JPH06112509A - マイクロマシンの製造方法 - Google Patents

マイクロマシンの製造方法

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JPH06112509A
JPH06112509A JP25829192A JP25829192A JPH06112509A JP H06112509 A JPH06112509 A JP H06112509A JP 25829192 A JP25829192 A JP 25829192A JP 25829192 A JP25829192 A JP 25829192A JP H06112509 A JPH06112509 A JP H06112509A
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JP
Japan
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polycrystalline silicon
thin film
silicon thin
film
micromachine
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JP25829192A
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Mikio Mori
幹雄 毛利
Hiroaki Kakinuma
弘明 柿沼
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 多結晶シリコン薄膜を利用して製造されるマ
イクロマシン例えばマイクロ圧力センサを従来より低温
プロセスで製造すること。 【構成】 マイクロ圧力ゲージの空洞部形成のために使
用する犠牲層用の多結晶シリコン薄膜43と、歪みゲー
ジ用の多結晶シリコン薄膜47とを、ガラス基板41を
300℃の温度に加熱した状態で、SiF4 の流量を4
00SCCM、SiH4 の流量を10SCCM、H2
流量を500SCCM、RFパワー密度を0.1W/c
2 、成膜時での反応室の上記原料ガスによる全圧を3
00Pa(約2.25Torr)とした条件のプラズマ
CVD法により形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、マイクロマシーニン
グ技術と多結晶シリコン薄膜とを利用したマイクロセン
サを製造する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、微細加工技術を駆使して微細な機
能装置例えば圧力センサ、歯車などを作製する試みがな
されている。この種の装置はマイクロマシンと称され、
そして、これを作製する技術はマイクロマシーニング技
術と称されている。
【0003】シリコンを用いたマイクロマシーニング技
術は、大別すると、二つの方法がある。その一方は、シ
リコンバルクを加工しマイクロマシンを得る方法、他方
は下地上にシリコン薄膜例えば多結晶シリコン薄膜を形
成しこれを加工してマイクロマシンを得る方法である。
これらの方法により、マイクロマシンとしての例えばマ
イクロ圧力センサを作製する例が、例えば文献(月刊Se
micnductor world(セミコンダクタワールド),199
0,12,p201ー205)に開示されている。
【0004】この文献によれば、シリコンのバルクを用
いる場合は、単結晶シリコン基板の裏面側から異方性エ
ッチングによってこの基板を所定量エッチングすること
により、基板表面側にシリコン残存部より成る薄肉の受
圧ダイヤフラムが形成される。その後、歪み応力を検出
するためのピエゾ抵抗がこのダイヤフラム上に形成さ
れ、また、このピエゾ抵抗と共にホイートストンブリッ
ジを構成する補償用抵抗がダイヤフラム周囲のシリコン
基板部分上に形成される。一方、シリコン多結晶を用い
るマイクロマシーニング技術の場合は、マイクロ圧力セ
ンサは、以下に図2(A)〜(C)、図3(A)及び
(B)、図4(A)及び(B)を参照して説明するよう
な方法によって作製されていた。
【0005】先ず、基板11としてこの場合シリコン基
板11上にLPCVD(減圧CVD)法により厚さ50
nmのシリコン窒化膜13が形成される。このシリコン
窒化膜13は後に行なわれるアルカリ液によるエッチン
グ工程(詳細は後述する。)で基板11をそのエッチャ
ントから保護するためである。次に、このシリコン窒化
膜13上にLPCVD法により犠牲層となる厚さ200
nmの多結晶シリコン膜が形成され(図示せず。)、そ
して、この多結晶シリコン膜がフォトリソグラフィ技術
及びエッチング技術によってパターニングされて、直径
が100μmの多結晶シリコン領域15とされる。次
に、この多結晶シリコン領域15を覆うためのシリコン
窒化膜17がLPCVD法により形成される(図2
(A))。
【0006】次に、このシリコン窒化膜17上にLPC
VD法により多結晶シリコン膜19が形成される(図2
(B)。その後、この多結晶シリコン膜19にボロンが
イオン注入法により導入される。次に、この多結晶シリ
コン膜19がフォトリソグラフィ技術及びリアクティブ
イオンエッチング技術によりパターニングされて、歪み
ゲージ19aが形成される(図2(C))。
【0007】次に、この歪みゲージ19aを保護するた
めに、これを覆うように、LPCVD法によりシリコン
窒化膜21が形成される(図3(A))。次に、このシ
リコン窒化膜21の一部表面から多結晶シリコン領域1
