(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、
（１）支持基板、埋込絶縁膜および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、ＳＯＩ層となる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であり、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基板を形成する工程。
（２）前記ＳＯＩ基板の前記ＳＯＩ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形成する工程。
（３）前記開口部をエッチング・ホールとして、前記埋込絶縁膜をエッチングすることにより、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。
を含み、かつ、
前記（１）のＳＯＩ層と前記埋込絶縁膜との界面が平坦であり、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前記ＳＯＩ基板を形成する工程が、下記の工程を含んでいることを特徴とする微小機械の製造方法。
（４）単結晶シリコンの活性基板の主面に酸化膜を形成する工程。
（５）前記酸化膜の主面に凸凹を形成する工程。
（６）前記凸凹を形成した酸化膜の主面に、張り合わせのための接合層を形成する工程。
（７）前記接合層の主面と前記支持基板を張り合わせる工程。
【請求項２】
前記工程（５）の、前記酸化膜の主面に凸凹を形成する工程が、下記の工程を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の微小機械の製造方法。
（８）前記酸化膜の主面に多結晶シリコン膜を成膜したのち、水素雰囲気中にて、前記酸化膜を一部還元する工程。
【請求項３】
前記工程（５）の、前記酸化膜の主面に凸凹を形成する工程が、下記の工程を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の微小機械の製造方法。
（９）前記酸化膜の主面に多結晶シリコンを成膜する工程。
（１０）前記多結晶シリコンを凸凹にする工程。
（１１）前記凸凹の多結晶シリコンを酸化する工程。
【請求項４】
前記工程（１０）の、前記多結晶シリコンを凸凹にする工程が、前記多結晶シリコン膜の粒界をエッチング液でエッチングすることにより多数の細かい空所を形成する、粒界エッチングの工程を含むことを特徴とする請求項３に記載の微小機械の製造方法。
【請求項５】
前記工程（１０）の、前記多結晶シリコンを凸凹にする工程が、前記多結晶シリコン膜表面を熱酸化したのち、グレインに対応する部位の酸化膜厚さだけ全面をエッチバックすることによって粒界に対応する部位の酸化膜のみを残存させ、その残存した酸化膜をマスクとしてエッチングすることにより前記多結晶シリコン膜を凸凹にする、グレインエッチングの工程であることを特徴とする請求項３に記載の微小機械の製造方法。
【請求項６】
前記工程（５）の、前記酸化膜の主面に凸凹を形成する工程が、下記の工程を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の微小機械の製造方法。
（１２）前記酸化膜上に、島状にシリコン結晶子を析出させる工程。
（１３）前記島状に析出されたシリコン結晶子を酸化する工程。
【請求項７】
前記主面に凸凹を形成された酸化膜の主面に、前記支持基板と前記可動部となる単結晶シリコンとの摩擦係数を低減する膜を成膜する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の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（微小装置、微小構造体等）およびその製造方法に関し、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とその製造技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリシリコンを構造材とする微小機械およびその製造方法の従来例を、図１に従って簡単に説明する。詳しくは、例えば文献（ Theresa A.Core, W.K.Tsang, Steven J.Sherman “Fabrication Technology for an Integrated Surface−Micromachined Sensor”, Solid State Technology, October 1993, pp39-47）に記載されている。ここでは前記文献の記載を簡略化し、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１７（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を、ＬＰ−ＣＶＤ（低圧−化学気相成長法）によりシリコン窒化膜１０２を、ＣＶＤによりＬＴＯ（低温酸化物）膜１０３を、順次層状に成膜する。
この後、図１７（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部１０９に相当する開口１０５を形成する。
次いで、図１７（Ｃ）に示すようにＬＰ−ＣＶＤによりポリシリコン膜１０６を成膜し、フオトリゾグラフィーおよびエッチングによりパターニングする。
【０００４】
そして、図１７（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することにより、自立する微小構造体１０７を得る。
【０００５】
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。また、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（凸部）１１０が、また、可動部１０８の表面にはディンプル（凹部）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、その接触面積を低減し、これにより付着する可能性を低減する作用がある。また、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の表面と接触して付着する可能性を低減する作用とを合わせ持っている。
【０００６】
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１８に従って説明する。
図１８（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。
図１８（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。
図１８（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。
図１８（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。
【０００７】
