JPH11345986A - マイクロマシンの構成要素の製造方法 - Google Patents

マイクロマシンの構成要素の製造方法

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JPH11345986A
JPH11345986A JP11120505A JP12050599A JPH11345986A JP H11345986 A JPH11345986 A JP H11345986A JP 11120505 A JP11120505 A JP 11120505A JP 12050599 A JP12050599 A JP 12050599A JP H11345986 A JPH11345986 A JP H11345986A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 分路を簡単に避けることができるように、マ
イクロマシンの構成要素の製造方法をさらに発展させ
る。 【解決手段】 第1の範囲(III)における絶縁層
(1,2)を、第1の範囲(I)における可動の要素
(25)の形成の際に、導体層(6)によって保護して
維持する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板を準備し、構
造化された導体路層が埋め込まれている絶縁層を基板上
に設け、絶縁層上に導体層を設け、この導体層が、第1
の範囲と第2の範囲を有し、導体層の下の絶縁層の少な
くとも一部を除去するために、第1のトレンチの形成及
び第1のトレンチによるエッチング剤の案内によって、
第1の範囲に可動の要素を形成し、第2のトレンチの形
成によって第2の範囲に導体路層に電気的に接続する接
触要素を形成し、かつ第1の範囲において形成された可
動の要素をカプセル化するという工程を有する、マイク
ロマシンの構成要素の、とくに表面のマイクロマシンの
加速度センサの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】マイクロマシンの加速度センサのこのよ
うな製造方法は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第19
537814号明細書によって公知である。
【0003】基本的には任意のマイクロマシンの構成要
素に適用可能であるとはいえ、本発明及び本発明の基礎
とする問題は、この公知の表面のマイクロマシン加速度
センサに関して詳細に説明する。
【0004】本発明による問題を説明するために、図2
は、通常の方法にしたがって製造される公知のマイクロ
マシン加速度センサの概略的な横断面表示であり、図3
は、その概略的な平面図であり、かつ図4は、図2によ
る公知のマイクロマシンの加速度センサの接触範囲の拡
大した概略的な表示である。
【0005】図2ないし4において、参照符号100
は、一般的にマイクロマシンの加速度センサを示し、1
0は基板、1は下側酸化物、2は上側酸化物、3は両方
の酸化物1、2の間に埋め込まれたLPCVDポリシリ
コンからなる導体路、4は上側酸化物2における接触
穴、6はエピタキシーポリシリコン(すなわち高い堆積
速度を達成するためにエピタキシー反応器において堆積
されたポリシリコン)からなる層、7はアルミニウムか
らなるボンディングパッド、8はガラスはんだ層、9は
第1のトレンチ、9′は第2のトレンチ、20はエピタ
キシーポリシリコンからなるボンディングパッド台、2
1はエピタキシーポリシリコンからなるフレーム、25
は係止範囲22及び露出した範囲23を有する可動の要
素、60はポリシリコンからなる層6の一部としてのポ
リシリコン接触プラグ、13はSi保護キャップ又はウ
エーハキャップ、B1〜B5は接触範囲、L1〜L5導
体路範囲、Iはセンサコア範囲、IIは偽装縁範囲、I
IIはボンディングパッド範囲、かつSは汚れ粒子を示
している。
【0006】この加速度センサのための公知の製造技術
において、種々の層は、典型的に次の厚さを有する: アルミニウムボンディングパッド7: 1.35μm ポリシリコンからなる層6: 10.30μm 第2の酸化物2: 1.60μm 埋め込まれた導体路層3 0.45μm 第1の酸化物1: 2.50μm 通常の技術において、ポリシリコンからなる10μmの
厚さの層6からなる構造は、トレンチ(トレンチ形成)
及びその下にある犠牲層(酸化物1、2)の除去によっ
て露出する。
【0007】範囲Iにおいてアンダエッチングは、自由
に可動のセンサ要素を得るために必要であり、かつ望ま
しい。それに反して範囲IIIにおいて、アンダエッチ
