JP2007069341A - Method of manufacturing micro electromechanical system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a cantilever-type and other cubic structures in a simple way while using thin films formed on an insulated surface, and manufacturing micro electromechanical systems, based on said method. <P>SOLUTION: When etching is carried out through a mask whose thickness is partially different, a portion with a thin mask is etched first, so that it is possible to obtain a cubic structure having a form meeting the film thickness. When a cantilever is taken up as an example, a sacrificial layer 101 and a structural layer that performs the function of a cantilever are formed on an insulation substrate 100, and on these layers a mask 103 with different thickness is formed. When etching is implemented subsequently, the portion with a thin mask is etched first, and eventually a structural layer matching the mask thickness is constituted. Finally when the sacrificial layer is removed, a cantilever with partially different thickness can be obtained. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、絶縁基板上に形成された微小電気機械式装置の作製方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a microelectromechanical device formed over an insulating substrate.

近年、MEMS(Micro Electro Mechanical System)と呼ばれる微小機械システムの研究が盛んに進められている。MEMSは、微小電気機械システムの略称であり、単にマイクロマシンと呼ばれることもある。マイクロマシンとは、一般的には、半導体微細加工技術を用いて「立体構造を有し可動する微小構造体」および「半導体素子を有する電子回路」を集積化した微細デバイスを指す。上記微小構造体は半導体素子と異なり、構造が立体的で可動部を有する。 In recent years, research on micromechanical systems called MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) has been actively promoted. MEMS is an abbreviation for a microelectromechanical system, and is sometimes simply called a micromachine. A micromachine generally refers to a microdevice in which “a microstructure having a three-dimensional structure and a movable microstructure” and “an electronic circuit having a semiconductor element” are integrated using a semiconductor microfabrication technique. Unlike the semiconductor element, the microstructure has a three-dimensional structure and has a movable portion.

このようなマイクロマシンの一つにカンチレバーがある。カンチレバーは、エアギャップ型圧電薄膜共振素子として利用される(特許文献1参照)。 One such micromachine is the cantilever. The cantilever is used as an air gap type piezoelectric thin film resonant element (see Patent Document 1).

特許文献1には、カンチレバー型FBRA(Film Bulk Acoustic Resonator)をより単純化した工程を用いて製造する方法を提供するため、犠牲層をエッチングしてエアギャップを形成し、下部電極は、支持部と犠牲層に当接する突出部によって構成され、支持部と突出部はカンチレバー状に連結されることが記載されている。 Patent Document 1 provides a method for manufacturing a cantilever type FBRA (Film Bulk Acoustic Resonator) using a more simplified process. Therefore, the sacrificial layer is etched to form an air gap. It is described that the supporting portion and the protruding portion are connected in a cantilever shape.

また表示部を有する半導体装置において、回折格子パターン或いは半透膜からなる光強度低減機能を有する補助パターンを設置したフォトマスク或いはレチクルをゲート電極形成用フォトリソグラフィー工程に適用することが知られている(例えば、特許文献2参照)。 In a semiconductor device having a display portion, it is known that a photomask or a reticle provided with an auxiliary pattern having a light intensity reducing function made of a diffraction grating pattern or a semi-transmissive film is applied to a photolithography process for forming a gate electrode. (For example, refer to Patent Document 2).

特許文献2によると、回折格子パターン或いは半透膜から成る光強度低減機能を有する補助パターンを用いて、回路毎にLDD(Lightly Doped Drain)構造、GOLD(Gate−drain Overlapped LDD)構造、及びシングルドレイン構造のトランジスタを簡単に形成することができると記載されている。
特開2004−328745号公報 特開2002−151523号公報
According to Patent Document 2, an LDD (Lightly Doped Drain) structure, a GOLD (Gate-drain Overlapped LDD) structure, and a single circuit are used for each circuit by using an auxiliary pattern having a light intensity reduction function including a diffraction grating pattern or a semi-transmissive film. It is described that a transistor having a drain structure can be easily formed.
JP 2004-328745 A JP 2002-151523 A

従来のカンチレバーの作製方法では、その作製方法が複雑であり、工程数が増えてしまっていた。それは、カンチレバーが凹凸部を有する立体構造といった独特の形状を作製する工程が煩雑であることに一因がある。 In the conventional cantilever manufacturing method, the manufacturing method is complicated and the number of processes is increased. This is partly because the process of producing a unique shape such as a three-dimensional structure in which the cantilever has an uneven portion is complicated.

特許文献1に記載の方法では、カンチレバー形状の構造層における錘となる領域には上部電極が形成されており、独特の立体形状は異なる材料を積層している。また特許文献1はシリコンウェハを用いてカンチレバーを作製する工程のみ記載されている。シリコンウェハは高価なものであり、その形状は円形状であるため複数の素子を形成する場合、取り数に制約が生じ低コスト化に限界がある。 In the method described in Patent Document 1, an upper electrode is formed in a region serving as a weight in a cantilever-shaped structure layer, and materials having different unique three-dimensional shapes are laminated. Patent Document 1 describes only a process of manufacturing a cantilever using a silicon wafer. Since silicon wafers are expensive and have a circular shape, when a plurality of elements are formed, the number of wafers is limited and there is a limit to cost reduction.

そこで本発明は、上記文献とは異なる方法により、絶縁表面上に形成されるカンチレバー型を代表とする立体構造を簡便に形成する方法、及び当該方法により作製された微小電気機械式装置を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention provides a method for easily forming a three-dimensional structure typified by a cantilever type formed on an insulating surface by a method different from the above-mentioned literature, and a microelectromechanical device manufactured by the method. This is the issue.

上記課題を鑑み本発明は、カンチレバーを代表とする立体構造を膜厚の異なるマスクを用いて形成することを特徴とする。 In view of the above problems, the present invention is characterized in that a three-dimensional structure typified by a cantilever is formed using masks having different film thicknesses.

以下に本発明の具体的な構成を示す。 The specific configuration of the present invention is shown below.

本発明の一形態は、犠牲層を形成し、犠牲層上に第1の層を形成し、第1の層上に第1の膜厚及び第2の膜厚を有するマスクを形成し、マスクを用いて、第1の層をエッチングして構造層を形成し、犠牲層を除去することを特徴とする微小電気機械式装置の作製方法である。 According to one embodiment of the present invention, a sacrificial layer is formed, a first layer is formed over the sacrificial layer, a mask having a first thickness and a second thickness is formed over the first layer, and the mask Is used to etch the first layer to form a structural layer and to remove the sacrificial layer.

本発明の別形態は、犠牲層を形成し、犠牲層上に第1の層を形成し、第1の層上に第1の膜厚及び第2の膜厚を有するマスクを形成し、マスクを用いて、第1の層をエッチングし構造層を形成し、犠牲層を除去する方法であって、構造層は、第2の膜厚のマスク下に設けられていた部分の厚みが、第1の膜厚のマスク下に設けられていた部分の厚みより薄いことを特徴とする微小電気機械式装置の作製方法である。 In another embodiment of the present invention, a sacrificial layer is formed, a first layer is formed on the sacrificial layer, a mask having a first thickness and a second thickness is formed on the first layer, and the mask The first layer is etched to form a structural layer, and the sacrificial layer is removed. The structural layer has a thickness of a portion provided under the second film thickness mask. A method of manufacturing a microelectromechanical device characterized in that the thickness is smaller than the thickness of a portion provided under a mask having a thickness of 1.

本発明の別形態は、犠牲層を形成し、犠牲層上に第1の層を形成し、第1の層上に第1の膜厚及び第2の膜厚を有するマスクを形成し、マスクを用いて、第1の層をエッチングし、構造層を形成し、犠牲層を除去する方法であって、構造層は、第2の膜厚のマスク下に設けられていた部分の厚みが、第1の膜厚のマスク下に設けられていた部分の厚みより薄くなることにより、立体構造を形成し、立体構造では第1の膜厚のマスク下に設けられた部分を錘とすることを特徴とする微小電気機械式装置の作製方法である。 In another embodiment of the present invention, a sacrificial layer is formed, a first layer is formed on the sacrificial layer, a mask having a first thickness and a second thickness is formed on the first layer, and the mask Is used to etch the first layer, form the structural layer, and remove the sacrificial layer. The structural layer has a thickness of a portion provided under the mask having the second thickness, The three-dimensional structure is formed by being thinner than the thickness of the portion provided under the first film thickness mask, and the portion provided under the first film thickness mask is used as the weight in the three-dimensional structure. It is a manufacturing method of the featured micro electro mechanical device.

本発明の別形態は、犠牲層を形成し、犠牲層上に非晶質シリコン層を形成し、金属を用いた結晶化により、非晶質シリコン層を多結晶シリコン層とし、多結晶シリコン層上に第1の膜厚及び第2の膜厚を有するマスクを形成し、マスクを用いて、多結晶シリコン層をエッチングして構造層を形成し、犠牲層を除去することを特徴とする微小電気機械式装置の作製方法である。 According to another embodiment of the present invention, a sacrificial layer is formed, an amorphous silicon layer is formed on the sacrificial layer, and the amorphous silicon layer is converted into a polycrystalline silicon layer by crystallization using a metal. Forming a mask having a first film thickness and a second film thickness thereon, etching the polycrystalline silicon layer using the mask to form a structural layer, and removing the sacrificial layer; This is a method for manufacturing an electromechanical device.

本発明の別形態は、犠牲層を形成し、犠牲層上に非晶質シリコン層を形成し、金属を用いた結晶化により、非晶質シリコン層を多結晶シリコン層とし、多結晶シリコン層上に第1の膜厚及び第2の膜厚を有するマスクを形成し、マスクを用いて、多結晶シリコン層をエッチングし、構造層を形成し、犠牲層を除去する方法であって、構造層は、第2の膜厚のマスク下に設けられていた部分の厚みが、第1の膜厚のマスク下に設けられていた部分の厚みより薄いことを特徴とする微小電気機械式装置の作製方法である。 According to another embodiment of the present invention, a sacrificial layer is formed, an amorphous silicon layer is formed on the sacrificial layer, and the amorphous silicon layer is converted into a polycrystalline silicon layer by crystallization using a metal. A method in which a mask having a first film thickness and a second film thickness is formed thereon, a polycrystalline silicon layer is etched using the mask, a structural layer is formed, and a sacrificial layer is removed. In the microelectromechanical device, the thickness of the portion provided under the second film thickness mask is smaller than the thickness of the portion provided under the first film thickness mask. This is a manufacturing method.

本発明の別形態は、犠牲層を形成し、犠牲層上に非晶質シリコン層を形成し、金属を用いた結晶化により、非晶質シリコン層を多結晶シリコン層とし、多結晶シリコン層上に第1の膜厚及び第2の膜厚を有するマスクを形成し、マスクを用いて、多結晶シリコン層をエッチングし、構造層を形成し、犠牲層を除去する方法であって、構造層は、第2の膜厚のマスク下に設けられていた部分の厚みが、第1の膜厚のマスク下に設けられていた部分の厚みより薄くなることにより、立体構造を形成し、立体構造では、第1の膜厚のマスク下に設けられた部分を錘とすることを特徴とする微小電気機械式装置の作製方法である。 According to another embodiment of the present invention, a sacrificial layer is formed, an amorphous silicon layer is formed on the sacrificial layer, and the amorphous silicon layer is converted into a polycrystalline silicon layer by crystallization using a metal. A method in which a mask having a first film thickness and a second film thickness is formed thereon, a polycrystalline silicon layer is etched using the mask, a structural layer is formed, and a sacrificial layer is removed. The layer forms a three-dimensional structure when the thickness of the portion provided under the second film thickness mask is smaller than the thickness of the portion provided under the first film thickness mask. In the structure, a method of manufacturing a micro electro mechanical device is characterized in that a portion provided under a mask having a first thickness is a weight.

本発明において、犠牲層に非晶質シリコン層を用いることができる。 In the present invention, an amorphous silicon layer can be used as the sacrificial layer.

本発明の別形態は、絶縁基板上の第1の領域に半導体素子となる半導体層と、第2の領域に犠牲層とを形成し、半導体層及び犠牲層上に導電層を形成し、導電層上に第1の膜厚及び第2の膜厚を有する第1のマスク及び第2のマスクを形成し、第1のマスク及び第2のマスクを用いて、導電層をエッチングし、犠牲層を除去する方法であって、第2の膜厚の第1のマスク下に設けられていた導電層は、第1の膜厚の第1のマスク下に設けられていた導電層の厚みより薄く、第2の膜厚の第2のマスク下に設けられていた導電層は、第1の膜厚の第2のマスク下に設けられていた導電層の厚みより薄いことを特徴とする微小電気機械式装置の作製方法である。 In another embodiment of the present invention, a semiconductor layer to be a semiconductor element is formed in a first region over an insulating substrate, a sacrificial layer is formed in a second region, a conductive layer is formed on the semiconductor layer and the sacrificial layer, and conductive A first mask and a second mask having a first film thickness and a second film thickness are formed over the layer, the conductive layer is etched using the first mask and the second mask, and a sacrificial layer The conductive layer provided under the first mask having the second film thickness is thinner than the thickness of the conductive layer provided under the first mask having the first film thickness. The conductive layer provided under the second mask having the second thickness is thinner than the conductive layer provided under the second mask having the first thickness. This is a method for manufacturing a mechanical device.

本発明の別形態は、絶縁基板上の第1の領域に半導体素子となる半導体層と、第2の領域に犠牲層とを形成し、半導体層及び犠牲層上に導電層を形成し、導電層上にマスク材料を塗布し、マスク材料から第1の膜厚及び第2の膜厚を有する第1のマスク及び第2のマスクを形成し、第1のマスク及び第2のマスクを用いて、導電層をエッチングし、犠牲層を除去する方法であって、第2の膜厚の第1のマスク下に設けられていた導電層は、第1の膜厚の第1のマスク下に設けられていた導電層の厚みより薄く、第2の膜厚の第2のマスク下に設けられていた導電層は、第1の膜厚の第2のマスク下に設けられていた導電層の厚みより薄いことを特徴とする微小電気機械式装置の作製方法である。 In another embodiment of the present invention, a semiconductor layer to be a semiconductor element is formed in a first region over an insulating substrate, a sacrificial layer is formed in a second region, a conductive layer is formed on the semiconductor layer and the sacrificial layer, and conductive A mask material is applied over the layer, a first mask and a second mask having a first thickness and a second thickness are formed from the mask material, and the first mask and the second mask are used. The method of etching the conductive layer and removing the sacrificial layer, wherein the conductive layer provided under the first mask with the second thickness is provided under the first mask with the first thickness. The thickness of the conductive layer provided below the second mask having the second film thickness is smaller than the thickness of the conductive layer provided, and the thickness of the conductive layer provided below the second mask having the first film thickness. A method for manufacturing a microelectromechanical device, which is characterized by being thinner.

本発明の別形態は、絶縁基板上の第1の領域に半導体素子となる半導体層と、第2の領域に犠牲層とを形成し、半導体層及び犠牲層上に導電層を形成し、導電層上に第1の膜厚及び第2の膜厚を有する第1のマスク及び第2のマスクを形成し、第1のマスク及び第2のマスクを用いて、導電層をエッチングして、犠牲層を除去する方法であって、第2の膜厚の第1のマスク下に設けられていた導電層は、第1の膜厚の第1のマスク下に設けられていた導電層の厚みより薄く、第2の膜厚の第2のマスク下に設けられていた導電層は、第1の膜厚の第2のマスク下に設けられていた導電層の厚みより薄くなることにより、立体構造を形成し、立体構造では、第1の膜厚のマスク下に設けられた部分を錘とすることを特徴とする微小電気機械式装置の作製方法である。 In another embodiment of the present invention, a semiconductor layer to be a semiconductor element is formed in a first region over an insulating substrate, a sacrificial layer is formed in a second region, a conductive layer is formed on the semiconductor layer and the sacrificial layer, and conductive A first mask and a second mask having a first film thickness and a second film thickness are formed over the layer, and the conductive layer is etched using the first mask and the second mask to sacrifice the layer. In this method, the conductive layer provided under the first mask having the second film thickness is larger than the thickness of the conductive layer provided under the first mask having the first film thickness. The thin conductive layer provided under the second mask having the second film thickness is thinner than the conductive layer provided under the second mask having the first film thickness. In the three-dimensional structure, the portion provided under the mask having the first film thickness is a weight. Which is a manufacturing method.

