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【発明の名称】 微細構造体の製造方法
【発明者】 【氏名】桑原 啓

【氏名】佐藤 昇男

【氏名】阪田 知巳

【氏名】石井 仁

【氏名】町田 克之

【要約】 【課題】酸化シリコンなどの無機材料からなる絶縁層を備えた可動構造体を、樹脂からなる犠牲層を用いてより容易に高い歩留りで作製できるようにする。

【解決手段】支持部材105と第1樹脂犠牲層106の上面に金属犠牲層107が形成された状態とし、次に、金属犠牲層107の上面に、シリコン酸化膜をスパッタ法により堆積し、公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とにより加工することで絶縁層108が形成された状態とし、この後、板状の上部電極111,梁部112,及びアンカー部113を含む可動構造体が形成された状態とする。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板の上に下部電極及び前記下部電極より高い支持部が形成された状態とする第1工程と、
前記基板の上に前記下部電極を覆うように有機材料からなる樹脂犠牲層が形成された状態とする第2工程と、
前記樹脂犠牲層の上にクロム及びニッケルより選択された金属よりなる金属犠牲層が形成された状態とする第3工程と、
前記金属犠牲層の上に接触して無機材料からなる絶縁層が形成された状態とする第4工程と、
前記絶縁層の上に配置された上部電極を含む可動構造体が、前記支持部及び前記絶縁層の上に形成された状態とする第5工程と、
オゾン雰囲気中で加熱処理することで前記樹脂犠牲層及び前記金属犠牲層を除去する第6工程と
を少なくとも備えることを特徴とする微細構造体の製造方法。
【請求項2】
請求項1記載の微細構造体の製造方法において、
前記第2工程の前に、前記基板の上に配線が形成された状態とし、
前記第4工程の前に、前記配線の上部の前記金属犠牲層の上に接点電極が形成された状態とし、この後、前記接点電極及び前記金属犠牲層の上に前記絶縁層が形成された状態とする
ことを特徴とする微細構造体の製造方法。
【請求項3】
請求項2記載の微細構造体の製造方法において、
前記樹脂犠牲層に凹部を形成し、前記凹部に前記接点電極が形成された状態とする
ことを特徴とする微細構造体の製造方法。
【請求項4】
請求項1〜3のいずれか1項に記載の微細構造体の製造方法において、
前記第2工程では、
前記下部電極及び前記支持部を覆うように前記基板の上に前記樹脂犠牲層が形成された状態とし、この後、前記樹脂犠牲層をパターニングすることで、前記支持部の上面が露出する開口部を前記樹脂犠牲層に形成し、
前記第5工程では、
前記可動構造体が、前記開口部を介して前記支持部の上に形成された状態とする
ことを特徴とする微細構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、酸化シリコンなどの無機材料からなる絶縁層を備えた可動構造を有する微細構造体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、薄膜形成技術,フォトリソグラフィ技術,及び各種のエッチング技術を用いて立体的に微細加工を行い、マイクロスイッチなどの微細構造体を作製するMEMS(Micro Electro Mechanical System)技術が開発されている(非特許文献1参照)。このような微細構造体の一例を図8に示す。図8(a)は平面図、図8(b)及び(c)は、図8(a)のbb線における断面図である。この微細構造体は、基板801,基板801の上に形成された2つの配線802,下部電極803,支持部材807,支持部材807に一端が支持された可撓性を有する梁808,梁808の他端に支持された上部電極809,上部電極809の下面に接する絶縁層806,及び絶縁層806の下面に接する接点電極805を備え、配線802と接点電極805との接触・非接触によるスイッチとしての機能を有している。
【0003】
例えば、上部電極809と下部電極803の間に電圧を印加すると、静電引力によって上部電極809が下部電極803に引き付けられる。この力により梁808が変形し、図8(b)に示すように、接点電極805が2つの配線802に接することによって、スイッチがON状態となる。一方、上記電圧の印加を停止すると、梁808の復元力によって上部電極809は元の位置に戻り、接点電極05が配線802より離間し、スイッチはOFF状態となる。このようにして、図8の構造体においてスイッチとしての機能が実現される。
【0004】
ここで、絶縁層806は、上部電極809と接点電極805を絶縁分離するとともに、スイッチのON状態において、上部電極809と下部電極803との接触によるショートやこれらの融着により素子が破損することを防止するという重要な役割を果たしている。
【0005】
次に、上述した微細構造体について、従来技術を用いた製造方法の概略を、図9を用い簡単に説明する。まず、図9(a)に示すように、基板801の上に、金属からなる配線802及び下部電極803を形成する。次に、図9(b)に示すように、犠牲層804を形成する。次に、図9(c)に示すように、配線802上部の犠牲層804を一部エッチングし、凹部804aを形成する。次に、図9(d)に示すように、凹部804aの内部に接点電極805を形成する。