ングは、次に述べるように、きわめて不所望であり、か
つ不利である。範囲IIは、完全にポリシリコンによっ
て覆われており、かつSi保護キャップ13によるセン
サのハーメチックなカプセル化のために使われる。
【0008】図4による範囲IIIの拡大された表示か
ら明らかなように、センサコア範囲Iにおける可動の構
造と同じプロセス工程において切離されるポリシリコン
からなる10μmの厚さのボンディングパッド台20
は、アルミニウムボンディングパッド7を有し、かつ接
触プラグ60を介してその下にある薄いLPCVDポリ
シリコン導体路3に接続されている。犠牲層エッチング
の前に、LPCVDポリシリコン導体路3は、酸化物層
1、2の間に埋め込まれている。
【0009】センサの可動の要素25のための犠牲層と
して同時にエッチングされる範囲における第1及び第2
の酸化物層1、2のエッチングの際に、上側の酸化物2
は完全に、かつ下側の酸化物1は部分的に、除去され
る。その際、ボンディングパッド台20及び導体路層3
の図示したアンダエッチングに至る。
【0010】これらの位置において、とくにのこぎり切
断の際にのこぎり切断スラッジの形に形成されるような
導通可能な汚れ粒子Sが堆積し、かつボンディングパッ
ド台20と基板10の間又はボンディングパッド台20
と導体路層3の間に電気分路を生じる。
【0011】さらに埋め込まれた導体路層3又はボンデ
ィングパッド台20のアンダエッチングされたエピタキ
シーポリシリコン縁の損傷が起こることがあり、しかも
とくにのこぎり切断の後に行なわれる高圧清掃の際に起
こることがある。その結果は、可能な分路、抵抗の上昇
及び汚れた割れ縁である。
【0012】犠牲層エッチングの後に、導体路層2が、
もはや誘電体によって覆われていないことは、一般に不
利であり、このことは、通常のIC設計の安全規則に違
反する。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】したがって一般に本発
明の基礎とする問題は、このような分路を簡単に避ける
ことができるように、初めに述べた方法をさらに発展さ
せることにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】ボンディングパッドのア
ンダエッチングを避けるための通常の発端は、ネガ型レ
ジストによってボンディングパッドの回りの第2のトレ
ンチ9′を覆うことを考慮している。
【0015】これがほぼ10μmより大きな段高さの際
にプロセス技術において困難であり、かつすべてのセン
サ構造においてかつて可能であったことがないことは、
この発端において不利とわかった。ネガティブラッカ
も、HFによっていっぱいに吸い込まれかつそれからア
ンダエッチングをもはや防ぐことができないので、犠牲
層のHFガス層エッチングの後に、即座に取り除かなけ
ればならない。その際、トレンチにおけるラッカの完全
な除去は、複雑なものとなり、かつすでにわずかな残留
物が、くし形構造の粘着を引起こすことがある。
【0016】第2の発端は、ボンディングパッド台の下
及びボンディングパッド台の回りの所定の範囲において
犠牲層上に、ボンディングパッド台の下の犠牲層の完全
なアンダエッチングを避けるために追加的な保護層が、
少なくとも暫定的に設けられていることを考慮してい
る。このことは、製造プロセスを高価にする。
【0017】特許請求の範囲第1項の特徴を有する本発
明による方法は、公知の解決策の発端に対して次のよう
な利点を有する。すなわち公知の方法の簡単な変形によ
り、すなわち1つのエッチングプロセスを付け加えるだ
けで、犠牲層のアンダエッチングは、もはやボンディン
グパッド台の下において生じず、かつ接触範囲の回りに
おいて露出した導体路との分路又はその他の分路、例え
ば基板との分路の危険は、もはや存在しない。高圧清掃
の際の損傷も、もはや生じない。それによりマイクロマ
シンの構成要素の信頼性及び動作能力を、著しく高める
ことができる。
【0018】本発明の基礎となる思想は、第2の範囲に
おける絶縁層が、第1の範囲に可動の要素を形成する際
に、導体層によって保護されたままであるという点にあ
る。
【0019】換言すれば、導体層は、これが犠牲層エッ
チングの際に範囲Iだけにおいてトレンチ形成されるが
範囲IIIにおいてトレンチ形成されていないことによ
って、保護層として使われる。したがって犠牲層エッチ
ングの際に、可動の要素の製造のためにセンサコア範囲
における犠牲層だけが除去される。有利には偽装の後
に、導体層は、2度トレンチ形成され、しかも範囲II
Iだけにおいてトレンチ形成されるが、範囲Iにおいて
