CN101111993A - 微型机器的制造方法以及微型机器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够抑制构造体腐蚀的微型机器的制造方法以及微型机器。其特征在于，具有：在基板(11)上构图形成具有含有氟化氢的解离物质的硅氧化物类材料的牺牲层(12)的第一工序；以覆盖牺牲层(12)的状态在上述基板(11)上形成构造体(16)的第二工序；在牺牲层(12)上的构造体(16)上形成到达牺牲层(12)的孔部(18)的第三工序；从孔部(18)只导入氟化氢气体或者只导入氟化氢气体和惰性气体，利用牺牲层(12)中的解离物质来进行牺牲层(12)的蚀刻，由此在基板(11)和构造体(16)之间形成振动空间的第四工序。

Description

微型机器的制造方法以及微型机器
技术领域
本发明涉及作为电子设备及通信设备的滤波器使用的微型机器的制造方法以及微型机器，特别是涉及薄膜体声波谐振器(FBAR：ThinFilm Bulk Acoustic Wave Resonator)。
背景技术
作为用于构成手机等无线通信系统及无线传感系统的发射滤波器及天线收发转换开关等电路的元件，高频滤波特性优良且能够使装置小型化的FBAR近年来备受瞩目。
作为该FBAR的构造以及制造方法，已知的方法有(1)基板表面加工方式、(2)基板背面Via方式、(3)空气桥方式以及(4)多层声频镜像方式。这些方式当中，除多层声频镜像方式之外，基本构造的特征在于，在振动部的上下具有空气层。其中，空气桥方式由于能够在制造方法上将复杂的工序简化，所以作为谋求低成本而且能与集成电路混装的方法而倍受期待。
该空气桥方式的FBAR通过空气层即振动空间(空洞、也叫空腔谐振器)在基板上形成层叠有下部电极膜、压电膜、以及上部电极膜的状态的构造体。而且由该构造体的下部电极膜和上部电极膜夹持的区域形成该构造体的振动部，其以规定的共振频率工作。作为这种FBAR的制造方法之一，存在的方法是通过牺牲层在基板上形成构造体之后，再在该构造体上形成到达牺牲层的孔部，通过从该孔部供给牺牲层的腐蚀剂来除去牺牲层而形成振动空间。
在制造这种FBAR的工序中，站在腐蚀剂的供给这一立场来看，只要供给牺牲层的腐蚀剂的孔部开口面积大、开口数量多即可。但是，为确保设置有孔部的构造体的强度，同时，宽范围地确保FBAR工作时的热传导路径，而要求上述孔部开口面积小、开口数量少。另外，为了提高FBAR的共振特性，必须更大地形成上述构造体的振动部的面积，必须使振动空间的容积也变大。因此，在FBAR的制造工序中，对于牺牲层的蚀刻，必须采取方法是从小的孔部有效地蚀刻除去充填在大的空间的牺牲层，其结果形成大的空间(空洞)。
在此，牺牲层使用硅氧化物类材料、使用氟化氢类的腐蚀剂。这种牺牲层的蚀刻通过如下述式1所示的化学反应式来进行。
式1：
      解离物质
        ↓
4HF+SiO2→SiF4+2H2O...(1)
另外，牺牲层的蚀刻通过湿式蚀刻或者干式蚀刻这两者来探讨。作为利用湿式蚀刻除去牺牲层的方法有报告提出如下所述的方法。首先在形成于基板表面的凹部平坦地埋入由硅氧化物膜构成的牺牲层，之后，在其上面依次层叠下部电极膜和压电膜以及上部电极膜。其后，以贯通这些膜的状态从设有的孔部导入氟化氢水溶液。由此，由于导入氟化氢和作为氟化氢的解离物质即水，所以通过在使氟化氢解离的状态下蚀刻除去该牺牲层，形成振动空间，同时，形成由上部电极膜、压电膜和上部电极膜构成的构造体(例如参照美国专利第6060818号说明书)。
另外，虽然不适用FBAR，但作为利用干式蚀刻对牺牲层进行蚀刻形成振动空间的微型机器的制造方法，也有报告提出的一种方法是利用使用了氟化氢气体和作为氟化氢的解离物质的水蒸气的混合气体的干式蚀刻来除去牺牲层(例如参照Characterization of Residues onAnhydrous HF Gas-Phase Etching of Sacrificial Oxides forSurface Micromachining，“Japanese Journal of Applied Physics”January 2000，vol.39 Part1，No.1，pp.337-342)。
但是，在美国专利6060818号说明书所公开的方法中，在蚀刻除去牺牲层的过程中，不仅仅是桥式构造体的下部电极膜侧，上部电极膜侧也暴露于氟化氢水溶液中，因此，使吸附在下部电极膜以及上部电极膜上的氟化氢水溶液发生解离。因此，其存在蚀刻过程中易于腐蚀构造体的问题。
