(57)【要約】  微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置は、基板と、前記基板上の電子回路と、前記電子回路に電気的に接続された電極と、可動素子であって、前記電極と前記可動素子との間に電圧を印加することにより制御される可動素子と、前記電極と前記電子回路との間に配置された絶縁層と、エッチング停止層と、を備える。前記絶縁層は、前記電極と前記電子回路とを電気的に接続するビアを有し、前記エッチング停止層は窒化アルミニウムまたは酸化アルミニウムの少なくとも一方からなっている。前記エッチング停止層は、前記電極および前記電子回路を覆っていてもよく、または前記電極が、前記エッチング停止層に実装され、ビアによって前記エッチング停止層を介して前記電子回路に電気的に接続されていてもよい。
2021533002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上の電子回路と、
前記電子回路に電気的に接続された電極と、
可動素子であって、前記電極と前記可動素子との間に電圧を印加することにより制御される可動素子と、
前記電極と前記電子回路との間に配置され、前記電極と前記電子回路とを電気的に接続するビアを備えた絶縁層と、
前記絶縁層に配置され、窒化アルミニウムまたは酸化アルミニウムのうちの少なくとも一方から形成されるエッチング停止層とを備える、
ことを特徴とする、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記エッチング停止層は、前記可動素子と前記電極との間に形成される、
ことを特徴とする、ＭＥＭＳ装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記可動素子を支持する導電性支持体であって、前記電極に実装され、前記エッチング停止層を通って延在する導電性支持体をさらに備える、
ことを特徴とする、ＭＥＭＳ装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記電極は、前記エッチング停止層に実装されている、
ことを特徴とする、ＭＥＭＳ装置。
【請求項５】
請求項１または２において、
前記エッチング停止層はスパッタリングされた酸化アルミニウムである、
ことを特徴とする、ＭＥＭＳ装置。
【請求項６】
請求項１または２において、
前記エッチング停止層は、原子層堆積法によって形成された酸化アルミニウムからなる膜である、
ことを特徴とする、ＭＥＭＳ装置。
【請求項７】
請求項１または２において、
前記ビアに接続された前記電極および前記ビアのそれぞれはタングステンを含む、
ことを特徴とする、ＭＥＭＳ装置。
【請求項８】
請求項１または４において、
前記電極は、前記電極が実装される表面に沿った寸法が、前記電極が電気的に接続される前記ビアの半径の少なくとも２倍である、
ことを特徴とする、ＭＥＭＳ装置。
【請求項９】
請求項１または４において、
前記可動素子は、前記基板の実装面に対して垂直である垂直ヒンジを備えたミラーである、
ことを特徴とする、ＭＥＭＳ装置。
【請求項１０】
請求項９において、
前記垂直ヒンジを備えたストッパをさらに備え、前記ストッパは、前記基板の前記実装面に対して平行に延在し、前記ミラーが傾斜した際に、前記ミラーと接触して前記ミラーがＭＥＭＳ装置の他の部位に接触するのを防止するのに充分なサイズを有する、
ことを特徴とする、ＭＥＭＳ装置。
【請求項１１】
前記基板上に電子回路を形成する工程と、
前記基板上に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層を貫通し、前記電子回路と電気的に接続される導電性材料が充填された貫通孔を含むビアを形成する工程と、
前記ビアに接続される電極を、前記絶縁層上に形成する工程と、
窒化アルミニウムまたは酸化アルミニウムの少なくとも一方からなるエッチング停止層を、前記絶縁層上に形成する工程と、
前記電極に接続される垂直ヒンジを形成する工程と、
前記絶縁層上に犠牲層を形成する工程と、
前記垂直ヒンジに結合された可動素子を形成する工程と、
前記犠牲層をフッ化水素酸の蒸気により除去する工程とを備える、
ことを特徴とする、基板上に微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置を製造する方法。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記エッチング停止層は、前記電極を形成した後に、前記可動素子と前記電極との間に形成される、
ことを特徴とする、方法。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記電極は、ダマシンプロセスによって形成される、
ことを特徴とする、方法。
【請求項１４】
請求項１１において、
前記電極は、前記エッチング停止層を形成した後、前記エッチング停止層に形成される、
ことを特徴とする、方法。
【請求項１５】
請求項１２または１４において、
前記エッチング停止層の形成には、前記絶縁層に酸化アルミニウムをスパッタリングする工程が含まれている、
