JP2005096008A - Manufacturing method for semiconductor structure, and optical switching device - Google Patents

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Hirotaka Jomi
弘高 上ミ
Naomasa Oka
直正 岡
Hiroshi Fukushima
博司 福島
Takaaki Yoshihara
孝明 吉原
Yuji Suzuki
裕二 鈴木
Hiroshi Noge
宏 野毛
Hiroshi Harada
宏 原田
Naoki Ushiyama
直樹 牛山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent side etching at both longitudinal ends of a plate-like structure. <P>SOLUTION: In this manufacturing method for a semiconductor structure, a semiconductor substrate is etched to form the plate-like structure with side faces formed as (111) faces almost perpendicular to the main surface of the substrate. A mask pattern is formed having a pair of slits corresponding to the side faces, and after wet etching is performed to form the side faces formed of the (111) faces, a part other than the plate-like structure is eliminated by dry etching. With the formation of the (111) faces by wet etching and the dissolution of side etching by dry etching, the plate-like structure is accurately formed with a required minimum produced area. The formed plate-like structure is used as a mirror in an optical switching device. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

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。   The present invention relates to a semiconductor structure manufacturing method for manufacturing a plate-like structure having a Si surface orientation (111) having a high perpendicularity to the main surface of a silicon substrate on its side surface, and further to manufacturing the semiconductor structure The present invention relates to an optical switching device using a plate-like structure manufactured by the method as a mirror.

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。   With the recent increase in the speed of the Internet, the spread of optical communication systems has rapidly progressed, and research and development have been conducted in various fields regarding optical switching devices that can process optical signals as light. Various types of optical switching devices have been proposed so far, and as one of them, for example, a plate-shaped mirror formed by micromachining technology is arranged in the optical path of the optical fiber, and this is used. 2. Description of the Related Art An optical switching device that switches on and off by moving in and out in the vertical direction is known.

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SiOやSiN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):(CH)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。 When considering such an optical switching device, it is desired to form a plate-like structure as a mirror accurately and easily, and a manufacturing method using wet etching has been conventionally employed. The manufacturing method of the (111) face plate structure by wet etching will be described. In order to form the (111) face plate structure, a mask is formed by patterning SiO 2 , SiN x or the like on the silicon substrate by photolithography or the like. And wet etching with an inorganic alkaline solution such as KOH or NaOH, or an organic alkaline solution such as ethylenediamine / pyrocatechol (EDP), hydrazine, tetramethylammonium hydroxide (TMAH) :( CH 3 ) 4NOH, or the like. .

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。   At this time, for example, if a silicon substrate having an etching surface of (110) is used, the (100) surface and the (111) surface having an etching rate of about 1/100 or less of the (110) surface become side surfaces and have vertical side walls. A substantially parallelogram wet etching opening having a high aspect ratio can be easily formed.

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)。
特開2000−121967号公報
In addition, as a method of manufacturing a micromirror having a plate-like structure, for example, a method including a step of forming a mirror surface by performing anisotropic wet etching on a silicon substrate to form a micromirror has also been proposed. (For example, refer to Patent Document 1).
JP 2000-121967 A

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。   However, in the conventional method, in any case, since the plate-like structure is formed by performing wet etching on surfaces other than the (111) surface, a number of inconveniences occur.

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。   For example, when the plate-like structure is formed by wet etching, abrupt side etching occurs from both ends in the longitudinal direction of the plate-like structure, and both ends of the plate-like structure disappear and are finally formed. There is a problem that the length of the plate-like structure is shortened. For this reason, it is necessary to perform patterning in consideration of the amount of side etching at the time of wet etching, and a very wide etching region (area) must be ensured compared to the original longitudinal size of the plate-like structure.

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。   In addition, since both end portions in the longitudinal direction of the plate-like structure are side-etched, the shape of both end portions is disturbed, and there is a problem that it is extremely difficult to form in a desired shape. FIG. 12 schematically shows the shape of the plate-like structure when all the side surfaces constituting the plate-like structure are formed by wet etching.

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。   When the plate-like structure 102 is formed on the silicon substrate 101 only by wet etching, the side surface 103 which is the (111) surface is formed as a flat surface. On the other hand, at both end faces 104 in the longitudinal direction of the plate-like structure 101, the plate-like structure 101 partially disappears due to side etching, and shape deterioration occurs, resulting in a plate-like structure having high accuracy in the longitudinal direction. It is difficult to form.

