JP2005342803A

JP2005342803A - Ｍｅｍｓ素子とその製造方法、光学ｍｅｍｓ素子、光変調素子、ｇｌｖデバイス、及びレーザディスプレイ

Info

Publication number: JP2005342803A
Application number: JP2004162032A
Authority: JP
Inventors: Takahisa Saito; 高寿齊藤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2004-05-31
Filing date: 2004-05-31
Publication date: 2005-12-15

Abstract

【課題】ＭＥＭＳデバイスにおける信号伝達配線と保護カバーのシールメタル間の寄生容量の低減を図り、ドライバーの駆動能力の低減化を可能にする。
【解決手段】基板１０２上に電気信号により駆動制御されるビーム１０５が配置されたＭＥＭＳ素子１０３を有し、ＭＥＭＳ素子１０３を隔離する保護カバー１０９９が配置され、保護カバー内のＭＥＭＳ素子１０３のビーム１０５と、保護カバー１０９外の信号入力端子１１０とを接続する信号伝達配線１０６が形成され、保護カバー１０９の接着用のシールメタル層１０８と信号伝達配線１０６との間に層間絶縁層１０７〔１２４、１２５〕が形成され、層間絶縁層１０７が、シールメタル層１０８と信号伝達配線１０６間の寄生容量をＭＥＭＳ素子の駆動時の静電容量以下にする膜厚を有して形成されて成る。
【選択図】図１

Description

本発明は、静電駆動型のＭＥＭＳ素子とその製造方法、光学ＭＥＭＳ素子、光変調素子、ＧＬＶデバイス、及びレーザディスプレイに関する。

微細技術の進展に伴い、いわゆるマイクロマシン（ＭＥＭＳ：ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ、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、電極間のクローン引力などを応用して電気的に行われる。

図１３及び図１４は、ＳＬＭ（シリコンライトマシーン，ＵＳＡ）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（ＧｒａｔｉｎｇＬｉｇｈｔＶａｌｖｅ）デバイスの概略構成及びその要部を示す。このＧＬＶデバイス１は、図１３の概略斜視図で示すように、モジュール基板（いわゆるプリント配線基板）２上に光学ＭＥＭＳ素子であるＧＬＶ素子部分３を有するＭＥＭＳチップ４と、ドライバＩＣ（半導体集積回路）５とが実装され、ＧＬＶ素子部分を囲む枠形状のシールドメタル層６を介して保護カバーとなるシールガラス７が配置されて成る。ＧＬＶ素子部分３は、多数のＧＬＶ素子が一方向に配列して形成され、その各ＧＬＶ素子の引き出し配線のボンディングパッド部がシールドメタル層６の外側に位置してドライバーＩＣ５とワイヤボンディンで接続される。

図１４Ａ，Ｂは、ＧＬＶ素子の模式的な構成を示す。このＧＬＣ素子１１は、基板１２上に共通の下部電極１３が形成され、この下部電極１３と所要の空隙１４を介して対向するように、両持ち梁構造の例えば６つのビーム１５〔１５1 、１５2 、１５3 、１５4 、１５5 、１５6 〕が並列配置されてなる。各ビーム１５は、絶縁膜の例えばシリコン窒化膜１６とＡｌ膜等からなる反射膜を兼ねる上部電極１７とからなり、ブリッジ状に形成される。このビーム１５はリボンと通称されている。そして、１つ置きのビーム１５1 、１５3 、１５5 が下部電極１３との間の静電力で近接・離間する駆動ビームとなり、他の１つ置きのビーム１５2 、１５4 、１５6 が固定ビームとして構成される。
このＧＬＶ素子１１では、下部電極１３とビーム１５の上部電極１７との間に微小電圧（信号電圧）を印加すると、静電現象によって駆動側ビーム１５1 、１５3 、１５5 が下部電極１３に向って近接し、離間し、印加電圧の大きさに応じて駆動側ビーム１５1 、１５3 、１５5 の下部電極１３との間の空隙１４の高さが変化する。ＧＬＶ素子１１は、この駆動側ビーム１５1 、１５3 、１５5 の駆動位置に応じて、ビーム１５の表面に光が照射されたとき、反射した回折光の強度を変調する。従って、このＧＬＶ素子１１は、光強度を変調させる光変調素子として適用される。

特許文献１では、回折格子型ＭＥＭＳ素子、いわゆるＧＬＶ素子が示されている。
特表２００１−５１８１９８号公報

図１１は、ＧＬＶデバイスの要部を示す比較例を示す。このＧＬＶデバイス２１は、シリコン基板２２上の所要の領域に選択酸化（ＬＯＣＯＳ）によるフィールド絶縁層２３が形成され、フィールド絶縁層２３に囲まれた他の領域に複数のＧＬＶ素子２７に共通する下部電極２４が形成され、この下部電極２４に空隙２５を介して対向する複数、本例では６本のビーム２６を組として複数組のビームが形成され、ライン状に複数のＧＬＶ素子２７が形成されたＧＬＶ素子部分２８を有して成る。フィールド絶縁層２３上には各ＧＬＶ素子２７のビーム２６を駆動制御するための信号を供給するための複数の信号伝達配線、いわゆる引出し配線２９が形成される。また、引出し配線２９上には下からシリコン酸化膜（膜厚２０ｎｍ程度）とシリコン窒化膜（膜厚１００ｎｍ程度）を積層した層間絶縁層３３が形成される。この層間絶縁層３３上にＧＬＶ素子部分２８を外部環境から隔離するように枠形状のシールメタル層３１を介して保護カバーとなるシールガラス３２が接合される。シールメタル層３１は、例えば下からＣｒ膜、Ｎｉ膜及びＡｕ膜の積層膜で形成され、シールガラス３２の接合下面に形成したＡｕ膜との間で接合される。一方、引出し配線２９では、そのシールガラス３２内の端部が層間絶縁層３３のコンタクト孔を介してＧＬＶ素子のビーム２６の上部電極（例えばＡｌ電極）に接続され、シールガラス３２の外の端部が層間絶縁層３３のコンタクト孔を介して信号入力端子３４に接続される。この信号入力端子３４はボンディングワイヤ２５を介してドライバーＩＣに接続される。
このＧＬＶデバイス２１では、ドライバーＩＣから引出し配線２９を通じて駆動信号がＧＬＶ素子２７の駆動ビーム２６に入力され、駆動される。

