(57)【要約】【課題】シリコンに微細な加工が可能となる電子部品の製造方法を提供する。【解決手段】電子部品の製造方法は、シリコン基板上にリソグラフィ工程によってエッチングマスク材を形成する工程Ｓ１０１と、シリコン基板上に形成されたエッチングマスク材を集束イオンビームで切断してエッチングマスク材にスリットを形成する工程Ｓ１０２と、エッチングによってエッチングマスク材に形成されたスリット部分に溝を形成する工程Ｓ１０４とを含む。好ましくは、電子部品の製造方法は、集束イオンビームでエッチングマスク材に形成したスリット部分のシリコン基板に注入されたイオン層を除去する工程Ｓ１０３をさらに備える。【選択図】図１
2009083023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板上にフォトリソグラフィを用いてエッチングマスク材を形成する工程と、
前記シリコン基板上に形成されたエッチングマスク材を集束イオンビームで切断して前記エッチングマスク材にスリットを形成する工程と、
エッチングによって前記エッチングマスク材に形成されたスリット部分に溝を形成する工程とを含む、電子部品の製造方法。
【請求項２】
集束イオンビームで前記エッチングマスク材に形成したスリット部分の前記シリコン基板に注入されたイオン層を除去する工程をさらに備える、請求項１に記載の電子部品の製造方法。
【請求項３】
前記電子部品は、マイクロメカニカル共振器を含み、
前記スリット部分に形成される溝は、前記マイクロメカニカル共振器の電極と共振ビームとの間のギャップである、請求項２に記載の電子部品の製造方法。
【請求項４】
シリコン基板上にフォトリソグラフィを用いてスリットが設けられたエッチングマスク材を形成する工程と、
前記シリコン基板上に形成されたエッチングマスク材に対して集束イオンビームを用いた蒸着によって前記スリット部分をさらに狭くする追加のエッチングマスク材を前記単結晶基板上に堆積させる工程と、
エッチングによって前記エッチングマスク材および前記追加のエッチングマスク材によって形成されたスリット部分に溝を形成する工程とを含む、電子部品の製造方法。
【請求項５】
前記電子部品は、マイクロメカニカル共振器を含み、
前記スリット部分に形成される溝は、前記マイクロメカニカル共振器の電極と共振ビームとの間のギャップである、請求項４に記載の電子部品の製造方法。
【請求項６】
シリコンにガリウムイオンを選択的に注入する工程と、
前記ガリウムイオンが注入されたシリコン表面層をマスクとして前記シリコンを選択エッチングする工程とを含む、電子部品の製造方法。
【請求項７】
前記選択的に注入する工程は、ガリウムの集束イオンビームを使用してマスクとするパターンを前記シリコンの表面に描画する、請求項６に記載の電子部品の製造方法。
【請求項８】
前記電子部品の製造方法は、
シリコン基板上にフォトリソグラフィ工程によってスリットが設けられたエッチングマスク材を形成する工程をさらに含み、
前記選択的に注入する工程は、前記シリコン基板上に形成されたエッチングマスク材に対して集束イオンビームによって前記スリットをさらに狭くする追加のエッチングマスク部を前記シリコン基板上に設け、
前記選択エッチングする工程は、エッチングによって前記エッチングマスク材および前記追加のエッチングマスク部によって形成されたスリット部分に溝を形成する、請求項７に記載の電子部品の製造方法。
【請求項９】
前記電子部品は、マイクロメカニカル共振器を含み、
前記スリット部分に形成される溝は、前記マイクロメカニカル共振器の電極と共振ビームとの間のギャップである、請求項８に記載の電子部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電子部品の製造方法に関し、特に、シリコンのエッチング工程を含む電子部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体分野における微細加工技術を利用して、微細な機械構造を電子回路と一体化して形成するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術が開発されており、フィルターや共振器への応用が検討されている。
【０００３】
なかでもこのようなＭＥＭＳ技術で作成されたマイクロメカニカル共振器は、リモートキーレスエントリシステム、スペクトラム拡散通信等のＲＦ無線に好適に使用される。
【０００４】
このようなＭＥＭＳ技術で作成されたマイクロメカニカル共振器を利用した信号を生成するための装置および方法の一例が特表２００３−５３２３２０号公報（特許文献１）に開示されている。
【特許文献１】特表２００３−５３２３２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
たとえば、無線システム等では数百ＭＨｚを超える高い発振周波数を使用することがある。このとき、たとえば６００ＭＨｚの周波数を得るために、２００ＭＨｚの原発振器の出力を３逓倍して用いることもできる。しかし、逓倍時には、スプリアスが発生する。マイクロメカニカル共振器では、高い周波数を得るために共振器が発振する周波数を逓倍して使用するのではなく、必要とする周波数を直接発振することも可能となる。したがって、マイクロメカニカル共振器は、低位相ノイズが必要とされる製品に使用されることが期待されている。
【０００６】
