(57)【要約】      （修正有）【課題】製造中に可動部が他の部分と接触することを抑止する方法を提案する。【解決手段】小型機械装置および／またはナノ機械装置１００を製作する方法であって、第１の層１０６と基板１０２の間に配置された犠牲層１０４を部分的にエッチングして少なくとも一つのキャビティ１１０を形成し、犠牲層の少なくとも一つの部分１１２を配置するステップと、キャビティに前記第１の層の少なくとも一つの壁および／または前記基板に熱酸化によって酸化層１１４を形成し少なくとも一つの停止部１１６，１１８を区画するステップと、前記犠牲層１０４の部分と前記熱酸化された前記第１の層の壁および／または前記基板とを除去するステップと、を有する。【選択図】図４
2009154286.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
小型機械（micromechanical）装置および／またはナノ機械装置を製作する方法であって、
少なくとも、
−第1の層と基板の間に配置された、少なくとも一つの犠牲層を部分的にエッチング処理するステップであって、少なくとも一つのキャビティが形成され、該キャビティ内に、前記第1の層および／または前記基板と接する、前記犠牲層の少なくとも一つの部分が配置されるステップと、
−前記キャビティ内で、前記第1の層の少なくとも一つの壁および／または前記基板を化学的に変質させるステップであって、前記第1の層および／または前記基板に、前記犠牲層の部分のレベルで、少なくとも一つの停止部が区画されるステップと、
−前記犠牲層の部分と、前記化学的に変質された前記第1の層の壁、および／または前記基板とを除去するステップであって、前記停止部が開放されるステップと、
を有する方法。
【請求項２】
前記化学的に変質させるステップは、前記第1の層の壁および／または前記基板に対して、少なくとも一つの熱酸化するステップを有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記化学的に変質させるステップは、前記第1の層の壁および／または前記基板に、少なくとも一つの金属層を成膜するステップと、前記金属層をシリコン化するステップとを有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項４】
前記金属層は、チタンおよび／またはニッケルをベースとするものであることを特徴とする請求項3に記載の方法。
【請求項５】
前記金属層は、チタンをベースとし、
前記第1の層の壁および／または前記基板は、シリコンをベースとし、
前記シリコン化するステップは、約700℃の温度での、少なくとも一つの熱処理により実施されることを特徴とする請求項3に記載の方法。
【請求項６】
前記部分的にエッチング処理するステップは、前記第1の層を貫通するように形成された、少なくとも一つの開口を介して実施されることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一つに記載の方法。
【請求項７】
前記第1の層は、少なくとも一つの半導体をベースとしており、および／または
前記犠牲層は、少なくとも一つの半導体酸化物をベースとしており、および／または
前記基板は、少なくとも一つの半導体をベースとしていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一つに記載の方法。
【請求項８】
前記エッチング処理するステップは、湿式または蒸気相のエッチング処理により行われることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一つに記載の方法。
【請求項９】
前記壁の変質は、約200Åから2000Åの間の厚さにわたって実施されることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１０】
前記停止部の高さは、前記化学的に変質された前記第1の層の壁および／または前記基板から除去された厚さに対応することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１１】
さらに、
前記犠牲層の前記部分を除去するステップの後、前記第1の層上に、被覆部を形成するステップを有することを特徴とする請求項1乃至10のいずれか一つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動式素子を有する小型機械（micromechanical）装置および／またはナノ機械装置の分野に関し、特に、可動式素子を有する小型電気機械システム（MEMS）および／またはナノ電気機械システム（NEMS）であって、作動の際に、可動式素子がMEMSおよび／またはNEMSの他の素子と接触することの可能なシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
