JP2003530233A - マイクロメカニカル構成素子及び相応する製造法 - Google Patents
マイクロメカニカル構成素子及び相応する製造法Info
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Abstract
Description
クロメカニカル作用平面上に設置された被覆平面及び該被覆平面上に設置された
導電帯平面を有するマイクロメカニカル構成素子に関するものである。本発明は
、また、相応する製造法に関するものでもある。
例えば導電帯作用のことと解すべきである。
タに使用可能であるにもかかわらず、本発明並びに本発明を基礎づける問題は、
シリコン表面マイクロメカニズムの技術において製造可能な、例えば加速度セン
サに関連して説明する。
面マイクロメカニズム(OMM)における一体型集積慣性センサ(monoli
thisch integrierte inertiale Sensor)
が公知である(アナログデバイス)。これによって、取り扱い及び実装の際によ
り高額の費用が発生する。
とができるとすれば、例えばその際、OMM構造体は、第二のフードウェーハを
用いて被覆される。包装の前記の種類は、OMM加速度センサのコストの割合を
高くしてしまう。これらのコストは、フードウェーハとセンサウェーハの間の大
面積の封止面積を必要とすること及びフードウェーハの高価なパターン付与(2
〜3のフード、バルクマイクロメカニズム)に基づいて発生する。
素子と接続されている。リード線とボンディングワイヤとの中での寄生によって
発生する寄生効果を放置でき、センサ作用に対して優勢な影響をもはや有してい
ない程度の大きさにセンサ素子を選択する必要が生じる。更に、寄生効果のため
、フリップチップ技術が不可能である。
るにすぎない高い感度の電極を接続しうる場合には、マイクロメカニズムにとっ
て本質的により小さな面積ですませることもできた。
ムの構造及び表面マイクロメカニズムにおけるセンサの気密のフード施与のため
の方法が記載されている。この場合、公知の技術的方法を用いるセンサ構造体の
製造が説明されている。前記の気密のフード施与は、高価なパターン付与処理、
例えばKHOエッチングでパターン付与されるシリコンからなる独立したフード
ウェーハを用いて行われる。フードウェーハは、ガラス封じ(封止ガラス)を用
いてセンサ(センサウェーハ)を有する基板上に載置される。このためには、各
センサチップの周囲に、フードの十分な付着及び気密性を保証するために幅広の
ボンドフレームが必要である。これは、センサウェーハ1個当たりのセンサチッ
プの個数を著しく制限する。フードウェーハが大きな場所を必要とし、製造も高
価であるので、センサ・フード施与に対して莫大な費用が割り当てられている。
は単結晶性材料からなり、一部は多結晶性材料からなるマイクロメカニカル加速
度センサを開示している。この公知のマイクロメカニカル加速度センサの製造に
は、エピタキシャル反応器が用いられる。LPCVDポリシリコンからなる開始
層は、エピタキシャル処理の際に多結晶シリコンが成長することになる領域の決
定に用いられる。
請求項9による製造法には、以下の利点がある。1つのチップ上での分析回路及
びセンサ素子の一体型の集積は可能である。センサ素子と分析回路との間の欠陥
を内包する高価なボンディングワイヤを不要にすることもできる。接触において
生じる寄生効果が少ないので、センサ素子の大きさを小さくすることが可能であ
る。1つのチップのみを実装しさえすればよい。この処理は、P4318466
.9から公知のOMM処理に基づくものであり、少なくとも10μmの厚さを有
するエピタキシャルポリシリコンを生じる。構造体に上から接触することができ
るので、OMM処理の簡素化となる。埋設されたポリシリコンを不要にすること
も可能である。
新規のIC処理への適合が簡素化される。構成素子は、センサ原理に応じて、接