【0006】
次に、図9(e)に示すように犠牲層804と接点電極805との上面に絶縁層806を形成する。次に、図9(f)に示すように、犠牲層804に貫通孔804bを形成し、続いて図9(g)に示すように、支持部807,梁808,及び上部電極809を形成する。最後に、図9(h)に示すように、犠牲層804を除去することによって、図8に示す微細構造体が形成される。
【0007】
このように、可動機能を有する微細構造体を実現するためには、可動空間を形成するための犠牲層の形成及び犠牲層の除去を行う技術が重要となる。犠牲層としては、シリコン酸化膜や多結晶シリコン,銅などの金属材料,及びポリイミドなどの樹脂材料を用いることができる。このうち樹脂材料は、低温での形成や除去が可能であることに加え、多様な膜厚を形成可能であり、感光剤を付加することでフォトリソグラフィ技術を用いたパターニングが可能であるなどの優れた特性を有している。このため、LSIと集積化が可能な微細構造体を形成し、また、より少ない工程で微細構造体を形成するなどの場合において、樹脂材料を用いた犠牲層の応用が期待されている。
【0008】
【非特許文献1】A.P.De Silva, et al., "Motorola MEMS Switch Technology for High Frequency Applications", Microelectromechanical System Conference, pp.22-24,Aug., 2001.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
ところが、図8に示すような微細構造体を形成するため、樹脂からなる犠牲層の上面に、シリコン酸化膜などの無機絶縁膜からなる絶縁層を形成する場合、犠牲層と絶縁層の間の密着力が低く、膜の剥離が生じるなどして、歩留りや信頼性を低下させるという問題があった。
【0010】
異なる膜の間の密着力を向上させる方法としては、従来、チタンに代表される金属膜を用いた密着層を、密着力が低い2つの膜の間に挟む方法が知られている。しかしながら、前述したような犠牲層と絶縁層の間の密着力を向上させる目的においては、金属材料からなる密着層を用いると、犠牲層を除去した後も絶縁層の下面に導電性を有する密着層が残存してしまう。この場合、密着層を介してショートが発生し、また、密着層が上部電極と下部電極との間の電界を遮蔽してしまうなどの問題が生じ、絶縁層の機能が損なわれてしまう。
【0011】
これに対し、犠牲層を除去した後に、絶縁層の下面に残存した密着層をエッチング除去する方法が考えられるが、この場合、密着層と同時に、絶縁層や構造体もエッチングされてしまうなどの問題が発生する。一般に、可動構造体を有する微細構造体の製造においては、犠牲層を除去する際に構造体が残存するようにする必要があり、樹脂を犠牲層とする場合と金属などの他の材料を犠牲層として用いる場合とでは、構造体に用いる材料や製造工程が大きく異なる。樹脂を犠牲層として利用することを想定した微細構造体では、樹脂犠牲層を除去した後に通常の金属除去工程を用いて金属犠牲層を除去すると、本来残存させるべき構造体まで除去されるという問題が生じる。このため、従来では、樹脂犠牲層と金属犠牲層との両方を用いることは一般的ではなかった。これらのように、樹脂からなる犠牲層を用いた微細構造体においては、犠牲層の上に絶縁層を形成することが容易ではないという問題があった。
【0012】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、酸化シリコンなどの無機材料からなる絶縁層を備える可動構造体を、樹脂からなる犠牲層を用いてより容易に高い歩留りで作製できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明に係る微細構造体の製造方法は、基板の上に下部電極及び下部電極より高い支持部が形成された状態とする第1工程と、基板の上に下部電極を覆うように有機材料からなる樹脂犠牲層が形成された状態とする第2工程と、樹脂犠牲層の上にクロム及びニッケルより選択された金属よりなる金属犠牲層が形成された状態とする第3工程と、金属犠牲層の上に接触して無機材料からなる絶縁層が形成された状態とする第4工程と、絶縁層の上に配置された上部電極を含む可動構造体が、支持部及び絶縁層の上に形成された状態とする第5工程と、オゾン雰囲気中で加熱処理することで樹脂犠牲層及び金属犠牲層を除去する第6工程とを少なくとも備えるものである。この製造方法によれば、基板側の面に絶縁層を備える上部電極が、下部電極の上に所定距離離間して配置された状態となる。
【0014】
上記微細構造体の製造方法において、第2工程の前に、基板の上に配線が形成された状態とし、第4工程の前に、配線の上部の金属犠牲層の上に接点電極が形成された状態とし、この後、接点電極及び金属犠牲層の上に絶縁層が形成された状態としてもよい。この場合、樹脂犠牲層に凹部を形成し、凹部に接点電極が形成された状態としてもよい。
【0015】
上記微細構造体の製造方法において、第2工程では、下部電極及び支持部を覆うように基板の上に樹脂犠牲層が形成された状態とし、この後、樹脂犠牲層をパターニングすることで、支持部の上面が露出する開口部を樹脂犠牲層に形成し、第5工程では、可動構造体が、開口部を介して支持部の上に形成された状態とすればよい。
