(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステップアップ構造を有する片持ちばりであって、
基板と、
前記基板に接着固定された支持部と、
前記支持部と連結された状態で前記基板と所定のギャップを維持する運動板とを具備するが、
前記支持部は、
所定形状の第１支持部と、
長手方向の所定の長さと該長手方向に垂直な方向の幅とを有しながらも、所定形状の前記第１支持部の一辺であって、前記片持ちばりの先端方向における前記一辺に垂直に前記運動板の長手方向に形成された第２支持部と、を含み、
前記第２支持部の大きさは前記第１支持部の大きさ未満であることを特徴とするステップアップ構造の片持ちばり。
【請求項２】
前記支持部は、所定形状の前記第１支持部の一辺であって、前記片持ちばりの先端方向における前記一辺に垂直に前記運動板の長手方向に該第１支持部に接して形成され、前記第２支持部に平行であるとともに、前記第２支持部の大きさと等しい大きさの第３支持部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のステップアップ構造の片持ちばり。
【請求項３】
前記第１支持部は四角形であり、
前記第２支持部及び第３支持部は所定の長手方向の長さと該長手方向に垂直な方向の幅とを有するが、
前記幅と長さとの比は０より大きく１より小さいことを特徴とする請求項２に記載のステップアップ構造の片持ちばり。
【請求項４】
ステップアップ構造を有する片持ちばりであって、
基板と、
前記基板に接着固定された支持部と、
前記支持部と連結された状態で前記基板と所定のギャップを維持する運動板とを具備するが、
前記支持部は、
所定形状の第１支持部と、
長手方向の所定の長さと該長手方向に垂直な方向の幅とを有しながらも、所定形状の前記第１支持部の一辺であって、前記片持ちばりの先端方向における前記一辺から離間して前記運動板の長手方向に形成された第２支持部と、を含み、
前記第２支持部の大きさは前記第１支持部の大きさ未満であることを特徴とするステップアップ構造の片持ちばり。
【請求項５】
前記第１支持部は四角形であり、
前記第２支持部は前記運動板の長手方向に垂直にスリット状に形成されたことを特徴とする請求項４に記載の片持ちばり。
【請求項６】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のステップアップ構造を有する片持ちばりの製造方法であって、
所定の半導体素子が形成された基板上に前記所定の半導体素子を覆う犠牲層を形成する第１段階と、
前記犠牲層上にエッチング阻止膜を形成する第２段階と、
前記エッチング阻止膜をパターニングして前記犠牲層を所定形状に露出させる第３段階と、
前記犠牲層の露出された部分をエッチングして前記所定の半導体素子と連結された所定領域を露出させる第４段階と、
前記エッチング阻止膜上に前記露出された所定領域を覆う、ステップアップ構造を有する片持ちばりを構成するための所定の物質層を順次に形成する第５段階と、
前記露出された所定領域上に形成された前記所定の物質層のうち一部と前記基板とを連結する第６段階と、
前記犠牲層を除去する第７段階とを含むが、
前記第３段階で、所定形状の第１領域と、長手方向の所定の長さと該長手方向に垂直な方向の幅とを有しながらも、所定形状の前記第１領域の一辺であって、前記片持ちばりの先端方向における前記一辺に垂直に前記運動板の長手方向に形成された第２領域と、が含まれ、しかも、前記第２領域の大きさが前記第１領域の大きさ未満であるように前記エッチング阻止膜をパターニングすることを特徴とするステップアップ構造の片持ちばりの製造方法。
【請求項７】
前記第５段階は、
前記犠牲層上に前記露出された領域を覆う下部電極を形成する段階と、
前記下部電極上に圧電薄膜を形成する段階と、
前記圧電薄膜上に上部電極を形成する段階と、を含むことを特徴とする、請求項６に記載のステップアップ構造の片持ちばりの製造方法。
【請求項８】
前記第２領域が前記所定の物質層の長手方向に所定の長さを有してこれに垂直な方向に所定の幅を有するように前記エッチング阻止膜をパターニングする一方で、前記幅と長さとの比が０より大きく１より小さくなるようにパターニングすることを特徴とする請求項６に記載のステップアップ構造の片持ちばりの製造方法。
【請求項９】
前記第１及び第２領域と、
前記第１領域に垂直に連結されながら前記所定の物質層の長手方向に前記第２領域と平行な第３領域と、が含まれるように前記エッチング阻止膜をパターニングすることを特徴とする請求項６に記載のステップアップ構造の片持ちばりの製造方法。
【請求項１０】
