特開 2024-104919 シリコン構造体の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024104919

(43)【公開日】2024-08-06

(54)【発明の名称】シリコン構造体の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B81C 1/00 20060101AFI20240730BHJP

   C23C 24/10 20060101ALI20240730BHJP

【ＦＩ】

B81C1/00

C23C24/10 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023009360

(22)【出願日】2023-01-25

(71)【出願人】

【識別番号】000108627

【氏名又は名称】タカノ株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】391001619

【氏名又は名称】長野県

(74)【代理人】

【識別番号】110002697

【氏名又は名称】めぶき弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100104709

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 誠剛

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 彰

(72)【発明者】

【氏名】水嵜 英明

【テーマコード（参考）】

3C081

4K044

【Ｆターム（参考）】

3C081AA07

3C081AA17

3C081BA28

3C081BA43

3C081BA44

3C081BA48

3C081CA03

3C081CA14

3C081CA15

3C081CA20

3C081CA23

3C081CA30

3C081CA40

3C081CA42

3C081DA02

3C081DA03

3C081DA04

3C081DA22

3C081EA01

3C081EA21

3C081EA41

4K044AA11

4K044AB02

4K044BA02

4K044BA06

4K044BA08

4K044BA10

4K044BB01

4K044BC05

4K044BC14

4K044CA15

4K044CA18

(57)【要約】

【課題】機械的特性が向上したシリコン構造体におけるシリコンの表面処理方法、シリコン構造体の製造方法を提供する。
【解決手段】シリコン構造体１０におけるシリコンの表面処理方法は、シリコンの表面１００ａをシリサイド化してシリサイド層１２２を形成するシリサイド層形成工程Ｓ１０２と、前記シリサイド層１２２の上にめっき層１２６を形成するめっき層形成工程Ｓ１０４と、を含む。シリコン構造体２０の製造方法は、シリコンの表面２１０ａをシリサイド化してシリサイド層２２２を形成するシリサイド層形成工程Ｓ２０２と、前記シリサイド層２２２の上にめっき層２２６を形成するめっき層形成工程Ｓ２０４と、を含む。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリコンの表面をシリサイド化して、シリサイド層を形成するシリサイド層形成工程と、
前記シリサイド層の上にめっき層を形成するめっき層形成工程と、を含むことを特徴とするシリコン構造体におけるシリコンの表面処理方法。

【請求項2】

請求項１に記載のシリコンの表面処理方法であって、
前記めっき層形成工程は、前記シリサイド層の上に自己整合的にめっき層を形成すること、を特徴とするシリコンの表面処理方法。

【請求項3】

請求項１に記載のシリコンの表面処理方法であって、
前記めっき層形成工程は、無電解めっき又は電解めっきによりめっき層を形成すること、を特徴とするシリコンの表面処理方法。

【請求項4】

請求項１に記載のシリコンの表面処理方法であって、
前記めっき層形成工程は、ニッケル、銅、金、銀、亜鉛、錫、及び、クロムから選択される一又は二以上の金属を含むめっき層を形成すること、を特徴とするシリコンの表面処理方法。

【請求項5】

請求項１に記載のシリコンの表面処理方法であって、
前記シリサイド層形成工程は、前記シリコンの表面であって前記シリサイド層を形成させない領域を設けるために、前記シリサイド層の形成を妨げるシリコン酸化物及び無機化合物から選択される一又は二以上の材料を含む薄膜を形成する工程と、前記シリコンの表面であって前記薄膜が形成されていない領域に金属層を形成する工程と、を含むことを特徴とするシリコンの表面処理方法。

【請求項6】

請求項１に記載のシリコンの表面処理方法であって、
前記シリコンは、支持基板の上方に形成されたシリコン薄膜であること、を特徴とするシリコンの表面処理方法。

【請求項7】

請求項１ないし６のいずれか一項に記載のシリコンの表面処理方法であって、
前記シリコンは、単結晶シリコン、又は、多結晶シリコンであること、を特徴とするシリコンの表面処理方法。

【請求項8】

シリコンの表面をシリサイド化して、シリサイド層を形成するシリサイド層形成工程と、
前記シリサイド層の上にめっき層を形成するめっき層形成工程と、を含むことを特徴とするシリコン構造体の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シリコン構造体の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

機械要素製品、センサ、アクチュエータ、電子回路等を、一枚のシリコン基板、ガラス基板などの上に微細加工技術によって集積化した、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の開発が進められている。ＭＥＭＳの一例として、高真空下における微小空間である電子顕微鏡の中で動作する、機械的振動子を挙げることができる（特許文献１）。

【0003】

特許文献１には、図９に示すように、ＳＯＩ基板の支持基板により形成される基部９０１と、ＳＯＩ基板のシリコン薄膜により形成され、基部９０１から水平に突出したカンチレバーとなる構造体９０２とを備える機械的振動子９００の発明が記載されている。機械的振動子９００においては、基部９０１とカンチレバーとなる構造体９０２の間にある埋め込み酸化膜９０３の一部が除去されている。さらに、埋め込み酸化膜９０３が除去された基部９０１の先端９０５にカンチレバーとなる構造体９０２が直接接合されており、基部９０１の先端９０５を起点とするカンチレバー９０４を備える機械的振動子９００が形成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開ＷＯ２００６／０６２０４８

