JP2007216368A - 電気機械素子、電子回路装置、およびこれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電気機械素子の製造過程における可動子に生じる負荷等による可動子の変形、破損等の課題の解決を図る。
【解決手段】犠牲層２３上に可動子５を形成し、この可動子５に犠牲層２３を露出する複数の孔５ｈを形成し、犠牲層に対して、可動子に形成した孔と可動子の周辺から犠牲層の一部を残す第１のエッチングを行なって、この犠牲層の残部によって可動子の機械的支持を行ない、この状態で、可動子に負荷が掛かる作業を行ない、その後第２のエッチングを行って犠牲層の残部の除去を行なうようにして、上述した可動子に負荷の掛かる作業を犠牲層の一部によって補強した状態で行なって、この負荷等による製造過程での可動子の変形、破損等が回避される。
【選択図】図８

Description

本発明は、電気機械素子、電子回路装置、およびこれらの製造方法に関する。

微細電気機械素子、いわゆるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）は、スイッチ、フィルタ、キャパシタ等における単体素子として、あるいは例えば共通の半導体基体上に他の半導体素子等の回路素子と共に搭載することによって各種電子回路装置を構成することが行われている（例えば特許文献１参照。）
このＭＥＭＳにあっては、機械的振動ないしは変位等の所要の機械的動作がなされる可動子、いわゆるアクチュエータを有し、これが静電的、電磁的あるいはこれらの組み合わせ等によって駆動される。

このようなＭＥＭＳ、特にいわゆるサーフェスＭＥＭＳにおいては、その可動子は、通常、犠牲層上に形成し、可動子の可動部下の犠牲層を可動部周辺からの横方向エッチングによって取り除いて中空部を形成して、この中空上で、振動、変位等の機械的動作を行うことができるようになされる。

しかしながら、このように、可動子の下に完全な中空が形成された状態で、それ以降の工程による例えば可動子に対する電極形成、洗浄、乾燥、そりの検査、ダイシング等の作業がなされると、この作業に際して可動子に機械的負荷が掛かる。これによって、可動子の変形、破損を来たす場合が生じ、信頼性の低下、不良品の発生を来たす。

例えば、可動子に対する給電の電極は、Ａｌ電極が広く用いられるが、このＡｌは犠牲層に対するエッチング液の濃フッ酸に侵されることから、犠牲層のエッチング除去の後に形成することになる。しかしながら、このように、中空に浮いた状態の可動子に対してＡｌ電極を形成するための、Ａｌの全面的形成、これを所要の形状にパターン化するためのフォトレジストの全面塗布、フォトリソグラフィによるパターン化等の作業を行うことは上述した可動子に比較的大きな機械的負荷が掛かる。これによって、可動子の変形、破損を来たす場合が生じ、信頼性の低下、不良品の発生を来たす。このことは、特に可動子の面積が広くなると、可動子の周縁からのエッチングによって可動子下の犠牲層をその中心部まで確実にエッチングさせることが困難になるとか、エッチングに長時間を要し、上述した電極形成後にエッチングすることに、より問題が生じる。
特開平９−１６２４６２号公報

本発明においては、電気機械素子において可動子を形成する犠牲層のエッチングによる可動子、その電極等への影響の軽減を図り、しかも確実な犠牲層の除去を行うことができ、また信頼性の向上、不良品の発生率の低下を図ることができるようにした電気機械素子、電子回路装置、およびその製造方法を提供するものである。

本発明による電気機械素子は、基体上に、中空を介して機械的に可動な可動子を有し、
該可動子に複数の孔が形成されて成り、該複数の孔は、同一列上に少なくとも２個配置され、該列と隣り合う他の列上に少なくとも１個配置され、同一列上に配列された隣り合う孔の間隔より、該各孔に対し最短位置にある上記他の列上の孔との間隔が広いことを特徴とする。

本発明による電子回路装置は、中空を介して機械的に可動とされた可動子を有する電気機械素子を有し、該可動子に上記犠牲層のエッチングがなされる複数の孔が形成されて成り、上記複数の孔は、同一列上に少なくとも２個配置され、該列と隣り合う他の列上に少なくとも１個配置され、同一列上に配列された隣り合う孔の間隔より、該各孔に対し最短位置にある上記他の列上の孔との間隔が広いことを特徴とする。

上述した本発明による電気機械素子および電子回路装置によれば、その電気機械素子の可動子に孔を形成する構成としたことによって、犠牲層の除去を、可動子の周辺からのエッチングのみならす、可動子に形成した孔を通じてエッチングすることができるものであり、更に、その孔の配置を上述した位置関係に設定したことによって、後に詳細説明するように、犠牲層のエッチングの進行過程で、液溜まりが発生することなくしかも可動子の支持柱もしくは支持壁等の支持部を生じさせることができるものである。