前記第３領域が前記所定の物質層の長手方向に所定の長さを有してこれに垂直な方向に所定の幅を有するように前記エッチング阻止膜をパターニングする一方で、
前記幅と長さとの比が０より大きく１より小さくなるようにパターニングすることを特徴とする請求項９に記載のステップアップ構造の片持ちばりの製造方法。
【請求項１１】
前記犠牲層の露出された部分はフッ酸を利用して湿式エッチングすることを特徴とする請求項６に記載のステップアップ構造の片持ちばりの製造方法。
【請求項１２】
請求項４または請求項５に記載のステップアップ構造を有する片持ちばりの製造方法であって、
所定の半導体素子が形成された基板上に前記所定の半導体素子を覆う犠牲層を形成する第１段階と、
前記犠牲層上にエッチング阻止膜を形成する第２段階と、
前記エッチング阻止膜をパターニングして前記犠牲層を所定形状に露出させる第３段階と、
前記犠牲層の露出された部分をエッチングして前記所定の半導体素子と連結された所定領域を露出させる第４段階と、
前記エッチング阻止膜上に前記露出された所定領域を覆う、ステップアップ構造を有する片持ちばりを構成するための所定の物質層を順次に形成する第５段階と、
前記露出された所定領域上に形成された前記所定の物質層のうち一部と前記基板とを連結する第６段階と、
前記犠牲層を除去する第７段階と、を含む一方で、
前記第３段階で所定形状の第１領域と、長手方向の所定の長さと該長手方向に垂直な方向の幅とを有しながらも、所定形状の前記第１支持部の一辺であって、前記片持ちばりの先端方向における前記一辺から離間して前記運動板の長手方向に形成された第２支持部と、を含み、しかも、前記第２支持部の大きさは前記第１支持部の大きさ未満であるように前記エッチング阻止膜をパターニングすることを特徴とするステップアップ構造の片持ちばりの製造方法。
【請求項１３】
前記第１領域は四角形に、前記第２領域はスリット状になるように前記エッチング阻止膜をパターニングすることを特徴とする請求項１２に記載のステップアップ構造の片持ちばりの製造方法。
【請求項１４】
前記第５段階は、
前記犠牲層上に前記露出された領域を覆う下部電極を形成する段階と、
前記下部電極上に圧電薄膜を形成する段階と、
前記圧電薄膜上に上部電極を形成する段階と、を含むことを特徴とする請求項１２に記載のステップアップ構造の片持ちばりの製造方法。
【請求項１５】
前記犠牲層の露出された部分はフッ酸を利用して湿式エッチングすることを特徴とする請求項１２に記載のステップアップ構造の片持ちばりの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマイクロ電子機械システム駆動素子（以下、ＭＥＭＳ駆動素子という）に係り、より詳細には、製造工程で発生する運動板の初期曲げ変形を減らしたステップアップ構造の片持ちばり（ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ）及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）駆動素子、例えばスイッチは、マイクロ波やミリメートル波を利用する無線通信システムで信号の選別伝送やインピーダンス整合ネットワークに広く使われる応用素子である。
【０００３】
ＭＥＭＳ技術は、シリコン基板のような基板に多層膜を形成した後、基板の一部分を溶かしてエアーギャップを形成することによって機械的駆動を可能にするバルクマイクロマシニング技術と、基板上に多結晶シリコン、シリコン酸化膜、酸化膜及び金属膜を蒸着することにより得られる設計形状によって所定の構造物を製作する表面微細加工技術とに大別される。表面微細加工技術は、ＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）チップ、バロメータ、ＲＦ共振器のような多様な微細機械を加工して製作するのに応用されている。
【０００４】
前記表面微細加工技術が使われた代表的なＭＥＭＳ駆動素子が、ステップアップ構造を有する超小型多層薄膜片持ちばり（以下、片持ちばりという）である。
【０００５】
図１は、従来の技術による片持ちばりの斜視図であり、図２は図１の２−２`断面の斜視図である。
【０００６】
図１及び図２を参照すれば、従来の片持ちばり１２は基板１０上に備わっており、基板１０に固着された正方形の支持部１２ａと、支持部１２ａにより支持される運動板１２ｂとより構成されている。運動板１２ｂと基板１０との間にエアーギャップ１４が存在する。運動板１２ｂは支持部１２ａからステップアップされた形である。すなわち、運動板１２ｂと支持部１２ａとの間にエアーギャップ１４の厚さに相当する段差が存在する。
