(57)【要約】【課題】特別な製造装置を用いることなく、かつパターン精度良好に可動部を形成することが可能なマイクロマシンの製造方法を提供する。【解決手段】基板８上にパターン形成された犠牲層８を覆う状態で、絶縁性の構造体膜１１と導電膜１３とをこの順に形成する。第１レジストパターン２０１をマスクに用いて犠牲層９上の導電膜１３部分を可動部形状にエッチングする。第１レジストパターン２０１を除去すると共に導電膜１３の表面の腐食処理を行った後、導電膜１３をマスクにして犠牲層９上の構造体膜１１部分を可動部形状にエッチングし、犠牲層９の一部を露出させる。犠牲層９の上方を覆う第２レジストパターン２０３をマスクに用いて構造体膜１１上の導電膜１３部分を配線パターン１３ａの形状にエッチングする。第２レジストパターン２０３を除去した後、犠牲層９を選択的に除去して可動部１５の下部に空間部ａを形成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にパターン形成された犠牲層を覆う状態で、当該基板上に絶縁性の構造体膜と導電膜とをこの順に形成する第１工程と、
第１レジストパターンをマスクに用いて前記犠牲層上の導電膜部分を可動部形状にエッチングする第２工程と、
前記第１レジストパターンを除去すると共に前記導電膜の表面の腐食処理を行った後、前記導電膜をマスクにして前記犠牲層上の構造体膜部分を可動部形状にエッチングし、前記犠牲層の一部を露出させる第３工程と、
前記犠牲層の上方を覆う第２レジストパターンをマスクに用いて前記構造体膜上の導電膜部分を配線パターン形状にエッチングする第４工程と、
前記第２レジストパターンを除去した後、前記犠牲層を選択的に除去して前記可動部形状の下部に空間部を形成する第５工程とを行う
ことを特徴とするマイクロマシンの製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のマイクロマシンの製造方法において、
第３工程では、エッチングガスとして酸素ガスを用いることで、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる前記導電膜の表面層を不動態化させながら前記構造体膜のパターンエッチングを行う
ことを特徴とするマイクロマシンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に空間部を介して設けた電極部分を可動構造体として用いたマイクロマシンの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板上の微細化製造技術の進展に伴い、いわゆるマイクロマシン（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ、超小型電気的・機械的複合体）素子（以下、ＭＥＭＳ素子と言う）、およびＭＥＭＳ素子を組み込んだ小型機器が注目されている。
【０００３】
ＭＥＭＳ素子は、シリコン基板、ガラス基板等の基板上に微細構造体として形成され、機械的駆動力を出力する可動構造体と、可動構造体の駆動を制御する半導体集積回路等とを、電気的・機械的に結合させた素子である。ＭＥＭＳ素子の基本的な特徴は、機械的構造として構成されている可動構造体が素子の一部に組み込まれていることであって、可動構造体の駆動は、電極間のクーロン引力などを応用して電気的に行われる。
【０００４】
このようなＭＥＭＳ素子の一例として、図５に示す静電駆動型のＭＥＭＳ素子がある。以下、このＭＥＭＳ素子の構成を、図５を参照しつつ図６の断面工程図に基づいてその製造工程順に説明する。尚、図６は、図５のＳ断面に相当する。
【０００５】
先ず、図６（１）に示すように、単結晶シリコンからなる半導体基板１上に酸化シリコンからなる絶縁膜３を介して下部電極５をパターン形成した後、この下部電極５を酸化シリコンからなる層間絶縁膜７で覆う。次に、層間絶縁膜７に対して選択的にエッチング除去可能な材料（例えばポリシリコン）からなる犠牲層９を、下部電極５を覆う状態で層間絶縁膜７上にパターン形成する。その後、犠牲層９を覆う状態で、絶縁性の構造体膜１１および導電膜１３をこの順に形成する。以上の後、図６（２）に示すように、レジストパターン１０１をマスクにして導電膜１３をパターンエッチングし、これによって犠牲層９の脇の層間絶縁膜７上に配線パターン１３ａを形成する。
【０００６】