そして、本発明による電気機械素子の製造方法にあっては、基体上に、中空を介して機械的に可動とされた可動子を有する電気機械素子の製造方法であって、犠牲層を介して上記可動子を形成する工程と、上記可動子に上記犠牲層を露出する複数の孔を貫通形成する工程と、上記犠牲層に対する少なくとも第１および第２のエッチング工程とを有し、
上記第１のエッチング工程は、上記可動子の周縁からのエッチング進行と、上記孔からのエッチング進行とによって上記犠牲層をエッチングし、上記犠牲層に上記両エッチング進行によってエッチングされない上記犠牲層の残部による上記可動子の支持部を発生させ、
上記第２のエッチング工程は、上記可動子下の犠牲層の残部を除去して可動状態とするエッチング工程であることを特徴とする。

また、本発明による電子回路装置の製造方法は、基体上に犠牲層を形成する工程と、
該犠牲層上に可動子を形成する工程と、該可動子に上記犠牲層を露出する複数の孔を貫通形成する工程と、上記犠牲層に対する少なくとも第１および第２のエッチング工程とを有し、上記可動子の孔は、同一列上に配列された隣り合う孔の間隔より、該各孔に対し最短位置にある上記他の列上の孔との間隔が広く形成され、上記第１のエッチング工程は、上記可動子の周縁からのエッチング進行と、上記孔からのエッチング進行によって上記犠牲層をエッチングすると同時に、上記犠牲層に上記両エッチング進行によってエッチングされない柱状もしくは壁状の上記犠牲層の残部による上記可動子の支持部を発生させ、
上記第２のエッチング工程によって上記可動子下の犠牲層の残部を除去することを特徴とする。

上述した本発明による電気機械素子の製造方法および電子回路装置の製造方法にあっては、可動子に孔、すなわち貫通孔を形成して後に、犠牲層のエッチングを行うことによって、可動子の周辺からのエッチングと上述した可動子に形成した孔を通じてのエッチングとを同時に進行させることから犠牲層のエッチング除去を効率よく、可動子の中心部といえども確実行うことができるものである。
そして、このエッチングは第１および第２の少なくとも２工程で行うものであり、このようにすることによって、第１のエッチング工程で犠牲層の主たるエッチング除去を、エッチング速度の高いエッチング液によって行って、能率のよい犠牲層の除去をなし、そして、このとき、上述したように、可動子の孔の配置関係の選定によって、犠牲層の残部による可動子の支持部を形成するようにしたことによって可動子の補強がなされる。したがって、この状態で、可動子に大きな機械的負荷が掛かる作業を行い、その後第２のエッチングによって犠牲層の一部の残部のエッチングのみを行うことができるものである。

上述したように、本発明による電気機械素子および電子回路装置にあっては、可動子に孔を形成する構成としたことによって、犠牲層の除去を、可動子の周辺からのエッチングのみならす、可動子に形成した孔を通じてエッチングすることができるものであり、これによって面積が大きい可動子、例えば一辺が１００μｍを超える大型のサーフェスＭＥＭＳを構成する場合においても、犠牲層のエッチングを、確実に、速やかに行うことができる。そして、その孔の配置を上述した位置関係に設定したことによって、犠牲層のエッチングの進行過程で可動子の支持柱もしくは支持壁等の支持部を生じさせることができるものであり、これによって可動子の機械的強度を保持でき、これによって製造過程での可動子の変形、破損等を有効に回避でき、信頼性の向上、不良品の発生の低減化をはかることができるものである。

また、本発明による電気機械素子の製造方法および電子回路の製造方法によれば、上述したように、第１のエッチング工程で主たるエッチングを行い、かつ可動子の機械的支持を行うことができる支持部を残したエッチングを行うものであるので、可動子の大面積化においても可動子に対する機械的負荷の掛かる例えば冒頭に述べた電極形成作業等を行うことによる可動子に変形や、破損をきたすことが回避され、信頼性の向上、歩留まりの向上を図ることができるものである。
そして、このとき、上述した孔の配置関係の選定によって、第１のエッチングによって形成された空洞が、第２のエッチング工程に際して、機械的支持部として残された犠牲層によって遮られることが回避できるものである。したがって、この第２のエッチングが阻害されてエッチングが長時間必要となることによる電極等へのエッチング液による侵食等を回避できる。