【０００７】
このような片持ちばりは高温高圧の製造工程を経て製造されるために、その製造工程で支持構造に残留の曲げ応力が発生する。前記残留の曲げ応力の勾配（傾斜）により片持ちばりに初期曲げ変形が発生する。よって、片持ちばり性能の正確性が低下するために、極小型、超精密製品に片持ちばりを適用し難くなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする技術的課題は、前述した従来の技術の問題点を改善するために、製造過程で発生する初期曲げ変形を最小化したステップアップ構造を有するＭＥＭＳ駆動素子を提供することである。
【０００９】
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、このようなＭＥＭＳ駆動素子の製造方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記技術的課題を達成するために、本発明は、ステップアップ構造を有する片持ちばりであって、基板と、前記基板に接着固定された支持部と、前記支持部と連結された状態で前記基板と所定のギャップを維持する運動板とを具備するが、前記支持部は、所定形状の第１支持部と、長手方向の所定の長さと該長手方向に垂直な方向の幅とを有しながらも所定形状の前記第１支持部の一辺であって、前記片持ちばりの先端方向における前記一辺に垂直に前記運動板の長手方向に形成された第２支持部と、を含み、前記第２支持部の大きさは前記第１支持部の大きさ未満であることを特徴とするステップアップ構造の片持ちばりを提供する。
【００１１】
前記支持部は、所定形状の前記第１支持部の一辺であって、前記片持ちばりの先端方向における前記一辺に垂直に前記運動板の長手方向に該第１支持部に接して形成され、前記第２支持部に平行であるとともに、前記第２支持部の大きさと等しい大きさの第３支持部をさらに含む。
【００１２】
前記第１支持部は四角形であり、前記第２支持部及び第３支持部は所定の長手方向の長さと該長手方向に垂直な方向の幅とを有するが、前記幅と長さとの比は０より大きく１より小さい。
【００１３】
また、本発明は前記技術的課題を達成するために、ステップアップ構造を有する片持ちばりであって、基板と、前記基板に接着固定された支持部と、前記支持部と連結された状態で前記基板と所定のギャップを維持する運動板とを具備するが、前記支持部は、所定形状の第１支持部と、前記第１支持部から離間して形成された第２支持部と、を含むことを特徴とするステップアップ構造の片持ちばりを提供する。この時の前記第１支持部は四角形であり、前記第２支持部は前記運動板の長手方向に垂直にスリット状に形成される。
【００１４】
前記他の技術的課題を達成するために、本発明は、所定の半導体素子が形成された基板上に前記所定の半導体素子を覆う犠牲層を形成する第１段階と、前記犠牲層上にエッチング阻止膜を形成する第２段階と、前記エッチング阻止膜をパターニングして前記犠牲層を所定形状に露出させる第３段階と、前記犠牲層の露出された部分をエッチングして前記所定の半導体素子と連結された所定領域を露出させる第４段階と、前記エッチング阻止膜上に前記露出された所定領域を覆う、ステップアップ構造を有する片持ちばりを構成するための所定の物質層を順次に形成する第５段階と、前記露出された所定領域上に形成された前記所定の物質層のうち一部と前記基板とを連結する第６段階と、前記犠牲層を除去する第７段階とを含むが、前記第３段階で所定形状の第１領域と、これに垂直に連結されながら前記所定の物質層の長手方向に形成される第２領域とが含まれるように前記エッチング阻止膜をパターニングすることを特徴とするステップアップ構造の片持ちばりの製造方法を提供する。
【００１５】
前記第５段階は、前記犠牲層上に前記露出された領域を覆う下部電極を形成する段階と、前記下部電極上に圧電薄膜を形成する段階と、前記圧電薄膜上に上部電極を形成する段階とを含む。この時、前記第２領域が前記所定の物質層の長手方向に所定の長さを有してこれに垂直な方向に所定の幅を有するように前記エッチング阻止膜をパターニングするが、前記幅と長さとの比が０より大きく１より小さくなるようにパターニングする。
【００１６】
前記第１及び第２領域と、前記第１領域に垂直に連結されながら前記所定の物質層の長手方向に前記第２領域と平行した第３領域とが含まれるように前記エッチング阻止膜をパターニングする。
【００１７】
また、前記第３領域が前記所定の物質層の長手方向に所定の長さを有してこれに垂直な方向に所定の幅を有するように前記エッチング阻止膜をパターニングするが、前記幅と長さとの比が０より大きく１より小さくなるようにパターニングする。
