｍずつアンダー・エッチングされるだけでなく、無数の穴３１８からも等方的にアンダー・エッチングされ、これら無数のアンダー・エッチングがオーバー・ラップしてもはや残存することはなく、虫食いパターン部３１５は宙に浮く。図２ではライン・パターン部３１４を介してアンカー部３１２に接続されており、自立した構造体となる。従って、図２Ｄ）のＬ−Ｌ断面図とＭ−Ｍ断面図は図２Ｃ）となり、図２Ｄ）のＮ−Ｎ断面図は図２Ｅ）となる。
【００４８】
なお、微小機械では、ライン・パターン部３１４のように細い部分を梁やばねとして、虫食いパターン部３１５のように大きくて宙に浮いている部分を重りとして設計する。
【００４９】
（第２の実施の形態）
次に本発明の第２の実施の形態を図３および図４に従って説明する。
【００５０】
図３Ａ）に示すように、先ず第一の単結晶シリコン基板４００の主面にＣＶＤの手法により酸化膜４０４を成膜し、酸化膜４０４の主面に、酸化膜４０４を貫通しない程度の凹部４０１を、フッ酸を含むエッチング液にて形成する。
【００５１】
次いで、図３Ｂ）において上記構造体にＬＰ−ＣＶＤの手法によりシリコン窒化膜４０３を成膜し、ＣＶＤの手法により多結晶シリコン膜４０２を成膜し、多結晶シリコン膜４０２の主面を研磨の手法により平坦化する。
【００５２】
この後、図３Ｃ）において上記構造体の主面に第二の単結晶シリコン基板４２０を接合し、単結晶シリコン基板４００を研磨の手法により薄膜化し単結晶シリコン層４０５を得る。
【００５３】
以上の工程により、酸化膜４０４を埋込酸化膜とし、第二の単結晶シリコン基板４２０を支持基板とし、第一の単結晶シリコン基板４００を薄膜化し得られた単結晶シリコン層４０５をＳＯＩ（シリコン・オン・インスレーター）層とする、いわゆるＳＯＩ基板４０６が形成される。
【００５４】
埋込酸化膜である酸化膜４０４とＳＯＩ層である単結晶シリコン層４０５との界面４０９は、凸凹のない平坦な面から構成され、埋込酸化膜である酸化膜３０４と、第二の単結晶シリコン基板４２０からなる支持基板との界面４１０は、凸部４０７と凹部４０８を有する。
【００５５】
図４Ａ）に上記ＳＯＩ基板４０６の主面の構成を示す。構成を再記すると、４００は支持基板である第二の単結晶シリコン基板、４０２は多結晶シリコン膜、４０３はシリコン窒化膜、４０４は埋込酸化膜、４０５は単結晶シリコン層、４１０は埋込酸化膜である酸化膜３０４と支持基板である第二の単結晶シリコン基板４２０の界面、４０８は界面４１０の凹部、４０７は界面４１０の凸部である。
【００５６】
図４Ｂ）において上記単結晶シリコン層４０５を貫通するエッチングを行ない、酸化膜４０４に達する開口部４１６を形成する。
【００５７】
図４Ｃ）において上記開口部４１６より、フッ酸を含むエッチング液にて、酸化膜４０４をエッチングし、自立する単結晶シリコンからなる微小構造体４４０を得る。４１１は可動部であり、４１２は可動部４１１を支持基体である単結晶シリコン基板４２０に固定するアンカー部である。
【００５８】
単結晶シリコンからなる微小構造体４４０において、可動部となるかアンカーとなるかは、上記工程図４Ｂ）における開口部４１６のパターンに依存することは、第１の実施の形態と同様である。
【００５９】
以上の工程を含む製造方法により、第１の実施の形態と同様に、可動部と、可動部に対向する固定部を有する微小機械において、可動部が単結晶シリコンであって、可動部が固定部に接触する際の接触面積を低減せしめる凸部が、固定部に設けられていることを特徴とする微小機械が得られる。
【００６０】
また、図４Ｄ）は、図３Ｂ）において平坦化された多結晶シリコン膜４０２の主面に、ＣＶＤの手法により酸化膜４２１を形成し、以下同様の工程を行なった場合に得られる構造である。
【００６１】
（第３の実施の形態）
次に本発明の第３の実施の形態を図５および図６に従って説明する。
【００６２】
図５Ａ）に示すように第一の単結晶シリコン基板５００の主面に熱酸化の手法により酸化膜５０１を成膜し、フッ酸を含むエッチング液にてパターニングする。
