JP2016007692A - Manufacturing method of fabry-perot interferometer - Google Patents

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PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a Fabry-Perot interferometer having air layers, capable of preventing stress from locally concentrating at a high refractive index layer forming movable mirrors, while adopting multiply segmented fixed mirrors.SOLUTION: At an intermediate sacrificial layer formation process, a first sacrificial layer 40 is formed on a second high refractive index layer 31. Next, a second sacrificial layer 41 is formed on the first sacrificial layer 40 using material different from the first sacrificial layer 40, and the planarization of the second sacrificial layer 41 is performed by the heating. Then, a third sacrificial layer is formed on the second sacrificial layer 41 having been planarized, using the same material as the first sacrificial layer 40, thus forming an intermediate sacrificial layer including the first sacrificial layer 40, the second sacrificial layer 41, and the third sacrificial layer. The first sacrificial layer 40 and the third sacrificial layer are formed using material of which fluidity when heated is lower than the second sacrificial layer 41. At the planarization process, among the first sacrificial layer 40 and the second sacrificial layer 41, only the second sacrificial layer 41 is made to flow.

Description

本発明は、ファブリペロー干渉計の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for manufacturing a Fabry-Perot interferometer.

従来、特許文献１に記載のファブリペロー干渉計が知られている。このファブリペロー干渉計は、固定ミラーを有する固定ミラー構造体と、可動ミラーを有する可動ミラー構造体と、固定ミラー構造体と可動ミラー構造体との間に介在され、固定ミラーと可動ミラーとの間にギャップを提供する中間犠牲層と、を備えている。固定ミラーと可動ミラーは、ギャップを介して対向しており、可動ミラー構造体におけるギャップを架橋するメンブレンを変位させることで、固定ミラーと可動ミラーの対向距離が変化するように構成されている。   Conventionally, a Fabry-Perot interferometer described in Patent Document 1 is known. This Fabry-Perot interferometer is interposed between a fixed mirror structure having a fixed mirror, a movable mirror structure having a movable mirror, and the fixed mirror structure and the movable mirror structure. And an intermediate sacrificial layer that provides a gap therebetween. The fixed mirror and the movable mirror are opposed to each other via a gap, and the facing distance between the fixed mirror and the movable mirror is changed by displacing the membrane that bridges the gap in the movable mirror structure.

固定ミラー構造体は、シリコンなどを材料として形成された第１高屈折率層及び第２高屈折率層と、両高屈折率層間に局所的に介在された空気層と、を有しており、空気層が介在された部分が固定ミラーとなっている。同じく、可動ミラー構造体は、シリコンなどを材料として形成された第３高屈折率層及び第４高屈折率層と、両高屈折率層間に局所的に介在された空気層と、を有しており、空気層が介在された部分が可動ミラーとなっている。   The fixed mirror structure has a first high refractive index layer and a second high refractive index layer formed of silicon or the like as a material, and an air layer locally interposed between the high refractive index layers. The portion where the air layer is interposed is a fixed mirror. Similarly, the movable mirror structure includes a third high-refractive index layer and a fourth high-refractive index layer formed using silicon or the like, and an air layer locally interposed between both high-refractive index layers. The part where the air layer is interposed is a movable mirror.

このように、低屈折率層として空気層を用いると、屈折率比が大きくなり、ミラーの高反射率な帯域（反射帯域）を広くすることができる。すなわち、ファブリペロー干渉計において光を選択的に透過可能な分光帯域を広くすることができる。   As described above, when an air layer is used as the low refractive index layer, the refractive index ratio is increased, and the high reflectance band (reflection band) of the mirror can be widened. That is, the spectral band capable of selectively transmitting light in the Fabry-Perot interferometer can be widened.

特開２００８−１３４３８８号公報JP 2008-134388 A

上記したように空気層を用いる場合、空気層を覆うように第２高屈折率層及び第４高屈折率層を配置することとなる。特許文献１では、ミラーの強度を確保するために、固定ミラー及び可動ミラーを複数に分割している。たとえば、第２高屈折率層を第１高屈折率層に接触させて、隣り合う固定ミラーの空気層を隔てることで、固定ミラーを複数に分割している。   As described above, when the air layer is used, the second high-refractive index layer and the fourth high-refractive index layer are disposed so as to cover the air layer. In Patent Document 1, a fixed mirror and a movable mirror are divided into a plurality of parts in order to ensure the strength of the mirror. For example, the fixed mirror is divided into a plurality of parts by bringing the second high refractive index layer into contact with the first high refractive index layer and separating the air layers of the adjacent fixed mirrors.

しかしながら、複数に分割された固定ミラーを採用すると、第２高屈折率層において、空気層の上面を覆う部分に対し、第１高屈折率層に接触する部分が凹む。すなわち、第２高屈折率層に段差が生じる。この段差上に中間犠牲層を形成するため、中間犠牲層における第３高屈折率層側の面には、上記した凹み部分に対応して段差が生じてしまう。さらには、中間犠牲層上に形成する第３高屈折率層及び第４高屈折率層にも段差が生じてしまう。   However, when a fixed mirror divided into a plurality of parts is employed, the portion of the second high refractive index layer that contacts the first high refractive index layer is recessed with respect to the portion that covers the upper surface of the air layer. That is, a step is generated in the second high refractive index layer. Since the intermediate sacrificial layer is formed on the step, a step is generated on the surface of the intermediate sacrificial layer on the third high refractive index layer side, corresponding to the above-described recessed portion. Furthermore, a step is also generated in the third high refractive index layer and the fourth high refractive index layer formed on the intermediate sacrificial layer.

このように可動ミラー構造体を構成する第３高屈折率層及び第４高屈折率層に段差が生じていると、たとえばメンブレンを変位させる際に段差部分に応力が集中するという問題がある。   When steps are generated in the third high-refractive index layer and the fourth high-refractive index layer constituting the movable mirror structure as described above, there is a problem that stress is concentrated on the stepped portion when the membrane is displaced, for example.

本発明は上記問題点に鑑み、空気層を有し、複数に分割された固定ミラーを採用しつつ、可動ミラーを構成する高屈折率層に局所的な応力集中が生じるのを抑制することができるファブリペロー干渉計の製造方法を提供することを目的とする。   In view of the above problems, the present invention has an air layer and uses a fixed mirror divided into a plurality of parts, and suppresses local stress concentration in the high refractive index layer constituting the movable mirror. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a Fabry-Perot interferometer that can be used.

ここに開示される発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲及びこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。   The invention disclosed herein employs the following technical means to achieve the above object. Note that the reference numerals in parentheses described in the claims and in this section indicate a corresponding relationship with specific means described in the embodiments described later as one aspect, and limit the technical scope of the invention. Not what you want.