ところで、このようなＧＬＶデバイス２１においては、引出し配線２９とシールガラス３２のシールメタル層３１との間の層間絶縁層３３がシリコン酸化膜（膜厚２０ｎｍ程度）とシリコン窒化膜（膜厚１００ｎｍ程度）からなる薄い層で形成されるので、この間に生じる寄生容量がＧＬＶ素子２７を駆動させるための下部電極２４とビーム２６間の静電容量と比較して、約１０倍程度大きい値となっている。従って、ＧＬＶ素子２７を駆動するために、大信号を発生させるドライバー回路を使用する必要があった。

図１２は、ＧＬＶデバイス２１の等価回路を示す。この等価回路３７では、ドライバーＩＣの等価回路部３８から引出し配線２９を通じてＧＬＶ素子２７のビーム２６、したがって上部電極に接続される。Ｒ1 は引出し配線２９等の抵抗分である。引出し配線２９とシールメタル層３１との間には寄生容量Ｃ1 が形成される。この寄生容量Ｃ1 は２ｐＦ程度である。また、引出し配線２９と基板２２との間にも寄生容量Ｃ2 が形成されるが、寄生容量Ｃ2 は厚いフィールド絶縁層２３により無視できるほど小さい。一方、引出し配線２９はビーム２６の上部電極（例えばＡｌ電極）の抵抗分Ｒ2 を通じてビーム２６の上部電極に接続される。動作時、このビーム２６と下部電極２４間に静電容量Ｃ３が発生する。この静電容量Ｃ3 は１０ｆＦ程度である。従って、寄生容量Ｃ1 は静電容量Ｃ3 と比較して桁違いに大きいので、ＧＬＶ素子２７を駆動するためには大駆動能力のドライバーＩＣが必要となる。

このため、ドライバー回路の小型化、低消費電力化、ドライバー回路の発熱によるドライバー回路の動作不安定化、ドライバー回路を冷却するための強制式ヒートスプレッダ装置、及びこれに伴う部品コスト増加等の問題があった。従って、これらを解決するために、寄生容量を低減できるＧＬＶデバイスの開発が望まれていた。ＭＥＭＳデバイス、光学ＭＥＭＳデバイス、光変調デバイス等においても、同様の問題があり、寄生容量の低減が望まれていた。

本発明は、上述の点に鑑み、寄生容量の低減を図り、ドライバー回路の駆動能力の低減を可能にしたＭＥＭＳデバイスとその製造方法、光学ＭＥＭＳデバイス、光変調デバイス、ＧＬＶデバイス、及びこのＧＬＶデバイスを用いたレーザディスプレイを提供するものである。

本発明に係るＭＥＭＳデバイスは、基板上に電気信号により駆動制御されるビームが配置されたＭＥＭＳ素子を有し、ＭＥＭＳ素子を隔離する保護カバーが配置され、保護カバー内のＭＥＭＳ素子のビームと、保護カバー外の信号入力端子とを接続する信号伝達配線が形成され、保護カバーの接着用のシールメタル層と信号伝達配線との間に層間絶縁層が形成され、層間絶縁層がシールメタル層と信号伝達配線間の寄生容量を前記ＭＥＭＳ素子の駆動時の静電容量以下にする膜厚を有して形成されて成る。

本発明のＭＥＭＳデバイスでは、保護カバーの接着用のシールメタル層と信号伝達配線との間に、シールメタル層と信号伝達配線間の寄生容量をＭＥＭＳ素子の駆動時の静電容量以下にする膜厚を有する層間絶縁層が形成されるので、上記寄生容量が低減し、ＭＥＭＳデバイスを駆動する信号が小さくなり、ドライバー回路の駆動能力が低減される。

本発明に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法は、基板上の所要の領域上の選択的に信号伝達配線を形成する工程と、基板上の他の所要領域にＭＥＭＳ素子を形成する工程と、信号伝達配線上に形成された第１の絶縁膜上のシールメタル層が形成される領域に該第１の絶縁膜より厚い膜厚の第２の絶縁膜を形成し、第１及び第２の絶縁膜で層間絶縁層を形成する工程と、層間絶縁層上にシールメタル層を形成し、シールメタル層を介してＭＥＭＳ素子を隔離するための保護カバーを接合する工程を有する。

本発明のＭＥＭＳデバイスの製造方法では、第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成して第１２、第２の絶縁膜により厚い層間絶縁層を形成する工程を有するので、信号伝達配線とシールメタル層間の寄生容量を小さくし、駆動信号を小さくすることが可能なＭＥＭＳデバイスの製造ができる。

本発明に係る光学ＭＥＭＳデバイスは、基板上に電気信号により駆動制御されるビームが配置された光学ＭＥＭＳ素子を有し、光学ＭＥＭＳ素子を隔離する保護カバーが配置され、保護カバー内の光学ＭＥＭＳ素子のビームと、保護カバー外の信号入力端子とを接続する信号伝達配線が形成され、保護カバーの接着用のシールメタル層と信号伝達配線との間に層間絶縁層が形成され、層間絶縁層がシールメタル層と信号伝達配線間の寄生容量を光学ＭＥＭＳ素子の駆動時の静電容量以下にする膜厚を有して形成されて成る。

本発明の光学ＭＥＭＳデバイスでは、保護カバーの接着用のシールメタル層と信号伝達配線との間に、シールメタル層と信号伝達配線間の寄生容量を光学ＭＥＭＳ素子の駆動時の静電容量以下にする膜厚を有する層間絶縁層が形成されるので、上記寄生容量が低減し、光学ＭＥＭＳデバイスを駆動する信号を小さくでき、ドライバー回路の駆動能力が低減される。