本発明の別形態は、絶縁基板上の第1の領域に半導体素子となる半導体層と、第2の領域に犠牲層とを形成し、半導体層及び犠牲層上に導電層を形成し、導電層上に第1の膜厚及び第2の膜厚を有する第1のマスク及び第2のマスクを形成し、第1のマスク及び第2のマスクを用いて、導電層をエッチングして、第1の領域には半導体素子のゲート電極を形成し、且つ第2の領域には構造層を形成し、ゲート電極を用いて半導体層に不純物領域を形成し、不純物領域及び、構造層に接続される配線を形成し、犠牲層を除去する方法であって、第2の膜厚の第1のマスク下に設けられていた導電層は、第1の膜厚の第1のマスク下に設けられていた導電層の厚みより薄く、第2の膜厚の第2のマスク下に設けられていた導電層は、第1の膜厚の第2のマスク下に設けられていた導電層の厚みより薄いことを特徴とする微小電気機械式装置の作製方法である。 In another embodiment of the present invention, a semiconductor layer to be a semiconductor element is formed in a first region over an insulating substrate, a sacrificial layer is formed in a second region, a conductive layer is formed on the semiconductor layer and the sacrificial layer, and conductive A first mask and a second mask having a first thickness and a second thickness are formed over the layer, and the conductive layer is etched using the first mask and the second mask. A gate electrode of a semiconductor element is formed in one region, a structural layer is formed in a second region, an impurity region is formed in the semiconductor layer using the gate electrode, and the impurity region and the structural layer are connected to each other. The conductive layer provided under the first mask with the second film thickness is provided under the first mask with the first film thickness. The conductive layer provided under the second mask having the second film thickness which is thinner than the conductive layer having the first film thickness is Thinner than the thickness of the provided though conductive layer under the second mask is a method for manufacturing a micro-electro-mechanical device according to claim.

本発明において、第2の膜厚のマスクの厚みは、第1の膜厚のマスクの厚みより薄いことを特徴とする。 In the present invention, the thickness of the second film thickness mask is smaller than the thickness of the first film thickness mask.

本発明において、マスクの第2の膜厚は、回折格子パターン或いは半透膜からなる光強度低減機能を有する補助パターンを有するフォトマスク又はレチクルを用いて作製される。 In the present invention, the second film thickness of the mask is produced using a photomask or reticle having an auxiliary pattern having a light intensity reduction function consisting of a diffraction grating pattern or a semi-transmissive film.

本発明において、マスクの第1の膜厚は、膜厚を意図的に異ならせていないマスクパターンを有するフォトマスク又はレチクルを用いて作製され、マスクの第2の膜厚は、フォトマスクまたはレチクルで膜厚を意図的に異ならせたマスクパターンを有するフォトマスク又はレチクルを用いて作製される。 In the present invention, the first film thickness of the mask is manufactured using a photomask or a reticle having a mask pattern in which the film thickness is not intentionally different, and the second film thickness of the mask is the photomask or reticle. And a photomask or a reticle having a mask pattern in which the film thickness is intentionally different.

さらに本発明は、上記により作製された微小電気機械式装置である。 Furthermore, the present invention is a microelectromechanical device manufactured as described above.

本発明は、シリコン層を代表とする薄膜に対し異なる膜厚を有するマスクを適用して、絶縁基板上に微小構造体を作製することができる。その結果、立体構造を有する微小構造体を簡便に作製することができる。 In the present invention, a microstructure can be manufactured over an insulating substrate by applying a mask having a different thickness to a thin film typified by a silicon layer. As a result, a microstructure having a three-dimensional structure can be easily produced.

本発明の微小構造体は、絶縁基板上に、該微小構造体を制御する半導体素子と一体形成することができる。その結果、微小構造体と半導体素子との接続不良を低減でき、量産性を高めることができる。 The microstructure of the present invention can be formed over the insulating substrate integrally with a semiconductor element that controls the microstructure. As a result, poor connection between the microstructure and the semiconductor element can be reduced, and mass productivity can be improved.

本発明の微小構造体はスイッチに適用でき、このようなスイッチはシリコンウェハからなるスイッチと比較して、薄型化でき、安価に作製することができる。 The microstructure of the present invention can be applied to a switch. Such a switch can be made thinner and less expensive than a switch made of a silicon wafer.

以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention can be implemented in many different modes, and those skilled in the art can easily understand that the modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Is done. Therefore, the present invention is not construed as being limited to the description of this embodiment mode. Note that in all the drawings for describing the embodiments, the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals, and repetitive description thereof is omitted.

(実施の形態1)
本実施の形態では、異なる膜厚を有するマスクを用いて形成される微小構造体の作製方法について説明する。本実施の形態において、フォトリソグラフィー法には、回折格子パターン或いは半透膜からなる光強度低減機能を有する補助パターンを設置したフォトマスクまたはレチクルを用い、マスクを加工する。
(Embodiment 1)
In this embodiment, a method for manufacturing a microstructure formed using masks having different thicknesses will be described. In this embodiment mode, in the photolithography method, a mask is processed using a photomask or a reticle provided with an auxiliary pattern having a light intensity reduction function including a diffraction grating pattern or a semi-transmissive film.

図1(A)に示すように絶縁表面を有する基板(絶縁基板と記す)100を用意する。なお図1(B)には、A−Bにおける断面図を示す。 As shown in FIG. 1A, a substrate (referred to as an insulating substrate) 100 having an insulating surface is prepared. Note that FIG. 1B is a cross-sectional view taken along a line AB.

絶縁基板100には、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板等を適用することができる。例えば、プラスチック基板に微小構造体を形成することにより、柔軟性が高く、薄型な微小構造体を有する装置を形成することができる。またガラス基板を研磨等により薄くすることによって、薄型な装置を形成することもできる。さらに本発明の微小構造体は、金属等の導電性基板や、シリコン等の半導体性基板上に絶縁性を有する層を形成した基板に形成することも可能である。 As the insulating substrate 100, a glass substrate, a quartz substrate, a plastic substrate, or the like can be used. For example, by forming a microstructure on a plastic substrate, a device having a highly flexible and thin microstructure can be formed. In addition, a thin device can be formed by thinning the glass substrate by polishing or the like. Furthermore, the microstructure of the present invention can be formed over a conductive substrate such as a metal or a substrate in which an insulating layer is formed over a semiconductor substrate such as silicon.

絶縁基板100上に犠牲層101を形成する。なお犠牲層とは、後の工程で選択的に除去される層を指す。そのため、犠牲層は除去されればよく、導電層であっても、絶縁層であってもよい。このような犠牲層を除去することによって空間が生じる。すなわち、所定の形状の構造物を空間に形成することができる。犠牲層101は、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)等の金属を有する材料により形成することができ、シリコンを有する半導体層(シリコン層とも記す)、シリコンの酸化物(シリコン酸化物)、又はシリコンの窒化物(シリコン窒化物)を有する材料によっても形成することができる。また犠牲層101は、上記の金属と、シリコンとの化合物である金属化合物を用いて形成してもよい。さらに犠牲層101は、単層構造であっても、積層構造であってもよい。積層構造の場合、上記材料から選ばれた材料を積層すればよい。 A sacrificial layer 101 is formed over the insulating substrate 100. Note that the sacrificial layer refers to a layer that is selectively removed in a later step. Therefore, the sacrificial layer may be removed and may be a conductive layer or an insulating layer. By removing such a sacrificial layer, a space is created. That is, a structure having a predetermined shape can be formed in the space. The sacrificial layer 101 can be formed using a material having a metal such as titanium (Ti), aluminum (Al), molybdenum (Mo), or tungsten (W), and includes a semiconductor layer including silicon (also referred to as a silicon layer), silicon It can also be formed by a material having an oxide (silicon oxide) or silicon nitride (silicon nitride). The sacrificial layer 101 may be formed using a metal compound that is a compound of the above metal and silicon. Further, the sacrificial layer 101 may have a single layer structure or a laminated structure. In the case of a stacked structure, a material selected from the above materials may be stacked.

犠牲層101は、スパッタリング法やCVD法等を用いて形成することができる。そして、犠牲層101の加工には、フォトリソグラフィー法を用いてレジストマスクを形成し、ドライエッチング法により行うことができる。またインクジェット法を代表とする液滴吐出法により形成することもできる。液滴吐手法を用いる場合、上記した金属が混在された溶媒を滴下することで犠牲層101を選択的に形成することができる。そのため、犠牲層101のフォトリソグラフィー工程やパターニング工程を不要とすることができる。その結果、レジスト材料の無駄や工程時間を省くことができる。 The sacrificial layer 101 can be formed using a sputtering method, a CVD method, or the like. The sacrificial layer 101 can be processed by forming a resist mask using a photolithography method and performing a dry etching method. It can also be formed by a droplet discharge method typified by an ink jet method. In the case of using a droplet discharging method, the sacrificial layer 101 can be selectively formed by dropping a solvent mixed with the above-described metal. Therefore, the photolithography process and the patterning process of the sacrificial layer 101 can be omitted. As a result, waste of resist material and process time can be saved.

犠牲層101はその膜厚が薄すぎれば、エッチング剤が拡散せず、犠牲層101がエッチングされない、またはエッチング後に構造層が座屈(微小構造体が下面に付着する)するといった現象が生じる。一方、犠牲層を除去すると生じる空間を介して微小構造体を静電駆動させる場合、犠牲層101が厚すぎると、空間の距離が大きくなり、微小構造体を駆動しにくくなる。従って、微小構造体を静電駆動によるスイッチング素子として用いる場合、犠牲層101の膜厚は、0.5μmから4μmが好ましい。勿論、犠牲層101の材料を考慮する必要がある。犠牲層101の膜厚は、空間の高さとなりえる。 If the thickness of the sacrificial layer 101 is too thin, the etching agent does not diffuse and the sacrificial layer 101 is not etched, or the structure layer buckles (the microstructure is attached to the lower surface) after etching. On the other hand, in the case where the microstructure is electrostatically driven through the space generated when the sacrificial layer is removed, if the sacrificial layer 101 is too thick, the distance of the space becomes large and it is difficult to drive the microstructure. Therefore, when the microstructure is used as a switching element by electrostatic driving, the thickness of the sacrificial layer 101 is preferably 0.5 μm to 4 μm. Of course, it is necessary to consider the material of the sacrificial layer 101. The thickness of the sacrificial layer 101 can be the height of the space.

本実施の形態では、犠牲層101にシリコン層を用い、CVD法により形成する。その後、フォトリソグラフィー法を用いてマスクを形成し、当該マスクを用いて犠牲層101をエッチングする。本実施の形態では、矩形状に犠牲層101をエッチングする。 In this embodiment mode, a silicon layer is used for the sacrificial layer 101 and is formed by a CVD method. After that, a mask is formed using a photolithography method, and the sacrificial layer 101 is etched using the mask. In this embodiment mode, the sacrificial layer 101 is etched in a rectangular shape.

次に、図2(A)に示すように犠牲層101上に構造層102をスパッタリング法、CVD法等を用いて形成する。構造層102は、シリコン層から形成することができる。シリコン層の材料には、シリコン、ゲルマニウムを0.01〜4.5atomic%程度に有するシリコンゲルマニウムがある。シリコン層は、非晶質状態又は結晶状態のものを用いることができる。また構造層102はシリコン酸化物、又はシリコン窒化物を用いて形成することもでき、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)等の金属材料を用いることができる。また構造層102は、上記の金属と、シリコンとの化合物である金属化合物を用いて形成してもよい。さらに構造層102は、単層構造であっても、積層構造であってもよい。積層構造の場合、上記材料から選ばれた各材料を積層すればよい。 Next, as shown in FIG. 2A, a structural layer 102 is formed over the sacrifice layer 101 by a sputtering method, a CVD method, or the like. The structural layer 102 can be formed from a silicon layer. As a material of the silicon layer, there is silicon germanium having silicon and germanium in an amount of about 0.01 to 4.5 atomic%. The silicon layer can be used in an amorphous state or a crystalline state. The structural layer 102 can also be formed using silicon oxide or silicon nitride, and a metal material such as titanium (Ti), aluminum (Al), molybdenum (Mo), or tungsten (W) can be used. . The structural layer 102 may be formed using a metal compound that is a compound of the above metal and silicon. Further, the structural layer 102 may have a single layer structure or a stacked structure. In the case of a laminated structure, each material selected from the above materials may be laminated.

シリコン層から形成された構造層102に導電性が必要な場合は、燐や砒素、硼素等の不純物元素を添加することも可能である。このような不純物元素を添加して、不純物領域を形成してもよい。不純物領域は、フォトリソグラフィー法によりレジストマスクを形成し、選択的に不純物元素を添加して形成することができる。不純物元素を添加する方法は、イオンドープ法またはイオン注入法で行うことができる。このような導電性を有する微小構造体は、静電力(静電引力とも記す)で制御すると好ましく、カンチレバー型のスイッチに適する。勿論、微小構造体を電磁力により制御してもよい。 In the case where conductivity is necessary for the structural layer 102 formed from a silicon layer, an impurity element such as phosphorus, arsenic, or boron can be added. An impurity region may be formed by adding such an impurity element. The impurity region can be formed by forming a resist mask by photolithography and selectively adding an impurity element. The impurity element can be added by an ion doping method or an ion implantation method. Such a microstructure having conductivity is preferably controlled by electrostatic force (also referred to as electrostatic attraction) and is suitable for a cantilever switch. Of course, the microstructure may be controlled by electromagnetic force.

不純物領域を形成した後、不純物元素を活性化するために加熱処理を行ってもよい。 After the impurity region is formed, heat treatment may be performed to activate the impurity element.

なお犠牲層101と構造層102とは、上記した材料に限定されるものではなく、犠牲層101を選択的に除去することができる材料の組み合わせであればよい。そのため、同一材料であっても、結晶状態等によって、特定のエッチング剤に選択的に除去される材料と、除去されない材料との組み合わせであってもよい。 Note that the sacrificial layer 101 and the structural layer 102 are not limited to the above-described materials, and may be any combination of materials that can selectively remove the sacrificial layer 101. Therefore, even if it is the same material, it may be a combination of a material that is selectively removed by a specific etching agent and a material that is not removed depending on the crystal state or the like.

このように構造層をシリコン層等からなる薄膜によって形成することにより、ウエハを用いて形成する場合と比較して、非常に薄く形成することができる。またこのような構造層は、絶縁基板上に形成することができるため、生産コストを削減することができる。 Thus, by forming the structural layer by a thin film made of a silicon layer or the like, it can be formed very thin as compared with the case of using a wafer. Further, since such a structural layer can be formed over an insulating substrate, production cost can be reduced.

次に、図2(A)に示すように、構造層102上にマスク103を形成する。なお図2(B)には、A−Bにおける断面図を示す。 Next, as illustrated in FIG. 2A, a mask 103 is formed over the structural layer 102. Note that FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AB.

マスク103は、感光剤を含む市販のレジスト材料を用いてもよく、ポジ型レジスト又はネガ型レジストを用いることができる。代表的なポジ型レジストは、ノボラック樹脂と感光剤であるナフトキノンジアジド化合物であり、代表的なネガ型レジストであるベース樹脂、ジフェニルシランジオール及び酸発生剤等がある。その他、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂等の樹脂材料を用いることができる。またマスク103は、ベンゾシクロブテン、パリレン、フッ化アリーレンエーテル、透過性を有するポリイミド等の有機材料、シロキサン系ポリマー等の重合によってできた化合物材料、水溶性ホモポリマーと水溶性共重合体を含む組成物材料等を用いて液滴吐出法で形成することもできる。 For the mask 103, a commercially available resist material containing a photosensitive agent may be used, and a positive resist or a negative resist can be used. A typical positive resist is a novolak resin and a naphthoquinone diazide compound that is a photosensitizer, such as a base resin that is a typical negative resist, diphenylsilanediol, and an acid generator. In addition, resin materials such as epoxy resin, acrylic resin, phenol resin, melamine resin, and urethane resin can be used. The mask 103 includes benzocyclobutene, parylene, fluorinated arylene ether, an organic material such as polyimide having transparency, a compound material made by polymerization of a siloxane polymer, a water-soluble homopolymer and a water-soluble copolymer. It can also be formed by a droplet discharge method using a composition material or the like.

そして、マスク103を露光、現像し、所定の形状となるように加工する。本実施の形態では、マスク103を犠牲層101の大部分を覆うような形状とする。さらに図2(B)に示すように、マスク103の膜厚が異なっており、本実施の形態では第1の膜厚(d1)と、第2の膜厚(d2)とを有し、第2の膜厚は第1の膜厚より薄くなっている(d2<d1)。 Then, the mask 103 is exposed and developed to process it into a predetermined shape. In this embodiment mode, the mask 103 is shaped to cover most of the sacrificial layer 101. Further, as shown in FIG. 2B, the thickness of the mask 103 is different. In this embodiment, the mask 103 has a first thickness (d1) and a second thickness (d2). The film thickness of 2 is thinner than the first film thickness (d2 <d1).