MEMSまたはNEMS（例えば加速度計もしくは姿勢計（gyrometer））のような、ある小型機械またはナノ機械装置は、可動式素子を有し、そのようなMEMSまたはNEMSによって受ける、例えば、加速度のような物理的測定を行うことが可能である。これらの物理的測定は、MEMSまたはNEMSの他の素子に対するこれらの可動式素子の相対的な動きにより得られる。従って、これらの可動式素子は、MEMSまたはNEMSの他の素子から、ある距離に維持され、これらの移動の自由度を確保することが重要となる。しかしながら、この移動の自由度の提供により、これらの可動式素子が、MEMSまたはNEMSの他の素子と接触したり、固定されたり、動かされたりし、これにより、相互に対する素子の「結合（bonding）」が発生し得る。結合が生じた場合、MEMSまたはNEMSの動作中に、可動式素子の移動がもはや確保されなくなり、これは、装置の動作不良につながる。
【０００３】
また、そのような結合は、装置の形成中にも生じ、特に、湿式エッチングステップの実施後の、構造部を洗浄する際に使用された溶媒を乾燥させるステップの間に生じ得る。
【０００４】
この好ましくない結合を抑制するため、MEMSまたはNEMSの素子の表面に、抗結合停止ピンもしくは停止部を形成し、これらが相互に接触できるようにすることが知られている。これらの抗結合停止ピンにより、特に、衝突の際の表面接触を抑制することが可能となり、これにより、MEMSの可動式素子の結合のリスクを抑制することができる。
【０００５】
欧州特許出願第0754953A1号には、シリコン基板および酸化珪素層上に配置されたシリコン系の有益層内に形成された構造部の表面上に、抗結合停止ピンを製作する方法が示されている。この方法は、フッ酸を用いて酸化層をエッチングし、基板と有益層の間に、酸化珪素系スペーサを形成する第1ステップを有する。次に、有益層および基板は、例えば炭酸カリウム（potash）溶液を用いて、湿式エッチング処理によりエッチングされ、その後、スペーサにより、エッチングマスクが形成される。この第2エッチングステップによって、有益層内および基板内に、抗結合停止ピンが形成される。最後に、スペーサが除去され、これにより基板の有益層内に、完全に開放された構造部が形成される。
【特許文献１】欧州特許出願第0754953号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この方法には、特に、エッチング剤に晒された構造部の表面、例えば有益層の前面側などが粗くなるという問題がある。そのような粗さは、後続の、これらの表面での動作実施の際に、特に問題となる。例えば、有益層の前面の構造部を被覆する被覆部の直接シール処理（または分子シール）の際などに、問題が生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある目的は、抗結合停止部もしくは停止ピンを備え、従来の問題が解消され、特に、停止部の形成の際に、装置の表面が劣化されないような、小型機械装置および／またはナノ機械装置を製作する方法を提案することである。
【０００８】
この目的を達成するため、本発明では、小型機械装置および／またはナノ機械装置を製作する方法であって、
少なくとも、
−第1の層と基板の間に配置された、少なくとも一つの犠牲層を部分的にエッチング処理するステップであって、少なくとも一つのキャビティが形成され、該キャビティ内に、前記第1の層および／または前記基板と接する、前記犠牲層の少なくとも一つの部分が配置されるステップと、
−前記キャビティ内で、前記第1の層の少なくとも一つの壁および／または前記基板を化学的に変質させるステップであって、前記第1の層および／または前記基板に、前記犠牲層の部分のレベルで、少なくとも一つの停止部が区画されるステップと、
−前記犠牲層の部分と、前記化学的に変質された前記第1の層の壁、および／または前記基板とを除去するステップであって、前記停止部が開放されるステップと、
を有する方法が提案される。
【０００９】
従って、小型機械装置および／またはナノ機械装置は、少なくとも一つの抗結合停止部を有するように形成され、当該製造方法の間、装置の表面の劣化は生じず、特に、これらの表面の粗さは、粗くならない。従って、この製造方法では、後続のステップ、特に、粗くない表面を用いるステップと適合し、例えば、装置への直接シール処理または分子接着材による被覆部の形成ステップと適合する。