図１８（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１８（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。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記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（上記２００、２０１の点）をも同時に作り込んでしまうという問題点があった。
【０００９】
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多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、粒界腐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。
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。
【００１０】
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。
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を低減し、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を低減し、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を免れることのできる微小機械及びその製造方法を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明においては特許請求の範囲に記載するように構成している。すなわち、請求項１においては、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において、前記可動部が単結晶シリコンであって、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、
（１）支持基板、埋込絶縁膜および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、ＳＯＩ層となる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であり、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基板を形成する工程。
（２）前記ＳＯＩ基板の前記ＳＯＩ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形成する工程。
（３）前記開口部をエッチング・ホールとして、前記埋込絶縁膜をエッチングすることにより、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。
を含み、かつ、
前記（１）のＳＯＩ層と前記埋め込み絶縁膜との界面が平坦であり、かつ、前記埋め込み絶縁膜と前記支持基板との界面に凸部を有する前記ＳＯＩ基板を形成する工程が、下記の工程を含んでいることを特徴としている。
（４）単結晶シリコンの活性基板の主面に酸化膜を形成する工程。
（５）前記酸化膜の主面に凸凹を形成する工程。
（６）前記凸凹を形成した酸化膜の主面に、張り合わせのための接合層を形成する工程。
（７）前記接合層の主面と前記支持基板を張り合わせる工程。
【００１８】
上記のように請求項１は、微小機械の製造方法における凸部のあるＳＯＩ基板を形成する工程を規定するものであり、活性基板に酸化膜を形成し、その構造体の主面に凸凹を形成し、その構造体の主面に、張り合わせのための接合層を形成し、その構造体の主面と支持基板を張り合わせることにより、ＳＯＩ基板を形成するものである。これは例えば図１１に示す実施の形態に相当する。
【００１９】
また、請求項２〜請求項６は、請求項１における構造体の主面に凸凹を形成する工程の内容を規定するものであり、それぞれ後記図１１、図１３、図１４、図１５、図１６の実施の形態に相当する。
【００２０】
また、請求項７は、請求項１に記載の微小機械の製造方法において、主面に凸凹を形成された酸化膜の主面に、前記支持基板と前記可動部となる単結晶シリコンとの摩擦係数を低減する膜を成膜する工程を設けたものであり、例えば後記図１３（Ｅ）において、窒化珪素膜１００４を形成する工程に相当する。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の製造方法で形成された微小機械では、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（固定部）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。また、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ので、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ので、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。
【００２２】
また、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化、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。さらには、ＭＯＳやバイポーラといった電子素子を、微小機械内部の、例えばアンカー部につくり込むことができ、微小機械の高度化、インテリジェント化がはかれる。
【００２３】
また、本発明の製造方法においては、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。
また、埋め込み絶縁膜とＳＯＩ層との界面が平坦で、埋め込み絶縁膜と支持基板との界面が凸凹、というＳＯＩ基板を形成してから微小機械を形成する方法では、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、微小機械の高度化、インテリジェント化、小型化がはかれる。
【００２４】
また、請求項２〜請求項７に記載のように、活性基板を研磨してＳＯＩ層を得る方法では、基板程度の厚さまでの厚い構造体を実現することができ、従って微小機械の重り部の大質量化、クシ歯電極の大容量化ができ、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、という効果が得られる。
また、２枚のシリコン基板を張り合わせてＳＯＩ層を得る方法では、低応力の構造材が得られ、多結晶シリコンを微小機械の構造材に用いた場合のように、応力制御の工程を必要としないという効果が得られる。またウエハ内、ウエハ間、ロット間での応力値のバラツキが小さく、歩留まりが高い、という効果が得られる。
【００２５】
また、埋め込み絶縁膜と支持基板との界面を凸凹にするためのマスクを必要とせず、また、結晶粒や結晶子を利用して凸凹を形成する方法では、標準的なフォトリソグラフィー手法よりも微細な凸凹を形成できるという効果が得られる。
また、支持基板に加工を施すのではなく、活性基板に加工を施すため、平面度、平行度、ソリの規格の厳しい支持基板に外乱を与えず、従って張り合わせ工程の歩留まりを向上させることができる、という効果が得られる。
【００２６】