図面を参照して、本発明による電気機械素子、電子回路装置とこれらの製造方法の実施の形態例を説明する。しかしながら、本発明この形態例に限定されるものではない。
図１ＡおよびＢは、本発明による電気機械素子１の一実施形態例の概略平面図および概略断面図である。
この電気機械素子１は、静電駆動によってオン・オフされる静電アクチュエータによるスイッチ素子を構成した場合である。
この電気機械素子１すなわち静電スイッチ素子においては、基体２例えば（１００）結晶面によるシリコン半導体基板表面に絶縁層３が形成され、この上に、例えば静電アクチュエータを構成する固定電極４と、これに対して静電駆動によって近接・離間する可動子５が、例えばその一端がアンカー６によって基体２に固定されたいわゆる片持ち構成によって支持された構成とされた場合である。
また、絶縁層３上には、先端にそれぞれ固定接点７ａおよび８ａを有する第１および第２の信号線７および８が形成される。
この可動子５の遊端には、絶縁層９を介して可動接点５ａが配置される。
一方、基体２の絶縁層３上には、可動子５によってオン・オフされる固定接点７ａおよび８ａが先端に形成された第１および第２の信号線７および８が形成された構成を有する。
可動子５には、基体２の絶縁層３上から可動子５の固定側上に、配線１０が形成され、この配線１０を通じて可動子５に所要の電荷を与えて固定電極４との間に静電的に吸引・離間動作を行い、可動接点５ａを第１及び第２の信号線７および８の固定接点７ａおよび８ａ間に差し渡って接触・離間させて両者間のオン・オフ動作がなされる。

絶縁層３は、例えば厚さ２００ｎｍのＳｉＮ層と、厚さ１００ｎｍのＳｉＯ_２層との積層膜構成によることができ、絶縁層９は、厚さ１００ｎｍのＳｉＮ層によって構成することができる。
また、固定電極４は、例えば厚さ１５０ｎｍのＰ（りん）ドープの多結晶Ｓｉによって構成することができる。
可動接点５ａおよび固定接点８ａは、例えば厚さ１００ｎｍのシリサイド薄膜によって構成することができる。
絶縁層９は、後述する犠牲層２３の材料、例えばＳｉＯ_２のエッチング液によって侵されにくい例えばＳｉＮ層によって例えば厚さ１００ｎｍで構成される。
また、アンカー６は、例えば厚さ１００ｎｍのアモルファスＳｉ膜によって構成することができ、可動子５は、例えば厚さ１０００ｎｍの同様のアモルファスＳｉ層によって構成することができる。
配線１０は、例えば厚さ５００ｎｍのＡｌＣｕ層によって構成される。

そして、本発明においては、可動子５に複数の円形、方形等の形状による孔５ｈが形成された構成とするものである。
図２は、この可動子５の孔５ｈの基本的配置構成を示す平面図である。
孔５ｈは、同一列上に配列された隣り合う孔５ｈ１および５ｈ２間の間隔ａと、これら孔５ｈ１および５ｈ２に対し最短位置にある他の列上の孔５ｈ３との間隔ｂを、ａ＜ｂとする。
図３は、これら孔５ｈ１〜５ｈ３を基本構成として、複数組の孔５を配置した場合の平面図である。
また、図２および図３で示した例においては、３個の孔を組として配列した場合であり、この場合各組の孔５ｈは、二等辺三角形の各頂点に位置する配置とすることができる。
図４は、可動子５の孔５ｈの他の配置例を示す平面図である。この例においては、上述したａ＜ｂの配置構成によるものの、二等辺三角形によらず、直角三角形の配置構成とした場合である。
孔５ｈはその幅もしくは内径が５μｍ〜１０μｍ程度に選定することができ、間隔ａは、１０μｍ〜２０μｍ、間隔ｂは１５μｍ〜３５μｍ程度に選定することができる。これら孔５ｈの大きさ、配置間隔は、最終的に構成されるアクチュエータとしての可動子に必要な剛性によって選定されるが、剛性の許す限り、できるだけ狭い間隔に選定する。また、孔５ｈの大きさは、薬液の粘性に合せてできるだけ小さくする。

次に、本発明による電気機械素子の製造方法を、この電気機械素子を具備する本発明による電子回路装置の製造方法とともに説明する。
図５〜図１０は、この本発明製造方法の一部の製造工程における概略断面図で、図１１〜図１６は、その説明に供する一部の工程の概略平面図である。これら図５〜図１６において、図１と対応する部分には同一符号を付す。
この例においては、図５Ａに示すように、シリコン半導体基板による基体２の一主面に、電子回路装置を構成する他の電子回路素子２１等が通常の方法によって形成される。図においては、電子回路素子２１として１つの絶縁ゲート形電界効果トランジスタＭＯＳの形成部のみを代表的に開示している。
基体２のシリコン半導体基板には、例えばその両面に表面熱酸化による表面絶縁層２２が形成され、この上に、例えばＳｉＮよりなる例えば厚さ３００ｎｍの絶縁層２３がＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によって形成される。