ことを特徴とする、方法。
【請求項１６】
請求項１２または１４において、
前記エッチング停止層の形成には、原子層堆積法によって、前記絶縁層に酸化アルミニウムからなる膜を形成する工程が含まれている、
ことを特徴とする、方法。
【請求項１７】
請求項１１または１２において、
前記電極がその実装面にそって延在する寸法が、前記ビアの半径ｒの２倍超である、
ことを特徴とする、方法。
【請求項１８】
請求項１１または１２において、
前記ビアの形成には、ダマシンプロセスによって前記ビアを形成する工程が含まれている、
ことを特徴とする、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１８年７月４日に出願された米国仮特許出願第６２／６９４００８号に基づく優先権を主張するものであり、その開示内容をここに援用する。
【０００２】
本開示は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）の製造工程に関する。具体的に、本開示は、犠牲層を除去するためのリリースエッチングの際に、エッチング液による腐食（ａｔｔａｃｋｓ）に耐え得る強力な保護層を有するＭＥＭＳ装置の製造工程に関する。
【背景技術】
【０００３】
ＭＥＭＳの製造において、犠牲層の除去は重要な工程である。犠牲層をエッチングによって除去する場合、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）電子回路のように、ＭＥＭＳの構造がエッチング液によって損傷することがある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示の一態様は、フッ化水素酸（ＨＦまたはＶＨＦ）などのエッチング液の蒸気を用いた犠牲層のエッチングにも耐えることのできる、ＭＥＭＳ装置用の強力な保護層を提供することである。
【０００５】
本開示によるＭＥＭＳ装置は、基板と、前記基板上の電子回路と、前記電子回路に電気的に接続された電極と、可動素子であって、前記電極と前記可動素子との間に電圧を印加することにより制御される可動素子と、前記電極と前記電子回路との間に配置され、前記電極と前記電子回路とを電気的に接続するビアを備えた絶縁層と、前記絶縁層上に配置され、窒化アルミニウムまたは酸化アルミニウムのうちの少なくとも一方から形成されるエッチング停止層と、を備える。前記エッチング停止層は、前記電極および前記電子回路を覆っていてもよく、または前記電極が、前記エッチング停止層に実装され、ビアによって前記エッチング停止層を介して前記電子回路に電気的に接続されていてもよい。
【０００６】
本開示による、基板上にＭＥＭＳ装置を製造する方法は、前記基板上に電子回路を形成する工程と、前記基板上に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層を貫通し、前記電子回路と電気的に接続される導電性材料が充填された貫通孔を含むビアを形成する工程と、前記ビアに接続される電極を、前記絶縁層上に形成する工程と、窒化アルミニウムまたは酸化アルミニウムの少なくとも一方からなるエッチング停止層を、前記絶縁層上に形成する工程と、前記電極に接続される垂直ヒンジを形成する工程と、前記絶縁層上に犠牲層を形成する工程と、前記垂直ヒンジに接続された可動素子を形成する工程と、前記犠牲層をフッ化水素酸の蒸気により除去する工程と、を備える。前記エッチング停止層は、前記電極を形成した後に、前記可動素子と前記電極との間に形成されてもよい。或いは、前記電極は、前記エッチング停止層を形成した後に、前記エッチング停止層上に形成されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態１に係る表示装置として利用可能なＭＥＭＳ装置の断面図である。
【図２】図１に示すＭＥＭＳ装置のミラーがオン状態に変位した際の断面図である。
【図３】ＭＥＭＳ装置のミラー素子を示す断面図であって、図１に示す生産工程を説明するための図である。
【図４】実施形態２に係るＭＥＭＳ装置の断面図である。
【図５】図４に示すＭＥＭＳ装置のミラーがオン状態に変位した際の断面図である。
【図６】ＭＥＭＳ装置のミラーを示す断面図であって、図４に示す生産工程を説明するための図である。
【図７】実施形態３に係るＭＥＭＳ装置の断面図である。
【図８】実施形態４に係るＭＥＭＳ装置の断面図である。
【図９】図７に示すＭＥＭＳ装置のミラーがオン状態に変位した際の断面図である。
【図１０】ＭＥＭＳ装置のミラーを示す断面図であって、図８に示す生産工程を説明するための図である。
【図１１】金属化プロセスの一例を示す図である。
【図１２】ダマシンプロセスの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本開示は、添付の図面と併せて読まれるとき、以下の詳細な説明から最もよく理解される。一般的プラクティスによれば、図面の種々の特徴が実寸大ではないことを強調しておく。それどころか、様々な特徴の寸法は、明確にするために任意に拡大または縮小されている。さらに、特に明記しない限り、同様の参照番号は同様の要素を示す。
