(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁層により基板層から分離されている単結晶シリコン層に、マイクロメカニカルな構造物またはマイクロオプトメカニカルな構造物のうち少なくとも１つの要素をパターン形成し、選択的にエッチングするステップと、
前記単結晶シリコン層上にポリシリコン層を蒸着およびエッチングし、前記構造物の機械的要素を形成するポリシリコンを残すステップと、
前記少なくとも１つの要素において前記単結晶シリコン層の裏面を金属被覆するステップと、
形成された構造物を解離するステップと、
を有する処理によって製作され、
前記裏面が、前記構造物が解離される前の前記絶縁層に最も近い前記単結晶シリコン層側に設けられている、マイクロメカニカルな構造物またはマイクロオプトメカニカルな構造物。
【請求項２】
単結晶シリコン層を選択的にエッチングするステップは、前記単結晶シリコン層にフォトリソグラフィによってパターン形成し、ドライエッチングするステップを含む請求項１に記載のマイクロメカニカルな構造物またはマイクロオプトメカニカルな構造物。
【請求項３】
前記絶縁層が酸化物層である請求項１に記載のマイクロメカニカルな構造物またはマイクロオプトメカニカルな構造物。
【請求項４】
前記少なくとも１つの要素の裏面を金属被覆するステップは、
ウェーハの裏面から前記基板層と絶縁体を、前記少なくとも１つの要素の前記単結晶シリコン層の裏面が露出するまで、エッチングして取り去るステップと、
前記少なくとも１つの要素の前記単結晶シリコン層が露出した裏面上に金属のコーティングを蒸着するステップと、
を有する請求項１に記載のマイクロメカニカルな構造物またはマイクロオプトメカニカルな構造物。
【請求項５】
金属が、金、アルミニウム、クロミウム、プラチナからなる群から選択される請求項４に記載のマイクロメカニカルな構造物またはマイクロオプトメカニカルな構造物。
【請求項６】
絶縁層により基板層と結合された単結晶シリコン層を含むウェーハにマイクロメカニカルな構造物またはマイクロオプトメカニカルな構造物を作るための方法であって、
前記単結晶シリコン層にマイクロメカニカルな構造物またはマイクロオプトメカニカルな構造物のうち少なくとも１つをパターン形成し、エッチングするステップと、
選択的にエッチングされた単結晶シリコン層および前記絶縁層にフォトリソグラフィによってパターン形成し、エッチングするステップと、
前記単結晶シリコン層上にポリシリコン層を蒸着し、パターン形成するステップと、
少なくとも１つの要素において前記単結晶シリコン層の裏面を金属被覆するステップと、
形成された構造物を解離するステップと、
を有し、
前記裏面が、前記構造物が解離される前の前記絶縁層に最も近い前記単結晶シリコン層側に設けられている、方法。
【請求項７】
単結晶シリコンを選択的にエッチングするステップは、前記単結晶シリコン層にフォトリソグラフィによってパターン形成し、ドライエッチングするステップを含む請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記絶縁層が酸化物層である請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記少なくとも１つの要素の裏面を金属被覆するステップは、
ウェーハの裏面から前記基板層と絶縁体を、前記少なくとも１つの要素の前記単結晶シリコン層の裏面が露出するまで、エッチングして取り去るステップと、
前記少なくとも１つの要素の前記単結晶シリコン層が露出した裏面上に金属のコーティングを蒸着するステップと、
を有する請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記金属が、金、アルミニウム、クロミウム、プラチナからなる群から選択される請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ポリシリコン層上にＰＳＧ層を蒸着するステップと、
前記ＰＳＧ層とポリシリコン層にパターン形成するステップと、
形成されたマイクロオプティカルな構造物を解離する前に前記単結晶シリコン上に保護的な酸化物層を蒸着するステップと、
をさらに有し、
前記ポリシリコン層上にＰＳＧ層を蒸着するステップは、前記ＰＳＧ層とポリシリコン層にパターン形成するステップの前に行なわれる、請求項６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】
絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）ウェーハ上に製作されるマイクロメカニカルおよびマイクロオプトメカニカルな構造物が製作される。より詳細には、ＳＯＩウェーハを化学的、機械的に修正し、素子の裏面を金属被覆することによって作成されるマイクロメカニカルおよびマイクロオプトメカニカルな素子を開示する。
【０００２】
【従来の技術】
