(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に基板側電極を形成する工程と、
前記基板側電極上に、成膜後に熱処理により流動化させて表面を平坦化した流動性膜を形成する工程と、
前記流動性膜の平坦化された表面上に犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層上に駆動側電極を有するビームを形成する工程と、
前記犠牲層を除去する工程とを有する
ことを特徴とするＭＥＭＳ素子の製造方法。
【請求項２】
基板上に基板側電極を形成する工程と、
前記基板側電極上に、保護膜を介してまたは介さないで犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層上に、成膜後に熱処理により流動化させて表面を平坦化した流動性膜を形成する工程と、
前記流動性膜の平坦化した表面上に駆動側電極を有するビームを形成する工程と、
前記犠牲層を除去する工程とを有する
ことを特徴とするＭＥＭＳ素子の製造方法。
【請求項３】
前記流動性膜を、燐、ホウ素、又は両者を含有するシリケートガラス膜で形成する
ことを特徴とする請求項１または２記載のＭＥＭＳ素子の製造方法。
【請求項４】
基板上に基板側電極を形成する工程と、
前記基板側電極上に、所要の基板温度の下でＣＶＤ法により流動化しながら成膜して表面が平坦化した流動性膜を形成する工程と、
前記流動性膜の平坦化された表面上に犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層上に駆動側電極を有するビームを形成する工程と、
前記犠牲層を除去する工程とを有する
ことを特徴とするＭＥＭＳ素子の製造方法。
【請求項５】
基板上に基板側電極を形成する工程と、
前記基板側電極上に、保護膜を介してまたは介さないで犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層上に、所要の基板温度の下でＣＶＤ法により流動化しながら成膜して表面が平坦化した流動性膜を形成する工程と、
前記流動性膜の平坦化した表面上に駆動側電極を有するビームを形成する工程と、
前記犠牲層を除去する工程とを有する
ことを特徴とするＭＥＭＳ素子の製造方法。
【請求項６】
前記流動性膜を、オゾンとアルコキシシランを原料としたＣＶＤ法により成膜したシリケートガラス膜で形成する
ことを特徴とする請求項４または５記載のＭＥＭＳ素子の製造方法。
【請求項７】
前記流動性膜を、フッ素含有原料を使用してＣＶＤ法により成膜したフッ素含有膜で形成する
ことを特徴とする請求項４または５記載のＭＥＭＳ素子の製造方法。
【請求項８】
前記駆動側電極が光反射膜を兼ねている
ことを特徴とする請求項１，２，４または５記載のＭＥＭＳ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電駆動型のＭＥＭＳ素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微細技術の進展に伴い、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、及びＭＥＭＳ素子を組み込んだ小型機器が、注目されている。
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駆動体と、駆動体を制御する半導体集積回路等とを電気的に、更に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駆動体が素子の一部に組み込まれていることであって、駆動体の駆動は、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。
【０００３】
図１１及び図１２は、光の反射や回折を利用し、光スイッチ、光変調素子に適用される光学ＭＥＭＳ素子の代表的な構成を示す。
【０００４】
図１１に示す光学ＭＥＭＳ素子１は、基板２と、基板２上に形成した基板側電極３と、基板側電極３に対向して平行に配置した駆動側電極４を有するビーム（梁）６と、このビーム６の一端を支持する支持部７とを備えて成る。ビーム６と基板側電極３とは、その間の空隙８によって電気的に絶縁されている。
基板２は、例えば、シリコン（Ｓｉ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの半導体基板上に絶縁膜を形成した基板、ガラス基板のような絶縁性基板などの所要基板が用いられる。基板側電極３は、不純物をドーピングした多結晶シリコン膜、金属膜（例えばＷ蒸着膜）などで形成される。ビーム６は、例えばシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）等の絶縁膜５と、その上面に形成された膜厚１００ｎｍ程度の例えばＡｌ膜からなる反射膜を兼ねる駆動側電極４とから構成される。このビーム６は、支持部７にその一端を支持した、所謂片持ち梁式に形成される。
この光学ＭＥＭＳ素子１では、基板側電極３と駆動側電極４に与える電位に応じて、ビーム６が基板側電極３との間の静電引力又は静電反発により変位し、例えば図１１の実線と破線で示すように、基板側電極３に対して平行状態と傾斜状態に変位する。