【００１８】
また前記他の技術的課題を達成するために、本発明は、ステップアップ構造を有する片持ちばりの製造方法であって、所定の半導体素子が形成された基板上に前記所定の半導体素子を覆う犠牲層を形成する第１段階と、前記犠牲層上にエッチング阻止膜を形成する第２段階と、前記エッチング阻止膜をパターニングして前記犠牲層を所定形状に露出させる第３段階と、前記犠牲層の露出された部分をエッチングして前記所定の半導体素子と連結された所定領域を露出させる第４段階と、前記エッチング阻止膜上に前記露出された所定領域を覆う、ステップアップ構造を有する片持ちばりを構成するための所定の物質層を順次に形成する第５段階と、前記露出された所定領域上に形成された前記所定の物質層のうち一部と前記基板とを連結する第６段階と、前記犠牲層を除去する第７段階と、を含む一方で、前記第３段階で所定形状の第１領域と、これに平行でありながら前記所定の物質層の長手方向に垂直な方向に前記第１領域から離間して形成される第２領域と、が含まれるように前記エッチング阻止膜をパターニングすることを特徴とするステップアップ構造の片持ちばりの製造方法を提供する。
【００１９】
この過程で、前記第１領域は四角形に、前記第２領域はスリット状になるように前記エッチング阻止膜をパターニングする。
【００２０】
このような本発明によるステップアップ構造のＭＥＭＳＥ駆動素子、すなわち、片持ちばり及びその製造方法を利用すれば、製造工程での片持ちばりの運動板の初期曲げ変形を最小化できる。これにより片持ちばりの不良率を低めることができ、このような片持ちばりを極小型、超精密製品に適用することによって、当該製品の信頼性を高めることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態による片持ちばり及びその製造方法を詳細に説明する。この過程で図面に示した層や領域の厚さは明細書の明確性のために誇張して示した。
【００２２】
片持ちばり製造過程でその支持部に発生する初期曲げ変形を最小化させるために、▲１▼片持ちばり支持部に対する新しい形状をモデリングし、これを有限要素法（Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ；ＦＥＭ）を利用してコンピュータシミュレーションを実施した。そして▲２▼前記モデリングした形状に片持ちばり支持部を実際に製作した後、実験を通じてその数値を比較分析して初期曲げ変形が最も小さな支持部の形態がいかなるものかを調べた。また、▲３▼初期曲げ変形を最小化できる支配因子を導出した後、これに基づいて前記初期曲げ変形を最小化できる支持部の最適形態を最終的に選定した。
【００２３】
[モデリング]
本発明者は片持ちばりの支持部と運動板とを連結する部分、すなわち、ステップアップ部で発生する初期曲げ変形を最小化させる支持部を探すために、図３ないし図６に示したように、相異なる形態の支持部を有する片持ちばりを構成した。
【００２４】
各図面で上側に示したものは、該片持ちばりをデザインする過程で支持部をパターニングするのに使用したマスクパターンの平面図であり、下側に示したものは、該片持ちばりの支持部を運動板の長手方向に平行にその中心に沿って切断した断面を示す断面図である。
【００２５】
図３Ａ及び図３Ｂは、従来の片持ちばり（以下、第１片持ちばりという）１２を、図４Ａ及び図４Ｂないし図６Ａ及び図６Ｂは、本発明者が提案した片持ちばり（以下、各々を第２ないし第４片持ちばりという）４２、５４、６４を示す。
【００２６】
図３Ａ及び図３Ｂと、図４Ａ及び図４Ｂないし図６Ａ及び図６Ｂとを互いに比較すると、第２ないし第４片持ちばり４２、５４、６４の支持部４２ａ、５４ａ、６４ａと第１片持ちばりの支持部１２ａとは相異なる形態を有することが分かる。このような事実は各図面のＡ図に示した平面図を参照することによってより明確になる。
【００２７】
具体的に、第１片持ちばり１２の支持部１２ａはその平面が単純な正方形であるが、図４Ｂを参照すれば、第２片持ちばり４２の支持部４２ａは、正方形の支持部４２ｂに運動板４２ｄの長手方向に所定の長さと幅とを有しながら正方形の支持部４２ｂの一辺に垂直な第１支持部４２ｃが追加された形である。図５Ａを参照すれば、第３片持ちばり５４の支持部５４ａは、正方形の支持部５４ｂに第２片持ちばり４２の第１支持部４２ｃと同等な第２及び第３支持部５４ｃ、５４ｃが追加された形である。参照符号５４ｄは運動板を示す。
【００２８】
図６を参照すれば、第４片持ちばり６４の支持部６４ａは、正方形の支持部６４ｂと、正方形の支持部６４ｂから離間して運動板６４ｄの長手方向に垂直な第４支持部６４ｃとを含む。