マスク103を形成するために、回折格子パターン或いは半透膜からなる光強度低減機能を有する補助パターンを設置した露光用マスクを用いる。露光用マスクとして、フォトマスク又はレチクルが挙げられる。このような露光用マスクについて図6から図8を用いて説明する。なお図6から図8において、第1の膜厚(d1)領域のマスクを形成するための遮光部の幅をt1、t3とし、第2の膜厚(d2)領域のマスクを形成するための補助パターンが設けられた部分の幅をt2と示す。 In order to form the mask 103, an exposure mask provided with an auxiliary pattern having a light intensity reducing function made of a diffraction grating pattern or a semi-transmissive film is used. Examples of the exposure mask include a photomask or a reticle. Such an exposure mask will be described with reference to FIGS. 6 to 8, the widths of the light shielding portions for forming the mask for the first film thickness (d1) region are t1 and t3, and the mask for the second film thickness (d2) region is formed. The width of the portion where the auxiliary pattern is provided is denoted by t2.

図6(A)に、露光装置の解像限界以下のライン及びスペースを有するスリット部を有する回折格子パターン部403、遮光部402、透光部404を備えた露光用マスク401の上面図の一部を示す。回折格子パターン部403とは、スリット、ドット等のパターンが少なくとも1つ以上配置されたパターンである。スリット、ドット等のパターンを複数配置する場合は、周期的に配置されていてもよいし、非周期的に配置されてもよい。解像度限界以下の微細パターンを用いることによって、実質的な露光量を変調することが可能であり、露光されるマスクの膜厚を調節することが可能である。 FIG. 6A is a top view of an exposure mask 401 provided with a diffraction grating pattern portion 403 having a slit portion having lines and spaces below the resolution limit of the exposure apparatus, a light shielding portion 402, and a light transmitting portion 404. Indicates the part. The diffraction grating pattern portion 403 is a pattern in which at least one pattern such as a slit and a dot is arranged. When a plurality of patterns such as slits and dots are arranged, they may be arranged periodically or aperiodically. By using a fine pattern having a resolution limit or less, it is possible to modulate a substantial exposure amount and to adjust a film thickness of an exposed mask.

回折格子パターン部403のスリットの方向は、遮光部402の長軸方向と平行でも、図7に示すように遮光部402の長軸方向と垂直でも構わない。なお、このフォトリソグラフィー工程で使用されるマスクとしてレジストを適用する場合、ネガ型レジストが適用困難である為、ポジ型レジストを前提にしている。 The slit direction of the diffraction grating pattern portion 403 may be parallel to the long axis direction of the light shielding portion 402 or may be perpendicular to the long axis direction of the light shielding portion 402 as shown in FIG. In addition, when applying a resist as a mask used in this photolithography process, since a negative resist is difficult to apply, a positive resist is assumed.

露光用マスク401に光を照射した場合、遮光部402の光強度はゼロであり、透光部404の光強度は100%となる。一方、露光装置の解像限界以下のラインおよびスペースからなる回折格子パターン部403の光強度は、10〜70%の範囲で調整可能となる。このような光強度の例を図6(B)の光強度分布409に示す。回折格子パターン部403の光強度の調整は、スリットのピッチ及びスリット幅の調整により実現している。 When the exposure mask 401 is irradiated with light, the light intensity of the light shielding portion 402 is zero, and the light intensity of the light transmitting portion 404 is 100%. On the other hand, the light intensity of the diffraction grating pattern portion 403 composed of lines and spaces below the resolution limit of the exposure apparatus can be adjusted in the range of 10 to 70%. An example of such light intensity is shown in a light intensity distribution 409 in FIG. The adjustment of the light intensity of the diffraction grating pattern unit 403 is realized by adjusting the slit pitch and slit width.

また、補助パターンの具体例として、図8(A)に、露光の光強度を低減する機能を有する半透膜からなる半透部407を備え、図6、図7と同様に遮光部402、透光部404を有する露光用マスク415の上面図の一部を示す。半透膜としては、MoSiN、MoSi、MoSiO、MoSiON、CrSiなどのシリサイドを用いることができる。半透部407を備えた露光用マスクを用いた露光法は、ハーフトーン露光法とも呼ばれる。 Further, as a specific example of the auxiliary pattern, FIG. 8A includes a semi-transmissive portion 407 made of a semi-permeable film having a function of reducing the light intensity of exposure, and the light shielding portion 402, as in FIGS. A part of a top view of an exposure mask 415 having a light transmitting portion 404 is shown. As the semipermeable membrane, silicide such as MoSiN, MoSi, MoSiO, MoSiON, CrSi can be used. An exposure method using an exposure mask provided with a semi-transmissive portion 407 is also called a halftone exposure method.

このような露光用マスク415に光を照射した場合、遮光部402の光強度はゼロ、透光部404の光強度は100%であり、半透膜からなる半透部407の光強度は、10〜70%の範囲で調整可能となっている。すなわち半透膜と遮光部とにわたり、光強度を連続的に変化させたり、多段階的に変化させることができる。露光用マスクの光強度の一例を、図8(B)の光強度分布410に示す。 When such an exposure mask 415 is irradiated with light, the light intensity of the light-shielding portion 402 is zero, the light intensity of the light-transmitting portion 404 is 100%, and the light intensity of the semi-transmissive portion 407 made of a semi-transmissive film is Adjustment is possible within a range of 10 to 70%. That is, the light intensity can be continuously changed or changed in multiple steps over the semipermeable membrane and the light shielding portion. An example of the light intensity of the exposure mask is shown in a light intensity distribution 410 in FIG.

露光用マスク401、415を用いて露光すると、第1の膜厚(d1)と、第2の膜厚(d2)とを有し、第2の膜厚は第1の膜厚より薄くなるマスク103を得ることができる。 When exposed using the exposure masks 401 and 415, the mask has a first film thickness (d1) and a second film thickness (d2), and the second film thickness is smaller than the first film thickness. 103 can be obtained.

このようなマスク103を用いて、構造層102をエッチングする。本実施の形態では、構造層102の一辺のみが、犠牲層101の端面を超えて設けられ、且つ他辺は犠牲層101の端面より短くなり、その幅は上方から見ると犠牲層101の幅よりも狭くなるように、矩形状に加工する。すなわち、図2(B)に示す断面図でみると、構造層102及びマスク103は、犠牲層101による段差を有している。 The structural layer 102 is etched using such a mask 103. In this embodiment mode, only one side of the structural layer 102 is provided beyond the end surface of the sacrificial layer 101, and the other side is shorter than the end surface of the sacrificial layer 101. It is processed into a rectangular shape so as to be narrower. That is, in the cross-sectional view illustrated in FIG. 2B, the structural layer 102 and the mask 103 have a step due to the sacrificial layer 101.

その後、図3に示すようにマスク103を用いて構造層102を加工する。加工にはウェットエッチング法やドライエッチング法を適用することができる。このとき、マスク103で覆われていない構造層102と、マスク103の表面とが除去されていく。マスク103は、第2の膜厚(d2)が薄いため、第1の膜厚(d1)の領域より先に除去され、第2の膜厚のマスク103下の構造層102は除去される。その結果、構造層102はマスク103を除去したり再度形成することなく、一回のエッチング工程によって、第3の膜厚(d3)及び第4の膜厚(d4)を有するように加工することができる。言い換えると、構造層102のうち第3の膜厚を有する部分は、第1の膜厚を有するマスク103下に形成され、第4の膜厚を有する部分は、第2の膜厚を有するマスク103下に形成される。本実施の形態では、構造層102において、第4の膜厚が第3の膜厚より薄くなる(d4<d3)。 Thereafter, the structural layer 102 is processed using a mask 103 as shown in FIG. A wet etching method or a dry etching method can be applied to the processing. At this time, the structural layer 102 not covered with the mask 103 and the surface of the mask 103 are removed. Since the second film thickness (d2) is thin, the mask 103 is removed before the region of the first film thickness (d1), and the structural layer 102 under the mask 103 having the second film thickness is removed. As a result, the structural layer 102 is processed to have the third film thickness (d3) and the fourth film thickness (d4) by a single etching process without removing the mask 103 or forming it again. Can do. In other words, the portion having the third thickness in the structural layer 102 is formed under the mask 103 having the first thickness, and the portion having the fourth thickness is a mask having the second thickness. 103 is formed below. In the present embodiment, in the structural layer 102, the fourth film thickness is thinner than the third film thickness (d4 <d3).

また本発明の微小構造体をスイッチング素子として用いる場合、構造層の可動部の長さは、第4の膜厚を有する構造層102の膜厚の30倍から50倍となると好ましい。このとき、微小構造体のバネ定数を考慮するとよい。また第3の膜厚を有する構造層102の膜厚は、密度を考慮してその膜厚を決定する。第3の膜厚を有する構造層が低密度の場合、膜厚を厚くすることにより、下方の電極との接触を高めることができる。 In the case where the microstructure of the present invention is used as a switching element, the length of the movable portion of the structural layer is preferably 30 to 50 times the film thickness of the structural layer 102 having the fourth film thickness. At this time, it is preferable to consider the spring constant of the microstructure. The thickness of the structural layer 102 having the third thickness is determined in consideration of the density. When the structure layer having the third film thickness is low density, the contact with the lower electrode can be increased by increasing the film thickness.

次に図4に示すように、マスク103を除去する。マスク103の除去には、ウェットエッチング法やドライエッチング法を適用することができる。例えば、2−アミノエタノール、グライコールエーテルを主成分とするナガセケムテックス社製「ナガセレジストストリップN−300」剥離液や、o−ジクロルベンゼン、フェノール、アルキルベンゼンスルホン酸を主成分とする東京応化工業社製「剥離液710」等の剥離液を適用することができる。 Next, as shown in FIG. 4, the mask 103 is removed. A wet etching method or a dry etching method can be applied to the removal of the mask 103. For example, "Nagase Resist Strip N-300" stripping solution made by Nagase ChemteX, which has 2-aminoethanol and glycol ether as the main components, and Tokyo Ohka, which has o-dichlorobenzene, phenol, and alkylbenzene sulfonic acids as main components. A stripping solution such as “stripping solution 710” manufactured by Kogyo Co., Ltd. can be applied.

そして、図5に示すように、犠牲層101を除去する。犠牲層の除去には、ウェットエッチング法又はドライエッチング法を適用することができる。 Then, as shown in FIG. 5, the sacrificial layer 101 is removed. A wet etching method or a dry etching method can be applied to the removal of the sacrificial layer.

例えば、犠牲層101にタングステン(W)を用いる場合、28%のアンモニアと31%の過酸化水素水を1:2で混合した溶液に20分程度漬けることで、除去することができる。犠牲層101に二酸化シリコン(SiO)を用いる場合は、フッ酸49%水溶液1に対してフッ化アンモニウムを7の割合で混合したバッファードフッ酸を用いて、除去することができる。犠牲層101にシリコンを有する層を用いる場合は、リン酸、KOH、NaOH、CsOH等のアルカリ金属元素の水酸化物を用いて除去することができる。その他犠牲層の材料によって、NHOH、ヒドラジン、EPD(エチレンジアミン、ピロカテコール、水の混合物)、TMAH、IPA、NMD3溶液等を用いて、除去することができる。また、三フッ化塩素(ClF)、三フッ化窒素(NF)、三フッ化臭素(BrF)、フッ化水素(HF)等のフッ化ハロゲンを用いてシリコンを有する層を除去することもできる。 For example, when tungsten (W) is used for the sacrificial layer 101, the sacrificial layer 101 can be removed by immersing it in a solution in which 28% ammonia and 31% hydrogen peroxide solution are mixed at 1: 2 for about 20 minutes. When silicon dioxide (SiO 2 ) is used for the sacrificial layer 101, it can be removed by using buffered hydrofluoric acid in which ammonium fluoride is mixed in a ratio of 7 to the 49% aqueous solution 1 of hydrofluoric acid. In the case where a layer including silicon is used for the sacrificial layer 101, it can be removed using a hydroxide of an alkali metal element such as phosphoric acid, KOH, NaOH, or CsOH. Other sacrificial layer materials can be removed using NH 4 OH, hydrazine, EPD (a mixture of ethylenediamine, pyrocatechol, water), TMAH, IPA, NMD3 solution, or the like. In addition, the layer having silicon is removed using halogen fluoride such as chlorine trifluoride (ClF 3 ), nitrogen trifluoride (NF 3 ), bromine trifluoride (BrF 3 ), hydrogen fluoride (HF), or the like. You can also.

ウェットエッチング後の乾燥に際しては、毛管現象による微小構造体の座屈を防ぐため、粘性の低い有機溶媒(例えばシクロヘキサン)を用いてリンスを行う、若しくは低温低圧の条件で乾燥させる、またはこの両者を組み合わせた処理を行うとよい。 When drying after wet etching, in order to prevent the microstructure from buckling due to capillary phenomenon, rinse with a low-viscosity organic solvent (for example, cyclohexane), or dry under low temperature and low pressure conditions, or both It is good to perform combined processing.

また、犠牲層101は、大気圧など高圧の条件において、O、F、XeFを用いてドライエッチング法を用いて除去することができる。上記した毛管現象による微小構造体の座屈を防ぐため、微小構造体表面に撥水性を持たせるプラズマ処理を行うとよい。 The sacrificial layer 101 can be removed by dry etching using O 2 , F 2 , or XeF 2 under a high pressure condition such as atmospheric pressure. In order to prevent buckling of the microstructure due to the capillary phenomenon described above, plasma treatment for imparting water repellency to the surface of the microstructure may be performed.

このように犠牲層101を除去すると、空間105が生じる。空間105によって、構造層102が上下や左右に可動することができる。構造層102が可動する先端の下部電極との接触により、スイッチとして動作することができる。このような形状を有する微小構造体をカンチレバー型微小構造体と呼ぶ。カンチレバー型微小構造体をスイッチに適用すると、低損失、低電力動作を行うことができる。 When the sacrificial layer 101 is removed in this way, a space 105 is generated. The structural layer 102 can be moved vertically and horizontally by the space 105. The structure layer 102 can operate as a switch by contact with the lower electrode at the tip at which the structural layer 102 is movable. A microstructure having such a shape is called a cantilever microstructure. When a cantilever microstructure is applied to a switch, low loss and low power operation can be performed.

またマスク103の除去と、犠牲層101の除去を同一工程で行うこともできる。この場合、マスク103と、犠牲層101は同一材料、又は同一エッチング剤によって除去できる材料から形成するとよい。 The removal of the mask 103 and the removal of the sacrificial layer 101 can also be performed in the same step. In this case, the mask 103 and the sacrificial layer 101 are preferably formed from the same material or a material that can be removed by the same etchant.

このようにして本発明は、シリコン層を代表とする薄膜によって、絶縁基板上にカンチレバー型微小構造体を作製することができる。本発明のカンチレバー型微小構造体はスイッチに適用でき、このようなスイッチはシリコンウェハからなるスイッチと比較して、薄型化でき、安価に作製することができる。 Thus, according to the present invention, a cantilever microstructure can be manufactured over an insulating substrate with a thin film typified by a silicon layer. The cantilever microstructure of the present invention can be applied to a switch, and such a switch can be made thinner and less expensive than a switch made of a silicon wafer.

また以下の実施の形態で示すが、本発明のカンチレバー型微小構造体は半導体素子と同一絶縁基板上に形成することができる。その結果、カンチレバー型微小構造体と半導体素子との接続不良を低減でき、量産性を高めることができる。 In addition, as shown in the following embodiments, the cantilever microstructure of the present invention can be formed over the same insulating substrate as the semiconductor element. As a result, connection failure between the cantilever microstructure and the semiconductor element can be reduced, and mass productivity can be improved.

本実施の形態で示したカンチレバー型の微小構造体は、スイッチ以外にAFMの針、加速度センサ(Gセンサ)、又は角速度センサとして用いることもできる。 The cantilever microstructure shown in this embodiment mode can be used as an AFM needle, an acceleration sensor (G sensor), or an angular velocity sensor in addition to a switch.

(実施の形態2)
本発明において構造層や犠牲層に適用するシリコン層には、結晶状態を有するもの、非晶質状態を有するもの等を用いることができる。そこで本実施の形態では、犠牲層に結晶性シリコン層を用いる場合を説明する。
(Embodiment 2)
In the present invention, a silicon layer applied to a structural layer or a sacrificial layer can be a crystalline layer, an amorphous state, or the like. Therefore, in this embodiment, the case where a crystalline silicon layer is used as a sacrificial layer is described.