基体２の目的とする電気機械素子の形成部の絶縁層３上に、図１で説明した電気機械素子の可動子を支持するアンカー６を形成する。このアンカー６は、例えば不純物がドープされていない高抵抗のＳｉ多結晶層、あるいはＳｉＮをＣＶＤ法等によって一旦全面的に形成し、これをフォトリソグラフィによってパターンエッチングすることによって所定位置に限定的に形成することができる。

図５Ｂおよび図１１に示すように、絶縁層２３上に、図１で説明した可動子に対向して配置される固定電極４と第１および第２の信号線7および８の配線等とを形成する。この配線は、例えば不純物がドープされた多結晶Ｓｉ、あるいは金属層を全面的にスパッタリング等によって形成し、フォトリソグラフィによってパターン化して形成する。
犠牲層２３は、例えばＳｉＯ_２によって構成することができ、この場合、上述した絶縁層９は、この犠牲層２３に対するエッチング液のフッ酸水溶液によって侵食されない、もしされにくいエッチング選択性の顕著な例えばＳｉＮによって形成することができる。

図６Ａに示すように、アンカー６、固定電極４、第１および第２の信号線７および８等の配線等を覆って、犠牲層２３を形成する。この犠牲層２３は、一旦全面的に形成し（図示せず）、その後、アンカー６の上端が露呈するまで、例えばＣＭＰ(Chemical Mechanical Polish)によってエッチバックを行なって平坦化する。
図６Ｂおよび図１２に示すように、犠牲層２３の平坦化面上に、アンカー６の上端面から、固定電極４の配置部上を跨いで信号線７および８の先端間近傍に延びる可動子５を形成する。この可動子５は、例えば不純物がドープされた導電性を有するＳｉ多結晶層を一旦全面的に形成し、フォトリソグラフィによって上述した所要のパターンに形成することができる。

図７Ａおよび図１３に示すように、犠牲層２３上に、例えばＡｕ系合金あるいはシリサイドによる図１で説明した可動接点５ａを、第１および第２の信号線７および８の先端の相対向する接点７ａおよび８ａ間上に相当する位置に形成する。
図７Ｂおよび図１４に示すように、可動子５の先端と可動接点５ａ上とに差し渡って可動子５の遊端と可動接点５ａとの機械的連結に供する絶縁層９を形成する。
この絶縁層９の形成は、例えば一旦全面的に形成し、その後、例えばフォトリソグラフィによるパターン化を行なうことによって形成する。

図８Ａおよび図１５に示すように、可動子５に、複数の孔５ｈをフォトリソグラフィによって形成する。
その後、第１のエッチング工程を行なう。このエッチングは、孔５ｈと可動子５の周辺の犠牲層２３が外部に露呈した部分から、例えば濃いエッチング液、例えば濃フッ酸によるウェットエッチングによって行なう。この犠牲層２３のエッチングは、等方性エッチングによって行なう。
このようにして、図８Ｂに示すように、可動子５の周縁部および孔５ｈからエッチングが進行し、これらの可動子５の周縁部下および孔５ｈ周縁下に入り込む面方向エッチングによって犠牲層２３が除去された空洞部２３ｈを形成すると共に、空洞部２３ｈ間にエッチングがなされず、犠牲層の残部による柱状もしくは壁状をなす可動子５を支える支持部２３ｓが残存形成されるようにする。

図９Ａに示すように、図１で示した例えば可動子５に対する給電に供する配線１０を構成する例えばＡｌによる配線層２４を全面的にスパッタ等によって形成する。
そして、図９Ｂおよび図１６を示すように、配線層２４を所要のパターンにエッチングして配線１０を形成する。
この配線１０の形成は、フォトリソグラフィによるパターンエッチングによって形成することができる。このため、図９Ａに示すように、配線層２４の配線１０を形成する部分上に、フォトレジスト２５を形成する。このフォトレジスト２５は、全面的塗布、パターン露光、現像によって形成し得る。そして、フォトレジスト２５をマスクとして例えばＡｌによる配線層２４を、可動子５や、絶縁層９、絶縁層３等に対し、実質的に侵食することがないウェットエッチングによって除去して所要のパターンの配線１０を形成する工程がとられる。