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載されているシリコン構造体（機械的振動子９００）のように、ＳＯＩ基板のシリコン薄膜が可動部分を形成する場合、シリコン構造体の破壊耐性が十分でないことがある、という問題があった。具体的には、シリコン構造体を製造するプロセスにおいて、特定の形状を有する構造体をエッチングプロセスにより形成するが、エッチングプロセスにおいて、シリコン構造体を構成するシリコンの結晶構造がダメージを受けることがある。このため、シリコン構造体の屈曲やねじりに対する破壊耐性が低下することがある。

【0006】

なお、シリコン構造体の破壊耐性が十分でないという問題は、製造プロセスにおける問題であることから、シリコン構造体がＳＯＩ基板から製造したものでない場合であっても、同様の問題は生じうる。シリコン構造体の破壊耐性が十分でない結果、製品であるシリコン構造体に大きな力が加わったとき、又は、所定期間を超えて使用した場合に、シリコン構造体が破壊してしまうことがある、という課題があった。

【0007】

本発明はかかる課題を解決することを目的とするもので、シリコンの機械的特性、特に破壊耐性が向上したシリコン構造体におけるシリコンの表面処理方法を提供することを目的とする。また、本発明は、シリコンの機械的特性、特に破壊耐性が向上したシリコン構造体の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

［１］本発明のシリコンの表面処理方法は、シリコン構造体におけるシリコンの表面処理方法であって、シリコンの表面をシリサイド化して、シリサイド層を形成するシリサイド層形成工程と、前記シリサイド層の上にめっき層を形成するめっき層形成工程と、を含む。

【0009】

［２］本発明のシリコンの表面処理方法においては、前記めっき層形成工程は、前記シリサイド層の上に自己整合的にめっき層を形成すること、が好ましい。

【0010】

［３］本発明のシリコンの表面処理方法においては、前記めっき層形成工程は、無電解めっき又は電解めっきによりめっき層を形成すること、が好ましい。

【0011】

［４］本発明のシリコンの表面処理方法においては、前記めっき層形成工程は、ニッケル、銅、金、銀、亜鉛、錫、及び、クロムから選択される一又は二以上の金属を含むめっき層を形成すること、が好ましい。

【0012】

［５］本発明のシリコンの表面処理方法においては、前記シリサイド層形成工程は、前記シリコンの表面であって前記シリサイド層を形成させない領域を設けるために、前記シリサイド層の形成を妨げるシリコン酸化物及び無機化合物から選択される一又は二以上の材料を含む薄膜を形成する工程と、前記シリコンの表面であって前記薄膜が形成されていない領域に金属層を形成する工程と、を含むことが好ましい。

【0013】

［６］本発明のシリコンの表面処理方法においては、前記シリコンは、支持基板の上方に形成されたシリコン薄膜であること、が好ましい。

【0014】

［７］本発明のシリコンの表面処理方法においては、前記シリコンは、単結晶シリコン、又は、多結晶シリコンであること、が好ましい。

【0015】

［８］本発明のシリコン構造体の製造方法は、シリコンの表面をシリサイド化して、シリサイド層を形成するシリサイド層形成工程と、前記シリサイド層の上にめっき層を形成するめっき層形成工程と、を含むことを特徴とする。

【発明の効果】

【0016】

本発明のシリコン構造体におけるシリコンの表面処理方法、及び、シリコン構造体の製造方法は、シリコンの表面をシリサイド化してシリサイド層を形成するシリサイド層形成工程を含む。これにより、難めっき材料であるシリコンの表面おいて、めっきを析出させることができる。さらに、シリコンの表面に形成しためっき層は、シリコンの機械的特性、特に屈曲耐性やねじり耐性を向上させることができる。

【0017】

すなわち、本発明の一態様によれば、シリコン表面にめっきを施すことを可能にするとともに、シリコンの機械的特性を向上させることできるシリコン構造体におけるシリコンの表面処理方法を提供することができる。

【0018】

また、本発明の他の態様によれば、シリコン表面にめっきが析出することを可能にするとともに、シリコンの機械的特性を向上させることできるシリコン構造体の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】実施形態１に係るシリコン構造体におけるシリコンの表面処理方法を示すフロー図である。

【図2】実施形態１に係るシリコン構造体におけるシリコンの表面処理方法を説明するために示す図である。

【図3】実施形態２に係るシリコン構造体であるシリコン角柱２０の製造方法を示すフロー図である。

【図4】実施形態２に係るシリコン角柱２０の製造方法を説明するために示す図である。

【図5】実施形態２に係るシリコン角柱の座屈特性評価を説明するために示す図である。図５（ａ）は、実施形態２に係るシリコン角柱２０の座屈特性の評価結果を示す図であり、図５（ｂ）は、シリコン角柱２０の座屈特性の評価方法を示す図である。

【図6】実施形態３に係るシリコン構造体であるカンチレバー３０の製造方法を示すフロー図である。

【図7】実施形態３に係るカンチレバー３０の製造方法を説明するために示す図である。

【図8】実施形態４に係るシリコン構造体であるＭＥＭＳミラー４０の製造方法を説明するために示す図である。

【図9】従来技術に係る機械的振動子９００を説明するために示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明に係るシリコン構造体におけるシリコンの表面処理方法、及び、シリコン構造体の製造方法について、説明する。以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている諸要素及びその組み合わせの全てが本発明に必須であるとは限らない。

