(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数に分割された固定ミラー（Ｍ１）を有する固定ミラー構造体（１１）と、
前記固定ミラーに対応して形成された可動ミラー（Ｍ２）を有する可動ミラー構造体（１２）と、
前記固定ミラー構造体と前記可動ミラー構造体との間に介在されるとともに、前記固定ミラーと前記可動ミラーとの間にギャップ（ＡＧ）を提供する中間犠牲層（１３）と、を備え、
前記ギャップを介して前記固定ミラーと前記可動ミラーが対向しており、前記可動ミラー構造体における前記ギャップを架橋するメンブレン（ＭＥＭ）を変位させることで、前記固定ミラーと前記可動ミラーの対向距離が変化するように構成されるファブリペロー干渉計の製造方法であって、
基板（２０）の一面上に、多結晶シリコンを材料として第１高屈折率層（３０）を形成し、前記第１高屈折率層上の前記固定ミラーが形成される複数箇所に固定ミラー犠牲層（３５）を形成し、前記固定ミラー犠牲層を覆うように、多結晶シリコンを材料として前記第１高屈折率層上に第２高屈折率層（３１）を形成する固定ミラー構造体形成工程と、
前記第２高屈折率層を覆うように前記中間犠牲層を形成する中間犠牲層形成工程と、
前記中間犠牲層上に、多結晶シリコンを材料として第３高屈折率層（５０）を形成し、前記第３高屈折率層上の前記可動ミラーが形成される複数箇所に可動ミラー犠牲層（５６）を形成し、前記可動ミラー犠牲層を覆うように、多結晶シリコンを材料として前記第３高屈折率層上に第４高屈折率層（５１）を形成する可動ミラー構造体形成工程と、
エッチングにより、前記中間犠牲層の一部を除去して前記ギャップを形成するとともに、前記固定ミラー犠牲層及び前記可動ミラー犠牲層を除去して空気層（３２，５２）を形成するエッチング工程と、
を備え、
前記中間犠牲層形成工程では、前記第２高屈折率層上に第１犠牲層（４０）を形成し、前記第１犠牲層とは異なる材料を用いて、前記第１犠牲層上に第２犠牲層（４１）を形成するとともに、加熱により前記第２犠牲層の平坦化処理を行い、前記第１犠牲層と同じ材料により、平坦化後の前記第２犠牲層上に第３犠牲層（４２）を形成して、前記第１犠牲層、前記第２犠牲層、及び前記第３犠牲層を含む前記中間犠牲層を形成し、
前記第１犠牲層及び前記第３犠牲層を、前記第２犠牲層よりも熱に対する流動性が低い材料を用いて形成し、前記平坦化処理において、前記第１犠牲層及び前記第２犠牲層のうち、前記第２犠牲層のみを流動させることを特徴とするファブリペロー干渉計の製造方法。
【請求項２】
前記中間犠牲層形成工程では、
ＢＰＳＧ膜を成膜して前記第２犠牲層を形成し、
ノンドープシリコン酸化膜を成膜して、前記第１犠牲層及び前記第３犠牲層をそれぞれ形成することを特徴とする請求項１に記載のファブリペロー干渉計の製造方法。
【請求項３】
前記第２犠牲層の厚み（Ｔ１）が、隣り合う前記固定ミラーの間における前記第１高屈折率層と前記第２高屈折率層との接触幅（Ｗ１）の２倍以上となるように、前記第２犠牲層を形成することを特徴とする請求項２に記載のファブリペロー干渉計の製造方法。
【請求項４】
前記第１犠牲層及び前記第３犠牲層の厚みが、それぞれ０．１μｍ以上となるように、前記第１犠牲層及び前記第３犠牲層を形成することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のファブリペロー干渉計の製造方法。
【請求項５】
前記中間犠牲層形成工程において、前記平坦化処理の温度を、８００℃以上、１０５０℃未満の範囲内とすることを特徴とする請求項２〜４いずれか１項に記載のファブリペロー干渉計の製造方法。
【請求項６】
前記固定ミラー構造体の固定電極（３４）と前記可動ミラー構造体の可動電極（５４）の間の印加電圧に基づいて発生する静電気力により、前記メンブレンが変位するように構成された前記ファブリペロー干渉計を製造するための請求項５に記載のファブリペロー干渉計の製造方法であって、
前記固定ミラー構造体形成工程では、前記固定電極を形成するように、前記第１高屈折率層及び前記第２高屈折率層のうちの少なくとも前記第２高屈折率層に不純物を導入し、
前記可動ミラー構造体形成工程では、前記可動電極を形成するように、前記第３高屈折率層及び前記第４高屈折率層のうちの少なくとも前記第３高屈折率層に不純物を導入して加熱により活性化させ、
前記中間犠牲層形成工程では、前記平坦化処理の温度を、９５０℃以上、１０５０℃未満の範囲内として、前記第２犠牲層の平坦化とともに、前記固定電極を形成するために導入された不純物を活性化させることを特徴とするファブリペロー干渉計の製造方法。
【請求項７】
複数に分割された固定ミラー（Ｍ１）を有する固定ミラー構造体（１１）と、
前記固定ミラーに対応して形成された可動ミラー（Ｍ２）を有する可動ミラー構造体（１２）と、
前記固定ミラー構造体と前記可動ミラー構造体との間に介在されるとともに、前記固定ミラーと前記可動ミラーとの間にギャップ（ＡＧ）を提供する中間犠牲層（１３）と、を備え、
前記ギャップを介して前記固定ミラーと前記可動ミラーが対向しており、前記可動ミラー構造体における前記ギャップを架橋するメンブレン（ＭＥＭ）を変位させることで、前記固定ミラーと前記可動ミラーの対向距離が変化するように構成されるファブリペロー干渉計の製造方法であって、
支持基板（６１）上に絶縁膜（６２）を介して半導体層が配置されてなるＳＯＩ基板（６０）の前記半導体層を第１高屈折率層（６３）とし、該第１高屈折率層における前記固定ミラーが形成される複数箇所に、前記絶縁膜とは反対の一面側から所定深さのトレンチ（６５）を形成し、次いで、熱酸化により前記トレンチを埋めるとともに前記一面上の熱酸化膜（６６）を除去して固定ミラー犠牲層（６７）を形成し、前記固定ミラー犠牲層を覆うように前記第１高屈折率層上に、多結晶シリコンを材料として第２高屈折率層（３１）を形成する固定ミラー構造体形成工程と、
前記第２高屈折率層を覆うように前記中間犠牲層を形成する中間犠牲層形成工程と、
前記中間犠牲層上に、多結晶シリコンを材料として第３高屈折率層（５０）を形成し、前記第３高屈折率層上の前記可動ミラーが形成される複数箇所に可動ミラー犠牲層（５６）を形成し、前記可動ミラー犠牲層を覆うように、多結晶シリコンを材料として前記第３高屈折率層上に第４高屈折率層（５１）を形成する可動ミラー構造体形成工程と、
エッチングにより、前記中間犠牲層の一部を除去して、前記ギャップを形成するとともに、前記固定ミラー犠牲層及び前記可動ミラー犠牲層を除去して空気層（５２，６４）を形成するエッチング工程と、
を備えることを特徴とするファブリペロー干渉計の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファブリペロー干渉計の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に記載のファブリペロー干渉計が知られている。このファブリペロー干渉計は、固定ミラーを有する固定ミラー構造体と、可動ミラーを有する可動ミラー構造体と、固定ミラー構造体と可動ミラー構造体との間に介在され、固定ミラーと可動ミラーとの間にギャップを提供する中間犠牲層と、を備えている。固定ミラーと可動ミラーは、ギャップを介して対向しており、可動ミラー構造体におけるギャップを架橋するメンブレンを変位させることで、固定ミラーと可動ミラーの対向距離が変化するように構成されている。
