JP2008119818A - Mems device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シリコン基板上に半導体製造プロセスを用いて形成される可動電極や固定電極などの構造体を備えたMEMSデバイスおよびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a MEMS device provided with a structure such as a movable electrode and a fixed electrode formed on a silicon substrate using a semiconductor manufacturing process, and a manufacturing method thereof.
微細加工技術の進展に伴い、半導体製造プロセスを用いて形成される可動電極と固定電極などの微小な構造体を備えた電気機械系デバイス、例えば、共振器、フィルタ、センサ、モータ等の所謂MEMS(Micro Electro Mechanical System)デバイスが注目されている。MEMSデバイスは半導体製造プロセスを用いて製造されることから、例えばCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)とMEMSとの複合MEMSデバイスを形成することも可能であるため、近年ますます高まる電子機器の小型化と高機能化の要求に応え得るデバイスとしても期待されている。 Accompanying the progress of microfabrication technology, electromechanical devices having a minute structure such as a movable electrode and a fixed electrode formed by using a semiconductor manufacturing process, for example, so-called MEMS such as a resonator, a filter, a sensor, and a motor (Micro Electro Mechanical System) devices are attracting attention. Since MEMS devices are manufactured using a semiconductor manufacturing process, for example, it is possible to form a composite MEMS device of CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) and MEMS. It is also expected as a device that can meet the demand for higher functionality.
このような電子機器の高機能化の要求に伴って、MEMSデバイスには精緻な電流値制御や電気的な高速化が必要となり、MEMSデバイスの回路を構成する構造体や配線などのより一層の低抵抗化が求められている。例えば、無線通信用のRF(Radio Frequency)−MEMSなどの高周波数帯で扱われるMEMSデバイスは、挿入損失が大きいと特性そのものの劣化に直結するため、MEMSデバイスの回路全体における抵抗値を極力抑える必要がある。 Along with such demands for higher functionality of electronic devices, MEMS devices require precise current value control and electrical speedup, and the structure and wiring that constitute the circuit of the MEMS device are further increased. Low resistance is required. For example, a MEMS device handled in a high frequency band such as RF (Radio Frequency) -MEMS for wireless communication is directly connected to deterioration of the characteristics itself when the insertion loss is large, and therefore the resistance value of the entire circuit of the MEMS device is suppressed as much as possible. There is a need.
MEMSデバイスの製造方法の一例を説明すると、まず、シリコン(Si)などの半導体基板上に、固定電極と、一部が犠牲層上に形成された態様の可動電極とを形成し、さらに固定電極および可動電極の上に配線を含む配線積層部を形成する。そして、配線積層部および犠牲層の一部をエッチング(リリースエッチング)により除去して可動電極をリリースすることによって、機械的に可動な状態の可動電極を形成する。 An example of a method for manufacturing a MEMS device will be described. First, a fixed electrode and a movable electrode partially formed on a sacrificial layer are formed on a semiconductor substrate such as silicon (Si). And the wiring lamination | stacking part containing wiring is formed on a movable electrode. Then, a part of the wiring laminated portion and the sacrificial layer is removed by etching (release etching) to release the movable electrode, thereby forming the movable electrode in a mechanically movable state.
ところで、MEMSデバイスの回路における配線は、一般に、通常の半導体製造と同様に、スパッタリング法やCVD(Chemical Vapor Deposition)法あるいは真空蒸着法などにより、アルミニウム(Al)などの金属を堆積させてからパターニングすることによって形成されるので低抵抗となっている。これに対して、MEMSデバイスの可動電極や固定電極などの構造体は、シリコンを堆積させてからパターニング形成した後で、半導体であるシリコンの低抵抗化を図るための何らかの処理を施す必要がある。シリコンからなる構造体の低抵抗化を図る処理の方法としては、シリコン膜にリンイオン(例えば、31P+)などの不純物イオンをイオン打ち込みして拡散層を形成する方法が知られている(例えば特許文献1を参照)。 By the way, the wiring in the circuit of the MEMS device is generally patterned after depositing a metal such as aluminum (Al) by sputtering, CVD (Chemical Vapor Deposition), or vacuum deposition, as in normal semiconductor manufacturing. As a result, the resistance is low. On the other hand, structures such as movable electrodes and fixed electrodes of MEMS devices need to be subjected to some process for reducing the resistance of silicon, which is a semiconductor, after silicon is deposited and patterned. . As a processing method for reducing the resistance of a structure made of silicon, a method of forming a diffusion layer by implanting impurity ions such as phosphorus ions (for example, 31 P + ) into a silicon film is known (for example, (See Patent Document 1).
また、構造体のさらなる低抵抗化を図る方法として、例えば特許文献1や特許文献2に、スパッタリング法やCVD法あるいは真空蒸着法などによりシリコン膜上に金属を堆積させてから、高温でアニールすることによって金属であるチタンと接しているシリコンを拡散させて合金化させる、所謂シリサイド化する方法が示されている。例えばチタン(Ti)によりシリサイド化されたシリサイド部分(TiSi)は約10-5Ωcmの比抵抗を有し、この値は不純物イオン注入による拡散層の約100分の1である。 As a method for further reducing the resistance of the structure, for example, in Patent Document 1 and Patent Document 2, a metal is deposited on a silicon film by sputtering, CVD, vacuum deposition, or the like, and then annealed at a high temperature. Thus, a so-called silicidation method in which silicon in contact with metal titanium is diffused and alloyed is shown. For example, a silicide portion (TiSi) silicided by titanium (Ti) has a specific resistance of about 10 −5 Ωcm, and this value is about 1/100 of the diffusion layer formed by impurity ion implantation.