材料の固有の薄膜特性は、多くの表面マイクロマシニング処理を制約する。例えば、ポリシリコン薄膜における材料特性（ヤング率、ポアッソン比、残留応力、応力勾配など）の変化性によって、希望のマイクロ構造物の製造が妨げられることがある。これは、ミラー、レンズ、回折格子などのマイクロオプトメカニカルな光学素子において特に明らかである。マイクロオプトメカニカルな光学素子は、高い光学性能に関してきわめて均一でなくてはならず、通常、単結晶シリコン層に作られなくてはならない。従来の表面マイクロマシニングでは、すべての素子がポリシリコン層に作成されることが必要とされるので、光学性能が制約されることがある。
【０００３】
主要な商業上のＭＥＭＳ（microelectromechanical system）加工技術は、（１）単結晶シリコンのバルクマイクロマシニング、（２）多結晶シリコンの表面マイクロマシニングである。これらの加工技術は、それぞれ、利点と障壁を伴っていた。その純粋な状態では電気的、機械的によく制御され特質を有する、優れた材料である単結晶シリコンのバルクマイクロマシニングは、機械的要素を形成するために異方性ウェットエッチングを歴史的に利用してきた。この処理では、エッチレートはエッチ溶液に曝される結晶学的面に依存するので、結晶学的面を制約するエッチレートに合わせた機械的要素が形成される。シリコンについては、これらの面は、（１，１，１）の結晶面である。機械的機能を結晶面に合わせることによって、この技術を使って生み出すことができるジオメトリに制限を与えることになる。典型的なジオメトリは、（１，０，０）に位置づけられたシリコンウェーハにＶ溝のトレンチと逆ピラミッドの構造物を含み、このシリコンウェーハでは、トレンチと逆ピラミッドの構造物は（１，１，１）の結晶学的面によって結合される。凸状の角を含むジオメトリは、角を形成する結晶面のエッチングを防ぐための追加の手段が取られなければ、ありえない。また、エッチレートは、ドーパント濃度によって変動するので、ドーパント原子の組み入れによって修正されうる。このドーパント原子は、結晶格子においてシリコン原子の代わりになる。５×１０19／ｃｍ3の度合いのホウ素ドーパント濃度は、エッチングを完全に停止させるためには十分なので、他の結晶面によって制限された機械的要素は、ドーパントの「エッチングストップ」技術を使うことによって生成することができる。しかし、この大きさのドーパント濃度は、純粋な単結晶シリコン材料の望ましい電気的、機械的特性を変更させるには十分であり、デバイスの設計および製造上の制約となる。ＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）における最近の進歩は、側壁のパッシベーションとイオンビームの指向性を利用してエッチングの異方性を得ることである（例えば、Ｊ．Ｋ．バードヴァイ（Bhardwaj），Ｈ．アシャラフ（Asharaf），"Ａｄｖａｎｃｅｄ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｅｔｃｈｉｎｇ  ｕｓｉｎｇ  ｈｉｇｈ  ｄｅｎｓｉｔｙ  ｐｌａｓｍａｓ"，Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ  ａｎｄ  Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ａｕｓｔｉｎ，Ｔｅｘａｓ，ＳＰＩＥ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ第２６３９号２２４頁，１９９５年１０月２３‐２４日を参照のこと）。これによって、平面内のジオメトリック設計への制約は緩和されるが、ウェーハへのエッチングの深さを制御するためにエッチングストップ技術をなお必要とし、構造物をアンダーカットして基板から解離するために追加の加工工程が必要である。
【０００４】
バルクマイクロマシニングと対照的に、多結晶シリコンの表面マイクロマシニングは、化学的気相成長法（ＣＶＤ）および反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）のパターニング技術を利用し、積み重ねた薄膜の層から機械的要素を形成する（例えば、Ｒ．Ｔ．ハウ（Howe），"Ｓｕｒｆａｃｅ  ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ  ｆｏｒ  ｍｉｃｒｏｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  ｍｉｃｒｏａｃｔｕａｔｏｒｓ"，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ，Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ６，（１９８８）１８０９を参照のこと）。通常、ＣＶＤポリシリコンが機械的要素を形成するために使用され、ＣＶＤ窒化物が絶縁物を形成するために使用され、ＣＶＤ酸化物が犠牲層として使用される。