另外，如上所述，由于从开口面积小开口数量少的孔部导入氟化氢水溶液，所以致使被导入到形成的振动空间内的氟化氢水溶液的置换效率变差。因此，随着牺牲层蚀刻的进行，振动空间内的氟化氢成分减少，蚀刻速率变得极慢。
进一步，在蚀刻牺牲层后，为了防止因吸附的氟化氢成分而造成的构造体的腐蚀，必须进行冲洗以除去残留的氟化氢成分。但是，要从上述孔部用冲洗水置换振动空间内的氟化氢水溶液的话就会降低效率，难以确实除去残留的氟化氢成分。因此，不仅仅是在牺牲层的蚀刻除去的过程中，就是因残留的氟化氢成分而造成的构造体下部电极膜侧的腐蚀也成为一个问题。另外，由于进行湿式蚀刻，所以在进行干燥的情况下，有可能因水的表面张力致使上述构造体发生变形而受到破坏。
另外，即使在如Characterization of Residues on Anhydrous HFGas-Phase Etching of Sacrificial Oxides for SurfaceMicromachining，“Japanese Journal of Applied Physics”January2000，vol.39 Part1，No.1，pp.337-342所记载的微型机器的制造方法适于FBAR的情况下，在蚀刻除去牺牲层的过程中，不仅仅是构造体的下部电极侧，上部电极侧也成为暴露于氟化氢和作为氟化氢的解离物质的水蒸气中的状态。因此，其存在吸附在下部电极膜及上部电极膜上的氟化氢发生解离，在蚀刻中构造体易被腐蚀的问题。
另外，通过配置孔部，在形成FBAR的工作区域的构造体的振动部的下部残存有蚀刻残渣，由此，其也存在对下部电极膜产生质量附加，致使FBAR的共振特性恶化的问题。
进一步，为了除去作为反应生成物的水，在加热氛围气下或者减压氛围气下进行处理的情况下，和氟化氢气体一起进行供给的氟化氢的解离物质即水蒸气难以吸附在牺牲层的表面。由此也存在使蚀刻速率变慢的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种微型机器的制造方法，其特征在于依次进行如下所述的工序。首先，在第一工序中，进行在基板上构图形成具有含有氟化氢解离物质的硅氧化物类材料的牺牲层的工序。然后，在第二工序中，进行以覆盖牺牲层的状态在基板上形成构造体的工序。接着，在第三工序中，进行在牺牲层上的构造体上形成到达牺牲层的孔部的工序。其后，在第四工序中，进行从孔部只导入氟化氢气体或者只导入氟化氢气体和惰性气体，利用牺牲层中的解离物质来进行牺牲层的蚀刻，由此在基板和构造体之间形成振动空间的工序。
根据这样的微型机器的制造方法，由于构成牺牲层的硅氧化物类材料含有氟化氢的解离物质，所以在第四工序中，只有吸附在牺牲层表面的氟化氢被解离。由此，在暴露于处理氛围气中的构造体的上面侧，氟化氢不发生解离，因此，构造体的腐蚀被抑制。由此，在构造体为由下部电极膜、压电膜以及上部电极膜构成的情况下，可以防止由下部电极膜和上部电极膜夹持压电膜而成的振动部的共振特性的恶化。
另外，在构造体为由下部电极膜、压电膜以及上部电极膜构成的情况时，在第三工序中以蚀刻的终点比上部电极膜的正下方更靠外侧的形式来规定孔部的位置的情况下，可防止牺牲层的蚀刻残渣残存于上部电极膜的正下方。由此，可以防止因由下部电极膜和上部电极膜夹着压电膜而成的振动部对下部电极膜的质量附加而造成的共振特性的恶化。
另外，在加热氛围气下或者减压氛围气下在进行第四工序的蚀刻的情况下，由于不使上述蚀刻的反应生成物即水液化，而是从振动空间内将其高效地除去，所以蚀刻速率变快。另外，防止了在将液化了的水汽化时因表面张力而引起的桥的变形或者破坏。
另外，本发明提供一种微型机器，其具备按顺序层叠在基板上通过振动空间设置的下部电极膜、压电膜、上部电极膜而成的构造体，上部电极膜设置在压电膜上的大致中央区域，同时，在上部电极膜的外侧的压电膜和下部电极膜上设置到达振动空间的状态的孔部。而且，其特征在于，振动空间是通过利用蚀刻除去设置于基板和下部电极之间的牺牲层而形成的，同时，孔部按照蚀刻的终点为上部电极膜的正下方的更外侧的形式来配置。
根据这样的微型机器，由于按照牺牲层的蚀刻终点比上部电极膜的正下方更靠外侧的形式在压电膜和下部电极膜上配置孔部，所以，可防止牺牲层的蚀刻残渣残留在由下部电极膜和上部电极膜夹持压电膜而成的振动部的下部。由此，防止振动部共振特性的恶化。
如上述说明，根据本发明的微型机器的制造方法以及由此得到的微型机器，由于构造体的腐蚀被抑制，所以在构造体由下部电极膜、压电膜以及上部电极膜构成的情况下，能够防止振动部共振特性的恶化。由此能够得到高品质的微型机器。另外，由于在按照蚀刻终点比上部电极膜的正下方更靠外侧的形式来规定孔部的位置的情况下，防止牺牲层的蚀刻残渣残留在由下部电极膜和上部电极膜夹持压电膜而成的振动部的下部，所以这样就能够防止振动部共振特性的恶化。