【発明の効果】
【0016】
以上説明したように、本発明によれば、樹脂犠牲層の上にクロム及びニッケルより選択された金属よりなる金属犠牲層を形成した後、金属犠牲層の上に接触して無機材料からなる絶縁層を形成し、この上に上部電極を含む可動構造体が形成してから、オゾン雰囲気中で加熱処理することで樹脂犠牲層及び金属犠牲層を除去するので、基板側の面に絶縁層を備える上部電極が、下部電極の上に所定距離離間して配置された状態となる。このように、本発明によれば、酸化シリコンなどの無機材料からなる絶縁層を備える可動構造体が、樹脂犠牲層を用いてより容易に高い歩留りで作製できるようになるという優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
[実施の形態1]
はじめに、本発明の第1の実施の形態について、図1,図2,及び図3を用いて説明する。図1〜図3は、実施の形態1における微細構造体の製造方法を説明するための工程図である。まず、図1(a)に示すように、例えばシリコンからなる半導体基板101の上に、例えば酸化シリコンからなる層間絶縁層102が形成された状態とする。半導体基板101は、複数のトランジスタ,抵抗,容量,配線などから構成された半導体集積回路を備えていてもよく、例えば、集積回路の配線と電気的に接続するためのコンタクトホールなどが、層間絶縁層102の所定の箇所に形成されていてもよい。
【0018】
このような半導体基板101を用意したら、図1(a)に示すように、層間絶縁層102の上に第1シード層103が形成された状態とする。第1シード層103は、スパッタ法や蒸着法などにより、例えば、まずチタンを堆積し、引き続いてこの上に金を堆積することで形成すればよい。チタンの膜厚は0.1μm程度とし、金の膜厚は0.1μm程度とすればよい。
【0019】
次に、第1シード層103の上に感光性を有するレジスト材料を塗布し、所望のパターンを備えるマスク(フォトマスク)を用いて露光し、また現像することにより、下部電極を形成すべき所望箇所に開口部を備えるレジストパターンを形成する。引き続いて、このレジストパターンの開口部に露出する第1シード層103の上に、電解めっき法により金のパターンを形成し、この後、レジストパターンを除去する。これらのことにより、図1(b)に示すように、第1シード層103の上に下部電極104が形成された状態とする。このときの上記レジスト膜厚は2μm程度とし、また、めっきにより形成する金のパターンの膜厚は、1μm程度とすればよい。
【0020】
次に、上述した下部電極104の形成と同様にレジストパターンの形成とめっき法による金パターンの形成とを行うことにより、図1(c)に示すように、下部電極104の周囲に支持部材105が形成された状態とする。下部電極104と支持部材105とは、離間して配置された状態とする。支持部材105の形成では、レジストパターンの膜厚を4μm程度とし、めっきによる金パターンの膜厚は、2μm程度に形成された状態とすればよい。このようにすることで、支持部材105は、下部電極104より高く形成された状態となる。
【0021】
次に、下部電極104と支持部材105とをマスクとして第1シード層103をエッチング除去することで、図1(d)に示すように、下部電極104と支持部材105とが層間絶縁層102の上で電気的に分離した状態とする。第1シード層103のエッチングでは、例えば、第1シード層103の上層にある金層は、ヨウ素,ヨウ化アンモニウム,水,及びエタノールからなるエッチング液によりウェットエッチングして選択的に除去すればよい。次いで、このエッチングにより露出した第1シード層103の下層のチタン層は、フッ化水素水溶液によりウェットエッチングして選択的に除去すればよい。
【0022】
次に、図1(e)に示すように、下部電極104と支持部材105を覆うように、第1樹脂犠牲層106が形成された状態とする。第1樹脂犠牲層106は、有機材料である樹脂から構成されたものであり、例えば、ポリアミド,ポリアミド酸,ポリベンゾオキサゾール(もしくはこの前駆体)などのベース樹脂にポジ型感光剤を付加したものを用いればよく、回転塗布により形成することができる。ポリベンゾオキサゾールをベース樹脂とするポジ型の感光性を有する樹脂としては、例えば、住友ベークライト株式会社製の「CRC8300」がある。
【0023】
次に、図1(f)に示すように、支持部材105の上部の第1樹脂犠牲層106を除去し、第1樹脂犠牲層106に貫通孔106aが形成されて支持部材105の上面が露出した状態とする。感光性を有する第1樹脂犠牲層106を公知のリソグラフィ技術によりパターニングすることにより、貫通孔106aを形成して支持部材105の上面が露出した状態とすることができる。第1樹脂犠牲層106をパターニング(露光・現像)する際には、前処理として120℃のプリベーク(予備加熱)を4分程度行い、パターニング後には310℃程度の加熱処理を行い、樹脂の膜(第1樹脂犠牲層106)が熱硬化された状態とする。
【0024】