【０００３】
固定ミラー構造体は、シリコンなどを材料として形成された第１高屈折率層及び第２高屈折率層と、両高屈折率層間に局所的に介在された空気層と、を有しており、空気層が介在された部分が固定ミラーとなっている。同じく、可動ミラー構造体は、シリコンなどを材料として形成された第３高屈折率層及び第４高屈折率層と、両高屈折率層間に局所的に介在された空気層と、を有しており、空気層が介在された部分が可動ミラーとなっている。
【０００４】
このように、低屈折率層として空気層を用いると、屈折率比が大きくなり、ミラーの高反射率な帯域（反射帯域）を広くすることができる。すなわち、ファブリペロー干渉計において光を選択的に透過可能な分光帯域を広くすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１３４３８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記したように空気層を用いる場合、空気層を覆うように第２高屈折率層及び第４高屈折率層を配置することとなる。特許文献１では、ミラーの強度を確保するために、固定ミラー及び可動ミラーを複数に分割している。たとえば、第２高屈折率層を第１高屈折率層に接触させて、隣り合う固定ミラーの空気層を隔てることで、固定ミラーを複数に分割している。
【０００７】
しかしながら、複数に分割された固定ミラーを採用すると、第２高屈折率層において、空気層の上面を覆う部分に対し、第１高屈折率層に接触する部分が凹む。すなわち、第２高屈折率層に段差が生じる。この段差上に中間犠牲層を形成するため、中間犠牲層における第３高屈折率層側の面には、上記した凹み部分に対応して段差が生じてしまう。さらには、中間犠牲層上に形成する第３高屈折率層及び第４高屈折率層にも段差が生じてしまう。
【０００８】
このように可動ミラー構造体を構成する第３高屈折率層及び第４高屈折率層に段差が生じていると、たとえばメンブレンを変位させる際に段差部分に応力が集中するという問題がある。
【０００９】
本発明は上記問題点に鑑み、空気層を有し、複数に分割された固定ミラーを採用しつつ、可動ミラーを構成する高屈折率層に局所的な応力集中が生じるのを抑制することができるファブリペロー干渉計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】
【００１０】
ここに開示される発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲及びこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１１】
開示された発明のひとつは、ファブリペロー干渉計の製造方法であって、固定ミラー構造体形成工程と、中間犠牲層形成工程と、可動ミラー形成工程と、エッチング工程と、を備えている。この製造方法により形成されるファブリペロー干渉計は、複数に分割された固定ミラー（Ｍ１）を有する固定ミラー構造体（１１）と、固定ミラーに対応して形成された可動ミラー（Ｍ２）を有する可動ミラー構造体（１２）と、固定ミラー構造体と可動ミラー構造体との間に介在されるとともに、固定ミラーと可動ミラーとの間にギャップ（ＡＧ）を提供する中間犠牲層（１３）と、を備える。そして、ギャップを介して固定ミラーと可動ミラーが対向しており、可動ミラー構造体におけるギャップを架橋するメンブレン（ＭＥＭ）を変位させることで、固定ミラーと可動ミラーの対向距離が変化するように構成される。
【００１２】
固定ミラー構造体形成工程では、基板（２０）の一面上に、多結晶シリコンを材料として第１高屈折率層（３０）を形成し、第１高屈折率層上の固定ミラーが形成される複数箇所に固定ミラー犠牲層（３５）を形成する。そして、固定ミラー犠牲層を覆うように、多結晶シリコンを材料として第１高屈折率層上に第２高屈折率層（３１）を形成する。中間犠牲層形成工程では、第２高屈折率層を覆うように中間犠牲層を形成する。可動ミラー構造体形成工程では、中間犠牲層上に、多結晶シリコンを材料として第３高屈折率層（５０）を形成し、第３高屈折率層上の可動ミラーが形成される複数箇所に可動ミラー犠牲層（５６）を形成する。そして、可動ミラー犠牲層を覆うように、多結晶シリコンを材料として第３高屈折率層上に第４高屈折率層（５１）を形成する。エッチング工程では、エッチングにより、中間犠牲層の一部を除去してギャップを形成するとともに、固定ミラー犠牲層及び可動ミラー犠牲層を除去して空気層（３２，５２）を形成する。
【００１３】
中間犠牲層形成工程では、第２高屈折率層上に第１犠牲層（４０）を形成する。次いで、第１犠牲層とは異なる材料を用いて、第１犠牲層上に第２犠牲層（４１）を形成するとともに、加熱により第２犠牲層の平坦化処理を行う。そして、第１犠牲層と同じ材料により、平坦化後の第２犠牲層上に第３犠牲層（４２）を形成して、第１犠牲層、第２犠牲層、及び第３犠牲層を含む中間犠牲層を形成する。その際、第１犠牲層及び第３犠牲層を、第２犠牲層よりも熱に対する流動性が低い材料を用いて形成し、平坦化処理において、第１犠牲層及び第２犠牲層のうち、第２犠牲層のみを流動させることを特徴とする。
【００１４】
本発明では、中間犠牲層を３層構造とし、そのうちの第２犠牲層を、加熱処理によって平坦化する。したがって、空気層を有し、複数に分割された固定ミラーを採用しつつ、可動ミラーを構成する第３高屈折率層及び第４高屈折率層に段差が生じるのを抑制することができる。これにより、メンブレンの変位時に、可動ミラー構造体の段差部分に応力が集中するのを抑制することができる。
【００１５】
なお、第２犠牲層と第２高屈折率層との間に第１犠牲層を形成し、第２犠牲層と第３高屈折率層との間に第３犠牲層を形成する。これら第１犠牲層及び第３犠牲層は、第２犠牲層よりも熱に対する流動性が低い材料を用いて形成される。したがって、第２犠牲層の流動にともなって第２高屈折率層の内部応力が圧縮応力化するのを抑制することができる。これにより、エッチング後に、固定ミラーにおける第２高屈折率層の部分が座屈し、第１高屈折率層に接触するのを抑制することができる。同じく、第２犠牲層の流動にともなって第３高屈折率層の内部応力が圧縮応力化するのを抑制することができる。これにより、エッチング後に、第３高屈折率層、ひいては可動ミラー構造体のメンブレンが座屈するのを抑制することができる。
【００１６】
また、開示された他の発明のひとつは、ファブリペロー干渉計の製造方法であって、固定ミラー構造体形成工程と、中間犠牲層形成工程と、可動ミラー形成工程と、エッチング工程と、を備えている。この製造方法により形成されるファブリペロー干渉計は、複数に分割された固定ミラー（Ｍ１）を有する固定ミラー構造体（１１）と、固定ミラーに対応して形成された可動ミラー（Ｍ２）を有する可動ミラー構造体（１２）と、固定ミラー構造体と可動ミラー構造体との間に介在されるとともに、固定ミラーと可動ミラーとの間にギャップ（ＡＧ）を提供する中間犠牲層（１３）と、を備える。そして、ギャップを介して固定ミラーと可動ミラーが対向しており、可動ミラー構造体におけるギャップを架橋するメンブレン（ＭＥＭ）を変位させることで、固定ミラーと可動ミラーの対向距離が変化するように構成される。
【００１７】