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。   Therefore, the present invention has been proposed in view of the above-described situation, and prevents the side etching at both ends in the longitudinal direction of the plate-like structure, and has a plate shape having a high-aspect (111) surface with high verticality. An object of the present invention is to provide a semiconductor structure manufacturing method capable of easily and accurately forming a structure, and further to provide an optical switching device having the plate-like structure.

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。   In order to solve the above-described problems, a semiconductor structure manufacturing method of the present invention etches a semiconductor substrate to form a plate-like structure that is substantially perpendicular to the main surface of the substrate and has a (111) side surface. In the semiconductor structure manufacturing method, a mask pattern having a pair of slits corresponding to the side surfaces is formed, wet etching is performed to form side surfaces composed of (111) surfaces, and portions other than the plate-like structure are dry etched. It removes by. The optical switching device of the present invention is characterized in that the plate-like structure manufactured as described above is used as a mirror.

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。   In the present invention, by using wet etching, a high aspect (111) surface having very high perpendicularity to the main surface of the semiconductor substrate is formed as the side surface of the plate-like structure.

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。   On the other hand, since both end surfaces in the longitudinal direction of the plate-like structure are formed by dry etching, there is no risk of side etching, and the shape of the both end surfaces does not deteriorate. Further, reduction of the size of the plate-like structure due to side etching is also avoided, and the plate-like formed body can be manufactured with the minimum necessary manufacturing area.

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。   According to the method for manufacturing a semiconductor structure according to the present invention, wet etching and dry etching are performed in this order when the plate-like structure is formed, so that side etching from both longitudinal ends of the plate-like structure is prevented. be able to. Therefore, a plate-like structure having a desired shape can be accurately formed without deterioration of the shape of both end portions of the plate-like structure, and the plate-like structure can be formed on the semiconductor substrate with the minimum necessary manufacturing area. Can be formed.

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。   In addition, according to the optical switching device of the present invention, a high-quality plate-like structure that is manufactured by performing wet etching and dry etching in this order and has no side etching from both ends in the longitudinal direction is used as a mirror. Therefore, the optical characteristics can be improved.

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。   Embodiments to which the present invention is applied will be described below in detail with reference to the drawings.

[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。
[First Embodiment]
[Semiconductor Structure Manufacturing Method According to First Embodiment]
The semiconductor structure manufacturing method according to the first embodiment is applied, for example, to a step of forming a plate-like structure having a side surface that reflects light in an optical switching device on a silicon substrate. This plate-like structure is composed entirely of the (111) plane of the silicon crystal.

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。   In the semiconductor structure manufacturing method according to the first embodiment, first, a silicon substrate 10 is prepared as a semiconductor substrate, as shown in a perspective view in FIG. 1A and a cross-sectional view in FIG. In the present embodiment, a substrate having a silicon (110) upper surface on which a process described later is performed is used as a supporting substrate to be etched.

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。   Then, as shown in FIGS. 2A and 2B, an oxide film 11 is formed on almost the entire surface of the silicon substrate 10 as a dry etching mask by, for example, CVD (chemical vapor deposition) oxidation. Here, in order to form a plate-like structure having a height of about 600 μm, the thickness of the oxide film 11 is desirably 4 μm or more.

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。   Next, as shown in FIGS. 3A and 3B, a thick film resist 12 is used so that the oxide film 11 remains in a portion that becomes a plate-like structure when viewed from above, for example, by a photolithography technique or the like. Then, the oxide film 11 is patterned. As a result, a plate-like structure pattern 20 composed of an elongated rectangular oxide film 11 and thick film resist 12 is formed. The thickness of the thick film resist 12 is preferably about 10 μm or more in consideration of the thickness of the oxide film 11.

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。   Next, after removing the thick resist 12 on the oxide film 11, a nitride film 13 is formed as a wet etching mask so as to cover the patterned oxide film 11 as shown in FIGS. It is laminated on the entire surface of the silicon substrate 10. The film thickness of the nitride film 13 is preferably at least about 1000 mm, considering a long wet etching process to be performed later.

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。   Subsequently, as shown in FIGS. 5A and 5B, a pair of slit patterns 21 in which the silicon substrate 10 is exposed are formed on both sides in the width direction of the oxide film 11 using the resist 14. The nitride film 13 is patterned. The slit pattern 21 has a substantially parallelogram shape composed of (111) planes.

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。   Then, after removing the resist 14, the silicon substrate 10 is wet etched with an alkaline aqueous solution using the nitride film 13 as a mask. Since the (110) plane silicon substrate 10 is used as the support substrate, the etching rate for the (111) plane is much smaller than the etching rate for the (110) plane and the (100) plane, and as a result, FIG. And as shown to (b), the wet etching opening part 30 which has the (111) surface 40 perpendicular | vertical to the main surface of the silicon substrate 10 as a side wall is formed in the part corresponding to the slit pattern 21. FIG.