本発明に係る光変調デバイスは、基板上に電気信号により駆動制御されるビームが配置された光学ＭＥＭＳ素子を有し、光学ＭＥＭＳ素子を隔離する保護カバーが配置され、保護カバー内の光学ＭＥＭＳ素子のビームと、保護カバー外の信号入力端子とを接続する信号伝達配線が形成され、保護カバーの接着用のシールメタル層と信号伝達配線との間に層間絶縁層が形成され、層間絶縁層がシールメタル層と信号伝達配線間の寄生容量を光学ＭＥＭＳ素子の駆動時の静電容量以下にする膜厚を有して形成されて成る。

本発明の光変調デバイスでは、保護カバーの接着用のシールメタル層と信号伝達配線との間に、シールメタル層と信号伝達配線間の寄生容量を光学ＭＥＭＳ素子の駆動時の静電容量以下にする膜厚を有する層間絶縁層が形成されるので、上記寄生容量が低減し、光変調デバイスを駆動する信号を小さくでき、ドライバー回路の駆動能力が低減される。

本発明に係るＧＬＶデバイスは、基板上に電気信号により駆動制御される固定ビームと駆動ビームが交互に配置されたＧＬＶ素子を有し、ＧＬＶ素子を隔離する保護カバーが配置され、保護カバー内のＧＬＶ素子のビームと、保護カバー外の信号入力端子とを接続する信号伝達配線が形成され、保護カバーの接着用のシールメタル層と信号伝達配線との間に層間絶縁層が形成され、層間絶縁層がシールメタル層と信号伝達配線間の寄生容量をＧＬＶ素子の駆動時の静電容量以下にする膜厚を有して形成されて成る。

本発明のＧＬＶデバイスでは、保護カバーの接着用のシールメタル層と信号伝達配線との間に、シールメタル層と信号伝達配線間の寄生容量をＧＬＶ素子の駆動時の静電容量以下にする膜厚を有する層間絶縁層が形成されるので、上記寄生容量が低減し、ＧＬＶデバイスを駆動する信号を小さくでき、ドライバー回路の駆動能力が低減される。

本発明に係るレーザディスプレイは、レーザ光源と、このレーザ光源から出射されたレーザ光の光軸上に配置され、レーザ光の光強度を変調するＧＬＶデバイスとを有するレーザディスプレイであって、ＧＬＶデバイスが、基板上に電気信号により駆動制御される固定ビームと駆動ビームが交互に配置されたＧＬＶ素子を有し、ＧＬＶ素子を隔離する保護カバーが配置され、保護カバー内のＧＬＶ素子のビームと、保護カバー外の信号入力端子とを接続する信号伝達配線が形成され、保護カバーの接着用のシールメタル層と信号伝達配線との間に層間絶縁層が形成され、層間絶縁層がシールメタル層と信号伝達配線間の寄生容量をＧＬＶ素子の駆動時の静電容量以下にする膜厚を有して形成されて成る。

本発明のレーザディスプレイでは、ＧＬＶデバイスにおいて、保護カバーの接着用のシールメタル層と信号伝達配線との間に、シールメタル層と信号伝達配線間の寄生容量をＧＬＶ素子の駆動時の静電容量以下にする膜厚を有する層間絶縁層が形成されるので、上記寄生容量が低減し、ＧＬＶデバイスを駆動する信号を小さくでき、ドライバー回路の駆動能力が低減される。従って、レーザディスプレイの消費電力の低減化が図れる。

本発明に係るＭＥＭＳデバイスによれば、信号伝達配線（引出し配線）とシールガラスのシールメタル層間に第１の絶縁膜に加えて第２の絶縁膜を形成し、厚くした層間絶縁層を形成することにより、信号伝達配線とシールメタル層間の寄生容量を低減することができる。これによって、ＭＥＭＳ素子のビームを駆動させるための信号を小さくすることができる。また、ドライバー回路面積を小さくし、従ってＭＥＭＳ素子を駆動させるためのドライバーＩＣを小型化し、且つ低消費電力化することができる。

信号伝達配線とシールガラスのシールメタル層間に厚い層間絶縁層を形成することにより、信号伝達配線とシールメタル層間の寄生容量を低減することができる。これによって、ＭＥＭＳ素子を従来以上に高速度で駆動することができる。例えば、ＭＥＭＳデバイスを光変調デバイス、例えばＧＬＶデバイスに適用した場合に従来以上に高精細な映像信号変換ができる。

表面に第１の絶縁膜が形成された信号伝達配線間に高密度プラズマＣＶＤによるシリコン酸化膜による第２の絶縁膜を形成することにより、信号伝達配線間の狭い空隙に第２の絶縁膜が埋め込まれ、段差の平坦化ができる。このため、シールメタル層のシードメタル材料とシールリング材料の密着性を向上させることができる。従って、外部環境に存在する水蒸気等がＭＥＭＳ素子を保護するシールガラス内に侵入することを極めて小さくすることができ、ＭＥＭＳ素子のビーム表面、したがった上部電極の腐食を防止することができる。よって、従来以上にＭＥＭＳデバイスの信頼性を向上させることができる。

第２の絶縁膜により、信号伝達配線の段差を平坦化出来るので、シールメタル層のシードメタル材料とシールリング材料の密着製造方法を向上することができる。このため、シールメタル層の接合時の熱処理を低温且つ短時間化することができる。このため、ＭＥＭＳ素子におけるビームの上部電極の変形を抑制することができ、従来以上に高光学特性を有する光学ＭＥＭＳデバイスを実現することができる。