ウェットエッチングまたはドライエッチングによる酸化物の除去によって、ポリシリコンの薄膜構造物は解離される。表面マイクロマシニング処理の利点は、解離可能なポリシリコンの層を積み重ねることによって、複雑な構造物をウェーハ表面に垂直の方向に作成できること（例えば、Ｋ．Ｓ．Ｊ．ピスター（Pister），  Ｍ．Ｗ．ジュディ（Judy），  Ｓ．Ｒ．バーゲット（Burgett），  Ｒ．Ｓ．フィアリング（Fearing），  "Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  ｈｉｎｇｅｓ"，  Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ａ３３，（１９２２）２４９およびＬ．Ｙ．リン（Lin），  Ｓ．Ｓ．リー（Lee），Ｋ．Ｓ．Ｊ．ピスター（Pister），  Ｍ．Ｃ．ウー（Wu），"Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｍｉｃｒｏ−ｏｐｔｉｃｓ  ｆｏｒ  ｆｒｅｅ−ｓｐａｃｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍ"，  ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎ．  Ｔｅｃｈｎｏｌ．  Ｌｅｔｔ．  ６，（１９９４）１４４５を参照のこと）、デバイス層は、等方性のＲＩＥエッチング技術を使ってパターン化されるので、ウェーハの平面におけるジオメトリックの設計を完全に自由にできることである。表面マイクロマシニングの更なる利点は、ポリシリコン、酸化物、窒化物、アルミニウムなどのマイクロエレクトロニクスのデバイス製作に共通して使用される薄膜材料を利用する点である。ただし、これらの材料は、電気的性能よりむしろ機械的性能について最適化された、異なった材料特性を有するものではある。この材料における共通性によって、Ａｎａｌｏｇ  Ｄｅｖｉｃｅ社の統合型加速度計、ＳＳＩ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社の統合型圧力センサに示されるように、マイクロエレクトロニクスおよびマイクロメカニカルな素子を同一の製作プロセスへ統合させることが増加する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
表面マイクロマシニングは、単結晶シリコンのバルクマイクロマシニングに固有の制限の多くを緩和させるが、それにもかかわらず、薄膜特質における表面マイクロマシニングそれ自体の制限を有する。ＣＶＤ技術から蒸着できる最大の膜の厚さは、数マイクロメートルに限られるので、より厚い構造物は、連続した蒸着から構築されなくてはならない。より厚いデバイス層は、動的な変形が光学性能に大きな影響を与えることがある動的な光学的要素にとって必要であり、また、応力による湾曲を引き起こすことがある追加の薄膜被覆を必要とする光学的要素にも必要である。ヤング率、ポアッソン比などの薄膜の機械的特質は、処理パラメータや製作プロセスの温度履歴に依り、通常、実行によっては、１０％ほど変動することがある。このことは、頑健な製造可能性にとっては重大な制限である。頑健な製造可能性にとって、これらの薄膜の機械的特質は、デバイス性能の重要なパラメータである。
【０００６】
従来の表面マイクロマシニングの更なる制約は、機械的要素を貫くホールが設計に含められなくてはならないことである。このホールによって、機械的要素を解離するために塗布される腐食液は、犠牲層に到達しうる。これは、設計においてホールを含むフレネルレンズや回折格子のような光学的要素にとっては重大な制約ではないが、ホールが光学性能に有害なミラーのような光学的要素にとっては重大な制約である。平坦度と反射率も、従来の表面マイクロマシニングの処理によって大きな影響を受けうる重要な光学の設計基準である。ポリシリコン薄膜に典型的な薄膜の応力および応力勾配によって、光学表面のねじれが生じる可能性がある。さらに、沈着したポリシリコン薄膜の表面は研磨されてなく、そのため、光学品質の表面仕上げを得るため、後処理のＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）技術を必要とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、マイクロメカニカルな構造物またはマイクロオプトメカニカルな構造物を提供する。この構造物は、以下の段階を含む処理によって製作される。すなわち、絶縁層により基板層から分離されている単結晶シリコン層に、マイクロメカニカルな構造物またはマイクロオプトメカニカルな構造物のうち少なくとも１つの要素をパターン形成し、選択的にエッチングすること、単結晶シリコン層上にポリシリコン層を蒸着およびエッチングし、構造物の機械的要素を形成するポリシリコンを残すこと、少なくとも１つの要素において単結晶シリコン層の裏面を金属被覆すること、形成された構造物を解離することである。