【００２９】
引続き、本発明者は、ＦＥＭを利用した構造解析用ソフトウェアを使用して図３Ａ及び図３Ｂないし図６Ａ及び図６Ｂに示した第１ないし第４片持ちばり１２、４２、５４、６４に対する構造解析を実施した。表１及び図７はこのような解析結果を示す。
【表１】
0003910532.tif 000002
【００３０】
図７の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は、各々第１ないし第４片持ちばり１２、４２、５４、６４の支持部の形状を示す。そして表１でδＭＡＸ（μｍ）は前記各片持ちばりの端部での初期曲げ変形量を示す。
【００３１】
表１及び図７を参照すれば、第１片持ちばりの端部での初期曲げ変形量は約９．９１１μｍである一方、第２ないし第４片持ちばりの初期曲げ変形量はいずれも第１片持ちばりに比べて小さく、そのうちでも第２片持ちばりが最も小さいということが分かる。
【００３２】
このようなモデリング解析結果を通じて、片持ちばりの支持部が本発明者が提案した形である場合、すなわち、第２ないし第４片持ちばりである場合にその初期曲げ変形量は第１片持ちばりに比べて最大７０％減少させ得ることが分かる。
【００３３】
[実験例]
本発明者は前記モデリング解析結果を検証するために、前記第１ないし第４片持ちばりを製作して各片持ちばりの端部での初期曲げ変形量を測定した。このための各片持ちばりの製作過程を添付した図面を参照して詳細に説明する。
【００３４】
まず、第２片持ちばりの製作過程を説明する。
図８に示したように、基板７０の所定領域上にフィールド酸化膜７２を形成してアクティブ領域７４を限定した。アクティブ領域７４上にゲート電極Ｇを形成した後、その両側にソースＳ及びドレーンＤを形成してトランジスタを形成した。前記トランジスタが形成された基板７０上に犠牲層７８を形成した。この時、犠牲層７８はＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）層で形成した。犠牲層７８は後続工程で所定のＭＥＭＥＳ駆動素子を形成した後、基板７０と前記ＭＥＭＳ駆動素子との間にエアーギャップを形成するために除去した。次いで、犠牲層７８上にエッチング阻止膜８０を形成し、エッチング阻止膜８０上に感光膜８２を形成した。感光膜８２は、図４に示したような第２片持ちばり４２の支持部４２ａと同じ形状のパターンを含むマスクを使用してパターニングした。
【００３５】
図９は前記マスクの斜視図であり、図１０は前記マスクを使用してパターニングした結果、形成された感光膜パターン８２ａの斜視図である。図９でＭ１は第１マスクを、Ｅは感光膜８２に図４に示した第２片持ちばり４２の支持部４２ａと同じパターンを形成するために支持部４２ａと同じ形状で形成された露光窓を示す。
【００３６】
図１０を参照すれば、感光膜パターン８２ａに、図４に示した第２片持ちばり４２の支持部４２ａと同じ形状の支持部パターン８２ｂが形成されている。支持部パターン８２ｂを通じてエッチング阻止膜８０が露出される。支持部パターン８２ｂは、四角形の第１パターン８２ｃと、第１パターン８２ｃの一辺に垂直な方向に所定の長さＬだけ突出した第２パターン８２ｄとよりなっている。第２パターン８２ｄの幅Ｗは長さＬに比べて狭い。
便宜上、図１０でエッチング阻止膜８０の下に形成された部材の図示は省略した。
【００３７】
図１１は、感光膜８２を図１０に示したような形にパターニングした後の結果物の断面図であり、感光膜パターン８２ａの支持部パターン８２ｂを１１−１１`方向に切断した断面を示す。図面において、感光膜パターン８２ａの第２パターン８２ｄの断面は第１パターン８２ｃの断面と区別するために斜線で表示した。
【００３８】
引続き、感光膜パターン８２ａをエッチングマスクとして使用してエッチング阻止膜８０の第１及び第２パターン８２ｃ、８２ｄを通じて露出される部分８０ａを除去した。そして感光膜パターン８２ａを除去した。図１２Ａ及び図１２Ｂは、各々感光膜パターン８２ａを除去した結果物の断面図及び斜視図を示す。図１２Ｂは犠牲層７８の下に形成された部材は図示しなかった。そして図１２Ｂにおいて参照符号７８ａはエッチング阻止膜８０の除去された部分を通じて露出される犠牲層の領域を示す。このような結果物をエッチング阻止膜８０をエッチングマスクとして湿式エッチングで除去した。前記湿式エッチングはドレーンパッド層７６が露出されるまで実施し、エッチング液としてフッ酸（ＨＦ）を使用した。
【００３９】
図１３Ａ及び図１３Ｂは、各々前記湿式エッチング後の結果物の断面図及び斜視図である。