この場合、可動子５上には、フォトレジスト２５の形成など、かなり大きい重量、塗布時の圧力など機械的負荷が掛かる。
しかしながら、本発明製造方法によれば、可動子５下に上述した支持部２３ｓが残されていることから、可動子５が変形したり、破損する事故が回避される。
なお、上述した配線１０の形成において、Ａｌ層等の配線層２４の全面的スパッタに際して孔５ｈの内周縁や、この孔５ｈを通じて絶縁層３上にも例えばＡｌの配線層２４が堆積するが、これら堆積量は微小であるので、上述した配線１０を形成するパターン化のウェットエッチングに際して除去されてしまう。

その後、図１０に示すように、第２のエッチング工程を行い、支持部２３ｓを除去する。このようにして、回路素子２１が形成された基体２に、先端に可動接点５ａが形成され、アンカー６によって一端が支持された片もちの可動子５が形成され、可動子５が例えば固定電極４との静電力によって吸引離間する動作によって、第１および第２の信号線7および８の固定接点７ａおよび８ａ間のオン・オフ動作を行う目的とする電気機械素子１が形成されることによって、目的する本発明による電子回路装置３０が製造される。

上述したように、本発明においては、第１および第２のエッチング工程を行なうものであり、第１のエッチング工程においては、犠牲層２３の大半の除去を行なうものであり、例えば濃フッ酸によることができ、第２のエッチング工程は、残る一部の犠牲層のエッチングであるので例えばバッファードフッ酸による比較的軽いエッチングによって、また比較的短時間で終了させることができる。

そして、上述したように、第１のエッチング工程においては、可動子５のアンカー６による固定部以外の可動の外周縁からのエッチング進行と、孔５ｈからのエッチング進行とによって犠牲層２３の除去を行なうがなされるものであるが、一部の犠牲層２３は残して、柱状もしくは壁状の支持部２３ｓが形成された時点で第１のエッチングを停止するものである。
この場合、残された犠牲層２３による支持部２３ｓが、一部の空洞２３ｈを取り囲んで、可動子周辺に対してエッチング液の通路を遮断するパターンとされると、この部分においては、エッチング液の液溜まりが生じ、此処におけるエッチング液の授受は、孔５ｈからのエッチングのみになる。したがって、エッチング液の授受が激減することから、エッチングの進行が急激に低下し、例えば第２のエッチング工程で、犠牲層を完全に除去しにくくなるとか、作業時間が著しく長くなって、電極等を侵食するなどの問題が生じる。

本発明においては、支持部２３ｓの形状において、閉じたパターンが生じることがないように、つまり、上述した液溜まりの発生が回避されるようにする。この液溜まりの回避は、図２〜図４で説明したように、孔５ｈを、同一列上に配列された隣り合う孔５ｈ１および５ｈ２間の間隔ａと、これら孔５ｈ１および５ｈ２に対し最短位置にある他の列上の孔５ｈ３との間隔ｂとの関係を、ａ＜ｂとした二等辺三角形もしくは直角３角形の各３頂点に位置する配置とすることによって達成できる。

次に、これについて説明する。
図１７〜図２０は、それぞれ可動子５における複数の孔５ｈが、各列において、所定の間隔ａをもって配列され２つの孔５ｈと、この列と隣り合う列の同様に間隔ａをもって配列された孔５ｈとが、ａ／２だけ列方向にずれて、交互に齟齬するように配置された構成として、一方の列の隣り合う列２個の孔５ｈと、これら２個の孔５ｈ間に位置する他の列の１個の孔５ｈが、二等辺三角形の３頂点に配置された、すなわち図２で説明した基本構成によると配置関係として、２列に交互に逆向き配置をもって配列した場合の模式的断面図を示すものである。

そして、図１７に示す例にあっては、可動子５がその一辺に配置されたアンカー６によって支持された上述した片もち構成とされた場合で、この場合、可動子５の孔５ｈの上述した列方向を、アンカーが配置された側縁に沿う方向とした場合である。
また、図１８の例にあっては、可動子の相対向する２側縁にアンカー６を配置した場合を例示したものであり、更に図１９に示す例にあっては、３辺にアンカー６配置した構成とした場合である。
すなわち、アンカー６が配置された部分の縁部からは犠牲層に対し、一般にはエッチング液が入り込め込めないことから、可動子５の少なくとも１側縁の、少なくとも一部にはアンカー６が配置されない構成とする。
また、図２０にあっては、可動子５が、形状を異にする２つの可動子素子５Ａおよび５Ｂ、例えば電磁型と静電型の可動素子が組み合わされた構成とした場合である。