開示された発明のひとつは、ファブリペロー干渉計の製造方法であって、固定ミラー構造体形成工程と、中間犠牲層形成工程と、可動ミラー形成工程と、エッチング工程と、を備えている。この製造方法により形成されるファブリペロー干渉計は、複数に分割された固定ミラー（Ｍ１）を有する固定ミラー構造体（１１）と、固定ミラーに対応して形成された可動ミラー（Ｍ２）を有する可動ミラー構造体（１２）と、固定ミラー構造体と可動ミラー構造体との間に介在されるとともに、固定ミラーと可動ミラーとの間にギャップ（ＡＧ）を提供する中間犠牲層（１３）と、を備える。そして、ギャップを介して固定ミラーと可動ミラーが対向しており、可動ミラー構造体におけるギャップを架橋するメンブレン（ＭＥＭ）を変位させることで、固定ミラーと可動ミラーの対向距離が変化するように構成される。   One of the disclosed inventions is a method for manufacturing a Fabry-Perot interferometer, which includes a fixed mirror structure forming step, an intermediate sacrificial layer forming step, a movable mirror forming step, and an etching step. A Fabry-Perot interferometer formed by this manufacturing method has a fixed mirror structure (11) having a fixed mirror (M1) divided into a plurality of parts, and a movable mirror (M2) formed corresponding to the fixed mirror. A movable mirror structure (12) and an intermediate sacrificial layer (13) interposed between the fixed mirror structure and the movable mirror structure and providing a gap (AG) between the fixed mirror and the movable mirror; . The fixed mirror and the movable mirror are opposed to each other through the gap, and the facing distance between the fixed mirror and the movable mirror is changed by displacing the membrane (MEM) that bridges the gap in the movable mirror structure. Is done.

固定ミラー構造体形成工程では、基板（２０）の一面上に、多結晶シリコンを材料として第１高屈折率層（３０）を形成し、第１高屈折率層上の固定ミラーが形成される複数箇所に固定ミラー犠牲層（３５）を形成する。そして、固定ミラー犠牲層を覆うように、多結晶シリコンを材料として第１高屈折率層上に第２高屈折率層（３１）を形成する。中間犠牲層形成工程では、第２高屈折率層を覆うように中間犠牲層を形成する。可動ミラー構造体形成工程では、中間犠牲層上に、多結晶シリコンを材料として第３高屈折率層（５０）を形成し、第３高屈折率層上の可動ミラーが形成される複数箇所に可動ミラー犠牲層（５６）を形成する。そして、可動ミラー犠牲層を覆うように、多結晶シリコンを材料として第３高屈折率層上に第４高屈折率層（５１）を形成する。エッチング工程では、エッチングにより、中間犠牲層の一部を除去してギャップを形成するとともに、固定ミラー犠牲層及び可動ミラー犠牲層を除去して空気層（３２，５２）を形成する。   In the fixed mirror structure forming step, the first high refractive index layer (30) is formed on one surface of the substrate (20) using polycrystalline silicon as a material, and the fixed mirror on the first high refractive index layer is formed. Fixed mirror sacrificial layers (35) are formed at a plurality of locations. Then, a second high refractive index layer (31) is formed on the first high refractive index layer using polycrystalline silicon as a material so as to cover the fixed mirror sacrificial layer. In the intermediate sacrificial layer forming step, the intermediate sacrificial layer is formed so as to cover the second high refractive index layer. In the movable mirror structure forming step, the third high refractive index layer (50) is formed of polycrystalline silicon as a material on the intermediate sacrificial layer, and the movable mirror on the third high refractive index layer is formed at a plurality of locations. A movable mirror sacrificial layer (56) is formed. Then, a fourth high refractive index layer (51) is formed on the third high refractive index layer using polycrystalline silicon as a material so as to cover the movable mirror sacrificial layer. In the etching step, a part of the intermediate sacrificial layer is removed by etching to form a gap, and the fixed mirror sacrificial layer and the movable mirror sacrificial layer are removed to form an air layer (32, 52).

中間犠牲層形成工程では、第２高屈折率層上に第１犠牲層（４０）を形成する。次いで、第１犠牲層とは異なる材料を用いて、第１犠牲層上に第２犠牲層（４１）を形成するとともに、加熱により第２犠牲層の平坦化処理を行う。そして、第１犠牲層と同じ材料により、平坦化後の第２犠牲層上に第３犠牲層（４２）を形成して、第１犠牲層、第２犠牲層、及び第３犠牲層を含む中間犠牲層を形成する。その際、第１犠牲層及び第３犠牲層を、第２犠牲層よりも熱に対する流動性が低い材料を用いて形成し、平坦化処理において、第１犠牲層及び第２犠牲層のうち、第２犠牲層のみを流動させることを特徴とする。   In the intermediate sacrificial layer forming step, the first sacrificial layer (40) is formed on the second high refractive index layer. Next, a second sacrificial layer (41) is formed on the first sacrificial layer using a material different from that of the first sacrificial layer, and the second sacrificial layer is planarized by heating. Then, a third sacrificial layer (42) is formed on the planarized second sacrificial layer with the same material as the first sacrificial layer, and includes the first sacrificial layer, the second sacrificial layer, and the third sacrificial layer. An intermediate sacrificial layer is formed. At that time, the first sacrificial layer and the third sacrificial layer are formed using a material having lower fluidity to heat than the second sacrificial layer, and in the planarization process, the first sacrificial layer and the second sacrificial layer, Only the second sacrificial layer is allowed to flow.

本発明では、中間犠牲層を３層構造とし、そのうちの第２犠牲層を、加熱処理によって平坦化する。したがって、空気層を有し、複数に分割された固定ミラーを採用しつつ、可動ミラーを構成する第３高屈折率層及び第４高屈折率層に段差が生じるのを抑制することができる。これにより、メンブレンの変位時に、可動ミラー構造体の段差部分に応力が集中するのを抑制することができる。   In the present invention, the intermediate sacrificial layer has a three-layer structure, and the second sacrificial layer is planarized by heat treatment. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of a step in the third high-refractive index layer and the fourth high-refractive index layer constituting the movable mirror while adopting a fixed mirror that has an air layer and is divided into a plurality of parts. Thereby, it can suppress that stress concentrates on the level | step-difference part of a movable mirror structure at the time of displacement of a membrane.

なお、第２犠牲層と第２高屈折率層との間に第１犠牲層を形成し、第２犠牲層と第３高屈折率層との間に第３犠牲層を形成する。これら第１犠牲層及び第３犠牲層は、第２犠牲層よりも熱に対する流動性が低い材料を用いて形成される。したがって、第２犠牲層の流動にともなって第２高屈折率層の内部応力が圧縮応力化するのを抑制することができる。これにより、エッチング後に、固定ミラーにおける第２高屈折率層の部分が座屈し、第１高屈折率層に接触するのを抑制することができる。同じく、第２犠牲層の流動にともなって第３高屈折率層の内部応力が圧縮応力化するのを抑制することができる。これにより、エッチング後に、第３高屈折率層、ひいては可動ミラー構造体のメンブレンが座屈するのを抑制することができる。   A first sacrificial layer is formed between the second sacrificial layer and the second high refractive index layer, and a third sacrificial layer is formed between the second sacrificial layer and the third high refractive index layer. The first sacrificial layer and the third sacrificial layer are formed using a material having lower fluidity to heat than the second sacrificial layer. Therefore, it is possible to suppress the internal stress of the second high refractive index layer from becoming a compressive stress along with the flow of the second sacrificial layer. Thereby, it can suppress that the part of the 2nd high refractive index layer in a fixed mirror buckles and contacts a 1st high refractive index layer after an etching. Similarly, it is possible to suppress the internal stress of the third high refractive index layer from becoming a compressive stress with the flow of the second sacrificial layer. As a result, it is possible to prevent the third high refractive index layer, and hence the membrane of the movable mirror structure, from buckling after etching.