【０００９】
図１および図２は、本開示の実施形態１におけるＭＥＭＳ装置１０１の断面図である。これらの図や本明細書で参照される他の図は、本開示によるＭＥＭＳ装置の単一の可動素子を説明するためのものである。しかしながら、本明細書に記載されるＭＥＭＳ装置は、複数の可動素子を含んでいてもよい。例えば、ＭＥＭＳ装置が表示装置で使用され可動素子がミラーである場合、ＭＥＭＳ装置３が約２百万個のミラーを含む実施形態も可能である。
【００１０】
ＭＥＭＳ装置１０１は、基板１１１を有する。基板１１１には、少なくとも１つの電子回路が形成されており、本実施形態において前記電子回路は１または複数のトランジスタ１１６、１１７である。また、基板１１１には、層間誘電体１１２、１１３、１１４が形成されている。具体的には、層間誘電体１１２は、基板１１１および電子回路の一部（ここではトランジスタ１１６、１１７）に形成されている。層間誘電体１１３は、層間誘電体１１２上に形成され、層間誘電体１１４は層間誘電体１１３上に形成されている。層間誘電体の数はこれよりも多くても少なくてもよい。本明細書において、層間誘電体を絶縁層と称することもある。層間誘電体１１４上、すなわち基板から最も遠い層（例えば、トップ）には、エッチング停止層１１５が形成されている。
【００１１】
ＭＥＭＳ装置１０１は、層間誘電体１１２、１１３、１１４間の電気配線用に、金属層１３６、１３７、１３８、１３９、１４０、１４１と、電極１２１、１２２、１２３とを有する。また、ＭＥＭＳ装置１０１は、電気配線と電極とを接続するビア１２７、１２８、１２９、１３０、１３１、１３１、１３２、１３３、１３４、１３５を有する。つまり、ＭＥＭＳ装置１０１は、エッチング停止層１１５に実装された１または複数の電極を有しており、これら電極は、層間誘電体によって絶縁された金属層とビアを介して、ＭＥＭＳ装置１０１の１または複数の電子回路と電気的に接続される。本明細書に教示されるＭＥＭＳ装置における電極、金属層、ビアの数はＭＥＭＳ装置１０１内の電子回路およびこれらの配置に基づいて変更可能である。
【００１２】
図１に示すように、ビア１２７は、エッチング停止層１１５上に形成される電極１２１から、層間誘電体１１４を通って、層間誘電体１１４上に形成される金属層１３６への導電経路を提供する。ビア１２８は、層間誘電体１１４上に形成される金属層１３６から、層間誘電体１１３を通って、層間誘電体１１２上に形成される金属層１３７への導電経路を提供する。ビア１２９は、層間誘電体１１２上に形成される金属層１３７から、層間誘電体１１２を通って、基板１１１への導電経路を提供する。ビア１２７、１２８、１２９および金属層１３６、１３７を介して、電極１２１は、基板１１１、層間誘電体１１３および層間誘電体１１４の接点において電子回路と電気的に配線または接続することができる。
【００１３】
同様に、ビア１３０は、エッチング停止層１１５上に形成される電極１２２から、層間誘電体１１４を通って、層間誘電体１１４上に形成される金属層１３８への導電経路を提供する。ビア１３１は、層間誘電体１１４上に形成される金属層１３８から、層間誘電体１１３を通って、層間誘電体１１２上に形成される金属層１３９への導電経路を提供する。ビア１３２は、層間誘電体１１２上に形成される金属層１３９から、層間誘電体１１２を通って、基板１１１への導電経路を提供する。ビア１３０、１３１、１３２および金属層１３８、１３９を介して、電極１２２は、基板１１１、層間誘電体１１３および層間誘電体１１４の接点において電子回路と電気的に配線または接続することができる。
【００１４】
ここで、図１には、電極と電子回路との接続として、電極１２３と１または複数のトランジスタ１１６、１１７の接点との接続が示されている。ビア１３３は、エッチング停止層１１５上に形成される電極１２３から、層間誘電体１１４を通って、層間誘電体１１４上に形成される金属層１４０への導電経路を提供する。ビア１３４は、層間誘電体１１４上に形成される金属層１４０から、層間誘電体１１３を通って、層間誘電体１１２上に形成される金属層１４１への導電経路を提供する。ビア１３５は、層間誘電体１１２上に形成される金属層１４１から、層間誘電体１１２を通って、１または複数のトランジスタ１１６、１１７それぞれへの導電経路を提供する。ビア１３３、１３４、１３５および金属層１４０、１４１を介して、電極１２３は、層間誘電体１１３および層間誘電体１１４の接点において電子回路と電気的に配線または接続することができる。
【００１５】
さらに、ＭＥＭＳ装置１０１は、電極１２２に直接実装された、或いは、電極１２２に取り付けられた別の導電性支持構造に形成されたヒンジ１５２を有する。導電性支持構造は、本実施例を示す各図に示すように、電極１２２と同じ材料から形成されていてもよい。ＭＥＭＳ装置１０１は、ヒンジ１５２の上側に形成されたミラー素子１５１を有する。本実施形態および他の実施形態において、ミラー素子は、ここに記載されるＭＥＭＳ装置に組み込むことができる可動素子の一例である。一方、ヒンジ１５２の下部には機械的ストッパ１５３、１５４が形成されている。図示される機械的ストッパ１５３、１５４は、ヒンジ１５２と同一の材料から一体的に形成されており、既定の、または非励起位置にあるミラー素子１５１に平行であり、基板１１１の実装面および各層に対して平行に延在する。