可動子５下の犠牲層２３のエッチングは、上述したように、各孔５ｈからのエッチングの進行と、アンカー６が配置されていない可動子５の開放側縁からのエッチングの進行とによってなされるが、孔５ｈからのエッチングは、各孔５ｈを中心に、これから等方的に円形に広がって各孔５ｈを中心とする空洞部２３ｈが生じてくる。
そして、この場合、同一列上で隣り合う孔５ｈの間隔ａ、隣り合う列の間隔ｃ、隣り合う列で最短間隔にある孔５ｈ間の間隔ｂの選定、エッチング条件等の選定によって、所定時間経過後に第１の工程のエッチングを停止させると、同一列上で隣り合う孔５ｈからこれを中心にほぼ等方的に広がるエッチングによる各空洞部２３ｈが相互からぶつかり合って連通し帯状の連通空洞部２３ｈとなって形成される。そして、この連通空洞部２３ｈの少なくとも一端が、可動子５のアンカー６が存在しない側縁で外部に開放されるようにする。
例えば図１７に示すように、連通空洞部２３ｈの両端が直接的に外部に開放された形状とすることができる。
そして、これら連通空洞部２３ｈ間に犠牲層２３の残部によって形成された壁による支持部２３ｓが、列方向を主たる延長方向として発生する。

このように、可動子５下に、犠牲層２３の残部による壁状の支持部２３ｓを構成するときは、例えば柱状の支持部２３ｓとする場合に比して、可動子５の補強は強固になされる。

そして、このエッチング過程で生じた空洞部２３ｈは、可動子５の側縁に直接的に開放されるか、あるいは可動子５の側縁から進行して生じた周辺の空洞部２３ｈによって閉じ込められた空洞が部分の発生、すなわち液溜めの発生が回避される。

図２０の例にあっては、連通空洞部２３ｈの両端にアンカー６が存在するものであるが、可動子５の少なくとも一側縁を開放させてあることによって此処からエッチングが入り込みエッチングが進行することによって、各連通空洞部２３ｈは、少なくとも一端が直接的にあるいは可動子５の開放側縁から進行して生じたエッチング部に連通することによって可動子５外に開放される。

上述したように、本発明においては、可動子５に特定された配置による複数の孔５ｈを形成したことによって、犠牲層のエッチングにおいて、エッチング溜まりが生じない構成とすることができるものである。

図２１および図２２の各ＡおよびＢは、可動子５に配置した孔５ｈの配置関係を、本発明の構成によらない、すなわち、隣り合う孔５ｈの配置間隔ａおよびｂを、ａ＝ｂとした場合の第１のエッチング工程における犠牲層２３の残部、すなわち支持部２３ｓのパターンを示す模式的平面図である。図２１は、方形の各コーナーに孔５ｈが配置された状態、図２２は、千鳥配置とした場合である。いずれにおいても、支持部２３として壁状の形成されるようにすると、各Ａ図に示されるように、孔５ｈを通じて形成された空洞２３ｈが支持部２３ｓによって区分されて分離独立してエッチング液の溜まりが生じてしまう。あるいは各Ｂ図に示すように、支持部２３を柱状として形成する場合においても、隣接する空洞部２３ｈの連通が点ないしは線接触部の狭小領域で連通するに過ぎないことから、実質的エッチング液の溜まりが生じてしまうにものである。
これに対して、上述した本発明構成および方法によれば、このような不都合が回避される。

上述したように、本発明による電気機械素子および電子回路とこれらの製造方法によれば、可動子５に特定された配置パターンの複数の孔５ｈを形成し、また、その製造方法にあっては、第１および第２のエッチング工程によって犠牲層の排除を行うことにより、可動子に機械的負荷の掛かる作業を、犠牲層による支持部を形成した状態で行うことができることから、例えば大面積の可動子の作製においても、変形や破損による不良品発生、信頼性の低下を改善でき、これによって歩留まりの向上が図られるものである。
そして、その犠牲層の支持部を形成する場合にておいてのエッチング溜まりの発生が回避されたことにより、犠牲層のエッチングが能率的になされ、更に、第２のエッチングにおいては、エッチング性の低いエッチングによって、短時間で行うことから、電極等へのエッチング液による侵食等を効果的に回避できるものである。

なお、図示した例では、可動子５に貫通形成した孔５ｈが正方形を有する形状とした場合であるが、前述したように、この形状に限定されるものではなく、円形、三角形等の多角形等に形成することができる。実際、これら貫通孔を通じて犠牲層２３をエッチングした場合、その形状による犠牲層２３の除去への実質的に問題となる影響がないものであり、正方形等の多角形とすることが、この孔５ｈの形成におけるフォトリソグラフィ工程でのマスクの作製工程が容易となるという利点がある。
また、本発明による電気機械素子および電子回路とこれらの製造方法は、上述したスイッチ構成による可動子を具備する構成に限定されるものではなく、種々の可動子を具備する電気機械素子および電子回路とこれらの製造方法に適用することができることはいうまでもないところである。