【0021】

［実施形態］
１．シリコン構造体におけるシリコンの表面処理方法（実施形態１）
１－１．全体構成
図１は、実施形態１に係るシリコン構造体におけるシリコンの表面処理方法を示すフロー図である。図２は、実施形態１に係るシリコン構造体におけるシリコンの表面処理方法を説明するために示す図である。

【0022】

最初に、実施形態１のシリコンの表面処理方法おいて、表面処理の対象とするシリコンについて説明する。実施形態１において使用するシリコンは、シリコン構造体の一部又は全部を構成することが可能であれば、結晶の種類や形状、大きさは、問わない。

【0023】

結晶の種類としては、単結晶シリコン、多結晶シリコン、非晶質（アモルファス）シリコンを好適に使用することができる。中でも、シリコンとして、単結晶シリコン、多結晶シリコンを使用することが好ましい。シリコンとして、単結晶シリコン、多結晶シリコンを使用することにより、機械的強度に優れるシリコン構造体を製造することができるという点で好ましい。

【0024】

また、シリコンの形状は、薄膜シリコンを使用することができるほか、塊状シリコンを使用することが可能である。中でも、シリコンは、支持基板の上方に形成されたシリコン薄膜であることが好ましく、シリコンは、支持基板の上方に犠牲層を介して形成されたシリコン薄膜であることがより好ましい。

【0025】

以下、図１及び図２を参照しながら、シリコン構造体におけるシリコンの表面処理方法を説明する。なお、以下の説明では、説明の便宜上、シリコン基板１００におけるシリコンの表面１００ａ（以後、「シリコン基板１００におけるシリコンの表面１００ａ」のことを、単に「表面１００ａ」と記すことがある。）の一部にシリサイド層１２２を形成し、シリサイド層１２２の上にめっき層１２６を形成する場合を例に、説明する。

【0026】

実施形態１に係るシリコン構造体１０におけるシリコンの表面処理方法は、図１に示すように、シリサイド層形成工程Ｓ１０２と、めっき層形成工程Ｓ１０４と、を含む。

【0027】

１－２．シリサイド層形成工程
シリサイド層形成工程Ｓ１０２は、表面１００ａをシリサイド化して、表面１００ａにシリサイド層１２２を形成する工程である（図２（ａ）～図２（ｄ）参照）。

【0028】

シリサイド層形成工程Ｓ１０２は、金属層形成工程Ｓ１０２－２と、アニール工程Ｓ１０２－３と、を含む。また、表面１００ａの一部にシリサイド層の形成を妨げる薄膜１０２を形成する工程Ｓ１０２－１と、金属除去工程Ｓ１０２－４と、を含むことができる。

【0029】

シリサイド層の形成を妨げる薄膜１０２を形成する工程Ｓ１０２－１（以後、「薄膜形成工程Ｓ１０２－１」と記すことがある。）は、表面１００ａのシリサイド層１２２の形成を必要としない領域に、シリサイド層１２２の形成を妨げる薄膜１０２を形成する工程である。

【0030】

ここで、シリサイド層の形成を妨げる薄膜１０２（以後、単に「薄膜１０２」と記すことがある。）とは、表面１００ａに薄膜１０２を形成し、さらに薄膜１０２の上にシリコンとシリサイドを形成する金属を含む金属層１２０を形成して熱処理を行ったときに、表面１００ａにシリサイド層が形成されることを妨げる薄膜１０２のことである。具体的には、シリコン酸化物及び無機化合物から選択される、一又は二以上の物質を含む薄膜を例示することができる。

【0031】

表面１００ａのシリサイド層１２２の形成を必要としない領域に薄膜１０２を形成することにより、表面１００ａにおけるシリサイド層１２２の形成が必要である領域に、選択的にシリサイド層１２２を形成することができる。なお、表面１００ａの全ての領域をシリサイド化する場合には、表面１００ａに薄膜１０２を形成する必要はない。

【0032】

金属層形成工程Ｓ１０２－２は、表面１００ａに金属層１２０を形成する工程である（図２（ｂ）参照）。表面１００ａへの金属層１２０の形成は、スパッタリング等の公知の方法により行うことができる。

【0033】

金属層１２０に使用する金属は、シリコンとシリサイドを形成することができる金属であれば特に制限なく使用することができる。金属層１２０に使用することができる金属として、モリブデン、チタン、銅、コバルト、クロム、ニッケル、白金、等の金属を例示することができる。

【0034】

金属層１２０を形成する領域は、表面１００ａのうち、少なくとも、シリサイド層１２２を形成する領域である。なお、上記した薄膜形成工程Ｓ１０２－１において、表面１００ａにおけるシリサイド層１２２の形成を必要としない領域に薄膜１０２を形成している場合には、シリサイド層１２２を形成する領域と、薄膜１０２が形成されている領域の両方に、金属層１２０を形成してもよい。