まず、図13(A)に示すように、犠牲層の被形成面である絶縁基板100上に、非晶質シリコン層161を形成する。非晶質シリコン層161は、SH、Ar等の原料ガスを用い、CVD法により作製することができる。非晶質シリコン層161の膜厚は、犠牲層の膜厚であり、空間の高さとなる。 First, as shown in FIG. 13A, an amorphous silicon layer 161 is formed over an insulating substrate 100 which is a surface on which a sacrificial layer is formed. The amorphous silicon layer 161 can be manufactured by a CVD method using a source gas such as SH 4 or Ar. The film thickness of the amorphous silicon layer 161 is the thickness of the sacrificial layer, which is the height of the space.

そして非晶質シリコン層を加熱処理することによって結晶化された結晶性シリコン層を得る。加熱処理には、レーザ照射、加熱炉、若しくはランプ光から発する光の照射(以下、ランプアニールと記す)、又はこれらを組み合わせて用いることができる。 Then, the amorphous silicon layer is heat-treated to obtain a crystallized crystalline silicon layer. For the heat treatment, laser irradiation, a heating furnace, irradiation with light emitted from lamp light (hereinafter referred to as lamp annealing), or a combination thereof can be used.

レーザ照射を用いる場合、連続発振型のレーザビーム(以下、CWレーザビームと記す)やパルス発振型のレーザビーム(以下、パルスレーザビームと記す)を用いることができる。レーザビームとしては、Arレーザ、Krレーザ、エキシマレーザ、YAGレーザ、Yレーザ、YVOレーザ、YLFレーザ、YAlOレーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ti:サファイヤレーザ、銅蒸気レーザまたは金蒸気レーザのうち一種または複数種から発振されるものを用いることができる。このようなレーザビームの基本波、及び当該基本波の第2高調波から第4高調波のレーザビームを照射することで、大粒径の結晶を得ることができる。例えば、Nd:YVOレーザ(基本波1064nm)の第2高調波(532nm)や第3高調波(355nm)を用いることができる。このときレーザビームのエネルギー密度は0.01〜100MW/cm程度(好ましくは0.1〜10MW/cm)が必要である。そして、走査速度を10〜2000cm/sec程度として照射する。 In the case of using laser irradiation, a continuous wave laser beam (hereinafter referred to as a CW laser beam) or a pulsed laser beam (hereinafter referred to as a pulsed laser beam) can be used. As the laser beam, Ar laser, Kr laser, excimer laser, YAG laser, Y 2 O 3 laser, YVO 4 laser, YLF laser, YAlO 3 laser, glass laser, ruby laser, alexandrite laser, Ti: sapphire laser, copper vapor A laser or a gold vapor laser oscillated from one or a plurality of types can be used. By irradiating the fundamental wave of such a laser beam and the second to fourth harmonics of the fundamental wave, a crystal having a large grain size can be obtained. For example, a second harmonic (532 nm) or a third harmonic (355 nm) of an Nd: YVO 4 laser (fundamental wave 1064 nm) can be used. Energy density of the laser beam is about 0.01 to 100 MW / cm 2 (preferably 0.1 to 10 MW / cm 2) is required. Then, irradiation is performed at a scanning speed of about 10 to 2000 cm / sec.

なお基本波のCWレーザビームと高調波のCWレーザビームとを照射するようにしてもよいし、基本波のCWレーザビームと高調波のパルスレーザビームとを照射するようにしてもよい。このように複数のレーザビームを照射することにより、エネルギーを補うことができる。 The fundamental CW laser beam and the harmonic CW laser beam may be irradiated, or the fundamental CW laser beam and the harmonic pulse laser beam may be irradiated. Thus, energy can be supplemented by irradiating a plurality of laser beams.

パルスレーザビームであって、シリコン層がレーザ光によって溶融してから固化するまでに、次のパルスのレーザ光を照射できるような発振周波数でレーザを発振させるレーザビームを用いることもできる。このような周波数でレーザビームを発振させることで、走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒を得ることができる。具体的なレーザビームの発振周波数は10MHz以上であって、通常用いられている数十Hz〜数百Hzの周波数帯よりも著しく高い周波数帯を使用する。 It is also possible to use a pulsed laser beam that oscillates a laser at an oscillation frequency that allows irradiation of the next pulse of laser light after the silicon layer is melted by the laser light and solidifies. By oscillating the laser beam at such a frequency, crystal grains continuously grown in the scanning direction can be obtained. A specific oscillation frequency of the laser beam is 10 MHz or more, and a frequency band that is significantly higher than a frequency band of several tens to several hundreds Hz that is normally used is used.

その他の加熱処理として加熱炉を用いる場合には、非晶質シリコン層を400〜550℃で2〜20時間かけて加熱する。このとき、徐々に高温となるように温度を400〜550℃の範囲で多段階に設定するとよい。最初の400℃程度の低温加熱工程により、非晶質シリコン層の水素等が出てくるため、結晶化(上記レーザを用いた結晶化を含む)の際の膜荒れを低減することができる。 When a heating furnace is used as other heat treatment, the amorphous silicon layer is heated at 400 to 550 ° C. for 2 to 20 hours. At this time, the temperature may be set in multiple stages in the range of 400 to 550 ° C. so that the temperature gradually increases. In the first low-temperature heating step of about 400 ° C., hydrogen and the like of the amorphous silicon layer are generated, so that film roughness during crystallization (including crystallization using the laser) can be reduced.

さらに、結晶化を促進させる金属を用いて結晶化すると加熱温度を低下させることができる。例えばニッケル(Ni)を非晶質シリコン層上に形成した後加熱すると、加熱温度が低下する。このような金属としては、鉄(Fe)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)、銅(Cu)、銀(Au)等がある。 Furthermore, when crystallization is performed using a metal that promotes crystallization, the heating temperature can be lowered. For example, when nickel (Ni) is formed on an amorphous silicon layer and then heated, the heating temperature decreases. Such metals include iron (Fe), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), osmium (Os), iridium (Ir), platinum (Pt), copper (Cu), silver (Au ) Etc.

さらに加熱処理に加えて、上記のようなレーザを用いて照射を行って結晶性シリコン層を形成してもよい。 Further, in addition to the heat treatment, the crystalline silicon layer may be formed by irradiation using the laser as described above.

本実施の形態では、図13(B)に示すように、非晶質シリコン層161上に、ニッケルを有する溶液を塗布し、その後加熱炉を用いて結晶化を行う。加熱温度は、500度〜550度とする。 In this embodiment mode, as illustrated in FIG. 13B, a solution containing nickel is applied over the amorphous silicon layer 161, and then crystallization is performed using a heating furnace. The heating temperature is 500 to 550 degrees.

そして、図13(C)に示すように、金属を用いて結晶化されたシリコン層(多結晶シリコン層)163を得ることができる。 Then, as shown in FIG. 13C, a silicon layer (polycrystalline silicon layer) 163 crystallized using a metal can be obtained.

その後、図13(D)に示すように、多結晶シリコン層163を加工し、所定の形状を有する犠牲層101とすることができる。フォトリソグラフィー法によりマスクを形成し、当該マスクを用いてエッチングすることにより、多結晶シリコン層を加工することができる。 Thereafter, as shown in FIG. 13D, the polycrystalline silicon layer 163 can be processed into the sacrificial layer 101 having a predetermined shape. A polycrystalline silicon layer can be processed by forming a mask by photolithography and etching using the mask.

その後、図13(E)に示すように、実施の形態1と同様にしてカンチレバー型微小構造体を作製することができる。 After that, as shown in FIG. 13E, a cantilever microstructure can be manufactured in the same manner as in Embodiment Mode 1.

以上、金属を用いて結晶化された多結晶シリコンを犠牲層101に適用する場合を説明したが、当該多結晶シリコン層は、構造層102に適用してもよい。このような金属を用いて結晶化された多結晶シリコンは、金属を用いた結晶化により結晶粒界が連続している多結晶シリコンを作ることができる。結晶粒界が連続している多結晶シリコンは、金属を用いない結晶化によって得られる多結晶シリコンと異なり、結晶粒界で共有結合が途切れることが無い。そのため、結晶粒界が欠陥となって起こる応力集中が起こらず、結果として金属を用いずに形成された多結晶シリコンに比べて破壊応力が高くなる。このような多結晶シリコンの結晶構造は、単結晶を用いた場合と近く、金属を用いない結晶化によって作製される多結晶シリコンに比べて靭性の高い多結晶シリコンを得ることができる。このような多結晶シリコンは、可動する構造層102に好適である。 Although the case where polycrystalline silicon crystallized using a metal is applied to the sacrificial layer 101 has been described above, the polycrystalline silicon layer may be applied to the structural layer 102. Polycrystalline silicon crystallized using such a metal can produce polycrystalline silicon having continuous grain boundaries by crystallization using a metal. Unlike polycrystalline silicon obtained by crystallization without using a metal, polycrystalline silicon in which crystal grain boundaries are continuous does not break a covalent bond at the crystal grain boundary. Therefore, the stress concentration caused by the crystal grain boundary does not occur, and as a result, the fracture stress is higher than that of polycrystalline silicon formed without using a metal. Such a crystalline structure of polycrystalline silicon is close to that of using a single crystal, and polycrystalline silicon having higher toughness than polycrystalline silicon produced by crystallization without using a metal can be obtained. Such polycrystalline silicon is suitable for the movable structural layer 102.

結晶粒界が連続している多結晶シリコン層は、電子の移動度が大きいため、構造層102を静電力で制御する場合に好適である。さらに、結晶化を助長させる金属を多結晶シリコン層中に残存させることにより、導電性を持たせることもできる。このような導電性を有する多結晶シリコン層は、構造層102を静電力で制御する微小電気機械式装置に好適である。勿論、微小構造体を電磁力により制御する場合の構造層102に、金属を用いて結晶化された多結晶シリコン層を適用してもよい。 A polycrystalline silicon layer having continuous crystal grain boundaries is suitable for controlling the structural layer 102 with an electrostatic force because of its high electron mobility. Furthermore, conductivity can be imparted by allowing the metal that promotes crystallization to remain in the polycrystalline silicon layer. Such a polycrystalline silicon layer having conductivity is suitable for a microelectromechanical device that controls the structural layer 102 with an electrostatic force. Needless to say, a polycrystalline silicon layer crystallized using metal may be applied to the structural layer 102 when the microstructure is controlled by electromagnetic force.

また金属にニッケルを用いる場合、シリコン層では、ニッケルの濃度によってニッケルシリサイドが形成される。ニッケルシリサイドのようなシリコン合金は強度が高い。そのため、結晶化のための金属を用いてシリサイド化させることができ、さらに硬く、導電性の高い構造層102を作製することができる。 When nickel is used as the metal, nickel silicide is formed in the silicon layer depending on the nickel concentration. Silicon alloys such as nickel silicide have high strength. Therefore, silicidation can be performed using a metal for crystallization, and the structural layer 102 that is harder and has higher conductivity can be manufactured.

このようなシリサイドは、ニッケル以外にタングステン、チタン、モリブデン、タンタル、コバルト、白金によっても形成することができる。それぞれ、タングステンシリサイド層、チタンシリサイド層、モリブデンシリサイド層、タンタルシリサイド層、コバルトシリサイド層、白金シリサイド層となる。このうち、コバルトや白金は、結晶化の加熱温度を低下させるための金属として用いることができる。 Such a silicide can be formed of tungsten, titanium, molybdenum, tantalum, cobalt, or platinum in addition to nickel. A tungsten silicide layer, a titanium silicide layer, a molybdenum silicide layer, a tantalum silicide layer, a cobalt silicide layer, and a platinum silicide layer are formed. Among these, cobalt and platinum can be used as a metal for lowering the crystallization heating temperature.

構造層102は積層構造をとることができ、ニッケルシリサイドを有する層(ニッケルシリサイド層)と、多結晶シリコン層とを積層させてもよい。このような積層構造により、導電性に優れ、しなやかな構造層102を得ることができる。また構造層102に、非晶質シリコン層とニッケルシリサイド層とを積層することで、導電性に優れつつ、硬くすることができる。 The structural layer 102 can have a stacked structure, and a layer including nickel silicide (nickel silicide layer) and a polycrystalline silicon layer may be stacked. With such a stacked structure, a flexible structural layer 102 having excellent conductivity can be obtained. Further, by stacking an amorphous silicon layer and a nickel silicide layer on the structural layer 102, the structure layer 102 can be hardened while being excellent in conductivity.

上記のように、金属を用いて結晶化を行う場合、金属を用いずに行う結晶化に比べて低温で結晶化することができる。そのため、微小構造体を形成する基板に使用できる材料の幅が広がる。例えば、シリコン層を加熱のみで結晶化させる場合、1000℃程度の温度で1時間程度の加熱を行う必要があり、熱に被弱なガラス基板を用いることができない。しかしながら、本実施の形態のように金属を用いて結晶化することによって、ゆがみ点の低いガラス基板等を用いることが可能になる。 As described above, when crystallization is performed using a metal, crystallization can be performed at a lower temperature than crystallization performed without using a metal. Therefore, the range of materials that can be used for the substrate over which the microstructure is formed is increased. For example, when a silicon layer is crystallized only by heating, it is necessary to perform heating for about 1 hour at a temperature of about 1000 ° C., and a glass substrate that is vulnerable to heat cannot be used. However, crystallization using a metal as in this embodiment makes it possible to use a glass substrate having a low distortion point.

本実施の形態は、上記実施の形態と自由に組み合わせることができる。 This embodiment can be freely combined with the above embodiment.

(実施の形態3)
本発明の微小構造体を静電力で可動させる場合、構造層下に共通電極や制御電極として使用する下部電極を形成する。そこで本実施の形態では、下部電極を有するカンチレバー型の微小構造体について説明する。
(Embodiment 3)
When the microstructure of the present invention is moved by electrostatic force, a lower electrode used as a common electrode or a control electrode is formed under the structural layer. Thus, in this embodiment, a cantilever microstructure including a lower electrode is described.

図12に示すように、構造層102の下方であって、空間105内に、下部電極150として機能する導電層を形成する。下部電極150は共通電極や制御電極等として使用することができる。下部電極150は、タングステン等の金属や導電性を有する物質を材料として、スパッタリング法等により形成することができ必要に応じて所定の形状にエッチングする。 As shown in FIG. 12, a conductive layer that functions as the lower electrode 150 is formed in the space 105 below the structural layer 102. The lower electrode 150 can be used as a common electrode, a control electrode, or the like. The lower electrode 150 can be formed by a sputtering method or the like using a metal such as tungsten or a conductive substance as a material, and is etched into a predetermined shape as necessary.

本実施の形態は、上記実施の形態と自由に組み合わせることができる。 This embodiment can be freely combined with the above embodiment.

(実施の形態4)
本実施の形態では、本発明の微小構造体を適用できるカンチレバーの種類について説明する。
(Embodiment 4)
In this embodiment mode, types of cantilevers to which the microstructure of the present invention can be applied will be described.

図15(A)に示すように、構造層501の下方に第1の電極502、第2の電極503が設けられている。第1の電極502は制御用として機能し、第2の電極503はコンタクト用として機能する。制御用として機能する第1の電極502は、構造層501を選択するか否かの選択信号が入力される。選択信号が流れると、構造層501と第1の電極502間には電位差が生じ、これによる静電気によって、構造層501が下降する。すると構造層501の先端部がコンタクト用として機能する第2の電極503に接触し、電流が流れる。 As shown in FIG. 15A, a first electrode 502 and a second electrode 503 are provided below the structural layer 501. The first electrode 502 functions as a control, and the second electrode 503 functions as a contact. A selection signal indicating whether to select the structural layer 501 is input to the first electrode 502 functioning as a control. When a selection signal flows, a potential difference is generated between the structural layer 501 and the first electrode 502, and the structural layer 501 is lowered by static electricity due to the potential difference. Then, the tip of the structural layer 501 comes into contact with the second electrode 503 that functions as a contact, and a current flows.