また、開示された他の発明のひとつは、ファブリペロー干渉計の製造方法であって、固定ミラー構造体形成工程と、中間犠牲層形成工程と、可動ミラー形成工程と、エッチング工程と、を備えている。この製造方法により形成されるファブリペロー干渉計は、複数に分割された固定ミラー（Ｍ１）を有する固定ミラー構造体（１１）と、固定ミラーに対応して形成された可動ミラー（Ｍ２）を有する可動ミラー構造体（１２）と、固定ミラー構造体と可動ミラー構造体との間に介在されるとともに、固定ミラーと可動ミラーとの間にギャップ（ＡＧ）を提供する中間犠牲層（１３）と、を備える。そして、ギャップを介して固定ミラーと可動ミラーが対向しており、可動ミラー構造体におけるギャップを架橋するメンブレン（ＭＥＭ）を変位させることで、固定ミラーと可動ミラーの対向距離が変化するように構成される。   Further, another disclosed invention is a manufacturing method of a Fabry-Perot interferometer, which includes a fixed mirror structure forming step, an intermediate sacrificial layer forming step, a movable mirror forming step, and an etching step. ing. A Fabry-Perot interferometer formed by this manufacturing method has a fixed mirror structure (11) having a fixed mirror (M1) divided into a plurality of parts, and a movable mirror (M2) formed corresponding to the fixed mirror. A movable mirror structure (12) and an intermediate sacrificial layer (13) interposed between the fixed mirror structure and the movable mirror structure and providing a gap (AG) between the fixed mirror and the movable mirror; . The fixed mirror and the movable mirror are opposed to each other through the gap, and the facing distance between the fixed mirror and the movable mirror is changed by displacing the membrane (MEM) that bridges the gap in the movable mirror structure. Is done.

固定ミラー構造体形成工程では、支持基板（６１）上に絶縁膜（６２）を介して半導体層が配置されてなるＳＯＩ基板（６０）の半導体層を第１高屈折率層（６３）とし、該第１高屈折率層における固定ミラーが形成される複数箇所に、絶縁膜とは反対の一面側から所定深さのトレンチ（６５）を形成する。次いで、熱酸化によりトレンチを埋めるとともに一面上の熱酸化膜（６６）を除去して固定ミラー犠牲層（６７）を形成する。そして、固定ミラー犠牲層を覆うように第１高屈折率層上に、多結晶シリコンを材料として第２高屈折率層（３１）を形成する。   In the fixed mirror structure forming step, the semiconductor layer of the SOI substrate (60) in which the semiconductor layer is disposed on the support substrate (61) via the insulating film (62) is defined as the first high refractive index layer (63), A trench (65) having a predetermined depth is formed from one surface side opposite to the insulating film at a plurality of locations where the fixed mirror is formed in the first high refractive index layer. Next, the trench is filled by thermal oxidation and the thermal oxide film (66) on one surface is removed to form a fixed mirror sacrificial layer (67). Then, a second high refractive index layer (31) is formed on the first high refractive index layer using polycrystalline silicon as a material so as to cover the fixed mirror sacrificial layer.

中間犠牲層形成工程では、第２高屈折率層を覆うように中間犠牲層を形成する。可動ミラー構造体形成工程では、中間犠牲層上に、多結晶シリコンを材料として第３高屈折率層（５０）を形成し、第３高屈折率層上の可動ミラーが形成される複数箇所に可動ミラー犠牲層（５６）を形成する。そして、可動ミラー犠牲層を覆うように、多結晶シリコンを材料として第３高屈折率層上に第４高屈折率層（５１）を形成する。エッチング工程では、エッチングにより、中間犠牲層の一部を除去してギャップを形成するとともに、固定ミラー犠牲層及び可動ミラー犠牲層を除去して空気層（５２，６４）を形成することを特徴とする。   In the intermediate sacrificial layer forming step, the intermediate sacrificial layer is formed so as to cover the second high refractive index layer. In the movable mirror structure forming step, the third high refractive index layer (50) is formed of polycrystalline silicon as a material on the intermediate sacrificial layer, and the movable mirror on the third high refractive index layer is formed at a plurality of locations. A movable mirror sacrificial layer (56) is formed. Then, a fourth high refractive index layer (51) is formed on the third high refractive index layer using polycrystalline silicon as a material so as to cover the movable mirror sacrificial layer. In the etching step, the gap is formed by removing a part of the intermediate sacrificial layer by etching, and the air layer (52, 64) is formed by removing the fixed mirror sacrificial layer and the movable mirror sacrificial layer. To do.

本発明では、ＳＯＩ基板の半導体層を第１高屈折率層とする。そして、第１高屈折率層にトレンチを形成し、熱酸化によりトレンチを埋めるとともに一面上の熱酸化膜を除去して固定ミラー犠牲層を形成する。したがって、第２高屈折率層を平坦に形成することができる。これにより、中間犠牲層、ひいては第３高屈折率層も平坦に形成することができる。したがって、空気層を有し、複数に分割された固定ミラーを採用しつつ、第３高屈折率層及び第４高屈折率層に段差が生じるのを抑制することができる。これにより、メンブレンの変位時に、可動ミラー構造体の段差部分に応力が集中するのを抑制することができる。なお、本発明によれば、中間犠牲層の平坦化処理を不要とすることもできる。   In the present invention, the semiconductor layer of the SOI substrate is the first high refractive index layer. Then, a trench is formed in the first high refractive index layer, the trench is filled by thermal oxidation, and the thermal oxide film on one surface is removed to form a fixed mirror sacrificial layer. Therefore, the second high refractive index layer can be formed flat. As a result, the intermediate sacrificial layer, and thus the third high refractive index layer, can also be formed flat. Therefore, it is possible to suppress the generation of a step in the third high refractive index layer and the fourth high refractive index layer while adopting a fixed mirror having an air layer and divided into a plurality of parts. Thereby, it can suppress that stress concentrates on the level | step-difference part of a movable mirror structure at the time of displacement of a membrane. According to the present invention, it is possible to eliminate the need for planarization of the intermediate sacrificial layer.