続のために、IC上でのこれまでに必要とされたボンドパッドの大きさにまで小
さくすることができ、これによって、余分な面積に基づくICのコストが上昇し
ない。
センサチップを、いわゆるフリップチップ法で、即ち、頭から先に、共融的又は
ゴールドバンプの代わりにボンディングワイヤを用いて接続することも可能であ
る。この技術を用いれば、CSP(チップ・スケール・パッケージ)を有するセ
ンサを製造することもできるが、その際、このパッケージは、チップよりも大き
いが20%を上回ることはない。CSP−パッケージチップは、実装の前に予め
測定及び調整することができる。
晶性の成長との組合せである。この場合、単結晶シリコンは、単結晶性の表面を
出発層として必要とし、多結晶シリコンは、有利にLPCVDによって析出させ
られる多結晶性開始層を必要とする。
れている。
は、その下に存在する単結晶領域の上でエピタキシャル成長している単結晶性領
域並びにその下に存在する多結晶性開始層の上で同時にエピタキシャル成長して
いる多結晶領域を有している。
は、絶縁体層上にSOIの形で基板と一緒に形成される単結晶性領域を有してい
る。これには、埋設されたポリシリコン層を省略でき、エピタキシャル工程を不
要にするという利点がある。シリコンとしては、有利に単結晶性、高ドープ及び
機械的ひずみのない基材を使用することができる。
た、分析回路の1つ又はそれ以上の集積回路素子又は配線素子を有する第二層を
有している。従って、いわゆる一体型集積ワンチップ分離を達成することができ
る。
、可動センサ構造体を有している。
構造体の下に埋設されたポリシリコン層を有している。
プチップ接続素子、有利にゴールドバンプが設けられている。これは、本質的に
平坦な表面によって可能になる接触の1つの頑強な種類である。
成素子が製造可能である。
れる。
横断面図である。
たポリシリコン、4は、犠牲酸化物5の中のコンタクトホール、6は、第一の開
始ポリシリコン、7は、エピタクシーからの第一の単結晶シリコン、8は、第一
のエピタクシーポリシリコン、9は、絶縁トレンチ、10は、可動センサ構造体
、11は、第一の補充酸化物、12は、補充酸化物11中のコンタクトホール、
13は、第二の開始ポリシリコン、14は、エピタクシーからの第二の単結晶シ
リコン、15は、第二のエピタクシーポリシリコン、16は、第一のエピタクシ
ポリシリコンと第二のエピタクシーポリシリコンとの間の電気的及び/又は機械
的結合素子、17は、溝切り、18は、第二の補充酸化物、19は、導電帯の絶
縁用酸化物、20は、交差結合部、21は、導電帯、22は、導電帯21及び補
充酸化物18中のコンタクトホール及び23は、分析回路の電子素子を示してい
る。
クロメカニカル作用平面を示し、200は、可動センサ素子10の気密封止のた
めの被覆平面を示し、300は、導電帯平面を示す。
施態様の場合、一方では、被覆平面200が単結晶性領域14を有しており、該
単結晶清涼域は、その下に存在する単結晶性領域7の上でエピタキシャル成長し
ている。他方では、被覆平面200は、多結晶性領域15を有しており、該多結
晶性領域は、同時に、その下に存在する多結晶性開始層13の上でエピタキシャ
ル成長している。換言すれば、1つの処理工程において、単結晶シリコンと多結
晶シリコンを同時に成長させているのである。
。例として、CMOSトランジスタ23を説明してある。
、該単結晶性領域は、その下に存在する単結晶性基板領域1の上でエピタキシャ
ル成長しており、並びに多結晶性領域8を有しており、該多結晶性領域は、同時
にその下に存在する多結晶性開始層6の上でエピタキシャル成長している。同時
に単結晶成長及び多結晶成長するSiのこの処理工程は、センサ構造体10並び
に被覆平面200のために実施されている。
0の下に埋設されたポリシリコン層3を有している。
横断面図を示している。
とする。これは、エピタキシャル析出する単結晶Si層を必要とする同様の構成