【００１６】
基板１１１は、単結晶シリコンで形成されている。本実施例において、トランジスタ１１６、１１７はＣＭＯＳトランジスタであるが、他の電子回路であってもよい。層間誘電体１１２、１１３、１１４は、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）等の絶縁材料を含む層間絶縁膜である。
【００１７】
金属層１３６、１３７、１３８、１３９、１４０、１４１は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、またはアルミニウム銅合金（Ａｌ−Ｃｕ）からなる。
【００１８】
電極１２１、１２２、１２３は、タングステン（Ｗ）またはビアと同じ材料からなる。各ビア１２７、１２８、１２９、１３０、１３１、１３１、１３２、１３３、１３４、１３５は、ＭＥＭＳ装置１０１の少なくとも一層を貫通して延在する貫通孔として形成されており、導電性材料（本実施例ではタングステン（Ｗ））が充填されている。さらに、製造工程において、ビア１２７、１３０、１３３およびエッチング停止層１１５との間にはギャップ１２４、１２５、１２６が形成されることがある。これらギャップは、後に使用されるエッチング液がこれらギャップに浸透し構造に損傷を与える可能性があり問題となる。この問題を軽減するために、ビア１２７の半径をｒとした場合、エッチング停止層１１５が、電極１２１によって覆われる距離ｘが、ｒの２倍を超えていることが望ましい。エッチング停止層上に実装される各電極についても、エッチング停止層を貫通するビアの半径ｒとエッチング停止層に搭載される電極の長さ、または距離ｘとの関係が同様であることが望ましい。
【００１９】
電極１２２などの電極がエッチング停止層１１５などのエッチング停止層に実装されている構造において、その関係は、上述のとおり電極がエッチング停止層を覆う距離ｘがｒの２倍を超えている。これに代えて、本明細書に記載される他の実施形態（例：図７）のように、エッチング停止層が、電極の一部または全体を覆う構造としてもよい。つまり、電極は当該電極が実装される表面に沿った長さ、サイズまたは寸法（例えば、長さ、幅、半径）が、当該電極が電気的に接続されるビアの半径の少なくとも２倍であると言うこともできる。
【００２０】
すなわち、例えば、エッチング停止層１１５を覆う電極１２１、１２２、１２３は、それぞれが接続されるビアの半径の２倍以上の大きさを有することが望ましい。これにより、エッチング液の蒸気が、（ｉ）電極１２１、１２２、１２３およびエッチング停止層１１５を貫通すること、および（ｉｉ）ギャップ１２３、１２５、１２６を通して層間誘電体１１４を侵食することを防止する。
【００２１】
ヒンジ１５２は、ミラー素子１５１を支持する変形可能な部材である。ヒンジ１５２は、例えば非晶質シリコンやポリシリコンなどの材料で形成される。
【００２２】
ミラー素子１５１は、光源からの光を反射可能な部材である。ミラー素子１５１は、チタン、タングステン等からなる支持層と、アルミニウム、金、銀等の反射率の良い材料、またはこれらの組み合わせからなるミラー層とを有する。
【００２３】
ミラー素子１５１は電極１２３に静電吸着され、ヒンジ１５２は変形することにより傾斜する。これは、可動素子（例えば、ミラー素子１５１）と電極１２３との間に電圧を印加することから生じ得る。電圧によって吸着力が発生する。図２に示すように、ミラー素子１５１は、ストッパ１５３と接触することによって、絶縁層で覆われていない電極１２３と接触しないようになっている。すなわち、機械的ストッパ１５３、１５４は、ヒンジ１５２の変形によってミラー素子１５１が電極１２３と接触することのないように、電極１２１、１２３上方（高さ）に実装され、充分なサイズ（例えば長さ）を有する。例えば、機械的ストッパ１５３、１５４の長さは、ミラー素子１５１が傾いた際に、ミラー素子１５１に接触し、ＭＥＭＳ装置のその他の部位にミラー素子１５１が接触することを防止する長さとなっている。ミラー素子１５１が、ヒンジ１５２の変形によって電極１２３に接触することを防止する。これにより、電気的な短絡を防止することができる。本実施例において、機械的ストッパ１５３、１５４は、ヒンジ１５２と同じ材料から形成されているため、わずかに変形する。しかし、当該変形は無視してもよく、或いは、機械的ストッパ１５３、１５４の長さや実装高さを決定する際に考慮してもよい。
【００２４】