このとき、裏面は、構造物が解離される前の絶縁層に最も近い単結晶シリコン層側に設けられている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に記載されるのは、本発明の処理とデバイスの一実施形態である。この実施形態は、本発明が実現できるいくつかの方法の１つを示すにすぎない。本実施形態は、絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）チップ上の可動ミラーの文脈で記載されているが、他の素子にも容易に使用できる。以下の記載において、類似の数字は、全図の類似の要素または工程を表わす。例えば、ある図で、数字１０が特定の要素または工程を指すために使用されれば、他のいずれの図に出てくる数字１０も同一の要素を表わす。
【０００９】
図１は、本発明の本実施形態を利用してシリコンウェーハ上に構成されるきわめて複雑なマイクロメカニカル（ＭＥＭＳ）およびマイクロオプトメカニカル（ＭＯＥＭＳ）のデバイスの一例を示す。デバイス２００は、回折格子２０２、格子２０４、フレネルレンズ２０６のような絶縁体に被覆された、単結晶シリコンから構成される可動の光学的要素を含む。アクティブな電気的要素も単結晶シリコン層に定義でき、それには、フリップチップが結合された、光を生み出すレーザーダイオード２０１、光を検出するフォトダイオード２０３、または従来のＣＭＯＳ論理回路２０５が含まれる。エッチングされたキャビティ２０８に示されるように、基板のパッケージングまたはマウンティングのために必要なバルクの変更も可能であり、付け加えられたポリシリコン層は、ヒンジ２０９のような機械的要素に使用することができる。
【００１０】
図２は、本願明細書に記載される処理の実施形態の使用に適する絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）ウェーハ１０の一実施形態を示す。ＳＯＩウェーハ１０は、単結晶シリコンデバイスウェーハ薄層１２および基板層１４を含む。基板層１４はポリシリコンであることが好ましい。これらの２つの層１２，１４の間には、デバイス層１２と基板層１４を完全に結合させる埋め込み酸化（ＢＯＸ）層１６がある。この埋め込み酸化層１６は、薄膜を形成するためのウェットエッチングおよびドライエッチングの手順におけるエッチングストップとして使用することもできる。さらに、基板層１４の裏面上には裏面酸化層１８があり、デバイス層１２と基板層１４間のインタフェースへのエッチダウンを裏面から調節するために使用される。ウェーハは、直径１００ｍｍ±０．５ｍｍ、厚さ５２５±２５マイクロメートルの円形であることが好ましい。ウェーハの全体の厚さは、裏面酸化物２０の１±０．５マイクロメートル、埋め込み酸化物（ＢＯＸ）の１±０．０５マイクロメートル、単結晶シリコンの５±０．５マイクロメートルから構成される。厚さの残りは基板から構成される。
【００１１】
加工を開始する前に、ウェーハは、製造業者の仕様に適合することを検証するために検査される。仕様に適合していれば、ウェーハにはロットおよびウェーハの番号が刻まれ、洗浄され、２０００Åの熱酸化物２０が単結晶シリコン層１２の上面に成長し、以後のポリシリコンエッチングでのエッチングストップとして働き、以後のポリシリコンガラス（ＰＳＧ）層によるＳＣＳのドーピングを防ぐ。
【００１２】
図３〜図１８は、以下の詳細な工程１〜８４に関して、図１に示されるマイクロ構造物２００の格子２０４を作り出すために図２のウェーハ上で使用される処理の一実施形態を示す。後述の処理は他のタイプの素子にも使用できる。それは、すべて、ウェーハに何がパターン形成されるかに依っている。ウェーハ上の構造物のパターニングは、当該技術で周知の標準的なフォトリソグラフィ技術を使用して行われ、通常は、適正な材料の層をウェーハ上に蒸着すること、フォトレジストをウェーハ上に塗布すること、フォトレジストを加えられる区域（ライトマスク）または除去される区域（ダークマスク）で露光すること、適当なエッチングをすることが含まれる。
【００１３】
【表１】
0003986048.tif 000002
【表２】
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【表３】
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【表４】
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【表５】
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【表６】
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【表７】