はトレンチ形成されない。なぜならここでは厚い保護キ
ャップが、ちょうどマスクとして動作するからである。
【0020】特許請求の範囲の従属請求項に、特許請求
の範囲第1項に記載された方法の有利な変形及び改善が
存在する。
【0021】有利な変形によれば、第2のトレンチを、
第1の範囲における可動の要素の形成の後に、有利には
そのカプセル化の後に初めて形成する。それによりエッ
チング剤は、可動の要素の形成の際に接触範囲の下の絶
縁層及び第2の範囲における導体路には到達しない。
【0022】別の有利な変形によれば、接触要素上に金
属化パッドを形成し、かつ第2の範囲における接触要素
を形成するために、金属化パッドをマスクとして利用し
て、第2のトレンチをエッチングし、その際、カプセル
化により第1の範囲をマスクする。このことは、実現困
難な追加的なマスク平面を節約する。
【0023】別の有利な変形によれば、第1のトレンチ
を形成する際に、範囲において絶縁層上に導体層の窓範
囲を露出エッチングし、この窓範囲を、第1の範囲にお
けるエッチングの最終点認識のために基準として利用す
る。
【0024】別の有利な変形によれば、窓範囲の下にお
いて絶縁層内に、垂直エッチングストッパとして導体路
層範囲が埋め込まれている。このことは、犠牲層エッチ
ングの際の基板の露出を阻止する。
【0025】別の有利な変形によれば、導体層が接触要
素の方向への横向きエッチングストッパとして作用する
ように、導体路層範囲の縁を導体層に結合する。このこ
とは、接触要素又は導体路のアンダエッチングを阻止す
る。
【0026】別の有利な変形によれば、基板と導体層
は、シリコンからなる。ここに埋め込まれた構造化され
た導体路層を含む絶縁層を設ける工程は、この時、有利
には次の工程を有する:第1の酸化物層を形成するため
に基板を酸化し、第1の酸化物層上に導体路層を堆積し
かつ構造化し、かつ構造化された導体路層及び回りを囲
む第1の酸化物層上に第2の酸化物層を形成する。
【0027】
【実施例】本発明の実施例を図面に示しかつ次の説明に
おいて詳細に説明する。
【0028】図において同じ参照符号は、同じ又は機能
的に同じ構成部分を示している。
【0029】図1a〜dは、それ自体周知のマイクロマ
シンの加速度センサに適用した本発明による構成の概略
的な横断面表示を示している。
【0030】その際、わかりやすくする理由により、図
2から範囲IIIだけが図示されている。範囲I及びI
Iに関するそれ以上の詳細については、とくに初めに挙
げたドイツ連邦共和国特許出願公開第19537814
号明細書を参照されたい。
【0031】図1a〜dにおいて、すでに導入された参
照符号に加えて、30はフォトレジスト層、3′は垂直
エッチングストッパとして使われる導体路層範囲、65
は横向きエッチングストッパとして使われる導体路層範
囲3′を含む導体層6の結合範囲、かつFEは窓範囲を
示している。
【0032】シリコン基板10上に第1の絶縁層1が、
かつその上に導体路層3が取付けられる。第1の絶縁層
1において、ほぼ2.5μmの厚さの酸化物層が、かつ
導体路層3において、ほぼ0.45μmの厚さのドーピ
ングされたLPCVDポリシリコン層が問題になる。こ
れに導体路層3の構造化が続き、かつ構造化された導体
路層3及び回りを囲む第1の酸化物層1の上におけるほ
ぼ1.6μmの厚さの第2の酸化物層の形の第2の絶縁
層2の形成が続く。
【0033】公知のプロセスと相違して、窓範囲FEの
下において絶縁層1、2内に、後の垂直エッチングスト
ッパとして導体路層範囲3′が埋め込まれる。
【0034】第2の酸化物層2における接触穴4の形
成、及びLPCVDポリシリコンからなる薄い層による
表面の被覆の後に、ほぼ10μmの厚さを有するポリシ
リコン層の形の導体層6のエピタキシーが行なわれる。
【0035】公知のプロセスと相違して、その際、導体
路層範囲3′は、その縁において、接触穴4を通って延
びた区間65を介して導体層6に接続され、その際、導
体層6のこの区間65は、後に接触要素20の方向への
横向きのエッチングストッパとして作用する。
【0036】厚い導体層6の上側に、その後になお、ボ
ンディングパッドのための構造化されたアルミニウム金
属層7が取付けられ、このアルミニウム金属層は、ほぼ
1.3μmの厚さを有する。
【0037】別のフォトリソグラフ工程において、次の
トレンチエッチングプロセスのために、フォトレジスト
30による厚い導体層6の構造化されたマスキングが行
なわれる。
【0038】公知のプロセスと相違して、その際、範囲
IIIは、窓範囲FEを除いてフォトラッカによって覆