【0035】

アニール工程Ｓ１０２－３は、金属層１２０を形成したシリコン基板１００に対して熱処理を施し、表面１００ａのうち、シリサイド化を行う領域をシリサイド化して、シリサイド層１２２を形成する工程である（図２（ｃ）参照）。アニール工程Ｓ１０２－３における熱処理条件は、金属層１２０に含まれる金属の種類やシリコンの融点を考慮して、適宜、決定することができるが、一例として１００℃～７００℃の温度範囲を挙げることができる。

【0036】

アニール工程Ｓ１０２－３において、金属層１２０に当接している表面１００ａがシリサイド化され、表面１００ａにシリサイド層１２２が形成される。なお、表面１００ａに薄膜１０２を介して金属層１２０が形成された部分は、薄膜１０２がシリサイド層１２２の形成を妨げるため、表面１００ａがシリサイド化されることはなく、シリサイド層１２２は形成されない。

【0037】

金属除去工程Ｓ１０２－４は、シリサイド化の際にシリサイド化されずシリサイド層１２２の上面に残った金属を、エッチングにより除去する工程である。エッチングは、混酸、過酸化水素系の酸、等を使用したウエットエッチングにより、シリサイド層１２２の上面から、未反応の金属を除去する。さらに、薄膜１０２を除去すると、表面１００ａの所定の領域にシリサイド層１２２が形成されたシリコン基板１００を得ることができる（図２（ｄ）参照）。

【0038】

１－３．めっき層形成工程
めっき層形成工程Ｓ１０４は、シリサイド層１２２の表面に、めっき層１２６を形成する工程である（図２（ｅ）参照）。めっきに使用される材料は、シリサイド層１２２の表面にめっき層１２６を形成可能な材料である限り特に制限されない。なお、めっきに使用可能な材料として、ニッケル、銅、金、銀、亜鉛、錫、及び、クロム等の金属、又は、これらの中から選択される二以上の金属を例示することができる。

【0039】

また、シリサイド層１２２の表面にめっき層１２６を形成する方法は、シリサイド層１２２にめっき層１２６を形成することが可能である限りにおいて、その方法は問わない。なお、めっき層１２６の形成方法として、無電解めっき、又は、電解めっきであることが好ましい。

【0040】

無電解めっき、及び、電界めっきは、多様な種類の金属をシリサイド層１２２の表面に均一に析出させることができる、という点で優れている。また、膜厚が大きなめっき層１２６を、シリサイド層１２２の表面に形成することができる。すなわち、めっき層１２６を無電界めっき、又は、電界めっきにより形成することにより、膜厚が大きく、均一な膜厚を有するめっき層１２６を形成することができる。

【0041】

めっき層１２６は、シリサイド層１２２の上に自己整合的に形成される。すなわち、めっき層形成工程Ｓ１０４においては、シリサイド層１２２の表面のみに、選択的にめっき材料が析出し、シリサイド層１２２が形成されていない表面１００ａには、めっき材料が析出することはない。

【0042】

実施形態１に係るシリコンの表面処理方法は、シリコンの表面１００ａをシリサイド化してシリサイド層１２２を形成するシリサイド層形成工程Ｓ１０２を含む。これにより、めっきが難しい材料であるシリコンの表面１００ａに、めっきを析出させることができる。

【0043】

表面１００ａをめっき層１２６で覆うことにより、シリコンの結晶構造が乱れることによるシリコン構造体１０の破壊を抑制することができる。より具体的には、シリコン構造体１０を屈曲させる力が加わったときにシリコン構造体１０が破壊することを抑制することができる。また、シリコン構造体１０をねじる向きの力が加わったときのねじり耐性を向上させることができる。

【0044】

また、めっき層形成工程Ｓ１０４においては、めっき層１２６は、シリサイド層１２２が形成された領域にのみ、選択的にめっき層１２６が形成される。すなわち、めっき層１２６は、シリサイド層１２２の表面に自己整合的に形成される。

【0045】

すなわち、シリサイド層１２２を形成した領域において、選択的にめっき層を形成することにより、機械的特性を向上させることができ、また電気的導通を確保することができる。一方、シリサイド層１２２を形成しなかった領域においては、めっき層１２６が形成されないので、もともとの表面１００ａが有する特性、例えば平滑面に基づく反射特性を生かしたデバイスを作成することが可能である。

【0046】

２．シリコン構造体の製造方法（実施形態２）
図３は、実施形態２に係るシリコン構造体であるシリコン角柱２０の製造方法を示すフロー図である。図４は、実施形態２に係るシリコン角柱２０の製造方法を説明するために示す図である。なお、図４（ｂ）～図４（ｄ）は、シリコン角柱２０の製造中間体を示す図であるが、断面の構造を示すため、シリコン角柱２０の一部を点線で示している。

【0047】

以下、図３及び図４を参照しながら、シリコン角柱２０の製造方法を説明する。なお、実施形態２に係るシリコン角柱２０の製造方法は、シリコン角柱２０におけるシリコンの表面処理方法を含む。また、実施形態１と説明が重複する場合は、適宜説明を省略することがある。