上記したように、シリコンからなる構造体に不純物イオンを注入して拡散層を形成する方法では、構造体の抵抗値を、高周波帯で扱われるMEMSデバイスに要求される抵抗値にまで低減することは難しい。一方、シリコンからなる構造体をシリサイド化する方法は構造体の大幅な低抵抗化に有効な方法であるが、シリサイド用の金属の種類によっては、配線積層部の一部および犠牲層の一部をエッチングにより除去して可動電極をリリースする際に、シリサイド部分がエッチング液に溶解する虞がある。シリサイド部分が溶解した場合には、却って抵抗値が上昇してしまったり、構造体が薄くなって機械的な強度が低下してしまったりすることにより、MEMSデバイスの電気的および機械的特性の変動が生じて所望の特性が得られないという問題があった。 As described above, in the method of forming a diffusion layer by implanting impurity ions into a structure made of silicon, the resistance value of the structure is reduced to a resistance value required for a MEMS device handled in a high frequency band. Is difficult. On the other hand, the method of siliciding a structure made of silicon is an effective method for greatly reducing the resistance of the structure, but depending on the type of metal for silicide, part of the wiring stack and part of the sacrificial layer When the movable electrode is released by etching, the silicide portion may be dissolved in the etching solution. When the silicide portion is dissolved, the resistance value increases on the contrary, or the mechanical strength is decreased due to the thinning of the structure, thereby changing the electrical and mechanical characteristics of the MEMS device. This causes a problem that desired characteristics cannot be obtained.
本発明は、上記を鑑みてなされたもので、その目的は、構造体の機械的な特性を保持しながら電気的な抵抗値を軽減し、優れた動作特性を有するMEMSデバイス、およびその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to reduce the electrical resistance value while maintaining the mechanical characteristics of the structure, and to provide a MEMS device having excellent operating characteristics, and a method for manufacturing the same. Is to provide.
上記課題を解決するために、本発明のMEMSデバイスは、半導体基板上に形成されたシリコンからなる固定電極と、半導体基板と隙間を設けて機械的に可動な状態で配置されたシリコンからなる可動電極と、可動電極の周囲に形成され且つ固定電極の一部を覆うように形成された配線積層部であって、配線を含む前記配線積層部と、を有し、少なくとも可動電極が高融点金属によりシリサイド化されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a MEMS device according to the present invention includes a fixed electrode made of silicon formed on a semiconductor substrate, and a movable electrode made of silicon disposed in a mechanically movable state with a gap from the semiconductor substrate. An electrode and a wiring laminated portion formed around the movable electrode and covering a part of the fixed electrode, the wiring laminated portion including the wiring, at least the movable electrode being a refractory metal It is characterized by silicidation.
この構成によれば、MEMSデバイスの固定電極や可動電極などのシリコンからなる構造体のうち、少なくとも可動電極が高融点金属によりシリサイド化されている。シリサイド化されたシリコンは、従来のリンイオンなどの不純物をイオン注入した場合に比して比抵抗を約100分の1にすることも可能であり、大幅な抵抗値の軽減を図ることができる。また、高融点金属によりシリサイド化されたシリコンのシリサイド部分は、例えばフッ化水素系のリリースエッチング液に溶解し難い。これにより、可動電極のシリサイド部分が溶解することによって却って抵抗値が上昇したり、機械的な強度が劣化したりするのを抑制することができる。したがって、MEMSデバイスの回路全体で抵抗値が大幅に軽減することが可能となり、MEMSデバイス動作時の挿入損失や通過特性を改善できるので、高周波デバイスなどに適用可能な優れた動作特性を有するMEMSデバイスを提供することができる。 According to this configuration, at least the movable electrode is silicided with the refractory metal in the structure made of silicon such as the fixed electrode and the movable electrode of the MEMS device. Silicided silicon can have a specific resistance of about 1/100 as compared with the case where impurities such as conventional phosphorus ions are ion-implanted, and the resistance value can be greatly reduced. Also, the silicide portion of silicon silicided with a refractory metal is difficult to dissolve in, for example, a hydrogen fluoride-based release etching solution. As a result, it is possible to prevent the resistance value from increasing and the mechanical strength from being deteriorated due to the dissolution of the silicide portion of the movable electrode. Accordingly, the resistance value of the entire circuit of the MEMS device can be greatly reduced, and the insertion loss and the passing characteristic when the MEMS device is operated can be improved. Therefore, the MEMS device having excellent operating characteristics applicable to a high frequency device or the like. Can be provided.
また、本発明のMEMSデバイスでは、高融点金属としてタングステン(W)またはモリブデン(Mo)が用いられていることが好ましい。 In the MEMS device of the present invention, it is preferable that tungsten (W) or molybdenum (Mo) is used as the refractory metal.