进一步，由于在加热氛围气下或者在减压氛围气下在进行牺牲层的蚀刻的情况下，使蚀刻速率变大，所以能够从开口面积小且开口数量少的孔部除去大体积的牺牲层。由此，能够形成振动空间大的微型机器，进而能够提高微型机器的电特性。进一步，通过在加热氛围气下或者在减压氛围气下进行牺牲层的蚀刻，防止构造体的变形及破坏，因此，能够得到生产效率优良、成品率高的微型机器。
附图的简单说明
图1是用于说明根据本发明的微型机器的制造方法的实施方式的制造工序剖面图；
图2是用于说明根据本发明的微型机器的制造方法的实施方式的平面图；
图3是用于说明根据本发明的微型机器的制造方法的实施方式的平面图；
图4是用于说明根据本发明的微型机器的制造方法的实施方式的平面图；
图5是用于说明根据本发明的微型机器的制造方法的实施方式的平面图；
图6是用于说明根据本发明的微型机器的制造方法的实施方式的平面图；
图7是用于说明根据本发明的微型机器的制造方法的刻蚀装置的结构图；
图8是表示因处理氛围气内的压力和温度而引起的水的沸点变化的曲线图；
图9是用于说明根据本发明的微型机器的制造方法以及微型机器的实施方式的剖面图；
图10是用于说明根据本发明的微型机器的制造方法的实施方式的制造工序平面图；
图11是用于说明根据本发明的微型机器的制造方法的实施方式的变形例1的剖面图；
图12是用于说明根据本发明的微型机器的制造方法的实施方式的变形例2的平面图；
具体实施方式
下面，结合附图来详细说明根据本发明的微型机器的制造方法以及微型机器的实施方式。
(第一实施方式)
在本实施方式中，使用图1来说明形成由空气桥方式的FBAR构成的微型机器的实例。另外，本发明的微型机器的构成将按制造工序顺序来详细说明。
<牺牲层的形成工序>
首先，开始形成规定振动空间的形状的牺牲层。作为该形成方法，如图1(a)所示，在基板11上形成作为在下述工序进行的蚀刻的蚀刻气体使用的含有氟化氢解离物质的牺牲层12。在此，牺牲层12例如是用SOG(Spin on Glass)膜形成的。在此，SOG膜一般是将可用RnSi(OH)4-n表示的硅化合物等溶解于醇类有机溶剂而成的。作为该有机溶剂，可以使用将PGDM(丙二醇二甲基醚)、EGDM(乙二醇二甲基醚)、甲醇、丙酮、IPA(异丙醇)等单独或者混合而成的物质。
然后，在将该溶液涂敷在基板11上后，通过烧结使上述有机溶剂蒸发而形成硅氧化物类材料层。通过该烧结虽然使大部分的有机溶剂蒸发，但一部分有机溶剂及添加物残留在膜中。另外，在即使通过烧结由RnSi(OH)4-n构成的硅化合物也不完全变成二氧化硅的情况(是指虽然大多数变成二氧化硅但仍有一部分没有变为二氧化硅的状态的情况)下，就成为残留了氢氧根(OH基)的状态。这些有机溶剂及OH基成为具有氟化氢解离能力的解离物质，包含在牺牲层12中。
解离物质也可以以任意的状态包含于牺牲层12中，牺牲层12也可以通过解离物质形成吸湿状态。另外，也可以吸附在膜密度粗的SOG膜的微细内部空间的表面上。
在此，作为氟化氢的解离物质，虽然牺牲层12中含有有机溶剂及OH基，但是也可以含有水。例如，在牺牲层12由PSG(Phosho SilicateGlass)、BPSG(Borophospho Silicate Glass)氧氟化硅(SiOF)构成的情况下，由于这些化合物吸湿性非常高，所以成膜后在大气中吸湿而使水分进入膜中，该水分就成了氟化氢的解离物质。但是，在使用了PSG或者BPSG的情况下，由于P(磷)或者B(硼)作为蚀刻残渣易于残留，所以在蚀刻后需要进行P及B的除去处理。因此，牺牲层12优选用SOG膜或者SiOF膜形成。
接着，如图1(b)所示，在牺牲层12上涂敷抗蚀剂，利用普通的光刻技术形成光刻掩模(省略图示)。接着，通过使用了该光刻掩模的干式蚀刻将牺牲层12构图为所期望的形状。由此，形成例如底面形状为100μm×100μm、高度为0.5μm的牺牲层12。该牺牲层12的占有体积成为在下述工序用蚀刻除去而形成的振动空间的容积。其后，除去光刻掩模。
<振动部以及孔部的形成工序>
下面，如图1(c)所示，例如利用溅射法以覆盖牺牲层12的状态在基板11上形成0.3μm膜厚的例如由钼(Mo)构成的下部电极膜13。接着，以做成覆盖牺牲层12的形状的形式对下部电极膜13进行构图。
然后，利用例如溅射法以覆盖下部电极膜13的状态在基板11上形成例如1μm的膜厚的由氮化铝(AlN)构成的压电膜14。然后，以做成覆盖下部电极膜13的形状的形式对压电膜14进行构图。