また、請求項２の構成では、埋め込み絶縁膜とＳＯＩ層との界面が平坦で、埋め込み絶縁膜と支持基板との界面が凸凹、というＳＯＩ基板を形成する工程数が短く、コストを低減できる、という効果が得られる。
また、請求項７のように、主面に凸凹を形成された酸化膜の主面に、前記支持基板と前記可動部となる単結晶シリコンとの摩擦係数を低減する膜を成膜する工程を設けた構成においては、可動部が対向する固定部と接触する際の接触面積を低減せしめる凸部と擦れ合う際の摩擦係数を前記膜（例えば窒化珪素膜）が低減するため、摩擦を低減する効果が得られる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の微小機械およびそ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。
（第１の実施の形態）
図１および図２は本発明の第１の実施の形態における微小機械の製造工程を示す断面図であり、図２の（Ｄ）のみは平面図を示す。
図１（Ａ）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。
この後、図１（Ｂ）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、それぞれ成膜する。このシリコン窒化膜は、シリコンとの間で摩擦係数の小さな膜であり、これによって接触した際の摩擦を低減することが出来る。
次いで、図１（Ｃ）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。
そして、図１（Ｄ）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て単結晶シリコン層３０５を得る。
【００２８】
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）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。
【００２９】
図２（Ａ）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。
図２（Ｂ）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。
図２（Ｃ）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。
【００３０】
以上の工程により、可動部３１１と、可動部に対向する固定部（シリコン基板３００）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３０７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。
【００３１】
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部となるかは、前記工程の図２（Ｂ）における開口部３１６のパターンに依存する。図２（Ｄ）にパターン例の平面図を示す。表示されているのは図２（Ｂ）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ピッチで多数開口されているものとする。酸化膜３０４の厚さは１μｍとする。
【００３２】
上記構造体を、フツ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。
【００３３】
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。
【００３４】
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、多数の穴３１８からも等方的にアンダー・エッチングされ、これら多数のアンダー・エッチングがオーバー・ラツ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２（Ｄ）のＬ−Ｌ断面図とＭ−Ｍ断面図は図２（Ｃ）となり、図２（Ｄ）のＮ−Ｎ断面図は図２（Ｅ）となる。
【００３５】
なお、微小機械では、例えばライン・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。
【００３６】
（第２の実施の形態）
図３および図４は本発明の第２の実施の形態における微小機械の製造工程を示す断面図である。
図３（Ａ）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、フツ酸を含むエッチング液にて形成する。
【００３７】
次いで、図３（Ｂ）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。
【００３８】
この後、図３（Ｃ）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て単結晶シリコン層４０５を得る。なお、図３（Ｃ）では図３（Ｂ）の構造を上下反転して示している。
【００３９】
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を薄膜化して得られた単結晶シリコン層４０５をＳＯＩ層とする、いわゆるＳＯＩ基板４０６が形成される。
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。
【００４０】
図４（Ａ）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との界面、４０８は界面４１０の凹部、４０７は界面４１０の凸部である。
図４（Ｂ）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。
図４（Ｃ）において上記開口部４１６より、フツ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。
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部となるかは、上記工程の図４（Ｂ）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。
【００４１】
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４１１と、可動部に対向する固定部（４０２、４２０）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４０７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。
また、図４（Ｄ）は、図３（Ｂ）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。
【００４２】
（第３の実施の形態）
図５および図６は本発明の第３の実施の形態における微小機械の製造工程を示す断面図である。
図５（Ａ）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。
図５（Ｂ）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。
図５（Ｃ）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５（Ｄ）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て単結晶シリコン層５０５を得る。なお、図５（Ｄ）では図５（Ｃ）の構造を上下反転して示している。