高融点金属のうち、タングステンやモリブデンをシリサイド用金属として用いたシリサイド部分は、例えばフッ化水素系のリリースエッチング液に特に溶解し難い。したがって、シリサイド用金属として高融点金属を用いる上記構成によれば、可動電極をリリースする際にリリースエッチング液に触れる部分の構造体を安定してシリサイド化することができるので、より抵抗値が低減されたMEMSデバイスを提供できる。 Of refractory metals, silicide portions using tungsten or molybdenum as a silicide metal are particularly difficult to dissolve in, for example, a hydrogen fluoride release etching solution. Therefore, according to the above-described configuration using the refractory metal as the silicide metal, the structure in the portion that comes into contact with the release etching solution when the movable electrode is released can be stably silicided, thereby further reducing the resistance value. MEMS devices can be provided.
本発明のMEMSデバイスの製造方法では、半導体基板上に形成されたシリコンからなる固定電極と、半導体基板と隙間を設けて機械的に可動な状態で配置されたシリコンからなる可動電極と、可動電極の周囲に形成され且つ固定電極の一部を覆うように形成された配線積層部であって、配線を含む配線積層部と、を有するMEMSデバイスの製造方法であって、半導体基板上に固定電極を形成する工程と、一部が犠牲層上に形成された態様で可動電極を形成する工程と、固定電極および可動電極の上に配線積層部を形成する工程と、配線積層部および犠牲層の一部をエッチングにより除去して可動電極をリリースする工程と、を有し、可動電極を形成する工程において、可動電極を高融点金属によりシリサイド化する工程を含むことを特徴とする。
また、高融点金属は、タングステン(W)またはモリブデン(Mo)を用いることが好ましい。
In the MEMS device manufacturing method of the present invention, a fixed electrode made of silicon formed on a semiconductor substrate, a movable electrode made of silicon disposed in a mechanically movable state with a gap from the semiconductor substrate, and a movable electrode A method of manufacturing a MEMS device, comprising: a wiring laminated portion formed around the substrate and covering a part of the fixed electrode, the wiring laminated portion including the wiring, and the fixed electrode on the semiconductor substrate Forming a movable electrode in a form in which a part is formed on the sacrificial layer, forming a wiring laminated portion on the fixed electrode and the movable electrode, and forming the wiring laminated portion and the sacrificial layer A step of releasing the movable electrode by removing a part by etching, and the step of forming the movable electrode includes a step of siliciding the movable electrode with a refractory metal To.
The refractory metal is preferably tungsten (W) or molybdenum (Mo).
この構成によれば、シリコンからなる構造体を、例えばフッ化水素系のリリースエッチング液に溶解し難いタングステンやモリブデンなどの高融点金属によりシリサイド化するので、リリースエッチング液に触れる部分の構造体もシリサイド化することができる。これにより、MEMSデバイスの回路全体でより抵抗値が低減され、優れた動作特性を有するMEMSデバイスを製造することができる。 According to this configuration, the structure made of silicon is silicided with a refractory metal such as tungsten or molybdenum that is difficult to dissolve in, for example, a hydrogen fluoride-based release etching solution. It can be silicided. Thereby, the resistance value is further reduced in the entire circuit of the MEMS device, and the MEMS device having excellent operating characteristics can be manufactured.
また、本発明のMEMSデバイスの製造方法では、固定電極を形成する工程および可動電極を形成する工程の少なくともいずれかの工程で、可動電極と固定電極との少なくともいずれか一方に不純物イオンをイオン打ち込みする工程を含むことが好ましい。 In the MEMS device manufacturing method of the present invention, impurity ions are implanted into at least one of the movable electrode and the fixed electrode in at least one of the step of forming the fixed electrode and the step of forming the movable electrode. It is preferable that the process to include is included.
この構成によれば、MEMSデバイスの構造体である可動電極と固定電極の原型となるシリコン膜を不純物イオンにより低抵抗化したうえで、少なくとも可動電極が高融点金属によりシリサイド化されることによってさらに低抵抗化が図られる。したがって、MEMSデバイスの回路全体の抵抗値がより低減されるという顕著な効果を奏する。 According to this configuration, the resistance of the silicon film, which is a prototype of the movable electrode and the fixed electrode, which is the structure of the MEMS device, is reduced by impurity ions, and at least the movable electrode is further silicided by the refractory metal. Low resistance is achieved. Therefore, there is a remarkable effect that the resistance value of the entire circuit of the MEMS device is further reduced.
以下、本発明のMEMSデバイスおよびその製造方法の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the MEMS device and the manufacturing method thereof according to the present invention will be described.
(第1の実施形態)
まず、MEMSデバイスの一実施形態について図面に沿って説明する。図1(a)は、本発明に係るMEMSデバイスの好適な実施形態の構成を示す平面図であり、図1(b)は同図(a)のA−A線断面図である。
(First embodiment)
First, an embodiment of a MEMS device will be described with reference to the drawings. Fig.1 (a) is a top view which shows the structure of suitable embodiment of the MEMS device based on this invention, FIG.1 (b) is the sectional view on the AA line of the same figure (a).
