MEMS技術がさらに進化、新手法や日本製装置が後押し

「IEEE MEMS 2020」国際会議より

東北大学大学院工学研究科ロボティクス専攻教授

2020.03.19

全5886文字

MEMS（微小電子機械システム）分野の旗艦学会「IEEE MEMS 2020（The 33rd IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems）」（2020年1月18～22日、カナダ・バンクーバー）で、東北大学教授の田中秀治氏が注目した講演について解説する。提案された新手法は、複雑な3次元構造の実現や低コスト化に期待がかかる技術だ。（本誌）

　MEMS（Micro Electro Mechanical Systems）分野の旗艦学会「IEEE MEMS 2020」に先立って開催された、「MEMS Industry Workshop」では、産業界から12件の講演が行われた。その中から3つの講演について解説する。

Boschが新プロセス提案

　ドイツRobert Boschは、新たなMEMSプロセスである「EPyCプロセス」について講演した。EPyCとは「Epi-Poly-Cycle（エピポリサイクル）」の意味である。同社や伊仏合弁STMicroelectronics（ST）が使用し、現在の標準MEMSプロセスと言える「エピポリSi（シリコン）プロセス」とは異なるプロセスだ。

　従来のエピポリSiプロセスは、製品の構造体を成す「構造層」に厚いエピポリSiを用い、サポート材のようにエッチングにより除去される「犠牲層」にSiO₂（酸化シリコン）を用いる。一方、EPyCプロセスでは、エピポリSiを構造層と犠牲層の両方に用いる。

　EPyCプロセスの製造工程（図1）では、まずエピポリSiを成膜、エッチングし、TEOS（Tetraethyl Orthosilicate、テトラエチルオルソシリケイト、Si（OC₂H₅）₄）を用いたLPCVD（減圧化学気相堆積法）によってSiO₂を狭い隙間を含めて全体的に成膜する。これを繰り返して多層構造を作る。

図1　EPyCプロセスの工程

灰色はエピポリSi、青色は配線層のドープドSi、黄色はSiO₂である。工程a～dで構造層を積層し、工程fで犠牲層となるエピポリSiをXeF₂でエッチングし、工程gではSiO₂をvHFでエッチングする。（図：Latifa Louriki et al., Eurosensors 2017, MDPI Proceedings 2017, 1, 296から引用し、田中秀治が改変）

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　その後、犠牲層となるエピポリSiをXeF₂（二フッ化キセノン）ガスでエッチングする。このとき、それを囲むSiO₂がエッチストップとなる。最後に、SiO₂を蒸気フッ酸（vHF）で除去する。

　エピポリSi層の厚さは最大40µmで、20µmずつ2回に分けて成膜する。XeF₂エッチングにかかる時間は15分程度と、従来のMEMSプロセスで犠牲層のSiO₂をvHFエッチングする時間と比べて短い。また、全工程を通して、8インチウエハーの反りを±150µm以下に抑えることができるという。