固定ミラー構造体形成工程では、支持基板（６１）上に絶縁膜（６２）を介して半導体層が配置されてなるＳＯＩ基板（６０）の半導体層を第１高屈折率層（６３）とし、該第１高屈折率層における固定ミラーが形成される複数箇所に、絶縁膜とは反対の一面側から所定深さのトレンチ（６５）を形成する。次いで、熱酸化によりトレンチを埋めるとともに一面上の熱酸化膜（６６）を除去して固定ミラー犠牲層（６７）を形成する。そして、固定ミラー犠牲層を覆うように第１高屈折率層上に、多結晶シリコンを材料として第２高屈折率層（３１）を形成する。
【００１８】
中間犠牲層形成工程では、第２高屈折率層を覆うように中間犠牲層を形成する。可動ミラー構造体形成工程では、中間犠牲層上に、多結晶シリコンを材料として第３高屈折率層（５０）を形成し、第３高屈折率層上の可動ミラーが形成される複数箇所に可動ミラー犠牲層（５６）を形成する。そして、可動ミラー犠牲層を覆うように、多結晶シリコンを材料として第３高屈折率層上に第４高屈折率層（５１）を形成する。エッチング工程では、エッチングにより、中間犠牲層の一部を除去してギャップを形成するとともに、固定ミラー犠牲層及び可動ミラー犠牲層を除去して空気層（５２，６４）を形成することを特徴とする。
【００１９】
本発明では、ＳＯＩ基板の半導体層を第１高屈折率層とする。そして、第１高屈折率層にトレンチを形成し、熱酸化によりトレンチを埋めるとともに一面上の熱酸化膜を除去して固定ミラー犠牲層を形成する。したがって、第２高屈折率層を平坦に形成することができる。これにより、中間犠牲層、ひいては第３高屈折率層も平坦に形成することができる。したがって、空気層を有し、複数に分割された固定ミラーを採用しつつ、第３高屈折率層及び第４高屈折率層に段差が生じるのを抑制することができる。これにより、メンブレンの変位時に、可動ミラー構造体の段差部分に応力が集中するのを抑制することができる。なお、本発明によれば、中間犠牲層の平坦化処理を不要とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態に係るファブリペロー干渉計の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１に示すファブリペロー干渉計の製造方法を示す断面図である。
【図３】図１に示すファブリペロー干渉計の製造方法を示す断面図である。
【図４】図１に示すファブリペロー干渉計の製造方法を示す断面図である。
【図５】図１に示すファブリペロー干渉計の製造方法を示す断面図である。
【図６】図１に示すファブリペロー干渉計の製造方法を示す断面図である。
【図７】第２犠牲層の厚みと段差埋め込み性との関係を示す図である。
【図８】図３の領域VIIIを拡大した図である。
【図９】第１犠牲層の厚みと第２高屈折率層の内部応力との関係を示す図である。
【図１０】平坦化の熱処理温度と第２高屈折率層の内部応力との関係を示す図である。
【図１１】第２実施形態に係るファブリペロー干渉計の製造方法を示す断面図である。
【図１２】第２実施形態に係るファブリペロー干渉計の製造方法を示す断面図である。
【図１３】第３実施形態に係るファブリペロー干渉計の概略構成を示す断面図である。
【図１４】図１３に示すファブリペロー干渉計の製造方法を示す断面図である。
【図１５】図１３に示すファブリペロー干渉計の製造方法を示す断面図である。
【図１６】図１３に示すファブリペロー干渉計の製造方法を示す断面図である。
【図１７】図１３に示すファブリペロー干渉計の製造方法を示す断面図である。
【図１８】その他変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、以下に示す各実施形態において、共通乃至関連する要素には同一の符号を付与するものとする。
【００２２】
（第１実施形態）
先ず、図１に基づき、本実施形態のファブリペロー干渉計の概略構成について説明する。このファブリペロー干渉計は、その基本構造が、本出願人により先に出願された特開２００８−１３４３８８号公報の記載のファブリペロー干渉計と同じであるため、その記載を参照することができる。
【００２３】
図１に示すファブリペロー干渉計１０は、周知のＭＥＭＳ技術を利用して形成されており、透過領域Ｓ１に固定ミラーＭ１を有する固定ミラー構造体１１と、透過領域Ｓ１に可動ミラーＭ２を有する可動ミラー構造体１２と、固定ミラー構造体１１と可動ミラー構造体１２の間に介在され、エアギャップＡＧを提供する中間犠牲層１３と、を備えている。なお、エアギャップＡＧ（空隙）が、特許請求の範囲に記載のギャップに相当する。
【００２４】
可動ミラー構造体１２のエアギャップＡＧを架橋する部位は、変位可能なメンブレンＭＥＭとなっている。そして、固定ミラー構造体１１の固定電極３４と可動ミラー構造体１２の可動電極５４の間に印加する電圧に基づいて生じる静電気力（静電引力）によりメンブレンＭＥＭが変位し、ミラーＭ１，Ｍ２間の対向距離が変化するようになっている。これにより、対向距離に応じた所望波長の光（赤外線）を選択的に透過させることができる。
【００２５】
固定ミラー構造体１１は、基板２０の一面上に、絶縁膜２１を介して配置されている。本実施形態では、基板２０として、単結晶シリコンからなる平面矩形状の半導体基板を採用している。また、基板２０の一面上には、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜などの絶縁膜２１が略均一の厚みをもって形成されている。なお、基板２０における透過領域Ｓ１に対応する部分に、固定ミラー構造体１１とは反対側に開口する溝部を設けてもよい。このような溝部は、たとえば絶縁膜２１をエッチングストッパとして形成することができる。
【００２６】
さらに、本実施形態では、基板２０の一面側表層に、不純物がドーピングされてなる吸収領域２２が、基板２０の厚み方向に直交する面内において、透過領域Ｓ１を除く領域に選択的に設けられている。この吸収領域２２により、透過領域Ｓ１外での光の透過を抑制することができる。なお、吸収領域２２を有さない構成を採用することもできる。
【００２７】
固定ミラー構造体１１は、多結晶シリコンを材料として形成され、絶縁膜２１上に積層された第１高屈折率層３０と、第１高屈折率層３０と同じく多結晶シリコンを材料として形成され、第１高屈折率層３０上に積層された第２高屈折率層３１と、を有している。そして、透過領域Ｓ１における高屈折率層３０，３１間には、低屈折率層としての空気層３２が介在され、この部分が光学多層膜構造の固定ミラーＭ１となっている。なお、以下においては、第１高屈折率層３０及び第２高屈折率層３１を、高屈折率層３０，３１とも示す。本実施形態では、高屈折率層３０，３１の厚みがともに約０．４２μｍとされ、空気層３２の厚みが約１．４μｍとなっている。シリコンの屈折率は３．４５、空気の屈折率は１である。
【００２８】
固定ミラーＭ１は、平面略円形状のメンブレンＭＥＭの中央領域に形成された可動ミラーＭ２に対向して形成されている。第２高屈折率層３１は、第１高屈折率層３０に接触する接触部３１ａと、空気層３２の上面を覆う上壁部３１ｂと、上壁部３１ｂと接触部３１ａとをつなぐ側壁部３１ｃと、を有している。そして、接触部３１ａと側壁部３１ｃにより、空気層３２が区画されて、複数個の固定ミラーＭ１に分割（細分化）されている。この細分化により、基板２０の厚み方向に直交する面内において、固定ミラーＭ１の形成パターンは、ハニカム状となっている。詳しくは、上壁部３１ｂの平面形状が六角形となっており、空気層３２は六角錘台形状となっている。そして、接触部３１ａ及び側壁部３１ｃはハニカム状となっている。