シリコンを加工する場合、シリコン表面にフォトリソグラフィを用いてレジストや蒸着した金属で形成したパターンをマスク材としてウエットエッチングやドライエッチングを行なう。しかし、マイクロメカニカル共振器等の微細な機械構造を有する電子部品は、通常のフォトリソグラフィ工程でマスク材のパターンを形成するのが困難になってくる。したがって、一部でも微細な構造を含む場合には、高額なフォトマスクやステッパー装置等が必要であった。
【０００７】
さらに、ＭＥＭＳ技術の構造体では、シリコンのエッチング深さを通常の半導体電子回路の製造工程のエッチングよりも深くする深掘エッチングが必要な場合が多い。このような深掘エッチングを行なうためには、マスク材の厚みも厚くする必要がある。一般にフォトリソグラフィ技術では、マスク材の厚さが厚くなるほど狭ギャップパターンを形成するのは困難になる。
【０００８】
この発明の目的は、シリコンに微細な加工が可能となる電子部品の製造方法を提供することである。また、この発明の他の目的は、狭ギャップパターンの形成が容易となる電子部品の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、要約すると、電子部品の製造方法であって、シリコン基板上にフォトリソグラフィを用いてエッチングマスク材を形成する工程と、シリコン基板上に形成されたエッチングマスク材を集束イオンビームで切断してエッチングマスク材にスリットを形成する工程と、エッチングによってエッチングマスク材に形成されたスリット部分に溝を形成する工程とを含む。
【００１０】
好ましくは、電子部品の製造方法は、集束イオンビームでエッチングマスク材に形成したスリット部分のシリコン基板に注入されたイオン層を除去する工程をさらに備える。
【００１１】
この発明は、他の局面では、電子部品の製造方法であって、シリコン基板上にフォトリソグラフィを用いてスリットが設けられたエッチングマスク材を形成する工程と、シリコン基板上に形成されたエッチングマスク材に対して集束イオンビームを用いた蒸着によってスリット部分をさらに狭くする追加のエッチングマスク材を単結晶基板上に堆積させる工程と、エッチングによってエッチングマスク材および追加のエッチングマスク材によって形成されたスリット部分に溝を形成する工程とを含む。
【００１２】
この発明は、さらに他の局面では、電子部品の製造方法であって、シリコンにガリウムイオンを選択的に注入する工程と、ガリウムイオンが注入されたシリコン表面層をマスクとしてシリコンを選択エッチングする工程とを含む。
【００１３】
好ましくは、選択的に注入する工程は、ガリウムの集束イオンビームを使用してマスクとするパターンをシリコンの表面に描画する。
【００１４】
より好ましくは、電子部品の製造方法は、シリコン基板上にフォトリソグラフィ工程によってスリットが設けられたエッチングマスク材を形成する工程をさらに含む。選択的に注入する工程は、シリコン基板上に形成されたエッチングマスク材に対して集束イオンビームによってスリットをさらに狭くする追加のエッチングマスク部をシリコン基板上に設ける。選択エッチングする工程は、エッチングによってエッチングマスク材および追加のエッチングマスク部によって形成されたスリット部分に溝を形成する。
【００１５】
さらに好ましくは、電子部品は、マイクロメカニカル共振器を含む。スリット部分に形成される溝は、マイクロメカニカル共振器の電極と共振ビームとの間のギャップである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、シリコンの微細加工が容易となる。また、マイクロメカニカル共振器などのＭＥＭＳ構造を実現する際に、狭ギャップの形成が容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下において、同一または相当要素には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００１８】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る電子部品の製造方法の工程を示したフローチャートである。
【００１９】
図１を参照して、実施の形態１に係る電子部品の製造方法は、シリコン基板上にフォトリソグラフィを用いてエッチングマスク材を形成する工程Ｓ１０１と、シリコン基板上に形成されたエッチングマスク材を集束イオンビームで切断してエッチングマスク材にスリットを形成する工程Ｓ１０２と、エッチングによってエッチングマスク材に形成されたスリット部分に溝を形成する工程Ｓ１０４とを含む。好ましくは、電子部品の製造方法は、集束イオンビームでエッチングマスク材に形成したスリット部分のシリコン基板に注入されたイオン層を除去する工程Ｓ１０３をさらに備える。ここで電子部品には、マイクロメカニカル共振器が含まれる。そして、スリット部分に形成される溝は、たとえば、マイクロメカニカル共振器の電極と共振ビームとの間のギャップである。
【００２０】
図１のフローチャートは、シリコン等に狭ギャップを形成するために好適な工程である。工程Ｓ１０１では、フォトリソグラフィによってシリコンエッチングのマスク材にパターンが形成される。たとえば、アルミニウムやクロム等の金属膜を表面に蒸着させた後に、フォトレジストを塗布し露光、現像工程を経て金属膜のエッチングを行ない、シリコンエッチングのためのマスク材とする。なお、マスク材は、金属膜でなくても適切なものであればよい。
【００２１】
工程Ｓ１０２では、狭ギャップを形成するために集束イオンビームで工程Ｓ１０１で形成したマスク材のパターンの部分除去を行なう。パターンの部分除去を行なった部分には、集束イオンビームによりガリウムイオンが注入されてしまうので、シリコンエッチングに与える影響を避けるため、工程Ｓ１０３で希フッ酸でガリウムのエッチングを行なうことが好ましい。
