(57)【要約】【課題】  板状構造体の長手方向両端部のサイドエッチングを防止する。【解決手段】  半導体基板をエッチングし、基板の主表面に対して略垂直で側面が（１１１）面とされた板状構造体を形成する半導体構造製造方法である。側面に対応して一対のスリットを有するマスクパターンを形成し、ウエットエッチングを行って（１１１）面からなる側面を形成した後、板状構造体以外の部分をドライエッチングにより除去する。ウエットエッチングによる（１１１）面の形成と、ドライエッチングによるサイドエッチングの解消により、板状構造体が必要最低限の作製面積で精度良く形成される。形成された板状構造体は、光スイッチングデバイスにおいて、ミラーとして用いる。【選択図】  図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板をエッチングし、基板の主表面に対して略垂直で側面が（１１１）面とされた板状構造体を形成する半導体構造製造方法において、
前記側面に対応して一対のスリットからなるマスクパターンを形成し、ウエットエッチングを行って（１１１）面からなる側面を形成した後、
前記板状構造体以外の部分をドライエッチングにより除去することを特徴とする半導体構造製造方法。
【請求項２】
前記半導体基板がシリコン基板であることを特徴とする請求項１に記載の半導体構造製造方法。
【請求項３】
前記半導体基板の前記板状構造体に対応する領域にドライエッチング用マスクを形成する工程と、
前記ドライエッチング用マスクの幅方向両側に前記半導体基板を露出させるスリットが形成されるように、ウエットエッチング用マスクを形成する工程と、
前記半導体基板に対してウエットエッチングを行い、前記ドライエッチング用マスクの幅方向両側に（１１１）面を側面として有するウエットエッチング開口部を形成する工程と、
前記半導体基板に対してドライエッチングを行い、前記ドライエッチング用マスクが形成されない領域の半導体基板をエッチングし、（１１１）面を側面として有する板状構造体を形成する工程と
を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体構造製造方法。
【請求項４】
前記スリットの長さを、前記スリットの端部に生じる（１１１）斜面及びウエットエッチング開口部の深さを考慮して決定することを特徴とする請求項３に記載の半導体構造製造方法。
【請求項５】
前記スリットの長さを、前記スリットの端部に生じる（１１１）斜面部分を除いたウエットエッチング開口部の底部の長さが、前記板状構造体の長さ以上となるように設定することを特徴とする請求項４に記載の半導体構造製造方法。
【請求項６】
前記スリットをマトリクス状に配置して、前記板状構造体を複数形成することを特徴とする請求項１〜請求項５の何れかに記載の半導体構造製造方法。
【請求項７】
請求項１〜請求項６の何れかに記載の半導体構造製造方法により製造された板状構造体をミラーとする光スイッチングデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン基板の主表面に対して高い垂直性を有するＳｉ面方位（１１１）を側面に持つ板状構造体を製造する半導体構造製造方法に関するものであり、さらには、前記半導体構造製造方法により作製された板状構造体をミラーとする光スイッチングデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のインターネットの高速化に伴って、光通信システムの普及が急速に進み、光信号を光のまま処理することができる光スイッチングデバイスに関する研究開発が各方面で行われている。この光スイッチングデバイスとしては、これまでに様々な種類のものが提案されているが、そのうちの一つとして、光ファイバの光路にマイクロマシニング技術によって形成した例えば板状構造のミラーを配し、これを垂直方向に出し入れすることによってオンオフを切り替えを行う方式の光スイッチングデバイスが知られている。
【０００３】
このような光スイッチングデバイスを考えた場合、ミラーとなる板状構造体を精度良く、しかも簡単に形成することが望まれており、従来、ウエットエッチングによる製造方法が採用されている。このウエットエッチングによる（１１１）面板状構造体の製造方法について説明すると、（１１１）面板状構造体を形成するには、シリコン基板上にフォトリソグラフィ等によってＳｉＯ２やＳｉＮｘ等をパターニングしてマスクを形成し、ＫＯＨ、ＮａＯＨ等の無機系アルカリ溶液や、エチレンジアミン・ピロカテコール（ＥＤＰ）、ヒドラジン、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）：（ＣＨ３）４ＮＯＨ等の有機系アルカリ溶液等によってウエットエッチングする。
【０００４】
このとき、例えばエッチング面が（１１０）面のシリコン基板を用いれば、（１００）面や（１１０）面の約１／１００以下のエッチングレートの（１１１）面が側面となり、垂直な側壁を有する高アスペクト比な略平行四辺形のウエットエッチング開口部が容易に形成される。
【０００５】