接着，利用例如溅射法在覆盖压电膜14上的状态下，在基板11上形成例如0.3μm的膜厚的例如由钼(Mo)构成的上部电极膜15。其后，以该上部电极膜15配置在压电膜14的大致中央区域上的形式进行构图。由此，形成由下部电极膜13、压电膜14以及上部电极膜15构成的构造体16。而且由该下部电极膜13和上部电极膜15夹持压电膜14的区域成为制造的FBAR的振动部17。
然后，如图1(d)所示，除去设置有上部电极膜15的区域、在比上部电极膜15更靠外侧的压电膜14和下部电极膜13上形成到达牺牲层12的状态的孔部18。该孔部18是作为用于蚀刻上述牺牲层12的蚀刻气体的导入口。之所以将该孔部18设置在比上部电极膜15靠外的外侧，是为了防止因设置孔部18而造成的上述振动部17的共振特性的恶化。就孔部18而言，由于不会对振动部17的振动带来影响，而且还提高了热传导性，所以优选开口面积小、开口数量少的。在此，例如形成孔径数为三个Φ微米级程度的孔部18。
在此，虽然以到达牺牲层12的表面的状态形成孔部18，但是也可以以到达牺牲层12的内部的状态来设置。孔部18到达牺牲层12的内部的一方，由于在下述的牺牲层12的蚀刻开始时使吸附氟化氢的牺牲层12的表面积变大，所以优选之。
在此，在后面工序进行牺牲层12的蚀刻之际，优选以蚀刻的终点即在牺牲层12的最后被蚀刻的部分比上部电极膜15的正下方更靠外侧的形式规定位置而形成孔部18。这是由于在蚀刻的终点蚀刻反应易于变得不稳定，容易产生牺牲层12的蚀刻残渣，所以要防止蚀刻残渣残存在振动部17的下部。在此，所谓蚀刻终点，在蚀刻进行时牺牲层区域被分割而形成多个区域的情况下，牺牲层的蚀刻终点定义为被分割的每个区域中作为该区域的牺牲层的最终蚀刻部分(并不只是在蚀刻开始前在一个牺牲层部分随时间看到的仅仅最终的蚀刻点)。由此，由于即使产生牺牲层12的蚀刻残渣也能防止残存在振动部17的下部，所以能防止因对下部电极膜13的质量附加效果而造成的振动部17的共振特性的恶化。
在此，例如图2(a)的平面图所示，在设置成平面矩形状的牺牲层12的比上部电极膜15靠外侧形成的下部电极膜13以及压电膜14的四个角中的三个部位形成孔部18。在此，图1(d)的剖面图表示该平面图的A-A’剖面。在这种情况下，如图2(b)所示，牺牲层12的蚀刻是从孔部18开始以各向同性的形式进行的。而且，如图2(c)所示，蚀刻的终点E成为上述四个角中没有设置孔部18的一个部位，比上部电极膜15的正下方更靠外侧，即比振动部17更靠外侧。
在此，图3(a)表示例如在上部电极膜15更外侧的下部电极膜13以及压电膜14的四个角全都设有孔部18的例子。在该情况下，如图3(b)所示，若从孔部18开始各向同性地进行牺牲层12的蚀刻，则如图3(c)所示，牺牲层12的蚀刻终点E成为上部电极15的正下方。由此，由于振动部17的下部变得容易残存蚀刻残渣，所以使振动部17的共振特性变差。
另外，在下述蚀刻的蚀刻速率高的情况下，如图4(a)所示，该孔部18也可以为一个。在该情况下，以牺牲层12的蚀刻终点E比上部电极膜15的正下方更靠外侧的形式来规定孔部18的位置。例如，当在牺牲层12上的下部电极膜13和压电膜14的四个角中的一个部位形成孔部18的情况下，如图4(b)所示，若牺牲层12的蚀刻从孔部18开始以各向同性的形式进行，则如图4(c)所示，蚀刻的终点E比上部电极膜15的正下方更靠近外侧，成为与孔部18对角的位置。
另外，如图5(a)所示，当在构成牺牲层12上的下部电极膜13和压电膜14的平面形状的边的中央形成孔部18的情况下，如图5(b)所示，若牺牲层12的蚀刻从孔部18开始各向同性地进行，则如图5(c)所示，蚀刻的终点E比上部电极膜15更靠近外侧，成为与孔部18相对置的边的2个角。在这种情况下，虽然使蚀刻残渣残存在2个部位，但只要在比上部电极膜15的正下方更靠近外侧就没有问题。
进一步，如图6(a)所示，牺牲层12的形状并非局限于平面矩形形状。即使是这种情况，也如图6(b)所示，牺牲层12的蚀刻从孔部18开始各向同性地进行，在牺牲层12的未蚀刻部分中途被分割为2个区域的场合下，各牺牲层区域的蚀刻终点，如图6(b)、(c)所示，也是以各个蚀刻终点E1、E2比上部电极膜15的正下方更靠外侧的形式来规定孔部18的位置。
<蚀刻装置>
下面，说明用于牺牲层的蚀刻的蚀刻装置。在此，使用图7来说明用于该蚀刻的蚀刻装置。
如图7所示，该蚀刻装置20具备用于对被处理基板进行处理的处理室21。在处理室21内例如在其底部配置有用于装载支承基板S的载物台22。在该载物台22上设置有温度调节器23，其构成为能够对被载物台22装载支承的基板S加热。