次に、図2(g)に示すように、支持部材105と第1樹脂犠牲層106の上面に金属犠牲層107が形成された状態とする。金属犠牲層107は、クロムから構成された層であり、蒸着法などによりクロムを堆積することで形成すればよい。堆積するクロム(金属犠牲層107)の膜厚は0.1μm程度とすればよい。
【0025】
次に、図2(h)に示すように、金属犠牲層107の上面に、絶縁層108が形成された状態とする。絶縁層108は、シリコンなどの半導体の酸化物や金属の酸化物などの無機材料から構成されたものである。例えば、絶縁層108は、シリコン酸化膜をスパッタ法により堆積し、公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とにより加工することで形成すればよい。堆積するシリコン酸化膜の膜厚は0.6μm程度とすればよい。この、絶縁層108の形成工程において、クロムよりなる金属犠牲層107が存在するので、高い密着性を備えた状態で絶縁層108の形成が可能となる。
【0026】
次に、図2(i)に示すように、絶縁層108をマスクとして、金属犠牲層107を選択的にエッチング除去する。金属犠牲層107は、よく知られているように、例えば硝酸第2セリウムアンモニウム水溶液によりウェットエッチングすればよい。このエッチングにより、絶縁層108の下部領域以外の金属犠牲層107が除去される。
【0027】
次に、図2(j)に示すように、絶縁層108の上面が露出され、また、貫通孔109aにより支持部材105の上面が露出されるように、第2樹脂犠牲層109が形成された状態とする。第2樹脂犠牲層109は、第1樹脂犠牲層106と同様にして形成すればよい。例えば、ポリアミド,ポリアミド酸,ポリベンゾオキサゾール(もしくはこの前駆体)などのベース樹脂にポジ型感光剤を付加した感光性樹脂を、回転塗布により塗布して塗布膜を形成する。このとき、絶縁層108による下層の凹凸が吸収されて上面が平坦な状態となるように塗布膜を形成し、この後、塗布膜を所定量エッチングすることで、絶縁層108の上面が露出した状態とする。この状態で、感光性を有する塗布膜を公知のリソグラフィ技術によりパターニングすることにより貫通孔109aを形成し、支持部材105の上面が、貫通孔106aに続いて露出した状態とすればよい。また、回転塗布により形成した塗布膜を、公知のリソグラフィ技術によりパターニングすることで、貫通孔109aを形成するとともに、絶縁層108の上面が露出されるようにしてもよい。
【0028】
次に、図2(k)に示すように、第2シード層110が形成され、また、板状の上部電極111,梁部112,及びアンカー部113を含む可動構造体が形成された状態とする。第2シード層110は、第1シード層103と同様に形成すればよい。第2シード層110は、スパッタ法や蒸着法などにより、例えば、まずチタンを堆積し、引き続いてこの上に金を堆積することで形成すればよい。チタンの膜厚は0.1μm程度とし、金の膜厚は0.1μm程度とすればよい。
【0029】
また、上部電極111,梁部112,及びアンカー部113を含む可動構造体は、下部電極104と同様に形成すればよい。例えば、第2シード層110の上にレジスト材料を塗布し、所望のパターンを備えるマスクを用いて露光することにより、上部電極111,梁部112,及びアンカー部113などを形成すべき所望箇所に開口部を備えるレジストパターンを形成し、このレジストパターンの開口部に露出する第2シード層110の上に電解めっき法により金のパターンを形成し、この後、レジストパターンを除去する。これらのことにより、図2(k)に示すように、第2シード層110の上に、上部電極111,梁部112,及びアンカー部113を含む可動構造体が形成された状態とすればよい。上記レジストパターンの膜厚は2μm程度とし、めっき膜が膜厚1μm程度に形成された状態とすればよい。このようにして上部電極111,梁部112,及びアンカー部113を形成した後、これらをマスクとして第2シード層110を選択的にエッチング除去する。第2シード層110は、第1シード層103と同様にしてエッチングすればよい。
【0030】
次に、オゾン雰囲気中で加熱処理することで、第2樹脂犠牲層109,第1樹脂犠牲層106,及び金属犠牲層107が除去された状態とする。例えば、オゾン雰囲気中で250〜300℃に加熱することで、オゾンを第2樹脂犠牲層109,第1樹脂犠牲層106に接触させ、これら樹脂犠牲層を灰化すればよい。また、このオゾン処理においては、オゾンに接触した金属犠牲層107も同時にエッチング除去される。
【0031】
これらの除去により、図3(l)に示すように、絶縁層108及び上部電極111が、梁部112及びアンカー部113により支持され、下部電極104の上に対向配置された状態が得られる。上部電極111は、図3(m)の平面図に示すように、4箇所に設けられた梁部112によりアンカー部113に連結されている。アンカー部113は、支持部材105の上に配置されている。このように、上部電極111は、梁部112,アンカー部113,及び支持部材105により、半導体基板101(層間絶縁層102)の上に支持されている。
【0032】