図１３から、前記湿式エッチングにより、犠牲層７８にドレーンパッド層７６が露出される、支持部パターン８２ｂと同じ形状の第１ビアホール７８ａが形成されたことが分かる。
【００４０】
前記湿式エッチング後、図１４に示したように、エッチング阻止膜８０上にドレーンパッド層７６と連結されるステップアップ駆動素子を構成する物質膜を順次に形成した。
【００４１】
具体的に、エッチング阻止膜８０上に第１ビアホール７８ａを通じて露出されたドレーンパッド層７６を覆う支持膜として窒化膜（ＳｉＮｘ）８４を形成した。次いで、窒化膜８４上に下部電極８６、誘電膜８８及び上部電極９０を順次に形成した。下部電極８６は白金膜で形成した。誘電膜８８は圧電薄膜のＰＺＴ膜で形成した。ＰＺＴ膜はゾル−ゲル方法で形成した。上部電極９０は誘電膜８８に下部電極８６と共に電界を形成するためのものであり、下部電極８６と同じく白金膜で形成した。
【００４２】
このようにステップアップ駆動素子を構成する薄膜を形成した後、図１５に示したように、第１ビアホール７８ａに積層された薄膜のうち上部電極９０及び誘電膜８８の一部を除去して下部電極８６を露出させた。
【００４３】
図１６に示したように、下部電極８６の露出された領域に窒化膜８４を貫通してその下のドレーンパッド層７６が露出される第２ビアホール９２を形成した。そして第２ビアホール９２に下部電極８６とドレーンパッド層７６とを連結する導電性プラグ９４を充填した。導電性プラグ９４は、エッチング阻止膜８０上に形成された駆動素子を構成する薄膜に信号電圧を印加するための通路になり、下記のように犠牲層７８が除去された後にステップアップ構造を有するＭＥＭＳ駆動素子を支持する役割をする。
【００４４】
以後、図１７に示したように、基板７０とエッチング阻止膜８０との間に形成した犠牲層を湿式エッチング方式で除去した。これにより、基板７０と片持ちばり９６との間にエアーギャップ９８が形成される。このようにして、図４に示したようなステップアップ構造を有しながら正方形の支持部４２ｂ及び第１支持部４２ｃを含む支持部４２ａを具備するＭＥＭＳ駆動素子が形成される。
【００４５】
前記第１片持ちばり、第３及び第４片持ちばりの製作過程は、感光膜８２をパターニングするのに使用したマスクが異なることを除いては前述した第２片持ちばりの製作過程とあまり変わらない。
【００４６】
すなわち、前記第１片持ちばりを製作するのに図１８に示した第２マスクＭ２を使用し、前記第３片持ちばりを製作するのに図１９に示した第３マスクＭ３を使用し、前記第４片持ちばりを製作するのに図２０に示した第４マスクＭ４を使用した。
【００４７】
本発明者はこのように製作した、支持部が相異なる４つの片持ちばりに対する初期曲げ変形量を片持ちばりの運動板の端部で測定した。このような測定結果は下の表２及び図２１に要約した。
【表２】
0003910532.tif 000003
【００４８】
図２１の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は、各々第１ないし第４片持ちばりに対する場合を示す。
【００４９】
[解析結果と実験結果との比較]
下の表３は、前記解析結果及び前記実験結果で得られた前記第１ないし第４片持ちばりの運動板の初期曲げ変形量に関するデータを共に示し、図２２は、これをグラフで示す。図２２において参照符号Ｇ１及びＧ２は、各々前記解析結果及び実験結果を示す第１及び第２棒グラフである。
【表３】
0003910532.tif 000004
【００５０】
表３及び図２２を参照すれば、解析結果と実験結果とが一致した傾向を示すということが分かる。これは解析結果が信頼できることを意味する。
【００５１】
これより、ある片持ちばりの支持部の形状が第２ないし第４片持ちばりのうち選択されたいずれか一つの形である場合、その片持ちばりの運動板に対する初期曲げ変形量は少なくとも従来の片持ちばりの運動板に対する初期曲げ変形量より少ないということが立証される。
【００５２】
次に、本発明者はある片持ちばりのアンカーの形状、すなわち、支持部の形態が前記第２ないし第４片持ちばりのうち選択されたいずれか一つの形である場合にも、前記第１片持ちばりの支持部及び他の部分のサイズによって前記ある片持ちばりの運動板の初期曲げ変形量が変りうると判断して、前記第１片持ちばりの支持部及び他の部分のサイズを変化させながら前記ある片持ちばりの運動板の初期曲げ変形量がどのように変わるかを考察した。
【００５３】
この時、前記ある片持ちばりとしては、前記解析及び実験結果を通じて運動板の初期曲げ変形量が最も小さいと判明された前記第２片持ちばりを使用した。
【００５４】