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。   At this time, the wet etching solution used is a 40% strength aqueous potassium hydroxide solution, and the solution temperature is 75 ° C. Other wet etching solutions include inorganic alkaline solutions such as NaOH, organic alkaline solutions such as ethylenediamine / pyrocatechol (EDP), hydrazine, tetramethylammonium hydroxide (TMAH) :( CH3) 4NOH, and the like. Can do.

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。   Next, as shown in FIGS. 7A and 7B, the nitride film 13 is removed, and further, as shown in FIGS. 8A and 8B, dry etching is performed using the oxide film 11 as a mask. As a result, the plate-like structure exterior 31, which is a region where the oxide film 11 is not formed, is etched to form plate-like structures 50 having (111) surfaces 40 perpendicular to the main surface of the substrate surface 10 on both sides. Is done.

[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。
[Effect of the first embodiment]
As described above in detail, in the semiconductor structure manufacturing method according to the first embodiment, wet etching is performed with the slit patterns 21 where the silicon substrate 10 is exposed on both sides of the portion to be the side surface of the plate-like structure 50. The wet etching opening 30 having the (111) surface 40 is formed. Thereafter, the plate-like structure exterior 31 is removed by dry etching using the oxide film 11 as a mask, and the plate-like structure 50 is formed. For this reason, there is no side etching from both ends in the longitudinal direction of the plate-like structure 50 as in the case where all the etching is wet etching, and the high aspect ratio has good perpendicularity to the main surface of the silicon substrate 10. The plate-like structure 50 can be formed in a desired shape.

[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。
[Second Embodiment]
Next, a semiconductor structure manufacturing method according to the second embodiment will be described. In addition, since the basic manufacturing process of the plate-like structure in the second embodiment is the same as the manufacturing process in the semiconductor structure manufacturing method according to the first embodiment described above, the description thereof is omitted here.

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。   The semiconductor structure manufacturing method according to the second embodiment includes a length in the longitudinal direction of the plate-like structure 50, a slope at the longitudinal end portion of the wet etching opening 30 grown by crystal anisotropy of the silicon substrate 10, and a wet structure. In consideration of the etching depth, the length of the slit pattern 21 (the length of the opening of the wet etching opening 30) is determined.

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。   When the plate-like structure 50 is manufactured by the method shown in the first embodiment, the plate-like structure 50 is formed at the ends in the longitudinal direction of the two slit patterns 21 (openings of the wet etching openings 30). That is, as shown in FIG. 9A, when the wet etching opening 30 is formed by wet etching the parallelogram slit pattern 21 having the (111) plane, both ends in the longitudinal direction of the slit pattern 21 are formed. Etching at the portion does not proceed perpendicularly to the main surface, but proceeds obliquely inward from the acute angle portion toward the bottom surface of the wet etching opening 30 to form the (111) slope 60.

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。   For this reason, the length of the bottom part of the finally formed plate-like structure 50 is shorter than the length of the slit pattern 21, and the area of the (111) surface 40 formed by wet etching is small. turn into. The formation of the (111) slope 60 in this way depends on the crystal anisotropy and the shape of the slit pattern 21 serving as a mask.

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。   Here, the size of the (111) slope 60 that grows in the wet etching opening 30 depends on the depth of the wet etching opening 30. Therefore, when the plate-like structure 50 is formed, the length of the opening in the longitudinal direction of the wet etching opening 30 is determined in consideration of the (111) slope 60 in advance.

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。   That is, as shown in FIG. 9B, the length in the longitudinal direction of the finally formed plate-like structure 50 is defined as a plate-like structure pattern length A, and (111 ) The length of the slope 60 is a (111) plane length B, and the length of the opening (slit pattern 21) of the wet etching opening 30 in the longitudinal direction is a slit length C. When the plate-like structure 50 having a height of 600 μm and a length of 600 μm in the longitudinal direction is formed, the slit length C is changed to the plate-like structure pattern length A and the (111) surface length B. More specifically, the value may be taken into account. Specifically, the length (111) of the (111) plane from the silicon crystal orientation plane is determined by √3 × etching depth, and is therefore 1678 μm or more.

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。   In the semiconductor structure manufacturing method according to the second embodiment, in order to form the plate-like structure 50 by determining the slit length C in consideration of the (111) plane 60 that grows in the wet etching opening 30. A region (area) to be secured can be predicted in advance, and the plate-like structure 50 can be formed with a minimum production area.