【００２９】
上壁部３１ｂには、空気層３２をエッチングにより形成するための貫通孔３３が形成されている。メンブレンＭＥＭの対向部位であって透過領域Ｓ１を取り囲む周辺領域Ｓ２には、例えばｐ導電型の不純物がイオン注入されてなる固定電極３４が形成されている。固定電極３４は、高屈折率層３０，３１のうち、エアギャップＡＧ側の第２高屈折率層３１に少なくとも形成されている。本実施形態では、第２高屈折率層３１のみに固定電極３４が形成されている。固定電極３４は、図示しない外部接続用のパッドと電気的に接続されている。
【００３０】
また、固定ミラー構造体１１のうち、透過領域Ｓ１を除く領域の大部分では、高屈折率層３０，３１との間に、固定ミラー犠牲層３５が介在されている。本実施形態では、固定ミラー犠牲層３５が、第１絶縁膜３５ａ及び第２絶縁膜３５ｂを有しており、第１絶縁膜３５ａとして、不純物が導入されていないノンドープシリコン酸化膜（ＮＳＧ膜）を採用し、第２絶縁膜３５ｂとして、ボロンとリンが導入されたＢＰＳＧ膜（Boron Phosphorus Silicon Glass）を採用している。第２高屈折率層３１のうち、固定ミラー犠牲層３５の上面を覆う上壁部３１ｄは、空気層３２の上面を覆う上壁部３１ｂと略面一となっている。すなわち、固定ミラー犠牲層３５は、空気層３２とほぼ同じ厚みを有している。
【００３１】
固定ミラー構造体１１の絶縁膜２１と反対の面上、すなわち第２高屈折率層３１上であって、メンブレンＭＥＭとの対向部分を除く部分には、中間犠牲層１３が所定厚さを有して配置されている。この中間犠牲層１３により、基板２０の厚み方向に沿うエアギャップＡＧの長さ、すなわち、メンブレンＭＥＭが変位する前の初期状態におけるミラーＭ１，Ｍ２間の対向距離が決定されている。
【００３２】
本実施形態では、中間犠牲層１３が、同一材料を用いて形成された第１犠牲層４０及び第３犠牲層４２と、これら犠牲層４０，４２とは異なる材料を用いて形成され、犠牲層４０，４２間に配置された第２犠牲層４１と、を有している。第２犠牲層４１は、加熱により平坦化処理がなされる材料を用いて形成され、第１犠牲層４０及び第３犠牲層４２は、上記平坦化処理の加熱で流動しない材料を用いて形成されている。すなわち、第１犠牲層４０及び第３犠牲層４２は、熱に対する流動性が第２犠牲層４１よりも低い材料を用いて形成されている。
【００３３】
本実施形態では、第１犠牲層４０及び第３犠牲層４２が、上記した第１絶縁膜３５ａ同様、ＮＳＧ膜により構成されており、第２犠牲層４１が、上記した第２絶縁膜３５ｂ同様、ＢＰＳＧ膜により構成されている。また、第１犠牲層４０及び第３犠牲層４２の厚みがそれぞれ約０．２μｍとされ、第２犠牲層４１の厚みが約６μｍとされている。
【００３４】
中間犠牲層１３の固定ミラー構造体１１と反対の面上には、可動ミラー構造体１２が配置されている。可動ミラー構造体１２は、多結晶シリコンを材料として形成され、エアギャップＡＧを架橋するように中間犠牲層１３上に配置された第３高屈折率層５０と、第３高屈折率層５０と同じく多結晶シリコンを材料として形成され、第３高屈折率層５０上に積層された第４高屈折率層５１と、を有している。そして、透過領域Ｓ１における高屈折率層５０，５１間には、低屈折率層としての空気層５２が介在され、この部分が光学多層膜構造の可動ミラーＭ２となっている。なお、以下においては、第３高屈折率層５０及び第４高屈折率層５１を、高屈折率層５０，５１とも示す。
【００３５】
可動ミラーＭ１は、平面略円形状のメンブレンＭＥＭの中央領域に形成されている。第４高屈折率層５１は、第３高屈折率層５０に接触する接触部５１ａと、空気層５２の上面を覆う上壁部５１ｂと、上壁部５１ｂと接触部５１ａとをつなぐ側壁部５１ｃと、を有している。そして、接触部５１ａと側壁部５１ｃにより、空気層５２が区画されて、複数個の可動ミラーＭ２に分割（細分化）されている。この細分化により、基板２０の厚み方向に直交する面内において、可動ミラーＭ２の形成パターンも、ハニカム状となっている。詳しくは、上壁部５１ｂの平面形状が六角形となっており、空気層５２は六角錘台形状となっている。そして、接触部５１ａ及び側壁部５１ｃはハニカム状となっている。また、固定ミラーＭ１と可動ミラーＭ２が対向するように、固定ミラーＭ１の形成パターンと可動ミラーＭ２の形成パターンが一致している。
【００３６】
上壁部５１ｂには、空気層５２をエッチングにより形成するための貫通孔５３が形成されている。周辺領域Ｓ２には、例えばｐ導電型の不純物がイオン注入されてなる可動電極５４が形成されている。可動電極５４は、高屈折率層５０，５１のうち、エアギャップＡＧ側の第３高屈折率層５０に少なくとも形成されている。本実施形態では、高屈折率層５０，５１の両方に形成されている。可動電極５４は、図示しない外部接続用のパッドと電気的に接続されている。
【００３７】
また、可動ミラー構造体１２のうち、透過領域Ｓ１を除く領域では、高屈折率層５０，５１同士が接触している。符号５５は、メンブレンＭＥＭを貫通し、エアギャップＡＧと外部とを連通させる貫通孔である。この貫通孔５５は、エッチングにより中間犠牲層１３の一部を除去してエアギャップＡＧを形成するとともに、固定ミラーＭ１の空気層３２を形成するための貫通孔である。
【００３８】
このように、ミラー構造体１１，１２を構成する高屈折率層３０，３１，５０，５１として多結晶シリコンを採用すると、波長２〜１０μｍ程度の赤外光に対して透明であるので、赤外線ガス検出器の波長選択フィルターとして好適である。
【００３９】
次に、図２〜図６に基づき、上記したファブリペロー干渉計１０の製造方法について説明する。
【００４０】
先ず、図２に示すように、単結晶シリコンからなる基板２０を準備し、この基板２０の一面全面に絶縁膜２１を形成するとともに、局所的に不純物を注入し、一面側表層に吸収領域２２を形成する。
【００４１】
次に、固定ミラー構造体１１の形成工程を実施する。図２に示すように、絶縁膜２１を覆うように、ＬＰ−ＣＶＤ法により、多結晶シリコンを材料として第１高屈折率層３０を形成する。そして、第１高屈折率層３０上に、第１絶縁膜３５ａとしてＮＳＧ膜を形成する。次に、第１絶縁膜３５ａ上に、第２絶縁膜３５ｂとしてＢＰＳＧ膜を形成し、この第２絶縁膜３５ｂをパターニングする。これにより、第２絶縁膜３５ｂは、のちにエッチングにより空気層３２となる部分と、透過領域Ｓ１より外側の高屈折率層３０，３１間に残る部分のみとなる。次に、パターニングした第２絶縁膜３５ｂを覆うように、再度第１絶縁膜３５ａを形成する。そして、第１絶縁膜３５ａをパターニングし、第１高屈折率層３０のうち、第２高屈折率層３１との接続部分を露出させる。このようにして、第１絶縁膜３５ａ及び第２絶縁膜３５ｂを有する固定ミラー犠牲層３５を形成する。なお、固定ミラー犠牲層３５のうち、後にエッチングにより空気層３２となる部分は、六角錐台形状をなし、第２絶縁膜３５ｂが第１絶縁膜３５ａによって包まれている。
【００４２】