另外，为了消除处理氛围气内的温度梯度及为了易于温度控制，在处理室21的外壁侧配置有加热器等温度调节器24及红外线灯25。由此，可防止处理氛围气内的蚀刻气体的浓度变化及压力的变化，同时，可防止因结露及蚀刻气体过多吸附造成的处理室21的腐蚀。另外，这里的图示省略，但优选处理室21与预备室相邻，在向处理室21输送被处理基板(基板S)的情况下，以不使大气进入到处理室21内的形式通过预备室进入处理室。
在该处理室21的例如下方侧连接有用于除去剩余的蚀刻气体及因蚀刻而产生的反应生成物的排气管26。在排气管26上设置有真空泵27和压力控制阀(省略图示)，能够对处理室21内的氛围气体进行减压。
另外，在该处理室21的例如上方侧连接有用于向处理室21内供给气体的、蚀刻气体供给管28以及净化气体供给管29的一端。这里的图示省略，但该蚀刻气体供给管28的尖端部按照面向被处理室21内的载物台22装载的基板S的全区域能够供给蚀刻气体的形式，例如设置成喷头状。
另一方面，该蚀刻气体供给管28的另一端与储藏有由惰性气体构成的载气的高压储气瓶28a相连接。在此，在本发明中，规定惰性气体中含有氮气。另外，在蚀刻气体供给管28上，从高压储气瓶28a到处理室21配置有用于调节载气的流量的流量调节罐28b、阀门28c、用于调节供给的气体温度的温度调节器28d。
另外，在阀门28c和温度调节器28d之间设置有供给作为蚀刻气体的氟化氢气体(无水氢氟酸气体)的氟化氢气体供给部30。氟化氢气体供给部30具备：液态状储存氟化氢的储藏罐31、储藏惰性气体(含有氮气)的高压储气瓶32。储藏罐31的外壁侧设置有温度调节器33，其构成为能够对储藏罐31内加热。而且利用从高压储气瓶32经由配管34导入储藏罐31内的惰性气体，使液态氟化氢鼓泡，在气化了的状态下供给到配管35。
储藏罐31和蚀刻气体供给管28通过配管35连接。在该配管35上从储藏罐31侧开始设置有流量调节器35a以及阀门35b，通过它们向蚀刻气体供给管28供给氟化氢气体。
另外，上述的净化气体供给29的另一端与储存着由惰性气体(包含氮气)构成的净化气体的高压储气瓶29a相连接，通过流量调节器29b能够向处理室21内导入净化气体。
在此，虽然对叶片式蚀刻装置20的实例进行了说明，但是，只要能够控制处理氛围气内的压力和温度、能够使处理均匀化，则也可以使用间歇式蚀刻装置及能够使处理空间均热化的热壁式蚀刻装置等。
<牺牲层的蚀刻工序>
下面，说明含有氟化氢解离物质的牺牲层12(参照上述图1(d))的蚀刻工序。首先，规定该蚀刻的处理氛围气的温度和压力。在此，牺牲层12的蚀刻是利用如下述式2所示的反应式来进行的。
式2：
      解离物质
        ↓
4HF+SiO2→SiF4+2H2O...(2)
该蚀刻反应的反应生成物SiF4和H2O(水)中，若水滞留在形成的振动空间内并液化，则在干燥时由于该水的表面张力，有可能在后续工序使形成的构造体变形或遭到破坏。因此，牺牲层12的蚀刻，优选以不使水液化而是在气化的状态被除去那样的水分压低的处理氛围气下进行。
由此，在处理压力下处理温度的下限规定为调整到水的沸点以上。在此，图8表示因温度以及压力引起的水的沸点的变化曲线。只要是该曲线上侧的温度及压力就能防止水的液化。
在此，为了具体地规定处理温度和处理压力，对于在牺牲层12使用SOG膜的情况下的蚀刻，使处理温度在25℃～250℃之间变化，同时使处理压力在0.01kPa～100kPa之间变化，在此情况下的预备试验结果如表1所示。
表1
  处[理 kP氛 a围 ]气的压力   100   ×   ×   ×   ×   ×   ×   ×   ×   ×   ×
  50   ×   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○
  30   ×   ○   ◎   ◎   ◎   ◎   ◎   ◎   ○   ○
  10   ×   ○   ◎   ◎   ◎   ◎   ◎   ◎   ○   ○
  5   ×   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○
  1   ×   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○
  0.1   ×   ×   ×   ×   ×   ×   ×   ×   ×   ×