【００４３】
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。
【００４４】
図６（Ａ）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。
図６（Ｂ）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。
図６（Ｃ）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。
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部となるかは、上記工程の図６（Ｂ）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。
【００４５】
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５１１と、可動部に対向する固定部（５０２、５２０）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５０７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。
また、図６（Ｄ）は、図５（Ｃ）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。
【００４６】
（第４の実施の形態）
図７および図８は本発明の第４の実施の形態における微小機械の製造工程を示す断面図である。
図７（Ａ）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。
次いで、図７（Ｂ）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。
この後、図７（Ｃ）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。
【００４７】
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。
【００４８】
図８（Ａ）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。
この後、図８（Ｂ）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。
そして、図８（Ｃ）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。
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部となるかは、上記工程の図８（Ｂ）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。
【００４９】
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６１１と、可動部に対向する固定部（６００）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（６０７）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。
【００５０】
（第５の実施の形態）
図９は本発明の第５の実施の形態における微小機械の製造工程を示す断面図である。
図９（Ａ）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。
次いで、図９（Ｂ）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。
この後、図９（Ｃ）に示すように、図９（Ａ）の構造体と図９（Ｂ）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９（Ａ）の構造体と図９（Ｂ）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。
そして、図９（Ｄ）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。
【００５１】
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７１１と、可動部に対向する固定部（７３２）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（７０７）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。
【００５２】
（第６の実施の形態）
図１０は本発明の第６の実施の形態における微小機械の製造工程を示す断面図である。
図１０（Ａ）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。
図１０（Ｂ）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。
図１０（Ｃ）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。
図１０（Ｄ）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に電圧を印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。
【００５３】
以上の工程により、可動部８１１と、可動部に対向する固定部（８００）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（８３０）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。なお、ポーラス・シリコン層８３０は表面に微小な凸凹があり、凸部として作用する。
【００５４】
同様に、上記図１０（Ｃ）の構造体を図１０（Ｅ）に示すように電解めっき液に浸漬し、シリコン基板８００に電圧を印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。なお、めっき層８３１は表面に微小な凸凹があり、凸部として作用する。
【００５５】
以上、第１〜第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、その例を説明する。
【００５６】
例えば、第１、第２、第３および第４の実施の形態において、シリコンとの間で摩擦係数の小さな膜としては、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。
【００５７】
また、第１および第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。
また、第１、第２、第３および第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。
【００５８】
また、第２、第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４（Ｄ）および図６（Ｄ）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。