本発明に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法によれば、信号伝達配線と保護カバーのシールメタル層間の寄生容量を低減し、ＭＥＭＳ素子を駆動するドライバー回路の駆動能力を低減させることができるＭＥＭＳデバイスを製造することができる。層間絶縁層となる第２の絶縁膜を形成することにより、各信号伝達配線間の狭い空間を埋めることができ、外部から水分等の侵入を防ぐことがでる。従って、信頼性の高いＭＥＭＳデバイスを製造することができる。また、第２の絶縁膜の表面が平坦化されるので保護カバーの接合を良好にする。本発明の製造方法を用いることにより、ＭＥＭＳ素子におけるビームの表面モフォロジーを劣化させることなく、即ちエッチングによる表面荒れを生じさせることなく、信号伝達配線上にある厚い層間絶縁層を形成することができる。これによって、例えば高光学特性を有するＭＥＭＳデバイスを小さい信号で駆動させることができる。

光学ＭＥＭＳデバイス、ＭＥＭＳ素子を用いた光変調デバイス、ＧＬＶデバイスにおいても、上述と同様の効果を奏するもので、信号伝達配線とシールメタル層間の寄生容量を低減し、ドライバー回路の駆動能力の低減化を図ることができる。

本発明に係るレーザディスプレイによれば、上記本発明のＧＬＶデバイスを備えることにより、消費電力の低下を図ることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明に係るＭＥＭＳデバイスの代表的な一実施の形態を示す。同図はＭＥＭＳデバイスの要部の拡大図である。本実施の形態に係るＭＥＭＳデバイス１０１は、基板１０２上にＭＥＭＳ素子１０３と、ＭＥＭＳ素子を構成するビーム１０５へ駆動制御のための信号を供給する信号伝達配線、いわゆる引出し配線１０６とが形成され、この引出し配線１０６上に層間絶縁層１０７が形成され、この層間絶縁層１０７上にＭＥＭＳ素子１０３を取り囲むように枠形状のシールメタル層１０８を介してＭＥＭＳ素子１０３を外部環境から隔離するための保護カバー１０９が接合されて成る。引出し配線１０６は、その保護カバー１０９内の端部がＭＥＭＳ素子１０３のビーム１０５を構成する上部電極に電気的に接続され、その保護カバー１０９外の端部が信号入力端子１１０に接続されるようになされる。信号入力端子１１０は、ボンディングワイヤ１１１を介してドライバーＩＣに接続される。そして、層間絶縁層１０７は、特にシールメタル層１０８と引出し配線１０６間で形成される寄生容量が、ＭＥＭＳ素子１０３の駆動時のビーム１０５と下部電極１１３間で形成される静電容量以下となるような膜厚に設定される。

本例では、基板としてシリコン半導体基板１０２を用い、この半導体基板１０２上の所要の領域に選択酸化（ＬＯＣＯＳ）によるフィールド絶縁層１２１が形成され、フィールド絶縁層１２１に囲まれた他の領域にＭＥＭＳ素子２７の下部電極１１３が形成される。下部電極１１３としては多結晶シリコン膜、Ａｌ膜等の導電材料で形成してもよく、半導体基板１０２内に所要の導電型の不純物を導入した不純物半導体領域で形成してもよい。この下部電極１１３に空隙１２２を介して対向するように例えば両持ち梁構造のビーム１０５が形成されてＭＥＭＳ素子２７が形成される。ビーム１０５は、ブリッジ状の絶縁膜、例えばシリコン窒化（ＳｉＮ）膜とその下部電極１１３と反対側の表面に積層した例えばＡｌ膜による上部電極とにより形成される。

一方、フィールド絶縁層１２１上には、導電材料例えば多結晶シリコン膜による引出し配線１０６が形成され、この引出し配線１０６上に第１の絶縁膜１２４が被覆される。引出し配線１０６の一端は第１の絶縁膜１２４のコンクト孔を介してビーム１０５の上部電極に接続され、他端が第１の絶縁膜１２４のコンタクト孔を介して信号入力端子１１０に接続される。第１の絶縁膜１２４は、例えば、引出し配線１０６表面の熱酸化による膜厚２０ｎｍ程度のシリコン酸化（ＳｉＯ_２）膜とその上の膜厚１００ｎｍ程度のシリコン窒化（ＳｉＮ）膜の２層膜で形成することができる。

そして、第１の絶縁膜１２４上のシールメタル層１０８が形成される領域上に第２の絶縁膜１２５が形成され、この第２の絶縁膜１２５上にシールメタル層１０８を介して保護カバーとなるシールガラス１０９が接合される。第２の絶縁膜１２５は、第１の絶縁膜１２４より膜厚が大きく設定され、例えば膜厚５００ｎｍ程度のシリコン酸化膜で形成することができる。この第１の絶縁膜１２４と第２の絶縁膜１２５により、層間絶縁層１０７が形成される。シールメタル層１０８は、前述と同様に下からＣｒ膜、Ｎｉ膜及びＡｕ膜の積層膜で形成される。シールガラス１０９も下面の接合面にＡｕ膜が形成され、このＡｕ膜とシールメタル層１０８のＡｕ膜との間で気密的に接合される。

ここで、シールガラス１０９の接合にシールメタル層１０８を用いる理由としては、次の点が挙げられる。例えば接着剤で接合したときには、溶剤でＭＥＭＳ素子１０３を汚す虞れ、あるいは脱ガスでビーム１０５のＡｌ電極を腐食する虞れ等が生じる。このため、ＭＥＭＳデバイスを高周波デバイスに使用した場合、ＭＥＭＳ素子１０３の動作に悪影響がでる。これに対して、脱ガスのないシールメタル層１０８を用いることにより、ビーム１０５のＡｌ電極を腐食させることなく、またビーム１０５を汚染させることがない。

ＭＥＭＳデバイス１０１の全体の構成は、図２に示すように前述と同様、モジュール基板（プリント配線基板）１３１上にＭＥＭＳ素子１０３が形成されたＭＥＭＳ素子部分１３２を有するＭＥＭＳチップ１３３と、ドライバーＩＣ１３５とが実装され、ＭＥＭＳ素子部分１３２を囲む枠形状のシールメタル層１０８を介して保護カバーとなるシールガラス１０９が接合される。ＭＥＭＳチップ１３３は、信号入力端子（いわゆるボンディングパッド）よりボンディングワイヤ１１１を介してドライバーＩＣ１３５に接続される。