【0048】

実施形態２に係るシリコン角柱２０の製造方法は、図３に示すように、基材準備工程Ｓ２０１と、シリサイド層形成工程Ｓ２０２と、めっき層形成工程Ｓ２０４と、を含む。

【0049】

２－１．基材準備工程
基材準備工程Ｓ２０１は、材料となる基材を準備する工程である。基材準備工程Ｓ２０１においては、基材となるシリコン基板２００を準備し、所定の厚さになるまでシリコン基板２００を研磨、又は、エッチングを行い、厚さを調整する。研磨等を行った後のシリコン基板２００の厚さは、例えば０．１ｍｍ（１００μｍ）である。なお、研磨後のシリコン基板２００の厚さは例示であり、かかる厚さには限定されない。

【0050】

厚さを所定の厚さに調整したシリコン基板２００は、ダイシングを行い、所定のサイズにカットする。例えば、幅０．１ｍｍ（１００μｍ）、長さ３０ｍｍにカットし、１００μｍ（縦）ｘ１００μｍ（横）ｘ３０ｍｍ（高さ）の柱状の基材２１０（図４（ｂ）参照）を得る。なお、基材２１０の大きさは例示であり、上記した寸法に限定されない。

【0051】

２－２．シリサイド層形成工程
シリサイド層形成工程Ｓ２０２は、基材２１０におけるシリコンの表面２１０ａ（以後、「基材２１０におけるシリコンの表面２１０ａ」のことを単に「表面２１０ａ」と記すことがある。）をシリサイド化して、表面２１０ａにシリサイド層２２２を形成する工程である。すなわち、シリコン基板２００から切り出した柱状の基材２１０の表面２１０ａに、シリサイド層２２２を形成する（図４（ｃ）参照）。
なお、シリサイド層形成工程Ｓ２０２は、実施形態１に係るシリコンの表面処理方法におけるシリサイド層形成工程Ｓ１０２と同じであるので、説明を省略する。

【0052】

２－３．めっき層形成工程
めっき層形成工程Ｓ２０４は、シリサイド層２２２の表面に、めっき層２２６を形成する工程である。すなわち、表面２１０ａに形成したシリサイド層２２２の表面に、めっき層２２６を形成する（図４（ｄ）参照）。
めっき層形成工程Ｓ２０４も、実施形態１に係るシリコンの表面処理方法におけるめっき層形成工程Ｓ１０４と同じであるので、説明を省略する。

【0053】

以上のようにして得られたシリコン角柱２０について、機械的強度の一つである座屈耐性を評価した。

【0054】

評価用サンプルは、市販の単結晶シリコンウエハーから製造した１００μｍ（縦）×１００μｍ（横）×３０ｍｍ（高さ）のシリコン角柱２０とした。まず、市販のシリコンウエハーの一方の面を、基板の厚さが０．１ｍｍ（１００μｍ）になるまで研磨した。その後、厚さが０．１ｍｍになった基板をダイシングして、０．１ｍｍ（縦）×０．１ｍｍ（横）×３０ｍｍ（高さ）の柱状の基材２１０を得た。

【0055】

基材２１０の表面に、シリサイド層２２２を形成し、さらにニッケルのめっき層２２６を形成して、評価用のシリコン角柱２０とした。このときのシリサイド層２２２の形成条件、及び、めっき層２２６の形成条件は、以下に記す通りである。
・シリサイド層２２２の形成条件
金属層 ：ニッケル，３０ｎｍ
熱処理条件：３００℃，５分間
・めっき層２２６の形成条件
めっき方法：無電解めっき
めっき層 ：ニッケル，０．１μｍ

【0056】

図５は、実施形態２に係るシリコン角柱２０の座屈特性評価を説明するために示す図である。図５（ａ）は、実施形態２に係るシリコン角柱２０の座屈特性の評価結果を示す図であり、図５（ｂ）は、シリコン角柱２０の座屈特性の評価方法を示す図である。

【0057】

シリコン角柱２０の耐座屈試験は、以下に記す方法によって行った。図５（ｂ）に示すように、シリコン角柱２０を水平な台２５０の上に鉛直に立て、治具２６０を用いて、シリコン角柱２０を鉛直下方に向かって押圧する。シリコン角柱２０が撓んでも押圧を続け、シリコン角柱２０が破断したときの変位量ｘを最大変位量として測定した。

【0058】

表面２１０ａをシリサイド化し、めっき層２２６を形成したサンプルである「Ｎｉめっき」、及び、表面２１０ａにめっき層２２６を形成しないサンプルである「未処理」について、それぞれ３個のサンプルについてデータを採取し、平均値を測定結果とした。

【0059】

評価結果を図５（ａ）に示す。「未処理」のシリコン角柱２０は、最大変位５４０．５μｍという結果であった。一方、表面２１０ａにニッケルのめっき層２２６を形成した「Ｎｉめっき」のサンプルは、最大変位が１４７９．３μｍという結果であった。表面２１０ａにめっき層２２６を形成したシリコン角柱２０は、表面２１０ａにめっき層２２６を形成しないサンプルに比べ、シリコン角柱２０を座屈させたときの最大変位量が約２．７倍大きくなるという結果になった。このことより、表面２１０ａにめっき層２２６を形成することにより、機械的特性、特に屈曲特性が飛躍的に向上したと言える。