図1に示すMEMSデバイス70は、シリコン基板41上に、固定された状態で設けられた固定電極50と、この固定電極50の一部の上方に積層された第1層間絶縁膜52、第1配線層63、第2層間絶縁膜53、第2配線層64、保護膜59からなる配線積層部と、を有している。また、配線積層部の略中央に形成された空間としての開口部C2内に可動な状態で設けられた可動電極60が備えられている。可動電極60の表面はシリサイド化されてシリサイド部分65が形成されている。
A
シリコン基板41上には、酸化シリコン膜(SiO2、例えば、熱酸化膜)である絶縁膜42と、窒化シリコン(SiN)などからなる窒化膜43が、この順に積層されている。窒化膜43上には、CVD法などにより多結晶シリコン膜を積層させてからパターニングすることにより形成された固定電極50が設けられている。固定電極50は、パターニングされる前の多結晶シリコン膜を堆積させた段階で、多結晶シリコン膜にリンイオンなどの不純物イオンがイオン打ち込みされている。
On the
固定電極50上の一部には犠牲層51が積層され、さらに犠牲層51には、第1層間絶縁膜52、第1配線層63、第2層間絶縁膜53、第2配線層64がこの順に積層された配線積層部を有している。第1層間絶縁膜52と犠牲層51の一部がパターニングされ、固定電極50と第1配線層63が導通する。また、第2層間絶縁膜53の一部がパターニングされ、第1配線層63と第2配線層64が導通する。第2配線層64上には、保護膜(パッシベーション膜)59が積層されている。
なお、本実施形態では、第1層間絶縁膜52上に、第2層間絶縁膜53を挟んで第1配線層63と第2配線層64との二層の配線層を有する配線積層部の構成を説明するが、これに限らず、一つまたは三つ以上の配線層を有して構成された配線積層部とすることも可能である。
A
In the present embodiment, a configuration of a wiring laminated portion having two wiring layers of a
犠牲層51、第1層間絶縁膜52、第1配線層63、第2層間絶縁膜53、第2配線層64、保護膜59がこの順に積層された配線積層部の略中央には、円筒形状もしくは矩形状の凹部である開口部C2が形成されている。この開口部C2の凹底部分には、CVD法などにより多結晶シリコン膜を積層させてからパターニングすることにより形成された可動電極60が備えられている。可動電極60は、一部が窒化膜43上に支持され、可動電極60の下側部分の犠牲層51が除去されていることにより、窒化膜43および固定電極50と所定の隙間を有して可動な状態で設けられている。
The
また、可動電極60は、パターニングされる前の多結晶シリコン膜を堆積させた段階で、多結晶シリコン膜にリンイオンなどの不純物イオンがイオン打ち込みされている。さらに、不純物イオンがイオン打ち込みされた可動電極60の上面および側面の一部の表面は、高融点金属からなるシリサイド用金属によりシリサイド化されてシリサイド部分65を有している。
In the
このように、多結晶シリコンからなる可動電極60は、イオン注入により不純物注入が施されたうえに、一部がシリサイド化されてシリサイド部分65が形成されている。
これにより、多結晶シリコンに不純物注入のみを行なうことにより低抵抗化を図る方法に比して、可動電極60のシート抵抗値を約100分の1に低減することが可能になる。したがって、MEMSデバイス70は、動作させたときの挿入損失や通過特性などの改善を図ることができ、高周波デバイスなどに適用可能な優れた動作特性を有する。
As described above, the
As a result, the sheet resistance value of the
次に、上記の構成を有するMEMSデバイス70の動作の一例について説明する。本実施形態では、固定電極50の、可動電極60を挟んだ両側に形成された一方を駆動電極、他方を検出電極として説明する。また、可動電極60には適切な直列バイアス電圧が印加されているものとする。
MEMSデバイス70の固定電極50の駆動電極側に駆動電圧を注入すると、固定電極50と可動電極60との間に電位差が生じ、これに伴って電荷が蓄電される。この電位の時間変化、若しくは蓄電される電荷の時間変化により、通常のキャパシタと同様に固定電極50の駆動電極側と可動電極60との間には交流電流が流れる。これは固定電極50の検出電極側と可動電極60との間においても同様であり、MEMSデバイス70全体には2つのキャパシタを直列に接続した場合の静電容量値に相当した交流電流が流れる。
一方で、可動電極60は特定の周波数において固有の振動周波数を有し、特定の周波数において厚み方向へ屈曲が生じる。この場合、前述した固定電極50の駆動電極側および検出電極側と可動電極60との間の静電容量に変位が生じ、各構造体間に形成されるキャパシタには電圧に相当した電荷が蓄電されているが、静電容量が変動した場合、キャパシタへの蓄電量Q=CVを満足させるために電荷の移動が生ずる。この結果、可動電極60の固有振動周波数においては、静電容量の変化に伴い電流が流れる。可動電極60からの出力電流は、固定電極50の検出電極側から検出される。
Next, an example of the operation of the
When a drive voltage is injected into the drive electrode side of the fixed
On the other hand, the
(第2の実施形態)
次に、上記第1の実施形態のMEMSデバイス70の製造方法について説明する。図2、図3は、MEMSデバイス70の製造工程を説明する概略断面図である。なお、図2、図3は、図1(b)と同じ位置のMEMSデバイス70の断面を図示している。
(Second Embodiment)
Next, a method for manufacturing the
MEMSデバイス70の製造においては、半導体製造プロセスが用いられる。
図2(a)において、シリコン基板41表面を熱酸化させるなどして酸化シリコン膜(SiO2)からなる絶縁膜42を形成した上に、CVD法やスパッタリング法などにより窒化シリコン(SiN)などで構成される窒化膜43を堆積させて形成する。この窒化膜43は、後述するリリースエッチングを行なう際のエッチングストップ層として機能するベース層となる。
In manufacturing the
In FIG. 2A, an insulating
次に、窒化膜43上に、CVD法などにより多結晶シリコン膜を積層させ、リンイオン(例えば、31P+)などの不純物イオンをイオン注入してから、フォトリソグラフィ法などによりパターニングすることによって固定電極50を形成する。
次に、固定電極50上に、スパッタリング法などにより酸化シリコンなどの酸化膜からなる犠牲層51を形成する。そして、犠牲層51上に、CVD法やスパッタリング法あるいは真空蒸着法などにより多結晶シリコン膜を積層させてから、リンイオンなどの不純物イオンを注入するイオン注入を行なった後、フォトリソグラフィ法などによりパターニングすることによって可動電極60を形成する。