次に、図４〜図８を用いて上述した本発明に係るＭＥＭＳデバイス１０１の製造方法の実施の形態を説明する。
本実施の形態においては、図４Ａ及びＡ′に示すように、シリコンの半導体基板５１上の所要の領域にフィールド絶縁層５２を形成し、フィールド絶縁層５２に囲まれた素子形成領域に下部電極５５を形成する。本例では下部電極５５を不純物拡散領域で形成する。フィールド絶縁層５２上には多結晶シリコン膜による引出し配線５６とその表面の表面酸化膜５９が形成される。下部電極５５上には絶縁膜５８が形成される。
さらに、下部電極５５上及び一部フィールド絶縁層５２上に跨るように犠牲層６０を形成する。犠牲層６０としては、本例では多結晶シリコン膜で形成する。引出し配線５６上、犠牲層６０を含む全面に絶縁膜６２、例えばシリコン窒化膜を堆積する。シリコン窒化膜６２とその下のシリコン酸化膜５９の２層膜で第１の絶縁膜６１が形成される。この第１の絶縁膜６１は、引出し配線（信号線）とシールメタル間の層間絶縁膜の一部になる。
この第１の絶縁膜６１上にシールメタル層と信号線間の寄生容量を低減するための所定の膜厚、即ち第１の絶縁膜６１より厚い第２の絶縁膜６３を形成する。この第２の絶縁膜６３は、例えば高密度プラズマＣＶＤ法等を用いて膜厚５００ｎｍ程度のシリコン酸化膜を堆積して形成することができる。高密度プラズマＣＶＤのシリコン酸化膜６３は、図１０に示すように、複数配列された各隣り合う引出し配線５６間の狭い隙間（ギャップ）、より詳しくは表面に第１の絶縁膜６１が形成されている引出し配線５６間の埋め込みと、段差の平坦化ができ表面が平坦化するようにして堆積する特性を有する。

次に、図４Ｂ及びＢ′に示すように、第２の絶縁膜６３を選択的エッチングによりパターニングして引出し配線５６上のシールメタル層が形成される部分、いわゆる保護カバーの装着部分にのみ枠形状の絶縁膜６３を残す。本例ではリソグラフィー法を用いてレジストマスクを形成し、このレジストマスクを介して希釈弗化水素酸溶液により上記絶縁膜であるシリコン酸化（ＳｉＯ_２）膜６３をウェットエッチングし、保護カバー装着部分以外の領域のシリコン酸化膜６３を除去する。この後、レジストマスクを剥離する。

次に、図５Ｃ及びＣ′に示すように、引出し配線５６上の第１の絶縁膜６１（シリコン酸化膜５９とシリコン窒化膜６２の積層膜）に引出し配線５６とビームの上部電極との接続に供されるコンタクトホール６５、及び引出し配線５６のワイヤボンディングパッド形成部にコンタクトホール６６を形成する。本例ではリソグラフィー法を用いて引出し配線部分のシリコン窒化膜６２上にコンタクトホール用のレジストマスクを形成すると共に、ドライエッチング法を用いてシリコン窒化膜６２及びシリコン酸化膜５９を選択エッチングしてコンタクトホール６５及び６６を形成する。

次に、コンタクトホール６５及び６６を含んでアルミニウム（Ａｌ）膜を成膜する。本例では膜厚１００ｎｍ程度のアルミニウム膜をスパッタ法で堆積する。このアルムニウム膜は、後述するように下層の引き出し配線５６に接続し且つビームの上部電極、及びワイヤボンディングパッド部となるものである。

そして、図５Ｄ及びＤ′に示すように、フォトリソグラフィー法にてアルミニウム膜の、コンタクトホール６５に繋がるＭＥＭＳ素子の上部電極となる部分上と、コンタクトホール６６に対応する部分上にレジストマスクを形成する。このレジストマスクを介してリン硝酸溶液を用いたウェットエッチング法でアルミニウム膜をパターニングして引き出し配線５６に接続する上部電極７０、及びワイヤボンディングパッド部７１を形成する。その後、レジストマスクを剥離する。

次に、図６Ｅ及びＥ′に示すように、各ビームの上部電極７０間に対応する部分のシリコン窒化膜６２を選択的にエッチング除去して、犠牲層６０が一部露出する溝７２を形成する。本例ではフォトリソグラフィー法を用いて溝状のレジストマスクを形成し、ドライエッチング法でシリコン窒化膜６２をエッチングして溝７２を形成する。

次に、図６Ｆ及びＦ′に示すように、シードメタルを形成するために枠形状の第２の絶縁膜６３上を除く全面にレジストマスク７３を形成する。次いで、図７Ｇ及びＧ′に示すように、絶縁膜６３及びレジストマスク７３を含む全面にシードメタル層７４を被着形成する。本例ではシードメタル膜７４を下から膜厚３０ｎｍのＧｒ膜と膜厚１０ｎｍのＮｉ膜と膜厚１６０ｎｍのＡｕ膜を順次蒸着してなる３層構造膜で形成する。

次に、図７Ｈ及びＨ′に示すように、レジストマスク７３とその上のシードメタル膜７４をリフトオフ法にて除去して絶縁膜６３上にのみシードメタル膜７４を形成する。本例では有機薬液を用いたリフトオフ法で絶縁膜６３上以外の領域のシードメタル膜７４及びレジストマスク７３を除去する。

次に、図８Ｉ及びＩ′に示すように、犠牲層６０を選択的に除去して表面が絶縁膜５３で覆われた下部電極５５に空隙７８を挟んで対向するビーム７６を形成する。このビーム７６は、シリコン窒化膜６２と上電極７０の２層膜でブリッジ状をなす両持ち梁構造に形成される。本例では弗化キセノンガスを用いたドライエッチング法で図６Ｅ及びＥ′で形成した溝７２から犠牲層の多結晶シリコン膜６０をエッチング除去し、空隙７８を挟んで下部電極５５と対向するビーム７６を形成する。