5に至るような開口部23が、フォトリソグラフィ技術
及びリアクティブイオンエッチング技術によって形成さ
れる。次に、この開口部23を介して多結晶シリコン領
域15にKOH水溶液を接触させる。これにより、この
多結晶シリコン領域15がエッチングされるので、シリ
コン窒化膜17から成るダイヤフラム17aとエッチン
グ跡に空洞25がそれぞれ形成される(図3(B))。
【0008】次に、歪みゲージ19aを保護するために
形成されたシリコン窒化膜21の所定部分に、歪みゲー
ジに配線を接続するためのコンタクトホール27が、フ
ォトリソグラフィ技術及びリアクティブイオンエッチン
グ技術により形成される。そして、公知の方法により配
線29が形成される(図4(A))。その後、この試料
表面上にプラズマCVD法によりシリコン窒化膜31が
形成される。このシリコン窒化膜31により、上述の開
口部23は塞がれるので、上述の空洞25は真空室とな
る。
【0009】この多結晶シリコン薄膜を利用した上述の
製造方法は、バルクのシリコンを加工する方法に比べ、
標準的な半導体製造プロセスが使用でき、然も、微細か
つ高精度にマイクロマシンを形成できるという利点を有
していた。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、多結晶
シリコン薄膜を利用した上述の従来の製造方法では、犠
牲層用、歪みゲージ形成用などの多結晶シリコンをLP
CVD法により形成していたため、成膜温度は低くても
600℃は必要であった。また、結晶性を高めるにはさ
らに高い温度が必要であった。このため、マイクロマシ
ンを形成する基板として例えばガラス基板を用いた場合
は多結晶シリコンの成膜温度によって基板の変形や変質
が生じるので、基板は耐熱性を有するもの例えばシリコ
ン基板等に限られてしまうという問題点があった。
【0011】マイクロマシンを安価に製造すること、ま
た、大型のセンサアレイを製造することを考えると、シ
リコン基板に比べ安価でありまた大型なもののの供給が
可能な例えばガラス基板が使用できる技術が望まれる。
【0012】この発明はこのような点に鑑みなされたも
のであり従ってこの発明の目的は、多結晶シリコンを利
用してマイクロマシンを製造する際により低温な製造プ
ロセスを提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】この目的の達成を図るた
め、この発明によれば、マイクロマーシニング技術によ
り製造されその製造において多結晶シリコン薄膜が使用
されるマイクロマシンを製造するに当たり、多結晶シリ
コン薄膜を、該薄膜が形成される下地の温度を最高でも
350℃としたプラズマCVD法により、形成すること
を特徴とする。
【0014】この発明の実施に当たり、前述のプラズマ
CVD法での原料ガスを、四フッ化シラン(Si
4 )、シラン(SiH4 )及び水素(H2 )の混合ガ
スとしたことを特徴とする。
【0015】ここで、プラズマCVD法の実施条件であ
るが、例えば、この出願の出願人に係る特開平3−25
0624号公報に開示の下記の(a)〜(d)を満たす
条件が好適であると思われる。
【0016】(a)四フッ化シラン(SiF4 )、シラ
ン(SiH4 )及び水素(H2 )の混合ガスの流量比
を、SiF4 /SiH4 >5及び20>H2 /SiF4
>1の範囲内の値とする。
【0017】(b)薄膜形成時におけるパワー密度を
0.5W/cm2 より小さく0.05W/cm2 より大
きな値とする。
【0018】(c)薄膜形成時における成膜室での前記
混合ガスの全圧を0.5〜3.0Torrの範囲内の値
とする。
【0019】(d)薄膜形成時における下地の温度を2
50〜350℃の範囲内の値とする。
【0020】このような条件であれば、低温であって
も、ガラス基板や絶縁膜等の下地上に結晶性に優れる多
結晶シリコン薄膜を密着性良く形成できると考えられる
ので、マイクロマシンで利用するに支障のない多結晶シ
リコン薄膜が得られると考えられるからである。
【0021】なお、この発明において、マイクロマシン
とは、マイクロ圧力センサや歪みゲージ、歯車やアクチ
ュエータなど種々のものをいうものとする。
【0022】
【作用】この発明の構成によれば、耐熱性がシリコン基
板に比べ劣る例えばガラス基板などにマイクロマシンを
作製することができる。また、低温化により試料の昇温
時間や温度降下時間の短縮が図れるから、製造プロセス
の短縮が可能になる。
【0023】
【実施例】以下、この発明のマイクロマシンの製造方法
の実施例について、図4(B)に示したマイクロ圧力セ
ンサを製造する例によって説明する。なお、この実施例
では、基板としてガラス基板を用いる点、基板上にはこ
れを保護するためのシリコン窒化膜(図2(A)のシリ
コン窒化膜13に相当するもの)は設けない点、多結晶
シリコン薄膜の成膜温度を約300℃とした点(詳細は
後述する。)、歪みゲージ形成用多結晶シリコン薄膜へ
の不純物導入をこの膜の原料ガスにドーピングガスを添
加して行なう点、保護膜などの成膜を低温成膜が可能な
方法(この場合スパッタ法)とした点以外は、図2〜図
4を用いて説明した方法及び工程順序と同様な方法及び
工程順序をとる。また、図1(A)〜(D)はこの実施
例の要部の説明に供する工程図である。いずれも試料の
断面図によって示してある。
【0024】先ず、基板41としてこの実施例の場合ガ
ラス基板を用いる。この実施例では、コーニング社製の
商品番号コーニング7059を用いる。このガラス基板
41をフッ酸水溶液(1%)に1〜2秒浸漬し、その