  0.01   ×   ×   ×   ×   ×   ×   ×   ×   ×   ×
  25   50   75   100   125   150   175   200   225   250
处理氛围气的温度[℃]
在此，表1所示的◎和○表示蚀刻无问题地进行，×表示蚀刻的状态存在某种问题。如该表所示，牺牲层12的蚀刻无问题地进行的温度范围(○)为50℃以上250℃以下，进一步，作为最合适的范围为75℃以上200℃以下(◎)。这是因为，若处理温度低于50℃，则即使在减压氛围气水的沸点以上也不供给蒸发热，故就有水液化的可能性；另外，若处理温度高于250℃，则氟化氢气体难以吸附在牺牲层12的表面，致使蚀刻速率变低。因此，通过在50℃以上250℃以下的加热气体氛围下来进行蚀刻，能防止水的液化，同时能够提高蚀刻速率。
另外，无问题地进行牺牲层12的蚀刻的压力范围为1kPa以上50kPa以下，进一步，作为最适宜的范围为10kPa以上30kPa以下。在处理氛围气的压力不足1kPa的情况下，由于氟化氢气体的分压变低，所以牺牲层12的表面难以吸附氟化氢，致使蚀刻速率降低。另外，如果在常压(100kPa)以上，则氟化氢及反应生成物(SiO4、H2O)的平均自由行程变短，经由孔部18(参照上述图1(d))的气体置换特性变差。因此，通过在1kPa以上50kPa以下的减压气体氛围下进行蚀刻，提高了蚀刻速率，同时，提高了气体的置换特性。在此，例如将处理氛围气内的温度设定为150℃，将处理氛围气内的压力设定为25kPa。
然后，在如参照图7进行了说明的蚀刻装置20的处理室21内，在参照图1(d)进行了说明的下部电极膜13和压电膜14上，在设置有到达牺牲层12的状态的孔部18的状态下导入基板11(基板S)。接着，将基板S放置支承在载物台22上，利用温度调节器23使基板S的温度上升到规定的处理温度(100℃)。另外，利用温度调节器24以及红外线灯25，将处理室21内的温度也以成为上述处理温度的形式进行调整。
另外，处理室21内的压力，通过设置于上述排气管26上的真空泵27和压力控制阀(未图示)，调整处理压力(25kPa)在减压氛围气下。而且，在处理室21内成为规定温度以及规定压力时，从蚀刻气体供给管28例如按500cm3/min的流量供给氟化氢气体(无水氢氟酸气体)和由惰性气体组成的载气。但是，蚀刻气体的流量根据牺牲层12的体积、处理室21的大小以及处理均匀性来决定。另外，供给的氟化氢的温度，优选利用温度调节器28d调整到与处理氛围气内的温度相同的温度。
在此，虽然与载气一起供给氟化氢气体，但是也可以只供给氟化氢气体。另外，由于在处理开始时突然流进蚀刻气体，从而在处理室21内的压力控制性变差的情况下，优选预先流进与处理时流进的蚀刻气体相同流量的载气，进行控制使压力成为处理压力之后，在处理开始时切换成蚀刻气体。
由此，如图9所示，若从设置于下部电极膜13和压电膜14上的孔部18导入氟化氢气体，氟化氢吸附在牺牲层12(参照上述图1(d))表面，则与包含于牺牲层12中的溶剂及氢氧根等解离物质发生反应，使氟化氢发生解离。而且，利用该解离了的氟化氢可蚀刻除去由硅氧化膜构成的牺牲层12。此时，由于作为该蚀刻的反应生成物水和SiF4在减压氛围气以及加热氛围气下而发生蒸发，另外，由于因减压氛围气以及加热氛围气下而引起的气体平均自由行程增加，所以容易从孔部18排出到处理室21内。而且，利用真空泵27也从处理室21的内部被排出。
其后，在除去牺牲层12的部位，停止蚀刻气体的供给。由此，在基板11和构造体16之间形成振动空间B。另外，由下部电极膜13、压电膜14以及上部电极膜15构成的构造体16，设置成覆盖振动空间B的箱形，做成只通过孔部18将振动空间B和构造体16外侧的空间连通的状态。
然后，为了排出处理室21内及振动空间B中的蚀刻气体以及反应生成物，对处理室21内进行进一步减压，从排气管26进行排气。如果需要，也可以从净化气体供给管29向处理室21内导入净化气体，以置换处理室21及振动空间B的气体。另外，也可以通过改变处理室21内的压力而使气体的密度发生变化，以置换处理室21及振动空间B内部的气体。进一步，也可以利用设置于载物台22的温度调节器23使基板11的温度进一步上升，以使吸附着的氟化氢成分易于脱离。其后，形成大气压氛围气从处理室21取出处理结束了的基板11。如上，形成空气桥方式的FBAR。
根据这种微型机器的制造方法以及由此得到的微型机器，由于构成牺牲层12的SOG膜含有氟化氢的解离物质，所以通过只供给氟化氢气体和载气，就能只解离吸附于牺牲层12表面的氟化氢。由此，在暴露于处理氛围气中的构造体16的表面侧，由于不解离氟化氢，所以可抑制构造体16的腐蚀。由此，可防止由下部电极膜13和上部电极膜15夹持的压电膜14构成的振动部17的共振特性的恶化。