【0060】

以上の結果は、シリコン角柱２０が、エッチングやダイシング等の製造時に受けたダメージを、めっき層２２６で保護することにより、破壊から抑制できることを示すものである。

【0061】

３．実施形態３
図６は、実施形態３に係るシリコン構造体であるカンチレバーの３０の製造方法を示すフロー図である。図７は、実施形態３に係るカンチレバー３０の製造方法を説明するために示す図である。なお、図７（ａ）～図７（ｅ）の各図において、上に示す図は、製造途中又は完成したカンチレバー３０を正面から見た図であり、下に示す図は、製造途中又は完成したカンチレバー３０を上面から見た図である。

【0062】

以下、図６及び図７を参照しながら、カンチレバー３０の製造方法を説明する。なお、実施形態３に係るカンチレバー３０の製造方法は、カンチレバー３０におけるシリコンの表面処理方法を含む。また、実施形態３の説明にあたり、実施形態１～実施形態２と説明が重複する場合は、説明を省略することがある。

【0063】

３－１．基材準備工程
基材準備工程Ｓ３０１において、ＳＯＩ基板３１０を準備する。ＳＯＩ基板とは、図７（ａ）に示すように、シリコン基板３００とシリコン薄膜３１６との間に埋め込み酸化膜が挿入された構造を有する基板のことである。なお、シリコン基板３００とシリコン薄膜３１６との間に設けられた埋め込み酸化膜は、シリコン基板３００とシリコン薄膜３１６とを分離する目的で使用され、エッチングにおける選択性が高い膜であることから、以後、犠牲層３１４と記す。

【0064】

犠牲層３１４は、酸化膜に限定されない。シリコン構造体であるカンチレバー３０の構造を製造するときに、エッチング等の手段により、犠牲層３１４を選択的に取り除くことができれば、犠牲層３１４を構成する材料の種類は問わない。犠牲層３１４を構成する材料として、シリコン酸化膜の他に、シリコン絶縁膜、レジスト、セラミック、等を例示することができる。

【0065】

基材してＳＯＩ基板３１０を使用する場合、犠牲層３１４の一部を除去することにより、シリコン薄膜３１６をシリコン基板３００から離間させることができる。これにより、後で説明する様に、カンチレバー３０の梁部をシリコン基板３００から離間させ、カンチレバー３０として機能させることが可能になる。

【0066】

シリコン薄膜３１６に使用することができるシリコンの種類として、単結晶シリコン、多結晶シリコン、非晶質（アモルファス）シリコンを例示することができる。中でも、単結晶シリコン、又は、多結晶シリコンを使用することが好ましい。シリコン薄膜３１６として、単結晶シリコン、多結晶シリコンを使用することにより、機械的強度に優れるカンチレバー３０を製造することができる。

【0067】

型形成工程Ｓ３０１－１は、シリコン薄膜３１６に構造体の形状を形成する工程である。具体的には、シリコン薄膜３１６に対して、フォトリソ、及び、エッチングを行い、シリコン薄膜３１６に構造体を形成する（図７（ａ）参照）。エッチング方法として、ドライエッチングとウエットエッチングとを挙げることができるが、微細形状を正確に加工できるという点において、ドライエッチングによることが好ましい。

【0068】

図７（ａ）には、犠牲層３１４の上に、後にカンチレバー３０となる構造体が３個、形成されている。各々の構造体は、後にカンチレバー３０の支持部となる支持部３１６ａと、後にカンチレバー３０の梁となる梁部３１６ｂとを含む。

【0069】

３－２．シリサイド層形成工程
シリサイド層形成工程Ｓ３０２は、金属層形成工程Ｓ３０２－２と、アニール工程Ｓ３０２－３と、を含む。

【0070】

金属層形成工程Ｓ３０２－２は、金属層３２０を、シリコン薄膜３１６、及び、露出している犠牲層３１４の上に形成する工程である。金属層３３０に含まれる金属は、シリコン薄膜３１６を構成するシリコンとシリサイドを形成することができる金属であれば、任意の金属を選択することができる。

【0071】

なお、金属として、シリコンに対する拡散係数が小さい金属を選択した場合、アニール工程Ｓ３０２－３により構造体の底面までシリサイド化されることはないので、めっき層形成工程Ｓ３０４において、構造体の底面がめっきされることはない。

【0072】

一方、金属としてシリコンに対する拡散係数が大きい金属、例えば、銅、金、等を選択した場合は、構造体の全体がシリサイド化される。構造体を形成する際のエッチングダメージは、構造体の側面において大きいが、金属層３２０を形成する金属として拡散係数が大きい金属を選択することにより、構造体の厚さ方向の全体に渡って、シリサイド層３２２を形成することができる。この結果、後述するめっき層形成工程Ｓ３０４において、構造体の側面にもめっき層３２６を形成することができ、活性構造体の側面のエッチングによるダメージを修復することができる。これにより、構造体の破壊耐性が向上し、さらに、プローブの低抵抗化も実現することができる。

【0073】

アニール工程Ｓ３０２－３においては、図７（ｂ）に示すように、金属層３２０を形成したシリコン薄膜３１６の表面に対してアニールを施し、シリコン薄膜３１６の表面の全部又は一部をシリサイド化してシリサイド層３２２を形成する。アニール温度は、金属層３２０に含まれる金属の種類やシリコンの融点を考慮して、適宜、決定することができるが、一例として１００℃～７００℃の温度範囲を挙げることができる。