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【表８】
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【表９】
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【００１４】
図３は、工程６の終結時のウェーハを示す。幅約４マイクロメートルの基板のコンタクトホール２２が、ウェーハのＳＣＳ層１２上にパターン形成される。熱酸化物２０の反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）が行われ、ＳＣＳ層１２も、反応性イオンエッチングを使って、埋め込み酸化層１６を貫いてエッチングされている。ホール２２のパターンを形成するために使用されるフォトレジストは、酸化物２０の残りを保護するために残され、露出した埋め込み酸化層１６のＲＩＥエッチングは、１マイクロメートル下で行われる。これによって、ＢＯＸ層１６はエッチングして除去され、基板層１４はコンタクトホール２２の底に露出する。
【００１５】
図４は、工程１４の終結時におけるウェーハの状態を示す。４マイクロメートル幅のＳＣＳくぼみホール２４は、ＳＣＳ層１２上にパターン形成され、熱酸化物２０のＲＩＥエッチングが行われ、それに続いてＳＣＳ層１２のＲＩＥエッチングがＢＯＸ層１６を貫いて行われる。フォトレジストが熱酸化物２０の残りを保護するために残され、露出したＢＯＸ層１６のＲＩＥエッチングが、ＢＯＸ層の約半分の厚さをエッチングにより除去するまで行われる。フォトレジストが除去されると、ポリシリコン２６が蒸着され、くぼみ２４と基板のコンタクトホール２２を埋める。本実施形態では、くぼみ２４と基板のコンタクト２２は４マイクロメートルの幅なので、２．５マイクロメートルのポリシリコンで十分なはずである。ポリシリコン２６は、ＲＩＥでエッチングされ、エッチングストップとして熱酸化物２０を使用する。これによって、ポリシリコン２６は、くぼみと基板のコンタクトホールを除くすべての場所から除去される。ここで、ポリシリコンの高さは、ポリシリコンのオーバエッチングの量に従ってウェーハの残りの部分よりも低くなる。
【００１６】
図５は、工程１７の終結時におけるウェーハの状態を示す。最初に、格子２８の形態のパターンが、ＳＣＳ層１２に付される。格子２８は、加工の初期の段階でウェーハに付されなければならない。格子のライン間隔は、光の波長と同じ度合いであるから、付されるマスクの焦点を最適に合わせることが必要とされる。すなわち、解像度はできるかぎり良くなくてはならない。最適な焦点を確保するために、格子２８は、地形(topography)がほとんどまたは全く構築されていないときにウェーハに付されなくてはならない。これによって、生じるグリッドの品質に影響を与える焦点の深さに何ら問題がないことが確実になる。さらに、ウェーハ上の地形が最小である間にグリッドを付すことによって、存在する地形の機能によって落とされる影からの悪影響が無いことが確実になる。一度、格子２８がパターン形成されると、迅速なＲＩＥ酸化物エッチングが熱酸化物２０を除去するために行われ、ＳＣＳ層１２の３マイクロメートルのＲＩＥエッチングがそれに続く。それから、格子２８を付すために使われたフォトレジストが除去される。
【００１７】
さまざまなタイプの格子２８をＳＣＳ層１２に付すことができる。具体的にどのタイプのグリッドを付すかは、使用されている特定のマイクロメカニカルまたはマイクロオプトメカニカルなデバイスに依る。格子の例には、反射光学アプリケーションに役立つフレネルパターン、スペクトル分析器などのアプリケーションにおける光周波数分割に役立つ均一な四角の格子、一定の波長のよりよいスペクトルの範囲を獲得し、光パワーを高めるために、格子内の組になったラインの間隔の増分を可変とする可変ピッチのグリッドが含まれる。異なった格子を、表面効果に基づいて共振を変更する水晶発振器などの他の光学目的のために使ってもよく、または、格子によって化学的または生物学的結合に利用できる表面区域が増すような、化学的または生物学的センサなどの非光学的目的のために使ってもよい。
【００１８】
図６は、工程２３の終結時のウェーハを示す。ＳＣＳ層１２は、全深度の機能３０でパターン形成され、迅速なＲＩＥエッチングが行われ、熱酸化物２０を除去する。塩素ベースのＲＩＥエッチングがＳＣＳ層１２を貫いて行われ、エッチングストップとしてＢＯＸ層１６を使用する。０．２マイクロメートルのドープされていないＬＰＣＶＤ（low pressure chemical vapor deposition）酸化物（図示せず）が蒸着され、全深度の機能(full-depth feature)３０の側壁を保護する。６マイクロメートルの平坦化酸化物（ＰＯＸ）３２が蒸着され、それによって、ウェーハは、後のＣＭＰ（chemical mechanical polishing）の後に平らになる。平坦化酸化物３２は、ホウポリケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）または熱に関して強化された酸化物（ＴＥＯＳ）であることが好ましい。ＰＯＸ３２の化学的、機械的研磨が、時間を限って、２±０．２マイクロメートルの平坦化酸化物３２がＳＣＳ層１２上に残るまで行われる。