【００２２】
そして、工程Ｓ１０４において、たとえば異方性ドライエッチングによりシリコン基板のエッチングを行なう。以上の工程により、シリコンに狭ギャップを含むパターンを形成することができる。
【００２３】
以下に、図１の狭ギャップパターンの形成する一連の工程をＭＥＭＳ共振器の製造に適用した例を示す。
【００２４】
図２は、本実施の形態に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す斜視図である。
図３は、本実施の形態に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す平面図である。
【００２５】
図２、図３を参照して、マイクロメカニカル共振器１００は、高誘電体基板２と、フレーム部４と、電極６，８とを備える。高誘電体基板２は、たとえば、ガラス基板が好適に用いられるが、他にガリウム砒素基板、セラミックス基板等も使用することが可能である。フレーム部４は、高誘電体基板２上に設けられる第１、第２の端部１０，１２と、第１、第２の端部１０，１２の間で振動可能に支持される共振ビーム１４とを有する。電極６は、共振ビーム１４の第１、第２の端部１０，１２の間に位置する部分に対向し共振ビーム１４に対して静電気力を及ぼすための対向部１６，１８と、高誘電体基板２上に設けられ対向部１６，１８を支持する脚部２０とを有する。電極８は、共振ビーム１４の第１、第２の端部１０，１２の間に位置する部分に対向し共振ビーム１４に対して静電気力を及ぼすための対向部２２と、高誘電体基板２上に設けられ対向部２２を支持する脚部２４とを有する。フレーム部４および電極６，８は単結晶シリコンで形成される。
【００２６】
ＭＥＭＳ共振器は、単結晶シリコン基板上に犠牲層を介在させてその上に多結晶シリコン（ポリシリコン）層を設け、しかる後に犠牲層をエッチングで除去してポリシリコン層を単結晶シリコン基板から浮かせた構造を形成し、このポリシリコン層を共振ビームにする場合が多い。これに対し、本実施の形態のＭＥＭＳ共振器は、後に図４以下で詳述するように、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）ウェーハを用いて単結晶シリコンで共振ビームを形成している。
【００２７】
したがって、本実施の形態のＭＥＭＳ共振器は、結晶欠陥等がないので特性が安定しており、ポリシリコン層を使用するものよりも長時間使用することができる。またポリシリコン層の形成プロセスのばらつきに起因する特性ばらつきも抑制される。さらに、一般的なポリシリコン層（膜厚２〜４μｍ程度）よりも厚さが厚い構造体を形成することもできる。
【００２８】
図３に示されるように、共振ビーム１４には、両端部を含む４つの領域に、他の領域よりも断面積が小さなくびれ部が形成されている。そして、３つの非くびれ部にはギャップを挟んで電極の対向部１６，２２，１８がそれぞれ対向している。電極に交流電圧が印加されると、共振ビームが振動する。くびれ部は、共振ビームの振動のちょうど節となる部分に形成されている。くびれ部が形成されていることにより、共振モードが３次で極大となり、１次の共振周波数よりも高い３次の共振周波数の信号を得やすくなる。つまり、リモートキーレスエントリシステム、スペクトラム拡散通信等のＲＦ無線のような高い周波数を用いる用途に向く共振器を実現することができる。なお、図２では、４つの領域にくびれ部を設け、３つの非くびれ部を有する共振ビームの例を示したが、さらに多くのくびれ部を設けてより高次の共振周波数を狙うようにしても良い。また、一切くびれ部を設けない共振ビームにした場合にも、狭ギャップの形成に本発明を適用することができる。
【００２９】
図４は、図３の平面図のＩＶ−ＩＶ断面におけるＭＥＭＳ共振器の断面図である。
図３、図４を参照して、共振ビーム１４の断面形状は、高誘電体基板２と垂直な方向の辺１４Ｙが高誘電体基板２と平行な方向の辺１４Ｘよりも長い長方形である。
【００３０】
共振ビーム１４は高誘電体基板２から所定高さＨ１だけ離れて第１、第２の端部１０，１２に支持される。電極８の脚部２４は、電極８の対向部２２を高誘電体基板２から所定高さＨ１離れるように支持する。電極８の対向部２２の高誘電体基板２と垂直方向の厚さＨ２は、共振ビーム１４の厚さＨ２と等しい。脚部２４の共振ビーム１４に対向する側の第１の面２４Ａは、対向部２２の共振ビーム１４に対向する第２の面２２Ａよりも共振ビーム１４から離れる方向に後退して形成される。高さは、例えばＨ１＝２μｍ、Ｈ２＝１０μｍとすることができる。
【００３１】
図５は、図３の平面図のＶ−Ｖ断面におけるＭＥＭＳ共振器の断面図である。
図３、図５を参照して、共振ビーム１４の断面形状は、やはり、高誘電体基板２と垂直な方向の辺１４Ｙが高誘電体基板２と平行な方向の辺１４Ｘよりも長い長方形である。
【００３２】
共振ビーム１４は高誘電体基板２から所定高さＨ１だけ離れて第１、第２の端部１０，１２に支持される。電極６の脚部２０は、電極６の対向部１８を高誘電体基板２から所定高さＨ１離れるように支持する。電極６の対向部１８の高誘電体基板２と垂直方向の厚さＨ２は、共振ビーム１４の厚さＨ２と等しい。脚部２０の共振ビーム１４に対向する側の第１の面２０Ａは、対向部１８の共振ビーム１４に対向する第２の面１８Ａよりも共振ビーム１４から離れる方向に後退して形成される。
【００３３】