このように、固定電極50および可動電極60は、不純物イオン注入によってシート抵抗を低減することができる。
Next, a polycrystalline silicon film is stacked on the
Next, a
Thus, the fixed
次に、図2(b)に示すように、可動電極60上に、真空蒸着法やスパッタリング法あるいはCVD法などにより、高融点金属からなるシリサイド用金属層65aを積層させる。シリサイド用金属層65aを形成する高融点金属としては、タングステン(W)またはモリブデン(Mo)を用いることが好ましい。続いて、ランプアニールなどにより所定の温度にて所定時間のアニールを行って、図2(c)に示すように、シリサイド用金属層65aと接触している可動電極60表面をシリサイド化してシリサイド部分65を形成する。
このように、可動電極60の一部をシリサイド化してシリサイド部分65を形成することにより、シリサイド部分65のシート抵抗をさらに低減することができる。その結果、MEMSデバイス70全体での顕著なシート抵抗の低減を図ることができるので、MEMSデバイス70を動作させたときの挿入損失や通過特性などが改善された、優れた動作特性を有するMEMSデバイス70を製造することができる。
Next, as shown in FIG. 2B, a
Thus, by forming a
続いて、図3(a)に示すように、アンモニア(NH4)と過酸化水素(H2O2)の水溶液により、シリサイド化されなかったシリサイド用金属層65aをエッチングして除去してから、シリサイド部分65上に酸化膜66を形成する。なお、ここで用いるエッチング液は、アンモニアと過酸化水素の水溶液に限らず、シリサイド部分65を残して未反応のシリサイド用金属層65aのみをエッチングする選択比を有する他のエッチング液を用いてもよい。
Subsequently, as shown in FIG. 3A, the
次に、図3(b)に示すように、シリサイド部分65およびこの表面に酸化膜66が形成された可動電極60上を覆うように、スパッタリングなどの方法により第1層間絶縁膜52を形成する。このとき、第1層間絶縁膜52を積層させる下地層は凹凸を有するが、後の工程で第1層間絶縁膜52上に積層される配線層などの形成を容易にするために、第1層間絶縁膜52の上面は平坦になるようにすることが望ましい。このため、第1層間絶縁膜52には、リフローすることにより平坦化することが可能なBPSG(Boron Phosphorus Silicon Glass)やPSG(Phosphorus Silicon Glass)を用いることが好ましい。この他にも、液状の絶縁性ガラス材料をスピンコート法により塗布して成膜するSOG(Spin On Glass)を層間絶縁膜として用いて、または、酸化シリコンなどをスパッタリングした後に化学的および機械的に研磨するCMP(Chemical Mechanical Polishing)などの平坦化技術を用いて、層間絶縁膜の上面を平坦化を図る構成としてもよい。
Next, as shown in FIG. 3B, a first
次に、図3(c)において、第1層間絶縁膜52上に、スパッタリング法やCVD法、およびフォトリソグラフィ法などによって、第1配線層63、第2層間絶縁膜53、第2配線層64をこの順に積層、およびパターニングすることにより形成する。第1配線層63および第2配線層64は、酸化シリコン(SiO2)などで構成される複数の配線を有し(図示せず)、固定電極50から配線を引き出している。なお、本実施形態では、第1配線層63および第2配線層64の二層の配線層を形成する例を説明した。ここで、配線層は単層でもよく、また、必要に応じて三層以上設ける構成としてもよい。
Next, in FIG. 3C, a
次に、第2配線層64上に、窒化シリコンなどからなる保護膜59を形成する。保護膜59は、CVD法やスパッタリング法などにより堆積させて形成できる。この他、シリコンナイトライド(Si3N4)で構成される保護膜59は、例えばプラズマCVDを用いて形成することが好ましい。
Next, a
次に、可動電極60のリリースエッチングを行なう。リリースエッチングは、多結晶シリコンからなる固定電極50および可動電極60と、窒化シリコンからなる窒化膜43以外の、単結晶の酸化シリコンなどからなる各層をエッチングする選択比を有する例えばフッ化水素(HF)系のエッチング液を用いて行なう。
Next, release etching of the
図3(d)において、まず、開口部C2を形成するためのフォトレジストパターン(図示せず)を形成し、このフォトレジストパターンをエッチングマスクとして、フッ化水素系のエッチング液によりウェットエッチングする。すると、保護膜59、第2層間絶縁膜53、第1層間絶縁膜52、可動電極60の上面および側面を覆っている酸化膜66、可動電極60の下側部分の犠牲層51、が順次除去されて開口部C2が形成される。このリリースエッチングは、エッチングストップ層として機能する窒化膜43によって、厚み方向のエッチングが止まり、また、固定電極50がエッチングされずに残る。また、可動電極60の下側部分の犠牲層51が除去されることにより、可動電極60は、窒化膜43および固定電極50と所定の隙間を設けてリリースされて可動な状態となる。
In FIG. 3D, first, a photoresist pattern (not shown) for forming the opening C2 is formed, and this photoresist pattern is used as an etching mask to perform wet etching with a hydrogen fluoride-based etchant. Then, the
ここで、可動電極60をシリサイド化するシリサイド用金属の種類によっては、シリサイド部分がフッ化水素系のリリースエッチング液に溶解して、逆にシート抵抗が上昇したり、構造体が薄くなって機械的な特性が変動したりするなどの不具合を生ずる虞がある。本実施形態の製造方法によれば、シリサイド用金属として高融点金属であるタングステンまたはモリブデンを用いている。高融点金属をシリサイド用金属として用いて形成されたシリサイド部分はフッ化水素系のリリースエッチング液に溶解し難い特性を有し、この特性は、特にタングステンとモリブデンを用いた場合に顕著である。
また、本実施形態の製造方法では、シリサイド部分65は、その上面および側面を覆っている酸化膜66により保護されているので、酸化膜66が除去されるまでリリースエッチング液に触れることがなく侵され難い。
したがって、可動電極60をリリースするときに、リリースエッチング液によるシリサイド部分65の溶解を抑えることができので、シリサイド部分65を有することにより低抵抗化が図られた可動電極60を備えたMEMSデバイス70を安定して製造することができる。
Here, depending on the type of silicide metal for siliciding the