第１実施形態に係るファブリペロー干渉計の概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the Fabry-Perot interferometer which concerns on 1st Embodiment. 図１に示すファブリペロー干渉計の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the Fabry-Perot interferometer shown in FIG. 図１に示すファブリペロー干渉計の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the Fabry-Perot interferometer shown in FIG. 図１に示すファブリペロー干渉計の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the Fabry-Perot interferometer shown in FIG. 図１に示すファブリペロー干渉計の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the Fabry-Perot interferometer shown in FIG. 図１に示すファブリペロー干渉計の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the Fabry-Perot interferometer shown in FIG. 第２犠牲層の厚みと段差埋め込み性との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the thickness of a 2nd sacrificial layer, and level | step difference embedding property. 図３の領域VIIIを拡大した図である。It is the figure which expanded the area | region VIII of FIG. 第１犠牲層の厚みと第２高屈折率層の内部応力との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the thickness of a 1st sacrificial layer, and the internal stress of a 2nd high refractive index layer. 平坦化の熱処理温度と第２高屈折率層の内部応力との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the heat processing temperature of planarization, and the internal stress of a 2nd high refractive index layer. 第２実施形態に係るファブリペロー干渉計の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the Fabry-Perot interferometer which concerns on 2nd Embodiment. 第２実施形態に係るファブリペロー干渉計の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the Fabry-Perot interferometer which concerns on 2nd Embodiment. 第３実施形態に係るファブリペロー干渉計の概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the Fabry-Perot interferometer which concerns on 3rd Embodiment. 図１３に示すファブリペロー干渉計の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the Fabry-Perot interferometer shown in FIG. 図１３に示すファブリペロー干渉計の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the Fabry-Perot interferometer shown in FIG. 図１３に示すファブリペロー干渉計の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the Fabry-Perot interferometer shown in FIG. 図１３に示すファブリペロー干渉計の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the Fabry-Perot interferometer shown in FIG. その他変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another modification.

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、以下に示す各実施形態において、共通乃至関連する要素には同一の符号を付与するものとする。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following embodiments, common or related elements are given the same reference numerals.

（第１実施形態）
先ず、図１に基づき、本実施形態のファブリペロー干渉計の概略構成について説明する。このファブリペロー干渉計は、その基本構造が、本出願人により先に出願された特開２００８−１３４３８８号公報の記載のファブリペロー干渉計と同じであるため、その記載を参照することができる。 (First embodiment)
First, a schematic configuration of the Fabry-Perot interferometer of the present embodiment will be described based on FIG. Since the basic structure of this Fabry-Perot interferometer is the same as that of the Fabry-Perot interferometer described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-134388 previously filed by the present applicant, the description can be referred to.

図１に示すファブリペロー干渉計１０は、周知のＭＥＭＳ技術を利用して形成されており、透過領域Ｓ１に固定ミラーＭ１を有する固定ミラー構造体１１と、透過領域Ｓ１に可動ミラーＭ２を有する可動ミラー構造体１２と、固定ミラー構造体１１と可動ミラー構造体１２の間に介在され、エアギャップＡＧを提供する中間犠牲層１３と、を備えている。なお、エアギャップＡＧ（空隙）が、特許請求の範囲に記載のギャップに相当する。   A Fabry-Perot interferometer 10 shown in FIG. 1 is formed by using a well-known MEMS technique, and a movable mirror structure 11 having a fixed mirror M1 in a transmission region S1 and a movable mirror M2 in a transmission region S1. A mirror structure 12, and an intermediate sacrificial layer 13 interposed between the fixed mirror structure 11 and the movable mirror structure 12 and providing an air gap AG are provided. The air gap AG (air gap) corresponds to the gap described in the claims.

可動ミラー構造体１２のエアギャップＡＧを架橋する部位は、変位可能なメンブレンＭＥＭとなっている。そして、固定ミラー構造体１１の固定電極３４と可動ミラー構造体１２の可動電極５４の間に印加する電圧に基づいて生じる静電気力（静電引力）によりメンブレンＭＥＭが変位し、ミラーＭ１，Ｍ２間の対向距離が変化するようになっている。これにより、対向距離に応じた所望波長の光（赤外線）を選択的に透過させることができる。   A portion of the movable mirror structure 12 that bridges the air gap AG is a displaceable membrane MEM. The membrane MEM is displaced by the electrostatic force (electrostatic attractive force) generated based on the voltage applied between the fixed electrode 34 of the fixed mirror structure 11 and the movable electrode 54 of the movable mirror structure 12, and the mirror M1, M2 is displaced. The opposite distance of is changed. Thereby, light (infrared rays) having a desired wavelength corresponding to the facing distance can be selectively transmitted.

固定ミラー構造体１１は、基板２０の一面上に、絶縁膜２１を介して配置されている。本実施形態では、基板２０として、単結晶シリコンからなる平面矩形状の半導体基板を採用している。また、基板２０の一面上には、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜などの絶縁膜２１が略均一の厚みをもって形成されている。なお、基板２０における透過領域Ｓ１に対応する部分に、固定ミラー構造体１１とは反対側に開口する溝部を設けてもよい。このような溝部は、たとえば絶縁膜２１をエッチングストッパとして形成することができる。   The fixed mirror structure 11 is disposed on one surface of the substrate 20 via an insulating film 21. In the present embodiment, a planar rectangular semiconductor substrate made of single crystal silicon is employed as the substrate 20. An insulating film 21 such as a silicon oxide film or a silicon nitride film is formed on the one surface of the substrate 20 with a substantially uniform thickness. A groove portion that opens to the opposite side of the fixed mirror structure 11 may be provided in a portion of the substrate 20 corresponding to the transmission region S1. Such a groove can be formed using, for example, the insulating film 21 as an etching stopper.

さらに、本実施形態では、基板２０の一面側表層に、不純物がドーピングされてなる吸収領域２２が、基板２０の厚み方向に直交する面内において、透過領域Ｓ１を除く領域に選択的に設けられている。この吸収領域２２により、透過領域Ｓ１外での光の透過を抑制することができる。なお、吸収領域２２を有さない構成を採用することもできる。   Furthermore, in the present embodiment, the absorption region 22 doped with impurities is selectively provided on the surface layer of the one side of the substrate 20 in a region excluding the transmission region S1 in a plane orthogonal to the thickness direction of the substrate 20. ing. The absorption region 22 can suppress the transmission of light outside the transmission region S1. In addition, the structure which does not have the absorption area | region 22 is also employable.