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。   In the semiconductor structure manufacturing method according to the second embodiment, a region to be secured for forming the plate-like structure 50 by taking into account the depth of wet etching when the wet etching opening 30 is formed. (Area) can be predicted in advance, and the plate-like structure 50 can be formed with a minimum necessary area.

[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。
[Third Embodiment]
Next, a semiconductor structure manufacturing method according to the third embodiment will be described. Note that the basic manufacturing process of the plate-like structure in the third embodiment is also the same as the manufacturing process in the semiconductor structure manufacturing method according to the first embodiment described above, and the description thereof is omitted here.

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。   In the semiconductor structure manufacturing method according to the third embodiment, a large number of plate-like structures are formed on a single silicon substrate.

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。   In the semiconductor structure manufacturing method according to the third embodiment, a pair of slit patterns 21 for forming the side surfaces of the plate-like structure 50 is formed on one silicon substrate 10 as shown in FIG. × N matrix shapes are formed, and then wet etching and dry etching are performed in this order in the same manner as in the first and second embodiments, and as shown in FIG. Many are formed.

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。   In the semiconductor structure manufacturing method according to the third embodiment, when a pair of slit patterns 21 are arranged in a matrix of N × N on one silicon substrate 10, side etching in the longitudinal direction of the plate-like structure 50 is performed. Since it is not necessary to consider the amount, the mask pattern region 70 occupied by each plate-like structure 50 can be relatively small, and a large number of slit patterns 21 can be formed on the semiconductor substrate. Therefore, the number of plate-like structures 50 formed on one silicon substrate 10 can be increased.

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4200×4200μmの作成面積が必要であるのに対し、本実施形態では1893×1893μmと大幅に作成面積を縮小することができる。 For example, when a plate-like structure having a height of 600 μm and a length of 600 μm is produced, the area of the mask pattern region 70 indicated by one matrix-like plate-like structure 50 is used only by wet etching. In the case of forming this, a production area of at least 4200 × 4200 μm 2 is necessary in consideration of the amount of side etching from the corner, whereas in this embodiment, the production area is greatly reduced to 1893 × 1893 μm 2. Can do.

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。   Further, as shown in FIG. 10B, all the plate-like structures 50 formed on one silicon substrate 10 are collectively formed by anisotropic etching using crystal orientation planes that are difficult to wet-etch. Therefore, there is no dimensional variation for each plate-like structure 50, and the plate-like structure 50 can be formed with high accuracy.

[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。
[Configuration of optical switching device]
The optical switching device according to the present embodiment has a large number of plate-like structures 50 formed by the semiconductor structure manufacturing method according to any of the first to third embodiments as mirrors of the optical switch. Is.

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。   The optical switching device shown in FIG. 11 includes a mirror unit 90 having, as a mirror 70, a plate-like structure formed by the semiconductor structure manufacturing method according to any of the first to third embodiments described above. N × N mirror units 90 are arranged in a matrix to form an N × N mirror unit 91. Further, the optical switching device has three sides of the outer periphery with the N × N mirror unit 91 in the center, and at a position where light can enter or exit at an angle of 45 ° with respect to the side surface of each mirror 70, A plurality of fibers 80 are provided.

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。   Each mirror unit 90 includes, for example, a fixed electrode, a movable electrode formed on the fixed electrode, and a mirror 70 formed on the movable electrode. The movable electrode has a structure in which the periphery is supported by a fixed electrode and at least the lower side of the mirror 70 is dug to enable vertical movement.

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。   In such an optical switching device, the light is switched by moving the movable electrode in the vertical direction by applying a voltage between the fixed electrode and the movable electrode, for example, and inserting / removing the mirror 70 with respect to the optical axis of the fiber 80. Accordingly, the light incident from the input-side fiber 80 is transmitted or reflected and output from the output-side fiber 80, and the like.

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。   In this optical switching device, a plate-like structure manufactured by the semiconductor structure manufacturing method according to any of the first to third embodiments described above is used as the mirror 70 of the mirror unit 90. Accordingly, the side surfaces of all the mirrors 70 included in the N × N mirror unit 91 are formed in the same orientation plane by anisotropic etching in consideration of crystal orientation, so that each individual side like a conventional optical switching device is manufactured. A step of sequentially aligning the optical fibers with respect to the mirror is not necessary, and alignment can be easily performed.