次に、図６（３）に示すように、レジストパターン（１０１）を除去し、洗浄処理を行う。その後、図６（４）に示すように、レジストパターン１０３をマスクにして、犠牲層９上の導電膜１３と構造体膜１１とをパターンエッチングし、帯状の可動部１５を形成する。この可動部１５を構成する導電膜１３は、上部電極１３ｂとして配線パターン１３ａに接続する形状にパターニングする。このエッチング終了後には、レジストパターン１０３を除去する。次に、図６（５）に示すように、犠牲層（９）を選択的にエッチング除去し、可動部１５の下部に空間部ａを形成する。尚、この可動部１５は、空間部ａ脇の層間絶縁膜７上を覆う構造体膜１１部分および導電膜１３部分を支持部１７として半導体基板１上に支持されている。また、犠牲層（９）のエッチング除去については、例えば二フッ化キセノンガスを用いることで、均一なエッチングが行われる（例えば特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−１１３７００号公報（第８頁）
【０００８】
以上により、下部電極５の上方に、空間部ａを介して、帯状の可動部１５を設けたＭＥＭＳ素子が得られる。このＭＥＭＳ素子においては、下部電極５と可動部１５を構成する上部電極１３ｂとの間に微小電圧を印加すると、下部電極５と上部電極１３ｂとの間の静電現象によって可動部１５が下部電極５に向かって接近し、また、電圧の印加を停止すると、離間して元の状態に戻る。そして、上部電極１３ｂの表面を反射面として構成した場合には、このような可動部１５の動作により、上部電極１３ｂの高さを変えて反射する光の強度が変調され、光変調素子として機能するようになる。
【０００９】
また、このような構成のＭＥＭＳ素子では、配線パターン１３ａとは別に、大面積の構造体膜１１が支持部１７に残される。このため、この構造体膜１１部分によって、確実に可動部１５が支持され、可動部の動作を安定化させることができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した製造方法には、次のような課題があった。すなわち、上記構成のＭＥＭＳ素子を光変調素子のような光学素子として用いる場合、導電膜１３には、アルミニウムやアルミニウム合金のような光反射性の良好な材料が用いられる。ところが、このような材料は、一般的に腐食し易い（コロージョンを生じ易い）材料である。このため、図６（４）を用いて説明した可動部１５を形成する工程では、塩素を含有する反応ガスを用いてアルミニウムからなる導電膜１３をエッチングした後、基板を大気解放して構造体膜１１のエッチングチャンバに移動すると、大気中においてアルミニウム（導電膜１３）の腐食が起こり、大きな体積膨張によってパターン形状が維持できなくなる。
【００１１】
したがって、このような２層構造の連続エッチングにおいては、マルチチャンバ構成のエッチング装置を用いることで、基板を大気解放しないで２層のエッチングを連続して行うことことになる。しかしながら、このような装置を用いることは、製造コストを上昇させる要因となる。
【００１２】
これを防止するためには、上述した２層のエッチングの間に洗浄工程を行うことになるが、このような場合には、上部の導電膜１３のパターンエッチングに用いたレジストパターンを除去する必要がある。したがって、構造体膜１１のパターンエッチングの際には、新たなマスク（レジストパターン）を形成する必要が生じ、マスクずれに起因するパターン精度の低下要因となる。
【００１３】
そこで本発明は、特別な製造装置を用いることなく、かつパターン精度良好に可動部を形成することが可能なマイクロマシンの製造方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するための本発明のマイクロマシンの製造方法は、次のように行うことを特徴としている。先ず、第１工程では、基板上にパターン形成された犠牲層を覆う状態で、当該基板上に絶縁性の構造体膜と導電膜とをこの順に形成する。次の第２工程では、第１レジストパターンをマスクに用いて犠牲層上の導電膜部分を可動部形状にエッチングする。その後、第３工程では、第１レジストパターンを除去すると共に導電膜の表面の腐食処理を行った後、導電膜をマスクにして犠牲層上の構造体膜部分を可動部形状にエッチングし、犠牲層の一部を露出させる。次いで、第４工程では、犠牲層の上方を覆う第２レジストパターンをマスクに用いて構造体膜上の導電膜部分を配線パターン形状にエッチングする。そして第５工程では、第２レジストパターンを除去した後、犠牲層を選択的に除去して可動部形状の下部に空間部を形成する。
【００１５】