【0074】

アニール工程Ｓ３０２－３においては、シリコン薄膜３１６のみが選択的にシリサイド化され、シリコン薄膜３１６の表面のみにシリサイド層３２２が形成される。犠牲層１１４の表面は、シリサイド化されない（図６（ｂ）参照）。

【0075】

金属除去工程Ｓ３０２－４は、シリサイド化の際にシリサイド化されずシリサイド層３２２の上に残った金属を、エッチングにより除去する工程である（図６（ｃ）参照）。エッチングは、塩酸又は硫酸と過酸化水素とを混ぜたエッチャント、等を使用したウエットエッチングにより行う。

【0076】

３－３．犠牲層除去工程
犠牲層除去工程Ｓ３０３においては、犠牲層３１４のうち、支持部３１６ａの下層に存在する犠牲層３１４を残して、他の犠牲層３１４を除去する。犠牲層３１４を除去することにより、構造体のうち梁部３１６ｂが支持基板３１２から離間する。これにより、カンチレバー３０の構造が完成する。

【0077】

３－４．めっき層形成工程
めっき層形成工程Ｓ３０４は、図６（ｅ）に示すように、シリサイド層３２２の表面に、めっき層３２６を形成する工程である。めっきに使用可能な材料として、ニッケル、銅、金、銀、亜鉛、錫、及び、クロム等の金属、又は、これらの中から選択される二以上の金属を例示することができる。

【0078】

本発明のシリコン構造体の製造方法においては、めっき層３２６を形成することによりシリサイド層３２２の表面に金属からなる層（めっき層３２６）を形成する。シリコン構造体が実施形態３に係るカンチレバー３０のような立体的な形状を有する場合に、スパッタや蒸着により、カンチレバー３０の梁部３１６ｂの上面と側面に、同じ厚さの金属層を形成することは難しい。一方、めっきによりめっき層３２６を形成する実施形態３に係るカンチレバーの製造方法によれば、カンチレバー３０の梁部３１６ｂの側面にも、上面と同じ膜厚のめっき層１２６を形成することができる。

【0079】

以上説明した実施形態３に係るカンチレバー３０の製造方法は、シリコン薄膜３１６の表面をシリサイド化してシリサイド層３２２を形成するシリサイド層形成工程Ｓ３０２を含む。これにより、難めっき材料であるシリコン薄膜３１６の表面に、めっきを析出させることができる。さらに、シリコン薄膜３１６の表面にめっき層３２６を形成することにより、シリコンの機械的特性、具体的には、屈曲特性が向上したシリコンの表面処理方法、及び、カンチレバー３０の製造方法を提供することができる。

【0080】

すなわち、本発明の一態様によれば、シリコン表面をシリサイド化することにより、めっきが析出しやすくなる、換言すると、シリコン表面へのめっき層３２６の形成が容易になるとともに、シリコンの機械的特性を向上させることできるシリコンの表面処理方法を提供することができる。

【0081】

さらに、シリサイド層３１８の上にめっき層３２６を形成することにより、電気的な導通を確保することができる、という効果も併せて得ることができる。

【0082】

４．実施形態４
図８は、実施形態４に係るシリコン構造体であるＭＥＭＳミラー４０の製造方法を説明するために示す図である。なお、図８（ａ）～図８（ｅ）の各図において、上に示す図は、製造途中又は完成したＭＥＭＳミラー４０を正面から見た図であり、下に示す図は、製造途中又は完成したＭＥＭＳミラー４０を上面から見た図である。また、ＭＥＭＳミラー４０の製造方法を示すフロー図は、実施形態３に係るカンチレバー３０の製造方法を示すフロー図と同一であるので、図６を用いて説明することとする。

【0083】

以下、図６及び図８を参照しながら、ＭＥＭＳミラー４０の製造方法を説明する。なお、実施形態４に係るＭＥＭＳミラー４０の製造方法は、ＭＥＭＳミラー４０におけるシリコンの表面処理方法を含む。また、実施形態４の説明にあたり、実施形態１～実施形態３と説明が重複する場合は、説明を省略することがある。

【0084】

４－１．基材準備工程
基材準備工程Ｓ３０１において、ＳＯＩ基板４１０を準備する。次に、型形成工程Ｓ３０１－１において、図８（ａ）に示すように、ＳＯＩ基板４１０のシリコン薄膜４１６に対して、フォトリソ、及び、エッチングを行い、ＳＯＩ基板４１０のシリコン薄膜４１６に、構造体を形成する。構造体は、中央にミラーとなるミラー部４１６ｃと、ミラー部４１６ｃから、図中、左に向かって延びる梁部４１６ｄ、及び、右に向かって延びる梁部４１６ｅとを有する。また、ミラー部４１６ｃの表面には、ＭＥＭＳミラー４０を製造する間、シリコン薄膜４１６の表面に金属が付着することを防止し、シリコン薄膜４１６の表面の平坦性を維持するための薄膜、例えば、酸化膜４１８を形成する。