本発明者は、図４に示した前記第２片持ちばり４２の運動板４２ｄの初期曲げ変形量が正方形の支持部４２ｂの一辺に垂直な方向に形成された第１支持部４２ｃのサイズによってどのように変わるかを考察するために、第１支持部４２ｃの長さは一定の値（例えば１０μｍ）に固定させ、その幅が前記長さと同一になるまで変化させながら前記第２片持ちばり４２の運動板４２ｄの端部での初期曲げ変形量の変化を有限要素解析を通じて分析した。
下の表４及び図２３はこのような分析結果を示す。
【表４】
0003910532.tif 000005
【００５５】
表４及び図２３において参照符号ａ及びｂは、各々第１支持部４２ｃの幅及び長さを示す。
【００５６】
表４及び図２３を参照すれば、第１支持部４２ｃの幅が広くなるほど運動板４２ｄの初期曲げ変形量も増加するということが分かる。また、第１支持部４２ｃの幅と長さとが同じ場合にも運動板４２ｄの初期曲げ変形量は６．５１０で、従来の運動板の変形量９．９１１に比べてはるかに小さいということが分かる。しかし、第１支持部４２ｃの幅と長さとが同じ場合、運動板４２ｄの駆動特性が低下する恐れがあるために、第１支持部４２ｃの幅と長さとの比（ａ／ｂ）が１より小さな範囲で運動板４２ｄの初期曲げ変形量を最小化できるように第１支持部４２ｃのサイズを決定することが望ましい。この時、第１支持部４２ｃの幅を固定させた状況で長さを過度に長くする場合、運動板４２ｄで実際に駆動できる部分の長さが短くなって運動板４２ｄの駆動特性が低下する恐れがあるという事実も共に考慮することが望ましい。
【００５７】
前記説明で多くの事項が具体的に記載されたが、これらは発明の範囲を限定するものというよりは、望ましい実施例の例示として解析されねばならない。例えば、当業者であれば、片持ちばりの支持部で四角形の部分を円形に変えることもでき、誘電膜を多層誘電膜に取り替えることもできる。また、第２及び第４片持ちばりを結合した形の片持ちばりを具現することもできる。そのため、本発明の範囲は説明された実施例によって限されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的な思想により定められる。
【００５８】
【発明の効果】
前述したように、本発明によるステップアップ構造を有するＭＥＭＳ駆動素子、すなわち、多層薄膜の片持ちばりは、四角形の第１支持部と、運動板に平行して第１支持部の一辺に垂直な方向の第２支持部とより構成される支持部を具備する。前記第２支持部が備わることによって、前記片持ちばりを製造する過程中の高温高圧による片持ちばりの変形、すなわち、片持ちばりの運動板の初期曲げ変形を従来に比べて大きく減らすことができる。したがって、片持ちばりの不良発生率を減らすことができ、さらにこの片持ちばりが適用される製品の信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の技術によるステップアップ構造を有する片持ちばりの斜視図である。
【図２】  図１の２−２`断面の斜視図である。
【図３Ａ】  従来の技術によるステップアップ構造を有する片持ちばりのモデリングに使われた第１片持ちばりの平面図である。
【図３Ｂ】  図３Ａの３−３`断面の斜視図である。
【図４Ａ】  本発明の実施形態によるステップアップ構造を有する片持ちばりのモデリングに使われた第２片持ちばりの平面図である。
【図４Ｂ】  図４Ａの４−４`断面の斜視図である。
【図５Ａ】  本発明の実施形態によるステップアップ構造を有する片持ちばりのモデリングに使われた第３片持ちばりの平面図である。
【図５Ｂ】  図５Ａの５−５`断面の斜視図である。
【図６Ａ】  本発明の実施形態によるステップアップ構造を有する片持ちばりのモデリングに使われた第４片持ちばりの平面図である。
【図６Ｂ】  図６Ａの６−６`断面の斜視図である。
【図７】  図３Ａ及び図３Ｂ〜図６Ａ及び図６Ｂに示した片持ちばりに関する有限要素解析結果を示す棒グラフである。
【図８】  本発明の実施形態によるステップアップ構造を有する片持ちばりの初期曲げ変形量を実測するために、図４Ａ及び図４Ｂに示した片持ちばりに相応する片持ちばりを製作する過程を段階別に示す断面図である。
【図９】  本発明の実施形態によるステップアップ構造を有する片持ちばりの初期曲げ変形量を実測するために、図４Ａ及び図４Ｂに示した片持ちばりに相応する片持ちばりを製作する過程を段階別に示す斜視図である。
【図１０】  本発明の実施形態によるステップアップ構造を有する片持ちばりの初期曲げ変形量を実測するために、図４Ａ及び図４Ｂに示した片持ちばりに相応する片持ちばりを製作する過程を段階別に示す斜視図である。