制御用として機能する電極やコンタクト用として機能する電極は複数設けてもよい。例えば、図15(B)に示すように、2つの制御用として機能する第1の電極502、504を設けてもよい。制御用の電極502、504と構造層501とに発生する静電気によって、構造層501を上下させることができる。そのため制御用の電極を複数設けることによって、構造層501が大きく、動作しがたいときであっても、構造層501の動作を正確に制御することができる。また制御用の電極の面積を大きくすることによっても、動作を正確に制御することができる。同様にコンタクト用の電極においても、複数設けたり、面積を大きくしてもよい。コンタクト抵抗が低くなり、正確なコンタクトをとることができる。 A plurality of electrodes functioning as controls and electrodes functioning as contacts may be provided. For example, as shown in FIG. 15B, two first electrodes 502 and 504 functioning for control may be provided. The structural layer 501 can be moved up and down by static electricity generated in the control electrodes 502 and 504 and the structural layer 501. Therefore, by providing a plurality of control electrodes, the operation of the structural layer 501 can be accurately controlled even when the structural layer 501 is large and difficult to operate. The operation can also be accurately controlled by increasing the area of the control electrode. Similarly, a plurality of contact electrodes may be provided or the area may be increased. Contact resistance is lowered, and accurate contact can be made.

また制御用やコンタクト用の電極上方の微小構造体は、その他の領域の微小構造体より厚膜化して設ける。その結果、構造層501の重さがますため、特に構造層501の下降動作が制御しやすくなる。その結果、正確なコンタクトをとることができる。 Further, the microstructures above the control and contact electrodes are provided to be thicker than the microstructures in other regions. As a result, since the weight of the structural layer 501 increases, it is particularly easy to control the descending operation of the structural layer 501. As a result, accurate contact can be made.

このようにして、構造層501を選択し、カンチレバー型のスイッチとして動作させることができる。 In this manner, the structural layer 501 can be selected and operated as a cantilever switch.

図15(C)には、カンチレバー型とは異なり、ブリッジ型のスイッチを示す。ブリッジ型のスイッチにおいて、構造層501は、両端が固定されており、その他の構成は図15(B)と同様である。このようなブリッジ型の構造層501も、本発明の異なる膜厚を有するマスクを用いて形成することができる。 FIG. 15C illustrates a bridge-type switch, which is different from the cantilever type. In the bridge-type switch, both ends of the structural layer 501 are fixed, and other structures are the same as those in FIG. Such a bridge-type structural layer 501 can also be formed using masks having different thicknesses of the present invention.

このような本発明のスイッチにおいて、電極と接する構造層501には、接触抵抗を低くするため、導電性の高い膜を設けてもよい。併せて電極側に、導電性の高い膜を設けてもよい。このような膜は、接触抵抗を低くするだけでなく、微小構造体や電極の摩耗を低減することができる。 In such a switch of the present invention, the structural layer 501 in contact with the electrode may be provided with a highly conductive film in order to reduce contact resistance. In addition, a highly conductive film may be provided on the electrode side. Such a film can not only reduce the contact resistance, but also reduce the wear of the microstructure and the electrodes.

図16(A)には、微小構造体を有するスイッチの上面図を示す。構造層501の下方に切断された配線507が設けられており、構造層501と配線507とは重なるように配置している。構造層501は、カンチレバー型やブリッジ型を適用することができる。 FIG. 16A shows a top view of a switch having a microstructure. A cut wiring 507 is provided below the structural layer 501, and the structural layer 501 and the wiring 507 are arranged to overlap each other. As the structural layer 501, a cantilever type or a bridge type can be used.

図16(A)で示したスイッチが選択されると、配線507が導通し、電流や信号を流すことができる。このように、スイッチとして機能することができる。このようなスイッチは、シリーズ(Series)型スイッチとなる。 When the switch shown in FIG. 16A is selected, the wiring 507 is turned on, and a current or a signal can flow. Thus, it can function as a switch. Such a switch is a series switch.

図16(B)には、図16(A)とは異なるスイッチの上面図を示す。配線509及び配線510が並列に設けられており、それらからT字状に接続領域に設けられている。接続領域では、配線509、510の上方に構造層501が配置されている。構造層501がオフの状態では、配線509の一端である点Aから他端であるGND1へ電流が流れている。構造層501がオフの状態では、同様に配線510の一端である点BからGND2へ電流が流れている。このような形態において、構造層501が選択されオンとなると、点Aから点Bへ信号が流れる。このようなスイッチは、シャント(Shunt)型スイッチとなる。 FIG. 16B is a top view of a switch different from that in FIG. A wiring 509 and a wiring 510 are provided in parallel, and are provided in the connection region in a T-shape therefrom. In the connection region, the structural layer 501 is disposed above the wirings 509 and 510. In the state where the structural layer 501 is off, a current flows from the point A which is one end of the wiring 509 to the GND 1 which is the other end. Similarly, when the structural layer 501 is off, a current flows from the point B which is one end of the wiring 510 to the GND 2. In such a form, when the structural layer 501 is selected and turned on, a signal flows from the point A to the point B. Such a switch is a shunt switch.

以上、カンチレバー型スイッチがオンとなると、電流が流れる、つまり信号を伝える形態を示したが、オンとなると信号を伝えない形態でもよい。 As described above, when the cantilever switch is turned on, a current flows, that is, a signal is transmitted. However, a signal may not be transmitted when the cantilever switch is turned on.

(実施の形態5)
微小構造体は上下や左右の動作、さらには回転動作を行うため、空気抵抗を受けやすい。そこで本実施の形態では、空気抵抗を減らした微小構造体の形態について説明する。
(Embodiment 5)
Microstructures are subject to air resistance because they perform up / down and left / right movements, as well as rotations. Therefore, in this embodiment, a form of a microstructure with reduced air resistance will be described.

図18(A)は構造層501の上面図を示す。構造層501において、可動部領域の幅(d6)は錘が設けられている領域(以下、錘領域と記す)の幅(d7)よりも小さく(d6<d7)設けられている。可動領域の幅を錘領域の幅より小さくすることによって、可動部の動作をスムーズに行うことができる。 FIG. 18A shows a top view of the structural layer 501. In the structural layer 501, the width (d6) of the movable part region is smaller than the width (d7) of the region where the weight is provided (hereinafter referred to as the weight region) (d6 <d7). By making the width of the movable region smaller than the width of the weight region, the operation of the movable portion can be performed smoothly.

このとき、上下動作等による可動部の劣化を考慮する。例えば、可動部領域の微小構造体の膜厚を制御して、動作による可動部の劣化を防止することができる。 At this time, the deterioration of the movable part due to the vertical movement or the like is taken into consideration. For example, the film thickness of the microstructure in the movable part region can be controlled to prevent the movable part from being deteriorated due to the operation.

図18(B)には、図18(A)と異なり、可動部領域において、錘領域との境界をテーパー形状とする微小構造体の上面図を示す。境界をテーパー形状とすることにより、可動部の動作をよりスムーズに行うことができる。 FIG. 18B is a top view of a microstructure having a tapered boundary with the weight region in the movable portion region, unlike FIG. 18A. By making the boundary into a tapered shape, the operation of the movable part can be performed more smoothly.

図18(C)には、図18(B)の微小構造体に加えて、可動部領域において、微小構造体に開口部801を設ける。開口部801は単数であっても、複数であってもよい。また開口部が単数の場合、開口部の直径を大きくし、開口部が複数の場合、開口部の直径はさほど大きくせずともよい。開口部801によって、特に微小構造体が上下動作を行うときの空気抵抗を低減することができる。 18C, in addition to the microstructure in FIG. 18B, an opening 801 is provided in the microstructure in the movable portion region. One or more openings 801 may be provided. Further, when the number of openings is single, the diameter of the openings is increased, and when there are a plurality of openings, the diameter of the openings does not need to be increased so much. The opening 801 can reduce air resistance particularly when the microstructure performs an up-and-down operation.

このような開口部を有する微小構造体は、本発明の異なる膜厚を有するマスクを用いて形成することができる。 A microstructure having such an opening can be formed using the masks having different thicknesses of the present invention.

このような微小構造体の形態は、上記実施の形態と自由に組み合わせることができる。 Such a microstructure can be freely combined with any of the above embodiments.

(実施の形態6)
微小構造体を有するスイッチは、多数の端子へ出力することができる。本実施の形態では、多端子出力を可能とするスイッチの形態について説明する。
(Embodiment 6)
A switch having a microstructure can output data to a large number of terminals. In this embodiment, a mode of a switch that enables multi-terminal output will be described.

図19には、一つの入力端子(IN)に対して、3つの出力端子(OUT1〜3)を有し、微小構造体1〜3によって、いずれの出力端子へ信号を出力するか制御するスイッチを示す。例えば、微小構造体1が選択されると、INからOUT1へ信号が出力される。また微小構造体1及び2が選択されると、INからOUT1及び2へ信号が出力される。また微小構造体1〜3は、本発明の異なる膜厚を有するマスクを用いて形成される。 In FIG. 19, a switch that has three output terminals (OUT1 to OUT3) for one input terminal (IN), and controls which signal is output to which output terminal by the microstructures 1 to 3. Indicates. For example, when the microstructure 1 is selected, a signal is output from IN to OUT1. When the microstructures 1 and 2 are selected, signals are output from IN to OUT1 and 2. The microstructures 1 to 3 are formed using masks having different film thicknesses of the present invention.

本実施の形態では3つの出力端子を有する場合を説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明の微小構造体を有するスイッチは、2つの出力端子や4つ以上の出力端子を有しても良い。 In this embodiment, the case of having three output terminals has been described, but the present invention is not limited to this. The switch having the microstructure of the present invention may have two output terminals or four or more output terminals.

(実施の形態7)
本実施の形態では、上記の微小構造体と、微小構造体を制御するための半導体素子を同一表面上に形成する方法について説明する。本実施の形態では、半導体素子として半導体膜上方にゲート電極が設けられたトップゲート型の薄膜トランジスタを用いる場合について説明する。
(Embodiment 7)
In this embodiment, a method for forming the above microstructure and a semiconductor element for controlling the microstructure on the same surface will be described. In this embodiment, the case where a top-gate thin film transistor in which a gate electrode is provided above a semiconductor film is used as a semiconductor element is described.

図10(A)に示すように、絶縁基板100上に、下地層201を形成する。絶縁基板100は、実施の形態1と同様なものを適用することができる。下地層201はシリコンを有する絶縁層を用いることができる。シリコンを有する絶縁層としてシリコン酸化物またはシリコン窒化物が挙げられ、代表的には酸化シリコン、窒化シリコン、または酸化窒化シリコン等がある。下地層201は、このような材料を用いて単層構造または積層構造とすることができる。 As shown in FIG. 10A, a base layer 201 is formed over the insulating substrate 100. As the insulating substrate 100, a substrate similar to that in Embodiment Mode 1 can be used. As the base layer 201, an insulating layer containing silicon can be used. As the insulating layer containing silicon, silicon oxide or silicon nitride can be given, which is typically silicon oxide, silicon nitride, or silicon oxynitride. The base layer 201 can have a single-layer structure or a stacked structure using such a material.

本実施の形態では、下地層201として2層構造を用いる場合を説明する。下地層201の一層目として、膜厚10nm以上200nm以下(好ましくは50nm以上100nm以下)の酸化窒化シリコン層を形成する。当該酸化窒化シリコン層は、プラズマCVD法を用い、SiH、NH、NO及びHを反応ガスとして形成することができる。次いで下地層201のニ層目として、膜厚50nm以上200nm以下(好ましくは100nm以上150nm以下)の酸化窒化シリコン層を形成する。当該酸化窒化シリコン層は、プラズマCVD法を用い、SiH及びNOを反応ガスとして形成することができる。 In this embodiment, the case where a two-layer structure is used as the base layer 201 is described. As the first layer of the base layer 201, a silicon oxynitride layer having a thickness of 10 nm to 200 nm (preferably 50 nm to 100 nm) is formed. The silicon oxynitride layer can be formed using SiH 4 , NH 3 , N 2 O, and H 2 as a reactive gas by a plasma CVD method. Next, a silicon oxynitride layer with a thickness of 50 nm to 200 nm (preferably 100 nm to 150 nm) is formed as the second layer of the base layer 201. The silicon oxynitride layer can be formed using SiH 4 and N 2 O as a reaction gas by a plasma CVD method.

下地層201上に、半導体層を形成する。半導体層にはシリコン層を適用することができる。多結晶シリコン層の作製方法は、実施の形態2を参照することができる。本実施の形態では、非晶質状態のシリコン層を形成し、金属を用いて結晶化した多結晶シリコン層を作製する。 A semiconductor layer is formed over the base layer 201. A silicon layer can be applied to the semiconductor layer. Embodiment 2 can be referred to for the method for manufacturing the polycrystalline silicon layer. In this embodiment mode, an amorphous silicon layer is formed, and a polycrystalline silicon layer crystallized using a metal is manufactured.

このような多結晶シリコン層は、移動度が高く半導体素子においても好適である。 Such a polycrystalline silicon layer has high mobility and is suitable for a semiconductor element.

その後、半導体素子を形成する第1の領域251、微小構造体を形成する第2の領域252において、多結晶シリコン層を加工し、所定の形状を有するシリコン層202、204を形成する。第1の領域251では、半導体素子の活性層となるように加工する。なお活性層とは、チャネル形成領域、ソース領域及びドレイン領域を有する。また第2の領域252では、上記実施の形態で示したように矩形状となるように加工する。 After that, in the first region 251 for forming a semiconductor element and the second region 252 for forming a microstructure, the polycrystalline silicon layer is processed to form silicon layers 202 and 204 having a predetermined shape. The first region 251 is processed so as to be an active layer of a semiconductor element. Note that the active layer includes a channel formation region, a source region, and a drain region. Further, the second region 252 is processed to have a rectangular shape as described in the above embodiment.

図10(B)に示すように、第1の領域251のみにゲート絶縁層として機能する絶縁層206を形成する。絶縁層206にはシリコン酸化物またはシリコン窒化物を用いることができ、代表的には酸化シリコン、窒化シリコン、または酸化窒化シリコン等がある。第1の領域251に選択的に絶縁層206を形成するため、第2の領域252はマスク205で覆っておく。マスク205は、感光剤を含む市販のレジスト材料を用いてもよく、ポジ型レジスト又はネガ型レジストを用いることができる。代表的なポジ型レジストは、ノボラック樹脂と感光剤であるナフトキノンジアジド化合物であり、代表的なネガ型レジストであるベース樹脂、ジフェニルシランジオール及び酸発生剤等がある。その他、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂等の樹脂材料を用いることができる。またマスク205は、ベンゾシクロブテン、パリレン、フッ化アリーレンエーテル、透過性を有するポリイミド等の有機材料、シロキサン系ポリマー等の重合によってできた化合物材料、水溶性ホモポリマーと水溶性共重合体を含む組成物材料等を用いて液滴吐出法で形成することもできる。その他、第1の領域251及び第2の領域252にわたって絶縁層206を形成し、その後第2の領域252の絶縁層206を除去してもよい。 As shown in FIG. 10B, an insulating layer 206 functioning as a gate insulating layer is formed only in the first region 251. For the insulating layer 206, silicon oxide or silicon nitride can be used, which is typically silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, or the like. In order to selectively form the insulating layer 206 in the first region 251, the second region 252 is covered with a mask 205. For the mask 205, a commercially available resist material containing a photosensitive agent may be used, and a positive resist or a negative resist can be used. A typical positive resist is a novolak resin and a naphthoquinone diazide compound that is a photosensitizer, such as a base resin that is a typical negative resist, diphenylsilanediol, and an acid generator. In addition, resin materials such as epoxy resin, acrylic resin, phenol resin, melamine resin, and urethane resin can be used. The mask 205 includes an organic material such as benzocyclobutene, parylene, fluorinated arylene ether, permeable polyimide, a compound material formed by polymerization of a siloxane polymer, a water-soluble homopolymer and a water-soluble copolymer. It can also be formed by a droplet discharge method using a composition material or the like. In addition, the insulating layer 206 may be formed over the first region 251 and the second region 252 and then the insulating layer 206 in the second region 252 may be removed.

第1の領域251のみに絶縁層206を形成する場合を説明したが、第2の領域252に絶縁層206を形成してもよい。但し、犠牲層204となるシリコン層を除去できるようにする。 Although the case where the insulating layer 206 is formed only in the first region 251 has been described, the insulating layer 206 may be formed in the second region 252. However, the silicon layer that becomes the sacrifice layer 204 can be removed.