【００５９】
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。
また、第１、第２、第３および第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、例えばエッチバツクでも良い。
【００６０】
また、第１、第２および第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。
【００６１】
また、第１〜第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。
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。
また、第５の実施の形態において、キャビティ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。
また、第１〜第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。
【００６２】
また、第１〜第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。
【００６３】
また、第１〜第３および第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。
【００６４】
また、第１〜第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。
【００６５】
また、第１〜第６の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。
【００６６】
上記した第１〜第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。
【００６７】
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。
【００６８】
第１、第２、第３、第５および第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。
【００６９】
第１〜第４および第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。
【００７０】
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〜第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。
【００７１】
第２および第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。犠牲エツ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ツ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。
【００７２】
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、平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。
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。
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。
【００７３】
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。また、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。
【００７４】
（第７の実施の形態）
図１１および図１２は本発明の第７の実施の形態における微小機械の製造工程を示す断面図であり、図１２の（Ｄ）のみは平面図を示す。
まず、埋め込み絶縁膜に凸凹を有するＳＯＩ基板の製造方法について、図１１に従って説明する。
（Ａ）単結晶シリコンの活性基板９００の主面に、酸化膜９０１を、熱酸化の手法により成膜する。なお、活性基板の裏面は、最終的には研削・研磨されるので図面には記載されていない。またウエハ周辺についても、本実施の形態の本質的な部位ではないので記載されていない。
（Ｂ）上記構造体の主面に多結晶シリコン膜９０２を、ＬＰＣＶＤの手法により、例えば６２０℃にて厚さ１０００Å成膜する。９０６は、多結晶シリコン膜９０２の粒界である。
【００７５】
（Ｃ）上記構造体の主面に、多結晶シリコン膜９０２を核形成層として、多結晶シリコン膜９０３を、常圧ＣＶＤの手法により、例えばジクロロシランを用いて１１６０℃にて厚さ１５μｍ成膜する。本工程において、上記構造体は、高温の水素雰囲気にさらされ、酸化膜９０２は、多結晶シリコン膜９０２を拡散してきた水素によって、一部がシリコンに還元される。そして多結晶シリコン膜９０２の粒界やグレインでの水素の拡散常数が異なるために、酸化膜９０２と多結晶シリコン膜９０３との界面に凸凹が形成される。この凸凹は、常圧ＣＶＤの成膜温度が高いほど大きくなる。
核形成層としてアモルファスシリコンを用いた場合、常圧ＣＶＤ装置でランプアップされている間に緻密な微結晶粒の多結晶シリコンヘと転移するため、界面の凸凹は緻密で均一性が高くなる。界面の凸凹のピッチや高低差は、核形成層のグレインサイズや厚さ、多結晶シリコン膜９０３の成膜条件によって制御される。多結晶シリコン膜９０２と多結晶シリコン膜９０３との界面は、結晶シリコン膜９０２を核形成層としてその上部に多結晶シリコン膜９０３が成長するために、はっきりしなくなる。
【００７６】
（Ｄ）上記構造体の多結晶シリコン膜９０３を研磨の手法によりミラーポリッシュし、研磨面と単結晶シリコン基板である支持基板９０４の主面とを重ね合わせ、酸素雰囲気中にて１１００℃の熱処理を行い張り合わせる。ミラーポリッシュされた多結晶シリコン膜９０３は、活性基板９００を支持基板９０４と接合するための接合層である。そして活性基板９００を研削・研磨し、ＳＯＩ層９０５を得る。なお、図１１（Ｄ）では図１１（Ｃ）の構造を上下反転して示している。
以上の（Ａ）〜（Ｄ）の工程により、埋め込み絶縁膜に凸凹を有するＳＯＩ基板が得られる。
【００７７】
次に、上記の埋め込み絶縁膜に凸凹を有するＳＯＩ基板を用いた微小機械の製造方法について、図１２に従って説明する。
（Ａ）図１１（Ｄ）の、埋め込み絶縁膜に凸凹を有するＳＯＩ基板である。構成を再度記載すると、９０５はＳＯＩ層、９０１は凸凹を有する埋め込み絶縁膜である酸化膜、９０３は活性基板９００を支持基板９０４と接合するための多結晶シリコン膜、９０４は支持基板である。
（Ｂ）上記構造体の、ＳＯＩ層９０５を貫通し、酸化膜９０１に達する開口部９２０を、トレンチエッチングの手法により形成する。
【００７８】
（Ｃ）上記構造体の上記開口部９２０より、フッ酸を含むエッチング液にて、酸化膜９０１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９２１を得る。９１２は可動部であり、９１１は該可動部９１２を支持基体であるシリコン基板９０４に固定するアンカー部である。９２２は、酸化膜９０１と多結晶シリコン膜９０３の界面の凸凹のうち、酸化膜側に出っ張っている部位であり、可動部９１２が対向する支持基板の表面と接触する際の接触面積を低減せしめる凸部である。