【０００５】
図１２に示す光学ＭＥＭＳ素子１１は、基板１２と、基板１２上に形成した基板側電極１３と、基板側電極１３をブリッジ状に跨ぐビーム１４とを備え成る。ビーム１４と基板側電極１３とは、その間の空隙１３によって電気的に絶縁されている。
ビーム１４は、基板側電極３をブリッジ状に跨いで基板１２上に立脚する例えばＳｉＮ膜からなるブリッジ部材１５と、基板側電極１３に対向して相互に平行にブリッジ部材１５上に設けられた、例えば膜厚１００ｎｍ程度のＡｌ膜からなる反射膜を兼ねる駆動側電極１６とから構成される。基板１２、基板側電極１３、ビーム１４等は、図１１で説明したと同様の構成、材料を採り得る。ビーム１４は、その両端が支持された所謂両持ち梁式に形成される。
この光変調素子１１では、基板側電極３と駆動側電極４に与える電位に応じて、ビーム１４が基板側電極１３との間の静電引力又は静電反発により変位し、例えば図１２の実線と破線で示すように、基板側電極３に対して平行状態と凹み状態に変位する。
【０００６】
これ等の光学ＭＥＭＳ素子１、１１は、光反射膜を兼ねる駆動側電極４、１６の表面に光が照射され、ビーム４、１４の駆動位置に応じて、その光の反射方向が異なるのを利用して、一方向の反射光を検出してスイッチ機能を持たせた、光スイッチとして適用できる。
また、光学ＭＥＭＳ素子１、１１は、光強度を変調させる光変調素子として適用できる。光の反射を利用するときは、ビーム４、１４を振動させで単位時間当たりの一方向の反射光量で光強度を変調する。この光変調素子は、いわゆる時間変調である。
光の回折を利用するときは、共通の基板側電極３、１３に対して複数のビーム６、１４を並列配置して光変調素子を構成し、共通の基板側電極３、１３に対する例えば１つ置きのビーム６、１４の近接、離間の動作により、光反射膜を兼ねる駆動側電極の高さを変化させ、光の回折によって駆動側電極で反射する光の強度を変調する。この光変調素子は、いわゆる空間変調である。
【０００７】
図１３は、ＳＬＭ（シリコンライトマシーン）社がレーザディスプレイ用光強度変換素子、つまり光変調器として開発したＧＬＶ（Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｌｉｇｈｔ  Ｖａｌｖｅ）デバイスの構成を示す。
ＧＬＶデバイス２１は、図１３Ａに示すように、ガラス基板等の絶縁基板２２上にＷ薄膜といった高融点金属やその窒化膜、あるいは、多結晶シリコン薄膜による共通の基板側電極２３が形成され、この基板側電極２３に交叉してブリッジ状に跨ぐ複数、本例では６つのビーム２４〔２４1 、２４2 、２４3 、２４4 、２４5 、２４6 〕が並列配置されてなる。基板側電極２３及びビーム２４の構成は、前述の図１１で説明したと同じ構成である。即ち、図１３Ｂに示すように、ビーム２４では、例えばＳｉＮ膜によるブリッジ部材２５の基板側電極２３と平行する面上に膜厚１００ｎｍ程度のＡｌ膜による反射膜兼駆動側電極２６が形成されてなる。
ブリッジ部材２５と、その上に設けられた反射膜兼駆動側電極２６とからなるビーム２４は、リボンと通称されている部位である。
【０００８】
ビーム２４の反射膜兼駆動電極２４として使用したアルミニウム膜（Ａｌ膜）は、（1)  比較的容易に成膜できる金属であること、（2)  可視光領域での反射率の波長分散が小さいこと、（3)  Ａｌ膜表面に生成したアルミナ自然酸化膜が保護膜となって反射面を保護すること等の理由から、光学部品材料として好ましい金属である。
また、ブリッジ部材２５を構成するＳｉＮ膜（窒化シリコン膜）は、減圧ＣＶＤ法によって成膜されたＳｉＮ膜であって、その強度、弾性定数等の物理値が、ブリッジ部材２５の機械的駆動に対して適切であるとして選定されている。
【０００９】
基板側電極２３と反射膜兼駆動側電極２６との間に微小電圧を印加すると、前述した静電現象によってビーム２４が基板側電極２３に向かって近接し、また、電圧の印加を停止すると離間してもとの状態に戻る。
ＧＬＶデバイス２１は、基板側電極２３に対する複数のビーム２４の近接、離間の動作（即ち、１つ置きのビームの近接、離間の動作）により、光反射膜兼駆動側電極２６の高さを交互に変化させ、光の回折によって（６つのビーム２４全体に対して１つの光スポットが照射される）、駆動側電極２６で反射する光の強度を変調する。
静電引力及び静電反発力を利用して駆動するビームの力学的特性は、ＣＶＤ法等で成膜されるＳｉＮ膜の物性によってほぼ決定され、Ａｌ膜はミラーとしての役割が主である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＭＥＭＳ素子における基板側電極は、上述したようにシリコンやＧａＡｓなどの半導体基板上の絶縁層上、あるいはガラス基板等の絶縁性基板上に形成される。その電極材料としては、不純物をドーピングした多結晶シリコン膜や金属膜が使用される。しかしながら、これらの電極材料は結晶構造を有するため、表面に凹凸が発生する。例えば、多結晶シリコン電極の場合、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）分析によると、表面の粗度ＲＭＳ（平方自乗平均）値を制御することは、製造工程の温度制御を厳密に行うことにより達成できるものであり、通常の成膜手法と、従来実施されてきた半導体製造工程を経た後には容易に２０ｎｍ以上の表面凹凸を生成し得ることが知られている。その程度は材料や形成方法に依存する。