また、下部電極104には、パッド端子114が接続され、上部電極111には、梁部112,アンカー部113,及び支持部材105を介してパッド端子115が接続されている。パッド端子114とパッド端子115は、例えば、図示しないコンタクトホールを介して層間絶縁層102の下に設けた図示しない配線層に接続している。これは、例えば、MEMS可変容量素子である。下部電極104と上部電極111との間に直流のバイアス電圧を印加すると、静電力により上部電極111が下部電極104の側に撓んで変形し、電極間の距離が変化する。従って、下部電極104と上部電極111との間の静電容量が、両電極間に印加したバイアス電圧によって変化することになり、バイアス電圧によって制御される可変容量素子として機能する。
【0033】
なお、梁部112及びアンカー部113は、上部電極111とパッド端子115とを電気的に接続するものであり、電気抵抗の小さい金属材料により形成されることが望ましい。また、梁部112及びアンカー部113は、金属材料以外の、例えばポリシリコンや無機絶縁膜などで形成されていてもよい。例えば、高濃度に不純物を導入されて低抵抗とされたポリシリコンを用いることで、電気的な接続が可能となる。また、絶縁材料から梁部112及びアンカー部113を構成しても、これらに金属材料からなる配線を備えるようにすることで、上述した電気的な接続をとるようにしてもよい。
【0034】
また、上部電極111には、所望の間隔毎に、上部電極111の面積と比較して十分小さい複数の開口121を設けることが望ましい。上部電極111の下層の各犠牲層に対してエッチャントであるオゾンが効率よく接触するために、開口121を備えた方がよい。なお、上部電極111の側方が開放し、上部電極111の大きさが横方向エッチング量の2倍以内であれば、開口121を設けなくともよい。
【0035】
以上に説明したように、クロム膜を用いた金属犠牲層107は、オゾン雰囲気に暴露することで樹脂犠牲層の除去を行うときに、同時に除去することが可能となる。このように、金属犠牲層107は、微細構造体が完成した状態では存在していないので、ショートの発生や、上部電極111と下部電極104との間の電界を遮蔽してしまうなどの問題が発生しない。また、金属犠牲層107に対しては、絶縁層108が高い密着性を備えているので、膜の剥離などがなく高い歩留りで絶縁層108が形成できるようになる。
【0036】
なお、本微細構造体の製造方法において、金属犠牲層107はクロムから構成するようにしたが、これに限るものではなく、例えばニッケルから金属犠牲層107が形成されていても良く、前述したオゾン処理により、重視樹脂犠牲層と同時に金属犠牲層を除去することができる。また、ニッケルより構成された金属犠牲粗107の形成では、希塩酸または希硝酸をニッケルのエッチング液として用いればよい。
【0037】
[実施の形態2]
次に、本発明の第2の実施の形態について、図4,図5,図6,及び図7を用いて説明する。図4〜図7は、実施の形態2における微細構造体の製造方法を説明するための工程図である。まず、図4(a)に示すように、例えばシリコンからなる半導体基板401の上に、例えば酸化シリコンからなる層間絶縁層402が形成された状態とする。半導体基板401は、複数のトランジスタ,抵抗,容量,配線などから構成された半導体集積回路を備えていてもよく、例えば、集積回路の配線と電気的に接続するためのコンタクトホールなどが、層間絶縁層402の所定の箇所に形成されていてもよい。
【0038】
このような半導体基板401を用意したら、図4(a)に示すように、層間絶縁層402の上に第1シード層403が形成された状態とする。第1シード層403は、スパッタ法や蒸着法などにより、例えば、まずチタンを堆積し、引き続いてこの上に金を堆積することで形成すればよい。チタンの膜厚は0.1μm程度とし、金の膜厚は0.1μm程度とすればよい。
【0039】
次に、第1シード層403の上に感光性を有するレジスト材料を塗布し、所望のパターンを備えるマスクを用いて露光し、また現像することにより、配線及び下部電極を形成すべき所望箇所に開口部を備えるレジストパターンを形成する。引き続いて、レジストパターンの開口部に露出する第1シード層403の上に、電解めっき法により金のパターンを形成し、この後レジストパターンを除去することで、図4(b)に示すように、配線404及び下部電極405が形成された状態とする。このときのレジスト膜厚は2μm程度とし、めっきにより形成する金のパターンの膜厚は、1μm程度とすればよい。
【0040】
次に、上述した配線404及び下部電極405の形成と同様にレジストパターンの形成とめっき法を行うことにより、図5(c)に示すように、下部電極405の周囲に支持部材406が形成された状態とする。下部電極405と支持部材406とは、離間して配置された状態とする。支持部材406の形成では、レジストパターンの膜厚を4μm程度とし、めっきによる金パターンの膜厚は、2μm程度に形成された状態とすればよい。このようにすることで、支持部材405は、配線404及び下部電極405より高く形成された状態となる。
【0041】
次に、配線404,下部電極405,及び支持部材406をマスクとして第1シード層403をエッチング除去し、図5(d)に示すように、配線404と下部電極405と支持部材406とが、層間絶縁層402の上で電気的に分離した状態とする。第1シード層403のエッチングでは、例えば、第1シード層403の上層にある金層は、ヨウ素,ヨウ化アンモニウム,水,及びエタノールからなるエッチング液によりウェットエッチングして選択的に除去すればよい。次いで、このエッチングにより露出した第1シード層403の下層のチタン層は、フッ化水素水溶液によりウェットエッチングして選択的に除去すればよい。