ＡおよびＢは、本発明による電気機械素子の一実施形態例の概略平面図および概略断面図である。 本発明による電気機械素子一例の可動子の孔の基本配置構成を示す平面図である。 本発明による電気機械素子一例の可動子の孔の基本配置構成を示す平面図である。 本発明による電気機械素子一例の可動子の孔の基本配置構成を示す平面図である。 ＡおよびＢは本発明製造方法の一例の所要の工程における概略断面図である。 ＡおよびＢは本発明製造方法の一例の所要の工程における概略断面図である。 ＡおよびＢは本発明製造方法の一例の所要の工程における概略断面図である。 ＡおよびＢは本発明製造方法の一例の所要の工程における概略断面図である。 ＡおよびＢは本発明製造方法の一例の所要の工程における概略断面図である。 本発明製造方法の一例の所要の工程における概略断面図である。 本発明製造方法の一例の一工程図における概略平面図である。 本発明製造方法の一例の一工程図における概略平面図である。 本発明製造方法の一例の一工程図における概略平面図である。 本発明製造方法の一例の一工程図における概略平面図である。 本発明製造方法の一例の一工程図における概略平面図である。 本発明製造方法の一例の一工程図における概略平面図である。 本発明製造方法の一例の一工程図における可動子の孔とエッチングパターンの関係を示す模式的平面図である。 本発明製造方法の一例の一工程図における可動子の孔とエッチングパターンの関係を示す模式的平面図である。 本発明製造方法の一例の一工程図における可動子の孔とエッチングパターンの関係を示す模式的平面図である。 本発明製造方法の一例の一工程図における可動子の孔とエッチングパターンの関係を示す模式的平面図である。 ＡおよびＢは、それぞれ本発明の説明に供する本発明と対比する可動子の孔と犠牲層の残部による支持部の配置関係を示す模式的平面図である。 ＡおよびＢは、それぞれ本発明の説明に供する本発明と対比する可動子の孔と犠牲層の残部による支持部の配置関係を示す模式的平面図である。

符号の説明

１……電気機械素子、２……基体、３……絶縁層、４……固定電極、５……可動子、６……アンカー、７……第１の信号配線、７ａ……固定接点、８……第２の信号配線、８ａ……固定接点、９……絶縁層、１０……配線層、２１……電子回路素子、２２……表面絶縁層、２３……犠牲層、２３ｓ……支持部、２３ｈ……空洞部、２４……配線層、２５……フォトレジスト、３０……電子回路装置

Claims (20)