固定ミラー構造体１１は、多結晶シリコンを材料として形成され、絶縁膜２１上に積層された第１高屈折率層３０と、第１高屈折率層３０と同じく多結晶シリコンを材料として形成され、第１高屈折率層３０上に積層された第２高屈折率層３１と、を有している。そして、透過領域Ｓ１における高屈折率層３０，３１間には、低屈折率層としての空気層３２が介在され、この部分が光学多層膜構造の固定ミラーＭ１となっている。なお、以下においては、第１高屈折率層３０及び第２高屈折率層３１を、高屈折率層３０，３１とも示す。本実施形態では、高屈折率層３０，３１の厚みがともに約０．４２μｍとされ、空気層３２の厚みが約１．４μｍとなっている。シリコンの屈折率は３．４５、空気の屈折率は１である。   The fixed mirror structure 11 is formed using polycrystalline silicon as a material, and is formed using polycrystalline silicon as the first high refractive index layer 30 laminated on the insulating film 21 and the first high refractive index layer 30. And a second high refractive index layer 31 stacked on the first high refractive index layer 30. An air layer 32 as a low refractive index layer is interposed between the high refractive index layers 30 and 31 in the transmission region S1, and this portion serves as a fixed mirror M1 having an optical multilayer film structure. In the following, the first high refractive index layer 30 and the second high refractive index layer 31 are also referred to as high refractive index layers 30 and 31. In the present embodiment, the thicknesses of the high refractive index layers 30 and 31 are both about 0.42 μm, and the thickness of the air layer 32 is about 1.4 μm. The refractive index of silicon is 3.45, and the refractive index of air is 1.

固定ミラーＭ１は、平面略円形状のメンブレンＭＥＭの中央領域に形成された可動ミラーＭ２に対向して形成されている。第２高屈折率層３１は、第１高屈折率層３０に接触する接触部３１ａと、空気層３２の上面を覆う上壁部３１ｂと、上壁部３１ｂと接触部３１ａとをつなぐ側壁部３１ｃと、を有している。そして、接触部３１ａと側壁部３１ｃにより、空気層３２が区画されて、複数個の固定ミラーＭ１に分割（細分化）されている。この細分化により、基板２０の厚み方向に直交する面内において、固定ミラーＭ１の形成パターンは、ハニカム状となっている。詳しくは、上壁部３１ｂの平面形状が六角形となっており、空気層３２は六角錘台形状となっている。そして、接触部３１ａ及び側壁部３１ｃはハニカム状となっている。   The fixed mirror M1 is formed to face the movable mirror M2 formed in the center region of the planar substantially circular membrane MEM. The second high refractive index layer 31 includes a contact portion 31a that contacts the first high refractive index layer 30, an upper wall portion 31b that covers the upper surface of the air layer 32, and a sidewall portion that connects the upper wall portion 31b and the contact portion 31a. 31c. The air layer 32 is partitioned by the contact portion 31a and the side wall portion 31c, and is divided (subdivided) into a plurality of fixed mirrors M1. Due to this subdivision, the formation pattern of the fixed mirror M1 has a honeycomb shape in a plane orthogonal to the thickness direction of the substrate 20. Specifically, the planar shape of the upper wall portion 31b is a hexagon, and the air layer 32 is a hexagonal frustum shape. The contact portion 31a and the side wall portion 31c have a honeycomb shape.

上壁部３１ｂには、空気層３２をエッチングにより形成するための貫通孔３３が形成されている。メンブレンＭＥＭの対向部位であって透過領域Ｓ１を取り囲む周辺領域Ｓ２には、例えばｐ導電型の不純物がイオン注入されてなる固定電極３４が形成されている。固定電極３４は、高屈折率層３０，３１のうち、エアギャップＡＧ側の第２高屈折率層３１に少なくとも形成されている。本実施形態では、第２高屈折率層３１のみに固定電極３４が形成されている。固定電極３４は、図示しない外部接続用のパッドと電気的に接続されている。   A through hole 33 for forming the air layer 32 by etching is formed in the upper wall portion 31b. A fixed electrode 34 formed by ion implantation of, for example, a p-conductivity type impurity is formed in a peripheral region S2 that is opposite to the membrane MEM and surrounds the transmission region S1. The fixed electrode 34 is formed at least on the second high refractive index layer 31 on the air gap AG side of the high refractive index layers 30 and 31. In the present embodiment, the fixed electrode 34 is formed only on the second high refractive index layer 31. The fixed electrode 34 is electrically connected to an external connection pad (not shown).

また、固定ミラー構造体１１のうち、透過領域Ｓ１を除く領域の大部分では、高屈折率層３０，３１との間に、固定ミラー犠牲層３５が介在されている。本実施形態では、固定ミラー犠牲層３５が、第１絶縁膜３５ａ及び第２絶縁膜３５ｂを有しており、第１絶縁膜３５ａとして、不純物が導入されていないノンドープシリコン酸化膜（ＮＳＧ膜）を採用し、第２絶縁膜３５ｂとして、ボロンとリンが導入されたＢＰＳＧ膜（Boron Phosphorus Silicon Glass）を採用している。第２高屈折率層３１のうち、固定ミラー犠牲層３５の上面を覆う上壁部３１ｄは、空気層３２の上面を覆う上壁部３１ｂと略面一となっている。すなわち、固定ミラー犠牲層３５は、空気層３２とほぼ同じ厚みを有している。   Further, in most of the fixed mirror structure 11 except for the transmission region S1, the fixed mirror sacrificial layer 35 is interposed between the high refractive index layers 30 and 31. In the present embodiment, the fixed mirror sacrificial layer 35 includes a first insulating film 35a and a second insulating film 35b. As the first insulating film 35a, a non-doped silicon oxide film (NSG film) into which no impurity is introduced. BPSG film (Boron Phosphorus Silicon Glass) into which boron and phosphorus are introduced is used as the second insulating film 35b. In the second high refractive index layer 31, the upper wall portion 31 d that covers the upper surface of the fixed mirror sacrificial layer 35 is substantially flush with the upper wall portion 31 b that covers the upper surface of the air layer 32. That is, the fixed mirror sacrificial layer 35 has substantially the same thickness as the air layer 32.

固定ミラー構造体１１の絶縁膜２１と反対の面上、すなわち第２高屈折率層３１上であって、メンブレンＭＥＭとの対向部分を除く部分には、中間犠牲層１３が所定厚さを有して配置されている。この中間犠牲層１３により、基板２０の厚み方向に沿うエアギャップＡＧの長さ、すなわち、メンブレンＭＥＭが変位する前の初期状態におけるミラーＭ１，Ｍ２間の対向距離が決定されている。   The intermediate sacrificial layer 13 has a predetermined thickness on the surface of the fixed mirror structure 11 opposite to the insulating film 21, that is, on the second high refractive index layer 31 except for the portion facing the membrane MEM. Are arranged. The intermediate sacrificial layer 13 determines the length of the air gap AG along the thickness direction of the substrate 20, that is, the facing distance between the mirrors M1 and M2 in the initial state before the membrane MEM is displaced.