次に図３に示すように、ミラー素子１５１の形成に犠牲層１８１を使用する。犠牲層１８１は、無機または非晶質材料から形成され、例えばＳｉＯ２からなっている。犠牲層１８１は、エッチング停止層１１５およびエッチング停止層１１５表面の構成部材の上に堆積される。犠牲層１８１の表面にミラー素子１５１を形成した後、犠牲層１８１はエッチング液の蒸気であるフッ化水素酸の蒸気（ＨＦ蒸気）によって除去される。このとき、ミラー素子１５１、ヒンジ１５２、電極１２１、１２２、１２３およびエッチング停止層１１５は、ＨＦ蒸気にさらされる。しかし、各材料はＨＦ蒸気に対する耐性を有するため、腐食はわずかである。さらに、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる層間誘電体１１２、１１３、１１４は、電極１２１、１２２、１２３およびエッチング停止層１１５によって覆われているため、侵食は最小限に留められる。また、例えば、電極１２１が、ビア１２７の半径の２倍超である距離ｘだけ、エッチング停止層１１５を覆っており、電極１２２、１２３についても同様の特徴が盛り込まれている。距離ｘは、ＨＦ蒸気がエッチング停止層１１５および電極１２１、１２２、１２３の間に浸透し、層間誘電体１１２、１１３、１１４に到達するのを防止するのに充分な距離である。
【００２５】
図４および図５は、本開示の実施形態２におけるＭＥＭＳ装置２０１の断面図である。ＭＥＭＳ装置２０１は、基板２１１を有する。基板２１１には、少なくとも１つの電子回路が形成されており、本実施例において前記電子回路は１または複数のトランジスタ２１６、２１７である。図１〜図３に示すトランジスタ１１６、１１７と同様、トランジスタ２１６、２１７はＣＭＯＳトランジスタであってもよく、また別の電子部品や回路であってもよい。また基板２１１には層間誘電体２１２、２１３、２１４が形成されている。具体的には、層間誘電体２１２は、基板２１１および電子回路の一部（ここではトランジスタ２１６、２１７）に形成されている。層間誘電体２１３は、層間誘電体２１２上に形成され、層間誘電体２１４は層間誘電体２１３上に形成されている。層間誘電体の数はこれよりも多くても少なくてもよく、層間誘電体２１２、２１３、２１４は、層間誘電体１１２、１１３、１１４と同じ材料から形成されていてもよい。層間誘電体２１４上、すなわち基板から最も遠い層（例えば、トップ）には、エッチング停止層２１５が形成されている。
【００２６】
ＭＥＭＳ装置２０１は、層間誘電体２１２、２１３、２１４間の電気配線用に、金属層２３６、２３７、２３８、２３９、２４０、２４１と、電極２２１、２２２、２２３とを有する。また、ＭＥＭＳ装置２０１は、電気配線と電極とを接続するビア２２７、２２８、２２９、２３０、２３１、２３２、２３３、２３４、２３５を有する。ビア２２７、２２８、２２９、金属層２３６、２３７、および電極２２１はそれぞれ、前述のビア１２７、１２８、１２９、金属層１３６、１３７、および電極１２１と同じ材料からなり、同様に配置されていてもよい。ビア２３０、２３１、２３２、金属層２３８、２３９、および電極２２２はそれぞれ、前述のビア１３０、１３１、１３２、金属層１３８、１３９、および電極１２２と同じ材料からなり、同様に配置されていてもよい。ビア２３３、２３４、２３５、金属層２４０、２４１、および電極２２３はそれぞれ、前述のビア１３３、１３４、１３５、金属層１４０、１４１、および電極１２３と同じ材料からなり、同様に配置されていてもよい。
【００２７】
ＭＥＭＳ装置２０１は、電極２２２に直接形成された、或いは、電極１２２上に実装された別の電極に形成されたヒンジ２５２と、ヒンジ２５２の上側に形成されたミラー素子２５１とを有する。ヒンジ２５２は、前述のヒンジ１５２と同じ材料を用いて同様に形成されていてもよく、ミラー素子２５１は前述のミラー素子１５１と同一のものであってもよい。
【００２８】
電極２２１、２２２、２２３は、Ａｌ、Ａｌ−Ｃｕ合金等からからなる。電極２２１、２２２、２２３は、層間誘電体２１４上に形成されている。電極２２１、２２２、２２３は、層間誘電体２１４と段差を形成する。エッチング停止層１１５は層間誘電体１１４を覆っており、電極１２１、１２２、１２３がエッチング停止層１１５上に形成されている図１〜図３の配置とは対称的に、本実施形態においてエッチング停止層２１５は、電極２２１、２２２、２２３および層間誘電体２１４を覆うように段差構造となっている。
【００２９】
実施形態２と実施形態１との主な差異は、エッチング停止層２１５が電極２２１、２２２、２２３を覆っている点にある。さらに、図１に示す機械的ストッパ１５３、１５４は、図４に示す本実施形態では形成されていない。
【００３０】
ミラー素子２５１は電極２２３に静電吸着され、ヒンジ２５２は変形することにより傾斜する。図５から分かるように、ミラー素子２５１は、電極２２３を覆うエッチング停止層２１５に接触することによって、その傾斜が制限される。エッチング停止層２１５はまた、ミラー素子２５１が電極２２３に直接接触することを防止する。エッチング停止層２１５は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）または酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）からなる絶縁膜であるため、電気的短絡を防止することができる。
【００３１】