Further, in the manufacturing method of the present embodiment, the
Accordingly, when the
なお、リリースエッチングは、ドライエッチング法と組み合わせて複数の段階に分けて行なってもよい。例えば、まず、上記のフォトレジストパターンを介して、例えばCHF3などの反応性ガスを用いたRIE(リアクティブイオンエッチング)法により、保護膜59、第2層間絶縁膜53、および第1層間絶縁膜52を所定の深さまでドライエッチングする。続いて、フッ化水素系のエッチング液によりリリースエッチングを行なって可動電極60をリリースする。この方法によれば、RIE法によるドライエッチングは異方性に優れており、フォトレジストパターンの端部直下の保護膜59がエッチングされる所謂アンダーカットが起こりにくいので、略鉛直方向にエッチングを進めることができるとともに、リリースエッチング時間を短縮することが可能である。
Note that the release etching may be performed in a plurality of stages in combination with the dry etching method. For example, first, the
そして、リリースエッチング後に、フォトレジストパターンを剥離することにより、一連のMEMSデバイス70の製造工程を終了する。
以上述べたように、本実施形態の製造方法では、シリサイド部分65を有する固定電極50を備えたMEMSデバイス70は、半導体製造プロセスにより製造される。
これにより、シリコン基板41上に、MEMS構造体と、例えば発振回路などのCMOSを併設した複合MEMSデバイスを製造することが比較的容易に実現でき、より多機能なMEMSデバイス70を製造することができる。
Then, after the release etching, the photoresist pattern is peeled off to complete a series of manufacturing steps of the
As described above, in the manufacturing method of the present embodiment, the
As a result, it is relatively easy to manufacture a composite MEMS device in which a MEMS structure and a CMOS such as an oscillation circuit are provided side by side on a
ところで、一般に、可動な状態で形成されたMEMS構造体(可動電極)がシリサイド化されていない場合において、特にMEMS構造体が薄く剛性が低いほど、所謂スティッキング現象が生じる虞がある。スティッキング現象とは、リリースエッチング後の水洗工程において、リリースエッチングによってリリースされたMEMS構造体の可動部が、純水などの水洗水の表面張力により変形して最寄りの構成体などに接触し、固着して離れなくなってしまう現象である。このような可動電極のスティッキング現象は、上記第2の実施形態の製造方法により製造されるMEMSデバイス70のシリサイド化された可動電極60が呈する特徴的な態様によって抑制することが可能である。
By the way, generally, when the MEMS structure (movable electrode) formed in a movable state is not silicided, a so-called sticking phenomenon may occur as the MEMS structure is thinner and lower in rigidity. The sticking phenomenon means that in the washing process after release etching, the movable part of the MEMS structure released by release etching is deformed by the surface tension of the washing water such as pure water, and comes into contact with the nearest structural body. It is a phenomenon that does not leave. Such a sticking phenomenon of the movable electrode can be suppressed by a characteristic aspect exhibited by the silicided
ここで、上記実施形態のMEMSデバイス70において、上記のようなスティッキング現象を抑制する可動電極60の態様について図面に沿って説明する。図4は、上記第2の実施形態のMEMSデバイス70の製造方法において、シリサイド化された可動電極60周辺のエッチング前後の態様を説明する図であり、図4(a)は、リリースエッチング前の状態を説明する部分断面図であり、同図(b)は、リリースエッチング後の状態を説明する部分断面図である。
Here, the aspect of the
図4(a)においては、シリコン基板41上に、絶縁膜42、窒化膜43、固定電極50、犠牲層51、可動電極60、第1層間絶縁膜52、第1配線層63(図示せず)、第2層間絶縁膜53、第2配線層64(図示せず)、保護膜59を順次積層させて形成された積層体の断面を部分的に図示している。可動電極60はシリサイド化されてシリサイド部分65が形成され、さらにシリサイド部分65上には酸化膜66を有している。
4A, an insulating
この積層体を、図4(b)に示すようにリリースエッチングして開口部C2が形成されると、可動電極60がリリースされて可動な状態となる。このとき、可動電極60が薄く剛性が低いほど、上記したスティッキング現象が起こり易くなり、例えば可動電極60が下側の固定電極50に接触して固着する虞がある。しかしながら、シリサイド化された可動電極60は、高融点金属からなるシリサイド用金属により剛性が増しているので、スティッキング現象の発生が抑制される効果を奏する。
When the laminated body is release-etched as shown in FIG. 4B to form the opening C2, the
また、図4(b)に示すように、シリサイド化された可動電極60は、該可動電極60の上面及び側面に形成されたシリサイド部分65に働く応力によって、シリサイド部分65側に反りを生ずる方向(図中矢印方向)に引っ張られる。この作用により、可動電極60は、隙間を設けて近接する窒化膜43および固定電極50とは反対の方向に反りが生ずるので、スティッキング現象の発生を抑えるという効果を奏する。
In addition, as shown in FIG. 4B, the silicided