図４、図５で示したように切込量αを設けることにより、共振ビーム１４は、他の方向の振動よりも高誘電体基板２に平行な面内方向の振動が強くなるので、高Ｑ値化が可能である。
【００３４】
図６は、実施の形態１のマイクロメカニカル共振器の製造方法を示したフローチャートである。
【００３５】
図６を参照して、まず工程Ｓ１において、ＳＯＩ基板に金属クロム膜を蒸着で５００オングストロームの膜厚で形成する。近年電気・電子機器の高性能化や携帯化が進むにつれて、従来の半導体デバイス材料であるバルクウェーハよりも高速、かつ低消費電力が期待できる新技術のウェーハ、すなわちＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェーハが入手しやすくなってきている。
【００３６】
続いて、工程Ｓ２においてクロム層のパターニングが行なわれる。
図７は、クロム層のパターニング後のＳＯＩ基板の平面図である。
【００３７】
図８は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩでの断面図である。
図８を参照して、基板１０２は、ＳＯＩウェーハであり、第１、第２の単結晶シリコン層１０４，１０８の間に絶縁層１０６が形成されたものである。ＳＯＩウェーハは、大きくＳＩＭＯＸ法とはり合わせ法で製造されるものがあるが、いずれの方法によるウェーハでもよい。はり合わせ法で得られるＳＯＩウェーハは、２枚のシリコンウェーハの一方、あるいは、両方を熱酸化により表面に所望の厚みの酸化膜を形成した後にはり合わせて、熱処理によりはり合わせ強度を上げた後、片側から研削と研磨などにより薄膜化を行って、所望の厚みの第２の単結晶シリコン層１０８を残すものである。以下、第２の単結晶シリコン層１０８を活性層とも呼ぶ。はり合わせ法は、活性層（第２の単結晶シリコン層１０８）、絶縁層１０６の膜厚の自由度が高いという点で、より好ましい。
【００３８】
第１、第２の単結晶シリコン層１０４，１０８、絶縁層１０６の厚さは、たとえば、それぞれ３５０μｍ、１２μｍ、１μｍである。
【００３９】
単結晶シリコン層１０８上に、クロム層１１０が５００オングストロームの膜厚で形成された後、レジストを用いたフォトリソグラフィによってクロムパターン１１０Ａ、１１０Ｂが形成される。クロムパターン１１０Ａ、１１０Ｂは、図３の電極６，８の脚部２０，２４にそれぞれ対応する領域に形成されている。その他にも、図７に示されるようにクロムパターン１１０Ｃ、１１０Ｄが同時に形成される。クロムパターン１１０Ｃ、１１０Ｄは、図３のフレーム部４の端部１０，１２にそれぞれ対応する領域に形成される。
【００４０】
再び図６を参照して、工程Ｓ３では、狭ギャップ形成と深掘エッチングの工程が行なわれる。
【００４１】
図９は、図６の工程Ｓ３の詳細を説明したフローチャートである。図９の工程Ｓ１１において、まず膜厚１０００オングストロームの金属アルミニウム層が蒸着により形成され、さらに工程Ｓ１２においてレジストを用いたフォトリソグラフィによってアルミニウム層のパターニングが行なわれる。
【００４２】
図１０は、アルミニウム層のパターニング後のＳＯＩ基板の平面図である。
図１１は、図１０のＸＩ−ＸＩでの断面図である。
【００４３】
図１０、図１１を参照して、パターニング後のクロムパターン１１０Ａ，１１０Ｂ等の上にさらに金属アルミニウム層が１０００オングストロームの膜厚で形成された後、レジストを用いたフォトリソグラフィによってアルミニウムパターン１１２が形成される。
【００４４】
その後、図９の工程Ｓ１３において、集束イオンビーム（ＦＩＢ：Focused Ion Beam）装置を使用した、マスク材へのギャップ形成が行なわれる。
【００４５】
図１２は、ギャップ形成後のＳＯＩ基板の平面図である。
図１３は、図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩでの断面図である。
【００４６】
図１２、図１３を参照して、ガリウムイオンビームにより、アルミニウムパターン１１２を切断して狭ギャップＧ１〜Ｇ３が形成される。この切断は、イオンビームによるスパッタリングによりアルミニウムが部分的に除去される結果生じる。その結果、アルミニウムパターン１１２は、アルミニウムパターン１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃに分割される。
【００４７】
アルミニウムパターン１１２Ａは、図３の電極８の脚部２４および対向部２２に対応する領域に形成されている。アルミニウムパターン１１２Ｃは、図３の電極６の脚部２０および対向部１６，１８に対応する領域に形成されている。アルミニウムパターン１１２Ｂは、図３の共振ビーム１４に対応する領域に形成されている。
【００４８】
その他にも、図１０、図１２に示されるようにアルミニウムパターン１１２Ｄ、１１２Ｅが同時に形成される。アルミニウムパターン１１２Ｄ、１１２Ｅは、図２のフレーム部４の端部１０，１２にそれぞれ対応する領域に形成される。
【００４９】
再び図９を参照して、工程Ｓ１３のＦＩＢによるアルミニウムパターンの部分除去の後には、工程Ｓ１４において、希フッ酸によるガリウムエッチングが行なわれる。希フッ酸は、例えば、ＨＦ：Ｈ2Ｏ＝１：３０で、エッチング時間は３０秒程度でよい。そして、さらに工程Ｓ１５においてアルミニウム層をマスクとして、シリコン深掘エッチングが行なわれる。
【００５０】
図１４は、工程Ｓ１５のシリコン深掘エッチング工程後の断面図である。