【００１９】
図７は、工程２７の終結時のウェーハを示す。一対のホール３４がＰＯＸ層３２にパターン形成され、ＲＩＥエッチングが行われ、そのパターンをＰＯＸ３２まで移し、さらにＳＣＳ層まで下ろす。フォトレジストは除去され、０．６マイクロメートルの厚さの窒化物層３６が、ＬＰＣＶＤを介して蒸着される。第２の窒化物層３８も、後の水酸化カリウム（ＫＯＨ）エッチングの間に特別に選択できるように、ウェーハの裏面に蒸着される。
【００２０】
図８は、工程３１の終結時のウェーハを示す。パターン前面上のレジストは、亜硝酸構造物でパターン形成され、ＲＩＥエッチングを使って、パターンが前面の窒化物層３６へ移される。ＬＰＣＶＤポリシリコンの層４０が前面に蒸着され、類似の層４２がウェーハの裏面に使用され、両方の層は０．５マイクロメートルの厚さである。
【００２１】
図９は、工程３６の終結時のウェーハを示す。ウェーハの前面は、ポリシリコン構造物４４でパターンが形成され、ＲＩＥエッチングが行われてパターンをポリシリコン層４０に移す。フォトレジストは残され、ウェーハは裏返され、ポリシリコンのもう１つの層（図示せず）が裏面で蒸着され、ＲＩＥエッチングが行われる。ウェーハが再び裏返され、前面のレジストが除去される。前面のレジストは、裏返されるときに前面の保護層として働く。ＰＥＣＶＤポリシリコンガラス（ＰＳＧ）の層４６が、ウェーハの前面に加えられて２マイクロメートルに緻密化される。
【００２２】
図１０は、工程４６後のウェーハを示す。ホール４８がＰＳＧ層４６にパターン形成され、エッチングストップとしてポリシリコン層４０を使用してＲＩＥエッチングが行われ、パターンをＰＳＧ層へ移す。フォトレジストは除去され、２マイクロメートルの厚さのＬＰＣＶＤポリシリコンの前面の層５０と裏面の層５２が蒸着され、０．２マイクロメートルのＰＥＣＶＤポリシリコンガラス（ＰＳＧ）（図示せず）の蒸着がそれに続き、ウェーハは１，０００℃で、1時間、アニールされ、ポリシリコン層５０，５２をドープし、応力を減少させる。
【００２３】
図１１は、工程５２の終結時のウェーハを示す。このＰＳＧ層４６は、ポリシリコン構造物５６でパターン形成され、ＲＩＥエッチングが行われてパターンをＰＳＧハードマスクに移し、それに続いて、ＲＩＥエッチングによってパターンをポリシリコン層５０に移す。レジストが残され、ウェーハが裏返され、ＲＩＥエッチングが行われて裏面のポリシリコン５２を除去し、その際、前面レジストとハードマスクを使って前面を保護する。ウェーハは、裏返されるときには後ろから裏返され、フォトレジストが除去され、ハードマスクがＲＩＥエッチングによって除去される。ＲＩＥエッチングは、露出した酸化物を、いずれも約０．３マイクロメートルずつ薄くする。ＰＥＣＶＤポリシリコンガラス（ＰＳＧ２）の層５４が蒸着され、０．７５マイクロメートルまで緻密化される。
【００２４】
図１２は、工程５５の終結時のウェーハを示す。ホール５８がＰＳＧ２層５４にパターン形成され、ＲＩＥエッチングが行われてパターンをＰＳＧへ移し、その際、ポリシリコン層をエッチングストップとして使用する。その後、フォトレジストが除去される。
【００２５】
図１３は、工程６８の終結時のウェーハを示す。熱酸化物層２０は、ポリシリコン構造物でパターン形成され、ＲＩＥエッチングが行われ、パターンをＰＳＧハードマスクに移す。ＲＩＥエッチングが行われ、パターンをポリシリコン５４に移す。ウェーハが裏返され、ＲＩＥエッチングが行われて裏面のポリシリコンを除去し、その際、前面のレジストとハードマスクが前面を保護するために使用される。レジストが除去され、ハードマスクがＲＩＥエッチングで除去される。
【００２６】
図１４は、工程７０の終結時にウェーハを示す。ＰＯＸ３２が取り除かれなくてはならない前面の区域に、パターン形成される。ポリシリコンや金属は以降のエッチングではエッチングストップとして働くので、ＰＯＸの層はポリシリコンまたは金属のない区域でのみ使用されなくてはならない。ウエットエッチングが行われて熱酸化物層２０を取り除き、ＳＣＳ層１２の選択された区域を露光させる。周辺の構造物がフッ化水素酸（ＨＦ）エッチングによって損なわれないように、設計者は注意しなくてはならない。ＳＣＳ層上にあらかじめ置かれたポリシリコン層は、ＳＣＳ層１２それ自体がエッチングストップを作成するので、ＳＣＳ層のどの部分もエッチングせずに、エッチングされて除去できる。
【００２７】