その他、板状構造を有するマイクロミラーを製造する方法としては、例えばシリコン基板に対して異方性ウエットエッチングをすることによりミラー面を形成してマイクロミラーとするステップを備える方法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−１２１９６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の方法では、いずれの場合にも（１１１）面以外の面に対してもウエットエッチングを行って板状構造体を形成しているので、数々の不都合が生じている。
【０００７】
例えば、板状構造体をウエットエッチングによって形成する場合、板状構造体の長手方向両端部から急激なサイドエッチングが生じ、板状構造体の両端部が消失してしまい、最終的に形成される板状構造体の長さが短くなるという問題がある。このため、ウエットエッチングの際のサイドエッチング量を考慮してパターニングする必要があり、板状構造体の本来の長手方向サイズに比べて非常に広いエッチング領域（面積）を確保しなければならない。
【０００８】
また、板状構造体の長手方向両端部がサイドエッチングされることによって、この両端部の形状が乱れてしまい、所望の形状に形成することが極めて困難であるという問題もある。図１２は、板状構造体を構成する全ての側面をウエットエッチングにて形成した場合の板状構造体の形状を模式的に示すものである。
【０００９】
ウエットエッチングのみによりシリコン基板１０１に板状構造体１０２を形成した場合、（１１１）面である側面１０３は平坦面として形成される。これに対して、板状構造体１０１の長手方向における両端面１０４においては、サイドエッチングにより板状構造体１０１が一部消失し、形状劣化が起こって長手方向において精度の高い板状構造体を形成することは困難である。
【００１０】
そこで本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、板状構造体の長手方向両端部のサイドエッチングを防止して、垂直性の高い高アスペクトな（１１１）面を持つ板状構造体を精度良く容易に形成することが可能な半導体構造製造方法を提供することを目的とし、さらには当該板状構造体を有する光スイッチングデバイス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】
【００１１】
上述の課題を解決するために、本発明の半導体構造製造方法は、半導体基板をエッチングし、基板の主表面に対して略垂直で側面が（１１１）面とされた板状構造体を形成する半導体構造製造方法において、前記側面に対応して一対のスリットを有するマスクパターンを形成し、ウエットエッチングを行って（１１１）面からなる側面を形成した後、板状構造体以外の部分をドライエッチングにより除去することを特徴とする。また、本発明の光スイッチングデバイスは、上記により製造された板状構造体をミラーとすることを特徴とする。
【００１２】
本発明においては、ウエットエッチングを利用することにより、半導体基板の主面に対して非常に高い垂直性を有する高アスペクトな（１１１）面が板状構造体の側面として形成される。
【００１３】
一方、板状構造体の長手方向両端面は、ドライエッチングによりエッチング形成されるので、サイドエッチングのおそれがなく、前記両端面の形状が劣化することはない。また、サイドエッチングによる板状構造体の寸法の縮小も回避され、必要最小限の作製領域で板状形成体の作製が可能である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る半導体構造の製造方法によれば、板状構造体を形成する際にウエットエッチング、及びドライエッチングをこの順に行うので、板状構造体の長手方向両端部からのサイドエッチングを防止することができる。このため、板状構造体の両端部の形状が劣化することなく、所望の形状の板状構造体を精度良く形成することができ、板状構造体を半導体基板上の必要最小限の作製領域で形成することができる。
【００１５】
また、本発明に係る光スイッチングデバイスによれば、ウエットエッチングとドライエッチングとをこの順に行うことによって製造され、長手方向両端部からのサイドエッチングがない高品質な板状構造体をミラーとして用いているので、光学特性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を適用した実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
［第１実施形態］
［第１実施形態に係る半導体構造製造方法］
この第１実施形態に係る半導体構造製造方法では、例えば光スイッチングデバイスにおいて光を反射する側面を有する板状構造体をシリコン基板上に形成する工程に適用される。この板状構造体は、全面がシリコン結晶体における（１１１）面にて構成されるものである。
【００１８】
第１実施形態に係る半導体構造製造方法では、先ず、図１（ａ）に斜視図及び（ｂ）に断面図を示すように、半導体基板としてシリコン基板１０を用意する。本実施形態では、エッチングを行う支持基板として、後述の工程が施される上面がシリコン（１１０）の基板を用いる。
【００１９】
そして、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、このシリコン基板１０のほぼ全面に、例えばＣＶＤ（chemical vapor deposition）酸化によりドライエッチング用マスクとして酸化膜１１を成膜する。ここで、高さが６００μｍ程度の板状構造体を形成するためには、酸化膜１１の膜厚を４μｍ以上とすることが望ましい。