本実施形態では、中間犠牲層１３が、同一材料を用いて形成された第１犠牲層４０及び第３犠牲層４２と、これら犠牲層４０，４２とは異なる材料を用いて形成され、犠牲層４０，４２間に配置された第２犠牲層４１と、を有している。第２犠牲層４１は、加熱により平坦化処理がなされる材料を用いて形成され、第１犠牲層４０及び第３犠牲層４２は、上記平坦化処理の加熱で流動しない材料を用いて形成されている。すなわち、第１犠牲層４０及び第３犠牲層４２は、熱に対する流動性が第２犠牲層４１よりも低い材料を用いて形成されている。   In the present embodiment, the intermediate sacrificial layer 13 is formed using a first sacrificial layer 40 and a third sacrificial layer 42 formed using the same material, and a material different from the sacrificial layers 40 and 42, and the sacrificial layer is formed. And a second sacrificial layer 41 disposed between 40 and 42. The second sacrificial layer 41 is formed using a material that is planarized by heating, and the first sacrificial layer 40 and the third sacrificial layer 42 are formed using a material that does not flow by the heating of the planarizing process. ing. That is, the first sacrificial layer 40 and the third sacrificial layer 42 are formed using a material having lower heat fluidity than the second sacrificial layer 41.

本実施形態では、第１犠牲層４０及び第３犠牲層４２が、上記した第１絶縁膜３５ａ同様、ＮＳＧ膜により構成されており、第２犠牲層４１が、上記した第２絶縁膜３５ｂ同様、ＢＰＳＧ膜により構成されている。また、第１犠牲層４０及び第３犠牲層４２の厚みがそれぞれ約０．２μｍとされ、第２犠牲層４１の厚みが約６μｍとされている。   In the present embodiment, the first sacrificial layer 40 and the third sacrificial layer 42 are composed of an NSG film like the first insulating film 35a described above, and the second sacrificial layer 41 is similar to the second insulating film 35b described above. , BPSG film. The thickness of the first sacrificial layer 40 and the third sacrificial layer 42 is about 0.2 μm, and the thickness of the second sacrificial layer 41 is about 6 μm.

中間犠牲層１３の固定ミラー構造体１１と反対の面上には、可動ミラー構造体１２が配置されている。可動ミラー構造体１２は、多結晶シリコンを材料として形成され、エアギャップＡＧを架橋するように中間犠牲層１３上に配置された第３高屈折率層５０と、第３高屈折率層５０と同じく多結晶シリコンを材料として形成され、第３高屈折率層５０上に積層された第４高屈折率層５１と、を有している。そして、透過領域Ｓ１における高屈折率層５０，５１間には、低屈折率層としての空気層５２が介在され、この部分が光学多層膜構造の可動ミラーＭ２となっている。なお、以下においては、第３高屈折率層５０及び第４高屈折率層５１を、高屈折率層５０，５１とも示す。   A movable mirror structure 12 is disposed on the surface of the intermediate sacrificial layer 13 opposite to the fixed mirror structure 11. The movable mirror structure 12 is made of polycrystalline silicon, and has a third high refractive index layer 50, a third high refractive index layer 50 disposed on the intermediate sacrificial layer 13 so as to bridge the air gap AG, Similarly, it has a fourth high refractive index layer 51 formed of polycrystalline silicon as a material and laminated on the third high refractive index layer 50. An air layer 52 as a low refractive index layer is interposed between the high refractive index layers 50 and 51 in the transmission region S1, and this portion is a movable mirror M2 having an optical multilayer film structure. In the following, the third high refractive index layer 50 and the fourth high refractive index layer 51 are also referred to as high refractive index layers 50 and 51.

可動ミラーＭ１は、平面略円形状のメンブレンＭＥＭの中央領域に形成されている。第４高屈折率層５１は、第３高屈折率層５０に接触する接触部５１ａと、空気層５２の上面を覆う上壁部５１ｂと、上壁部５１ｂと接触部５１ａとをつなぐ側壁部５１ｃと、を有している。そして、接触部５１ａと側壁部５１ｃにより、空気層５２が区画されて、複数個の可動ミラーＭ２に分割（細分化）されている。この細分化により、基板２０の厚み方向に直交する面内において、可動ミラーＭ２の形成パターンも、ハニカム状となっている。詳しくは、上壁部５１ｂの平面形状が六角形となっており、空気層５２は六角錘台形状となっている。そして、接触部５１ａ及び側壁部５１ｃはハニカム状となっている。また、固定ミラーＭ１と可動ミラーＭ２が対向するように、固定ミラーＭ１の形成パターンと可動ミラーＭ２の形成パターンが一致している。   The movable mirror M1 is formed in the central region of the substantially circular planar membrane MEM. The fourth high refractive index layer 51 includes a contact portion 51a that contacts the third high refractive index layer 50, an upper wall portion 51b that covers the upper surface of the air layer 52, and a sidewall portion that connects the upper wall portion 51b and the contact portion 51a. 51c. The air layer 52 is partitioned by the contact portion 51a and the side wall portion 51c, and is divided (subdivided) into a plurality of movable mirrors M2. Due to this subdivision, the formation pattern of the movable mirror M2 also has a honeycomb shape in a plane orthogonal to the thickness direction of the substrate 20. Specifically, the planar shape of the upper wall portion 51b is a hexagon, and the air layer 52 is a hexagonal frustum shape. The contact portion 51a and the side wall portion 51c have a honeycomb shape. In addition, the formation pattern of the fixed mirror M1 and the formation pattern of the movable mirror M2 match so that the fixed mirror M1 and the movable mirror M2 face each other.

上壁部５１ｂには、空気層５２をエッチングにより形成するための貫通孔５３が形成されている。周辺領域Ｓ２には、例えばｐ導電型の不純物がイオン注入されてなる可動電極５４が形成されている。可動電極５４は、高屈折率層５０，５１のうち、エアギャップＡＧ側の第３高屈折率層５０に少なくとも形成されている。本実施形態では、高屈折率層５０，５１の両方に形成されている。可動電極５４は、図示しない外部接続用のパッドと電気的に接続されている。   A through hole 53 for forming the air layer 52 by etching is formed in the upper wall portion 51b. In the peripheral region S2, for example, a movable electrode 54 formed by ion implantation of a p-conductivity type impurity is formed. The movable electrode 54 is formed at least on the third high refractive index layer 50 on the air gap AG side of the high refractive index layers 50 and 51. In this embodiment, it is formed in both the high refractive index layers 50 and 51. The movable electrode 54 is electrically connected to an external connection pad (not shown).

また、可動ミラー構造体１２のうち、透過領域Ｓ１を除く領域では、高屈折率層５０，５１同士が接触している。符号５５は、メンブレンＭＥＭを貫通し、エアギャップＡＧと外部とを連通させる貫通孔である。この貫通孔５５は、エッチングにより中間犠牲層１３の一部を除去してエアギャップＡＧを形成するとともに、固定ミラーＭ１の空気層３２を形成するための貫通孔である。   In the movable mirror structure 12 except for the transmission region S1, the high refractive index layers 50 and 51 are in contact with each other. Reference numeral 55 denotes a through hole that penetrates the membrane MEM and communicates the air gap AG with the outside. The through hole 55 is a through hole for removing a part of the intermediate sacrificial layer 13 by etching to form an air gap AG and to form the air layer 32 of the fixed mirror M1.