【００６３】
図５Ｂ）に示すように上記構造体にＣＶＤの手法により酸化膜５０４を成膜し、ＣＶＤの手法によりシリコン窒化膜５０３を成膜する。
【００６４】
図５Ｃ）に示すように上記構造体に、ＣＶＤの手法により多結晶シリコン膜５０２を成膜し、多結晶シリコン膜５０２の主面を研磨の手法により平坦化する。図５Ｄ）に示すように上記構造体の主面に、第二の単結晶シリコン基板５２０を接合し、上記単結晶シリコン基板５００を研磨の手法により薄膜化し単結晶シリコン層５０５を得る。
【００６５】
以上の工程により、酸化膜５０１，５０４を埋込酸化膜とし、第二の単結晶シリコン基板５２０を支持基板とし、第一の単結晶シリコン基板５００を薄膜化し、得られた単結晶シリコン層５０５をＳＯＩ（シリコン・オン・インスレーター）層とする、いわゆるＳＯＩ基板５０６が形成される。埋込酸化膜である酸化膜５０１，５０４とＳＯＩ層である単結晶シリコン層５０５との界面５０９は、凸凹のない平坦な面から構成され、埋込酸化膜である酸化膜５０１，５０４と第二の単結晶シリコン基板５２０からなる支持基板との界面５１０は、凸部５０７と凹部５０８を有する。
【００６６】
図６Ａ）に上記ＳＯＩ基板５０６の主面の構成を示す。構成を再記すると、５２０は支持基板である第二の単結晶シリコン基板、５０２は多結晶シリコン膜、５０３はシリコン窒化膜、５０１，５０４は埋込酸化膜、５０５は単結晶シリコン層、５１０は埋込酸化膜である酸化膜５０４と第二の単結晶シリコン基板５２０からなる支持基板との界面、５０８は界面５１０の凹部、５０７は界面５１０の凸部である。
【００６７】
図６Ｂ）において上記単結晶シリコン層５０５を貫通するエッチングを行ない、酸化膜５０１，５０４に達する開口部５１６を形成する。
【００６８】
図６Ｃ）において上記開口部５１６より、フッ酸を含むエッチング液にて酸化膜５０４をエッチングし、自立する単結晶シリコンからなる微小構造体５４０を得る。５１１は可動部であり、５１２は可動部５１１を支持基体である単結晶シリコン基板５２０に固定するアンカー部である。
【００６９】
単結晶シリコンからなる微小構造体５４０において、可動部となるかアンカーとなるかは、上記工程図６Ｂ）における開口部５１６のパターンに依存することは、第１の実施の形態と同様である。
【００７０】
以上の工程を含む製造方法により、第１の実施の形態と同様に、可動部と、可動部に対向する固定部を有する微小機械において、可動部が単結晶シリコンであって、可動部が固定部に接触する際の接触面積を低減せしめる凸部が、固定部に設けられていることを特徴とする微小機械が得られる。
【００７１】
また、図６Ｄ）は、図５Ｃ）において平坦化された多結晶シリコン膜５０２の主面に、ＣＶＤの手法により酸化膜５３０を形成し、以下同様の工程を行なった場合に得られる構造である。
【００７２】
（第４の実施の形態）
次に本発明の第４の実施の形態を図７および図８に従って説明する。
【００７３】
図７Ａ）に示すように、先ず、単結晶シリコン基板６００の主面に、凹部６０１をパターニングし、熱酸化の手法により酸化膜６０２を、ＬＰ−ＣＶＤの手法によりシリコン窒化膜６０３を順次成膜する。
【００７４】
次いで、図７Ｂ）において上記構造体に、ＣＶＤの手法により酸化膜６０４を成膜し、酸化膜６０４の主面を研磨の手法により平坦化し、単結晶シリコン基板６００に達する開口部６３０とシリコン窒化膜６０３に達する開口部６３１を形成する。
【００７５】
この後、図７Ｃ）において、上記構造体の主面にＣＶＤの手法により多結晶シリコン膜を成膜し、開口部６３０の単結晶シリコン基板６００を種とし、多結晶シリコン膜のレーザー走査による横方向結晶成長により、単結晶シリコン層６０５を得る。
【００７６】
以上の工程により、酸化膜６０４を埋込酸化膜とし、単結晶シリコン基板６００を支持基板とし、多結晶シリコン膜の横方向結晶成長により得られた単結晶シリコン層６０５をＳＯＩ（シリコン・オン・インスレーター）層とする、いわゆるＳＯＩ基板６０６が形成される。埋込酸化膜である酸化膜６０４とＳＯＩ層である単結晶シリコン層６０５との界面６０９は、凸凹のない平坦な面から構成され、埋込酸化膜である酸化膜６０４と、単結晶シリコン基板４２０からなる支持基板との界面６１０は、凸部６０７と凹部６０８を有する。