【0085】

４－２．シリサイド層形成工程
シリサイド層形成工程Ｓ３０２は、金属層形成工程Ｓ３０２－２と、アニール工程Ｓ３０２－３と、を含む。

【0086】

金属層形成工程Ｓ３０２－２は、金属層４２０を、シリコン薄膜４１６及び露出している犠牲層４１４の上に形成する工程である。なお、金属層４２０は、酸化膜４１８の上面にも形成してもよい。金属層４２０に含まれる金属は、シリコン薄膜４１６を構成するシリコンとシリサイドを形成することができる金属であれば、任意の金属を選択することができる。

【0087】

アニール工程Ｓ３０２－３は、少なくとも金属層４２０を形成したシリコン薄膜４１６の表面に対してアニールを施し、シリコン薄膜４１６の表面の全部又は一部をシリサイド化してシリサイド層４２２を形成す工程である（図８（ｂ）参照）。

【0088】

アニール工程Ｓ３０２－３においては、シリコン薄膜４１６のみが選択的にシリサイド化され、シリコン薄膜４１６の表面のみにシリサイド層４２２が形成される。犠牲層４１４はシリサイド化されない。また、構造体のミラー部４１６ｃは、酸化膜４１８で保護されているので、シリサイド化されることはない（図８（ｂ）参照）。

【0089】

金属除去工程Ｓ３０２－４においては、図８（ｃ）に示すように、シリサイド化の際にシリサイド化されずシリサイド層４２２の上面に残った金属を、エッチングにより除去する。

【0090】

４－３．犠牲層除去工程
犠牲層除去工程Ｓ３０３は、犠牲層４１４のうち、ＳＯＩ基板４１０における、図中、左右両端の領域の犠牲層４１４を残して、他の犠牲層４１４を除去する工程である（図８（ｄ）参照）。これにより、ミラー部４１６ｃと、及び、梁部４１６ｄ、梁部４１６ｅとを含む構造体が、支持基板４１２から離間したＭＥＭＳミラー４０の構造が完成する。さらに、犠牲層除去工程Ｓ３０３においては、ミラー部４１６ｃの表面に形成された、酸化膜４１８も除去する。

【0091】

４－４．めっき層形成工程
めっき層形成工程Ｓ３０４は、シリサイド層４２２の表面に、無電解めっきにより、めっき層４２６を形成する工程である（図８（ｅ）参照）。めっきに使用可能な材料として、ニッケル、銅、金、銀、亜鉛、錫及び、クロム等の金属、又は、これらの中から選択される二以上の金属を例示することができる。

【0092】

めっき層形成工程Ｓ３０４においては、自己整合的にめっき層４２６が形成される。すなわち、めっき層形成工程Ｓ３０４においては、シリサイド層４２２の表面のみに、選択的にめっき材料が析出し、支持基板４１２の表面や、ミラー部４１６ｃの表面にめっき材料が析出することはない。

【0093】

以上説明した実施形態４に係るＭＥＭＳミラー４０の製造方法、及び、ＭＥＭＳミラー４０におけるシリコンの表面処理方法は、シリコンの表面をシリサイド化してシリサイド層を形成するシリサイド層形成工程Ｓ２を含む。これにより、難めっき材料であるシリコンの表面に、めっきを析出させることができる。さらに、シリコンの表面にめっき層４２６を形成することにより、シリコンの機械的特性、具体的には、ねじり耐性を向上したＭＥＭＳミラー４０の製造方法、及び、ＭＥＭＳミラー４０におけるシリコンの表面処理方法を提供することができる。

【0094】

すなわち、実施形態４に係るＭＥＭＳミラー４０の製造方法によれば、梁部４１６ｄ及び梁部４１６ｅにおいては、シリコン表面をシリサイド化してシリサイド層４２２を形成し、シリサイド層４２２の表面にめっきが析出しやすくすることができる。これにより、シリコンの機械的特性を向上させることできるＭＥＭＳミラー４０の製造方法を提供することができる。

【0095】

一方、ミラー部４１６ｃにおいては、酸化膜４１８が形成されているためにシリサイド層４２２は形成されない。シリサイド層４２２が形成されないために、めっき層４２６が形成されることもなく、ミラー部４１６ｃの平滑度を維持することができる、という効果を有する。

【符号の説明】

【0096】

１０…シリコン構造体、２０…シリコン角柱、３０…カンチレバー、４０…ＭＥＭＳミラー、１００，２００，３００，４００…シリコン基板、１００ａ…（シリコンの）表面
１０２…シリサイド層の形成を妨げる薄膜、１１０…ＳＯＩ基板、３１６，４１６…シリコン薄膜、１２０，３２０，４２０…金属層、１２２，２２２，３２２，４２２…シリサイド層、１２６，２２６，３２６，４２６……めっき層、２１０…基材、２５０…水平な台、２６０…治具、３１０，４１０…ＳＯＩ基板、３１４，４１４…犠牲層、３１６ａ…支持部、３１６ｂ…梁部、４１６ｃ…ミラー部、４１６ｄ，４１６ｅ…梁部、４１８…酸化膜、９００…機械的振動子、９０１…基部、９０２…構造体、９０３…埋め込み酸化膜、９０４…カンチレバー、９０５…先端

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】