【００１１】
この表面凹凸は、電気的な特性やＭＥＭＳ素子の動作特性上、大きな問題とはなりにくいが、特に、光学ＭＥＭＳ素子を製造する際にしばしば問題となっていた。即ち、上述したような光学ＭＥＭＳ素子の基板側電極は、光反射膜を兼ねる駆動側電極の下部に位置されることが多い。この場合、製造工程において、下層膜の表面凹凸は上層膜に順次転写されることになり、最上層にある光学的に重要な膜表面には、拡大転写された表面凹凸を有する駆動側電極、すなわち反射膜が形成されることになる。
【００１２】
ＭＥＭＳ素子の製造方法の１つに、薄膜の積層とその加工を繰り返すことにより多層構造を作成市、その後、多層構造膜の１つの膜を選択的に除去して基板側電極とビーム間に空隙を有する、いわゆる中空構造を作るようにした製法である。この製法を図１４に示す。この例は、上述の図１１のＭＥＭＳ素子１の製造に適した場合である。
先ず、図１４Ａに示すように、例えばシリコン基板９の上面にＳｉＯ２膜等の絶縁膜１０を形成した基板２上に、例えば多結晶シリコン膜による基板側電極３を形成し、支持部７を形成した後、基板側電極３を含む面上に空隙形成用の犠牲層１８を形成する。次に、図１４Ｂに示すように、支持部７上及び犠牲層１８上にビームとなる例えばシリコン窒化（ＳｉＮ）膜５及び駆動側電極材料層の例えばアルミニウム（Ａｌ）膜４′を形成する。次に、図１４Ｃに示すように、レジストマスク１９を介してシリコン窒化膜５及びアルミニウム膜４′をパターニングしてシリコン窒化膜５とアルミニウムの駆動側電極４からなるビーム６を形成する。その後、図１４Ｄに示すように、犠牲層１８を除去して基板側電極３とビーム６との間に空隙８を形成して、ＭＥＭＳ素子１を製造する。
【００１３】
犠牲層１８は、シリコン（例えば非晶質シリコン、多結晶シリコン等）や、シリコン酸化膜が用いられている。犠牲層１８がシリコンの場合は、例えば硝酸とフッ酸の混合液や、フッ素（Ｆ）を含むガスのガスエッチングによって除去することができ、犠牲層１８が酸化膜の場合は、フッ酸溶液や、フッ化炭素ガスを使用するプラズマエッチングにより除去することが一般的である。
【００１４】
このような基板側電極（ａ）と空隙形成用の犠牲層（ｂ）と反射膜を兼ねる駆動側電極（ｃ）の３層構成で作製された光学ＭＥＭＳ素子においては、それぞれの膜単独での観測される表面凹凸の最大値を、Ｒｍａｘ （ａ）、Ｒｍａｘ （ｂ）、Ｒｍａｘ （ｃ）とすると、３層の積層膜を形成したときの最上層の表面では、これらの最大値の和が、発生する可能性のある表面凹凸量になる。
【００１５】
光学部品の性能で表現すると、アルミニウム（Ａｌ）を反射膜とする光学ＭＥＭＳ素子において、Ａｌ膜の反射率は理想的なバルクＡｌ膜では９２％が得られるはずであるが、この表面凹凸量の制御が行われないと、この反射率は数％以上の劣化を示し８５％程度しか得られないこともある。極端な場合、表面が曇ってしまったように見えることもある。このような光学ＭＥＭＳ素子は、例えば図１５（駆動部分の要部の拡大図）に示すように、基板側電極３を多結晶シリコンで形成した場合、その多結晶シリコン膜の表面の凹凸が拡大してビーム（Ａｌ／ＳｉＮ積層膜）６を構成する駆動側電極（Ａｌ膜）４の表面に転写され、駆動側電極をミラーとする光反射率が劣化する。
【００１６】
また、設計上の課題もある。ＭＥＭＳ振動子、即ちビームの共振周波数は、振動の質量や、駆動部を支える各部位の膜の張力等で設計されるが、一般に設計時には各膜の物性値は理想的な薄膜状態での物性値を使用して計算、設計されることが現状である。ところで、例えば、図１６に示すように、基板側電極３に０．３μｍの半球ａが存在した場合、この上に０．５μｍの犠牲層１８を堆積すると、等方的な成膜では１．３μｍ径の半球ｂになり、さらにその上にビーム６が堆積され、ビーム６の表面凹凸が拡大することになる。
ビームの厚さがこの１．３μｍと比較して十分厚い場合は、ビーム６の凹凸として観測される。しかしビーム膜厚が薄くなると、ビーム６自身の形状が変形して、例えば折りたたみ構造をとるようにも観測される（図１７参照）。このとき、ＭＥＭＳ素子は、設計通りの動特性が得られない問題が発生する。図１８は、その例を示したものである。ビーム６の膜の張力を利用してＭＥＭＳ素子の駆動を行う場合、ビーム６の膜形状が張力により両端から引っ張られると、蛇腹構造が伸びきってしまい、あたかもバネで近似される物性値が大きく変動することになる。
このように、基板側電極表面の凹凸は、ビームの表面粗度だけでなく、共振周波数等のＭＥＭＳ素子固有パラメータの変動の要因となっていた。
【００１７】
本発明は、上述の点に鑑み、ビーム表面の平坦化を図り、ビーム形状のバラツキを低減し、性能向上及び性能の均一性向上を図ったＭＥＭＳ素子の製造方法を提供するものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るＭＥＭＳ素子の製造方法は、基板上に基板側電極を形成する工程と、基板側電極上に、成膜後に熱処理により流動化させて表面を平坦化した流動性膜を形成する工程と、流動性膜の平坦化された表面上に犠牲層を形成する工程と、犠牲層上に駆動側電極を有するビームを形成する工程と、犠牲層を除去する工程とを有する。