図１４を参照して、アルミニウムパターンが存在していない部分では、活性層１０８が絶縁層１０６に到達するまで、たとえば、ＳＦ6ガスを使用した誘導結合型反応性イオンエッチング（ＩＣＰ−ＲＩＥ：Inductive Coupled Plasma-Reactive Ion Etching）等による異方性ドライエッチングによって深掘される。エッチング深さは、活性層の厚さに等しく、たとえば１２μｍである。
【００５１】
その後図９の工程Ｓ１６において深掘エッチングのマスクとして使用していたアルミニウムパターンを除去する。以上で、図６の工程Ｓ３が終了し、次に工程Ｓ４において、残るクロムパターンをマスクとして、シリコン浅掘エッチングが行なわれる。
【００５２】
図１５は、工程Ｓ４のシリコン浅掘エッチング工程後の断面図である。
図１５を参照して、異方性ドライエッチングによってクロムパターンが存在していない部分では、活性層の表面がエッチングされる。このエッチング深さは、たとえば２μｍであり、図１４で示した深掘エッチングよりも浅い。これにより、電極となる単結晶シリコン層１０８Ａ，１０８Ｃの表面には段差が形成される。また、共振ビームとなる単結晶シリコン層１０８Ｂは、表面がエッチングされる。これにより、共振ビームは、後に表面部分に接着されるガラス等の高誘電体基板からわずかに浮いて支持され、また電極の対向部と共振ビームとは厚さが等しくなる。
【００５３】
その後図６の工程Ｓ５においてマスクとして使用していたクロムパターンを除去する。そして、工程Ｓ６において活性層の表面にガラス基板等の高誘電体基板を接合する。
【００５４】
図１６は、工程Ｓ６のガラス基板接合後の状態を示した断面図である。
図１６においては、図８，図１１，図１３〜図１５とは上下が逆転して示されている。高誘電体基板１１４は、ガラス基板が好適に用いられるが、他の高誘電体であっても良い。たとえば、ガリウム砒素基板、セラミック基板等を用いることも可能である。
【００５５】
高誘電体基板１１４の表面は平坦であるので、図１５において活性層の表面に形成された段差の凸部のみが高誘電体基板と接合される。接合は、たとえば、ガラスとシリコンとを加熱して高電圧を印加する陽極接合等を用いることができる。
【００５６】
さらに、図６の工程Ｓ７のシリコンバックエッチングによって、単結晶シリコン層１０４と絶縁層１０６とが除去される。
【００５７】
図１７は、工程Ｓ７のシリコンバックエッチング後の状態を示した断面図である。
図１７において、高誘電体基板１１４上に単結晶シリコンで形成された共振器が完成した状態が示される。単結晶シリコン層１０８Ｃは、図３の電極８の脚部２４と対向部２２が一体化されたものである。また、単結晶シリコン層１０８Ａは、図３の電極６の脚部２０と対向部１８が一体化されたものである。また、単結晶シリコン層１０８Ｂは、図３の端部１０，１２に支持されている共振ビーム１４である。
【００５８】
図１８は、本実施の形態のＭＥＭＳ共振器の動作を説明するための図である。
図１８を参照して、２つの電極６，８には高周波電源から交流電圧ＶＩが印加される。端部１２にはコイルＬを介して主電圧電源から主電圧ＶＰが印加される。すると、共振ビーム１４と電極６，８との間に交番静電気力が発生し、その静電気力によって共振ビーム１４が高誘電体基板の表面と平行な面内で振動する。この共振ビーム１４の面内振動により、共振ビームと両電極との間の静電容量が変化し、端部１０およびキャパシタＣを経由して、一方端が接地された抵抗Ｒの他方端からその静電容量の変化が高周波信号ＶＯとして出力される。
【００５９】
以上説明したように、実施の形態１では、深掘エッチングのマスク材をＦＩＢ装置によって部分的に除去する。シリコンの深い狭ギャップをＦＩＢ装置で形成するのは時間がかかるが、マスク材であれば比較的短時間ですむ。したがって、既存のＦＩＢ装置とエッチング装置とを組み合わせて使用することで、高額なステッパー装置やフォトマスクを使用しなくても、狭ギャップパターンを作ることができる。
【００６０】
図１９は、実施の形態１の変形例を説明するための平面図である。
実施の形態１では、アルミニウムパターン１１２の電極と共振ビームとの対向部はＦＩＢによる切断前は図１０に示したようにくっついていた。これに対し、変形例では、図１９に示すように孔が複数共振ビームに沿う方向に並んで設けられている。この孔の形成は、通常のフォトリソグラフィ工程を使用して行なわれる。
【００６１】
図２０は、変形例のＦＩＢ切断後のアルミニウムパターンの形状を示した平面図である。
【００６２】
図２０に示したように、ＦＩＢによってアルミニウムが切断され、電極部分のマスク用アルミニウムパターン１１２Ａと共振ビーム部分のマスク用アルミニウムパターン１１２Ｂに分割される。このようにすれば、電極と共振ビームの距離を短く保ちつつも、深掘エッチング時にエッチングガスが長いスリット部分に入り込みにくくなるというマイクロローディング効果が発生しにくくなり、エッチング後のスリット部分の形状の寸法精度が向上する。
【００６３】
以上の実施の形態１の変形例では、高額なステッパー装置やフォトマスクを使用しなくても、狭ギャップパターンを作ることができることに加えて、エッチング後の寸法精度も向上するという効果も得られる。
【００６４】
［実施の形態２］
実施の形態１では、図１で説明したようにＦＩＢ装置をマスク材のパターンの部分除去に使用した。これに対し実施の形態２では、ＦＩＢ装置のデボジッション機能を使用してシリコン表面にマスク材を形成するものである。
【００６５】
図２１は、実施の形態２の電子部品の製造方法について示したフローチャートである。