固定ミラー犠牲層３５の形成後、固定ミラー犠牲層３５を覆うように、第１高屈折率層３０上に、第２高屈折率層３１を形成する。第２高屈折率層３１も、ＬＰ−ＣＶＤ法により、多結晶シリコンを材料として形成する。上記したように、透過領域Ｓ１の固定ミラー犠牲層３５が六角錐台形状をなしているため、第２高屈折率層３１のうち、透過領域Ｓ１の固定ミラー犠牲層３５上に配置される部分に関しては、その形状が受け継がれ、六角錐台形状となる。また、第２高屈折率層３１は、透過領域Ｓ１において、第１高屈折率層３０と接触する接触部３１ａと、固定ミラー犠牲層３５を覆う上壁部３１ｂと、接触部３１ａと上壁部３１ｂをつなぐ側壁部３１ｃを有することとなる。このように接触部３１ａは上壁部３１ｂに対して凹み、第２高屈折率層３１は段差形状をなす。
【００４３】
第２高屈折率層３１の形成後、第２高屈折率層３１をエッチングし、上壁部３１ｂに貫通孔３３を選択的に形成する。また、第２高屈折率層３１に不純物をイオン注入する。本実施形態では、周辺領域Ｓ２に不純物をイオン注入する。そして、９５０℃以上の加熱処理により不純物を活性化させ、固定電極３４とする。ＬＰ−ＣＶＤ法による成膜後において、高屈折率層３０，３１の内部応力は圧縮応力であるが、上記加熱処理により、高屈折率層３０，３１の内部応力は引っ張り応力となる。
【００４４】
次に、中間犠牲層１３の形成工程を実施する。図３に示すように、第２高屈折率層３１の表面全面に、第１犠牲層４０としてＮＳＧ膜を形成する。次いで、第１犠牲層４０を覆うように、第２犠牲層４１としてＢＰＳＧ膜を形成する。第２犠牲層４１を成膜した時点で、第２犠牲層４１の表面に、上記した第２高屈折率層３１の段差由来の凹部４１ａが形成される。
【００４５】
そこで、本実施形態では、図４に示すように、第２犠牲層４１の表面を平坦化する平坦化処理を行う。第２犠牲層４１はＢＰＳＧ膜であり、第１犠牲層４０のＮＳＧ膜に較べて軟化点が低い。本実施形態では、平坦化処理の温度を、後述するように８００℃以上、１０５０℃未満の範囲内とすることで、第１犠牲層４０を流動させずに、第２犠牲層４１のみを流動させ、第２犠牲層４１の表面を平坦化させる。
【００４６】
平坦化処理後、図５に示すように、第２犠牲層４１上に、第３犠牲層４２としてＮＳＧ膜を形成する。平坦化処理後であるため、第３犠牲層４２は平坦となる。
【００４７】
次に、可動ミラー構造体１２の形成工程を実施する。図５に示すように、第３犠牲層４２、すなわち、中間犠牲層１３を覆うように、ＬＰ−ＣＶＤ法により、多結晶シリコンを材料として第３高屈折率層５０を形成する。上記したように、第２犠牲層４１の表面はほぼ平坦であるため、第３高屈折率層５０は、第２高屈折率層３１における上壁部３１ｂと略平行となる。
【００４８】
そして、第３高屈折率層５０上に、第３絶縁膜５６ａとしてＮＳＧ膜を形成する。次に、第３絶縁膜５６ａ上に、第４絶縁膜５６ｂとしてＢＰＳＧ膜を形成し、この第４絶縁膜５６ｂをパターニングする。これにより、第４絶縁膜５６ｂは、のちにエッチングにより空気層５２となる部分のみとなる。次に、パターニングした第４絶縁膜５６ｂを覆うように、再度第３絶縁膜５６ａを形成する。そして、第３絶縁膜５６ａをパターニングし、第３高屈折率層５０のうち、第４高屈折率層５１との接続部分を露出させる。このようにして、第３絶縁膜５６ａ及び第４絶縁膜５６ｂを有する可動ミラー犠牲層５６を形成する。なお、可動ミラー犠牲層５６のうち、後にエッチングにより空気層５２となる部分は、六角錐台形状をなしている。
【００４９】
可動ミラー犠牲層５６の形成後、可動ミラー犠牲層５６を覆うように、第３高屈折率層５０上に、第４高屈折率層５１を形成する。第４高屈折率層５１も、ＬＰ−ＣＶＤ法により、多結晶シリコンを材料として形成する。上記したように、可動ミラー犠牲層５６が六角錐台形状をなしているため、第４高屈折率層５１のうち、可動ミラー犠牲層５６上に配置される部分に関しては、その形状が受け継がれ、六角錐台形状となる。また、第４高屈折率層５１は、透過領域Ｓ１において、第３高屈折率層５０と接触する接触部５１ａと、可動ミラー犠牲層５６を覆う上壁部５１ｂと、接触部５１ａと上壁部５１ｂをつなぐ側壁部５１ｃを有することとなる。
【００５０】
第４高屈折率層５１の形成後、第４高屈折率層５１をエッチングし、上壁部５１ｂに貫通孔５３を選択的に形成する。また、メンブレンＭＥＭにおいて、高屈折率層５０，５１の接触部分に貫通孔５５を形成する。さらには、高屈折率層５０，５１に不純物をイオン注入する。本実施形態では、周辺領域Ｓ２に不純物をイオン注入する。そして、９５０℃以上の温度での加熱処理により不純物を活性化させ、可動電極５４とする。この可動電極５４は、固定電極３４と対向するように形成される。ＬＰ−ＣＶＤ法による成膜後において、高屈折率層５０，５１の内部応力も圧縮応力であるが、上記加熱処理により、高屈折率層５０，５１の内部応力は引っ張り応力となる。
【００５１】
次に、エッチング工程を実施する。貫通孔５３を通じて、可動ミラー犠牲層５６をエッチングするとともに、貫通孔５５を通じて、中間犠牲層１３におけるエアギャップＡＧを形成すべき部位をエッチングする。さらには、貫通孔５５及び貫通孔３３を通じて、透過領域Ｓ１の固定ミラー犠牲層３５をエッチングする。このエッチングにより、エアギャップＡＧが形成される、可動ミラー構造体１２のうち、エアギャップＡＧを架橋する部分がメンブレンＭＥＭとなる。また、空気層３２，５２も形成される。
【００５２】
なお、ＢＰＳＧとＮＳＧとでは、同じエッチャントに対するレートが異なる。ＨＦ系のエッチャントを用いた場合、ＢＰＳＧの方がＮＳＧよりもエッチングレートが早い。このため、図１及び図６に示すように、中間犠牲層１３において、第２犠牲層４１よりも、第１犠牲層４０及び第３犠牲層４２のほうが、残り量が多い。本実施形態では、透過領域Ｓ１の固定ミラー犠牲層３５を、第１絶縁膜３５ａ（ＮＳＧ）により第２絶縁膜３５ｂ（ＢＰＳＧ膜）を包み込む構造とし、可動ミラー犠牲層５６を、第３絶縁膜５６ａ（ＮＳＧ）により第４絶縁膜５６ｂ（ＢＰＳＧ膜）を包み込む構造としている。すなわち、ＢＰＳＧをＮＳＧでオーバーコートしている。これにより、中間犠牲層１３に対し、固定ミラー犠牲層３５及び可動ミラー犠牲層５６のエッチングが早く完了してしまわないようにしている。以上により、図１に示したファブリペロー干渉計１０を得ることができる。
【００５３】
次に、本実施形態に係るファブリペロー干渉計１０及びその製造方法の効果について説明する。
【００５４】
本実施形態では、中間犠牲層１３を３層構造とし、そのうちの第２犠牲層４１を、加熱処理によって平坦化する。したがって、空気層３２を有し、複数に分割された固定ミラーＭ１を採用しつつ、可動ミラーＭ２を構成する高屈折率層５０，５１に段差が生じるのを抑制することができる。これにより、メンブレンＭＥＭの変位時に、可動ミラー構造体１２の段差部分に応力が集中するのを抑制することができる。
【００５５】
また、第２犠牲層４１と第２高屈折率層３１との間に第１犠牲層４０を形成し、第２犠牲層４１と第３高屈折率層５０との間に第３犠牲層４２を形成する。これら犠牲層４０，４２は、第２犠牲層４１よりも熱に対する流動性が低い材料、換言すれば軟化点の低い材料を用いて形成される。平坦化時の加熱によって第２犠牲層４１が流動しても、第１犠牲層４０は流動しないため、第２犠牲層４１の流動に引きずられて第２高屈折率層３１の内部応力が圧縮応力化するのを抑制することができる。これにより、エッチング後に、固定ミラーＭ１における第２高屈折率層３１の上壁部３１ｂが座屈し、第１高屈折率層３０に接触するのを抑制することができる。