【００７７】
図８Ａ）において、上記ＳＯＩ基板６０６の主面の構成を示す。構成を再記すると、６００は支持基板である単結晶シリコン基板、６０２は酸化膜、６０３はシリコン窒化膜、６０４は埋込酸化膜、６０５は単結晶シリコン層、６１０は埋込酸化膜である酸化膜６０４と単結晶シリコン基板６００からなる支持基板の界面、６０８は界面６１０の凹部、６０７は界面６１０の凸部である。
【００７８】
この後、図８Ｂ）において上記単結晶シリコン層６０５を貫通するエッチングを行ない、酸化膜６０４に達する開口部６１６を形成する。
【００７９】
そして、図８Ｃ）において上記開口部６１６よりフッ酸を含むエッチング液にて酸化膜６０４をエッチングし、自立する単結晶シリコンからなる微小構造体６４０を得る。６１１は可動部であり、６１２は可動部６１１を支持基体である単結晶シリコン基板６００に固定するアンカー部である。
【００８０】
単結晶シリコンからなる微小構造体６４０において、可動部となるかアンカーとなるかは、上記工程図８Ｂ）における開口部６１６のパターンに依存することは、第１の実施の形態と同様である。
【００８１】
以上の工程を含む製造方法により、第１の実施の形態と同様に、可動部と、可動部に対向する固定部を有する微小機械において、可動部が単結晶シリコンであって、可動部が固定部に接触する際の接触面積を低減せしめる凸部が、固定部に設けられていることを特徴とする微小機械が得られる。
【００８２】
（第５の実施の形態）
次に本発明の第５の実施の形態を図９に従って説明する。
【００８３】
図９Ａ）に示すように、先ず、高不純物濃度の単結晶シリコン基板７００の主面にエピタキシャル成長の手法により単結晶シリコン層７０５を成膜すると共に、単結晶シリコン層７０５を貫通しない程度のエッチングを行なって凹部７３０を形成する。これにより、エッチングされない領域は相対的に出っ張って凸部７３１となる。
【００８４】
次いで、図９Ｂ）に示すように、ガラス基板７３２の主面にエッチングにより凹部７０８を形成する。これによりエッチングされない領域は相対的に出っ張って、凸部７０７となる。
【００８５】
この後、図９Ｃ）に示すように、図９Ａ）の構造体と図９Ｂ）の構造体の主面を接合し、フッ酸：硝酸：酢酸＝１：３：８の組成からなる高不純物濃度のシリコンのみを選択的に溶解する選択エッチング液を用いて、高不純物濃度の単結晶シリコン基板７００のみをエッチングする。これにより、図９Ａ）の構造体と図９Ｂ）の構造体の主面の接合は、凸部７３１を介して成され、従ってキャビティ７３３が形成される。
【００８６】
そして、図９Ｄ）において、ドライ・エッチングの手法により、上記構造体の単結晶シリコン層７０５を貫通しキャビティ７３３に達する開口部７１６を形成し、自立する単結晶シリコンからなる微小構造体７４０を得る。７１１は可動部であり、７１２は可動部７１１を支持基体であるガラス基板７３２に固定するアンカー部である。
【００８７】
以上の工程を含む製造方法により、第１の実施の形態と同様に、可動部と、可動部に対向する固定部を有する微小機械において、可動部が単結晶シリコンであって、可動部が固定部に接触する際の接触面積を低減せしめる凸部が、固定部に設けられていることを特徴とする微小機械が得られる。
【００８８】
（第６の実施の形態）
次に本発明の第６の実施の形態を図１０に従って説明する。
【００８９】
図１０Ａ）に示すように、標準的なＳＯＩ基板の主面の構造を示す。構成を説明すると、８０５はＳＯＩ層である単結晶シリコン層、８０４は埋込絶縁膜である埋込酸化膜、８００は支持基板であるシリコン基板である。
【００９０】
図１０Ｂ）において、上記単結晶シリコン層８０５を貫通するエッチングを行ない、酸化膜８０４に達する開口部８１６を形成する。
【００９１】