【００２０】
次に、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、例えばフォトリソグラフィ技術等によって、上面から見て板状構造体となる部分に酸化膜１１が残るように、厚膜レジスト１２を用いて酸化膜１１をパターニングする。これにより、細長い長方形状の酸化膜１１及び厚膜レジスト１２からなる板状構造体パターン２０を形成する。なお、厚膜レジスト１２の厚みは、前記酸化膜１１の膜厚を考慮すると、１０μｍ程度以上とすることが好ましい。
【００２１】
次いで、酸化膜１１上の厚膜レジスト１２を除去した後に、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、パターニングされた酸化膜１１を覆うように、ウエットエッチング用マスクとして窒化膜１３をシリコン基板１０の全面に積層する。窒化膜１３の膜厚は、後に行う長時間のウエットエッチング工程を考慮すると、少なくとも１０００Å程度とすることが好ましい。
【００２２】
続いて、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、レジスト１４を用いて、酸化膜１１の幅方向の両側に、シリコン基板１０が露出した一対のスリットパターン２１を形成するように、窒化膜１３をパターニングする。スリットパターン２１は、（１１１）面からなる略平行四辺形状とされている。
【００２３】
そして、レジスト１４を除去した後、窒化膜１３をマスクとしてアルカリ水溶液によりシリコン基板１０のウエットエッチングを行う。支持基板として（１１０）面のシリコン基板１０を用いているので、（１１０）面や（１００）面に対するエッチングレートよりも（１１１）面に対するエッチングレートが極めて小さく、その結果、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、スリットパターン２１に対応した部分に、シリコン基板１０の主表面に垂直な（１１１）面４０を側壁として有するウエットエッチング開口部３０が形成される。
【００２４】
このとき、使用するウエットエッチング溶液は４０％濃度の水酸化カリウム水溶液で、溶液温度は７５℃である。ウエットエッチング溶液としては、他にＮａＯＨ等の無機系アルカリ溶液や、エチレンジアミン・ピロカテコール（ＥＤＰ）、ヒドラジン、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）：（ＣＨ３）４ＮＯＨ等の有機系アルカリ溶液等を用いることができる。
【００２５】
次に、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、窒化膜１３を除去し、さらに、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、酸化膜１１をマスクとしてドライエッチングをすることにより、酸化膜１１が形成されていない領域である板状構造体外部３１がエッチングされ、基板面１０の主表面に垂直な（１１１）面４０を両側面に持つ板状構造体５０が形成される。
【００２６】
［第１実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、第１実施形態に係る半導体構造製造方法においては、板状構造体５０の側面となる部分の両側にシリコン基板１０が露出したスリットパターン２１を設けた状態でウエットエッチングを行い、（１１１）面４０を持つウエットエッチング開口部３０を形成する。その後に、酸化膜１１をマスクとしてドライエッチングすることにより板状構造体外部３１を除去し、板状構造体５０を形成する。このため、全てのエッチングをウエットエッチングとする場合のように板状構造体５０の長手方向両端部からのサイドエッチングがなく、シリコン基板１０の主面に対して垂直性の良い、高アスペクト比な板状構造体５０を所望の形状に形成することができる。
【００２７】
［第２実施形態］
つぎに、第２実施形態に係る半導体構造製造方法について説明する。なお、この第２実施形態における板状構造体の基本的な製造プロセスは、上述した第１実施形態に係る半導体構造製造方法における製造プロセスと同一であるので、ここではその説明は省略する。
【００２８】
第２実施形態に係る半導体構造製造方法は、板状構造体５０の長手方向の長さと、シリコン基板１０の結晶異方性によって成長するウエットエッチング開口部３０の長手方向端部における斜面と、ウエットエッチングの深さとを考慮して、スリットパターン２１の長さ（ウエットエッチング開口部３０の開口の長さ）を決定するものである。
【００２９】
上述の第１実施形態で示す方法により板状構造体５０を製造すると、２つのスリットパターン２１（ウエットエッチング開口部３０の開口）の長手方向の端部に板状構造体５０が形成される。すなわち、図９（ａ）に示すように、（１１１）面からなる平行四辺形のスリットパターン２１をウエットエッチングしてウエットエッチング開口部３０を形成する場合、スリットパターン２１の長手方向の両方の端部でのエッチングは、主面に対して垂直に進行せずに、鋭角部からウエットエッチング開口部３０の底面に向けて、内側方向に斜めに進行して（１１１）斜面６０を形成する。