図10(C)に示すように、マスク205を除去した後、第1の領域251及び第2の領域252にわたってゲート電極として機能する導電層208を形成する。導電層208は、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、タングステン(W)もしくはシリコン(Si)の元素からなる膜又はこれらの元素を有する合金膜を用いることができる。導電層208は、単層構造又は積層構造とすることができ、積層構造として窒化タンタルとタングステンの積層構造を適用することができる。導電層208は、スパッタリング法やCVD法により作製することができる。 As shown in FIG. 10C, after the mask 205 is removed, a conductive layer 208 that functions as a gate electrode is formed over the first region 251 and the second region 252. As the conductive layer 208, a film formed of an element of aluminum (Al), titanium (Ti), molybdenum (Mo), tantalum (Ta), tungsten (W), or silicon (Si) or an alloy film including these elements is used. Can do. The conductive layer 208 can have a single-layer structure or a stacked structure, and a stacked structure of tantalum nitride and tungsten can be used as the stacked structure. The conductive layer 208 can be manufactured by a sputtering method or a CVD method.

図11(A)に示すように、第1の領域251及び第2の領域252における導電層208上にマスク210を形成する。マスク210は、フォトリソグラフィー法によって形成することができる。フォトリソグラフィー法には、回折格子パターン或いは半透膜からなる光強度低減機能を有する補助パターンを設置したフォトマスクまたはレチクルを用いる。回折格子パターン或いは半透膜からなる光強度低減機能を有する補助パターンを設置した領域は、光の透過率が低下する。その結果、第1の膜厚(d1)と、d1より薄い第2の膜厚(d2)を有するマスク210を形成することができる。光の透過率が低下した領域が、マスクの第2の膜厚(d2)の領域となる。なお、第1の領域251におけるマスク210は、d1が内側、d2が外側となるようにする。第2の領域252におけるマスク210は、d2が内側、d1が外側となるようにする。このようにマスクの膜厚において、どの領域を薄くするかは、加工されるパターンによって決定することができる。その後、ウェットエッチング法又はドライエッチング法を用いて、導電層208を加工する。 As shown in FIG. 11A, a mask 210 is formed over the conductive layer 208 in the first region 251 and the second region 252. The mask 210 can be formed by a photolithography method. In the photolithography method, a photomask or a reticle provided with an auxiliary pattern having a function of reducing light intensity made of a diffraction grating pattern or a semi-transmissive film is used. In a region where an auxiliary pattern having a light intensity reduction function composed of a diffraction grating pattern or a semi-transmissive film is provided, the light transmittance is reduced. As a result, the mask 210 having the first film thickness (d1) and the second film thickness (d2) thinner than d1 can be formed. The region where the light transmittance is reduced becomes the region of the second film thickness (d2) of the mask. Note that the mask 210 in the first region 251 is set so that d1 is inside and d2 is outside. The mask 210 in the second region 252 is set so that d2 is inside and d1 is outside. As described above, which region is thinned in the thickness of the mask can be determined by the pattern to be processed. After that, the conductive layer 208 is processed using a wet etching method or a dry etching method.

図11(B)に示すように、エッチングを開始すると、マスク210で覆われていない導電層208及びマスク210の表面が徐々に除去される。マスク210においては、第2の膜厚(d2)の領域が先に除去され、導電層208が露出されてくる。その結果、図11(C)に示すように、第1の領域251においては導電層208の端部にテーパ(点線領域)が形成され、第2の領域252においては導電層208の中心部に凹部(点線領域)が形成される。テーパーを形成するには、外側に向かって光の透過率を徐々に低くするため、回折パターンの幅を狭くした補助パターンを有するフォトマスクまたはレチクルを用いてマスク210を露光、現像するとよい。 As shown in FIG. 11B, when etching is started, the conductive layer 208 not covered with the mask 210 and the surface of the mask 210 are gradually removed. In the mask 210, the region of the second film thickness (d2) is removed first, and the conductive layer 208 is exposed. As a result, as shown in FIG. 11C, a taper (dotted line region) is formed at an end portion of the conductive layer 208 in the first region 251, and a central portion of the conductive layer 208 is formed in the second region 252. A recess (dotted line region) is formed. In order to form the taper, the mask 210 may be exposed and developed using a photomask or a reticle having an auxiliary pattern with a narrow diffraction pattern width in order to gradually reduce the light transmittance toward the outside.

図11(D)に示すように、マスク210を除去し、膜厚の異なる導電層208を形成することができる。すなわちマスク210により、一エッチング工程で膜厚の異なる導電層を加工することができる。勿論、導電層以外であっても、本発明のマスクを用いて加工してもよい。 As shown in FIG. 11D, the mask 210 can be removed and the conductive layers 208 having different thicknesses can be formed. That is, the mask 210 can process conductive layers having different thicknesses in one etching process. Of course, even a layer other than the conductive layer may be processed using the mask of the present invention.

そして、第1の領域251のシリコン層においてテーパーを有する導電層208を用いて、不純物元素を添加する。n型を付与する不純物元素としてリン(P)を用いて半導体素子253を形成し、p型を付与する不純物元素としてボロン(B)を用いて半導体素子254を形成することができる。なお半導体素子として、薄膜トランジスタ(TFT)を用いる。テーパーを有する導電層208を用いて不純物元素を添加すると、高濃度不純物領域213、216、テーパーの下方に低濃度不純物領域214、215を形成することができる。 Then, an impurity element is added using the conductive layer 208 having a taper in the silicon layer in the first region 251. The semiconductor element 253 can be formed using phosphorus (P) as an impurity element imparting n-type conductivity, and the semiconductor element 254 can be formed using boron (B) as an impurity element imparting p-type conductivity. Note that a thin film transistor (TFT) is used as the semiconductor element. When an impurity element is added using the conductive layer 208 having a taper, high-concentration impurity regions 213 and 216 and low-concentration impurity regions 214 and 215 can be formed below the taper.

また不純物領域の表面にシリサイドを形成してもよい。シリサイドを形成することによって、ソースドレイン間抵抗を下げることができる。ソースドレイン間抵抗が下がることにより、移動度の向上が期待される。 Silicide may be formed on the surface of the impurity region. By forming silicide, the resistance between the source and the drain can be lowered. Improvement in mobility is expected due to a decrease in resistance between the source and drain.

図11(E)に示すように、第1の領域251において導電層208、絶縁層206、シリコン層202を覆うように層間膜として機能する絶縁層218を形成する。絶縁層218は単層構造又は積層構造とすることができ、絶縁性を有する無機材料や、有機材料等により形成することができる。無機材料は、酸化シリコン、窒化シリコンを用いることができる。有機材料はポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、レジスト又はベンゾシクロブテン、シロキサン、ポリシラザンを用いることができる。なお、シロキサンとは、シリコン(Si)と酸素(O)との結合で骨格構造が構成される。置換基として、少なくとも水素を含む有機基(例えばアルキル基、芳香族炭化水素)が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いてもよい。または置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。ポリシラザンは、シリコン(Si)と窒素(N)の結合を有するポリマー材料を出発原料として形成される。無機材料を用いると不純物元素の侵入を防止することができ、有機材料を用いると平坦性を高めることができる。 As shown in FIG. 11E, an insulating layer 218 functioning as an interlayer film is formed so as to cover the conductive layer 208, the insulating layer 206, and the silicon layer 202 in the first region 251. The insulating layer 218 can have a single-layer structure or a stacked structure, and can be formed using an insulating inorganic material, an organic material, or the like. As the inorganic material, silicon oxide or silicon nitride can be used. As the organic material, polyimide, acrylic, polyamide, polyimide amide, resist, benzocyclobutene, siloxane, or polysilazane can be used. Note that siloxane has a skeleton structure of a bond of silicon (Si) and oxygen (O). As a substituent, an organic group containing at least hydrogen (for example, an alkyl group or an aromatic hydrocarbon) is used. A fluoro group may be used as a substituent. Alternatively, an organic group containing at least hydrogen and a fluoro group may be used as a substituent. Polysilazane is formed using a polymer material having a bond of silicon (Si) and nitrogen (N) as a starting material. When an inorganic material is used, entry of an impurity element can be prevented, and when an organic material is used, flatness can be improved.

そして、不純物領域に接続された配線219を形成する。配線219はソース領域に接続される場合ソース配線と呼び、ドレイン領域に接続される場合ドレイン配線と呼ぶ。配線219は、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、タングステン(W)もしくはシリコン(Si)の元素からなる膜又はこれらの元素を有する合金膜を用いることができる。配線219は、単層構造又は積層構造を用いることができ、例えば第1層にタングステン膜、窒化タングステン膜等を用い、第2層にアルミニウムとシリコンの合金(Al−Si)膜、アルミニウムとチタンの合金(Al−Ti)膜を用い、第3層に窒化チタン膜、チタン膜等を順次積層した構造を適用することができる。配線219は、CVD法やスパッタリング法を用いて作製することができる。 Then, a wiring 219 connected to the impurity region is formed. The wiring 219 is called a source wiring when connected to the source region, and is called a drain wiring when connected to the drain region. For the wiring 219, a film made of aluminum (Al), titanium (Ti), molybdenum (Mo), tantalum (Ta), tungsten (W), or silicon (Si) or an alloy film containing these elements is used. it can. The wiring 219 can have a single layer structure or a stacked structure. For example, a tungsten film, a tungsten nitride film, or the like is used for the first layer, and an alloy of aluminum and silicon (Al—Si) film, aluminum and titanium is used for the second layer. A structure in which a titanium nitride film, a titanium film, and the like are sequentially stacked on the third layer can be applied. The wiring 219 can be manufactured by a CVD method or a sputtering method.

配線219は、カンチレバー型微小構造体と接続することができる。具体的には、配線219は構造層たる導電層208と接続することができる。 The wiring 219 can be connected to a cantilever microstructure. Specifically, the wiring 219 can be connected to the conductive layer 208 which is a structural layer.

図11(F)に示すように、犠牲層204となるシリコン層を除去する。犠牲層の除去には、ウェットエッチング法又はドライエッチング法を適用することができる。詳細は、上記実施の形態を参照することができる。 As shown in FIG. 11F, the silicon layer to be the sacrificial layer 204 is removed. A wet etching method or a dry etching method can be applied to the removal of the sacrificial layer. For details, the above embodiment can be referred to.

その後必要に応じて、パッケージを行うことができる。例えば、第1の領域215には水分や不純物元素の侵入を防ぐため、シリコン窒化物やシリコン酸化物を有する保護膜を形成することができる。 Thereafter, packaging can be performed as required. For example, a protective film containing silicon nitride or silicon oxide can be formed in the first region 215 in order to prevent moisture and impurity elements from entering.

このようにして、カンチレバー型微小構造体と、当該微小構造体を制御するための半導体素子を同一表面上に形成することができる。 In this manner, the cantilever microstructure and the semiconductor element for controlling the microstructure can be formed on the same surface.

本発明のカンチレバー型微小構造体は絶縁基板上に形成される半導体素子と一体形成することができるため、カンチレバー型微小構造体と半導体素子との接続不良を低減でき、量産性を高めることができる。 Since the cantilever microstructure of the present invention can be integrally formed with a semiconductor element formed over an insulating substrate, poor connection between the cantilever microstructure and the semiconductor element can be reduced, and mass productivity can be increased. .

本実施の形態で示したカンチレバー型微小構造体は、スイッチ以外にAFMの針、Gセンサ/角速度センサとして用いることもできる。 The cantilever microstructure shown in this embodiment can be used as an AFM needle, G sensor / angular velocity sensor in addition to a switch.

本実施の形態は、上記実施の形態と自由に組み合わせることができる。 This embodiment can be freely combined with the above embodiment.

(実施の形態8)
本実施の形態では、微小構造体を封止する構造について説明する。
(Embodiment 8)
In this embodiment, a structure for sealing a microstructure is described.

図17(A)に示すように、図11(D)までと同様に、第1の領域251において絶縁基板100上に半導体素子253、254を形成し、第2の領域252において絶縁基板100上に犠牲層204、構造層209を形成する。 As shown in FIG. 17A, the semiconductor elements 253 and 254 are formed over the insulating substrate 100 in the first region 251 and the insulating substrate 100 is formed in the second region 252 as in FIG. Then, a sacrificial layer 204 and a structural layer 209 are formed.

図17(B)に示すように、第1の領域251には絶縁層218を形成し、第2の領域252には絶縁層231を形成する。絶縁層231は、絶縁層218と同様な材料、方法によって作製することができるが、特定のエッチング剤に対してエッチング比率の異なる材料を用いる。絶縁層231のみを選択的に除去するからである。次に、第1の領域251及び第2の領域252に渡って、不純物領域に接続された配線219を形成する。このようにして犠牲層204及び構造層209の上方には、絶縁層231及び配線219が形成される。このとき、構造層209と、半導体素子253、254とは電気的に接続することができる。例えば、配線219と同一材料により、構造層209と、半導体素子253、254とを電気的に接続する。 As shown in FIG. 17B, an insulating layer 218 is formed in the first region 251, and an insulating layer 231 is formed in the second region 252. The insulating layer 231 can be manufactured using a material and a method similar to those of the insulating layer 218, but a material having a different etching ratio with respect to a specific etching agent is used. This is because only the insulating layer 231 is selectively removed. Next, a wiring 219 connected to the impurity region is formed across the first region 251 and the second region 252. In this manner, the insulating layer 231 and the wiring 219 are formed above the sacrificial layer 204 and the structural layer 209. At this time, the structural layer 209 and the semiconductor elements 253 and 254 can be electrically connected. For example, the structural layer 209 and the semiconductor elements 253 and 254 are electrically connected using the same material as the wiring 219.

そして第2の領域252において、配線219に開口部230を形成する。開口部230は、ウェットエッチング法又はドライエッチング法を用いて形成することができる。このとき、配線219を選択的に除去することができるエッチング剤を使用する。 Then, an opening 230 is formed in the wiring 219 in the second region 252. The opening 230 can be formed using a wet etching method or a dry etching method. At this time, an etchant that can selectively remove the wiring 219 is used.

図17(C)に示すように、開口部230からエッチング剤を導入し、絶縁層231を除去する。絶縁層231の除去には、ウェットエッチング法又はドライエッチング法を用いることができる。 As shown in FIG. 17C, an etchant is introduced from the opening 230 and the insulating layer 231 is removed. For the removal of the insulating layer 231, a wet etching method or a dry etching method can be used.

このとき、第1の領域251において、絶縁層218や配線219がエッチング剤に曝されることを防止するため、マスク234を設けるとよい。マスク234は、マスク103と同様の材料、方法によって形成することができる。 At this time, a mask 234 is preferably provided in the first region 251 in order to prevent the insulating layer 218 and the wiring 219 from being exposed to the etching agent. The mask 234 can be formed using a material and a method similar to those of the mask 103.

そして図17(D)に示すように、犠牲層204を除去する。犠牲層204を除去することによって、空間236が生じる。犠牲層204の除去には、ウェットエッチング法又はドライエッチング法を用いることができる。 Then, as shown in FIG. 17D, the sacrificial layer 204 is removed. By removing the sacrificial layer 204, a space 236 is created. For the removal of the sacrificial layer 204, a wet etching method or a dry etching method can be used.

絶縁層231と、犠牲層204は同一の工程で除去してもよい。例えば、絶縁層231と犠牲層204とを同一エッチング剤に反応する材料から形成することによって、同一の工程で除去することができる。同一工程で除去することにより、時間の短縮、コストの削減を図ることができる。 The insulating layer 231 and the sacrificial layer 204 may be removed in the same step. For example, by forming the insulating layer 231 and the sacrificial layer 204 from a material that reacts with the same etchant, the insulating layer 231 and the sacrificial layer 204 can be removed in the same step. By removing in the same process, time can be shortened and cost can be reduced.

図17(E)に示すように、保護膜237を形成する。保護膜237は、絶縁層218と同一な材料、方法によって作製することができる。保護膜237は、開口部230内に入り込むように形成されうるが、開口部230の直径を小さくすることにより、空間233、236にまで入り込む恐れはない。空間233、236内を不活性ガスで充填するため、不活性ガス雰囲気内において保護膜237を形成する。不活性ガスとして、窒素ガスがある。 As shown in FIG. 17E, a protective film 237 is formed. The protective film 237 can be manufactured using the same material and method as the insulating layer 218. The protective film 237 can be formed so as to enter the opening 230, but there is no risk of entering the spaces 233 and 236 by reducing the diameter of the opening 230. In order to fill the spaces 233 and 236 with an inert gas, a protective film 237 is formed in an inert gas atmosphere. There is nitrogen gas as an inert gas.

このようにして微小構造体及び半導体素子を一体形成し、さらに封止することができる。封止された微小構造体及び半導体素子は、機械的強度を高めることができ、持ち運びが簡便なものとなる。また封止された微小構造体及び半導体素子は、別の装置に実装する場合、取り扱いが簡便なものとなる。 In this way, the microstructure and the semiconductor element can be integrally formed and further sealed. The sealed microstructure and semiconductor element can increase mechanical strength and can be easily carried. In addition, the sealed microstructure and semiconductor element are easy to handle when mounted on another device.