図１０Ｃ）において、上記開口部８１６より、フッ酸を含むエッチング液にて、酸化膜８０４をエッチングし、自立する単結晶シリコンからなる微小構造体８４０を得る。８１１は可動部であり、８１２は可動部８１１を支持基体であるシリコン基板８００に固定するアンカー部である。
【００９２】
図１０Ｄ）において、上記構造体をフッ酸を含むエッチング液に浸漬し、シリコン基板８００に電圧を引加しながら電解エッチングし、ポーラス・シリコン層８３０を形成する。ポーラス・シリコン層８３０は、シリコン基板８００の埋込酸化膜８０４の除去された領域にのみセルフアラインで形成される。微小構造体８４０はシリコン基板８００に電気的に接続されておらず、電解エッチングをうけず、従ってポーラス・シリコン層は形成されない。
【００９３】
以上の工程により、可動部と、可動部に対向する固定部を有する微小機械において、可動部が単結晶シリコンであって、可動部が固定部に接触する際の接触面積を低減せしめる凸部が、固定部に設けられていることを特徴とする微小機械が得られる。
【００９４】
同様に、上記図１０Ｃ）の構造体を図１０Ｅ）に示すように電解めっき液に浸漬し、シリコン基板８００に電圧を引加しながら電解めっきし、めっき層８３１を形成してもよい。めっき層８３１は、シリコン基板８００の埋込酸化膜８０４の除去された領域にのみセルフアラインで形成される。微小構造体８４０はシリコン基板８００に電気的に接続されておらず、電解めっきをうけず、従ってめっき層は形成されない。
【００９５】
以上、第１乃至６の実施の形態の説明において、具体的な例を用いて説明してきたが、これらの文言と図に限定される訳ではない。以下、例を説明する。
【００９６】
例えば、第１，２，３および４の実施の形態において夫々、シリコン窒化膜３０３，４０３，５０３および６０３を例に説明してきたが、これに限定される訳ではなく、他の部材でも良く、場合によっては無くても良い。また、シリコン窒化膜３０３，４０３および５０３の成膜方法としてＬＰ−ＣＶＤを例に説明してきたが、これに限定される訳ではなく、他の方法、例えばプラズマ−ＣＶＤやシリコンの直接窒化でも良い。
【００９７】
また、第１および４の実施の形態において夫々、酸化膜３０２および６０２は、ＬＰ−ＣＶＤにより成膜したシリコン窒化膜３０３および６０３の応力緩衝膜として設けたものであり、成膜条件によっては無くても良い。
【００９８】
また、第１，２，３および５の実施の形態において夫々、２枚の基板の直接接合を例に説明してきたが、これに限定される訳ではなく、共晶合金接合であっても良いし、陽極接合などの他の接合方法であってもよい。
【００９９】
たま、第２，３の実施の形態において夫々、多結晶シリコン膜４０２，５０２を、支持基板に接合するための中間層として説明してきたが、これに限定される訳ではなく、多結晶シリコン膜４０２，５０２を可動部に対向する下部電極として用いてもよい。この際、図４Ｄ）および図６Ｄ）に示したように、多結晶シリコン膜４０２，５０２とシリコン基板４２０，５２０との間に絶縁膜として、酸化膜４２１，５３０を形成してもよい。
【０１００】
また、第６の実施の形態において、電解エッチングと電解めっきを例に説明してきたが、これに限定される訳ではなく、シリコン基板８００の埋込酸化膜８０４の除去された領域にのみセルフアラインで電気化学的に凸凹を設けられればよく、例えば電解重合により他の部材を析出させても良い。
【０１０１】
また、第１，２，３および４の実施の形態において夫々、酸化膜３０４、多結晶シリコン膜４０２，５０２および酸化膜６０４の平坦化において、研磨を例に説明してきたが、これに限定される訳ではなく、他の平坦化方法、例えばエッチバックでも良い。
【０１０２】
また、第１，２および３の実施の形態において夫々、単結晶シリコン層３０５，４０５，５０５を得る際のシリコン基板の薄膜化を研磨を例に説明してきたが、これに限定される訳ではなく、他の薄膜化方法、例えば第５の実施の形態の如く、選択エッチングであってもよいし、時間コントロールによるエッチングや、ｎ型シリコン層のみを電気化学的にエッチングを停止させ、ｐ型シリコン基板のみをエッチングする、いわゆるエレクトロ・ケミカル・エッチングでもよい。もちろん第５の実施の形態においても、薄膜化の手法を限定するものではない。