【００３０】
このため、最終的に形成される板状構造体５０の底部の長さは、スリットパターン２１の長さよりも短いものとなってしまい、ウエットエッチングにより形成される（１１１）面４０の面積が小さくなってしまう。このように（１１１）斜面６０が形成されるのは、結晶の異方性とマスクとなるスリットパターン２１の形状とに依存する。
【００３１】
ここで、ウエットエッチング開口部３０に成長する（１１１）斜面６０の大きさは、ウエットエッチング開口部３０の深さに依存する。したがって、板状構造体５０を形成する際には、この（１１１）斜面６０を予め考慮してウエットエッチング開口部３０の長手方向における開口の長さを決定する。
【００３２】
すなわち、図９（ｂ）に示すように、最終的に形成される板状構造体５０の長手方向にける長さを板状構造体パターン長さＡとし、上面から見た長手方向における（１１１）斜面６０の長さを（１１１）面長さＢとし、ウエットエッチング開口部３０の開口（スリットパターン２１）の長手方向における長さをスリット長さＣとする。そして、高さ６００μｍ、長手方向における長さ６００μｍの板状構造体５０を形成する場合には、スリット長さＣを、板状構造体パターン長さＡと、（１１１）面長さＢとを考慮した値とすればよく、具体的には、シリコン結晶方位面から（１１１）面長さＢは√３×エッチング深さによって決まるため、１６７８μｍ以上とする。
【００３３】
第２実施形態に係る半導体構造製造方法においては、ウエットエッチング開口部３０に成長する（１１１）面６０を考慮してスリット長さＣを決定することにより、板状構造体５０を形成するために確保すべき領域（面積）を予め予測することができ、最小限の作成面積で板状構造体５０を形成することができる。
【００３４】
また、第２実施形態に係る半導体構造製造方法においては、ウエットエッチング開口部３０を形成する際のウエットエッチングの深さを考慮することにより、板状構造体５０を形成するために確保すべき領域（面積）を予め予測することができ、必要最小限の面積で板状構造体５０を形成することができる。
【００３５】
［第３実施形態］
次に、第３実施形態に係る半導体構造製造方法について説明する。なお、この第３実施形態における板状構造体の基本的な製造プロセスも、上述した第１実施形態に係る半導体構造製造方法における製造プロセスと同一であるので、ここではその説明は省略する。
【００３６】
第３実施形態に係る半導体構造製造方法は、１枚のシリコン基板上に板状構造体を多数形成するものである。
【００３７】
第３実施形態に係る半導体構造製造方法では、図１０（ａ）に示すように、１枚のシリコン基板１０上に、板状構造体５０の側面を形成するための一対のスリットパターン２１をＮ×Ｎ個のマトリクス状に形成し、その後、第１実施形態や第２実施形態と同様にしてウエットエッチング及びドライエッチングをこの順に行い、図１０（ｂ）に示すように、板状構造体５０を多数形成する。
【００３８】
第３実施形態に係る半導体構造製造方法においては、１枚のシリコン基板１０上に一対のスリットパターン２１をＮ×Ｎ個のマトリクス状に配置する場合、板状構造体５０の長手方向に対するサイドエッチング量を考慮する必要がないので、各板状構造体５０の占めるマスクパターン領域７０が比較的小さくて済み、半導体基板上に多数のスリットパターン２１を形成できる。したがって、１枚のシリコン基板１０上に作り込む板状構造体５０の数を増加させることができる。
【００３９】
例えば、高さ６００μｍの、長さ６００μｍの板状構造体を作製する場合には、マトリクス状の１つの板状構造体５０が示すマスクパターン領域７０の面積として、ウエットエッチングのみにより板状構造体を形成する場合には角部からのサイドエッチング量を見込んで、少なくとも４２００×４２００μｍ２の作成面積が必要であるのに対し、本実施形態では１８９３×１８９３μｍ２と大幅に作成面積を縮小することができる。
【００４０】
また、図１０（ｂ）に示すように、１枚のシリコン基板１０上に形成された全ての板状構造体５０が、ウエットエッチングがされにくい結晶方位面を利用した異方性エッチングにより一括して形成されているため、板状構造体５０毎に寸法ばらつきがなく、板状構造体５０を高精度に形成することができる。
【００４１】
［光スイッチングデバイスの構成］
本実施形態に係る光スイッチングデバイスは、上述の第１実施形態から第３実施形態のいずれかに係る半導体構造の製造方法によって形成される多数の板状構造体５０を、光スイッチのミラーとして有するものである。
【００４２】
図１１に示す光スイッチングデバイスは、上述の第１実施形態から第３実施形態のいずれかに係る半導体構造製造方法によって形成される板状構造体をミラー７０として有するミラーユニット９０を備える。このミラーユニット９０は、マトリクス状にＮ×Ｎ個配されて、Ｎ×Ｎミラーユニット９１を構成する。また、光スイッチングデバイスは、Ｎ×Ｎミラーユニット９１を中央としたその外周の３辺であって、各ミラー７０の側面に対して４５°の角度で光を入射し又は出射し得る位置に、複数のファイバー８０を備える。
【００４３】
