JP2006503717A - 微小電気機械装置を製造するための方法及びこの方法により得られる微小電気機械装置 - Google Patents

Abstract

この発明は、微小電気機械装置（１０）を製造するための方法であって、第一の電極（２Ａ）が内部に形成される第一の導電層（２）と、第一の材料の第一の電気絶縁層（３）と、第一の材料とは異なる第二の材料の第二の電気絶縁層（４）と、第二の電極（５Ａ）が内部において第一の電極（２Ａ）と対向して横たわるように形成され、第一の電極（２Ａ）と第一の絶縁層（３）と共に装置（１０）を形成する第二の導電層（５）とが基板（１）上に連続して堆積され、第二の導電層（５）が堆積された後に第二の導電層（５）の材料に対して選択的なエッチング剤により第二の絶縁層（４）が除去される方法に関する。この発明によれば、第一の材料及び第二の材料のために、互いに対してのみ選択的にエッチングされるような材料が選ばれ、そして、第二の絶縁層（４）を堆積する前に、第一の材料に対して選択的にエッチングされるさらなる材料のさらなる層（６）が第一の絶縁層（３）の上面に堆積される。このようにして、窒化シリコン及び酸化シリコンが絶縁層（３，４）に適用でき、従って、この発明の方法は現行ＩＣプロセスに良く適合する。第二の絶縁層（４）はエッチングにより部分的に除去されると好ましく、さらなる層（６）がエッチングにより完全に除去され、そして、最後に、第二の絶縁層（４）がエッチングにより完全に除去される。

Description

この発明は、微小電気機械装置を製造するための方法であって、第一の電極が内部に形成される第一の導電層と、第一の材料の第一の電気絶縁層と、前記第一の材料とは異なる第二の材料の第二の電気絶縁層と、第二の電極が内部において前記第一の電極と対向して横たわるように形成され、前記第一の電極と前記第一の絶縁層と共に前記装置を形成する第二の導電層とが基板上に連続して堆積され、前記第二の導電層が堆積された後に前記第二の導電層の材料に対して選択的なエッチング剤により前記第二の絶縁層が除去される方法に関する。このような方法により、チューナブル・キャパシタ又は電子スイッチのような電子装置が簡単に製造できる。この方法により製造されるシステムの損失がより少なくなるので、この方法は無線周波数（ＲＦ）で用いられるシステムの製造に特に適する。このシステム及び方法はＭＥＭ（Ｓ）（電気機械（システム））とも呼ばれる。

冒頭に定められた種類の方法は、ワシントンＤ．Ｃ．で２００１年１２月３日より５日まで開催されたＩＥＤＭ（ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｍｅｅｔｉｎｇ）の議事録の９２１頁から９２４頁において発行されたＨ．Ａ．Ｃ．Ｔｉｌｍａｎｓ ｅｔ ａｌ．による“Ｗａｆｅｒ−ｌｅｖｅｌ ｐａｃｋａｇｅｄ ＲＦ ＭＥＭＳ ｓｗｉｔｃｈｅｓ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｉｎ ａ ＣＭＯＳ ｆａｂ”という題の刊行物により知られている。ＣＭＯＳ ｆａｂ（Ｃｏｍｐｌｉｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆａｃｔｏｒｙ）は、ここでは（また）、所謂、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）が作られる工場を意味している。この既知の方法では、第一の誘電体、この場合、タンタル酸化物により覆われるサブ電極が形成される金属層により基板が覆われる。その上にフォトレジストにより第二の誘電体が堆積される。この上に上部電極を形成する第二の金属層が堆積され、その後、上部電極層及び第一の誘電体が影響を受けずに、酸素プラズマによりフォトレジストが除去される。

この既知の方法の問題は、フォトレジストにより、特に、上部金属層に対するプロセス許容差が狭くなることである。例えば、この金属層は高温で堆積させることができず、何故ならば、フォトレジストのようなポリマー層は２００から３００°Ｃを越える温度で流出且つ又は脱ガスに向かう傾向があるためである。さらには、この種のフォトレジスト層は多くの通常のＩＣプロセスにおいて標準の構造物層を形成しない。

この発明の目的は、冒頭に定められた種類の方法であって、上記問題が全く無く又はより少なく、そして、プロセス許容差のみならず、現行ＩＣプロセスに非常に良く合う方法を提供することを目的としている。