【００７９】
なお、単結晶シリコンからなる微小構造体９２１において、可動部となるかアンカーとなるかは、図１２の工程（Ｂ）における開口部９２０のパターンに依存する。
図１２（Ｄ）にパターンの例の平面図を示す。表示されているのは、同図（Ｂ）のパターニングされたＳＯＩ層９１０である。９１１’は大パターン部で例えば２００μｍ角とし、９１３、９１５はライン・パターン部で例えば幅１０μｍとし、９１４は虫食いパターン部で２００μｍ角で、内部に１０μｍ角の穴９１６が２０μｍピッチで多数開口されているとする。酸化膜９０１の最大厚さを１μｍとする。
【００８０】
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９０１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ＳＯＩ層９１０をマスクとして、酸化膜９０１が等方的にエッチング除去され、ＳＯＩ層９１０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９１１’の直下の酸化膜９０１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９１１’は、残存する酸化膜によって支持基板へと接続され、アンカー部９１１となる。一方、ライン・パターン部９１３、９１５の直下の酸化膜は、両側から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・ラップするため、もはや残存することはなく、従ってライン・パターン部９１３、９１５はリリースされ、宙に浮く。
【００８１】
図１２ではライン・パターン部９１３、９１５の端がアンカー部９１１に接続されており、自立した構造となる。アンカー部への接続が無ければ、リフト・オフされる。虫食いパターン部９１４の直下の酸化膜は、前後左右から１０μｍずつアンダー・エッチングされるだけでなく、多数の穴９１６からも等方的にアンダー・エッチングされ、これら多数のアンダー・エッチングがオーバー・ラップするため、もはや残存することはなく、虫食いパターン部９１４は宙に浮く。図では、ライン・パターン部９１３を介してアンカー部９１１に接続されており、自立した構造体となる。同図（Ｄ）のＬ−Ｌ断面が同図（Ｃ）、同図（Ｄ）のＭ−Ｍ断面が同図（Ｅ）である。
【００８２】
上記のごとき構造の微小機械では、例えば、ライン・パターン部９１３のように細いパターンを梁や板バネとして、虫食いパターン部９１４のように大きいパターンを重りとして設計する。
【００８３】
（第８の実施の形態）
図１３は、本発明の第８の実施の形態における微小機械の製造工程を示す断面図である。まず、埋め込み絶縁膜に凸凹を有するＳＯＩ基板の製造方法について、図１３に従って説明する。
（Ａ）単結晶シリコンの活性基板１０００の主面に、酸化膜１００１を、熱酸化の手法により成膜する。
（Ｂ）上記構造体の主面に多結晶シリコン膜１００２を、ＬＰＣＶＤの手法により、例えば６２０℃にて厚さ１０００Å成膜する。１００６は多結晶シリコン膜１００２の粒界である。
【００８４】
（Ｃ）上記構造体の主面に、多結晶シリコン膜１００２を核形成層として、多結晶シリコン膜１００３を、常圧ＣＶＤの手法により、例えばジクロロシランを用いて１１６０℃にて厚さ５μｍ成膜する。この工程により、実施の形態１と同様に酸化膜１００１の表面に凸凹が形成される。
（Ｄ）上記構造体の多結晶シリコン膜１００３を、ドライエッチングの手法により除去する。
（Ｅ）上記構造体の主面に、ＬＰ−ＣＶＤの手法により窒化硅素膜１００４を成膜する。この窒化硅素膜はシリコンとの間で摩擦係数の小さな膜である。
（Ｆ）上記構造体の主面に、ＬＰ−ＣＶＤの手法により核形成層を成膜し、さらに常圧ＣＶＤの手法により多結晶シリコン膜１００５を成膜する。
（Ｇ）上記構造体の多結晶シリコン膜１００５を研磨の手法によりミラーポリッシュし、研磨面と支持基板１００８の主面とを重ね合わせ、熱処理を行い張り合わせる。そして活性基板１０００を研削・研磨し、ＳＯＩ層１００７を得る。なお、図１３（Ｇ）では図１３（Ｆ）の構造を上下反転して示している。
以上の（Ａ）〜（Ｇ）の工程により、埋め込み絶縁膜に凸凹を有するＳＯＩ基板が得られる。
【００８５】
上記のようにして形成した埋め込み絶縁膜に凸凹を有するＳＯＩ基板を用いて微小機械を製造する方法は、前記第７の実施の形態の図１２と同様である。ただし本実施の形態においては、酸化膜１００１と多結晶シリコン膜１００５との間に、耐フッ酸性の窒化硅素膜１００４があるため、多結晶シリコン膜１００５の凸凹のうち、酸化膜側に出っ張っている部位の、可動部が対向する支持基板の表面と接触する際の接触面積を低減せしめる凸部の表面が、窒化硅素膜で覆われたものとなる。この窒化珪素膜は可動部と凸部が接触した際の摩擦を軽減する作用を有する。
【００８６】
（第９の実施の形態）
図１４は、本発明の第９の実施の形態における微小機械の製造工程を示す断面図である。まず、埋め込み絶縁膜に凸凹を有するＳＯＩ基板の製造方法について、図１４に従って説明する。
（Ａ）単結晶シリコンの活性基板１１００の主面に、酸化膜１１０１を、熱酸化の手法により成膜する。
（Ｂ）上記構造体の主面に多結晶シリコン膜１１０２を、ＬＰＣＶＤの手法により、例えば６２０℃にて厚さ２０００Å成膜する。１１０６は、多結晶シリコン膜１１０２の粒界である。
【００８７】
（Ｃ）上記構造体の、上記多結晶シリコン膜１１０２の粒界１１０６を、フッ酸および硝酸からなるエッチング液により、粒界エッチングを行い、上記多結晶シリコン膜１１０２にス（多数の細かい空所）を形成する。
（Ｄ）上記構造体の、スの入った上記多結晶シリコン膜１１０２を、熱酸化の手法により酸化し、表面に凸凹の形成された酸化膜１１０３を形成する。
（Ｅ）上記構造体の主面に、ＬＰ−ＣＶＤの手法により窒化硅素膜１１０４を成膜する。
（Ｆ）上記構造体の主面に、ＬＰ−ＣＶＤの手法により核形成層を成膜し、さらに常圧ＣＶＤの手法により多結晶シリコン膜１１０５を成膜する。
（Ｇ）上記構造体の多結晶シリコン膜１１０５を研磨の手法によりミラーポリッシュし、研磨面と支持基板１１０８の主面とを重ね合わせ、熱処理を行って張り合わせる。そして活性基板１１００を研削・研磨し、ＳＯＩ層１１０７を得る。なお、図１４（Ｇ）では図１４（Ｆ）の構造を上下反転して示している。
以上の（Ａ）〜（Ｇ）の工程により、埋め込み絶縁膜に凸凹を有するＳＯＩ基板が得られる。
【００８８】
上記のようにして形成した埋め込み絶縁膜に凸凹を有するＳＯＩ基板を用いて微小機械を製造する方法は、第７の実施の形態の図１２と同様である。また第８の実施の形態と同様に、可動部が対向する支持基板の表面と接触する際の接触面積を低減せしめる凸部の表面が、窒化硅素膜で覆われたものとなる。
【００８９】
（第１０の実施の形態）
図１５は、本発明の第１０の実施の形態における微小機械の製造工程を示す断面図である。まず、埋め込み絶縁膜に凸凹を有するＳＯＩ基板の製造方法について、図１５に従って説明する。
（Ａ）単結晶シリコンの活性基板１２００の主面に、酸化膜１２０１を、熱酸化の手法により成膜する。
（Ｂ）上記構造体の主面に多結晶シリコン膜１２０２を、ＬＰＣＶＤの手法により、例えば１２２０℃にて厚さ２０００Å成膜する。１２０６は多結晶シリコン膜１２０２の粒界である。