【０１０３】
また、第１，２，３の実施の形態において夫々、酸化膜３０４，４０４，５０４が全面形成されたＳＯＩ基板構造を例に説明してきたが、これに限定される訳ではなく、例えば微小機械を形成する領域にのみ埋込絶縁膜を形成した部分ＳＯＩ基板構造であってもよい。酸化膜３０２，４０２および５０２と、シリコン窒化膜３０３，４０３および５０３についても同様である。
【０１０４】
また、第４の実施の形態において、アンカー部６１２を開口部６３１に設け、微小機械６４０がシリコン基板６００から絶縁されている構造を例に説明してきたが、これに限定される訳ではなく、例えば開口部６３０にアンカー部を設け、シリコン基板に直接接続しても良い。
【０１０５】
また、第５の実施の形態において、キャビディ７３３を形成するためのスペーサ、すなわち凸部７３１を単結晶シリコン層７０５に設けたが、ガラス基板７３２に設けてもよい。単結晶シリコンからなるスペーサを、他の部材で設けても良い。
【０１０６】
また、第１，２および３の実施の形態において、埋込絶縁膜と支持基板との界面の凸部を、基板全面に形成したが、可動部に対向する部位のみに設けても良い。
【０１０７】
また、第１，２，３，４，５および６の実施の形態において夫々、微小機械３４０，４４０，５４０，６４０，７４０および８４０を例に説明してきたが、これに限定される訳ではなく、例えば微小機械を駆動する等の半導体素子や回路を形成しても良い。半導体素子や回路を形成する領域は、微小機械を形成していない領域であっても良いし、微小機械の形成された領域の例えばアンカー部であっても良い。また、半導体素子や回路を形成する領域は、ＳＯＩ構造部の領域であっても良いし、ＳＯＩ構造部でない領域であっても良い。
【０１０８】
また、第１，２，３および６の実施の形態において夫々、シリコン基板３００，４２０，５２０および８００を支持基板の例に説明してきたが、これに限定される訳ではなく、他の基板、例えばガラス基板でも良い。もちろん第５の実施の形態においても、支持基板を限定するものではない。第４の実施の形態における支持基板は、シリコンがエピタキシャル成長できる基板であれば良く、例えばサファイア基板でも良い。
【０１０９】
また、第１，２，３，４および５の実施の形態において夫々、凸部３０７，４０７，５０７，６０７および７０７の形状については特に言及しなかったが、テーパー・エッチングやリフローなどの技術を用いて凸部の角部を丸めたり、台形や液滴型としても良い。この場合、強大な外力により可動部が凸部に衝突した際の凸部あるいは可動部の破損の傾向を減ずることができる。
【０１１０】
また、全実施の形態において、微小機械の構造材として単結晶シリコンを例に説明してきたが、他の単結晶材料、例えばガリウム砒素、水晶あるいは単結晶金属に本発明を適用することは、同業者であれば可能である。
【０１１１】
上記した第１，２，３および４の実施の形態によれば、埋込酸化膜とＳＯＩ層との界面が、凸凹のない平坦な面から構成され、埋込酸化膜と支持基板との界面に、凸部を有することを特徴とするＳＯＩ基板を形成してから微小機械を形成する点が共通であり、従って、トレンチ絶縁分離によって高密度に集積された回路と微小機械とを一体で形成でき、従って微小機械の高度化（インテリジェント化）・小型化が実現される。
【０１１２】
また、シリコン窒化膜３０３，４０３，５０３および６０３により、可動部３１１，４１１，５１１および６１１の底部表面が支持基板の最外表面と擦れ合う際の摩擦力を低減し、摩耗を低減する効果と、可動部の底部表面が支持基板の最外表面と接触し付着する傾向を低減させることができる。
【０１１３】