另外，如参照图2所作的说明，由于以牺牲层12的蚀刻终点E比上部电极膜15的正下方更靠外侧的形式，来规定导入蚀刻气体的孔部18的位置，所以即使在因牺牲层12的蚀刻而产生残渣的情况下，也能防止蚀刻残渣残存于上部电极15的正下方。由此还可防止上述振动部17共振特性的恶化。
进一步，由于在加热氛围气下或者减压氛围气下进行牺牲层12的蚀刻，所以作为蚀刻的反应生成物水不发生液化，可有效地从振动空间B内除去，因而使蚀刻速率变高。由此，能够从开口面积小且开口数量少的孔部18除去大体积的牺牲层12。由此，可形成振动空间B大的FBAR，能够提高FBAR的特性。进一步，通过提高蚀刻速率，由于能够使孔部18的开口面积小且开口数量少，所以提高了FBAR构造的自由度及设计的自由度。
另外，通过在加热氛围气下或者减压氛围气下进行蚀刻，从而能够使产生于振动空间B的内部的水成为气体，使其有效地蒸发而不发生液化，所以，不产生因水的表面张力而造成的对构造体16的变形、裂纹及破坏。另外，通过在加热氛围气下或者减压氛围气下进行蚀刻，由于减少氟化氢在构造体16上的吸附、减少了氟化氢的残留，所以即使不进行纯水冲洗等液体处理也能防止因残留的氟化氢造成的腐蚀。
另外，在上述实施方式中，由于使用牺牲层12中含有氟化氢解离物质的硅氧化物类材料，所以对于不含有氟化氢解离物质的、因热处理产生的热硅氧化物、因CVD法产生的硅氧化物以及TEOS氧化物等，能够获得蚀刻选择比。因此，如采用图1(c)所作的说明，形成了上部电极膜15之后，如图10(a)所示，也能够以包围压电膜14的周边侧的状态在基板11上形成由不含有解离物质的硅氧化物类材料构成的支柱41。在该情况下，即使在蚀刻除去牺牲层12的工序中，由于氟化氢解离物质也只包含在牺牲层12中，所以能够使支柱41不被蚀刻而保留。其后，如图10(b)所示，通过以覆盖该支柱41上面的状态形成盖体42，能够形成由支柱41和盖体42组成的密封体43，能够在振动部17上也以具有空间的状态密封FBAR。
另外，通过使用不含有氟化氢解离物质的硅氧化物类材料形成配线的层间绝缘膜，将FBAR的配线的围绕立体化，或也可以作为钝化膜使用。但是，在该情况下，必须从包含含解离物质的硅氧化物类材料的牺牲层12拉开一定的距离来形成。
变形例1
在如上所述的实施方式中，对于牺牲层12是由含有氟化氢解离物质的硅氧化物类材料组成的实例进行了说明，但是，也可以将含有氟化氢解离物质的硅氧化物类材料和不含有解离物质的硅氧化物类材料进行混合而形成牺牲层12。作为这种情况的实例，例如在形成SOG膜时的，涂敷溶液中混合不含有氟化氢解离物质的硅氧化物微粒子来进行涂敷。在该情况下，吸附在SOG膜表面的氟化氢通过SOG膜中的氟化氢解离物质进行解离，蚀刻SOG膜，同时，该蚀刻反应成为触发反应，上述硅氧化物的微粒子也被蚀刻。由此，与SOG膜相比较提高了牺牲层12中的机器强度，通过含有因热处理引起的体积收缩少的硅氧化物的微粒子，也使牺牲层12自身的机器强度变高，减少了体积收缩。因此，在牺牲层12上依次层叠下部电极膜13、压电膜14以及上部电极膜15形成构造体16之际，难以因成膜应力及加热处理而使牺牲层12发生变形。
另外，如图11(a)所示，牺牲层12也可以为含有氟化氢解离物质的第一硅氧化物类材料层(SiO类材料层)12a和不含有氟化氢解离物质的硅氧化物类材料层(SiO类材料层)12b这两层以上的层叠构造。例如也可以在基板11上利用CVD法形成由不含有上述解离物质的硅氧化物膜构成的第二SiO类材料层12b，之后，在第二SiO类材料层12b上层叠由含有上述解离物质的SOG膜构成的第一SiO类材料层12a，形成牺牲层12。由此，在要形成厚的牺牲层12的情况下，如果只涂敷形成SOG膜，即使在不能得到充分的膜厚的场合，也能够在其下层通过利用CVD法形成SiO2来形成充分的膜厚的牺牲层12，因而能够使振动空间B的高度增高、使容积变大。
在该情况下，在牺牲层12的蚀刻工序中，吸附于牺牲层12的上层侧的含有解离物质的第二SiO类材料层的氟化氢通过解离物质发生解离，第一SiO类材料层12a被蚀刻。而且，该蚀刻反应成为触发反应，下层的第二SiO类材料层12b露出来被蚀刻除去。