処理のこの時点でＳＣＳ層の選択された区域を露光させることによって、他の重要な構造的（すなわち、非犠牲的）機能がＳＣＳ上に構築された後に、機械的、電気的、光学的構造物が、選択された区域上に直接構築される。このように、これらの機械的、電気的、光学的構造物は、ＳＣＳ層の有用な特性を利用できる方がよい。示された実施形態では、金属コーティング６０は、ＳＣＳ層１２にあらかじめエッチングされた格子２８上に直接塗布される（図１５を参照）。金属コーティング６０の塗布によって、格子２８は反射格子に転化する。同様に、金属要素は、ＳＣＳ層上に置かれて電流を通すことができ、絶縁要素は、窒化物または酸化物の層を使用してＳＣＳ上に構築することができ、または、導電部分と絶縁部分の両方を含む要素がＳＣＳ層上に構築できる。
【００２８】
図１５は、工程７６の終結時のウェーハを示す。フォトレジストは、リフトオフされる金属についてパターン形成され、０．５マイクロメートルの金属６０がＳＣＳ層１２の前面上の格子２８上に蒸着される。レジストがリフトオフされ、それらの区域の金属を取り除く。パターンは、金属が取り除かれなくてはならない区域に付され、２００Åのクロミウム（Ｃｒ）が格子２８の前面に蒸着され、３００Åの金（Ａｕ）がそれに続く。この場合、金は、格子の反射性を増大させ、蒸着される方法ゆえに格子のエッジも平滑化する。必要とされる反射性を有する他の金属も、格子２８上で使用してよい。その例には、アルミニウム（Al）とプラチナ（Pt）が含まれる。レジストと金属コーティングレジストは、その後除去される。
【００２９】
図１６は、工程８４の終結時のウェーハを示す。裏面の窒化物または酸化物の層３８は、ＫＯＨが所望の深さをエッチングするサイズのホールを使って、パターン形成される。ウェーハの厚さの不確定性は、ウェーハの他方の面に作られたホールのサイズに影響を与える。パターンが窒化物層３８にＲＩＥエッチングで移され、同じパターンが酸化物層１８にもＲＩＥエッチングで移される。ウェーハを貫くＫＯＨエッチングが、蒸着した層で前面を保護しながら行われる。コーティングが使用される場合は、そのコーティングは、次の工程のために取り残されなくてはならない。次の工程は、窒化物ＲＩＥエッチング、その後の酸化物ＲＩＥエッチングを使用した裏面の窒化物または酸化物の除去を含み、露出した埋め込みのＳＣＳを片付ける。その最後の工程から生じる可能性のある保護層は、前面を保護する。この処理では、（ポリシリコンからなる）基板層１４と（単結晶シリコンからなる）デバイス層１２のために異なった材料を使用するため、ウェーハ１０の裏面エッチングは可能である。これによって、デバイス層の裏面をエッチングすることなしに、基板をエッチングすることができ、デバイス層の両面を使用して、さまざまな素子を、図示される２面のミラーのような機械的および光学的素子にすることができる。
【００３０】
２面の格子２０４を作るために、金属の０．１マイクロメートルのブランケットのくぼみ６２がウェーハの裏面に蒸着されてミラーの裏面を金属被覆する。金属は、ウェーハの裏面にスパッタされる。裏面の金属被覆に適切な金属には、前面層６０上で使用されるすべての金属が含まれる。裏面を金属被覆される素子がデバイス層を貫いて伸びるホールを有している場合、金属がホールを通じて流れてデバイスの前面の品質を損ねることがないように、裏面の金属は、注意深く蒸着されなくてはならない。このことは、光学素子については特に重要である。光学素子では、前面はほとんど完全な光学的品質を有しなくてはならず、裏面から前面への金属の流れ込みは許されない。金属が前面へ流れ込むこの問題に向けた効果的な方法は、金属が裏面にスパッタされる間、ウェーハを傾けることである。これによって、金属の流れ込みが防がれる。ＳＣＳ層１２内の露出するホールはどれでも、スパッタされた金属がウェーハ中のすべての路を移動することを防ぐために、小さくなくてはならない（約２マイクロメートル）。２面の光学素子が必要な場合にウェーハの前面上の金属をスパッタするときに、同じ技術が使用できる。
【００３１】
格子２０４などの素子の裏面を金属被覆することには、いくつかの利点がある。とりわけ、裏面の金属被覆は、一度終われば、素子の解離を容易にする。ミラーなどの１面の光学デバイス上で使用されるときには、裏面の金属被覆はミラーを通じた光の伝達を減少させる。裏面の金属被覆は、また、ミラー内に存在するすべての応力がバランスを確実に取れるようにすることを容易にし、それによって格子２０４が歪まなくなる。最後に、裏面の金属被覆によって２面の光学素子を作ることができる。
【００３２】
図１７および図１８は、ウェーハに構築された格子２０４が解離された後の処理の終結時でのウェーハを示す。解離は、標準ＭＵＭＰＳ法を含むさまざまな方法のどれかによって行うことができる。標準ＭＵＭＰＳ法は、（１）アセトンに２０〜３０分間、緩やかに攪拌しながら浸すことによって、フォトレジストを剥離する、（２）４９％ストレートのＨＦで２1/2〜３分間エッチングし、消イオン水で１０分間すすぎ、（３）ＩＰＡで５分間すすぎ、チップを１００−１１０℃で１０〜１５分間ベークすることを内容とする。
【００３３】