このように、ミラー構造体１１，１２を構成する高屈折率層３０，３１，５０，５１として多結晶シリコンを採用すると、波長２〜１０μｍ程度の赤外光に対して透明であるので、赤外線ガス検出器の波長選択フィルターとして好適である。   As described above, when polycrystalline silicon is adopted as the high refractive index layers 30, 31, 50 and 51 constituting the mirror structures 11 and 12, since it is transparent to infrared light having a wavelength of about 2 to 10 μm, infrared rays are used. It is suitable as a wavelength selection filter for a gas detector.

次に、図２〜図６に基づき、上記したファブリペロー干渉計１０の製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing the Fabry-Perot interferometer 10 will be described with reference to FIGS.

先ず、図２に示すように、単結晶シリコンからなる基板２０を準備し、この基板２０の一面全面に絶縁膜２１を形成するとともに、局所的に不純物を注入し、一面側表層に吸収領域２２を形成する。   First, as shown in FIG. 2, a substrate 20 made of single crystal silicon is prepared, an insulating film 21 is formed on the entire surface of the substrate 20, impurities are locally implanted, and an absorption region 22 is formed on the surface layer on the one surface side. Form.

次に、固定ミラー構造体１１の形成工程を実施する。図２に示すように、絶縁膜２１を覆うように、ＬＰ−ＣＶＤ法により、多結晶シリコンを材料として第１高屈折率層３０を形成する。そして、第１高屈折率層３０上に、第１絶縁膜３５ａとしてＮＳＧ膜を形成する。次に、第１絶縁膜３５ａ上に、第２絶縁膜３５ｂとしてＢＰＳＧ膜を形成し、この第２絶縁膜３５ｂをパターニングする。これにより、第２絶縁膜３５ｂは、のちにエッチングにより空気層３２となる部分と、透過領域Ｓ１より外側の高屈折率層３０，３１間に残る部分のみとなる。次に、パターニングした第２絶縁膜３５ｂを覆うように、再度第１絶縁膜３５ａを形成する。そして、第１絶縁膜３５ａをパターニングし、第１高屈折率層３０のうち、第２高屈折率層３１との接続部分を露出させる。このようにして、第１絶縁膜３５ａ及び第２絶縁膜３５ｂを有する固定ミラー犠牲層３５を形成する。なお、固定ミラー犠牲層３５のうち、後にエッチングにより空気層３２となる部分は、六角錐台形状をなし、第２絶縁膜３５ｂが第１絶縁膜３５ａによって包まれている。   Next, a process of forming the fixed mirror structure 11 is performed. As shown in FIG. 2, the first high refractive index layer 30 is formed using polycrystalline silicon as a material by LP-CVD so as to cover the insulating film 21. Then, an NSG film is formed on the first high refractive index layer 30 as the first insulating film 35a. Next, a BPSG film is formed as the second insulating film 35b on the first insulating film 35a, and the second insulating film 35b is patterned. As a result, the second insulating film 35b is only a portion that later becomes the air layer 32 by etching and a portion that remains between the high refractive index layers 30 and 31 outside the transmission region S1. Next, the first insulating film 35a is formed again so as to cover the patterned second insulating film 35b. Then, the first insulating film 35 a is patterned to expose a connection portion of the first high refractive index layer 30 with the second high refractive index layer 31. In this way, the fixed mirror sacrificial layer 35 having the first insulating film 35a and the second insulating film 35b is formed. The portion of the fixed mirror sacrificial layer 35 that later becomes the air layer 32 by etching has a hexagonal frustum shape, and the second insulating film 35b is surrounded by the first insulating film 35a.

固定ミラー犠牲層３５の形成後、固定ミラー犠牲層３５を覆うように、第１高屈折率層３０上に、第２高屈折率層３１を形成する。第２高屈折率層３１も、ＬＰ−ＣＶＤ法により、多結晶シリコンを材料として形成する。上記したように、透過領域Ｓ１の固定ミラー犠牲層３５が六角錐台形状をなしているため、第２高屈折率層３１のうち、透過領域Ｓ１の固定ミラー犠牲層３５上に配置される部分に関しては、その形状が受け継がれ、六角錐台形状となる。また、第２高屈折率層３１は、透過領域Ｓ１において、第１高屈折率層３０と接触する接触部３１ａと、固定ミラー犠牲層３５を覆う上壁部３１ｂと、接触部３１ａと上壁部３１ｂをつなぐ側壁部３１ｃを有することとなる。このように接触部３１ａは上壁部３１ｂに対して凹み、第２高屈折率層３１は段差形状をなす。   After the fixed mirror sacrificial layer 35 is formed, the second high refractive index layer 31 is formed on the first high refractive index layer 30 so as to cover the fixed mirror sacrificial layer 35. The second high refractive index layer 31 is also formed using polycrystalline silicon as a material by the LP-CVD method. As described above, since the fixed mirror sacrificial layer 35 in the transmission region S1 has a hexagonal frustum shape, a portion of the second high refractive index layer 31 disposed on the fixed mirror sacrificial layer 35 in the transmission region S1. Is inherited and becomes a hexagonal frustum shape. The second high refractive index layer 31 includes a contact portion 31a that contacts the first high refractive index layer 30, an upper wall portion 31b that covers the fixed mirror sacrificial layer 35, a contact portion 31a, and an upper wall in the transmission region S1. It will have the side wall part 31c which connects the part 31b. Thus, the contact portion 31a is recessed with respect to the upper wall portion 31b, and the second high refractive index layer 31 has a step shape.

第２高屈折率層３１の形成後、第２高屈折率層３１をエッチングし、上壁部３１ｂに貫通孔３３を選択的に形成する。また、第２高屈折率層３１に不純物をイオン注入する。本実施形態では、周辺領域Ｓ２に不純物をイオン注入する。そして、９５０℃以上の加熱処理により不純物を活性化させ、固定電極３４とする。ＬＰ−ＣＶＤ法による成膜後において、高屈折率層３０，３１の内部応力は圧縮応力であるが、上記加熱処理により、高屈折率層３０，３１の内部応力は引っ張り応力となる。   After the formation of the second high refractive index layer 31, the second high refractive index layer 31 is etched to selectively form the through holes 33 in the upper wall portion 31b. Further, impurities are ion-implanted into the second high refractive index layer 31. In the present embodiment, impurities are ion-implanted into the peripheral region S2. Then, the impurities are activated by heat treatment at 950 ° C. or higher to form the fixed electrode 34. After the film formation by the LP-CVD method, the internal stress of the high refractive index layers 30 and 31 is a compressive stress, but the internal stress of the high refractive index layers 30 and 31 becomes a tensile stress by the heat treatment.