在此，虽然在不含有氟化氢解离物质的第二SiO类材料层12b上层叠含有氟化氢解离物质的第一SiO类材料层12a，但是如图11(b)所示，也可以在第一SiO类材料层12a上层叠有第二SiO类材料层12b。但是，在该情况下，在实施方式中参照附图1(d)说明的形成孔部18的工序中，以到达下层侧的含有解离物质的第一SiO类材料层12a的状态来形成孔部18。由此，吸附于第一SiO类材料层12a的表面的氟化氢被解离物质解离。而且，该蚀刻反应作为触发反应，其上层的第二SiO类材料层12b被蚀刻除去。
另外，也可以以三层以上的状态形成牺牲层12，在该情况下，在孔部18的侧壁或底面以露出含有氟化氢解离物质的第一SiO类材料层的状态来设置。
变形例2
另外，如图12所示，以构成多个图案的形式来形成压电膜14上的上部电极膜15，也可以形成多个由下部电极膜13和上部电极膜15夹持压电膜14构成的振动部17。在该情况下，也在除掉设置有上部电极膜15的区域的下部电极膜13和压电膜14上设置有到达牺牲层12的孔部18。根据上部电极膜15的形状所规定的振动部17的每个形状以及各振动部17间的间隔可根据共振频率等来适当规定。为这种构成的FBAR，由于也能够利用本发明的微型机器的制造方法提高牺牲层12的蚀刻速率，因能够形成大的振动空间，因此是能够制造的。

Claims (16)

1.一种微型机器的制造方法，其特征在于，具有：
在基板上构图形成具有含氟化氢的解离物质的硅氧化物类材料的牺牲层的第一工序、
以覆盖所述牺牲层的状态在所述基板上形成构造体的第二工序、在所述牺牲层上的所述构造体上形成到达所述牺牲层的孔部的第三工序、
从所述孔部只导入氟化氢气体或者只导入氟化氢气体和惰性气体，通过利用所述牺牲层中的所述解离物质来进行所述牺牲层的蚀刻，在所述基板和所述构造体之间形成振动空间的第四工序。
2.如权利要求1所述的微型机器的制造方法，其特征在于，
在所述第二工序中，在所述基板上依次层叠了下部电极膜和压电膜之后，在所述压电膜的大致中央区域上形成上部电极膜，由此形成由下部电极膜和压电膜以及上部电极膜构成的所述构造体，并且，
在所述第三工序中，按照所述蚀刻的终点比所述上部电极膜的正下方更靠外侧的方式来规定所述孔部的位置，在除去设置有所述上部电极膜的区域的所述压电膜和所述下部电极膜上形成到达所述牺牲层的所述孔部。
3.如权利要求1所述的微型机器的制造方法，其特征在于，所述牺牲层由SOG膜形成。
4.如权利要求1所述的微型机器的制造方法，其特征在于，所述孔部为一个。
5.如权利要求1所述的微型机器的制造方法，其特征在于，在所述第四工序中，按照使所述蚀刻的反应生成物气化的方式在加热氛围气下或者减压氛围气下进行蚀刻。
6.如权利要求5所述的微型机器的制造方法，其特征在于，在所述第四工序中，将处理氛围气内的温度调整到50℃以上250℃以下进行蚀刻。
7.如权利要求5所述的微型机器的制造方法，其特征在于，在所述第四工序中，将所述处理氛围气内的压力调整到1kPa以上50kPa以下进行蚀刻。
8.如权利要求1所述的微型机器的制造方法，其特征在于，所述牺牲层是将含有所述解离物质的硅氧化物类材料和不含所述解离物质的硅氧化物类材料混合而成的。
9.如权利要求1所述的微型机器的制造方法，其特征在于，所述牺牲层为含有所述解离物质的硅氧化物类材料层和不含所述解离物质的硅氧化物类材料层的层叠构造。
10.如权利要求1所述的微型机器的制造方法，其特征在于，
在所述第二工序中，在所述压电膜上构图形成多个所述上部电极膜，
在所述第三工序中，在除去设置有多个所述上部电极膜的区域的所述压电膜和所述下部电极膜上形成所述孔部。
11.如权利要求1所述的微型机器的制造方法，其特征在于，所述微型机器为薄膜体声波谐振器。
12.一种微型机器，具备按顺序层叠在基板上通过振动空间设置的下部电极膜、压电膜和上部电极膜而形成的构造体，所述上部电极膜设置在所述压电膜上的大致中央区域，同时，在除去设置有所述上部电极膜的区域的所述压电膜和所述下部电极膜上设置有到达所述振动空间的状态的孔部，其特征在于，
所述振动空间通过蚀刻除去设置在所述基板和所述下部电极膜之间的牺牲层而形成，同时，所述孔部的配置为所述蚀刻的终点比所述上部电极膜的正下方更靠外侧。
13.如权利要求12所述的微型机器，其特征在于，所述构造体以只通过所述孔部将所述振动空间和所述构造体的外侧的空间连通的形式设置。
14.如权利要求12所述的微型机器，其特征在于，所述孔部为一个。
15.如权利要求12所述的微型机器，其特征在于，在所述压电膜上配置有多个所述上部电极膜。
16.如权利要求12所述的微型机器，其特征在于，所述微型机器为薄膜体声波谐振器。
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