本発明に係るＭＥＭＳ素子の製造方法は、基板上に基板側電極を形成する工程と、基板側電極上に、保護膜を介してまたは介さないで犠牲層を形成する工程と、犠牲層上に、成膜後に熱処理により流動化させて表面を平坦化した流動性膜を形成する工程と、流動性膜の平坦化した表面上に駆動側電極を有するビームを形成する工程と、犠牲層を除去する工程とを有する。
本発明に係るＭＥＭＳ素子の製造方法は、基板上に基板側電極を形成する工程と、基板側電極上に、所要の基板温度の下でＣＶＤ法により流動化しながら成膜して表面が平坦化した流動性膜を形成する工程と、流動性膜の平坦化された表面上に犠牲層を形成する工程と、犠牲層上に駆動側電極を有するビームを形成する工程と、犠牲層を除去する工程とを有する。
本発明に係るＭＥＭＳ素子の製造方法は、基板上に基板側電極を形成する工程と、基板側電極上に、保護膜を介してまたは介さないで犠牲層を形成する工程と、犠牲層上に、所要の基板温度の下でＣＶＤ法により流動化しながら成膜して表面が平坦化した流動性膜を形成する工程と、流動性膜の平坦化した表面上に駆動側電極を有するビームを形成する工程と、犠牲層を除去する工程とを有する。
【００１９】
本発明のＭＥＭＳ素子の製造方法では、基板上に基板側電極を形成した後、基板側電極上に成膜後に熱処理により流動化させて表面を平坦化した流動性膜を形成し、その流動性膜の平坦化された表面上に犠牲層、ビームを順次形成するので、ビーム表面が凹凸のない平坦面となる。あるいは、基板側電極上に保護膜を介してまたは介さないで形成した犠牲層に、成膜後に熱処理により流動化させて表面を平坦化した流動性膜を形成し、その流動性膜の平坦化された表面上にビームを形成するので、ビーム表面が凹凸のない平坦面となる。その後、犠牲層を除去するので、表面が平坦化された駆動側電極を有するビームを基板側電極に対して所要の空隙をもって形成することができる。
本発明のＭＥＭＳ素子の他の製造方法では、基板上に基板側電極を形成した後、基板側電極上に所要の基板温度の下でＣＶＤ法により流動化しながら成膜して表面が平坦した流動性膜を形成し、その流動性膜の平坦化された表面上に犠牲層、ビームを順次形成するので、ビーム表面が凹凸のない平坦面となる。あるいは、基板側電極上に保護膜を介してまたは介さないで形成した犠牲層に、所要の基板温度の下でＣＶＤ法により流動化しながら成膜して表面が平坦した流動性膜を形成し、その流動性膜の平坦化された表面上にビームを形成するので、ビーム表面が凹凸のない平坦面となる。その後、犠牲層を除去するので、表面が平坦化された駆動側電極を有するビームを基板側電極に対して所要の空隙をもって形成することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２１】
図１〜図３は、本発明のＭＥＭＳ素子の製造方法の一実施の形態を示す。本例は代表的な静電駆動型のＭＥＭＳ素子の製造に適用した場合である。
先ず、図１Ａに示すように、基板、本例では半導体基板３２上に絶縁膜３３を形成した基板３１上に、基板側電極３４を形成する。半導体基板３２は、例えばシリコン（Ｓｉ）基板、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板等を用いることができ、絶縁膜３３は、シリコン酸化（ＳｉＯ2 ）膜、シリコン窒化（ＳｉＮ）膜等で形成することができる。基板側電極３４は、不純物をドーピングした多結晶シリコン膜、金属膜等で形成することができ、本例では不純物をドーピングした多結晶シリコン膜で形成する。多結晶シリコン膜による基板側電極３４の表面３４ａは、図３Ａに示すように、著しい凹凸を有している。
【００２２】
次に、図１Ｂに示すように、基板側電極３４上を含む全面に流動化により表面が平坦化された流動性膜３５を形成する。
【００２３】
この流動性膜３５は次のようにして形成することができる。
例えば、流動性膜３５として、燐ドープ、或いはホウ素ドープ、あるいはこの両者（燐とホウ素）をドープしたシリコン酸化膜、いわゆるＰＳＧ（燐シリケートガラス）膜、ＢＳＧ（ホウ素シリケートガラス）膜、或いはＰＢＳＧ（燐ホウ素シリケートガラス）、膜をＣＶＤ（化学気相成長）法により形成する。導入する燐、ホウ素の濃度はそれぞれ７ｗｔ％程度とすることができ、それぞれ単体をドープしたもの、両者をドープした上記のシリケートガラス膜を使用することができる。このような不純物ドープのシリケートガラス膜による流動性膜３５を形成した後、７５０℃以上の温度でアニール処理を行って流動化し、流動性膜３５の表面を平滑化する。ＣＶＤは、シランガス５０ｃｃ／分とＮ2 Ｏガス１００ｃｃ／分を反応ガスとしたホットウォールタイプのＣＶＤにより行う。燐をドープする原料は、ＰＨ3 を使用し、ホウ素をドープする原料は、Ｂ2 Ｈ6 を使用する。アニールは、例えば窒素ガス雰囲気で８５０℃、３０分行うことができる。
【００２４】