図２１を参照して、工程Ｓ２０１において、ＦＩＢ装置のデポジットでシリコン基板表面にマスクパターンの形成が行なわれる。そして工程Ｓ２０２においてシリコンエッチングによって所望のパターン形成がされる。
【００６６】
以下に、図２１の狭ギャップパターンを形成する一連の工程をＭＥＭＳ共振器の製造に適用した例を示す。実施の形態２では、図６の工程Ｓ３に代えて以下に説明する工程Ｓ３Ａが行なわれる。
【００６７】
図２２は、工程Ｓ３Ａの詳細を示したフローチャートである。
図２２のフローチャートは、実施の形態１の図９のフローチャートの工程Ｓ１２〜Ｓ１４に代えて工程Ｓ１２Ａ、Ｓ１３Ａが行なわれるものである。他の部分については、図２２のフローチャートは既に説明した図９のフローチャートと同じであるので説明は繰返さない。実施の形態２では、工程Ｓ１１においてアルミ蒸着が行なわれた後には、工程Ｓ１２Ａのアルミパターニングが行なわれる。
【００６８】
図２３は、工程Ｓ１２Ａのアルミニウム層のパターニング後のＳＯＩ基板の平面図である。
【００６９】
図２４は、図２３のＸＸＩＶ−ＸＸＩＶでの断面図である。
図２３、図２４は、予めフォトリソグラフィによって、パターンがアルミニウムパターン１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃに分割されている点が図１０の形状とは異なる。しかし、この場合の共振ビームと電極とのスリット幅に相当するマスク材のスリットは、所望の狭ギャップよりは広いものとなっている。これは、アルミニウムパターンの形成限界によるものであり、たとえばフォトマスクやステッパー装置の性能、レジストやエッチングの寸法精度などが影響する。
【００７０】
そして、図２２の工程Ｓ１３Ａでは、ＦＩＢのガリウムイオンビームを用いたデポジッションにより、アルミニウムパターンのギャップをさらに狭くする処理が行なわれる。
【００７１】
図２５は、工程Ｓ１３Ａのデポジッション後のＳＯＩ基板の平面図である。
図２６は、図２５のＸＸＶＩ−ＸＸＶＩでの断面図である。
【００７２】
図２５、図２６を参照して、追加のマスクパターン１１３Ａ，１１３Ｂ，１１３Ｃが電極部分に隣接して形成される。ＦＩＢ装置は、薄膜形成に使用することができる。金属（例えばタングステン等）などの薄膜材料を含むガスをビーム照射部分付近にノズルから供給すると、イオン衝撃によりガスが分解、重合されて、シリコン表面に薄膜が形成される。つまり化学気相蒸着（CVD: Chemical Vapor Deposition）により薄膜が形成される。この薄膜を追加のマスクパターン１１３Ａ，１１３Ｂ，１１３Ｃとして使用し、電極と共振ビームのギャップ部分に相当するマスク材の間隔を狭めることができる。図２５、図２６では、電極側に追加のマスクパターンを付加したが、逆に共振ビーム側に付加するようにしても良い。
【００７３】
再び図２２を参照して、実施の形態２で説明した電子部品の製造方法は、シリコン基板上にフォトリソグラフィを用いてスリットが設けられたエッチングマスク材を形成する工程Ｓ１２Ａと、シリコン基板上に形成されたエッチングマスク材に対して集束イオンビームを用いた蒸着によってスリット部分をさらに狭くする追加のエッチングマスク材を単結晶基板上に堆積させる工程Ｓ１３Ａと、エッチングによってエッチングマスク材および追加のエッチングマスク材によって形成されたスリット部分に溝を形成する工程Ｓ１５とを含むものである。
【００７４】
そして電子部品には、マイクロメカニカル共振器が含まれる。マイクロメカニカル共振器の電極と共振ビームとの間のギャップをスリット部分に形成される溝としてこの製造方法を適用することができる。
【００７５】
以上の実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、高額なステッパー装置やフォトマスクを使用しなくても、狭ギャップパターンを作ることができる。
【００７６】
［実施の形態３］
実施の形態２では、ＦＩＢ装置のデボジッション機能を使用してシリコン表面にマスク材（たとえば金属）を追加的に形成した。実施の形態３では、マスク材をシリコン表面に堆積させる代わりにガリウムイオンをシリコン表面に打ち込むことにより、シリコン表面を変性させて深掘エッチングのマスクにするものである。
【００７７】
図２７は、実施の形態３の電子部品の製造方法について示したフローチャートである。
図２７を参照して、工程Ｓ３０１において、ＦＩＢ装置でガリウムイオンをシリコン基板表面に打ち込む。ガリウムイオンをシリコン表面に打ち込むと、打ち込まれたシリコン表面部分がその後のエッチング工程のマスクとなる。したがって、マスクパターンを形成するのに実施の形態２のように薄膜材料を含むガスを供給することが不要となり、また時間も短くてすむ。そして工程Ｓ３０２においてシリコンエッチングによって所望のパターン形成がされる。
【００７８】
以下に、図２７の狭ギャップパターンを形成する一連の工程をＭＥＭＳ共振器の製造に適用した例を示す。実施の形態３では、図６の工程Ｓ３に代えて以下に説明する工程Ｓ３Ｂが行なわれる。
【００７９】
図２８は、工程Ｓ３Ｂの詳細を示したフローチャートである。
図２８のフローチャートは、実施の形態２の図２２のフローチャートの工程Ｓ１３Ａに代えて工程Ｓ１３Ｂが行なわれ、さらに、工程Ｓ１６の後に工程Ｓ１７Ｂが行なわれるものである。他の部分については、図２８のフローチャートは既に説明した図２２のフローチャートと同じであるので説明は繰返さない。
【００８０】