われる。それから周知のように、第1の範囲Iにおける
可動の要素25の形成が行なわれ、すなわち厚い導体層
6を通した第1のトレンチ9の異方性プラズマエッチン
グにより、かつ可動の要素25の下における第2の酸化
物層2及び第1の酸化物層1を除去するために酸化物エ
ッチング剤(ガス状のHF)のそれに続く利用によって
行なわれる。
【0039】範囲IIIにおいて、プラズマエッチング
の際に、最終点検出のための窓FEの範囲におけるシリ
コンだけがエッチングされる。すなわちセンサコア範囲
における導体層のエッチングは、センサ特性に決定的な
影響を及ぼすきわめて重要なプロセスである。精密なプ
ロセス管理のために、プロセス最終点を検出するため、
いわゆる光学放射スペクトロスコープが使用される。こ
の方法は、例えば十分に大きなシリコン面がエッチング
されるときにだけ、満足に機能する。第1のエッチング
の際に、第1の範囲における、すなわちセンサコア範囲
におけるトレンチのエッチングだけに限定すれば、この
方法により確実な最終点認識が保証されていない。
【0040】それ故に第2の範囲IIIにおいて前記の
窓面FEが利用され、この窓面は、最終点認識に貢献す
るが、それに続く犠牲層エッチングの際に接触要素又は
導体路に対する欠点を引起こさないよう配置されてい
る。すなわち次の酸化物エッチングの際、なんらかの妨
害となるアンダエッチングに至ることなく、導体路層範
囲3′の上及び図1cにおいて区間65の右横にある酸
化物層2の範囲だけがエッチングされる。
【0041】別のプロセス経過において、ガラスはんだ
8によりフレーム21上におけるSi保護キャップ13
の閉じた取付けにより、センサコア範囲Iの仕上げが行
なわれる。
【0042】その後初めて、第2の範囲IIIにおい
て、接触プラグ60を介して導体路層3に電気的に接続
される接触要素20の本発明により分離された形成が行
なわれる。その際、接触要素20における金属化パッド
7は、第2のトレンチ9′のプラズマエッチングの際に
マスクとして使われ、これらのトレンチは、第2の範囲
IIIにおいて接触要素又はボンディングパッド20を
囲んでいる。この時点において、フォトプロセスは、高
い微細構造(キャップにおける380μmの深さの穴)
に基づいて、もはやほとんど不可能なので、このことは
目的に合っている。それ故にフォトマスクを用いずにエ
ッチングプロセスが行なわれ、かつその際、厚いキャッ
プ又はカプセル化は、センサコア範囲Iをエッチング剤
から保護する。
【0043】金属化パッドがエッチングマスクとして使
われる接触要素の範囲において、アルミニウムに対する
シリコンのエッチングの際に十分に存在するようなエッ
チングプロセスの相応する選択度に注意するだけでよ
い。
【0044】プロセスの最後に、のこぎり切断及び高圧
清掃による構成要素の個別化が行なわれる。
【0045】図1dは、完成した加速度センサのボンデ
ィングパッド20の横断面を示している。絶縁層1、2
は、まだ完全にその下及びその側方に維持されている。
導体路も、通常の方法とは相違して、その上側において
第2の酸化物層2によって絶縁されている。それにより
アンダエッチング及び損傷は避けられ、導体路は絶縁さ
れており、したがって導通粒子による分路は排除されて
いる。
【0046】前記のように本発明を有利な実施例によっ
て説明したが、本発明は、これに限定されているわけで
はなく、種々に変形することができる。
【0047】とくに本発明によるボンディングパッド構
造は、マイクロマシンの加速度センサに適用できるだけ
ではなく、任意のマイクロマシンの構成要素に適用する
ことができる。個々の層のための材料の選択は、記載さ
れた材料に限定されいない。とくに本発明は、シリコン
構成要素のためだけでなく、その他のマイクロマシンの
材料からなる構成要素のためにも利用することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】マイクロマシンの加速度センサに適用した本発
明による方法の構成を示す概略的な横断面図である。
【図2】通常の方法によって製造される周知のマイクロ
マシンの加速度センサを示す概略的な横断面図である。
【図3】図2による周知のマイクロマシンの加速度セン
サを示す概略的な平面図である。
【図4】本発明による問題を説明するために図2による
周知のマイクロマシンの加速度センサの接触範囲を示す
拡大した略図である。
【符号の説明】
1 絶縁層、 2 絶縁層、 3 導体路層、 3′
導体路層範囲、 4接触穴、 6 導体層、 7 金属
化パッド、 8 ガラスはんだ層、 9 第1のトレン
チ、 9′ 第2のトレンチ、 10 基板、 13