他の例としては、流動性膜３５であるシリケートガラス膜を、オゾンとアルコキシシランを原料としたＣＶＤ法によるシリコン酸化膜で形成することができる。例えば、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）とオゾンを原料とする常圧ＣＶＤ法によりシリコン酸化膜を形成する。成膜条件としては、流量をＴＥＯＳ：４０ｃｃ／分、オゾン：３５０ｃｃ／分程度とし、オゾンを輸送するための酸素、希釈窒素を用い、基板温度を３５０℃程度に設定する。ＴＥＯＳ／オゾンを原料としたＣＶＤでは、流動化しながら成膜され、流動性膜３５を成膜した状態で既に表面は平滑化している。このシリケートガラス膜は、ノンドープ膜で形成することもでき、不純物ドープ膜（例えば、ＢＳＧ膜、ＰＳＧ膜）で形成することもできる。ＴＥＯＳ／オゾンによるＣＶＤの特徴として、段差基板上への被覆形状が上例で示したＢＳＧ膜、ＰＳＧ膜、ＢＰＳＧ膜と同様の流動形状が得られることが挙げられる。本例においても、堆積されたノンドープの二酸化シリコン膜は、基板側電極２３表面の凹凸を平坦化し、非常に平滑な表面を得ることができた。その他の物性、膜特性では、上例の不純物ドープのシリケート膜と、オゾンＴＥＯＳＣＶＤ酸化膜とで大きな差がなく、いずれの方法でも後述する所望のＭＥＭＳ素子が得られる。本例では、ＴＥＯＳを用いたが、その他の、例えばテトラメトキシシラン、テトライソプロポキシシラン等のアルコキシシランを用いても良い。なお、アルコキシシランの炭素数が大きくなると流動形状が得られにくくなることから、所望の表面平滑度を得るためにより厚い膜が必要となる。また、フッ化トリエトキシシラン〔（Ｃ２Ｈ５ Ｏ）３ＳｉＦ〕等のフッ素含有原料を使用してもよい。その場合にも同様の構造が得られ、さらに堆積される膜がフッ素を含有することから、低誘電率膜を得ることができる付加価値が発生し、ＭＥＭＳ素子の特性向上に寄与する。
【００２５】
次に、図１Ｃに示すように、流動性膜３５の上面に支持部となるシリコン窒化（ＳｉＮ）膜、シリコン酸化（ＳｉＯ2 ）膜等の絶縁膜、本例ではシリコン窒化膜をＣＶＤ法等により成膜し、パターニングして基板側電極３４より離れた位置にシリコン窒化膜による支持部３６を形成する。
【００２６】
次に、図２Ｄに示すように、全面に空隙形成用の犠牲層、本例では非晶質シリコン層３７を形成し、支持部３６の面と同一面となるように非晶質シリコン層３７をエッチバックする。なお、犠牲層３７としては、非晶質の他、多結晶シリコン膜、フォトレジスト膜、あるいは支持部３６と後述のビームを構成する絶縁膜とエッチングレートの異なる絶縁膜（例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜など）等を用いることができる。しかしながら、ＭＥＭＳ素子の性能を向上する目的のためには、犠牲層に用いる膜自身の粒径成長を制御しつつ、膜種を選択しないと、本発明により、平坦化を達成した下部電極／流動性膜の効果が消失してしまうことがあるので注意が必要である。
次いで、支持部３６及び犠牲層である非晶質シリコン層３７上を含んで全面に、例えばシリコン窒化膜、シリコン酸化膜等の絶縁膜、本例ではシリコン窒化膜３８を形成し、さらにその上に駆動側電極材料層３９′、本例ではＡｌ材料層を形成する。図３Ａは、その拡大した要部を示す。駆動側電極材料層としては、銀Ａｇ膜、アルミニウム（Ａｌ）主成分とするＡｌ膜、あるいはチタンＴｉ、タングステンＷ、モリブデンＭｏ、タンタルＴａなどの高融点金属膜、等を用いることができる。
【００２７】
次に、図２Ｅに示すように、レジストマスク４０を形成し、このレジストマスク４０を介して駆動側電極材料層３９′及びその下のシリコン窒化膜３８を選択的にエッチング除去して支持部３６に支持される駆動側電極（Ａｌ電極）３９及びシリコン窒化膜３８からなるビーム４１を形成する。
【００２８】
次に、図２Ｆに示すように、犠牲層である非晶質シリコン層３７を例えばＸｅＦ2 ガスによるガスエッチングにより、除去し基板側電極３４（実質的には流動性膜３５）とビーム４１との間に空隙４２を形成して、ビーム４１を片持ち梁式に構成した目的の静電型のＭＥＭＳ素子４３を得る。図３Ｂはその拡大したビーム４１を含む要部を示す。
このＭＥＭＳ素子４３は、凹凸の著しい基板側電極３４の表面に保護膜を兼ねる表面平坦な流動性膜３５を有し、かつ流動性膜３５から所要の空隙４２だけ離れて表面及び流動性膜に対向する裏面が平坦化されたビーム４１を有するように構成される。
【００２９】
本実施の形態に係るＭＥＭＳ素子の製造方法によれば、多結晶シリコンによる基板側電極３４を形成した後、流動性膜３５を形成し、その表面３５ａが平坦化された流動性膜３５上に順に犠牲層３７、ビームを構成するシリコン窒化膜３８及び駆動側電極材料層３９′を堆積することにより、犠牲層３７の表面、シリコン窒化膜３８の表面、駆動側電極材料層３９′の表面は平坦化され、最終的に表面が平坦化されたビーム４１を形成することができる。即ち、例えば駆動側電極３９をＡｌ膜で形成するときは、Ａｌ膜表面はＡｌ膜の結晶グレインによる凹凸だけが反映されることになる。その結果、図３Ｂに示すように、平坦性の良好なビーム４１が形成される。
【００３０】
従って、ビーム４１の膜の均一性が得られビームの膜形状のバラツキを低減することができ、ビームの物性値を大きく変動することがない。ビームの膜全体での揺らぎのないＭＥＭＳ素子を得ることができる。
また、ビーム４１の表面凹凸を無くすと共に、ビーム４１の振動数等のバラツキを低減することができるので、ＭＥＭＳ素子の性能の均一性を高め、高品質のＭＥＭＳ素子４３の大量生産を可能にする。