【００１０】
特定の実施例では、除去ステップの前に、いくつかの他のステップ（成膜処理、エッチング処理等）が実施され、小型機械装置および／またはナノ機械装置が形成されても良い。特に、高温で、例えばシリコン化処理のような化学的変質ステップが実施される場合、化学的変質ステップと除去ステップの間に、装置を形成するこれらのステップを実施することが有意である。
【００１１】
第1の実施例では、化学的変質ステップは、第1の層の壁および／または基板の少なくとも一つの熱酸化処理を有しても良い。
【００１２】
第2の実施例では、化学的変質ステップは、第1の層の壁および／または基板上に金属層を成膜する少なくとも一つの処理と、金属層のシリコン化処理とを有しても良い。この場合、第1の層および／または基板は、シリコン系であっても良い。また、金属層は、チタンおよび／またはニッケル系であっても良い。このシリコン化処理は、例えば数分間、シリコン上に成膜されたチタン層（チタン系金属層ならびにシリコン系の第1の層の壁および／または基板）を、約700℃で熱処理することにより行われても良い。
【００１３】
従って、本発明では、化学的変質ステップを利用し、化学的に変質された材料を除去する前に、停止部が定められ、有益層の残留部および基板と比べて、化学的に変質された材料を選択的にエッチング処理することができる。また、変質された材料と有益層の残留部および／または基板の間の界面は、化学的変質ステップによって定形され、この界面は、前述の従来技術のようなエッチング後の表面粗さを有さない。
【００１４】
犠牲層は、化学的変質ステップに対して、あまり感受性を有さない少なくとも一つの材料をベースとすることが有意である。換言すれば、化学的変質ステップは、この材料にあまり影響を及ぼさない。シリコンの熱酸化処理またはシリコンのシリコン化処理の場合、例えば、酸化珪素をベースとする犠牲層が選定される。
【００１５】
また犠牲層は、化学的変質ステップの際に、有益層および／または基板に比べて、選択的に除去される材料をベースとするものであっても良い。
【００１６】
また、化学的変質ステップにより、それまでのステップによって生じた、装置上に認められる材料のいかなる残留物が清浄化されても良い。
【００１７】
部分的なエッチング処理は、第1の層を貫通するように形成された、少なくとも一つの開口を介して実施されても良い。
【００１８】
第1の層は、少なくとも一つの半導体をベースとし、および／または犠牲層は、少なくとも一つの半導体酸化物をベースとし、および／または基板は、少なくとも一つの半導体をベースとしても良い。
【００１９】
有益層および／または基板は、必ずしも単層または均質でなくても良い。これらは、例えば、停止部の前に形成された装置の素子を有しても良い。
【００２０】
酸化ステップは、例えば湿式処理または乾式処理の熱処理によって実施されることが有意である。
【００２１】
エッチングステップは、湿式または蒸気相のエッチング処理により行われることが好ましい。
【００２２】
壁の化学的変質ステップは、約200Åから2000Åの間の厚さにわたって実施されても良い。
【００２３】
得られる停止部の高さは、第1の層の化学的に変質した壁および／または基板層から除去された厚さに対応しても良い。
【００２４】
当該方法は、さらに、犠牲層の前記部分を除去するステップの後、第1の層上に被覆部を形成するステップを有しても良い。
【００２５】
本発明は、特に、小型アクチュエータおよび／またはナノアクチュエータ、小型ポンプおよび／またはナノポンプ、小型モータおよび／またはナノモータ、加速度計、小型センサおよび／またはナノセンサ、または少なくとも一つの可動式素子を有するあらゆる小型システムおよび／またはナノシステムの製作に適用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明は、単に一例を示すための非限定的な実施例の記載および添付図面を参照することにより、より良く理解される。
【００２７】
図面を見やすくするため、図において、異なる部品は、必ずしも等しいスケールでは示されていない。
【００２８】
別の可能性（代替例および実施例）は、排斥されるものではなく、相互に組み合わされても良いことが理解される。
【００２９】
図1乃至5を参照して、第1の実施例による抗結合停止部を有する小型機械装置および／またはナノ機械装置100を製作する方法のステップを示す。
【００３０】