【００５６】
同じく、可動電極５４を形成する際の不純物活性化のための加熱処理により、第２犠牲層４１が流動しても、第３犠牲層４２は流動しないため、第２犠牲層４１の流動に引きずられて第３高屈折率層５０の内部応力が圧縮応力化するのを抑制することができる。これにより、エッチング後に、第３高屈折率層５０、ひいては可動ミラー構造体１２のメンブレンＭＥＭが座屈するのを抑制することができる。
【００５７】
特に本実施形態では、第２犠牲層４１としてＢＰＳＧ膜を採用し、第１犠牲層４０及び第３犠牲層４２としてＮＳＧ膜を採用している。ＢＰＳＧ膜は、８００℃以上の加熱によって平坦化することができ、ＰＳＧ膜（Phosphorus Silicon Glass）に較べると、より低温での平坦化が可能である。また、平坦化の効果もＰＳＧ膜より高い。したがって、より少ないエネルギーで、可動ミラーＭ２を構成する高屈折率層５０，５１に生じる段差をより小さくすることができる。
【００５８】
ところで、本発明者は、ファブリペロー干渉計１０の製造方法について鋭意検討を行った。図７は、第２犠牲層４１の厚みＴ１と段差Ｌ１の埋め込み性との関係について行った試験の結果を示している。この試験では、接触幅Ｗ１を３μｍとした。また、上記したように、高屈折率層３０，３１を厚み０．４２μｍの多結晶シリコン、空気層３２の厚みを１．４μｍとした。また、第１犠牲層４０をＮＳＧ膜、第２犠牲層４１をＢＰＳＧ膜とし、平坦化処理の温度を８５０℃とした。
【００５９】
なお、図８は、上記段差Ｌ１、接触幅Ｗ１、厚みＴ１を説明するための図であり、図３に破線で示した領域VIIIに対応している。図８に示すように、接触幅Ｗ１とは、第２高屈折率層３１の接触部３１ａの幅であり、厚みＴ１とは、第２犠牲層４１の厚みである。段差Ｌ１とは、第２犠牲層４１の表面における平坦化処理後の段差（凹）の深さである。
【００６０】
図７には、接触幅Ｗ１が３μｍに対し、第２犠牲層４１の厚みＴ１を３μｍ、４．５μｍ、６μｍ、９μｍとした場合の平坦化処理後の段差Ｌ１をそれぞれ示している。図７に示すように、厚みＴ１が６μｍ以上の場合の傾き（図中、二点鎖線）と、厚みＴ１が４．５μｍ以下の場合の傾きとが大きく異なっており、厚みＴ１が６μｍ以上の場合の傾きは、ほぼ一定となっている。このように、第２犠牲層４１の厚みＴ１を、６μｍ以上、すなわち、接触幅Ｗ１の２倍以上とすると、段差Ｌ１を効果的に小さくできることが明らかとなった。本実施形態では、この点を考慮し、接触幅Ｗ１を３μｍ、第２犠牲層４１の厚みＴ１を６μｍとしている。
【００６１】
図９は、第１犠牲層４０の厚みと第２高屈折率層３１の内部応力との関係について行った試験の結果を示している。この試験では、上記したように、高屈折率層３０，３１を厚み０．４２μｍの多結晶シリコン、空気層３２の厚みを１．４μｍとした。また、第１犠牲層４０をＮＳＧ膜、第２犠牲層４１をＢＰＳＧ膜とし、第２犠牲層４１の厚みＴ１を６μｍとした。さらには、ＬＰ−ＣＶＤ法での多結晶シリコンの成膜温度を５４０℃とした。
【００６２】
図９には、第２犠牲層４１の平坦化処理の温度を３水準（８５０℃、９００℃、９５０℃）示している。図９に示すように、第１犠牲層４０の厚みを０．１μｍ以上とすると、第２犠牲層４１の平坦化の温度によらず、第２高屈折率層３１の内部応力を引っ張り応力とし、且つ、安定化することができることが明らかとなった。本実施形態では、この点を考慮し、第１犠牲層４０の厚みを０．２μｍとしている。なお、図９に示す結果については、第２犠牲層４１と第３高屈折率層５０との間に介在される第３犠牲層４２についても同じことが言える。本実施形態では、第３犠牲層４２の厚みを０．２μｍとしている。
【００６３】
図１０は、第２犠牲層４１を平坦化するための熱処理温度と第２高屈折率層３１の内部応力との関係について行った試験の結果を示している。この試験では、上記したように、高屈折率層３０，３１を厚み０．４２μｍの多結晶シリコン、空気層３２の厚みを１．４μｍとした。また、第２犠牲層４１をＢＰＳＧ膜とし、第２犠牲層４１の厚みＴ１を６μｍとした。さらには、ＬＰ−ＣＶＤ法での多結晶シリコンの成膜温度を５４０℃とした。
【００６４】
図１０には、第１犠牲層４０がある場合と、第１犠牲層４０がない場合とをそれぞれ示している。なお、第１犠牲層４０がある場合、第１犠牲層４０をＮＳＧ膜とし、その厚みを０．２μｍとした。図１０に示すように、第１犠牲層４０がない場合、９１０℃以上の温度にて平坦化処理を行うと、第２高屈折率層３１の内部応力が圧縮応力となる。一方、第１犠牲層４０がある場合、１０５０℃未満であれば、第２高屈折率層３１の内部応力を引っ張り応力に保つことができることが明らかとなった。なお、ＢＰＳＧ膜は、８００℃以上であれば流動して平坦化することが知られている。この点を考慮し、本実施形態では、平坦化処理の温度を、８００℃以上、１０５０℃未満の範囲内としている。たとえば、８５０℃にて平坦化処理を行うと、図１０に示すように、第２高屈折率層３１の内部応力を２００ＭＰａ程度の引っ張り応力とすることができる。
【００６５】
なお、図１０に示す結果については、第２犠牲層４１と第３高屈折率層５０との間に介在される第３犠牲層４２についても同じことが言える。可動電極５４を形成するために不純物活性化のための９５０℃以上での加熱処理を行うと、第２犠牲層４１が流動する。しかしながら、第１犠牲層４０及び第３犠牲層４２が形成されていれば、図１０に示したように、１０５０℃まで、高屈折率層３１，５０の内部応力を引っ張り応力に保つことができる。本実施形態では、この点を考慮し、可動電極５４を形成するための加熱処理を、９５０℃以上、１０５０℃未満で行う。
【００６６】
本実施形態では、周辺領域Ｓ２及び該周辺領域Ｓ２よりも外側の領域において、第１高屈折率層３０と第２高屈折率層３１との間に固定ミラー犠牲層３５を配置し、上壁部３１ｄを上壁部３１ｂと略面一としている。これによれば、加熱によって第２犠牲層４１の表面を平坦化しやすくできる。
【００６７】
（第２実施形態）
本実施形態において、第１実施形態に示したファブリペロー干渉計１０及びその製造方法と共通する部分についての説明は割愛する。
【００６８】
本実施形態では、固定電極３４と可動電極５４の間に電圧を印加し、これにより生じる静電気力によってメンブレンＭＥＭが変位する静電駆動型のファブリペロー干渉計１０の製造方法に特徴がある。第１実施形態では、固定ミラー構造体１１の形成工程において、加熱による不純物の活性化処理を行って固定電極３４を形成し、その後、中間犠牲層１３の形成工程を行う例を示した。これに対し、本実施形態では、図１１に示す固定ミラー構造体１１の形成工程において、固定電極３４の形成領域に不純物をイオン注入するまでにとどめる。すなわち、活性化のための加熱処理を行わない。なお、図１１に示す符号３４ａは、活性化前の不純物層である未活性化層を示している。
【００６９】
そして、中間犠牲層１３の形成工程において、平坦化処理の温度を、不純物の活性化が可能な９５０℃以上、１０５０℃未満の範囲内とする。これにより、図１２に示すように、第２犠牲層４１の平坦化とともに、不純物を活性化して固定電極３４を形成することができる。
【００７０】
これによれば、第２犠牲層４１の平坦化に合わせて、不純物を活性化して固定電極３４を形成することができるため、製造工程を簡素化することができる。