素子を用いる処理並びにエピタクシーを必要としないCMOS処理にも該当する
。従って、この実施例の場合、基板1としての単結晶Siウェーハで開始する。
続き、下方導電帯領域としての埋設されたポリシリコン3の析出及びパターン付
与を行う。次の工程において、犠牲酸化物5を析出させ、かつパターン付与する
。この後、第一の開始ポリシリコン6の析出及びパターン付与、殊に、後のエピ
タクシー工程において単結晶シリコン(図2aの領域7)が基板1の上で成長す
ることになる場所での開始ポリシリコン及び下方酸化物2の除去が行われる。
晶シリコン領域8と一緒に成長させるエピタクシー工程を行う。もう1つの工程
は、結果として生じた構造体の、基板1と多結晶シリコン領域8との間に存在す
る下部構造に基づく不十分な落差の均等化のための場合による平坦化である。
ンタクトホール12の形成のための補充酸化物11のパターン付与を行う。次に
、第二の開始ポリシリコン層13を析出させ、第一の補充酸化物11と一緒にパ
ターン付与し、該補充酸化物11を、単結晶シリコン(図2bの領域14)が領
域7の上で成長することになる場所から除去する。引き続く処理工程において、
領域14に単結晶シリコンと同時に領域15に多結晶シリコンを析出させる第二
のエピタクシー処理を行う。他方で、ポリシリコン領域8とポリシリコン領域1
5との間の下部構造の均等化のために、結果として生じた被覆層の平坦化を場合
により行う。
れを、絶縁及び第一の補充酸化物11の除去のためのエッチングホールとして用
いる。溝切り17のエッチング特性を、図2b中で示したように下に向かっても
拡大するように選択することができる。上方の開口径は、第二の補充酸化物18
の析出を一層迅速に実施でき、ひいては、第二の補充酸化物18の主要量が、可
動センサ構造体10の中へ達することのないようにするために、最小限に選択せ
ねばならない。
酸化物5及び第一の補充酸化物11の除去による可動センサ構造体10のクリア
ランスを行う。クリアランスを、より良好に制御するために、2つの工程に分割
してもよいが、その際、第一の補充酸化物11の析出の前に、下方酸化物2及び
5を除去し、その後ではじめて第一の補充酸化物11を析出させる。この処理の
1つの主たる利点は、現在ではHF−蒸気を用いて行われている犠牲層のエッチ
ングの際に、バック・エンド・プロセスでは極めて困難かつ費用をかけてのみ保
護することができるにすぎない電子回路及びアルミニウムは存在していないこと
にある。
化物18による空隙の最終的な閉鎖の際の予め定めた圧力及び予め定めたガス雰
囲気の調節を行うが、これは、封じ込められたガスの性質、従って、就中機械的
センサ構造体10の減衰を定めるものである。
処理又はBiCMOS処理を分析回路の製造のために単結晶シリコン領域14に
おいて行うことができる。この後、導電帯平面300、殊に酸化物19及び導電
帯アルミニウム21の析出及びパターン付与が行われる。構成素子の仕上げのた
めに、通常、標準IC構成素子の場合のようにチップのカット及び取り付けが行
われる。
横断面図である。
示し、25は、絶縁体(インシュレータ)層を示している。従って、この2つの
実施態様の場合には、基板1、絶縁体層25及び単結晶シリコン層24が、自体
公知のSOI構造を形成している。
3、犠牲酸化物5中のコンタクトホール4、犠牲酸化物5、第一の開始ポリシリ
コン6、エピタクシーからの第一の単結晶シリコン7及び第一のエピタクシーポ
リシリコン8が省略されている。
活性構造体が、SOI材料24から形成されるので、多数の処理工程が不要であ
る。全体の配線は、この第二の実施態様の場合には、導電帯平面30中に敷設さ
れている。
によって制限されるものではなく、種々の方法で変性される。
料、例えばゲルマニウムを使用することができる。
こともできる。
晶出等をさせることもできる。
横断面図である。
断面図である。