図1に示すように、小型機械装置および／またはナノ機械装置100、例えばMEMSは、例えばシリコンのような、少なくとも一つの半導体をベースとする基板102から形成される。この基板の上には、例えば酸化珪素のような、本願において犠牲層として使用される酸化物系の誘電体層104と、例えばシリコンのような少なくとも一つの半導体系の有益層106とが配置される。ここで層102、104および106は、SOI（シリコンオン絶縁体）基板を形成する。犠牲層104の厚さは、例えば約0.4μｍに等しく、有益層106の厚さは、約1μｍと約200μｍの間であっても良い。
【００３１】
有益層とは、材料の層またはそのような層の一部を意味し、この層内に、小型機械式構造部が形成される。
【００３２】
その後、例えば、有益層106内に開口108が形成され、これにより犠牲層104へのアクセス部が形成される（図2参照）。ここに示した第1の実施例では、開口108は、光リソグラフィ処理と、例えばRIE（反応性イオンエッチング）のようなエッチング処理とを適正に使用することにより形成され、MEMS100の構造部が形成、定形され、換言すれば、MEMS100の別の素子が形成される。
【００３３】
開口108は、例えば、有益層106の部分109を区画する溝であり、MEMS100の可動式素子のような、MEMS100の第1の素子を形成する。例えばMEMS100がセンサの場合、これは、浮遊膜である。示された実施例では、部分109は、主として、図3に示すy軸に沿って可動となるように構成される。
【００３４】
次に、それまでに形成された開口108の中間を通る、犠牲層104の部分エッチング処理が行われる。ここでは、犠牲層104は、酸化珪素系であり、このエッチング処理は、例えば、フッ酸により実施されても良い。図3に示すように、全ての犠牲層104がエッチング処理される必要はない。有益層106と基板102の間には、キャビティ110が形成され、この中には、犠牲層104の1またはいくつかの部分112が残留する。ここでは、有益層106の部分109と基板102の間に、スペーサが形成される。これらのスペーサの数および分布は、部分109の関数として、特に、部分109の寸法および形状の関数として適合される。図3の例の場合、犠牲層104の部分112は、有益層106の部分109と基板102の間に延在し、換言すれば、有益層106の部分109および基板102と接触している。
【００３５】
次に、MEMS100のシリコンを熱酸化するステップが行われる。図4には、MEMS100のシリコンの全ての壁が酸化され、酸化層114が形成されていることが認められる。この酸化処理は、例えば、約200Åから2000Åの間のシリコンの深さにわたって実施されても良い。例えば、この酸化処理は、例えば数時間の800℃での湿式熱処理プロセスによって、実施されても良い。図4では、有益層106の前面、開口108の壁、およびキャビティ110内のシリコン壁が酸化されている。代替例では、酸化層114は、例えば約600Åから6000Åの間の厚さにわたる、酸化物の成長により得られても良い。
【００３６】
この酸化により、有益層106および／または基板102に、キャビティ110内にある犠牲層104の部分と接触する領域のレベルで、抗結合停止部を予備形成することが可能となる。ここに示した例では、基板102および有益層106は、シリコン系である。犠牲層104の部分112が、基板102および有益層106の両方と接触するようにすることにより、酸化処理の実施により、基板102および有益層106の両方に、停止部が予備形成される（図4の停止部116および118）。従って、キャビティ110内に存在する犠牲層104の部分は、マスクを形成し、犠牲層104の部分と接触する、基板102および／または有益層106の部分のレベルで、抗結合停止部を形成することが可能となる。
【００３７】
また、基板102および有益層106は、同じ材料系でなくても良い。例えば、基板102または有益層106のいずれかに、独自に酸化処理を実施し、他方がこの酸化処理ステップには影響されないようにすることも可能である。この方法では、停止部は、基板102または有益層106のいずれかに、独自に形成される。また停止部は、基板102に形成されてから、その後継続的に、有益層106に形成されても良い。あるいはその逆であっても良い。さらに、キャビティ110内に存在する犠牲層104の部分が、有益層106または基板102にのみ接するようにしても良い。この場合、停止部は、犠牲層104の部分と接する層内に、独自に形成され、換言すれば、基板102または有益層106のいずれかに形成される。
【００３８】