【００７１】
この場合、第２犠牲層４１の平坦化処理まで、第２高屈折率層３１の内部応力を圧縮から引っ張り化するための加熱処理がない。したがって、この平坦化処理の加熱によって、第２高屈折率層３１（及び第１高屈折率層３０）の内部応力を引っ張り応力化させることとなる。本実施形態では、第１犠牲層４０を形成するため、平坦化にともなって第２犠牲層４１が流動しても、図１０に示したように、第２高屈折率層３１の内部応力を引っ張り応力とすることができる。
【００７２】
（第３実施形態）
本実施形態において、第１実施形態に示したファブリペロー干渉計１０及びその製造方法と共通する部分についての説明は割愛する。
【００７３】
図１３に示すファブリペロー干渉計１０は、ＳＯＩ基板６０を備えている。ＳＯＩ基板６０は、単結晶シリコンからなる支持基板６１の一面上に、シリコン酸化膜からなる絶縁膜６２を介して、単結晶シリコンからなる半導体層が配置されてものである。本実施形態では、この半導体層を第１高屈折率層６３として用いている。
【００７４】
第１高屈折率層６３には、所定深さの溝が形成されて空気層６４が構成されている。空気層６４は、第１実施形態に示した空気層３２同様、透過領域Ｓ１に形成されている。また、第１高屈折率層６３のうち、空気層６４の直下部分が、固定ミラーＭ１を構成するミラー形成部６３ａとなっている。本実施形態では、ミラー形成部６３ａの厚みが、第２高屈折率層３１と同じ約０．４２μｍとされ、空気層６４の厚み（深さ）が、約１．４μｍとされている。
【００７５】
第１高屈折率層６３における絶縁膜６２と反対の一面６３ｂには、第１実施形態同様、多結晶シリコンを材料として形成された第２高屈折率層３１が配置されている。図１３に示すように、第２高屈折率層３１は、平坦となっている。この第２高屈折率層３１の周辺領域Ｓ２には、第１実施形態同様、固定電極３４が形成されている。
【００７６】
第２高屈折率層３１上には、中間犠牲層１３が形成されている。本実施形態では、第１実施形態とは異なり、ＮＳＧ膜単層によって中間犠牲層１３が構成されている。中間犠牲層１３は、メンブレンＭＥＭよりも外側の領域に配置されている。
【００７７】
中間犠牲層１３上には、可動ミラー構造体１２が配置されている。可動ミラー構造体１２の構成は、第１実施形態と同じである。すなわち、エアギャップＡＧを架橋するように、中間犠牲層１３上に、多結晶シリコンを材料として形成された第３高屈折率層５０が配置され、第３高屈折率層５０上に、多結晶シリコンを材料として形成された第４高屈折率層５１が配置されている。透過領域Ｓ１において、高屈折率層５０，５１間に空気層５２が介在されて可動ミラーＭ２が構成されている。第４高屈折率層５１のうち、空気層５２の上面を覆う部分に貫通孔５３が形成されている。周辺領域Ｓ２には、可動電極５４及び貫通孔５５が形成されている。
【００７８】
次に、図１４〜図１７に基づき、上記したファブリペロー干渉計１０の製造方法について説明する。
【００７９】
先ず、ＳＯＩ基板６０を準備する。次いで、図１４に示すように、ＳＯＩ基板６０の第１高屈折率層６３（半導体層）に、一面６３ｂ側から所定深さのトレンチ６５を形成する。トレンチ６５は、空気層６４の形成領域に対応して設けられる。また、後述する熱酸化膜６６は、シリコンの表面に対して、外側に０．５５、内側に０．４５の比率で成長していくことが経験的に知られている。このため、空気層６４を形成したい領域が熱酸化膜６６となるように、トレンチ６５を設ける。本実施形態では、複数本のトレンチ６５を所定ピッチで設ける。
【００８０】
次に、図１５に示すように、熱酸化により、第１高屈折率層６３の一面６３ｂ側の表面に、熱酸化膜６６を形成する。熱酸化膜６６は、第１高屈折率層６３の一面６３ｂ側の表層に形成される。また、トレンチ６５の表層にも形成され、これにより、トレンチ６５内が埋まるとともに、隣り合うトレンチ６５において熱酸化膜６６が連結する。そして、対応する空気層６４ごとに１つの塊（ブロック）となる。
【００８１】
次に、図１６に示すように、エッチバックにより、第１高屈折率層６３の一面６３ｂ側表層の熱酸化膜６６を除去する。たとえば、ケミカルドライエッチング（ＣＤＥ）法により、一面６３ｂから所定深さ分、熱酸化膜６６を除去する。これにより、除去後の一面６３ｂを平坦とすることができる。このエッチバックにより残る熱酸化膜６６が、固定ミラー犠牲層６７となる。固定ミラー犠牲層６７は、空気層６４に対応して形成される。
【００８２】
次に、図１７に示すように、固定ミラー犠牲層６７を覆うように、第１高屈折率層６３の一面６３ｂ上に、ＬＰ−ＣＶＤ法により、多結晶シリコンを材料として第２高屈折率層３１を形成する。一面６３ｂは平坦であるため、第２高屈折率層３１も平坦となる。そして、第２高屈折率層３１をエッチングし、固定ミラー犠牲層６７上に貫通孔３３を選択的に形成する。また、第２高屈折率層３１に不純物をイオン注入する。本実施形態では、周辺領域Ｓ２に不純物をイオン注入する。そして、９５０℃以上の加熱処理により、不純物を活性化させ、固定電極３４とする。この加熱処理により、第２高屈折率層３１の内部応力は引っ張り応力となる。
【００８３】
次に、中間犠牲層１３の形成工程を実施する。図１７に示すように、第２高屈折率層３１の表面全面に、中間犠牲層１３としてシリコン酸化膜（ＮＳＧ膜）を形成する。上記したように、第１高屈折率層６３は平坦であるため、中間犠牲層１３の表面も平坦となる。
【００８４】
次に、可動ミラー構造体１２の形成工程を実施する。中間犠牲層１３を覆うように、ＬＰ−ＣＶＤ法により、多結晶シリコンを材料として第３高屈折率層５０を形成する。上記したように、中間犠牲層１３の表面はほぼ平坦であるため、第３高屈折率層５０は、第２高屈折率層３１と略平行となる。
【００８５】
そして、第３高屈折率層５０上に、シリコン酸化膜（ＮＳＧ膜）を形成し、パターニングして可動ミラー犠牲層５６を形成する。なお、可動ミラー犠牲層５６は、六角錐台形状をなしている。可動ミラー犠牲層５６の形成後、可動ミラー犠牲層５６を覆うように、第３高屈折率層５０上に、第４高屈折率層５１を形成する。第４高屈折率層５１も、ＬＰ−ＣＶＤ法により、多結晶シリコンを材料として形成する。そして、第４高屈折率層５１をエッチングし、可動ミラー犠牲層５６の上面を覆う部分に、貫通孔５３を選択的に形成する。また、メンブレンＭＥＭにおいて、高屈折率層５０，５１の接触部分に貫通孔５５を形成する。さらには、高屈折率層５０，５１に不純物をイオン注入する。本実施形態では、周辺領域Ｓ２に不純物をイオン注入する。そして、９５０℃以上の温度での加熱処理により、不純物を活性化させ、可動電極５４とする。この加熱処理により、高屈折率層５０，５１の内部応力は引っ張り応力となる。可動電極５４は、固定電極３４と対向するように形成される。
【００８６】
次に、エッチング工程を実施する。貫通孔５３を通じて、可動ミラー犠牲層５６をエッチングするとともに、貫通孔５５を通じて、中間犠牲層１３におけるエアギャップＡＧを形成すべき部位をエッチングする。さらには、貫通孔５５及び貫通孔３３を通じて、固定ミラー犠牲層３５をエッチングする。このエッチングにより、エアギャップＡＧが形成され、可動ミラー構造体１２のうち、エアギャップＡＧを架橋する部分がメンブレンＭＥＭとなる。また、空気層５２，６４も形成される。空気層６４は、固定ミラー犠牲層６７をエッチングしてなるため、第１高屈折率層６３（半導体層）内の空洞として形成される。そして、第１高屈折率層６３のミラー形成部６３ａ、空気層６４、第２高屈折率層３１により、固定ミラーＭ１が形成される。なお、高屈折率層５０，５１及び空気層５２により、可動ミラーＭ２も形成される。以上により、図１３に示したファブリペロー干渉計１０を得ることができる。