図６は、ミラー素子２５１を形成するための犠牲層２８１の断面図である。犠牲層２８１は、無機またはＳｉＯ２等の非晶質材料からなり、エッチング停止層２１５およびエッチング停止層２１５表面から延在する構成部材の上に堆積される。ミラー素子２５１を形成した後、犠牲層２８１はエッチング液の蒸気であるフッ化水素酸の蒸気（ＨＦ蒸気）によって除去される。このとき、ミラー素子２５１、ヒンジ２５２、電極２２２、およびエッチング停止層２１５は、ＨＦ蒸気にさらされる。しかし、各材料はＨＦ蒸気に対する耐性を有するため、侵食はわずかである。
【００３２】
図７は、本開示の実施形態３に係るＭＥＭＳ装置３０１の断面図である。ＭＥＭＳ装置３０１は、基板３１１と、ＭＥＭＳ装置３０１に形成し得る電子回路の例としてのトランジスタ３１６、３１７と、基板３１１上に形成される層間誘電体３１２、３１３、３１４と、層間誘電体３１４上に形成されるエッチング停止層３１５とを備える。
【００３３】
ＭＥＭＳ装置３０１は、層間誘電体３１２、３１３、３１４間の電気配線用に、金属層３３６、３３７、３３８、３３９、３４０、３４１と、電極３２１、３２２、３２３とを有する。また、ＭＥＭＳ装置３０１は、電気配線と電極とを接続するビア３２７、３２８、３２９、３３０、３３１、３３２、３３３、３３４、３３５を有する。基板３１１、トランジスタ３１６、３１７、金属層３３６、３３７、３３８、３３９、３４０、３４１、およびビア３２７、３２８、３２９、３３０、３３１、３３２、３３３、３３４、３３５はそれぞれ、基板１１１、トランジスタ１１６、１１７、金属層１３６、１３７、１３８、１３９、１４０、１４１、およびビア１２７、１２８、１２９、１３０、１３１、１３１、１３２、１３３、１３４、１３５と同様の構成および配置を有するため、重複する説明は省略する。層間誘電体３１２、３１３、３１４は、層間誘電体１１２、１１３、１１４と同様の材料から形成されていてもよく、層間誘電体１１２、１１３、１１４がトランジスタ１１６、１１７、金属層１３６、１３７、１３８、１３９、１４０、１４１、およびビア１２７、１２８、１２９、１３０、１３１、１３２、１３３、１３４、１３５に対して提供する絶縁機能と同様に、トランジスタ３１６、３１７、金属層３３６、３３７、３３８、３３９、３４０、３４１、およびビア３２７、３２８、３２９、３３０、３３１、３３１、３３２、３３３、３３４、３３５に対して絶縁機能を提供してもよい。しかし、以下に詳述するとおり、電極３２１、３２２、３２３を有する層間誘電体３１４の配置は、前述の実施形態とは異なっている。
【００３４】
また、ＭＥＭＳ装置３０１は、電極３２２に形成されたヒンジ３５２と、ヒンジ３５２の上側に形成されたミラー素子３５１とを有する。ヒンジ３５２は、前述のヒンジ２５１と同じ材料を用いて同様に形成されていてもよく、ミラー素子３５１は前述のミラー素子２５１と同一のものであってもよい。
【００３５】
電極３２１、３２２、３２３は、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）等からなる。電極３２１、３２２、３２３は、ダマシンプロセスによって層間誘電体３１４に埋め込まれるように形成されてもよい。以下に図１２を参照してダマシンプロセスについて説明する。前述のとおり、電極３２１、３２２、３２３、および層間誘電体３１４は、同時に化学機械研磨（ＣＭＰ）され、同一面上に位置合わせされる。エッチング停止層３１５は、電極３２１、３２２、３２３および層間誘電体３１４上に形成され、同一表面上で平坦化される。エッチング停止層３１５は、その製造方法により、段差構造のない均一で欠陥のない膜として形成される。したがって、エッチング停止層３１５は薄く形成されており、ＨＦ蒸気による層間誘電体３１４の侵食を防止する。
【００３６】
図８および図９は、本開示の実施形態４におけるＭＥＭＳ装置４０１の断面図である。ＭＥＭＳ装置４０１は、基板４１１を有する。基板４１１には、少なくとも１つの電子回路が形成されており、本実施例において電子回路は１または複数のトランジスタ４１６、４１７である。図１〜図３に示すトランジスタ１１６、１１７と同様、トランジスタ４１６、４１７はＣＭＯＳトランジスタであってもよく、また基板４１１上に形成される別の電子部品や回路の層間誘電体４１２、４１３、４１４であってもよい。具体的には、層間誘電体４１２は、基板４１１および電子回路の一部（ここではトランジスタ４１６、４１７）に形成されている。層間誘電体４１３は、層間誘電体４１２上に形成され、層間誘電体４１４は層間誘電体４１３上に形成されている。層間誘電体の数はこれよりも多くても少なくてもよく、層間誘電体４１２、４１３、４１４は、層間誘電体１１２、１１３、１１４と同じ材料から形成されていてもよい。
【００３７】