実施の形態３では、実施の形態２と同様の工程Ｓ１２Ａのアルミパターニングが行なわれた後に、工程Ｓ１３Ｂにおいて、ＦＩＢのガリウムイオンビームを用いたイオン注入により、アルミニウムパターンのギャップをさらに狭くするマスク部をシリコン表面に形成する処理が行なわれる。ＦＩＢ装置の条件は、たとえば、照射面積１５×２μｍ2の場合、ビーム電圧４０ｋＶ、電流０．０３ｎＡ、ガリウムイオン照射時間２０分でよい。
【００８１】
図２９は、工程Ｓ１３Ｂのイオン注入後のＳＯＩ基板の平面図である。
図３０は、図２９のＸＸＸ−ＸＸＸでの断面図である。
【００８２】
図２９、図３０を参照して、追加のマスク部１１５Ａ，１１５Ｂ，１１５Ｃが電極部分に隣接して形成される。このイオン注入層を追加のマスク部１１５Ａ，１１５Ｂ，１１５Ｃとして使用し、電極と共振ビームのギャップ部分に相当するマスク材の間隔を狭めることができる。図２９、図３０では、電極側に追加のマスク部を付加したが、逆に共振ビーム側に付加するようにしても良い。
【００８３】
続いて、工程Ｓ１５の深掘エッチングが行なわれる。深掘エッチングは、たとえば、誘導結合型反応性イオンエッチング(ICP-RIE:Inductive Coupled Plasma-Reactive Ion Etching)を用いることができ、シリコンを削るためのエッチングと側壁を保護するデポジションとを繰返すボッシュプロセスを用いることができる。
【００８４】
ボッシュプロセスは、ＳＦ6ガスを用いたプラズマエッチングの工程と、Ｃ4Ｆ8ガスを用いてフロロカーボン系ポリマーを側壁面に保護膜として堆積させるプラズマデポジションの工程とを交互に繰返すものである。この場合のプラズマデポジッション条件は、たとえば、Ｃ4Ｆ8ガスフローレート８４．５ｓｃｃｍ、圧力２．７ｍＴ、コイル電力６０４Ｗ、５秒とし、プラズマエッチング条件は、ＳＦ6ガスフローレート１２９．７ｓｃｃｍ、圧力１３ｍＴ、コイル電力６００Ｗ、プラテン（Platen)電力１７．４Ｗ、８秒とすると良い。
【００８５】
図３１は、図２８の工程Ｓ１５の深掘エッチング実施後の断面図である。
図３１に示すように、ＦＩＢ装置によって追加的に形成したマスク部１１５Ａ，１１５Ｂが異方性ドライエッチングのマスクとして働き、アルミニウムパターン１１２Ａ−１１２Ｂ間および１１２Ｂ−１１２Ｃ間のギャップが狭くなったことと同様な効果が得られる。
【００８６】
図３２は、本願発明者等によるＦＩＢ加工の状況を示したＦＩＢ装置で得られる二次電子画像である。
【００８７】
図３２において領域Ｐ２は、既にアルミニウムのマスク材のパターンが形成されている領域である。そして、領域Ｐ１はアルミニウムマスク材のパターンが除去されている領域の一部にガリウムイオンビームを照射した部分である。ここで、イオンビーム装置の条件を示すと、ビーム電圧４０ｋＶ、電流０．０３ｎＡ、照射面積１５×２μｍ2で、照射時間は２０分であった。図３２の画像では、領域Ｐ１と領域Ｐ２との間のギャップは２μｍである。
【００８８】
図３３は、ＦＩＢ加工後にドライエッチングを行なった後のシリコン表面を示すＦＥ−ＳＥＭ画像である。
【００８９】
ここで、深掘エッチングは、ＩＣＰ-ＲＩＥを行ない、シリコンを削るためのプラズマエッチングと側壁を保護するプラズマデポジションとを繰返すボッシュプロセスを用いた。この場合のプラズマデポジション条件は、Ｃ4Ｆ8ガスフローレート８４．５ｓｃｃｍ、圧力２．７ｍＴ、コイル電力６０４Ｗ、５秒とし、プラズマエッチング条件は、ＳＦ6ガスフローレート１２９．７ｓｃｃｍ、圧力１３ｍＴ、コイル電力６００Ｗ、プラテン（Platen)電力１７．４Ｗ、８秒とした。
【００９０】
図３３に示されるように、アルミニウムマスク材のパターンが存在していた領域Ｐ２と、ガリウムイオンがシリコン表面に注入された領域Ｐ１とがエッチングされずに残っている。そして、狭ギャップの２μｍが良好に形成された。
【００９１】
以上の実施の形態３においても、実施の形態１、２と同様に、高額なステッパー装置やフォトマスクを使用しなくても、狭ギャップパターンを作ることができる。
【００９２】
再び図２７以下を参照して、実施の形態３について総括的に説明をする。実施の形態３で説明した電子部品の製造方法は、図２７に示したように、シリコンにガリウムイオンを選択的に注入する工程Ｓ３０１と、ガリウムイオンが注入されたシリコン表面層をマスクとしてシリコンを選択エッチングする工程Ｓ３０２とを含む。
【００９３】
好ましくは、選択的に注入する工程Ｓ３０１は、ガリウムの集束イオンビームを使用してマスクとするパターンをシリコンの表面に描画する。
【００９４】
より好ましくは、図２８に示したように、実施の形態３で説明した電子部品の製造方法は、シリコン基板１０２上にフォトリソグラフィ工程によってスリットが設けられたエッチングマスク材（１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃ）を形成する工程Ｓ１２Ａをさらに含む。この場合の選択的に注入する工程Ｓ１３Ｂは、シリコン基板上に形成されたエッチングマスク材に対して集束イオンビームによってスリットをさらに狭くする追加のエッチングマスク部（１１５Ａ，１１５Ｂ）をシリコン基板上に設ける。またこの場合の選択エッチングする工程Ｓ１５は、図３１に示したようにエッチングによってエッチングマスク材（１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃ）および追加のエッチングマスク部（１１５Ａ，１１５Ｂ）によって形成されたスリット部分に溝を形成する。
【００９５】