保護キャップ、 20 ボンディングパッド台、 22
係止範囲、 23 孤立範囲、 25 可動の要素、
30 フォトレジスト層、 60 接触プラグ、 6
5 結合範囲、 100 マイクロマシン加速度セン
サ、 B1〜B5 接触範囲、L1〜L5 導体路範
囲、 FE 窓範囲、 I センサコア範囲、 II
偽装縁範囲、 III ボンディングパッド範囲、 S
汚れ粒子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ホルスト ミュンツェル ドイツ連邦共和国 ロイトリンゲン グル オバッハシュトラーセ 60 (72)発明者 フランツ レルマー ドイツ連邦共和国 シユツツトガルト ヴ ィティコヴェーク 9 (72)発明者 ミヒャエル オッフェンベルク ドイツ連邦共和国 キルヒェンテリンスフ ルト ブライケシュトラーセ 13 (72)発明者 ハインツ−ゲオルク フォッセンベルク ドイツ連邦共和国 プフリンゲン クロス ターシュトラーセ 3

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板(10)を準備し、基板(10)上
    に絶縁層(1,2)を設け、この絶縁層には構造化され
    た導体路層(3)が埋設されており、絶縁層(1,2)
    上に導体層(6)を設け、この導体層が、第1の範囲
    (I)と第2の範囲(III)を有し、導体層(6)の
    下の絶縁層(1,2)の少なくとも一部を除去するため
    に、第1のトレンチ(9)の形成及び第1のトレンチ
    (9)によるエッチング剤の案内によって、第1の範囲
    (I)に可動の要素(25)を形成し、第2のトレンチ
    (9′)の形成によって第2の範囲(III)に導体路
    層(3)に電気的に接続する接触要素(20)を形成
    し、かつ第1の範囲(I)において形成された可動の要
    素(25)をカプセル化する工程を有する、マイクロマ
    シンの構成要素の製造方法において、第2の範囲(II
    I)における絶縁層(1,2)を、第1の範囲(I)に
    おける可動の要素(25)の形成の際に、導体層(6)
    によって保護されたままに維持することを特徴とする、
    マイクロマシンの構成要素の製造方法。
  2. 【請求項2】 第2のトレンチ(9′)を、第1の範囲
    (I)における可動の要素(25)の形成の後に、有利
    にはそのカプセル化の後に、初めて形成する、請求項1
    に記載の方法。
  3. 【請求項3】 接触要素(20)上に金属化パッド
    (7)を形成し、かつ第2の範囲(III)における接
    触要素(20)を形成するために、金属化パッド(7)
    をマスクとして利用して、第2のトレンチ(9′)をエ
    ッチングし、その際、カプセル化により第1の範囲
    (I)をマスクする、請求項2に記載の方法。
  4. 【請求項4】 第1のトレンチ(9)を形成する際に、
    範囲(III)において絶縁層(1,2)上に導体層
    (6)の窓範囲(FE)を露出エッチングし、この窓範
    囲を、第1の範囲(I)におけるエッチングの最終点認
    識のための基準として利用する、請求項2又は3に記載
    の方法。
  5. 【請求項5】 窓範囲(FE)の下において絶縁層内
    に、導体層(6)のエッチングのための垂直エッチング
    ストッパとして導体路層範囲(3′)を利用し、その
    際、導体層(6)と導体路層が、酸化物エッチングのた
    めのエッチングストッパを形成する、請求項4に記載の
    方法。
  6. 【請求項6】 導体層(6)が接触要素(20)の方向
    における横向きエッチングストッパとして作用するよう
    に、導体路層範囲(3′)の縁を導体層(6)に結合す
    る、請求項5に記載の方法。
  7. 【請求項7】 基板(10)と導体層(6)が、シリコ
    ンからなり、かつここに埋め込まれた構造化された導体
    路層(3)を含む絶縁層(1,2)を設ける工程が、第
    1の酸化物層(1)を形成するために基板(10)を酸
    化し、第1の酸化物層(1)上に導体路層(3)を堆積
    させ、かつ構造化し、かつ構造化された導体路層(3)
    及び回りを囲む第1の酸化物層(1)上に第2の酸化物
    層(2)を形成する工程を有する、請求項1〜6までの
    いずれか1項に記載の方法。
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