第１，２，３，５および６の実施の形態によれば、シリコン基板の薄膜化により単結晶シリコン層３０５，４０５，５０５，７０５および８０５を得ているため、厚い構造体を実現することができる。従って微小機械の重り部の大質量化、櫛歯電極容量の大容量化ができ、微小機械の、例えば力学量センサ部の高感度化や、例えば静電アクチュエータの大パワー化が実現される。
【０１１４】
第１，２，３，４および６の実施の形態によれば、２枚のシリコン基板の接合により単結晶シリコン層３０５，４０５，５０５，６０５および８０５を得ているため低応力の構造材が得られ、特に応力制御のための工程を必要としない。
【０１１５】
第１の実施の形態によれば、埋込酸化膜とＳＯＩ層との界面が、凸凹のない平坦な面から構成され、埋込酸化膜と支持基板との界面に、凸部を有することを特徴とするＳＯＩ基板を形成する第１，２，３および４の実施の形態において、上記ＳＯＩ基板を形成する工程が比較的短く、シリコン窒化膜を直接窒化の手法により成膜する場合、特に工程が短い。
【０１１６】
第２および３の実施の形態によれば、研磨された多結晶シリコン層と単結晶シリコン層とを接合することにより、埋込酸化膜とＳＯＩ層との界面が、凸凹のない平坦な面から構成され、埋込酸化膜と支持基板との界面に、凸部を有することを特徴とするＳＯＩ基板を形成しているため、第１の実施の形態の、酸化膜と単結晶シリコン層との接合により形成するＳＯＩ基板に比較して接合強度が高いという効果が得られる。犠牲エッチングされる埋込酸化膜の上下界面は、順次成膜によって得られたものであり、酸化膜と単結晶シリコン層との接合界面で発生する異常なエッチング速度の増加現象が発生しないという効果が得られる。
【０１１７】
また、接合する際の支持基板となる基板（研磨による薄膜化をうけない基板）にパターニングを施さずに済むため、平面度、並行度およびソリの規格の厳しい支持基板となる基板に外乱を与えず、従って接合工程の歩留りを向上させることができる。
【０１１８】
また、圧縮応力となる多結晶シリコンを薄膜化をうける基板の接合面側に設けており、該基板の接合面が上に凸となる作用があり、従って接合工程の歩留りを向上させることができる。
【０１１９】
また多結晶シリコン層４０２および５０２を、可動部に対向する下部電極として用いることができる。
【０１２０】
第６の実施の形態によれば、ＳＩＭＯＸや貼り合わせＳＯＩとして標準的なＳＯＩ基板を用いることができ、しかもマスクを１枚も追加することなく、セルフアラインで行なわれる電気化学的処理を１工程追加するだけで済むので、コストの上昇を低く抑えることができる。電解めっきを用いた場合、めっき層を、可動部に対向する低抵抗な下部電極として用いることができる。
【０１２１】
【発明の効果】
以上説明した工程を含む製造方法により、可動部と、可動部に対向する固定部を有する微小機械において、可動部が単結晶シリコンであって、可動部が固定部に接触する際の接触面積を低減せしめる凸部が、固定部に設けられていることを特徴とする微小機械を実現することができるという効果が得られる。
【０１２２】
本発明の微小機械では、固定部に設けられた凸部が、可動部の底部表面が支持基板の最外表面と接触する際に、その接触面積を低減する作用があり、従って付着する傾向を低減する効果がある。可動部の底面および上面が凸凹のない平坦な面から形成される作用があり、従って可動部がベンディングを受けた際の応力集中による破損の傾向を低減する効果がある。また、可動部に粒界が無く、転位や欠陥の少ない単結晶シリコンから形成される作用があり、従って可動部が外力によってベンディングを受けた際の応力集中による破損の傾向を低減する効果と、可動部が薬品やガスで処理された際の粒界腐食や粒界割れの現象を免れる効果がある。
【０１２３】
更に、本発明においては、単結晶シリコンという安定した物性の材料により微小機械が構成されるため、例えば応力を検出する素子であるピエゾ抵抗を微小機械に安定して形成することができ、従って可動部の変位検出の高感度、ひいては例えば力学量センサ部の高感度化が図れる。さらには、半導体素子を微小機械内部の例えばアンカー部に作り込むことができ、微小機械の高度化（インテリジェント化）・小型化が実現されるという効果が得られる。