【図１１】  本発明の実施形態によるステップアップ構造を有する片持ちばりの初期曲げ変形量を実測するために、図４Ａ及び図４Ｂに示した片持ちばりに相応する片持ちばりを製作する過程を段階別に示す断面図である。
【図１２Ａ】  本発明の実施形態によるステップアップ構造を有する片持ちばりの初期曲げ変形量を実測するために、図４Ａ及び図４Ｂに示した片持ちばりに相応する片持ちばりを製作する過程を段階別に示す断面図である。
【図１２Ｂ】  本発明の実施形態によるステップアップ構造を有する片持ちばりの初期曲げ変形量を実測するために、図４Ａ及び図４Ｂに示した片持ちばりに相応する片持ちばりを製作する過程を段階別に示す斜視図である。
【図１３Ａ】  本発明の実施形態によるステップアップ構造を有する片持ちばりの初期曲げ変形量を実測するために、図４Ａ及び図４Ｂに示した片持ちばりに相応する片持ちばりを製作する過程を段階別に示す断面図である。
【図１３Ｂ】  本発明の実施形態によるステップアップ構造を有する片持ちばりの初期曲げ変形量を実測するために、図４Ａ及び図４Ｂに示した片持ちばりに相応する片持ちばりを製作する過程を段階別に示す斜視図である。
【図１４】  本発明の実施形態によるステップアップ構造を有する片持ちばりの初期曲げ変形量を実測するために、図４Ａ及び図４Ｂに示した片持ちばりに相応する片持ちばりを製作する過程を段階別に示す断面図である。
【図１５】  本発明の実施形態によるステップアップ構造を有する片持ちばりの初期曲げ変形量を実測するために、図４Ａ及び図４Ｂに示した片持ちばりに相応する片持ちばりを製作する過程を段階別に示す断面図である。
【図１６】  本発明の実施形態によるステップアップ構造を有する片持ちばりの初期曲げ変形量を実測するために、図４Ａ及び図４Ｂに示した片持ちばりに相応する片持ちばりを製作する過程を段階別に示す断面図である。
【図１７】  本発明の実施形態によるステップアップ構造を有する片持ちばりの初期曲げ変形量を実測するために、図４Ａ及び図４Ｂに示した片持ちばりに相応する片持ちばりを製作する過程を段階別に示す断面図である。
【図１８】  第１片持ちばりを製作する過程で使われるマスクの斜視図である。
【図１９】  第３片持ちばりを製作する過程で使われるマスクの斜視図である。
【図２０】  第４片持ちばりを製作する過程で使われるマスクの斜視図である。
【図２１】  本発明の実験例によって製作した第１ないし第４片持ちばりに関する初期曲げ変形量を示す棒グラフである。
【図２２】  図７に示した解析結果と図２１に示した実験結果とを相互比較して示す棒グラフである。
【図２３】  本発明の実施形態による片持ちばりに関する第２支持部の幅と長さとの比による初期曲げ変形量を示すグラフである。
【符号の説明】
１０  基板
４２  第２片持ちばり
４２ａ  支持部
４２ｂ  正方形の支持部
４２ｃ  第１支持部
４２ｄ  運動板
【図１】
0003910532.tif 000006
【図２】
0003910532.tif 000007
【図３Ａ】
0003910532.tif 000008
【図３Ｂ】
0003910532.tif 000009
【図４Ａ】
0003910532.tif 000010
【図４Ｂ】
0003910532.tif 000011
【図５Ａ】
0003910532.tif 000012
【図５Ｂ】
0003910532.tif 000013
【図６Ａ】
0003910532.tif 000014
【図６Ｂ】
0003910532.tif 000015
【図７】
0003910532.tif 000016
【図８】
0003910532.tif 000017
【図９】
0003910532.tif 000018
【図１０】
0003910532.tif 000019
【図１１】
0003910532.tif 000020
【図１２Ａ】
0003910532.tif 000021
【図１２Ｂ】
0003910532.tif 000022
【図１３Ａ】
0003910532.tif 000023
【図１３Ｂ】
0003910532.tif 000024
【図１４】
0003910532.tif 000025
【図１５】
0003910532.tif 000026
【図１６】
0003910532.tif 000027
【図１７】
0003910532.tif 000028
【図１８】
0003910532.tif 000029
【図１９】
0003910532.tif 000030
【図２０】
0003910532.tif 000031
【図２１】
0003910532.tif 000032
【図２２】
0003910532.tif 000033
【図２３】
0003910532.tif 000034