電子部品は、代表的にはマイクロメカニカル共振器であり、スリット部分に形成される溝は、マイクロメカニカル共振器の電極と共振ビームとの間のギャップである。しかし、他の電子部品たとえば半導体装置等の製造にも実施の形態３で説明した製造方法は広く適用することができる。
【００９６】
なお、実施の形態３では、フォトリソグラフィとＦＩＢ装置によるガリウムイオン注入とを組合せた例を示したが、これに限定されず、ガリウムイオンを何らかのイオン注入装置を用いてシリコン表面に選択的に注入するようにすれば、シリコンのエッチングが必要な半導体デバイスの製造等にも適用が可能である。
【００９７】
また、本実施の形態では、結晶欠陥がなく特性的に優れる単結晶シリコンで共振ビームと電極を形成した例を示したが、本発明の適用はこれに限定されない。シリコン基板上に犠牲層を積層して、その上に多結晶シリコン（ポリシリコン）で共振ビームを形成しその後犠牲層を除去する方法で作成した共振器においても、本実施の形態と同様にＦＩＢ装置を用いてマスク材の部分除去や追加を行なって狭ギャップを形成すれば、同様な効果を得ることができる。
【００９８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電子部品の製造方法の工程を示したフローチャートである。
【図２】本実施の形態に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す斜視図である。
【図３】本実施の形態に係るＭＥＭＳ共振器の構造を示す平面図である。
【図４】図３の平面図のＩＶ−ＩＶ断面におけるＭＥＭＳ共振器の断面図である。
【図５】図３の平面図のＶ−Ｖ断面におけるＭＥＭＳ共振器の断面図である。
【図６】実施の形態１のマイクロメカニカル共振器の製造方法を示したフローチャートである。
【図７】クロム層のパターニング後のＳＯＩ基板の平面図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩでの断面図である。
【図９】図６の工程Ｓ３の詳細を説明したフローチャートである。
【図１０】アルミニウム層のパターニング後のＳＯＩ基板の平面図である。
【図１１】図１０のＸＩ−ＸＩでの断面図である。
【図１２】ギャップ形成後のＳＯＩ基板の平面図である。
【図１３】図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩでの断面図である。
【図１４】工程Ｓ１５のシリコン深掘エッチング工程後の断面図である。
【図１５】工程Ｓ４のシリコン浅掘エッチング工程後の断面図である。
【図１６】工程Ｓ６のガラス基板接合後の状態を示した断面図である。
【図１７】工程Ｓ７のシリコンバックエッチング後の状態を示した断面図である。
【図１８】本実施の形態のＭＥＭＳ共振器の動作を説明するための図である。
【図１９】実施の形態１の変形例を説明するための平面図である。
【図２０】変形例のＦＩＢ切断後のアルミニウムパターンの形状を示した平面図である。
【図２１】実施の形態２の電子部品の製造方法について示したフローチャートである。
【図２２】工程Ｓ３Ａの詳細を示したフローチャートである。
【図２３】工程Ｓ１２Ａのアルミニウム層のパターニング後のＳＯＩ基板の平面図である。
【図２４】図２３のＸＸＩＶ−ＸＸＩＶでの断面図である。
【図２５】工程Ｓ１３Ａのデポジッション後のＳＯＩ基板の平面図である。
【図２６】図２５のＸＸＶＩ−ＸＸＶＩでの断面図である。
【図２７】実施の形態３の電子部品の製造方法について示したフローチャートである。
【図２８】工程Ｓ３Ｂの詳細を示したフローチャートである。
【図２９】工程Ｓ１３Ｂのイオン注入後のＳＯＩ基板の平面図である。
【図３０】図２９のＸＸＸ−ＸＸＸでの断面図である。
【図３１】図２８の工程Ｓ１５の深掘エッチング実施後の断面図である。
【図３２】本願発明者等によるＦＩＢ加工の状況を示したＦＩＢ装置で得られる二次電子画像である。
【図３３】ＦＩＢ加工後にドライエッチングを行なった後のシリコン表面を示すＦＥ−ＳＥＭ画像である。
【符号の説明】
【０１００】
２  高誘電体基板、４  フレーム部、６，８  電極、１０，１２  端部、１４  共振ビーム、１４Ｘ，１４Ｙ  辺、１６，１８，２２  対向部、１８Ａ，２０Ａ，２２Ａ，２４Ａ  面、２０，２４  脚部、１００  マイクロメカニカル共振器、１０４，１０８，１０８Ａ〜１０８Ｃ  単結晶シリコン層、１０６  絶縁層、１１０  クロム層、１１０Ａ〜１１０Ｄ  クロムパターン、１１２，１１２Ａ〜１１２Ｅ  アルミニウムパターン、１１３Ａ，１１３Ｂ，１１３Ｃ  マスクパターン、１１４  高誘電体基板、１１５Ａ，１１５Ｂ，１１５Ｃ  マスク部、Ｇ１-Ｇ３  狭ギャップ、Ｐ１，Ｐ２  領域。
【図１】
2009083023.tif 000003
【図２】
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【図３】
2009083023.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2009083023.tif 000009
【図８】
2009083023.tif 000010
【図９】
2009083023.tif 000011
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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