この目的のために、冒頭に定められた種類の方法は、前記第一の材料及び前記第二の材料のために、互いに対してのみ選択的にエッチングされるような材料が選ばれ、そして、前記第一の絶縁層の上面に前記第二の絶縁層を堆積するために、前記第一の材料に対して選択的にエッチングされるさらなる材料のさらなる層が堆積されることを特徴とする。前記第二の絶縁層が前記第一の絶縁層に対して選択的にエッチングされるという条件を止めることにより、前記絶縁層に二つの無機質材料、特に、窒化シリコン及び酸化シリコンを選ぶことが可能になるという驚くべき認識に立っている。この種の材料はＩＣプロセスにおける通例の高温において、何があっても、流出せず且つガスを放出しない。さらに、これらの材料はＩＣプロセスにおいて良く使われているものである。さらに、この発明は、それらの材料のように、互いに選択的に除去できることがほとんどないという欠点が、前記第一の絶縁層に対して選択的にエッチングされるさらなる層をこれら二層間に挿入することにより回避できるという認識を基にしている。

さらに、前記第二の絶縁層の材料は、この層を前記さらなる層に対して選択的にエッチングできる材料から選ぶのが好ましい。このようにして、上記のように、前記第二の絶縁層及び前記さらなる層の両者を、前記第一の絶縁層を除去することなしに、続けて除去することができる。

この発明の方法の好ましい実施形態では、前記第二の絶縁層は最初に部分的に除去され、そして、好ましくは、前記さらなる層まで前記さらなる層に対して選択的に除去され、前記さらなる層が除去され、そして、その後に、前記第二の絶縁層が全体的に除去される。最初に、前記第二の絶縁層が（その大半が）除去される前に、前記さらなる層を除去することにより、前記さらなる層が、横方向のみではなく、その表面全体を実質的に覆うエッチング剤に晒されるようになり、このエッチング剤がこの層を除去するためのエッチング剤である。従って、このエッチング剤は、もはや、前記第一の絶縁層に対して選択的である必要がなくなり、又は、ほとんど選択的でなくなる。これは何故ならば、前記第二の絶縁層のエッチングがここでは非常に速くなっているからである。これにより、前記エッチング剤が前記第一の絶縁層に対して選択的ではなく、又は、限定的にのみ選択的であっても、前記第一の絶縁層がエッチング剤に晒される時間が非常に短くなり、そして、前記エッチング剤による腐食が非常に少なくなる。

効果的な変形例では、前記さらなる材料及び前記導電層の前記材料のために同じ材料が選ばれ、そして、前記さらなる層を除去するために、前記さらなる層を前記エッチング剤からマスクするマスク層により前記第二の導電層が覆われる。その結果、材料の数が、既に述べた酸化シリコン及び窒化シリコンに加え、ＩＣプロセスにおいて頻繁に用いられるアルミニウム等の、ＩＣプロセスにおけるほとんどの現在の材料に限定することができる。フォトレジストをマスク層として用いることができ、フォトレジストはフォトリソグラフィにより簡単に所望のパターンとすることができる。構造物層として用いるのとは異なり、そのように、また、ここで述べた目的のために、フォトレジストを用いることはＩＣプロセスにおいては全く当然のことである。

既に明らかなように、前記第一の材料のために窒化シリコンが選ばれ、そして、前記第二の材料のために（二）酸化シリコンが選ばれると好ましい。これら材料のためのエッチング剤として、ほとんど選択的ではないＮＨ_４Ｆ及びＨＦの水溶液が用いられると好ましい。前記導電層及び前記さらなる層にアルミニウムが用いられると好ましく、これも既に記述している。この材料は、燐酸、酢酸、そして、硫酸の混合物を基にしたエッチング剤により、窒化シリコンに対して簡単に選択的に除去することができる。

前記第一の導電層及び前記第二の導電層の両者は二組の複数分断部分から形成され、前記第二の導電層の前記複数分断部分は前記第一の導電層の前記複数分断部分の上部に形成されると好ましい。前記装置の上部電極を形成する前記第二の導電層の前記部分の下部に位置する前記第一の導電層の前記部分は前記第一の絶縁層内のその部位に必要な開口を設けるためのエッチング停止層として機能する。前記装置の下部電極上に位置する前記第二の導電層の他の部分は、前記下部電極のアクセスが簡単でオーミック接続されにくい領域として機能する。

さらに効果的な変形例では、上記すべての層がＣＶＤ又はスパッタリングにより堆積される。これらはＩＣ製造、特に、その最終工程で、よく用いられている技術であり、何故ならば、それらは比較的低温で行えるからである。

この発明は、さらに、この発明の方法を採用した電子装置を製造するための方法に関する。

この発明は、さらに、この発明の方法を採用して得られた微小電気機械装置に関する。この装置はチューナブル・キャパシタであると好ましい。電圧を印加することにより、前記上部電極が前記下部電極方向に曲げられて両電極により形成される容量が連続的に増加する。前記第一の絶縁層が存在するために、短絡が避けられる。さらに、前記上部電極が前記下部電極と平行となる低容量と、電圧により、前記上部電極が前記絶縁層に対して押される高容量との間で簡単に容量を切り替えることができる。