ＭＯＥＭＳ（microoptoelectromechanical system）素子を生産するために利用される製造技術は、その処理に付随して、薄膜特性での障壁を作り出すこともあるので、本発明は、薄膜構造物のオプトメカニカルな特性での障壁を克服するＭＯＥＭＳのための製作プロセスを可能にすることを含む。これらの薄膜特性を克服するための主要な革新性は、表面マイクロマシニング処理における基本の基板として絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）ウェーハを利用することである（図１を参照）。ＳＯＩは、シリコン層が絶縁材料によって支持されている構造を指す一般用語である。本実施形態では、シリコンデバイス層は、従来のシリコンハンドルウエーハに結合されているが、インタフェースにＳｉＯ2層薄膜層を有する。これによって、重要な光学素子および電子素子が単結晶シリコンデバイス層に製作できる。これらの素子は、デバイス層と基板の間のインタフェースで酸化物をエッチングすることによって、ハンドルウェーハから解離することができる。
【００３４】
インタフェースでの酸化物層は、エッチホールを有することができないミラーなどの光学素子を解離するための、裏面のエッチングストップ層として利用することもできる。デバイス層には、所定のアプリケーションに適切なユーザー指定の厚さがあり、優れた、再生可能な電気および薄膜の特性がある。デバイス層の裏面と前面の両方が磨かれ、これによって、デバイス層に製作された光学的要素は、光学品質の表面仕上げを得るために、追加の後処理のＣＭＰ（Chemical mechanical polish）技術を必要としない。デバイス層は、単結晶シリコンなので、薄膜コーティングがない場合は、固有の応力または応力勾配がない。デバイス層は、従来の化学的気相成長法（ＣＶＤ）によって蒸着された薄膜より厚く作ることができるので、この層に製作された光学素子は、表面の反射率を上げるためのアルミニウムなどの薄膜蒸着、または表面の反射率を下げるための絶縁薄膜の後の歪みが最小である。追加の厚さも、動的に始動される光学的要素について歪みを最小にするためには重要である。
【００３５】
当業者が認識するように、本発明の既述の実施形態への、この他のさまざまな修正、拡張、変更は、請求項に定義される本発明の範囲と精神を越えずに提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の処理に従って形成されたさまざまな光学的要素および機械的要素を有するＭＥＭＳデバイスを示す透視図である。
【図２】  その中にＭＥＭＳおよびＭＯＥＭＳデバイスが製作される絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）ウェーハの断面図である。
【図３】  図１に示されるようなＭＥＭＳデバイスを形成するために使用される処理工程の一実施形態を示す図である。
【図４】  図１に示されるようなＭＥＭＳデバイスを形成するために使用される処理工程の一実施形態を示す図である。
【図５】  図１に示されるようなＭＥＭＳデバイスを形成するために使用される処理工程の一実施形態を示す図である。
【図６】  図１に示されるようなＭＥＭＳデバイスを形成するために使用される処理工程の一実施形態を示す図である。
【図７】  図１に示されるようなＭＥＭＳデバイスを形成するために使用される処理工程の一実施形態を示す図である。
【図８】  図１に示されるようなＭＥＭＳデバイスを形成するために使用される処理工程の一実施形態を示す図である。
【図９】  図１に示されるようなＭＥＭＳデバイスを形成するために使用される処理工程の一実施形態を示す図である。
【図１０】  図１に示されるようなＭＥＭＳデバイスを形成するために使用される処理工程の一実施形態を示す図である。
【図１１】  図１に示されるようなＭＥＭＳデバイスを形成するために使用される処理工程の一実施形態を示す図である。
【図１２】  図１に示されるようなＭＥＭＳデバイスを形成するために使用される処理工程の一実施形態を示す図である。
【図１３】  図１に示されるようなＭＥＭＳデバイスを形成するために使用される処理工程の一実施形態を示す図である。
【図１４】  図１に示されるようなＭＥＭＳデバイスを形成するために使用される処理工程の一実施形態を示す図である。
【図１５】  図１に示されるようなＭＥＭＳデバイスを形成するために使用される処理工程の一実施形態を示す図である。
【図１６】  図１に示されるようなＭＥＭＳデバイスを形成するために使用される処理工程の一実施形態を示す図である。
【図１７】  図１に示されるようなＭＥＭＳデバイスを形成するために使用される処理工程の一実施形態を示す図である。
【図１８】  図１に示されるようなＭＥＭＳデバイスを形成するために使用される処理工程の一実施形態を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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