本実施の形態で製造されたＭＥＭＳ素子４３を、光の反射あるいは回折を利用した、例えば光スイッチ、或いは光変調素子等に用いられる光学ＭＥＭＳ素子に適用するときは、光反射膜に兼用される駆動側電極３９での光反射率が向上し、光学ＭＥＭＳ素子としての光利用効率の向上を図ることができる。
【００３１】
上述の実施の形態では、支持部３６をパターニングにより形成したが、この支持部の形成方法について、さらにもう一つの方法を示す。図４〜図５はこの方法を採用した本発明のＭＥＭＳ素子の製造方法の他の実施の形態を示す。
先ず、図１Ｂと同様に、図４Ａに示すように、例えば半導体基板３２上に絶縁膜３３を形成した基板３１上に、パターニングされた基板側電極３４を形成し、基板側電極３４上に流動性膜３５を堆積する。次いで、平坦化した基板全面に対して、犠牲層となる例えば非晶質シリコン膜５０を堆積する。
次に、、図４Ｂに示すように、非晶質シリコン膜５０の所定部分、即ち、後に形成されるビームを支える支持部（支柱：ポスト）に対応する部分に開孔部５１を形成する。
【００３２】
次に、図４Ｃに示すように、開孔部５１内を含んで非晶質シリコン膜５０上に、絶縁膜（例えばシリコン窒化膜）３８と、その上の駆動側電極材料層（例えばＡｌ材）３９′からなるＡｌ／ＳｉＮ積層膜を形成する。ここで、開孔部５１の側壁に形成されたＡｌ／ＳｉＮ積層膜は、そのままビームを支える支持部５２、即ち中心が空洞となった円柱ないしは角柱のポストとなる。
【００３３】
次に、図５Ｄに示すように、シリコン窒化膜３８及び非晶質シリコン膜３９′によるＡｌ／ＳｉＮ積層膜をパターニングしてシリコン窒化膜３８及びその上の駆動側電極３９から成るビーム４１を形成する。次いで、犠牲層である非晶質シリコン膜を除去して、図５Ｅに示すように、目的のＭＥＭＳ素子４４を得る。図５Ｅでは、支持部５２から一方向のビーム４１を長くしているので、所謂片持ち梁のＭＥＭＳ構造を得ることができる。
本実施の形態においても、前述の図１〜図４の製法と同様の効果が得られる。また、本実施の形態で製造されたＭＥＭＳ素子４４も、前述のＭＥＭＳ素子４３と同様に、例えば光スイッチ、光変調素子等に用いられる光学ＭＥＭＳ素子に適用して好適である。
【００３４】
図６〜図８は、本発明のＭＥＭＳ素子の製造方法の他の実施の形態を示す。本例も前述と同様のビームを片持ち梁式にした代表的な静電駆動型のＭＥＭＳ素子の製造に適用した場合である。
先ず、図６Ａに示すように、基板、本例ではシリコン半導体基板３２上にシリコン酸化（ＳｉＯ2 ）膜などの絶縁膜３３を形成した基板３１上に、基板側電極３４を形成する。基板側電極３４は、不純物をドーピングした多結晶シリコン膜、金属膜等で形成することができ、本例では不純物をドーピングした多結晶シリコン膜で形成する。多結晶シリコン膜による基板側電極３４の表面３４ａは、図８Ａに示すように、著しい凹凸を有している。
【００３５】
次に、図６Ｂに示すように、基板側電極３４の表面に絶縁膜による保護膜、本例ではシリコン酸化（ＳｉＯ2 ）膜４６を形成した後、基板３１の面上に支持部となるシリコン窒化（ＳｉＮ）膜、シリコン酸化（ＳｉＯ2 ）膜等の絶縁膜、本例ではシリコン窒化膜をＣＶＤ法等により成膜し、パターニングして基板側電極３４より離れた位置にシリコン窒化膜による支持部３６を形成する。
次いで、全面に空隙形成用の犠牲層、本例では多晶質シリコン層３７を形成し、支持部３６の面と同一面となるように多晶質シリコン層３７をエッチバックする。なお、犠牲層３７としては、前述と同様に多結晶シリコン膜の他、非晶質シリコン膜、フォトレジスト膜、あるいは支持部３６と後述のビームを構成する絶縁膜とエッチングレートの異なる絶縁膜（例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜など）等を用いることができる。
【００３６】
次に、図６Ｃに示すように、指示部３６及び犠牲層である多結晶シリコン層３７上を含んで全面に、前述と同様の流動化により表面が平坦化された流動性膜３５を形成する。この流動性膜３５は、前述と同様に不純物ドープしたシリケートガラス層（多結晶、ＢＳＧ膜、ＰＳＧ膜、ＰＢＳＧ膜等）を形成した後にアニール処理して形成する方法で、或いはオゾンとアルコキシシランを原料としたＣＶＤ法によるシリコン膜で形成することができる。
この流動性膜３５上に多結晶シリコン窒化膜、シリコン酸化膜等の絶縁膜、本例ではシリコン窒化膜３８を形成し、さらにその上に駆動側電極材料層３９′、本例ではＡｌ材料素を形成する。図８Ａは、その拡大した要部を示す。駆動側電極材料層としては、前述と同様にＡｇ膜、アルミニウム（Ａｌ）主成分とするＡｌ膜、あるいはチタンＴｉ、タングステンＷ、モリブデンＮｏ、タンタルＴａなどの高融点金属、等を用いることができる。
【００３７】
次に、図７Ｄに示すように、レジストマスク４０を形成し、このレジストマスク４０を介して駆動側電極材料層３９′及びその下のシリコン窒化膜３８、流動性膜３５を選択的にエッチング除去して支持部３６に支持される駆動側電極（Ａｌ電極）３９及びシリコン窒化膜３８からなるビーム４１を形成する。本例では流動性膜３５を残すようにしているので、ビーム４１は駆動側電極３９、シリコン窒化膜３８及び流動性膜３５の３層膜で形成される。
【００３８】