最後に、この発明は、この発明の方法を採用して得られた微小電気機械装置を備えた電子装置に関する。

この発明された技術は現行ＩＣ技術と非常に良く適合するので、この発明の方法により製造された装置を、非常に簡単な方法でＩＣと集積化することができる。この装置はディスクリート素子として、又は、非常に少数の他の（半導体）素子と共に製造できることは言うまでもない。

この発明が幾つかの実施形態の例と添付図面を参照して説明される。

各図は実際のスケール通りには描かれてはおらず、ある寸法、例えば、厚み方向の寸法は、明瞭にするために、比率に無関係に示されている。同様な領域又は素子部分は異なる図面においてできるだけ同様な参照符号が付与されている。

図１乃至図９は、この発明の方法の実施形態による連続した製造工程における微小電気機械装置の厚み方向に垂直な概略的な横断面を示す図である。高オーミックシリコン基板１，例えば、少なくとも５Ωの固有抵抗とＩＣ技術における通常の寸法とを備えたものが想定されている（図１参照）。熱シリコン酸化により、二酸化シリコンの０．５μｍ厚みの層１１が、最初に、この基板上に形成される。そして、この層がアルミニウムの０．５μｍ厚みの層２により覆われる。この層２は、フォトリソグラフィ及びエッチングにより二つの部分２Ａ，２Ｂに分割される。続いて、窒化シリコンの０．５ｍｍ厚みの層３が、例えば、スパッタリングにより堆積される。

そして（図２参照）、０．５ｍｍ厚みのアルミニウム層６が窒化層３上にスパッタされ、そして、フォトリソグラフィ及びエッチングにより正確なパターンに形成される。これは、例えば、スパッタリングにより堆積される二酸化シリコンの０．５ｍｍ厚みの層４により覆われる。

フォトリソグラフィ及びエッチングにより絶縁層３，４内に部分的に開口が形成される（図３参照）。そこで、アルミニウム層２がエッチング停止層として機能する。そして、スパッタリングにより、アルミニウムの５ｍｍ厚みの層５が装置１０表面全体に堆積される。この層５は（図４参照）フォトリソグラフィ及びエッチングにより二つの部分５Ａ，５Ｂに分割され、それらの部分は第一の導電層２の部分２Ａ，２Ｂの各々の上部に位置する。導電層５の部分５Ａは、窒化シリコン層３により覆われている導電層２の部分２Ａと共に製造すべき装置１０を形成する。層６は，これもアルミニウムにより作られるが、部分５Ａ，５Ｂとは接触しない。

続いて、この例では（図５参照）、フォトレジストのマスク層７が第二の導電層５上に堆積され、フォトリソグラフィにより、パターン形状とされる。そして（図６参照）、マスク層７内の開口から、この場合、ＮＨ_４Ｆ及びＨＦの水溶液であるエッチング剤で、さらなるアルミニウム層６まで二酸化シリコン層４が部分的に除去される。

この発明の方法では、さらに（図７参照）、燐酸、酢酸、そして、硫酸を含むエッチング剤により、摂氏３０度の温度で、第一の絶縁層３，そして、ここでは、さらに、第二の絶縁層４に対して選択的にさらなる層６が除去される。これにより、装置１０内にスロットのような開口が設けられ、このスロットにより、第二の絶縁層４下部の大部分が露出される。この層４は、ＮＨ_４Ｆ及びＨＦを基にしたエッチング剤によるエッチングにより除去可能である（図８参照）。絶縁層４を露出させることにより、このエッチングは非常に迅速に行え、従って、窒化シリコンの絶縁層３が感知できるほどには腐食しない。これは、絶縁層３の材料、ここでは、窒化シリコンは、ＮＨ_４Ｆ及びＨＦを基にしたエッチング剤により腐食するという事実にも関わらずそうである。

従って（図９参照）、マスク層７が除去された後、装置１０を、例えば、ソーイングにより個々に分割することができ、また、最終的な実装且つ又は包装することができる段階となる。導電層５の部分５Ａ，５Ｂは電気的接続領域として機能、又は、この装置と共に用いられた場合は、そのように機能することができる。この例で製造された装置１０は、特に、（ディスクリートである無しに関わらず）チューナブル・キャパシタとして機能することができる。同様に、装置１０は、高容量状態と低容量状態との間で簡単に切り替えることができ、これにより短絡も起きない。これは、この発明の方法とＩＣ分野では通例の製造プロセスとの適合性が非常に良いということにもよっている。この例で製造されたキャパシタ１０の全体寸法は５００μｍｘ５００μｍである。