ＭＥＭＳ装置４０１は、層間誘電体４１２、４１３、４１４間の電気配線用に、金属層４３６、４３７、４３８、４３９、４４０、４４１と、電極４２１、４２２、４２３とを有する。また、ＭＥＭＳ装置４０１は、電気配線と電極とを接続するビア４２７、４２８、４２９、４３０、４３１、４３２、４３３、４３４、４３５を有する。ビア４２７、４２８、４２９、金属層４３６、４３７、および電極４２１はそれぞれ、実施形態１において説明したビア１２７、１２８、１２９、金属層１３６、１３７、および電極１２１と同じ材料からなり、同様に配置されていてもよい。ビア４３０、４３１、４３２、金属層４３８、４３９、および電極４２２はそれぞれ、実施形態１において説明したビア１３０、１３１、１３２、金属層１３８、１３９、および電極１２２と同じ材料からなり、同様に配置されていてもよい。ビア４３３、４３４、４３５、金属層４４０、４４１、および電極４２３はそれぞれ、実施形態１において説明したビア１３３、１３４、１３５、金属層１４０、１４１、および電極１２３と同じ材料からなり、同様に配置されていてもよい。実施形態１とは異なり、電極４２１、４２２、４２３は実施形態２のように、基板４１１から最も離れた層である層間誘電体４１４（すなわち、トップ層）に段差を形成し、エッチング停止層４１５は、電極４２１、４２２、４２３、および層間誘電体４１４を覆うように段差構造を有する。エッチング停止層４１５は、ＡｌＮまたはＡｌ２Ｏ３からなる絶縁膜であってもよい。
【００３８】
ＭＥＭＳ装置４０１は、電極４２２上に直接実装された、或いは、電極４２２上に搭載された別の電極に形成されたヒンジ４５２と、ヒンジ４５２の上側に形成されたミラー素子４５１とを有する。ヒンジ４５２は、前述のヒンジ１５２と同じ材料を用いて同様に形成されていてもよく、ミラー素子４５１は実施形態１で説明したミラー素子１５１と同一のものであってもよい。ヒンジ４５２の下部には、本実施形態１のストッパ１５３、１５４と同様に機械的ストッパ４５３、４５４が形成されている。
【００３９】
実施形態４と実施形態２との主な差異は、ヒンジ４５２の下部が機械的ストッパ４５３、４５４からなる点にある。
【００４０】
図９に示すように、ミラー素子４５１は電極４２３に静電吸着され、ヒンジ４５２は変形することにより傾斜する。ミラー素子４５１が、ストッパ４５３に接触することで、電極４２３上のエッチング停止層４１５に接触することを防止する。したがって、電気的な短絡に加えて、ミラー素子４５１がエッチング停止層４１５に接触することも防止できる。
【００４１】
図１０は、ミラー装置におけるミラー素子を示す断面図であって、図８に示す生産工程を説明するための図である。犠牲層４８１は、ミラー素子４５１を形成するためのベースである。犠牲層４８１は、無機またはＳｉＯ２等の非晶質材料からなり、エッチング停止層４１５およびエッチング停止層４１５表面から延在する構成要素の上に堆積される。ミラー素子４５１を形成した後、犠牲層４８１はエッチング液の蒸気であるフッ化水素酸の蒸気（ＨＦ蒸気）によって除去される。このとき、ミラー素子４５１、ヒンジ４５２、電極４２２、およびエッチング停止層４１５は、ＨＦ蒸気にさらされる。しかし、各材料はＨＦ蒸気に対する耐性を有するため、侵食はわずかである。
【００４２】
次に、基板上にＭＥＭＳ装置を製造する方法について説明する。説明の便宜上、実施形態１に対応する参照番号を使用する。しかし、他の実施形態の製造方法も同様である。この方法では、電子回路が基板１１１上に形成される。図１〜図３の例において、前記電子回路は、１または複数の金属層１３６、１３７、１３８、１３９、１４０、１４１のうちの一層以上に接続されるトランジスタ１１６、トランジスタ１１７、またはその他の電子回路を含む。絶縁層（ここでは、層間誘電体とも称される）１１２もまた基板１１１に形成される。絶縁層１１２を貫通する貫通孔を有し、導電性材料が充填されたビア１３２などのビアが形成される。ビア１３２は、前記電子回路と電気的に接続する。電極１２２などの電極が絶縁層１１２上に形成され、電極１１２はビア１３２に電気的に接続される。
【００４３】
図示されるように、複数の絶縁層または層間誘電体１１２、１１３、１１４を形成してもよい。したがって、基板１１１上の電子回路の配置に応じて、絶縁層１１２、１１３、１１４のそれぞれに、１または複数の金属層を堆積させてもよく、絶縁層１１２、１１３、１１４を貫通する１または複数のビアを形成して電極を前記電子回路に電気的に接続させてもよい。例えば、電極１１２は、金属層１３９、ビア１３１、金属層１３８、およびビア１３０を介してビア１３２に電気的に接続されていてもよい。
【００４４】
本実施例において電極、ビア、金属層は、Ａｌ等の容易にエッチング可能な金属の金属化プロセス１１００によって形成されてもよい。金属化プロセス１１００の一例を図１１に示す。図１１において、金属層１１０４が誘電層１１０２上に堆積される。誘電層１１０２は、Ｓｉウエハなどのウエハ上に配置してもよい。フォトレジスト１１０６は、金属層１１０４の一部を保護するポジ型のパターンで塗布される。次いで、フォトレジスト１１０６のパターンに応じてエッチング液で金属層１１０４をエッチングすることによって、ここでいうビア、電極、金属層に対応する金属部１１０８が残る。誘電層１１１０は、誘電層１１０２および金属部１１０８上に堆積される。最後に、余分な誘電体がエッチングされる。例えば、誘電層１１１０は、化学機械研磨（ＣＭＰ）によって平坦化される。金属層１１０４は、このプロセス１１００においてエッチングされるので、サブトラクティブ法（Ｓｕｂｔｒａｃｔｉｖｅ  Ｐｒｏｃｅｓｓ）と称することができる。
【００４５】