【００８７】
このように本実施形態によれば、ＳＯＩ基板６０の半導体層を第１高屈折率層６３として用いる。そして、第１高屈折率層６３にトレンチ６５を形成し、熱酸化膜６６によってトレンチ６５を埋めて、固定ミラー犠牲層６７を形成する。したがって、第２高屈折率層３１、中間犠牲層１３、ひいては第３高屈折率層５０を平坦に形成することができる。
【００８８】
したがって、空気層６４を有し、複数に分割された固定ミラーＭ１を採用しつつ、可動ミラー構造体１２を構成する高屈折率層５０，５１に段差が生じるのを抑制することができる。これにより、メンブレンＭＥＭの変位時に、可動ミラー構造体１２の段差部分に応力が集中するのを抑制することができる。さらに、本実施形態によれば、中間犠牲層１３の構成を簡素化するとともに、中間犠牲層１３の平坦化処理を不要とすることもできる。
【００８９】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【００９０】
基板２０として、シリコン基板の例を示した。しかしながら、シリコン以外の半導体基板や、ガラスなどの絶縁基板を採用することも可能である。
【００９１】
ファブリペロー干渉計１０は静電駆動型に限定されない。たとえば、図１８に示す圧電駆動型のファブリペロー干渉計１０にも適用することができる。このファブリペロー干渉計１０は、固定電極３４及び可動電極５４に代えて、メンブレンＭＥＭを変位させるための圧電駆動部１４を備えている。
【００９２】
圧電駆動部１４は、可動ミラー構造体１２における中間犠牲層１３と反対の面上に配置されている。この圧電駆動部１４は、圧電膜７０と、基板２０の厚み方向において圧電膜７０の両面にそれぞれ配置された電極７１，７２と、を有しており、可動ミラー構造体１２の一面上に配置されて、ユニモルフ構造なしている。そして、電極７１，７２間に電圧を印加すると、圧電膜７０が厚み方向に直交する方向において伸縮し、それにともなって、メンブレンＭＥＭが厚み方向において固定ミラー構造体１１に近づく側に変位する。
【００９３】
圧電膜７０の材料としては、たとえば、ＰＺＴを採用することができる。また、電極７１，７２の材料としては、白金などを採用することができる。圧電駆動部１４は、周辺領域Ｓ２の一部と、メンブレンＭＥＭ以外の部分、すなわち、中間犠牲層１３と重なる部分との両方にわたって配置されている。また、可動ミラーＭ２とは接触しないように設けられている。図１８では、第４高屈折率層５１に接して電極７１が配置される例を示したが、第４高屈折率層５１と電極７１との間に、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜などの絶縁膜が介在されてもよい。
【００９４】
上記以外の製造方法として、たとえば第２高屈折率層３１を形成する際に、第１高屈折率層３０の段差を埋めるように多結晶シリコンを成膜してもよい。接触幅Ｗ１を第２高屈折率層３１の厚みの１．２倍以下とすると、段差を埋めることができる。加えて、六角錐台形状をなす固定ミラー犠牲層３５の側面のテーパ角度が８５°以下となるように、固定ミラー犠牲層３５をパターニングすることが好ましい。これによれば、隣り合う固定ミラーＭ１において、上壁部３１ｂ間の領域に多結晶シリコンの未充填部分、いわゆる「す」ができるのを抑制することができる。なお、テーパ角度とは、基板２０の厚み方向に直交する面と、固定ミラー犠牲層３５の側面とのなす角度である。
【００９５】
テーパ角度は、ドライエッチングの条件により制御することができる。たとえば、条件Ａでは、平行平板電極の電極ギャップを７．４５ｃｍ、ＣＨＦ３の流量を４０ｓｃｃｍに固定し、ＲＦパワーを３００〜７００Ｗ、Ｏ２流量を２５〜３０ｓｃｃｍ、圧力を１００〜１６０ｍＴｏｒｒ、磁場の強さを０〜６０Ｇａｕｓｓの範囲で調整する。これにより、テーパ角度を３２°〜４８°とすることができる。たとえば、ＲＦパワーを３００Ｗ、Ｏ２流量を３０ｓｃｃｍ、圧力を１００ｍＴｏｒｒ、磁場の強さを０Ｇａｕｓｓとすると、テーパ角度を３２°とすることができる。なお、同じＯ２流量で圧力を増すと、テーパ角度が大きくなり、同じ圧力でＯ２流量を増すと、テーパ角度が大きくなる。
【００９６】
条件Ｂでは、平行平板電極の電極ギャップを７．４５ｃｍ、ＣＨＦ３の流量を３０ｓｃｃｍに固定し、ＲＦパワーを７００Ｗ、Ａｒの流量を７０ｓｃｃｍ、ＣＦ４の流量を６ｓｃｃｍ、圧力を１６０ｍＴｏｒｒ、磁場の強さを６０Ｇａｕｓｓとする。これにより、テーパ角度を８５°程度とすることができる。
【００９７】
固定ミラー犠牲層３５のパターニングにおいて条件Ｂを採用すると、テーパ角度をたとえば８５°とすることができる。また、加工中に条件Ａと条件Ｂとを周期的に切り替えることで、８５°よりも小さい角度とすることができる。条件Ａを３２°の条件とし、条件Ａ，Ｂを交互に切り替える場合、固定ミラー犠牲層３５の側面は、３２°の部分と８５°程度の部分とが交互に現れることとなる。その結果、側面の下端と上端とを結ぶ仮想線が基板２０の厚み方向に直交する面となす角度、すなわち平均テーパ角度が８５°以下の角度となる。
【００９８】
第１犠牲層４０及び第３犠牲層４２としてＮＳＧ膜、第２犠牲層４１としてＢＰＳＧ膜の例を示したが、これに限定されるものではない。第１犠牲層４０及び第３犠牲層４２を、第２犠牲層４１よりも熱に対する流動性が低い材料を用いて形成すればよい。換言すれば、第２犠牲層４１を加熱により平坦化させる際に、第１犠牲層４０及び第３犠牲層４２が流動しないような材料を用いて形成すればよい。第２犠牲層４１としては、ＰＳＧ膜を採用することもできる。
【符号の説明】
【００９９】
１０…ファブリペロー干渉計、１１…固定ミラー構造体、１２…可動ミラー構造体、１３…中間犠牲層、１４…圧電駆動部、２０…基板、２１…絶縁膜、２２…吸収領域、３０…第１高屈折率層、３１…第２高屈折率層、３１ａ…接触部、３１ｂ，３１ｄ…上壁部、３１ｃ…側壁部、３２…空気層、３３…貫通孔、３４，３４ａ…固定電極、３４ａ…未活性化層、３５…固定ミラー犠牲層、３５ａ…第１絶縁膜、３５ｂ…第２絶縁膜、４０…第１犠牲層、４１…第２犠牲層、４１ａ…凹部、４２…第３犠牲層、５０…第３高屈折率層、５１…第４高屈折率層、５１ａ…接触部、５１ｂ…上壁部、５１ｃ…側壁部、５２…空気層、５３…貫通孔、５４…可動電極、５５…貫通孔、５６…可動ミラー犠牲層、５６ａ…第３絶縁膜、５６ｂ…第４絶縁膜、６０…ＳＯＩ基板、６１…支持基板、６２…絶縁膜、６３…第１高屈折率層、６３ａ…ミラー形成部、６３ｂ…一面、６４…空気層、６５…トレンチ、６６…熱酸化膜、６７…固定ミラー犠牲層、７０…圧電膜、７１，７２…電極、ＡＧ…エアギャップ、Ｍ１…固定ミラー、Ｍ２…可動ミラー、ＭＥＭ…メンブレン、Ｓ１…透過領域、Ｓ２…周辺領域
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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