なお、図4(b)の図中矢印方向に働く応力により可動電極60の可動部が反ったときの反り量が大きいと、MEMS構造体の動作特性に悪影響を及ぼす虞がある。このため、実際のMEMSデバイス70の製造においては、可動電極60が略フラットになるようにプロセス条件を調整する。例えば、シリサイド用金属の種類に応じてシリサイド化させるときのアニール温度等のプロセス条件を制御することにより、シリサイド部分65の応力を可動電極60が略フラットになるように制御することが可能である。
Note that if the amount of warping when the movable portion of the
以上、発明者によってなされた本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。 The embodiment of the present invention made by the inventor has been specifically described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are made without departing from the scope of the present invention. Is possible.
例えば、上記実施形態のMEMSデバイス70では、可動電極60のみをシリサイド化する構成としたが、固定電極50もシリサイド化する構成としてもよい。この場合、可動電極60と同様な方法で固定電極をシリサイド化する方法としてもよく、また、上記の第2の実施形態と同様な工程により、リリースエッチングされない領域、例えば固定電極の配線積層部に覆われた部分を選択的にシリサイド化する方法を用いてもよい。後者の場合、使用するシリサイド用金属にリリースエッチング液への耐侵蝕性を考慮する必要がないので、広い選択肢にてシリサイド用金属を選定することができる。
For example, in the
この構成によれば、固定電極もシリサイド化されることにより低抵抗化を図ることができるので、MEMSデバイスの回路全体の抵抗値がより軽減され、高周波帯を扱うMEMSデバイスに適用可能な優れたMEMSデバイスを提供できるという顕著な効果を奏する。 According to this configuration, since the fixed electrode can be silicided to reduce the resistance, the resistance value of the entire circuit of the MEMS device is further reduced, and is excellent in that it can be applied to a MEMS device that handles a high frequency band. There is a remarkable effect that a MEMS device can be provided.
また、上記実施形態では、多結晶シリコンをパターニングすることによりMEMSデバイス70のMEMS構造体である可動電極60および固定電極50の原型を形成したが、これに限らない。MEMS構造体の原型を非晶質(アモルファス)シリコンにより形成する構成としてもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the prototype of the
非晶質シリコンにより形成されたMEMS構造体は、結晶質シリコンのように規則正しい結晶配列を有さないので、特に可動電極の連続動作において結晶粒界に沿った金属疲労が抑えられる。また、非晶質シリコンは、例えばトランジスタのゲート電極の材料として併用でき、また、被膜形成温度が比較的低いことから、既存の半導体製造プロセスによりCMOSなどが復合された高機能なMEMSデバイスを製造することが可能である。 Since the MEMS structure formed of amorphous silicon does not have a regular crystal arrangement like crystalline silicon, metal fatigue along the crystal grain boundary can be suppressed particularly in the continuous operation of the movable electrode. In addition, amorphous silicon can be used together as a material for the gate electrode of a transistor, for example, and since the film forming temperature is relatively low, a high-performance MEMS device in which a CMOS or the like is restored by an existing semiconductor manufacturing process is manufactured. Is possible.
41…半導体基板としてのシリコン基板、43…エッチングストップ層としての窒化膜、50…固定電極、52…配線積層部の一つとしての第1層間絶縁層、53…配線積層部の一つとしての第2層間絶縁層、63…配線が形成される第1配線層、64…配線が形成される第2配線層、59…配線積層部の一つとしての保護膜、60…可動電極、65…シリサイド部分、65a…シリサイド用金属層。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記半導体基板と隙間を設けて機械的に可動な状態で配置されたシリコンからなる可動電極と、
前記可動電極の周囲に形成され且つ前記固定電極の一部を覆うように形成された配線積層部であって、配線を含む前記配線積層部と、
を有し、
少なくとも前記可動電極が高融点金属によりシリサイド化されていることを特徴とするMEMSデバイス。 A fixed electrode made of silicon formed on a semiconductor substrate;
A movable electrode made of silicon disposed in a mechanically movable state with a gap between the semiconductor substrate, and
A wiring stack formed around the movable electrode and covering a part of the fixed electrode, the wiring stack including a wiring; and
Have
A MEMS device, wherein at least the movable electrode is silicided with a refractory metal.