次に、図８Ｊ及びＪ′に示すように、シードメタル膜７４上にＡｕによるシールリング８０と保護カバーであるシールガラス７９を配置し、熱処理してシールガラス７９を接合する。本例では、シードメタル膜７４上にシールリング８０及びシールガラス７９をマウントし、３００℃程度の熱処理を行ってシードメタル膜７４とシールリング８０、並びにシールリング８０とシールガラス７９を溶着する。シードメタル膜７４とシールリング８０で前述のシールメタル層が構成される。その後、図示せざるも、ドライバーＩＣとＭＥＭＳ素子の入力端子間をワイヤボンディングし、シールガラス７９を除いて樹脂モールドする。これにより、目的のＭＥＭＳ素子が配置されたＭＥＭＳデバイス１０１得る。

本実施の形態のＭＥＭＳデバイス１０１は、光学ＭＥＭＳデバイスに適用することができる。例えば、ＭＥＭＳデバイス１０１は、ビーム１０５の上部電極を光反射膜として利用し、ビーム１０５の静電駆動の位置に応じて上部電極で反射する光の反射方向が異なることを利用し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。

本実施の形態のＭＥＭＳデバイス１０１は、光変調デバイスに適用することがきる。例えば光の反射を利用するときは、ビーム１０５を振動させて単位時間当たりの一方向の反射量で光強度を変調する。この光変調デバイスは、いわゆる時間変調である。
本ＭＥＭＳデバイス１０１は、光変調デバイスであるＧＬＶデバイスに適用することができる。このＧＬＶデバイスでは、光の回折を利用するもので、可動ビームの高さを変化させ、光の回折によって上部電極で反射するほかりの強度を変調する。この光変調デバイスは、いわゆる空間変調である。

本実施の形態のＭＥＭＳデバイス１０１は、高周波フィルタ等の共振器、高周波スイッチ等に適用することができる。

上述の本実施の形態に係るＭＥＭＳデバイス１０１によれば、信号伝達配線（引出し配線）とシールガラスのシールメタル層間に第１の絶縁膜に加えて第２の絶縁膜を形成し、厚くした層間絶縁層を形成することにより、信号伝達配線とシールメタル層間の寄生容量を低減することができる。これによって、ＭＥＭＳ素子のビームを駆動させるための信号を小さくすることができる。また、ドライバー回路面積を小さくし、従ってＭＥＭＳ素子を駆動させるためのドライバーＩＣを小型化し、且つ低消費電力化することができる。

信号伝達配線とシールガラスのシールメタル層間に厚い層間絶縁層を形成することにより、信号伝達配線とシールメタル層間の寄生容量を低減することができる。これによって、ＭＥＭＳ素子を従来以上に高速度で駆動することができる。本実施の形態のＭＥＭＳデバイスを光変調デバイス、例えばＧＬＶデバイスに適用した場合に従来以上に高精細な映像信号変換ができる。

本実施の形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法を用いることにより、ＭＥＭＳ素子におけるビームの表面モフォロジーを劣化させることなく、即ちエッチングによる表面荒れを生じさせることなく、信号伝達配線上にある厚い層間絶縁層を形成することができる。これによって、例えば高光学特性を有するＭＥＭＳデバイスを小さい信号で駆動させることができる。

本実施の形態に係るＭＥＭＳデバイス１０１をＧＬＶデバイスに適用するときは、図１の構成において、ＭＥＭＳ素子１０２の部分をＧＬＶ素子１４０に置き換えることにより構成される。この場合、ＧＬＶ素子１４０は、図３に示すように例えば６つのビーム１０５〔１０５1 、１０５2 、１０５3 、１０５4 、１０５5 、１０５6 〕を有し、一方の一つ置きの３つのビーム１０５1 、１０５3 、１０５5 を可動ビームとし、他方の一つ置きの３つのビーム１０５2 、１０５4 、１０５6 を固定ビームとし、３つの可動ビーム１０５1 、１０５3 、１０５5 を共通接続して引出し配線１０６ａを導出し、３つの固定ビーム１０５2 、１０５4 、１０５6 を共通接続して引出し配線１０６ｂを導出するように構成される。そして、前述の図１３で説明したと同様に、複数のＧＬＶ素子１４０が一ライン状に配列してＧＬＶ素子部分が構成される。

かかるＧＬＶデバイス素子１４０は、前述した図４〜図８の製造工程により製造することができる。
その他の光学ＭＥＭＳデバイス、光変調デバイス等も図４〜図８の製造工程により製造することができる。

図１０は、上述の本実施の形態のＭＥＭＳデバイスを適用して構成した光変調デバイスとしてのＧＬＶデバイスを用いた光学装置の一実施の形態を示す。本例ではレーザディスプレイに適用した場合である。
本実施の形態に係るレーザディスプレイ８１は、例えば、大型スクリーン用プロジェクタ、特にデジタル画像のプロジェクタとして、或いはコンピュータ画像投影装置として用いられる。

レーザディスプレイ１８１は、図１０に示すように、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色のレーザ光源１８２Ｒ，１８２Ｇ，１８２Ｂと、各レーザ光源に対して、それぞれ光軸上に順次、設けられたミラー１８４Ｒ，１８４Ｇ，１８４Ｂ、各色照明光学系（レンズ群）１８６Ｒ，１８６Ｇ，１８６Ｂ、及び光変調デバイスとして機能する前述した本発明によるＧＬＶデバイス１８８Ｒ，１８８Ｇ，１８８Ｂとを備えている。
レーザ光源１８２Ｒ，１８２Ｇ，１８２Ｂは、それぞれ例えば、Ｒ（波長６４２ｎｍ、光出力約３Ｗ）、Ｇ（波長５３２ｎｍ、光出力約２Ｗ）、Ｂ（波長４５７ｎｍ、光出力約１．５Ｗ）のレーザを射出する。