電極、ビア、金属層が代わりに銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）等のエッチングに対してより耐性を有する材料からなる場合、図１２に示すダマシンプロセス１２００によって金属化してもよい。このダマシンプロセス１２００では、エッチング停止層１２０４が誘電層１２０２上に形成される。誘電層１２０２は、Ｓｉウエハなどのウエハ上に配置してもよい。エッチング停止層１２０４の材料は、使用される金属材料に応じて異なっていてもよい。エッチング停止層１２０４上には、別の誘電層１２０６が形成される。フォトレジスト１２０８は、誘電層１２０６の一部を保護するネガ型のパターンで塗布される。次いで、フォトレジスト１２０８のパターンに応じてエッチング液で、誘電層１２０６をエッチングすることによって、ここでいうビア、電極、金属層に対応するトレンチまたは孔１２１０が残る。残存する誘電層１２０６および露出されたエッチング停止層１２０４に、金属層１２１２を堆積させてトレンチまたは孔１２１０を充填する。例えば、銅（Ｃｕ）は電気メッキによって堆積させてもよい。その後、ＣＭＰによって余剰な金属層１２１２が除去され、ここでいう電極、ビア、金属層に対応する金属部１２１４が形成される。金属部１２１４と残存する誘電層１２０６に、誘電層１２１６が堆積される。上述のプロセス１２００は、金属層１２１２を追加するためにトレンチや孔１２１０をエッチングで形成するのでアディティブ法と称することができる。
【００４６】
上述のシングルダマシンプロセスに代えて、デュアルダマシンプロセスを行ってもよい。デュアルダマシンプロセスでは、ビアおよび配線（ここでは電極または金属線とも称す）は、誘電層に孔およびトレンチをエッチングすることによって形成されてもよく、これら形成された孔やトレンチの両方に金属が堆積される。単一のフォトレジストおよびエッチング工程で、下にある金属と接続する孔を誘電層に形成し、別のフォトレジストおよびエッチング工程によって金属線用のトレンチを形成してもよい。金属を堆積させる前に、トレンチを形成し、孔を形成する、或いは、孔を形成し、トレンチを形成するといった２つの順序のいずれかを２つのフォトレジストおよびエッチング工程によって行ってもよい。
【００４７】
絶縁層の数、金属化プロセスの如何に関わらず、最も外側の絶縁層や層層間誘電体１１に、エッチング停止層１１５を形成してもよい。エッチング停止層１１５は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）または酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）のうちの少なくとも一方から形成されてもよい。エッチング停止層１１５の形成には、適切な酸素分圧下で絶縁層１１４上に酸化アルミニウムをスパッタリングする工程が含まれていてもよい。酸化アルミニウムをスパッタリングすることによって、膜を形成することができる。エッチング停止層１１５の形成には、原子層堆積法によって、絶縁層１１４に酸化アルミニウムからなる膜を形成する工程が含まれていてもよい。
【００４８】
次いで、垂直ヒンジ１５２が形成される。垂直ヒンジ１５２とは、すなわち、基板１１１などの基板の実装面に対して垂直に延在するヒンジである。垂直ヒンジ１５２は、電極１２２に接続される。絶縁層１１４上には無機または非晶質材料からなる犠牲層１８１が形成され、絶縁層１１４、電極およびエッチング停止層の配置によってはエッチング停止層上に形成することもある。ミラーまたはミラー素子１５１などの可動素子は、ヒンジ１５２上に形成される。垂直ヒンジ１５２およびミラー素子１５１の形成には、任意の数の技法を用いてもよい。そのような技法の一例として、米国特許７８７６４８８に詳細が記載されており、その内容全体をここに援用する。続いて、犠牲層１８１がフッ化水素酸の蒸気により除去される。
【００４９】
特定の実施形態に基づいて本発明を説明してきたが、この開示を限定として解釈されるべきでないことを理解されたい。開示を読んだ後、技術に熟練した人には、様々な変更や修正が明らかになります。したがって、添付の特許請求の範囲は、その範囲内にあるすべての変更および修正を包含するものと解釈されることが意図される。
【図１】
2021533002.tif 000003
【図２】
2021533002.tif 000004
【図３】
2021533002.tif 000005
【図４】
2021533002.tif 000006
【図５】
2021533002.tif 000007
【図６】
2021533002.tif 000008
【図７】
2021533002.tif 000009
【図８】
2021533002.tif 000010
【図９】
2021533002.tif 000011
【図１０】
2021533002.tif 000012
【図１１】
2021533002.tif 000013
【図１２】
2021533002.tif 000014
【国際調査報告】
2021533002.tif 000015
2021533002.tif 000016
2021533002.tif 000017
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