次に、図７Ｅに示すように、犠牲層である多結晶シリコン層３７を除去する。犠牲層３７を多結晶シリコンで形成した場合には、前述したようにＸｅＦ2 ガスによるガスエッチングを用いて容易に除去できる。犠牲層３７の除去によって基板側電極３４（実質的には保護膜４６）とビーム４１との間に空隙４２を形成して、ビームを片持ち梁式に構成した目的の静電型のＭＥＭＳ素子４７を得る。図８Ｂはその拡大したビーム４１を含む要部を示す。
このＭＥＭＳ素子４７は、凹凸の著しい基板側電極３４（実質的には保護膜４６）から所要の空隙４２だけ離れて、表面及び流動性膜に対向する裏面が平坦化されたビーム４１を有するように構成される。
【００３９】
シリケートガラスによる流動性膜３５の膜応力は、シリコン窒化膜と比較して十分小さいので、使用態様によっては本例のようにビーム４１下面の流動性膜３５を残すことができる。その他、流動性膜３５を希フッ酸溶液を用いて除去し、超臨界乾燥して駆動側電極３９とシリコン窒化膜３８の２層膜でビーム４１を形成することもできる。
【００４０】
上例では、基板側電極３４を多結晶シリコンで形成し、犠牲層３７をシリコンで形成するために、基板側電極３４の表面にエッチングストッパを兼ねる保護層４６を形成したが、犠牲層３７の材料によっては、この保護層４６を省略することができる。
ここでは、犠牲層薄膜材料に下地凹凸を正確に転写することが出来る非晶質シリコンを使用したため、流動性膜３５の基板側電極３４に対面する下面と基板電極３４上の絶縁膜４６の表面の凹凸は、組み合わされるような概念図を示したが、犠牲層薄膜材料に例えば多結晶シリコンを使用すると、多結晶シリコン自身の粒径分布があるために、流動性膜３５下面の方が大きくうねった構造となる。
【００４１】
本実施の形態に係るＭＥＭＳ素子の製造方法によれば、多結晶シリコンによる基板側電極３４、保護膜４６、犠牲層３７を形成した後、流動性膜３５を形成し、その表面３５ａが平坦化された流動性膜３５上に順にビームを構成するシリコン窒化膜３８及び駆動側電極材料層３９′を堆積することにより、前述の実施の形態と同様に、シリコン窒化膜３８の表面、駆動側電極材料層３９′の表面は平坦化され、最終的に表面が平坦化されたビーム４１を形成することができる。
【００４２】
従って、ビーム４１の膜の均一性が得られビームの膜形状のバラツキを低減することができ、ビームの物性値を大きく変動することがない。ビームの膜全体での揺らぎのないＭＥＭＳ素子を得ることができる。また、ビーム４１の表面凹凸を無くすと共に、ビーム４１の振動数等のバラツキを低減することができるので、ＭＥＭＳ素子の性能の均一性を高め、高品質のＭＥＭＳ素子４３の大量生産を可能にする。
本実施の形態で製造されたＭＥＭＳ素子４７を、光の反射あるいは回折を利用した、例えば光スイッチ、或いは光変調素子等に用いられる光学ＭＥＭＳ素子に適用するときは、光反射膜に兼用される駆動側電極３９での光反射率が向上し、光学ＭＥＭＳ素子としての光利用効率の向上を図ることができる。
【００４３】
本発明における流動性膜３５は、少なくともビーム４１に対応した部分の下だけに形成すればよい。従って、図９Ａ，Ｂに示すように、基板側電極３４上を含んでビーム４１に対応する部分に流動性膜３５を形成するためには、レジストマスク５１を形成する。５２部分は開口である。このレジストパターンを使用して、駆動側電極３４を覆うように、流動性膜３５をエッチングすることにより図９Ｂの断面構造を得る。このことで、表面が平坦な駆動側電極３９を有するビーム４１を形成することができる。
【００４４】
上述の実施の形態では、ビームが片持ち梁式のＭＥＭＳ素子の製造に適用したが、その他、前述の図１２に示すビームがブリッジ式のＭＥＭＳ素子の製造にも適用することができる。
【００４５】
図１０は、本発明の製造方法をビームを両持ち梁式としたＭＥＭＳ素子の製造に適用した場合である。本例は図１〜図２の工程を適用した場合である。
先ず、図１０Ａに示すように、基板、本例では半導体基板３２上に絶縁膜３３を形成した基板３１上に、例えば多結晶シリコンによる基板側電極３４を形成する。次いで、基板側電極３４を含む基板３１上に前述と同様の流動化により表面が平坦化された流動性膜を形成する。
【００４６】
次に、図１０Ｂに示すように、平坦化された流動性膜３５上に基板側電極３４の位置に対応するように、選択的に空隙形成用の犠牲層３７を形成する。
【００４７】
次に、図１０Ｃに示すように、犠牲層３７上及び流動性膜３５上を含んで絶縁膜の例えばシリコン窒化膜３８及び駆動側電極材料３９′の例えばＡｌ膜を順次形成し、パターニングして、駆動側電極３６及びその下のブリッジ部となるシリコン窒化膜３８からなる両持ち梁式のビーム５４を形成する。
【００４８】
次に、図１０Ｄに示すように、犠牲層３７を除去し、基板側電極（実質的には流動性膜）３４とビーム５４との間に空隙５５を形成して、ビーム５４をブリッジ状に形成した目的の静電駆動型のＭＥＭＳ素子５６を得る。
なお、図示せざるも、ビームを両持ち梁式にしたＭＥＭＳ素子は、図６〜図７の工程を利用して製造することも可能である。
【００４９】
図１０に示すＭＥＭＳ素子の製造方法においても、前述の実施の形態と同様の効果を奏する。
【００５０】