【0042】
次に、図5(e)に示すように、配線404,下部電極405,及び支持部材406を覆うように、第1樹脂犠牲層407が形成された状態とする。第1樹脂犠牲層407は、支持部材406が配置されている領域に比較し、配線404及び下部電極405が配置されている領域の膜厚が薄く形成された状態とする。第1樹脂犠牲層407は、有機材料である樹脂から構成されたものであり、例えば、ポリアミド、ポリアミド酸、ポリベンゾオキサゾール(もしくはこの前駆体)などのベース樹脂にポジ型感光剤を付加したものを用いればよく、回転塗布により形成することができる。ポリベンゾオキサゾールをベース樹脂とするポジ型の感光性を有する樹脂としては、例えば、住友ベークライト株式会社製の「CRC8300」がある。
【0043】
次に、図5(f)に示すように、支持部材406の上部の第1樹脂犠牲層407を除去し、第1樹脂犠牲層407に貫通孔407aが形成されて支持部材406の上面が露出した状態とする。感光性を有する第1樹脂犠牲層407を公知のリソグラフィ技術によりパターニングすることで、貫通孔407aを形成して支持部材406の上面が露出した状態とすることができる。第1樹脂犠牲層407をパターニング(露光・現像)する際には、前処理として120℃のプリベークを4分程度行い、パターニング後には310℃程度の加熱処理を行い、樹脂の膜(第1樹脂犠牲層407)が熱硬化された状態とする。
【0044】
次に、少なくとも第1樹脂犠牲層407の膜厚が薄く形成された領域の上に、第1樹脂犠牲層407と同様の樹脂層を形成し、公知のリソグラフィ技術によりパターニングすることで、図5(g)に示すように、凹部408aを備える第2樹脂犠牲層408が形成された状態とする。凹部408aは、配線404の上部に配置された状態に形成する。なお、第2樹脂犠牲層408が形成された状態においても、貫通孔407aにより支持部材406の一部正面が露出した状態とする。例えば、上記樹脂層を第1樹脂犠牲層407の上の全域に塗布形成した場合、パターニングにより、凹部408aを形成するとともに、貫通孔407aの上部にも開口部が形成された状態とすればよい。
【0045】
ところで、上述では、第2樹脂犠牲層408を形成することで、凹部408aを形成したが、これに限るものではない。例えば、第1樹脂犠牲層407の上に、凹部形成領域に開口部を備えるレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして第1樹脂犠牲層407を選択的にエッチングし、第1犠牲層407に凹部が形成されるようにしても良い。この場合、第1犠牲層407の選択的なエッチングの量を制御し、配線404の上面が露出しないようにする。
【0046】
次に、図5(h)に示すように、露出している支持部材406の上面及び凹部408aの内部を含め、第2樹脂犠牲層408の上に金属犠牲層409が形成された状態とする。金属犠牲層409は、クロムから構成された層であり、蒸着法などによりクロムを堆積することで形成可能である。堆積するクロム(金属犠牲層409)の膜厚は0.1μm程度とすればよい。
【0047】
次に、図6(i)に示すように、第2シード層410を形成し、配線404の形成と同様にレジストパターンの形成とめっき法を行うことにより、接点電極411が形成された状態とする。第2シード層410は、スパッタ法や蒸着法などにより、例えば金を堆積することで形成すればよく、金の膜厚は0.1μm程度とすればよい。接点電極411の形成時には、レジストパターンの膜厚を2μm程度とし、めっき膜が膜厚0.5μm程度に形成された状態とすればよい。また、このめっきにより形成された接点電極411をマスクとし、第2シード層410をエッチング除去すればよい。第2シード層410は、ヨウ素,ヨウ化アンモニウム,水,及びエタノールからなるエッチング液により、ウェットエッチングすればよい。このエッチングによれば、金属犠牲層409は除去されずに残る。
上述した接点電極411の形成工程では、金属犠牲層409が存在しているので、接点電極411を形成するために必要となる第2シード層410を、高い密着性を備えた状態で形成することが可能となる。
【0048】
次に、図6(j)に示すように、接点電極411の上面と及びこの周囲に、例えばチタンから構成された密着層412が形成された状態とする。密着層412は、スパッタ法や蒸着法などによりチタンを堆積し、この後、公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とにより堆積したチタンの層を加工することで形成すればよい。堆積するチタンの膜厚は0.1μm程度とすればよく、チタンのエッチング除去は、フッ化水素水溶液を用いてウェットエッチングすればよい。
【0049】