前記高融点金属にタングステン(W)またはモリブデン(Mo)が用いられていることを特徴とするMEMSデバイス。 The MEMS device according to claim 1, wherein
A MEMS device, wherein tungsten (W) or molybdenum (Mo) is used for the refractory metal.
前記半導体基板と隙間を設けて機械的に可動な状態で配置されたシリコンからなる可動電極と、
前記可動電極の周囲に形成され且つ前記固定電極の一部を覆うように形成された配線積層部であって、配線を含む前記配線積層部と、
を有するMEMSデバイスの製造方法であって、
半導体基板上に固定電極を形成する工程と、
一部が犠牲層上に形成された態様で前記可動電極を形成する工程と、
前記固定電極および前記可動電極の上に前記配線積層部を形成する工程と、
前記配線積層部および前記犠牲層の一部をエッチングにより除去して前記可動電極をリリースする工程と、
を有し、
前記可動電極を形成する工程において、前記可動電極を高融点金属によりシリサイド化する工程を含むことを特徴とするMEMSデバイスの製造方法。 A fixed electrode made of silicon formed on a semiconductor substrate;
A movable electrode made of silicon disposed in a mechanically movable state with a gap between the semiconductor substrate, and
A wiring stack formed around the movable electrode and covering a part of the fixed electrode, the wiring stack including a wiring; and
A method of manufacturing a MEMS device having
Forming a fixed electrode on a semiconductor substrate;
Forming the movable electrode in a manner in which a part is formed on the sacrificial layer;
Forming the wiring laminate on the fixed electrode and the movable electrode;
Removing the wiring laminate and the sacrificial layer by etching to release the movable electrode; and
Have
The method of manufacturing a MEMS device, wherein the step of forming the movable electrode includes a step of siliciding the movable electrode with a refractory metal.
前記高融点金属にタングステン(W)またはモリブデン(Mo)を用いることを特徴とするMEMSデバイスの製造方法。 In the manufacturing method of the MEMS device of Claim 3,
A method for manufacturing a MEMS device, wherein tungsten (W) or molybdenum (Mo) is used as the refractory metal.
前記固定電極を形成する工程および前記可動電極を形成する工程の少なくともいずれかの工程で、前記可動電極と前記固定電極との少なくともいずれか一方に不純物イオンをイオン打ち込みする工程を含むことを特徴とするMEMSデバイスの製造方法。 In the manufacturing method of the MEMS device of Claim 3 or 4,
At least one of the step of forming the fixed electrode and the step of forming the movable electrode includes a step of ion-implanting impurity ions into at least one of the movable electrode and the fixed electrode, A method for manufacturing a MEMS device.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8470628B2 (en) | 2011-06-20 | 2013-06-25 | International Business Machines Corporation | Methods to fabricate silicide micromechanical device |
JP2013145802A (en) * | 2012-01-13 | 2013-07-25 | Toshiba Corp | Mems device and manufacturing method therefor |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0778800A (en) * | 1993-09-07 | 1995-03-20 | Fujitsu Ltd | Fine processing method, accelerometer and manufacture thereof |
JPH08125199A (en) * | 1994-10-28 | 1996-05-17 | Nippondenso Co Ltd | Semiconductor dynamic quantity sensor and fabrication thereof |
JPH09127148A (en) * | 1995-11-01 | 1997-05-16 | Murata Mfg Co Ltd | Angular speed sensor |
JPH1048246A (en) * | 1996-08-08 | 1998-02-20 | Hitachi Ltd | Semiconductor acceleration sensor |
JPH11211483A (en) * | 1998-01-30 | 1999-08-06 | Aisin Seiki Co Ltd | Surface micromachine and its manufacture |
-
2007
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0778800A (en) * | 1993-09-07 | 1995-03-20 | Fujitsu Ltd | Fine processing method, accelerometer and manufacture thereof |
JPH08125199A (en) * | 1994-10-28 | 1996-05-17 | Nippondenso Co Ltd | Semiconductor dynamic quantity sensor and fabrication thereof |
JPH09127148A (en) * | 1995-11-01 | 1997-05-16 | Murata Mfg Co Ltd | Angular speed sensor |
JPH1048246A (en) * | 1996-08-08 | 1998-02-20 | Hitachi Ltd | Semiconductor acceleration sensor |
JPH11211483A (en) * | 1998-01-30 | 1999-08-06 | Aisin Seiki Co Ltd | Surface micromachine and its manufacture |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8470628B2 (en) | 2011-06-20 | 2013-06-25 | International Business Machines Corporation | Methods to fabricate silicide micromechanical device |
US8993907B2 (en) | 2011-06-20 | 2015-03-31 | International Business Machines Corporation | Silicide micromechanical device and methods to fabricate same |
JP2013145802A (en) * | 2012-01-13 | 2013-07-25 | Toshiba Corp | Mems device and manufacturing method therefor |
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