本発明のＭＥＭＳ素子の製造方法は、図示せざるも前述のＧＬＶデバイス２１の製造にも適用できる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明に係るＭＥＭＳ素子の製造方法によれば、犠牲層の堆積前、又は堆積後に、成膜後に熱処理により流動化させて表面を平坦化した流動性膜を形成し、流動性膜の流動化で平坦化された膜上にビームを構成する絶縁膜、駆動側電極を形成するので、最終的に表面が平坦化されたビームを形成することができる。
あるいは、犠牲層の堆積前、又は堆積後に、所要の基板温度の下でＣＶＤ法により流動化しながら成膜して表面が平坦化した流動性膜を形成し、流動性膜の流動化で平坦化された膜上にビームを構成する絶縁膜、駆動側電極を形成するので、最終的に表面が平坦化されたビームを形成することができる。
従って、ビームの膜の均一性が得られビームの膜形状のバラツキを低減することができ、ビームの物性値を大きく変動することがない。
また、ビームの表面凹凸を無くすと共に、ビームの振動特性のバラツキを低減することができるので、ＭＥＭＳ素子の性能の均一性を高め、高品質のＭＥＭＳ素子の大量生産を可能にする。
本発明の製法で製造されたＭＥＭＳ素子を、光の反射あるいは回折を利用した、例えば光スイッチ、或いは光変調素子等に用いられる光学ＭＥＭＳ素子に適用するときは、光反射膜に兼用される駆動側電極での光反射率が向上し、光学ＭＥＭＳ素子としての光反射効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａ〜Ｃ  本発明に係る一代表的な静電駆動型ＭＥＭＳ素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その１）である。
【図２】Ｄ〜Ｆ  本発明に係る一代表的な静電駆動型ＭＥＭＳ素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その２）である。
【図３】Ａ  図２Ｄの要部の拡大断面図である。Ｂ  図２Ｆの要部の拡大断面図である。
【図４】Ａ〜Ｃ  本発明に係る一代表的な静電駆動型ＭＥＭＳ素子の製造方法の他の実施の形態を示す製造工程図（その１）である。
【図５】Ｄ〜Ｅ  本発明に係る一代表的な静電駆動型ＭＥＭＳ素子の製造方法の他の実施の形態を示す製造工程図（その２）である。
【図６】Ａ〜Ｃ  本発明に係る一代表的な静電駆動型ＭＥＭＳ素子の製造方法の他の実施の形態を示す製造工程図（その１）である。
【図７】Ｄ〜Ｅ  本発明に係る一代表的な静電駆動型ＭＥＭＳ素子の製造方法の他の実施の形態を示す製造工程図（その２）である。
【図８】Ａ  図４Ｃの要部の拡大断面図である。Ｂ  図５Ｅの要部の拡大断面図である。
【図９】Ａ  本発明の流動性膜の形成に適用されるマスクのレイアウト図である。Ｂ  その断面図である。
【図１０】Ａ〜Ｄ  本発明に係る他の代表的な静電駆動型ＭＥＭＳ素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図である。
【図１１】従来の説明に供する光学ＭＥＭＳ素子の代表的な一例である。
【図１２】従来の説明に供する光学ＭＥＭＳ素子の代表的な他の例である。
【図１３】Ａ  従来のＧＬＶデバイスを示す構成図である。Ｂ  その断面図である。
【図１４】Ａ〜Ｄ  従来の静電駆動型ＭＥＭＳ素子の製造方法を示す製造工程図である。
【図１５】従来の光学ＭＥＭＳ素子の駆動側電極の凹凸を示す要部の断面図である。
【図１６】下層の凹凸が上層に拡大転写される状態の説明図である。
【図１７】従来の製法で得られたビームの膜形状を示す断面図である。
【図１８】従来の製法で得られたビームの膜形状を示す断面図である。
【符号の説明】
２１・・・ＧＬＶデバイス、２２・・・基板、２３・・・基板側電極、２４〔２４1 〜２４6 〕・・・ビーム、３１・・・基板、３２・・・半導体基板、３３・・・絶縁膜、３４・・・基板側電極、３５・・・流動性膜、３６・・・支持部、３７・・・犠牲層、３８・・・シリコン窒化膜、３９′・・・駆動側電極材料層、４０・・・レジストマスク、４１・・・ビーム、４２・・・空隙、４３、４４・・・ＭＥＭＳ素子、４６・・・保護膜、４７・・・ＭＥＭＳ素子、５１・・・開口、５２・・・レジストマスク
【図１】
0003770158.tif 000002
【図２】
0003770158.tif 000003
【図３】
0003770158.tif 000004
【図４】
0003770158.tif 000005
【図５】
0003770158.tif 000006
【図６】
0003770158.tif 000007
【図７】
0003770158.tif 000008
【図８】
0003770158.tif 000009
【図９】
0003770158.tif 000010
【図１０】
0003770158.tif 000011
【図１１】
0003770158.tif 000012
【図１２】
0003770158.tif 000013
【図１３】
0003770158.tif 000014
【図１４】
0003770158.tif 000015
【図１５】
0003770158.tif 000016
【図１６】
0003770158.tif 000017
【図１７】
0003770158.tif 000018
【図１８】
0003770158.tif 000019