次に、図6(k)に示すように、金属犠牲層409の上に、密着層412を覆うように、絶縁層413が形成された状態とする。絶縁層413は、下部電極405が形成されている領域を覆うように形成すればよい。絶縁層413は、シリコンなどの半導体の酸化物や金属の酸化物などの無機材料から構成されたものである。例えば、絶縁層413は、スパッタ法によりシリコン酸化膜を堆積し、堆積したシリコン酸化膜を公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とにより加工することで形成すればよい。シリコン酸化膜の膜厚は0.6μm程度とすればよい。比較的低温での膜形成が可能なスパッタ法を用いてシリコン酸化膜を形成することによって、樹脂からなる第1樹脂犠牲層407及び第2樹脂犠牲層408の変質を生じることなく、絶縁層413を形成することができる。
【0050】
上述した絶縁層413の形成工程では、金属犠牲層409が存在しているので、高い密着性を備えた状態で、絶縁層413を形成することが可能となる。
【0051】
次に、図6(l)に示すように、絶縁層413をマスクとして、金属犠牲層409をエッチング除去する。金属犠牲層409は、例えば硝酸2セリウムアンモニウム水溶液によりウェットエッチングすればよい。
【0052】
次に、図6(m)に示すように、絶縁層413の上面が露出され、また、貫通孔414aにより支持部材406の上面が露出されるように、第3樹脂犠牲層414が形成された状態とする。第3樹脂犠牲層414は、第1樹脂犠牲層407及び第2樹脂犠牲層408と同様にして形成すればよい。例えば、ポリアミド,ポリアミド酸,ポリベンゾオキサゾール(もしくはこの前駆体)などのベース樹脂にポジ型感光剤を付加した感光性樹脂を、回転塗布により塗布して塗布膜を形成する。このとき、絶縁層413による下層の凹凸が吸収されて上面が平坦な状態となるように塗布膜を形成し、この後、塗布膜を所定量エッチングすることで、絶縁層413の上面が露出した状態とする。この状態で、感光性を有する塗布膜を公知のリソグラフィ技術によりパターニングすることにより貫通孔414aを形成し、支持部材406の上面が、貫通孔407aに続いて露出した状態とすればよい。また、回転塗布により形成した塗布膜を、公知のリソグラフィ技術によりパターニングすることで、貫通孔414aを形成するとともに、絶縁層413の上面が露出されるようにしてもよい。
【0053】
次に、図7(n)に示すように、第3シード層415が形成され、また、板状の上部電極416,梁部417,及びアンカー部418を含む可動構造体が形成された状態とする。第3シード層415は、第1シード層403と同様に形成すればよく、チタンの膜厚は0.1μm程度とし、金の膜厚は0.1μm程度とすればよい。
【0054】
また、上部電極416,梁部417,及びアンカー部418などの可動構造体は、配線404と同様に、形成すればよい。例えば、第3シード層415の上にレジスト材料を塗布し、所望のパターンを備えるマスクを用いて露光することにより、上部電極416,梁部417,及びアンカー部418などを形成すべき所望箇所に開口部を備えるレジストパターンを形成し、このレジストパターンの開口部に露出する第3シード層415の上に電解めっき法により金のパターンを形成し、この後、レジストパターンを除去する。
【0055】
これらのことにより、図7(n)に示すように、第3シード層415の上に、上部電極416,梁部417,及びアンカー部418を含む可動構造体が形成された状態とすればよい。上記レジストパターンの膜厚は2μm程度とし、めっき膜が膜厚1μm程度に形成された状態とすればよい。このようにして上部電極416,梁部417,及びアンカー部418を形成した後、これらをマスクとして第3シード層415を選択的にエッチング除去する。第3シード層415は、第1シード層403と同様にしてエッチングすればよい。
【0056】
次に、オゾン雰囲気中で加熱処理することで、第3樹脂犠牲層414,第2樹脂犠牲層408,第1樹脂犠牲層407,及び金属犠牲層409が除去された状態とする。例えば、オゾン雰囲気中で250〜300℃に加熱することで、オゾンを第3樹脂犠牲層414,第2樹脂犠牲層408,第1樹脂犠牲層407に接触させ、これら樹脂犠牲層を灰化すればよい。また、このオゾン処理においては、オゾンに接触した金属犠牲層409も同時にエッチング除去され、絶縁層413の下面には絶縁体であるシリコン酸化膜が露出した状態となる。また同時に、接点電極411の下面には、金で形成された第2シード層410が露出した状態となる。
【0057】
これらの除去により、図7(o)に示すように、接点電極411を備える絶縁層413及び上部電極416が、梁部417及びアンカー部418により支持され、配線404及び下部電極405の上に対向配置された状態が得られる。
【0058】
前述した実施の形態1の微細構造体と同様に、例えば、上部電極416は、平面視、4箇所に設けられた梁部417によりアンカー部418に連結されている。アンカー部418は、支持部材406の上に配置されている。このように、上部電極416は、梁部417,アンカー部418,及び支持部材406により、半導体基板401(層間絶縁層402)の上に支持されている。
【0059】
また、下部電極405には、図示しないパッド端子が接続され、上部電極416にも、梁部417,アンカー部418,及び支持部材406を介して図示しないパッド端子が接続されている。また、接点電極411の位置をまたいで2つの配線404が設けられている。これらパッド端子及び配線404は、例えば、図示しないコンタクトホールを介して絶縁層402の下に設けた図示しない配線層に接続している。