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。   Further, according to this optical switching device, since the mirror 70 can be formed without considering the side etching amount of the mirror 70, the area necessary for forming the mirror 70 can be relatively small. As a result, one substrate Since a large number of mirrors can be arranged on the top, it is possible to reduce the size and integration. Therefore, large-scale optical switching can be realized.

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。   Further, in this optical switching device, a plate-like structure having a good verticality and a high aspect ratio manufactured by the semiconductor structure manufacturing method according to any of the first to third embodiments is used as the mirror 70 of the mirror unit 90. Used as Thus, since the mirrors of all the mirror units 90 are collectively formed by anisotropic etching using the crystal orientation plane, there is no dimensional variation for each mirror 70, and excellent optical characteristics can be realized. it can.

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。   Each of the above-described embodiments is an example of the present invention. For this reason, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and even if it is a form other than this embodiment, as long as it does not depart from the technical idea of the present invention, it depends on the design and the like. Of course, various modifications are possible.

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。An example of the manufacturing process in the semiconductor structure manufacturing method to which this invention is applied is shown, (a) is a perspective view of a semiconductor substrate, (b) is the sectional drawing. 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。The oxide film formation process is shown, (a) is a perspective view, (b) is a sectional view. 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。The oxide film patterning process is shown, (a) is a perspective view, (b) is a sectional view. 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。The nitride film formation process is shown, (a) is a perspective view, (b) is a sectional view. 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。The nitride film patterning process is shown, (a) is a perspective view, and (b) is a sectional view. 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。The wet etching process is shown, (a) is a perspective view, (b) is a sectional view. 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。The nitride film removal process is shown, (a) is a perspective view, (b) is a sectional view. 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。The dry etching process is shown, (a) is a perspective view, (b) is a sectional view. 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。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor structure which concerns on 2nd Embodiment of this invention, (a) is a perspective view which shows the state in which a pair of wet etching opening part was formed in the both sides of a plate-shaped structure pattern (B) is a plan view. 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。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor structure which concerns on 3rd Embodiment of this invention, (a) is a perspective view which shows the state in which a pair of slit pattern was formed in the matrix form on one silicon substrate. (B) is a perspective view showing a state in which plate-like structures are formed in a matrix on one silicon substrate. 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。It is a top view which shows an example of the optical switching device to which this invention is applied. 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。It is a perspective view of the plate-shaped structure formed by the conventional manufacturing method.

符号の説明Explanation of symbols

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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Silicon substrate 11 Oxide film 12 Thick film resist 13 Nitride film 14 Resist 20 Plate-like structure pattern 21 Slit pattern 30 Wet etching opening 31 Plate-like structure exterior 40 (111) surface 50 Plate-like structure 60 (111) Slope 70 mirror 80 fiber 90 mirror unit 91 N × N mirror unit

Claims (7)

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。
In a semiconductor structure manufacturing method of etching a semiconductor substrate to form a plate-like structure that is substantially perpendicular to the main surface of the substrate and has a side surface of (111).
After forming a mask pattern consisting of a pair of slits corresponding to the side surfaces and performing wet etching to form side surfaces consisting of (111) planes,
A method for manufacturing a semiconductor structure, wherein portions other than the plate-like structure are removed by dry etching.
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。   The method of manufacturing a semiconductor structure according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is a silicon substrate. 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。
Forming a dry etching mask in a region corresponding to the plate-like structure of the semiconductor substrate;
Forming a wet etching mask so that slits for exposing the semiconductor substrate are formed on both sides of the dry etching mask in the width direction;
Performing wet etching on the semiconductor substrate to form wet etching openings having (111) surfaces as side surfaces on both sides in the width direction of the dry etching mask;
Performing dry etching on the semiconductor substrate, etching the semiconductor substrate in a region where the mask for dry etching is not formed, and forming a plate-like structure having a (111) plane as a side surface. The method of manufacturing a semiconductor structure according to claim 1.
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。   4. The method of manufacturing a semiconductor structure according to claim 3, wherein the length of the slit is determined in consideration of a (111) slope formed at an end of the slit and a depth of a wet etching opening. 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。   The length of the slit is set so that the length of the bottom of the wet etching opening excluding the (111) slope portion generated at the end of the slit is equal to or longer than the length of the plate-like structure. The method of manufacturing a semiconductor structure according to claim 4, wherein: 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。   6. The semiconductor structure manufacturing method according to claim 1, wherein a plurality of the plate-like structures are formed by arranging the slits in a matrix. 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。   The optical switching device which makes the plate-shaped structure manufactured by the semiconductor structure manufacturing method in any one of Claims 1-6 a mirror.
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