以上の製造方法では、第２工程で可動部形状にパターンエッチングされた導電膜をマスクに用いて、第３工程の構造体膜のパターンエッチングが行われる。このため、マスクずれを生じることなく、犠牲層の上部の導電膜と構造体膜とが可動部形状にパターンエッチングされる。また、第３工程のパターンエッチングの前には、導電膜の表面の腐食処理が行われるため、マルチチャンバを用いることなく、導電膜のエッチング側壁の腐食によるパターン形状の劣化を抑えた構造体膜のパターンエッチングが行われる。さらに、このようにして可動部を形成した後、犠牲層の上方を覆う第２レジストパターンをマスクに用いて導電膜のみを配線パターンの形状にエッチングすることで、可動部に影響を及ぼすことなく犠牲層脇における大面積の構造体膜上に配線パターンを形成できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。ここでは、一例として従来の技術において図５を用いて説明した静電駆動型のＭＥＭＳ素子の製造方法を、図１の断面工程図に基づき、また図２〜図４の平面図を参照して説明する。尚、図１は、図２〜図４の平面図におけるＡ−Ａ’断面に対応しており、図５のＳ断面に相当する。また、従来の技術で図６を用いて説明したと同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を行うこととする。
【００１７】
先ず、図１（１）に示すように、例えばシリコンからなる半導体基板１上に、熱酸化法により酸化シリコンからなる絶縁膜３を形成し、この上部にＣＶＤ法によって形成したポリシリコン膜をパターニングしてなる下部電極５を形成する。次に、熱酸化法により、半導体基板１表面および下部電極５の表面に酸化膜を成長させ、下部電極５が形成された半導体基板１上を酸化シリコンからなる層間絶縁膜７で覆う。尚、以下においては、層間絶縁膜７より下層を、まとめて基板８と称する。
【００１８】
その後、層間絶縁膜７（基板８）上に、この上部にＣＶＤ法によって形成したポリシリコン膜をパターニングしてなる犠牲層９を形成する。この犠牲層９は、下部電極５上を覆う形状にパターン形成されることとする。次に、パターニングされた犠牲層９を覆う状態で、窒化シリコンからなる構造体膜１１を形成し、さらにアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる導電膜１３を形成する。以上までの工程は、従来と同様に行う。
【００１９】
次に、図１（２）に示すように、導電膜１３上に、可動部形成用の第１レジストパターン２０１を形成し、この第１レジストパターン２０１をマスクに用いて導電膜１３をパターンエッチングする。
【００２０】
ここでは、図１（２）および図２の平面図にも示すように、犠牲層９の上部に位置する導電膜１３の可動部領域３０１（図２の囲み部分）のみをパターニングすることとし、可動部領域３０１の導電膜１３を複数の帯状にパターニングする。これにより、導電膜１３を帯状にパターニングしてなる上部電極１３ｂを、犠牲層９を介して下部電極５上に形成すると共に、上部電極１３ｂ間から構造体膜１１を露出させる。尚、図２の平面図においては、下部電極５および第１レジストパターン２０１の図示を省略した。
【００２１】
以上の後、アッシング処理により、第１レジストパターン２０１を除去する。次いで、導電膜１３の腐食処理を行う。ここでは、アミン溶液による洗浄処理を行うことにより、第１レジストパターン２０１をマスクに用いたエッチングで導電膜１３の露出表面に付着した塩素を含有する反応ガスを除去し、この反応ガスによる導電膜１３の腐食を防止する。
【００２２】
次に、図１（３）および図３に示すように、前の工程でパターニングされた導電膜１３をマスクに用いて、窒化シリコンからなる構造体膜１１をパターンエッチングする。これにより、導電膜１３と構造体膜１１とを帯状にパターニングしてなる複数の可動部１５を、犠牲層９上の可動部領域３０１に形成する。
【００２３】
このエッチングにおいては、エッチングガスを適宜選択することで、導電膜１３の表面を不動態化しつつ構造体膜１１のエッチングを行うこととする。例えば、導電膜１３が、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、構造体膜１１が窒化シリコンからなる場合には、エッチングガスに、ＣｘＦｙ、ＣｘＨｚＦｙで表される弗化炭素、六弗化硫黄（ＳＦ６）、およびＮＦ３のうちの１つと、酸素とを含むガス系を用いたプラズマ中に暴露することで、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる導電膜１３の表面を不動態化（Ａｌ２Ｏ３化）しつつ、下層の窒化シリコンからなる構造体１１のエッチングを行うこととする。
【００２４】
次に、図１（４）に示すように、基板８の上方に配線パターン形成用の第２レジストパターン２０３を形成し、この第２レジストパターン２０３をマスクに用いて導電膜１３をパターンエッチングする。
【００２５】
そしてここでは、図１（４）および図４の平面図に示すように、犠牲層９脇に位置する支持部領域３０３（図４の囲み部分）のみの導電膜１３をパターニングすることとし、可動部１５が形成された部分（可動部領域）は、第２レジストパターン２０３で覆った状態にしておく。またこのパターニングによって、支持部領域３０３に、各可動部１５を構成する上部電極１３ｂに接続された配線パターン１３ａを形成する。尚、図４の平面図においては、第２レジストパターン２０３の図示を省略した。