この発明は記載された実施形態の例に限定されるものではなく、何故ならば、この発明の範疇において、当業者にとっては非常に多くの変形、変更が可能だからである。例えば、異なる配置且つ又は異なる寸法により装置を製造することができる。Ｓｉ基板に代わりに、ガラス、セラミック又はプラスティック基板を用いることもできる。また、金属基板も考えられる。さらに、この装置は、ダイオード且つ又はトランジスタそして抵抗且つ又はキャパシタ等の活性又は非活性半導体素子又は電子素子をＩＣの形態に関わらず備えることができる。従って、製造が効果的に適用できることは明らかである。

この発明の方法の実施形態による製造工程における微小電気機械装置の厚み方向に垂直な概略的な横断面を示す図である。 この発明の方法の実施形態による製造工程における微小電気機械装置の厚み方向に垂直な概略的な横断面を示す図である。 この発明の方法の実施形態による製造工程における微小電気機械装置の厚み方向に垂直な概略的な横断面を示す図である。 この発明の方法の実施形態による製造工程における微小電気機械装置の厚み方向に垂直な概略的な横断面を示す図である。 この発明の方法の実施形態による製造工程における微小電気機械装置の厚み方向に垂直な概略的な横断面を示す図である。 この発明の方法の実施形態による製造工程における微小電気機械装置の厚み方向に垂直な概略的な横断面を示す図である。 この発明の方法の実施形態による製造工程における微小電気機械装置の厚み方向に垂直な概略的な横断面を示す図である。 この発明の方法の実施形態による製造工程における微小電気機械装置の厚み方向に垂直な概略的な横断面を示す図である。 この発明の方法の実施形態による製造工程における微小電気機械装置の厚み方向に垂直な概略的な横断面を示す図である。

Claims (14)

1. 微小電気機械装置を製造するための方法であって、第一の電極が内部に形成される第一の導電層と、第一の材料の第一の電気絶縁層と、前記第一の材料とは異なる第二の材料の第二の電気絶縁層と、第二の電極が内部において前記第一の電極と対向して横たわるように形成され、前記第一の電極と前記第一の絶縁層と共に前記装置を形成する第二の導電層とが基板上に連続して堆積され、前記第二の導電層が堆積された後に前記第二の導電層の材料に対して選択的なエッチング剤により前記第二の絶縁層が除去され、
   前記第一の材料及び前記第二の材料のために、互いに対してのみ選択的にエッチングされるような材料が選ばれ、そして、前記第一の絶縁層の上面に前記第二の絶縁層を堆積するために、前記第一の材料に対して選択的にエッチングされるさらなる材料のさらなる層が堆積されることを特徴とする方法。
2. 前記さらなる層の前記さらなる材料は、前記第二の絶縁層が前記さらなる層に対して選択的にエッチングされるように選ばれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記第二の絶縁層は最初に部分的に除去され、そして、好ましくは、前記さらなる層まで前記さらなる層に対して選択的に除去され、そして、前記第一の絶縁層に対して前記さらなる層が選択的に除去され、その後に、前記第二の絶縁層が全体的に除去されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記さらなる層の前記さらなる材料及び前記導電層の前記材料のために同じ材料が選ばれ、そして、前記さらなる層を除去するために、前記さらなる層のエッチング剤のためのマスク層により前記第二の導電層が覆われることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記第一の材料のために窒化シリコンが選ばれ、そして、前記第二の材料のために酸化シリコンが選ばれることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の方法。
6. 前記第二の絶縁層を除去するためのエッチング剤として、フッ化アンモニウム（ＮＨ_４Ｆ）及びフッ化窒素（ＨＦ）の水溶液が選ばれることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記導電層及び前記さらなる層はアルミニウムより作られることを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の方法。
8. 前記さらなる層のためのエッチング剤として燐酸、酢酸、そして、硫酸の混合物が選ばれることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記第一の導電層及び前記第二の導電層の両者は二組の複数分断部分から形成され、前記第二の導電層の前記複数分断部分は前記第一の導電層の前記複数分断部分の上部に形成されることを特徴とする請求項１乃至８いずれかに記載の方法。
10. すべての層がＣＶＤ又はスパッタリングにより堆積されることを特徴とする請求項１乃至９いずれかに記載の方法。
11. 請求項１乃至１０いずれかに記載の方法を採用した電子装置を製造するための方法。
12. 請求項１乃至１０いずれかに記載の方法を採用して得られた微小電気機械装置。
13. チューナブル・キャパシタを備えた請求項１２に記載の微小電気機械装置。
14. 請求項１２又は１３に記載の微小電気機械装置を備えた電子装置。

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