図5に示すように、予備形成された酸化物、およびキャビティ110内に残った犠牲層104の部分112の除去処理が行われる。この除去処理は、例えば、エッチング処理により実施される。従って、この例において、MEMS100の可動式素子となる有益層106の部分109は、例えば予備開放構造部の機械的な固定を確保するため、特殊な停止部が必要な場合を除き、基板102から開放、分離される。
【００３９】
抗結合停止部116および118により、有益層106の部分109と基板102の距離を維持することが可能となり、これにより、基板102に相関して部分109を移動させる際に、この部分109と基板102の間の好ましくない結合を回避することができる。
【００４０】
その後、装置100に、図示されていない電子手段が形成され、例えば前記装置により、作動中に、部分109の移動測定が行われる。また、有益層106上には、装置100を被覆し保護する、図示されていない被覆部が形成されても良い。
【００４１】
次に、装置100を製作する方法の第2の実施例について説明する。
【００４２】
図1乃至3に関して示した前述のステップが、最初に実施される。
【００４３】
次に、図6に示すように、MEMS100の全ての壁に、金属120の成膜が行われる。金属層120は、十分に共形であり、少なくとも有益層106および基板102のレベルにおいて、キャビティ110の壁を被覆することができる。この金属層120は、ALD法（原子層成膜法）により、成膜されることが有意である。層120は、特に、ニッケルおよび／またはチタン系であっても良く、約200Åから2000Åの厚さを有する。
【００４４】
この金属成膜のステップの後、熱処理が実施され、これにより、少なくとも、有益層106および基板102のレベルにおいて、金属層120をシリサイド層122に変化させることが可能となる（図7）。図7に示すように、キャビティ110内には、犠牲層104と接する、シリサイドに変化しなかった金属部分124のみが存在しても良い。
【００４５】
選択的エッチング処理の1または複数のステップにより、キャビティ110内に存在するこれらの金属部分124、シリサイドの層122、および犠牲層104の部分112を除去することができる。予め成膜された金属層120がチタン系の場合、このエッチング処理は、例えば、HF溶液で実施され、これにより、単一ステップで、金属（部分124）、シリサイド（層122）、および犠牲層の酸化物（部分112）のエッチングを行うことが可能となる。これにより、得られる装置100は、例えば、図5に示した装置100と同様のものとなる。
【００４６】
実施例において、実施される化学的変質処理（酸化またはシリコン化）は、装置の側方壁および後面が保護されていない場合、抗結合停止部を形成するステップを考慮するとこなく、これらに影響を及ぼしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】第1の実施例による、本発明の主題である抗結合停止部を有する小型機械装置を製作する方法のステップを示した図である。
【図２】第1の実施例による、本発明の主題である抗結合停止部を有する小型機械装置を製作する方法のステップを示した図である。
【図３】第1の実施例による、本発明の主題である抗結合停止部を有する小型機械装置を製作する方法のステップを示した図である。
【図４】第1の実施例による、本発明の主題である抗結合停止部を有する小型機械装置を製作する方法のステップを示した図である。
【図５】第1の実施例による、本発明の主題である抗結合停止部を有する小型機械装置を製作する方法のステップを示した図である。
【図６】第2の実施例による、本発明の主題である抗結合停止部を有する装置を製作する方法のステップを示した図である。
【図７】第2の実施例による、本発明の主題である抗結合停止部を有する装置を製作する方法のステップを示した図である。
【符号の説明】
【００４８】
１00  MEMS、102  基板、104  犠牲層、106  有益層、108  開口、109  部分、110  キャビティ、112  部分、114  酸化層、120  金属層、122  シリサイド層、124  金属部分。
【図１】
2009154286.tif 000003
【図２】
2009154286.tif 000004
【図３】
2009154286.tif 000005
【図４】
2009154286.tif 000006
【図５】
2009154286.tif 000007
【図６】
2009154286.tif 000008
【図７】
2009154286.tif 000009