本実施の形態は、上記実施の形態と自由に組み合わせることができる。 This embodiment can be freely combined with the above embodiment.

(実施の形態9)
上記実施の形態では、同一絶縁基板上に半導体素子と微小構造体を同時に形成する作製方法を説明したが、半導体素子と微小構造体とを積層させてもよい。そこで本実施の形態では、半導体素子の上方に微小構造体を積層する場合の作製方法について説明する。
(Embodiment 9)
In the above embodiment mode, a manufacturing method in which a semiconductor element and a microstructure are formed over the same insulating substrate has been described; however, the semiconductor element and the microstructure may be stacked. Therefore, in this embodiment, a manufacturing method in the case where a microstructure is stacked over a semiconductor element will be described.

図20(A)に示すように、図11(E)の第1の領域251と同様に、絶縁基板100上に半導体素子253、254を形成する。そして図17(C)と同様に、絶縁層218を覆うように絶縁層235を形成する。 As shown in FIG. 20A, semiconductor elements 253 and 254 are formed over the insulating substrate 100 as in the first region 251 in FIG. Then, as in FIG. 17C, the insulating layer 235 is formed so as to cover the insulating layer 218.

図20(B)に示すように、絶縁層235にコンタクトホールを形成し、配線219と接続される電極240を形成する。電極240の材料、方法は、配線219と同様である。電極240は、微小構造体の制御用の電極として使用することができる。 As shown in FIG. 20B, a contact hole is formed in the insulating layer 235, and an electrode 240 connected to the wiring 219 is formed. The material and method of the electrode 240 are the same as those of the wiring 219. The electrode 240 can be used as an electrode for controlling the microstructure.

図20(C)に示すように、電極240を覆うように犠牲層241を形成する。犠牲層241は、犠牲層101と同様な材料、方法によって作製することができる。 As shown in FIG. 20C, a sacrificial layer 241 is formed so as to cover the electrode 240. The sacrificial layer 241 can be manufactured using the same material and method as the sacrificial layer 101.

図20(D)に示すように、犠牲層241の少なくとも一部を覆うように微小構造体242を形成する。微小構造体242は、構造層209と同様な材料、方法によって作製することができる。 As shown in FIG. 20D, a microstructure 242 is formed so as to cover at least part of the sacrifice layer 241. The microstructure 242 can be manufactured using a material and a method similar to those of the structural layer 209.

図20(E)に示すように、犠牲層241を除去する。犠牲層の除去には、ウェットエッチング法又はドライエッチング法を適用することができる。犠牲層241を除去する結果、空間243が生じる。 As shown in FIG. 20E, the sacrificial layer 241 is removed. A wet etching method or a dry etching method can be applied to the removal of the sacrificial layer. As a result of removing the sacrificial layer 241, a space 243 is created.

このようにして、半導体素子と、微小構造体とを積層させることができる。 In this manner, the semiconductor element and the microstructure can be stacked.

本実施の形態は、上記実施の形態と自由に組み合わせることができる。 This embodiment can be freely combined with the above embodiment.

(実施の形態10)
本実施の形態では、半導体素子に半導体膜下方にゲート電極が設けられたボトムゲート型の薄膜トランジスタを用い、当該半導体素子と微小構造体とを同一表面上に形成する方法について説明する。
(Embodiment 10)
In this embodiment, a method for forming a semiconductor element and a microstructure over the same surface using a bottom-gate thin film transistor in which a gate electrode is provided below a semiconductor film in the semiconductor element will be described.

上記実施の形態と同様に絶縁基板100を用意し、導電層を形成する。導電層を所定の形状に加工して、第1の領域251にはゲート電極、第2の領域252には犠牲層を形成する。 As in the above embodiment, an insulating substrate 100 is prepared and a conductive layer is formed. The conductive layer is processed into a predetermined shape, and a gate electrode is formed in the first region 251 and a sacrificial layer is formed in the second region 252.

そして、ゲート電極及び犠牲層を覆うように、シリコン層を形成する。シリコン層を所定の形状に加工して、第1の領域251には半導体層、第2の領域252には構造層を形成する。シリコン層は、上記実施の形態と同様に形成することができ、導電性を付与したい場合には、シリサイド化、又は不純物添加を行えばよい。上記実施の形態と同様に、構造層は、その一辺のみが、犠牲層の端面を超えて設けられ、且つ他辺は犠牲層の端面より短くなり、その幅は上方から見ると犠牲層の幅よりも狭くなるように、矩形状に加工する。 Then, a silicon layer is formed so as to cover the gate electrode and the sacrificial layer. The silicon layer is processed into a predetermined shape, and a semiconductor layer is formed in the first region 251 and a structural layer is formed in the second region 252. The silicon layer can be formed in a manner similar to that in the above embodiment mode, and in order to impart conductivity, silicidation or addition of impurities may be performed. Similar to the above-described embodiment, the structural layer is provided with only one side beyond the end surface of the sacrificial layer and the other side is shorter than the end surface of the sacrificial layer. It is processed into a rectangular shape so as to be narrower.

その後、第1の領域251において、不純物元素を有する半導体層、ソース配線及びドレイン配線を形成し、必要に応じてシリコン酸化物やシリコン窒化物による保護膜を形成する。ソース配線やドレイン配線は、上記実施の形態と同様に形成することができる。このとき第2の領域252は、マスクで覆っておく。 After that, in the first region 251, a semiconductor layer having an impurity element, a source wiring, and a drain wiring are formed, and a protective film made of silicon oxide or silicon nitride is formed as necessary. The source wiring and the drain wiring can be formed in the same manner as in the above embodiment mode. At this time, the second region 252 is covered with a mask.

第2の領域252のマスクを除去し、犠牲層を除去する。このとき選択的に犠牲層を除去するため、第1の領域251にマスクを設ける又は保護膜で覆っている場合、そのマスク又は保護膜には犠牲層と選択比がとれる材料を使用する。 The mask in the second region 252 is removed, and the sacrificial layer is removed. At this time, in order to selectively remove the sacrificial layer, when the first region 251 is provided with a mask or covered with a protective film, a material having a selection ratio to the sacrificial layer is used for the mask or the protective film.

このようにしてボトムゲート型と微小構造体とを同一表面上に形成することができる。 In this way, the bottom gate type and the microstructure can be formed on the same surface.

また犠牲層と構造層の材料は、それぞれ導電層とシリコン層に限定されるものではない。例えば、ゲート電極となる導電層を用いて下部電極を形成し、シリコン層を用いて犠牲層を形成し、ソース配線及びドレイン配線となる導電層を用いて構造層を形成してもよい。 The materials of the sacrificial layer and the structural layer are not limited to the conductive layer and the silicon layer, respectively. For example, the lower electrode may be formed using a conductive layer serving as a gate electrode, the sacrificial layer may be formed using a silicon layer, and the structural layer may be formed using a conductive layer serving as a source wiring and a drain wiring.

導電層を用いて構造層を形成するため、カンチレバー型スイッチに適用する場合に好適である。 Since the structural layer is formed using a conductive layer, it is suitable for application to a cantilever switch.

(実施の形態11)
本実施の形態では、プラスチック基板等の樹脂基板へカンチレバー型微小構造体及び半導体素子を転置する形態を説明する。
(Embodiment 11)
In this embodiment mode, a mode in which a cantilever microstructure and a semiconductor element are transferred to a resin substrate such as a plastic substrate will be described.

図14(A)に示すように、上記実施の形態と同様に、絶縁層218まで形成する。そして第2の領域252では、マスク212を設けた状態とする。そして、絶縁基板100を剥離する。剥離する手段としては、剥離層を絶縁基板100と下地層201との間に設けておき、剥離層を物理的又は化学的に除去する方法がある。 As shown in FIG. 14A, the insulating layer 218 is formed as in the above embodiment mode. In the second region 252, the mask 212 is provided. Then, the insulating substrate 100 is peeled off. As a means for peeling, there is a method in which a peeling layer is provided between the insulating substrate 100 and the base layer 201 and the peeling layer is physically or chemically removed.

物理的に除去するためには、剥離層の結晶状態を制御することによって絶縁基板100との密着強度を弱め、力を加えて絶縁基板100を剥離する。このような剥離層には酸化タングステン、酸化モリブデンを用いることができ、加熱処理によって結晶状態を制御することができる。 In order to remove physically, the adhesion state with the insulating substrate 100 is weakened by controlling the crystal state of the peeling layer, and the insulating substrate 100 is peeled off by applying a force. Tungsten oxide or molybdenum oxide can be used for such a peeling layer, and the crystal state can be controlled by heat treatment.

化学的に除去するためには、剥離層に貫通する開口部を形成し、エッチング剤を導入して剥離層を除去して絶縁基板100を剥離する。このような剥離層にはシリコン層又はタングステン層を用いることができ、エッチング剤には三フッ化塩素(ClF)、三フッ化窒素(NF)、三フッ化臭素(BrF)、フッ化水素(HF)等のフッ化ハロゲンを用いることができる。 In order to remove chemically, an opening penetrating the peeling layer is formed, an etching agent is introduced, the peeling layer is removed, and the insulating substrate 100 is peeled off. A silicon layer or a tungsten layer can be used as such a peeling layer, and chlorine trifluoride (ClF 3 ), nitrogen trifluoride (NF 3 ), bromine trifluoride (BrF 3 ), fluorine, or the like is used as an etchant. A halogen fluoride such as hydrogen fluoride (HF) can be used.

勿論、物理的手段と、化学的手段とを組み合わせて適用してもよい。 Of course, a combination of physical means and chemical means may be applied.

図14(B)に示すように、接着層255を用いて、プラスチック基板等の樹脂基板256を下地層201に貼り合わせる。接着層255には、紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂等を用いることができる。 As shown in FIG. 14B, a resin substrate 256 such as a plastic substrate is attached to the base layer 201 using an adhesive layer 255. For the adhesive layer 255, an ultraviolet curable resin, a thermosetting resin, or the like can be used.

図14(C)に示すように、上記実施の形態と同様にマスク212を除去し、配線219を形成し、犠牲層204となるシリコン層を除去する。 As shown in FIG. 14C, the mask 212 is removed as in the above embodiment, a wiring 219 is formed, and the silicon layer which becomes the sacrificial layer 204 is removed.

このようにして、樹脂基板へ転置されたカンチレバー型微小構造体及び半導体素子を形成することができる。樹脂基板に転置することにより、さらなる軽量化、薄型化を達成することができる。 In this manner, a cantilever microstructure and a semiconductor element that are transferred to a resin substrate can be formed. Further weight reduction and thickness reduction can be achieved by transferring the resin substrate.

本実施の形態は、上記実施の形態と自由に組み合わせることができる。 This embodiment can be freely combined with the above embodiment.

(実施の形態12)
従来、ミリメートル単位以下といった微小なものを扱う場合、まず、微小な対象物の構造を拡大し、人間やコンピュータがその情報を得て情報処理および動作の決定を行い、そして、その動作を縮小して微小な対象物に伝えるというプロセスを必要としていた。
(Embodiment 12)
Conventionally, when handling minute objects such as millimeters or less, first the structure of a minute object is expanded, and a human or computer obtains the information to determine information processing and operation, and then reduces the operation. It needed a process of communicating to minute objects.

しかし、本発明のカンチレバー型微小構造体は、人間やコンピュータが上位概念的な命令を伝えるだけで、微小なものを扱うことが可能になる。すなわち、人間やコンピュータが目的を決定して命令を伝えると、カンチレバー型微小構造体はセンサ等を用いて対象物の情報を得て情報処理を行い、行動を取ることができる。なお対象物が微小なものであると仮定したが、これは例えば、対象物自体はメートル単位の大きさを有するが、その対象物から発せられる微小な信号(例えば、光や圧力の微小な変化)等も含まれる。 However, the cantilever microstructure of the present invention can handle minute objects simply by a human or computer transmitting a superordinate conceptual command. That is, when a person or a computer determines a purpose and transmits a command, the cantilever microstructure can obtain information on the object using a sensor or the like, perform information processing, and take an action. Although it is assumed that the object is very small, for example, the object itself has a size in meters, but a minute signal (for example, a minute change in light or pressure) emitted from the object. ) Etc. are also included.

本発明のカンチレバー型微小構造体は、マイクロマシンの分野に属するものであり、マイクロメートルからミリメートル単位の大きさを有することができる。ある機械装置の部品として組み込まれるために作製される場合は、組み立て時に扱いやすいよう、カンチレバー型微小構造体はメートル単位の大きさを有する場合もある。 The cantilever microstructure of the present invention belongs to the field of micromachines, and can have a size from micrometer to millimeter. When manufactured to be incorporated as a part of a mechanical device, the cantilever microstructure may have a metric size for ease of handling during assembly.

本実施の形態では、上記したようなカンチレバー型微小構造体の構成例についてブロック図を用いて説明する。 In this embodiment, a structure example of the above-described cantilever microstructure is described with reference to a block diagram.

図9に、カンチレバー型微小構造体を有する微小電気機械式装置の概念図を示す。本発明の微小電気機械式装置11は、半導体素子を有する電気回路部12、および微小構造体を有する構造体部13を有する。電気回路部12は、微小構造体を制御する制御回路14や、外部の制御装置10と通信を行うインターフェース15等を有する。構造体部13は、微小構造体により、センサ16やアクチュエータ17、スイッチ等を有する。アクチュエータとは、信号(主に電気信号)を物理量に変換する構成要素を意味する。 FIG. 9 shows a conceptual diagram of a microelectromechanical device having a cantilever microstructure. The microelectromechanical device 11 of the present invention includes an electric circuit portion 12 having a semiconductor element and a structure portion 13 having a microstructure. The electric circuit unit 12 includes a control circuit 14 that controls the microstructure, an interface 15 that communicates with the external control device 10, and the like. The structure body portion 13 includes a sensor 16, an actuator 17, a switch, and the like by a microstructure. An actuator means a component that converts a signal (mainly an electrical signal) into a physical quantity.

電気回路部12は、構造体部13が得た情報を処理するための中央演算処理装置等を有することも可能である。 The electric circuit unit 12 may include a central processing unit for processing information obtained by the structure unit 13.

外部の制御装置10は、微小電気機械式装置11を制御する信号を送信する、微小電気機械式装置11が得た情報を受信する、または微小電気機械式装置11に駆動電力を供給する等の動作を行う。 The external control device 10 transmits a signal for controlling the microelectromechanical device 11, receives information obtained by the microelectromechanical device 11, or supplies driving power to the microelectromechanical device 11. Perform the action.

本発明はカンチレバー型微小構造体内部に、半導体素子を有し微小構造体を制御する電気回路、および微小構造体を有することを特徴とし、その他の構成等は図9に限定されることはない。 The present invention is characterized in that a cantilever microstructure has an electric circuit for controlling the microstructure having a semiconductor element, and the microstructure, and the other configuration is not limited to FIG. .

(実施の形態13)
本実施の形態では、微小構造体を有するスイッチを適用するデバイスについて説明する。本発明のスイッチと、伝導路とを組み合わせて、移相器を形成することができる。移相器は、携帯電話器に実装することができる。
(Embodiment 13)
In this embodiment, a device to which a switch including a microstructure is applied will be described. A phase shifter can be formed by combining the switch of the present invention and a conduction path. The phase shifter can be mounted on a mobile phone.

また本発明のカンチレバー型の微小構造体を用いて共振器を作製することもできる。図21には、共振器の回路図を示す。共振器は、コイル:Lとコンデンサ:Cと抵抗:Rとが直列に接続され、その間には容量素子Cs1が設けられている。コイル:L及び抵抗:Rの両端にも容量素子Cs2が設けられている。 A resonator can also be manufactured using the cantilever microstructure of the present invention. FIG. 21 shows a circuit diagram of the resonator. In the resonator, a coil: L, a capacitor: C, and a resistor: R are connected in series, and a capacitive element Cs1 is provided therebetween. Capacitance elements Cs2 are also provided at both ends of the coil: L and the resistance: R.

本発明のスイッチは、このような位相器や共振器に適用することができる。 The switch of the present invention can be applied to such a phase shifter and resonator.