【0060】
このように構成された微細構造体において、下部電極405と上部電極416との間に直流のバイアス電圧を印加すると、静電力により上部電極416が下部電極405の側に撓んで変形し、2つの配線404に接点電極411が接触し、2つの配線404が電気的に接続された状態(ON状態)となる。このように、本実施の形態2における微細構造体は、スイッチ素子として機能する。
【0061】
なお、梁部417及びアンカー部418は、上部電極416と図示しないパッド端子とを電気的に接続するものであり、電気抵抗の小さい金属材料により形成されることが望ましい。また、梁部417及びアンカー部418は、金属材料以外の、例えばポリシリコンや無機絶縁膜などで形成されていてもよい。例えば、高濃度に不純物を導入されて低抵抗とされたポリシリコンを用いることで、電気的な接続が可能となる。また、絶縁材料から梁部417及びアンカー部418を構成しても、これらに金属材料からなる配線を備えるようにすることで、上述した電気的な接続をとるようにしてもよい。
【0062】
また、上部電極416には、所望の間隔毎に、上部電極416の面積と比較して十分小さい複数の開口を設けることが望ましい。上部電極416の下層の各犠牲層に対してエッチャントであるオゾンが効率よく接触するために、開口を備えた方がよい。なお、上部電極416の側方が開放し、上部電極416の大きさが横方向エッチング量の2倍以内であれば、開口を設けなくともよい。
【0063】
以上に説明したように、クロム膜を用いた金属犠牲層409は、オゾン雰囲気に暴露することで樹脂犠牲層の除去を行うときに、同時に除去することが可能となる。このように、金属犠牲層409は、微細構造体が完成した状態では存在していないので、ショートの発生や、上部電極416と下部電極405との間の電界を遮蔽してしまうなどの問題が発生しない。また、接点電極411の表面の金よりなる第2シード層410が露出するので、接点抵抗を小さくすることができる。また、金属犠牲層409に対しては、第2シード層410及び絶縁層413が高い密着性を備えているので、膜の剥離などがなく高い歩留りで第2シード層410(接点電極411)及び絶縁層413が形成できるようになる。
【0064】
なお、本微細構造体の製造方法において、金属犠牲層409はクロムから構成するようにしたが、これに限るものではなく、例えばニッケルから金属犠牲層409が形成されていても良く、前述したオゾン処理により、重視樹脂犠牲層と同時に金属犠牲層を除去することができる。また、ニッケルより構成された金属犠牲粗409の形成では、希塩酸または希硝酸をニッケルのエッチング液として用いればよい。
【図面の簡単な説明】
【0065】
【図1】本発明の実施の形態1における微細構造体の製造方法を説明するための工程図である。
【図2】本発明の実施の形態1における微細構造体の製造方法を説明するための工程図である。
【図3】本発明の実施の形態1における微細構造体の製造方法を説明するための工程図である。
【図4】本発明の実施の形態2における微細構造体の製造方法を説明するための工程図である。
【図5】本発明の実施の形態2における微細構造体の製造方法を説明するための工程図である。
【図6】本発明の実施の形態2における微細構造体の製造方法を説明するための工程図である。
【図7】本発明の実施の形態2における微細構造体の製造方法を説明するための工程図である。
【図8】従来よりある微細構造体の構成を示す平面図(a)及び断面図(b),(c)である。
【図9】従来よりある微細構造体の製造方法を説明するための工程図である。
【符号の説明】
【0066】
101…半導体基板、102…層間絶縁層、103…第1シード層、104…下部電極、105…支持部材、106…樹脂犠牲層、106a…貫通孔、107…金属犠牲層、108…絶縁層、109…貫通孔、109a…貫通孔、110…第2シード層、111…上部電極、112…梁部、113…アンカー部、114,115…パッド端子、121…開口、401…半導体基板、402…層間絶縁層、403…第1シード層、404…配線、405…下部電極、406…支持部材、407…第1樹脂犠牲層、407a…貫通孔、408…第2樹脂犠牲層、408a…凹部、409…金属犠牲層、410…第2シード層、411…接点電極、412…密着層、413…絶縁層、414…第3樹脂犠牲層414、414a…貫通孔、415…第3シード層、416…上部電極、417…梁部、418…アンカー部。
【出願人】 【識別番号】000004226
【氏名又は名称】日本電信電話株式会社
【識別番号】000102739
【氏名又は名称】エヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロジ株式会社
【出願日】 平成18年12月26日(2006.12.26)
【代理人】 【識別番号】100064621
【弁理士】
【氏名又は名称】山川 政樹

【識別番号】100067138
【弁理士】
【氏名又は名称】黒川 弘朗

【識別番号】100098394
【弁理士】
【氏名又は名称】山川 茂樹


【公開番号】 特開2008−155342(P2008−155342A)
【公開日】 平成20年7月10日(2008.7.10)
【出願番号】 特願2006−349325(P2006−349325)