更に、レーザディスプレイ１８１は、ＧＬＶデバイス１８８Ｒ，１８８Ｇ，１８８Ｂによりそれぞれ光強度が変調された赤色（Ｒ）レーザ光、緑色（Ｇ）レーザ光、及び青色（Ｂ）レーザ光を合成する色合成フィルタ１９０、空間フィルタ１９２、ディフューザ１９４、ミラー１８６、ガルバノスキャナ１９８、投影光学系（レンズ群）２００、及びスクリーン２０２を備えている。色合成フィルタ１９０は、例えばダイクロイックミラーで構成される。

本実施の形態のレーザディスプレイ１８１は、レーザ光源１８２Ｒ，１８２Ｇ，１８２Ｂから射出されたＲＧＢ各レーザ光が、それぞれミラー１８４Ｒ，１８４Ｇ，１８４Ｂを経て各色照明光学系１８６Ｒ，１８６Ｇ，１８６Ｂから各ＧＬＶデバイス１８８Ｒ，１８８Ｇ，１８８Ｂに入射する。各レーザ光は、色分類された画像信号であり、ＧＬＶデバイス１８８Ｒ，１８８Ｇ，１８８Ｂに同期入力されるようになっている。
更に、各レーザ光は、ＧＬＶデバイス１８８Ｒ，１８８Ｇ，１８８Ｂによって回折されることにより空間変調され、これら３色の回折光が色合成フィルタ１９０によって合成され、続いて空間フィルタ１９２によって信号成分のみが取り出される。
次いで、このＲＧＢの画像信号は、ディフューザ１８４によってレーザスペックルが提言され、ミラー１９６を経て、投影光学系２００入射され、画像信号と同期するガルバノスキャナ１９８により空間に展開されスクリーン２０２上にフルカラー画像として投影される。

本実施の形態のレーザディスプレイ１８１では、光変調デバイスとして前述した本発明によるＧＬＶデバイス１８８Ｒ，１８８Ｇ，１８８Ｂを備えるので、ダークレベルの均一性が得られ、従来の光変調デバイスを用いたレーザディスプレイに比べて、品質が向上する。

本実施の形態のレーザディスプレイ１８１では、各色のレーザ光源１８２に対応して、ＧＬＶデバイス１８８Ｒ，１８８Ｇ，１８８Ｂを備えているが、本発明に係るＧＬＶデバイスは、これ以外の構成を有する各種のディスプレイについても適用可能である。
例えば、光源を白色とする一方で、ＲＧＢそれぞれの波長の光のみを反射して（それ以外の光は回折する）各色を表示するようにビームの幅が異なる光変調デバイス１８８Ｒ，１８８Ｇ，１８８Ｂが１画素を構成するようにしてもよい。
また、ＲＧＢの画像データからなる画像情報に同期したカラーホイールを通してＧＬＶデバイス１８８に、単一の光源からの白色光を入射させるようにすることもできる。
更に、例えば、単一のＧＬＶデバイス１８８を用いて、ＲＧＢのＬＥＤ（発光ダイオード）からの光を回折し、画素毎の色の情報を再生するように構成すれば、簡単なハンディタイプのカラーディスプレイとなる。

また、本発明に係るＧＬＶデバイスは、本実施の形態のレーザディスプレイのようなプロジェクタ類だけでなく、光通信におけるＷＤＭ（ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｐｌｅｘｉｎｇ：波長多重）電送用の各種デバイス、ＭＵＸ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ：パラレルーシリアル変換器／分配化装置）、あるいはＯＡＤＭ（ＯｐｔｉｃａｌＡｄｄ／ＤｒｏｐＭｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）、ＯＸＣ（ＯｐｔｉｃａｌＣｒｏｓｓＣｏｎｎｅｃｔ）等の光スイッチとして用いることもできる。
更に、例えばデジタル画像等を直画できる微細描画装置、半導体露光装置や、プリンタエンジンなど、その他の光学装置にも適用できる。

また、本実施の形態のレーザディスプレイ１８１では、ＧＬＶデバイス１８８Ｒ，１８８Ｇ，１８８Ｂを用いて空間変調を行うレーザディスプレイについて説明したが、本発明に係るＧＬＶデバイスは、位相、光強度などの干渉・回折により変調可能な情報のスイッチングを行うことができ、これらを利用した光学装置に応用することが可能である。

本発明に係るＭＥＭＳデバイスの一実施の形態を示す要部を示す断面図である。本発明に係るＭＥＭＳデバイスの一実施の形態を示す全体を示す概略分解斜視図である。本発明に係るＧＬＶデバイスの一実施の形態に用いるＧＬＶ素子部分の概略平面図である。Ａ，Ａ′〜Ｂ，Ｂ′ 本発明に係るＭＥＭＳデバイス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。Ｃ，Ｃ′〜Ｄ，Ｄ′ 本発明に係るＭＥＭＳデバイス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。Ｅ，Ｅ′〜Ｆ，Ｆ′ 本発明に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その３）である。Ｇ，Ｇ′〜Ｈ，Ｈ′ 本発明に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その４）である。Ｉ，Ｉ′〜Ｊ，Ｊ′ 本発明に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その５）である。本発明に係る層間絶縁層の配線間に埋め込まれた状態の断面図である。本発明に係るレーザディスプレイの一実施の形態を示す構成図である。比較例のＧＬＶデバイスの要部の断面図である。ＭＥＭＳデバイスの等価回路図である。ＧＬＶデバイスの全体を示す概略分解斜視図である。Ａ及びＢＧＬＶ素子の概略斜視図及び断面図である。

符号の説明

１０１・・ＭＥＭデバイス、１０２・・基板、１０３・・ＭＥＭＳ素子、１０５・・ビーム、１０６・・信号伝達配線（引出し配線）、１０７・・層間絶縁層、１０８・・シールメタル層、１０９・・保護カバー、１１０・・信号入力端子、１１１・・ボンディングワイヤ、１１３・・下部電極、１２４・・第１の絶縁膜、１２５・・第２の絶縁膜