各ミラーユニット９０は、例えば固定電極と、固定電極上に形成された可動電極と、可動電極上に形成されたミラー７０とを備える。可動電極は、周囲を固定電極で支持されると共に、垂直移動を可能とするために少なくともミラー７０の下方が掘られた構造とされている。
【００４４】
このような光スイッチングデバイスにおける光のスイッチングは、例えば固定電極と可動電極との間に電圧を印加することによって可動電極を垂直方向に移動させ、ミラー７０をファイバー８０の光軸に対して抜き差しすることによって、入力側のファイバー８０から入射した光を通過又は反射させて、出力側のファイバー８０から出力すること等によって行われる。
【００４５】
この光スイッチングデバイスは、上述の第１実施形態から第３実施形態のいずれかの半導体構造製造方法によって作製した板状構造体をミラーユニット９０のミラー７０として用いる。これにより、Ｎ×Ｎミラーユニット９１が有する全てのミラー７０の側面は、結晶方位性を考慮した異方性エッチングにより同一方位面に作製されているので、従来の光スイッチングデバイスのように個々のミラーに対して光ファイバを順次調芯していく工程が不要となり、アラインメントを容易に行うことができる。
【００４６】
また、この光スイッチングデバイスによれば、ミラー７０のサイドエッチング量を考慮せずにミラー７０を形成できるので、ミラー７０の形成に必要な領域が比較的小さくて済み、その結果、１枚の基板上に多数のミラーを配置することができるので、小型集積化を図ることができる。したがって、大規模な光スイッチングを実現することができる。
【００４７】
更に、この光スイッチングデバイスは、上述の第１実施形態から第３実施形態のいずれかの半導体構造製造方法によって作製した、垂直性の良い高アスペクト比な板状構造体をミラーユニット９０のミラー７０として用いる。このように、全てのミラーユニット９０のミラーが結晶方位面を利用した異方性エッチングにより一括して形成されているため、ミラー７０ごとに寸法ばらつきがなく、優れた光学特性を実現することができる。
【００４８】
なお、上述の各実施形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明を適用した半導体構造製造方法における製造プロセスの一例を示すものであり、（ａ）は半導体基板の斜視図、（ｂ）はその断面図である。
【図２】酸化膜形成工程を示すものであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図３】酸化膜パターニング工程を示すものであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図４】窒化膜形成工程を示すものであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図５】窒化膜パターニング工程を示すものであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図６】ウエットエッチング工程を示すものであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図７】窒化膜除去工程を示すものであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図８】ドライエッチング工程を示すものであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る半導体構造の製造方法を説明するための図であり、（ａ）は板状構造体パターンの両側に一対のウエットエッチング開口部が形成された状態を示す斜視図であり、（ｂ）は平面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る半導体構造の製造方法を説明するための図であり、（ａ）は１枚のシリコン基板上に一対のスリットパターンがマトリクス状に形成された状態を示す斜視図であり、（ｂ）は１枚のシリコン基板上に板状構造体がマトリクス状に形成された状態を示す斜視図である。
【図１１】本発明を適用した光スイッチングデバイスの一例を示す平面図である。
【図１２】従来の製造方法により形成された板状構造体の斜視図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０  シリコン基板
１１  酸化膜
１２  厚膜レジスト
１３  窒化膜
１４  レジスト
２０  板状構造体パターン
２１  スリットパターン
３０  ウエットエッチング開口部
３１  板状構造体外部
４０  （１１１）面
５０  板状構造体
６０  （１１１）斜面
７０  ミラー
８０  ファイバー
９０  ミラーユニット
９１  Ｎ×Ｎミラーユニット
【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】
2005096008.tif 000009
【図８】
2005096008.tif 000010
【図９】
2005096008.tif 000011
【図１０】
2005096008.tif 000012
【図１１】
2005096008.tif 000013
【図１２】
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