【０１２４】
以上の種々の優れた効果を、同時に享受することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるＳＯＩ基板形成までを説明する断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態におけるＳＯＩ基板形成から微小機械形成までを説明する図であり、Ａ）〜Ｃ），Ｅは断面図、Ｄ）は平面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態におけるＳＯＩ基板形成までを説明する断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態におけるＳＯＩ基板形成から微小機械形成までを説明する断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態におけるＳＯＩ基板形成までを説明する断面図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態におけるＳＯＩ基板形成から微小機械形成までを説明する断面図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態におけるＳＯＩ基板形成までを説明する断面図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態におけるＳＯＩ基板形成から微小機械形成までを説明する断面図である。
【図９】本発明の第５の実施の形態におけるＳＯＩ基板形成から微小機械形成までを説明する断面図である。
【図１０】本発明の第６の実施の形態におけるＳＯＩ基板形成から微小機械形成までを説明する断面図である。
【図１１】従来の微小機械の構造およびその製造方法を示す断面図である。
【図１２】従来の微小機械の問題点を示す断面図である。
【符号の説明】
３００，４００，４２０，５００，５２０，６００，８００    シリコン基板
３０１，３０８，４０１，４０８，５０８，６０１，６０８，７０８，７３０，７３１    凹部
３０２，３０４，４０４，４２１，５０４，５３０，６０２，６０４，８０４    酸化膜
３０３，４０３，５０３，６０３    シリコン窒化膜
３０５，４０５，５０５，６０５，７０５，８０５    単結晶シリコン層
３０６，６０６    ＳＯＩ基板
３０７，４０７，５０７，６０７，７０７    凸部
３０９，３１０，４０９，４１０，５９０，５１０，６０９，６１０
界面
３１１，４１１，５１１，７１１，８１１    可動部
３１２，４１２，５１２，７１２，８１２    アンカー部
３１３    大パターン部
３１４，３１９    線パターン部
３１５    虫食いパターン部
３１６，４１６，５１６，６１６，６３０，６３１，７１６    開口部
３１７    パターニングされた単結晶シリコン層
３１８    穴
３４０，４４０，５４０，６４０，７４０，８４０    微小機械
４０２，５０２    多結晶シリコン層
４０６，５０６    ＳＯＩ層
７００    高濃度シリコン基板
７３２    ガラス基板
７３３    キャビティ
８３０    ポーラス・シリコン層
８３１    めっき層
【図１】
0003893636.tif 000002
【図２】
0003893636.tif 000003
【図３】
0003893636.tif 000004
【図４】
0003893636.tif 000005
【図５】
0003893636.tif 000006
【図６】
0003893636.tif 000007
【図７】
0003893636.tif 000008
【図８】
0003893636.tif 000009
【図９】
0003893636.tif 000010
【図１０】
0003893636.tif 000011
【図１１】
0003893636.tif 000012
【図１２】
0003893636.tif 000013