Claims

基板上に電気信号により駆動制御されるビームが配置されたＭＥＭＳ素子を有し、
前記ＭＥＭＳ素子を隔離する保護カバーが配置され、
前記保護カバー内の前記ＭＥＭＳ素子のビームと、前記保護カバー外の信号入力端子とを接続する信号伝達配線が形成され、
前記保護カバーの接着用のシールメタル層と前記信号伝達配線との間に層間絶縁層が形成され、
前記層間絶縁層が、前記シールメタル層と信号伝達配線間の寄生容量を前記ＭＥＭＳ素子の駆動時の静電容量以下にする膜厚を有して形成されて成る
ことを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
前記層間絶縁層が、前記信号伝達配線と前記ビームの上部電極及び前記信号入力端子との接続用のコンタクトホールを有する第１の絶縁膜と、該第１の絶縁膜より膜厚の大きい第２の絶縁膜から成る
ことを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳデバイス。
基板上の所要の領域上の選択的に信号伝達配線を形成する工程と、
前記基板上の他の所要領域にＭＥＭＳ素子を形成する工程と、
前記信号伝達配線上に形成された第１の絶縁膜上のシールメタル層が形成される領域に該第１の絶縁膜より厚い膜厚の第２の絶縁膜を形成し、第１及び第２の絶縁膜で層間絶縁層を形成する工程と、
前記層間絶縁層上にシールメタル層を形成し、シールメタル層を介して前記ＭＥＭＳ素子を隔離するための保護カバーを接合する工程を有する
ことを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
前記信号伝達配線上の第１の絶縁膜上に、複数配列された隣合う信号伝達配線間を埋め込み、且つ表面が平坦化されるように、高密度プラズマＣＶＤ法による前記第２の絶縁膜を形成する
ことを特徴とする請求項３記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
基板上に電気信号により駆動制御されるビームが配置された光学ＭＥＭＳ素子を有し、
前記光学ＭＥＭＳ素子を隔離する保護カバーが配置され、
前記保護カバー内の前記光学ＭＥＭＳ素子のビームと、前記保護カバー外の信号入力端子とを接続する信号伝達配線が形成され、
前記保護カバーの接着用のシールメタル層と前記信号伝達配線との間に層間絶縁層が形成され、
前記層間絶縁層が、前記シールメタル層と信号伝達配線間の寄生容量を前記光学ＭＥＭＳ素子の駆動時の静電容量以下にする膜厚を有して形成されて成る
ことを特徴とする光学ＭＥＭＳデバイス。
前記層間絶縁層が、前記信号伝達配線と前記ビームの上部電極及び前記信号入力端子との接続用のコンタクトホールを有する第１の絶縁膜と、該第１の絶縁膜より膜厚の大きい第２の絶縁膜から成る
ことを特徴とする請求項５記載の光学ＭＥＭＳデバイス。
基板上に電気信号により駆動制御されるビームが配置された光学ＭＥＭＳ素子を有し、
前記光学ＭＥＭＳ素子を隔離する保護カバーが配置され、
前記保護カバー内の前記光学ＭＥＭＳ素子のビームと、前記保護カバー外の信号入力端子とを接続する信号伝達配線が形成され、
前記保護カバーの接着用のシールメタル層と前記信号伝達配線との間に層間絶縁層が形成され、
前記層間絶縁層が、前記シールメタル層と信号伝達配線間の寄生容量を前記光学ＭＥＭＳ素子の駆動時の静電容量以下にする膜厚を有して形成されて成る
ことを特徴とする光変調デバイス。
前記層間絶縁層が、前記信号伝達配線と前記ビームの上部電極及び前記信号入力端子との接続用のコンタクトホールを有する第１の絶縁膜と、該第１の絶縁膜より膜厚の大きい第２の絶縁膜から成る
ことを特徴とする請求項７記載の光変調デバイス。
基板上に電気信号により駆動制御される固定ビームと駆動ビームが交互に配置されたＧＬＶ素子を有し、
前記ＧＬＶ素子を隔離する保護カバーが配置され、
前記保護カバー内の前記ＧＬＶ素子のビームと、前記保護カバー外の信号入力端子とを接続する信号伝達配線が形成され、
前記保護カバーの接着用のシールメタル層と前記信号伝達配線との間に層間絶縁層が形成され、
前記層間絶縁層が、前記シールメタル層と信号伝達配線間の寄生容量を前記光学ＭＥＭＳ素子の駆動時の静電容量以下にする膜厚を有して形成されて成る
ことを特徴とするＧＬＶデバイス。
前記層間絶縁層が、前記信号伝達配線と前記ビームの上部電極及び前記信号入力端子との接続用のコンタクトホールを有する第１の絶縁膜と、該第１の絶縁膜より膜厚の大きい第２の絶縁膜から成る
ことを特徴とする請求項９記載のＧＬＶデバイス。
レーザ光源と、該レーザ光源から出射されたレーザ光の光軸上に配置され、レーザ光の光強度を変調するＧＬＶデバイスとを有するレーザディスプレイであって、
前記ＧＬＶデバイスが、
基板上に電気信号により駆動制御される固定ビームと駆動ビームが交互に配置されたＧＬＶ素子を有し、
前記ＧＬＶ素子を隔離する保護カバーが配置され、
前記保護カバー内の前記ＧＬＶ素子のビームと、前記保護カバー外の信号入力端子とを接続する信号伝達配線が形成され、
前記保護カバーの接着用のシールメタル層と前記信号伝達配線との間に層間絶縁層が形成され、
前記層間絶縁層が、前記シールメタル層と信号伝達配線間の寄生容量を前記ＧＬＶ素子の駆動時の静電容量以下にする膜厚を有して形成されて成る
ことを特徴とするレーザディスプレイ。