【００２６】
以上の後、アッシング処理により、第２レジストパターン２０３を除去する。次いで、導電膜１３の腐食処理（アミン溶液による洗浄処理）を行い、このエッチングで導電膜１３の露出表面に付着した塩素を含有する反応ガスを除去し、この反応ガスによる導電膜１３の腐食を防止する。
【００２７】
次いで、図１（５）に示すように、犠牲層（９）の選択的なエッチング除去を行い、可動部１５の下部に空間部ａを形成する。ここでは、酸化シリコンからなる層間絶縁膜７、窒化シリコンからなる構造体膜１１およびアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる導電膜１３に対して、ポリシリコンからなる犠牲層（９）を選択的にエッチング除去する。この際、例えば二フッ化キセノンガスを用いることで、均一なエッチングを行う。
【００２８】
以上により、図１（５）および図５の斜視図に示すように、構造体膜１１と導電膜１３とを同一形状にパターニングしてなる可動部１５が、空間部ａを介して基板８上に設けられる。これと共に、この可動部１５を支持する支持部１７においては、導電膜１３からなる配線パターン１３ａよりも広い幅で、可動部１５から連続する構造体膜１１が残されることで、可動部１５を確実に支持して安定な動作を可能としたマイクロマシン（ＭＥＭＳ素子）が得られる。
【００２９】
そして、以上説明した製造方法によれば、図１（３）および図３を用いて説明したように、可動部形状にパターンエッチングされた導電膜１３をマスクに用いて、構造体膜１１のパターンエッチングが行われる。このため、マスクずれを生じることなく、犠牲層９の上部の導電膜１３と構造体膜１１とを同一形状にパターンエッチングしてなる可動部１５を形成することができる。
【００３０】
また、このパターンエッチングの前には、導電膜１３の表面の腐食処理が行われるため、マルチチャンバを用いることなく、導電膜１３のエッチング側壁の腐食によるパターン形状の劣化を抑えた構造体膜１１のパターンエッチングが行われる。
【００３１】
さらに、このようにして可動部１５を形成した後、図１（４）および図４の平面図を用いて説明したように、犠牲層９の上方を覆う第２レジストパターン２０３（図４での図示は省略）をマスクに用いて導電膜１３のみをエッチングすることで、可動部１５に影響を及ぼすことなく犠牲層９脇における大面積の構造体膜１１上に配線パターン１３ａを形成することができる。
【００３２】
この結果、より少ない工程数で、パターン精度良好に、しかもマルチチャンバといった特別な装置を用いることで製造コストを上昇させることなく、図５に示す構成のマイクロマシンを得ることができる。
【００３３】
また、以上の他にも、図１（３）を用いて説明したように、導電膜１３をマスクにした構造体膜１１のエッチングは、導電膜１３を不動態化しつつ行われるため、以降の工程で行われるウェットエッチングや洗浄処理、さらには図１（５）を用いて説明した犠牲層（９）のエッチング除去に対する導電膜１３の耐性を向上さえせることが可能になる。
【００３４】
尚、以上説明した本発明の製造方法は、図５に示した構成のマイクロマシンの製造に限定されることはなく、２層構造の可動部１５が同一パターン形状を有し、この可動部１５に連続する２層構造部分が下層と上層とで異なるパターン形状を有しているマイクロマシンの製造に広く適用可能であり、同様の効果を得ることができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のマイクロマシンの製造方法によれば、パターン精度良好に、しかもマルチチャンバといった特別な装置を用いることで製造コストを上昇させることなく、動作特性の安定した可動部を有するマイクロマシンを得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態のマイクロマシンの製造方法を説明する断面工程図である。
【図２】図１（２）に対応する平面図である。
【図３】図１（３）に対応する平面図である。
【図４】図１（４）に対応する平面図である。
【図５】マイクロマシンの構成の一例を示す斜視図である。
【図６】従来のマイクロマシンの製造方法を説明する図である。
【符号の説明】
８…基板、９…犠牲層、１１…構造体膜、１３…導電膜、１３ａ…配線パターン、１５…可動部、２０１…第１レジストパターン、２０３…第２レジストパターン、ａ…空間部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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