本発明の微小構造体の作製工程を示した図であるIt is a figure showing the manufacturing process of the microstructure of the present invention 本発明の微小構造体の作製工程を示した図であるIt is a figure showing the manufacturing process of the microstructure of the present invention 本発明の微小構造体の作製工程を示した図であるIt is a figure showing the manufacturing process of the microstructure of the present invention 本発明の微小構造体の作製工程を示した図であるIt is a figure showing the manufacturing process of the microstructure of the present invention 本発明の微小構造体の作製工程を示した図であるIt is a figure showing the manufacturing process of the microstructure of the present invention 本発明のマスクを示した図であるIt is the figure which showed the mask of this invention 本発明のマスクを示した図であるIt is the figure which showed the mask of this invention 本発明のマスクを示した図であるIt is the figure which showed the mask of this invention 本発明の微小電気機械式装置を示したブロック図であるIt is the block diagram which showed the microelectromechanical apparatus of this invention 本発明の微小構造体の作製工程を示した図であるIt is a figure showing the manufacturing process of the microstructure of the present invention 本発明の微小構造体の作製工程を示した図であるIt is a figure showing the manufacturing process of the microstructure of the present invention 本発明の微小構造体を示した図であるIt is the figure which showed the microstructure of this invention 本発明の微小構造体の作製工程を示した図であるIt is a figure showing the manufacturing process of the microstructure of the present invention 本発明の微小構造体の作製工程を示した図であるIt is a figure showing the manufacturing process of the microstructure of the present invention 本発明の微小構造体を示した図であるIt is the figure which showed the microstructure of this invention 本発明の微小構造体を示した図であるIt is the figure which showed the microstructure of this invention 本発明の微小構造体の作製工程を示した図であるIt is a figure showing the manufacturing process of the microstructure of the present invention 本発明の微小構造体を示した図であるIt is the figure which showed the microstructure of this invention 本発明の微小構造体を適用するスイッチを示した図であるIt is the figure which showed the switch which applies the microstructure of this invention 本発明の微小構造体の作製工程を示した図であるIt is a figure showing the manufacturing process of the microstructure of the present invention 本発明の微小構造体を適用する共振器を示した回路図であるIt is a circuit diagram showing a resonator to which a microstructure of the present invention is applied.

Claims (14)

犠牲層を形成し、
前記犠牲層上に第1の層を形成し、
前記第1の層上に第1の膜厚及び第2の膜厚を有するマスクを形成し、
前記マスクを用いて、前記第1の層をエッチングし、構造層を形成し、
前記構造層下方に設けられた前記犠牲層を除去し、
前記構造層は、前記第2の膜厚のマスク下に設けられていた部分の厚みが、前記第1の膜厚のマスク下に設けられていた部分の厚みより薄いことを特徴とする微小電気機械式装置の作製方法。
Forming a sacrificial layer,
Forming a first layer on the sacrificial layer;
Forming a mask having a first thickness and a second thickness on the first layer;
Using the mask, the first layer is etched to form a structural layer;
Removing the sacrificial layer provided below the structural layer;
In the structure layer, the thickness of the portion provided under the second film thickness mask is smaller than the thickness of the portion provided under the first film thickness mask. A method for manufacturing a mechanical device.
犠牲層を形成し、
前記犠牲層上に第1の層を形成し、
前記第1の層上に第1の膜厚及び第2の膜厚を有するマスクを形成し、
前記マスクを用いて、前記第1の層をエッチングし、構造層を形成し、
前記構造層下方に設けられた前記犠牲層を除去し、
前記構造層は、前記第2の膜厚のマスク下に設けられていた部分の厚みが、前記第1の膜厚のマスク下に設けられていた部分の厚みより薄くなることにより立体構造を形成し、
前記立体構造は前記第1の膜厚のマスク下に設けられた部分を錘とすることを特徴とする微小電気機械式装置の作製方法。
Forming a sacrificial layer,
Forming a first layer on the sacrificial layer;
Forming a mask having a first thickness and a second thickness on the first layer;
Using the mask, the first layer is etched to form a structural layer;
Removing the sacrificial layer provided below the structural layer;
The structural layer forms a three-dimensional structure when the thickness of the portion provided under the second film thickness mask is smaller than the thickness of the portion provided under the first film thickness mask. And
The three-dimensional structure is a method of manufacturing a microelectromechanical device, wherein a portion provided under the first film thickness mask is a weight.
犠牲層を形成し、
前記犠牲層上に非晶質シリコン層を形成し、
金属を用いた結晶化により、前記非晶質シリコン層を多結晶シリコン層とし、
前記多結晶シリコン層上に第1の膜厚及び第2の膜厚を有するマスクを形成し、
前記マスクを用いて、前記多結晶シリコン層をエッチングし、構造層を形成し、
前記構造層下方に設けられた前記犠牲層を除去し、
前記構造層は、前記第2の膜厚のマスク下に設けられていた部分の厚みが、前記第1の膜厚のマスク下に設けられていた部分の厚みより薄いことを特徴とする微小電気機械式装置の作製方法。
Forming a sacrificial layer,
Forming an amorphous silicon layer on the sacrificial layer;
By crystallization using metal, the amorphous silicon layer is changed to a polycrystalline silicon layer,
Forming a mask having a first film thickness and a second film thickness on the polycrystalline silicon layer;
Using the mask, the polycrystalline silicon layer is etched to form a structural layer,
Removing the sacrificial layer provided below the structural layer;
In the structure layer, the thickness of the portion provided under the second film thickness mask is smaller than the thickness of the portion provided under the first film thickness mask. A method for manufacturing a mechanical device.
犠牲層を形成し、
前記犠牲層上に非晶質シリコン層を形成し、
金属を用いた結晶化により、前記非晶質シリコン層を多結晶シリコン層とし、
前記多結晶シリコン層上に第1の膜厚及び第2の膜厚を有するマスクを形成し、
前記マスクを用いて、前記多結晶シリコン層をエッチングし、構造層を形成し、
前記構造層下方に設けられた前記犠牲層を除去し、
前記構造層は、前記第2の膜厚のマスク下に設けられていた部分の厚みが、前記第1の膜厚のマスク下に設けられていた部分の厚みより薄くなることにより立体構造を形成し、
前記立体構造は前記第1の膜厚のマスク下に設けられた部分を錘とすることを特徴とする微小電気機械式装置の作製方法。
Forming a sacrificial layer,
Forming an amorphous silicon layer on the sacrificial layer;
By crystallization using metal, the amorphous silicon layer is changed to a polycrystalline silicon layer,
Forming a mask having a first film thickness and a second film thickness on the polycrystalline silicon layer;
Using the mask, the polycrystalline silicon layer is etched to form a structural layer,
Removing the sacrificial layer provided below the structural layer;
The structural layer forms a three-dimensional structure when the thickness of the portion provided under the second film thickness mask is smaller than the thickness of the portion provided under the first film thickness mask. And
The three-dimensional structure is a method of manufacturing a microelectromechanical device, wherein a portion provided under the first film thickness mask is a weight.
非晶質シリコン層を形成し、
金属を用いた結晶化により、前記非晶質シリコン層を多結晶シリコン層とした犠牲層を形成し、
前記犠牲層上に第1の層を形成し、
前記第1の層上に第1の膜厚及び第2の膜厚を有するマスクを形成し、
前記マスクを用いて、前記第1の層をエッチングし、構造層を形成し、
前記構造層下方に設けられた前記犠牲層を除去し、
前記構造層は、前記第2の膜厚のマスク下に設けられていた部分の厚みが、前記第1の膜厚のマスク下に設けられていた部分の厚みより薄いことを特徴とする微小電気機械式装置の作製方法。
Forming an amorphous silicon layer;
By crystallization using a metal, a sacrificial layer having the amorphous silicon layer as a polycrystalline silicon layer is formed,
Forming a first layer on the sacrificial layer;
Forming a mask having a first thickness and a second thickness on the first layer;
Using the mask, the first layer is etched to form a structural layer;
Removing the sacrificial layer provided below the structural layer;
In the structure layer, the thickness of the portion provided under the second film thickness mask is smaller than the thickness of the portion provided under the first film thickness mask. A method for manufacturing a mechanical device.
非晶質シリコン層を形成し、
金属を用いた結晶化により、前記非晶質シリコン層を多結晶シリコン層とした犠牲層を形成し、
前記犠牲層上に第1の層を形成し、
前記第1の層上に第1の膜厚及び第2の膜厚を有するマスクを形成し、
前記マスクを用いて、前記第1の層をエッチングし、構造層を形成し、
前記構造層下方に設けられた前記犠牲層を除去し、
前記構造層は、前記第2の膜厚のマスク下に設けられていた部分の厚みが、前記第1の膜厚のマスク下に設けられていた部分の厚みより薄くなることにより立体構造を形成し、
前記立体構造は前記第1の膜厚のマスク下に設けられた部分を錘とすることを特徴とする微小電気機械式装置の作製方法。
Forming an amorphous silicon layer;
By crystallization using a metal, a sacrificial layer having the amorphous silicon layer as a polycrystalline silicon layer is formed,
Forming a first layer on the sacrificial layer;
Forming a mask having a first thickness and a second thickness on the first layer;
Using the mask, the first layer is etched to form a structural layer;
Removing the sacrificial layer provided below the structural layer;
The structural layer forms a three-dimensional structure when the thickness of the portion provided under the second film thickness mask is smaller than the thickness of the portion provided under the first film thickness mask. And
The three-dimensional structure is a method of manufacturing a microelectromechanical device, wherein a portion provided under the first film thickness mask is a weight.
請求項1乃至請求項6のいずれか一において、
前記第2の膜厚のマスクの厚みは、前記第1の膜厚のマスクの厚みより薄いことを特徴とする微小電気機械式装置の作製方法。
In any one of Claims 1 thru | or 6,
The method of manufacturing a microelectromechanical device, wherein the thickness of the second film thickness mask is smaller than the thickness of the first film thickness mask.
請求項1乃至請求項7のいずれか一において、
前記マスクの第2の膜厚は、回折格子パターン或いは半透膜からなる光強度低減機能を有する補助パターンを有するフォトマスク又はレチクルを用いて作製されたことを特徴とする微小電気機械式装置の作製方法。
In any one of Claims 1 thru | or 7,
The second film thickness of the mask is produced by using a photomask or a reticle having an auxiliary pattern having a light intensity reducing function made of a diffraction grating pattern or a semi-transmissive film. Manufacturing method.
請求項1乃至請求項8のいずれか一において、
前記マスクの第1の膜厚は、膜厚を意図的に異ならせていないマスクパターンを有するフォトマスク又はレチクルを用いて形成され、
前記マスクの第2の膜厚は、フォトマスクまたはレチクルで膜厚を意図的に異ならせたマスクパターンを有するフォトマスク又はレチクルを用いて形成されたことを特徴とする微小電気機械式装置の作製方法。
In any one of Claims 1 thru | or 8,
The first film thickness of the mask is formed using a photomask or reticle having a mask pattern that does not intentionally vary the film thickness,
The second film thickness of the mask is formed by using a photomask or a reticle having a mask pattern in which the film thickness is intentionally changed with a photomask or a reticle. Method.
絶縁基板上の第1の領域に半導体素子となる半導体層と、第2の領域に犠牲層とを形成し、
前記半導体層及び前記犠牲層上に導電層を形成し、
前記導電層上に第1の膜厚及び第2の膜厚を有する第1のマスク及び第2のマスクを形成し、
前記第1のマスク及び前記第2のマスクを用いて、前記導電層をエッチングして、前記第1の領域には半導体素子のゲート電極を形成し、且つ前記第2の領域には構造層を形成し、
前記ゲート電極を用いて前記半導体層に不純物領域を形成し、
前記不純物領域及び、前記構造層に接続される配線を形成し、
前記第2の領域の導電層下方に設けられた前記犠牲層を除去し、
前記第2の領域に形成された構造層は、前記第2の膜厚のマスク下に設けられていた導電層の厚みを、前記第1の膜厚のマスク下に設けられていた導電層の厚みより薄くする
ことを特徴とする微小電気機械式装置の作製方法。
Forming a semiconductor layer to be a semiconductor element in a first region on an insulating substrate and a sacrificial layer in a second region;
Forming a conductive layer on the semiconductor layer and the sacrificial layer;
Forming a first mask and a second mask having a first film thickness and a second film thickness on the conductive layer;
The conductive layer is etched using the first mask and the second mask to form a gate electrode of a semiconductor element in the first region, and a structural layer is formed in the second region. Forming,
Forming an impurity region in the semiconductor layer using the gate electrode;
Forming a wiring connected to the impurity region and the structural layer;
Removing the sacrificial layer provided below the conductive layer in the second region;
The structural layer formed in the second region has the thickness of the conductive layer provided under the second film thickness mask of the conductive layer provided under the first film thickness mask. A method for manufacturing a microelectromechanical device, characterized by being made thinner than a thickness.
絶縁基板上の第1の領域に半導体素子となる半導体層と、第2の領域に犠牲層とを形成し、
前記半導体層及び前記犠牲層上に導電層を形成し、
前記導電層上に第1の膜厚及び第2の膜厚を有する第1のマスク及び第2のマスクを形成し、
前記第1のマスク及び前記第2のマスクを用いて、前記導電層をエッチングして、前記第1の領域には半導体素子のゲート電極を形成し、且つ前記第2の領域には構造層を形成し、
前記ゲート電極を用いて前記半導体層に不純物領域を形成し、
前記不純物領域及び、前記構造層に接続される配線を形成し、
前記第2の領域の導電層下方に設けられた前記犠牲層を除去し、
前記第2の領域に形成された構造層は、前記第2の膜厚のマスク下に設けられていた導電層の厚みを、前記第1の膜厚のマスク下に設けられていた導電層の厚みより薄くして、前記第1の膜厚のマスク下に設けられた構造層を錘とした立体構造が形成された
ことを特徴とする微小電気機械式装置の作製方法。
Forming a semiconductor layer to be a semiconductor element in a first region on an insulating substrate and a sacrificial layer in a second region;
Forming a conductive layer on the semiconductor layer and the sacrificial layer;
Forming a first mask and a second mask having a first film thickness and a second film thickness on the conductive layer;
The conductive layer is etched using the first mask and the second mask to form a gate electrode of a semiconductor element in the first region, and a structural layer is formed in the second region. Forming,
Forming an impurity region in the semiconductor layer using the gate electrode;
Forming a wiring connected to the impurity region and the structural layer;
Removing the sacrificial layer provided below the conductive layer in the second region;
The structural layer formed in the second region has the thickness of the conductive layer provided under the second film thickness mask of the conductive layer provided under the first film thickness mask. A method for manufacturing a microelectromechanical device, characterized in that a three-dimensional structure is formed with a structure layer provided under a mask having the first film thickness as a weight, the thickness being smaller than the thickness.
請求項10又は請求項11において、
前記第1のマスクの第2の膜厚は、前記第1のマスクの第1の膜厚より薄く、
前記第2のマスクの第2の膜厚は、前記第2のマスクの第1の膜厚より薄いことを特徴とする微小電気機械式装置の作製方法。
In claim 10 or claim 11,
The second film thickness of the first mask is thinner than the first film thickness of the first mask,
The method for manufacturing a micro electro mechanical device, wherein the second film thickness of the second mask is smaller than the first film thickness of the second mask.
請求項10乃至請求項12のいずれか一において、
前記第1のマスク及び前記第2のマスクの第2の膜厚は、回折格子パターン或いは半透膜からなる光強度低減機能を有する補助パターンを有するフォトマスク又はレチクルを用いて形成されたことを特徴とする微小電気機械式装置の作製方法。
In any one of Claims 10 to 12,
The second film thickness of the first mask and the second mask is formed using a photomask or a reticle having an auxiliary pattern having a light intensity reducing function made of a diffraction grating pattern or a semi-transmissive film. A method for manufacturing a microelectromechanical device.
請求項10乃至請求項13のいずれか一において、
前記第1のマスク及び前記第2のマスクの第1の膜厚は、膜厚を意図的に異ならせていないマスクパターンを有するフォトマスク又はレチクルを用いて形成され、
前記第1のマスク及び前記第2のマスクの第2の膜厚は、フォトマスクまたはレチクルで膜厚を意図的に異ならせたマスクパターンを有するフォトマスク又はレチクルを用いて形成されたことを特徴とする微小電気機械式装置の作製方法。
In any one of Claims 10 thru | or 13,
The first film thickness of the first mask and the second mask is formed using a photomask or a reticle having a mask pattern in which the film thickness is not intentionally different,
The second film thickness of the first mask and the second mask is formed by using a photomask or a reticle having a mask pattern in which the film thickness is intentionally changed by a photomask or a reticle. A method for manufacturing a microelectromechanical device.
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