後、充分に水洗する。
【0025】次に、この基板41をプラズマCVD装置
の反応室(図示せず)に入れ、この基板41を300℃
の温度に加熱した状態で、SiF4 の流量を400SC
CM、SiH4 の流量を10SCCM、H2 の流量を5
00SCCM、RFパワー密度を0.1W/cm2 、成
膜時での反応室の上記原料ガスによる全圧を300Pa
(約2.25Torr)とした条件で、この基板41上
に犠牲層としての多結晶シリコン薄膜43を200nm
の膜厚で形成する(図1(A))。なお、この多結晶シ
リコン薄膜43は犠牲層であり後に除去されるので結晶
性はさほど重要でないから、基板温度はさらに低くても
良い。
【0026】次に、この多結晶シリコン薄膜43をフォ
トリソグラフィ技術及びエッチング技術によってパター
ニングして、直径が100μmの多結晶シリコン領域4
3とする。次に、この多結晶領域シリコン領域43を覆
うためのシリコン窒化膜45をスパッタ法により形成す
る(図1(B))。
【0027】次に、このシリコン窒化膜45上に、今度
は歪みゲージ形成用としてのこの場合p型の多結晶シリ
コン薄膜47を例えば200nmの膜厚に形成する(図
1(C))。このp型多結晶シリコン薄膜47は、基板
41を300℃の温度に加熱した状態で、SiF4 の流
量を400SCCM、SiH4 の流量を10SCCM、
2 の流量を500SCCM、RFパワー密度を0.1
W/cm2 、成膜時での反応室の上記原料ガスによる全
圧を300Pa(約2.25Torr)とし、かつ、ジ
ボラン(B2 6 )などのドーピングガスを添加した条
件で、形成する。この場合の多結晶シリコン47はある
程度結晶性が良いことが要求されるので成膜温度は基板
の変質、変形を招かない限り高温(350℃程度まで)
が良いが、300℃でも目的の結晶性は確保される。
【0028】次に、このp型多結晶シリコン膜47をフ
ォトリソグラフィ技術及びリアクティブイオンエッチン
グ技術によりパターニングして、歪みゲージ47aを得
る(図1(D))。
【0029】その後は、図3(A)〜図4(B)を用い
て説明した従来方法に準じた方法により成膜やエッチン
グなどを行ないダイヤフラムや真空室を形成して、目的
のマイクロ圧力センサを得る。ただし、保護膜として使
用される各シリコン窒化膜(図3中のシリコン窒化膜2
1や図4中のシリコン窒化膜31に相当するもの。)の
形成は低温成膜が可能な方法例えばスパッタ法やプラズ
マCVD法により行なう。
【0030】なお、歪みゲージ47a形成用の多結晶シ
リコン薄膜47をガラス基板41の他の部分に残存させ
ておき、この部分に周辺回路を形成しても良い。
【0031】上述においては、この発明のマイクロマシ
ンの製造方法の実施例について説明したが、この発明は
この実施例に限られない。
【0032】例えば、多結晶シリコン薄膜の上述の形成
条件はこの発明の範囲内の一例にすぎず他の条件でも良
い。また、多結晶シリコンの形成工程以外の工程は他の
好適な方法に変更できることは明らかである。また、こ
の発明の方法はマイクロ圧力センサ以外のマイクロマシ
ンで多結晶シリコンを利用するものに広く適用できるこ
とは明らかである。
【0033】
【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、こ
の発明のマイクロマシンの製造方法によれば、マイクロ
マシン製造に用いられる多結晶シリコン薄膜を350℃
より低い成膜温度で形成できるので、耐熱性があまり高
くない基板も使用することができる。したがって、ガラ
ス基板も基板として使用可能になるため、マイクロマシ
ンの低価格化が期待できる。また、低温化プロセスの実
現により工程の簡略化も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)〜(D)は、実施例の説明に供する要部
工程図である。
【図2】(A)〜(C)は、従来の方法の説明に供する
工程図である。
【図3】(A)及び(B)は、従来及びこの発明の説明
に供する図2に続く工程図である。
【図4】(A)及び(B)は、従来及びこの発明の説明
に供する図3に続く工程図である。
【符号の説明】
41:ガラス基板 43:低温成長による多結晶シリコン薄膜 43a:円形の多結晶シリコン領域 45:シリコン窒化膜 47:低温成長によるp型多結晶シリコン薄膜 47a:歪みゲージ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マイクロマーシニング技術により製造さ
    れその製造において多結晶シリコン薄膜が使用されるマ
    イクロマシンを製造するに当たり、 多結晶シリコン薄膜を、該薄膜が形成される下地の温度
    を最高でも350℃としたプラズマCVD法により、形
    成することを特徴とするマイクロマシンの製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のマイクロマシンの製造
    方法において、 前記プラズマCVD法での原料ガスを、四フッ化シラン
    (SiF4 )、シラン(SiH4 )及び水素(H2 )の
    混合ガスとしたことを特徴とするマイクロマシンの製造
    方法。
JP25829192A 1992-09-28 1992-09-28 マイクロマシンの製造方法 Withdrawn JPH06112509A (ja)

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Effective date: 19991130