1. 基体上に、中空を介して機械的に可動な可動子を有し、
   該可動子に複数の孔が形成されて成り、
   該複数の孔は、同一列上に少なくとも２個配置され、該列と隣り合う他の列上に少なくとも１個配置され、同一列上に配列された隣り合う孔の間隔より、該各孔に対し最短位置にある上記他の列上の孔との間隔が広い
   ことを特徴とする電気機械素子。
2. 上記複数の孔の上記同一列上で隣り合う孔と、上記他の列上の孔とが二等辺三角形の各頂点に位置する配置とする
   ことを特徴とする請求項１に記載の電気機械素子。
3. 中空を介して機械的に可動とされた可動子を有する電気機械素子を有し、
   上記可動子に犠牲層のエッチングがなされる複数の孔が形成されて成り、
   上記複数の孔は、同一列上に少なくとも２個配置され、該列と隣り合う他の列上に少なくとも１個配置され、同一列上に配列された隣り合う孔の間隔より、該各孔に対し最短位置にある上記他の列上の孔との間隔が広い
   ことを特徴とする電子回路装置。
4. 上記複数の孔は、同一列上に少なくとも２個配置され、該列と隣り合う他の列上に少なくとも１個配置され、同一列上に配列された隣り合う孔の間隔より、該各孔に対し最短位置にある上記他の列上の孔との間隔が広く形成され、
   上記複数の孔の上記同一列上で隣り合う孔と、上記他の列上の孔とが二等辺三角形の各頂点に位置する配置とする
   ことを特徴とする請求項３に記載の電子回路装置。
5. 基体上に、中空を介して機械的に可動とされた可動子を有する電気機械素子の製造方法であって、
   犠牲層を介して上記可動子を形成する工程と、
   上記可動子に上記犠牲層を露出する複数の孔を貫通形成する工程と、
   上記犠牲層に対する少なくとも第１および第２のエッチング工程とを有し、
   上記第１のエッチング工程は、上記可動子の周縁からのエッチング進行と、上記孔からのエッチング進行とによって上記犠牲層をエッチングし、上記犠牲層に上記両エッチング進行によってエッチングされない上記犠牲層の残部による上記可動子の支持部を発生させ、
   上記第２のエッチング工程は、上記可動子下の犠牲層の残部を除去して可動状態とするエッチング工程である
   ことを特徴とする電気機械素子の製造方法。
6. 上記複数の孔は、上記同一列上で隣り合う孔と、上記他の列上の孔とが二等辺三角形の各頂点に位置する配置とする
   ことを特徴とする請求項５に記載の電気機械素子の製造方法。
7. 上記可動子の複数の孔は、同一列上に少なくとも２個配置され、該列と隣り合う他の列上に少なくとも１個配置され、同一列上に配列された隣り合う孔の間隔より、該各孔に対し最短位置にある上記他の列上の孔との間隔が広く形成され、
   上記複数の孔の上記同一列上で隣り合う孔と、上記他の列上の孔とが二等辺三角形の各頂点に位置する配置とする
   ことを特徴とする請求項５に記載の電気機械素子の製造方法。
8. 上記支持部が壁状支持部とされた
   ことを特徴とする請求項５に記載の電気機械素子の製造方法。
9. 上記第１のエッチング工程が、上記第２のエッチング工程のエッチング速度より速い
   ことを特徴とする請求項５に記載の電気機械素子の製造方法。
10. 上記第１のエッチング工程による犠牲層の除去によって形成された空洞部が上記支持部によって遮られることなく上記可動子の外周に通ずるエッチングである
    ことを特徴とする請求項５に記載の電気機械素子の製造方法。
11. 上記第１のエッチング工程の後に、上記可動子に機械的負荷が掛かる作業がなされ、その後に上記第２のエッチング工程によって上記可動子下の上記犠牲層の残部をエッチング除去する
    ことを特徴とする請求項５に記載の電気機械素子の製造方法。
12. 上記複数の孔の上記同一列上で隣り合う孔と、上記他の列上の孔とが二等辺三角形の各頂点に位置する配置とする
    ことを特徴とする請求項５に記載の電気機械素子の製造方法。
13. 基体上に犠牲層を形成する工程と、
    該犠牲層上に可動子を形成する工程と、
    該可動子に上記犠牲層を露出する複数の孔を貫通形成する工程と、
    上記犠牲層に対する少なくとも第１および第２のエッチング工程とを有し、
    上記可動子の孔は、同一列上に配列された隣り合う孔の間隔より、該各孔に対し最短位置にある上記他の列上の孔との間隔が広く形成され、
    上記第１のエッチング工程は、上記可動子の周縁からのエッチング進行と、上記孔からのエッチング進行によって上記犠牲層をエッチングすると同時に、上記犠牲層に上記両エッチング進行によってエッチングされない柱状もしくは壁状の上記犠牲層の残部による上記可動子の支持部を発生させ、
    上記第２のエッチング工程によって上記可動子下の犠牲層の残部を除去する
    ことを特徴とする電子回路装置の製造方法。
14. 上記複数の孔は、上記同一列上で隣り合う孔と、上記他の列上の孔とが二等辺三角形の各頂点に位置する配置とする
    ことを特徴とする請求項１３に記載の電子回路装置の製造方法。
15. 上記可動子の複数の孔は、同一列上に少なくとも２個配置され、該列と隣り合う他の列上に少なくとも１個配置され、同一列上に配列された隣り合う孔の間隔より、該各孔に対し最短位置にある上記他の列上の孔との間隔が広く形成され、
    上記複数の孔の上記同一列上で隣り合う孔と、上記他の列上の孔とが二等辺三角形の各頂点に位置する配置とする
    ことを特徴とする請求項１３に記載の電子回路装置の製造方法。
16. 上記支持部が壁状支持部とされた
    ことを特徴とする請求項１３に記載の電子回路装置の製造方法。
17. 上記第１のエッチング工程が、上記第２のエッチング工程におけるエッチング速度より速い
    ことを特徴とする請求項１３に記載の電子回路装置の製造方法。
18. 上記第１のエッチング工程による犠牲層の除去によって形成された空洞部が上記支持部によって遮られることなく上記可動子の外周に通ずるエッチングである
    ことを特徴とする請求項１３に記載の電子回路装置の製造方法。
19. 上記第１のエッチング工程の後に、上記可動子に機械的負荷が掛かる作業がなされ、その後に上記第２のエッチング工程によって上記可動子下の上記犠牲層の残部をエッチング除去する
    ことを特徴とする請求項１３に記載の電子回路装置の製造方法。
20. 上記複数の孔の上記同一列上で隣り合う孔と、上記他の列上の孔とが二等辺三角形の各頂点に位置する配置とする
    ことを特徴とする請求項１３に記載の電子回路装置の製造方法。
    

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