（Ｃ）上記構造体の主面の多結晶シリコン膜１２０２を熱酸化の手法により一部酸化する。粒界の酸化速度はグレインの酸化速度よりも速いために、粒界に対応する部位の酸化膜が厚く成膜される。その後、グレインに対応する部位の酸化膜厚さ程度だけ全面をエッチバックすると、粒界に対応する部位の酸化膜のみが部分的に残存する。１２０９が部分的に残存する酸化膜である。
【００９０】
（Ｄ）上記構造体の、上記多結晶シリコン膜１２０２のグレインを、上記部分的に残存する酸化膜１２０９をマスクにエッチングし、上記多結晶シリコン膜１２０２を凸凹にする。
（Ｅ）上記構造体の、上記多結晶シリコシ膜１２０２を、熱酸化の手法により酸化し、表面に凸凹の形成された酸化膜１２０３を形成する。
（Ｆ）上記構造体の主面に、ＬＰ−ＣＶＤの手法により窒化硅素膜１２０４を成膜する。
（Ｇ）上記構造体の主面に、ＬＰ−ＣＶＤの手法により核形成層を成膜し、さらに常圧ＣＶＤの手法により多結晶シリコン膜１２０５を成膜する。
（Ｈ）上記構造体の多結晶シリコン膜１２０５を研磨の手法によりミラーポリッシュし、研磨面と支持基板１２０８の主面とを重ね合わせ、熱処理を行って張り合わせる。そして活性基板１２００を研削・研磨し、ＳＯＩ層１２０７を得る。なお、図１５（Ｈ）では図１５（Ｇ）の構造を上下反転して示している。
以上の（Ａ）〜（Ｈ）の工程により、埋め込み絶縁膜に凸凹を有するＳＯＩ基板が得られる。
【００９１】
上記のようにして形成した埋め込み絶縁膜に凸凹を有するＳＯＩ基板を用いて微小機械を製造する方法は、第７の実施の形態の図１２と同様である。また第８および第９の実施の形態と同様に、可動部が対向する支持基板の表面と接触する際の接触面積を低減せしめる凸部の表面が、窒化硅素膜で覆われたものとなる。
【００９２】
（第１１の実施の形態）
図１６は、本発明の第１１の実施の形態における微小機械の製造工程を示す断面図である。まず、埋め込み絶縁膜に凸凹を有するＳＯＩ基板の製造方法について、図１６に従って説明する。
（Ａ）単結晶シリコンの活性基板１３００の主面に、酸化膜１３０１を、熱酸化の手法により成膜する。
（Ｂ）上記構造体の主面に多数のシリコン結晶子１３０２を形成する。シリコン結晶子の詳細については、例えば特願昭６３−７４７５５号に記載されているが、以下、簡単に説明する。酸化膜１３０１を形成した単結晶シリコンの活性基板１３００をＣＶＤ装置内で１０００℃に保持したまま、ＨｃｌガスとＳｉＨ4ガスをそれぞれガス分圧７.２×１０~3ｂａｒ、７.３×１０~4ｂａｒで１０秒間供給し、ＣＶＤ反応を行なわせる。このＣＶＤ反応により、酸化膜１３０１の表面上に、例えば約１０００〜数１０００Å径のシリコン結晶子１３０２が形成密度約１０4〜１０5個／ｃｍ2で微小島状に形成される。
（Ｃ）上記構造体の主面の多数のシリコン結晶子１３０２を熱酸化の手法により酸化し、表面に凸凹の形成された酸化膜１３０３を形成する。
【００９３】
（Ｄ）上記構造体の主面に、ＬＰ−ＣＶＤの手法により窒化硅素膜１３０４を成膜する。
（Ｅ）上記構造体の主面に、ＬＰ−ＣＶＤの手法により核形成層を成膜し、さらに常圧ＣＶＤの手法により多結晶シリコン膜１３０５を成膜する。
（Ｆ）上記構造体の多結晶シリコン膜１３０５を研磨の手法によりミラーポリッシュし、研磨面と支持基板１３０８の主面とを重ね合わせ、熱処理を行って張り合わせる。そして活性基板１３００を研削・研磨し、ＳＯＩ層１３０７を得る。なお、図１６（Ｆ）では図１６（Ｅ）の構造を上下反転して示している。
以上の（Ａ）〜（Ｆ）の工程により、埋め込み絶縁膜に凸凹を有するＳＯＩ基板が得られる。
【００９４】
上記のようにして形成した埋め込み絶縁膜に凸凹を有するＳＯＩ基板を用いて微小機械を製造する方法は、第７の実施の形態の図１２と同様である。また第８、第９および第１０の実施の形態と同様に、可動部が対向する支持基板の表面と接触する際の接触面積を低減せしめる凸部の表面が、窒化硅素膜で覆われたものとなる。
【００９５】
以上の第７〜第１１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、これらの数値や文言、あるいは図に限定される訳ではない。以下、その例を説明する。
第７〜第１１の実施の形態において、多結晶シリコン膜と支持基板との直接接合を例に説明してきたが、多結晶シリコン膜と酸化膜の形成された支持基板とを接合しても良いし、他の接合層、例えばボロンガラスにて張り合わせても良い。
また、第８〜第１１の実施の形態の説明において、摩擦係数を低減する膜として窒化硅素膜を例に説明してきたが、他の部材でも良いし、場合によっては削除しても良い。
【００９６】
また、第８の実施の形態において、酸化膜の表面を凸凹にする工程として第７の実施の形態と同じ高温の常圧ＣＶＤを例に説明したが、高温の水素アニール処理を行ってもよい。
また、第７〜第１１の実施の形態において、張り合わせのための接合層である多結晶シリコン膜の成膜を、核形成層を成膜してから行う例を説明してきたが、モノシランを用いて１段で形成してもよい。場合によっては、張り合わせのための接合層である多結晶シリコン膜のうち、平坦化研磨される部位を、ＬＰ−ＣＶＤあるいは常圧ＣＶＤにて低温で成膜しても良い。この場合、結晶粒が小さくなるため、平坦化研磨を行いやすくなる。
【００９７】
また、第７〜第１１の実施の形態において、埋め込み絶縁膜が全面に形成されたＳＯＩ基板を例に説明してきたが、これに限られる訳ではなく、微小機械や微小構造体を形成する領域にのみに部分的に形成されていても良い。
また、第７〜第１１の実施の形態において、支持基板として単結晶シリコン基板を例に説明してきたが、これに限られる訳ではなく、他の部材、例えばガラス基板でも良い。場合によっては、接合用の多結晶シリコン膜を基板の厚さ程度まで厚く成膜し、支持基板として用いてもよい。
また、また、第７〜第１１の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、これに限られる訳ではなく、他の単結晶部材、例えばガリウムヒ素、水晶あるいは単結晶金属に本発明を適用することができる。
【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。
【図２】本発明の第１の実施の形態におけるＳＯＩ基板形成後、微小機械形成までを説明する図であり、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）および（Ｅ）は断面図、（Ｄ）は平面図。
【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。
【図４】本発明の第２の実施の形態におけるＳＯＩ基板形成後、微小機械形成までを説明する断面図。
【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。
【図６】本発明の第３の実施の形態におけるＳＯＩ基板形成後、微小機械形成までを説明する断面図。
【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。
【図８】本発明の第４の実施の形態におけるＳＯＩ基板形成後、微小機械形成までを説明する断面図。
【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。