横断面図である。
ン、 4 コンタクトホール、 5 犠牲酸化物、 6 第一の出発ポリシリコ
ン、 7 第一の単結晶シリコン、 8 第一のエピタクシーポリシリコン、
9 絶縁トレンチ、 10 可動センサ構造体、 11 第一の補充酸化物、
12 コンタクトホール、 13 第二の開始ポリシリコン、 14 第二の単
結晶シリコン、 15 第二のエピタクシーポリシリコン、 16 結合素子、
17 溝切り、 18 第二の補充酸化物、 19 導電帯の絶縁用酸化物、
20 交差結合部、 21 導電帯、 22 コンタクトホール、 23 電
子素子、 100 マイクロメカニカル作用平面、 200 被覆平面、 30
0 導電帯平面
Claims (9)
- 【請求項1】 基板(1); 該基板上に設けられた作用平面(100); マイクロメカニカル作用平面(100)上に設けられた被覆平面(200);及
び 該被覆表面(200)上に設けられた導電帯平面(300) を有するマイクロメカニカル構成素子であって、 被覆平面(200)が、単結晶性領域(14)を有し、該単結晶性領域がその下
に存在する単結晶性領域(7:14)の上でエピタキシャル成長しており;及び
被覆平面(200)が、有利に多結晶性領域(15)を有し、該多結晶性領域が
同時に、その下に存在する多結晶性開始層(13)の上でエピタキシャル成長し
ている、マイクロメカニカル構成素子。 - 【請求項2】 マイクロメカニカル作用平面(100)が、単結晶性領域(
7)を有し、該単結晶性領域が、その下に存在する単結晶性領域(1)の上でエ
ピタキシャル成長しており、並びに多結晶性領域(8)を有し、該多結晶性領域
が同時に、その下に存在する多結晶性開始層(6)の上でエピタキシャル成長し
ている、請求項1に記載のマイクロメカニカル構成素子。 - 【請求項3】 マイクロメカニカル作用平面(100)が、単結晶性領域(
24)を有し、該単結晶領域が、絶縁層(25)の上にSOIの形で基板(1)
とともに形成されている、請求項1に記載のマイクロメカニカル構成素子。 - 【請求項4】 被覆平面(200)の単結晶性領域(14)が、分析回路の
1つ又はそれ以上の集積回路素子(23)又は配線素子を有する、請求項1から
3までのいずれか1項に記載のマイクロメカニカル構成素子。 - 【請求項5】 マイクロメカニカル作用平面(100)の多結晶性領域(8
)が、可動センサ構造体(10)を有する、請求項1から4までのいずれか1項
に記載のマイクロメカニカル構成素子。 - 【請求項6】 マイクロメカニカル作用平面(100)が、埋設されたポリ
シリコン層(3)を、可動センサ構造体(10)の下に有している、請求項5に
記載のマイクロメカニカル構成素子。 - 【請求項7】 導電帯平面(300)中に、フリップチップ接続素子、有利
にゴールドバンプが設けられている、請求項1から6までのいずれか1項に記載
のマイクロメカニカル構成素子。 - 【請求項8】 シリコン表面マイクロメカニズムにおいて製造可能である、
請求項1から7までのいずれか1項に記載のマイクロメカニカル構成素子。 - 【請求項9】 基板(1)の準備; 該基板(1)上でのマイクロメカニカル作用平面(100)の設置; 該マイクロメカニカル作用平面(100)の上での被覆平面(200)の設置;
該マイクロメカニカル作用平面(100)の上でのポリシリコン出発層(13)
の領域に応じた設置及びマイクロメカニカル作用平面(100)の単結晶性領域
(7、24)の領域に応じた露出; 露出された単結晶性領域(7、24)の上での単結晶性領域のエピタキシャル析
出及び同時に多結晶性出発層(13)の上での多結晶性領域(15)のエピタキ
シャル析出; 被覆平面(200)の上での導電帯平面(300)の領域に応じた設置 の工程を有するマイクロメカニカル構成素子の製造法。
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