【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。
【図１１】本発明の第７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。
【図１２】本発明の第７の実施の形態におけるＳＯＩ基板形成後、微小機械形成までを説明する断面図。
【図１３】本発明の第８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。
【図１４】本発明の第９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。
【図１５】本発明の第１０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。
【図１６】本発明の第１１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。
【図１７】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。
【図１８】従来の微小機械の問題点を示す断面図。
【符号の説明】
１００…シリコン基板          １０１…酸化膜
１０２…シリコン窒化膜        １０３…ＬＴＯ膜
１０４…ディンプル            １０５…開口
１０６…ポリシリコン膜        １０７…微小構造体
１０８…可動部                １０９…アンカー部
１１０…バンプ                １１１…ディンプル
２００…バンプ１１０の根元    ２０１…ディンプル１１１の底
３００…シリコン基板          ３０１…凹部
３０２…酸化膜                ３０３…シリコン窒化膜
３０４…酸化膜                ３０５…単結晶シリコン層
３０６…ＳＯＩ基板            ３０７…凸部
３０８…凹部                  ３０９、３１０…界面
３１１…可動部                ３１２…アンカー部
３１３…大パターン部          ３１４…ライン・パターン部
３１５…虫食いパターン部      ３１６…開口部
３１７…単結晶シリコン層      ３１８…多数の穴
３１９…ライン・パターン部    ３４０…微小構造体
４００…単結晶シリコン基板    ４０１…凹部
４０２…多結晶シリコン膜      ４０３…シリコン窒化膜
４０４…酸化膜                ４０５…単結晶シリコン層
４０６…ＳＯＩ基板            ４０７…凸部
４０９、４１０…界面          ４１１…可動部
４１２…アンカー部            ４１６…開口部
４２０…単結晶シリコン基板    ４２１…酸化膜
４４０…微小構造体
５００…単結晶シリコン基板    ５０１…酸化膜
５０２…多結晶シリコン膜      ５０３…シリコン窒化膜
５０４…酸化膜                ５０５…単結晶シリコン層
５０６…ＳＯＩ基板            ５０７…凸部
５０９、５１０…界面          ５１１…可動部
５１２…アンカー部            ５１６…開口部
５２０…単結晶シリコン基板    ５３０…酸化膜
５４０…微小構造体
６００…単結晶シリコン基板    ６０１…凹部
６０２…酸化膜                ６０３…シリコン窒化膜
６０４…酸化膜                ６０５…単結晶シリコン層
６０６…ＳＯＩ基板            ６０７…凸部
６０９、６１０…界面          ６１１…可動部
６１２…アンカー部            ６１６…開口部
６３０、６３１…開口部        ６４０…微小構造体
７００…単結晶シリコン基板    ７０５…単結晶シリコン層
７０７…凸部                  ７０８…凹部
７１１…可動部                ７１２…アンカー部
７１６…開口部                ７３０…凹部
７３１…凸部                  ７３２…ガラス基板
７３３…キャビティ            ７４０…微小構造体
８００…シリコン基板          ８０４…埋込酸化膜
８０５…単結晶シリコン層      ８１１…可動部
８１２…アンカー部            ８１６…開口部
８３０…ポーラス・シリコン層  ８３１…めっき層
８４０…微小構造体
９００…活性基板              ９０１…酸化膜
９０２…多結晶シリコン膜      ９０３…多結晶シリコン膜
９０４…支持基板              ９０５…ＳＯＩ層
９０６…粒界                  ９１１…アンカー部
９１２…可動部                ９１１’…大パターン部
９２２…凸部                  ９１３、９１５…ライン・パターン部
９１４…虫食いパターン部      ９２１…微小構造体
１０００…活性基板            １００１…酸化膜
１００２…多結晶シリコン膜    １００３…多結晶シリコン膜
１００４…窒化硅素膜          １００５…多結晶シリコン膜
１００６…多結晶シリコン膜１００２の粒界
１００７…ＳＯＩ層            １００８…支持基板
１１００…活性基板            １１０１…酸化膜
１１０２…多結晶シリコン膜    １１０３…酸化膜
１１０４…窒化硅素膜          １１０５…多結晶シリコン膜
１１０６…多結晶シリコン膜１１０２の粒界
１１０７…ＳＯＩ層            １１０８…支持基板
１２００…活性基板            １２０１…酸化膜
１２０２…多結晶シリコン膜    １２０３…酸化膜
１２０４…窒化硅素膜          １２０５…多結晶シリコン膜
１２０６…粒界                １２０７…ＳＯＩ層
１２０８…支持基板            １２０９…部分的に残存する酸化膜
１３００…活性基板            １３０１…酸化膜
１３０２…シリコン結晶子      １３０３…酸化膜
１３０４…窒化硅素膜          １３０５…多結晶シリコン膜
１３０８…支持基板            １３０７…ＳＯＩ層
【図１】
0004000615.tif 000002
【図２】
0004000615.tif 000003
【図３】
0004000615.tif 000004
【図４】
0004000615.tif 000005
【図５】
0004000615.tif 000006
【図６】
0004000615.tif 000007
【図７】
0004000615.tif 000008
【図８】
0004000615.tif 000009
【図９】
0004000615.tif 000010
【図１０】
0004000615.tif 000011
【図１１】
0004000615.tif 000012
【図１２】
0004000615.tif 000013
【図１３】
0004000615.tif 000014
【図１４】
0004000615.tif 000015
【図１５】
0004000615.tif 000016
【図１６】
0004000615.tif 000017
【図１７】
0004000615.tif 000018
【図１８】
0004000615.tif 000019