次に、中間犠牲層１３の形成工程を実施する。図３に示すように、第２高屈折率層３１の表面全面に、第１犠牲層４０としてＮＳＧ膜を形成する。次いで、第１犠牲層４０を覆うように、第２犠牲層４１としてＢＰＳＧ膜を形成する。第２犠牲層４１を成膜した時点で、第２犠牲層４１の表面に、上記した第２高屈折率層３１の段差由来の凹部４１ａが形成される。   Next, a step of forming the intermediate sacrificial layer 13 is performed. As shown in FIG. 3, an NSG film is formed as the first sacrificial layer 40 on the entire surface of the second high refractive index layer 31. Next, a BPSG film is formed as the second sacrificial layer 41 so as to cover the first sacrificial layer 40. When the second sacrificial layer 41 is formed, a concave portion 41 a derived from the step of the second high refractive index layer 31 is formed on the surface of the second sacrificial layer 41.

そこで、本実施形態では、図４に示すように、第２犠牲層４１の表面を平坦化する平坦化処理を行う。第２犠牲層４１はＢＰＳＧ膜であり、第１犠牲層４０のＮＳＧ膜に較べて軟化点が低い。本実施形態では、平坦化処理の温度を、後述するように８００℃以上、１０５０℃未満の範囲内とすることで、第１犠牲層４０を流動させずに、第２犠牲層４１のみを流動させ、第２犠牲層４１の表面を平坦化させる。   Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, a flattening process for flattening the surface of the second sacrificial layer 41 is performed. The second sacrificial layer 41 is a BPSG film and has a lower softening point than the NSG film of the first sacrificial layer 40. In the present embodiment, by setting the temperature of the planarization process within a range of 800 ° C. or more and less than 1050 ° C. as will be described later, only the second sacrificial layer 41 is flowed without flowing the first sacrificial layer 40. The surface of the second sacrificial layer 41 is planarized.

平坦化処理後、図５に示すように、第２犠牲層４１上に、第３犠牲層４２としてＮＳＧ膜を形成する。平坦化処理後であるため、第３犠牲層４２は平坦となる。   After the planarization process, an NSG film is formed as the third sacrificial layer 42 on the second sacrificial layer 41 as shown in FIG. Since it is after the planarization process, the third sacrificial layer 42 becomes flat.

次に、可動ミラー構造体１２の形成工程を実施する。図５に示すように、第３犠牲層４２、すなわち、中間犠牲層１３を覆うように、ＬＰ−ＣＶＤ法により、多結晶シリコンを材料として第３高屈折率層５０を形成する。上記したように、第２犠牲層４１の表面はほぼ平坦であるため、第３高屈折率層５０は、第２高屈折率層３１における上壁部３１ｂと略平行となる。   Next, a process for forming the movable mirror structure 12 is performed. As shown in FIG. 5, a third high refractive index layer 50 is formed using polycrystalline silicon as a material by LP-CVD so as to cover the third sacrificial layer 42, that is, the intermediate sacrificial layer 13. As described above, since the surface of the second sacrificial layer 41 is substantially flat, the third high refractive index layer 50 is substantially parallel to the upper wall portion 31 b in the second high refractive index layer 31.

そして、第３高屈折率層５０上に、第３絶縁膜５６ａとしてＮＳＧ膜を形成する。次に、第３絶縁膜５６ａ上に、第４絶縁膜５６ｂとしてＢＰＳＧ膜を形成し、この第４絶縁膜５６ｂをパターニングする。これにより、第４絶縁膜５６ｂは、のちにエッチングにより空気層５２となる部分のみとなる。次に、パターニングした第４絶縁膜５６ｂを覆うように、再度第３絶縁膜５６ａを形成する。そして、第３絶縁膜５６ａをパターニングし、第３高屈折率層５０のうち、第４高屈折率層５１との接続部分を露出させる。このようにして、第３絶縁膜５６ａ及び第４絶縁膜５６ｂを有する可動ミラー犠牲層５６を形成する。なお、可動ミラー犠牲層５６のうち、後にエッチングにより空気層５２となる部分は、六角錐台形状をなしている。   Then, an NSG film is formed as the third insulating film 56 a on the third high refractive index layer 50. Next, a BPSG film is formed as the fourth insulating film 56b on the third insulating film 56a, and the fourth insulating film 56b is patterned. As a result, the fourth insulating film 56b becomes only a portion that later becomes the air layer 52 by etching. Next, a third insulating film 56a is formed again so as to cover the patterned fourth insulating film 56b. Then, the third insulating film 56 a is patterned to expose a connection portion of the third high refractive index layer 50 with the fourth high refractive index layer 51. In this way, the movable mirror sacrificial layer 56 having the third insulating film 56a and the fourth insulating film 56b is formed. Note that the portion of the movable mirror sacrificial layer 56 that later becomes the air layer 52 by etching has a hexagonal frustum shape.

可動ミラー犠牲層５６の形成後、可動ミラー犠牲層５６を覆うように、第３高屈折率層５０上に、第４高屈折率層５１を形成する。第４高屈折率層５１も、ＬＰ−ＣＶＤ法により、多結晶シリコンを材料として形成する。上記したように、可動ミラー犠牲層５６が六角錐台形状をなしているため、第４高屈折率層５１のうち、可動ミラー犠牲層５６上に配置される部分に関しては、その形状が受け継がれ、六角錐台形状となる。また、第４高屈折率層５１は、透過領域Ｓ１において、第３高屈折率層５０と接触する接触部５１ａと、可動ミラー犠牲層５６を覆う上壁部５１ｂと、接触部５１ａと上壁部５１ｂをつなぐ側壁部５１ｃを有することとなる。   After the movable mirror sacrificial layer 56 is formed, a fourth high refractive index layer 51 is formed on the third high refractive index layer 50 so as to cover the movable mirror sacrificial layer 56. The fourth high refractive index layer 51 is also formed using polycrystalline silicon as a material by the LP-CVD method. As described above, since the movable mirror sacrificial layer 56 has a hexagonal frustum shape, the shape of the portion of the fourth high refractive index layer 51 disposed on the movable mirror sacrificial layer 56 is inherited. It becomes a hexagonal frustum shape. The fourth high refractive index layer 51 includes a contact portion 51a that contacts the third high refractive index layer 50, an upper wall portion 51b that covers the movable mirror sacrificial layer 56, a contact portion 51a, and an upper wall in the transmission region S1. It will have the side wall part 51c which connects the part 51b.

第４高屈折率層５１の形成後、第４高屈折率層５１をエッチングし、上壁部５１ｂに貫通孔５３を選択的に形成する。また、メンブレンＭＥＭにおいて、高屈折率層５０，５１の接触部分に貫通孔５５を形成する。さらには、高屈折率層５０，５１に不純物をイオン注入する。本実施形態では、周辺領域Ｓ２に不純物をイオン注入する。そして、９５０℃以上の温度での加熱処理により不純物を活性化させ、可動電極５４とする。この可動電極５４は、固定電極３４と対向するように形成される。ＬＰ−ＣＶＤ法による成膜後において、高屈折率層５０，５１の内部応力も圧縮応力であるが、上記加熱処理により、高屈折率層５０，５１の内部応力は引っ張り応力となる。   After the formation of the fourth high refractive index layer 51, the fourth high refractive index layer 51 is etched to selectively form the through holes 53 in the upper wall portion 51b. Further, in the membrane MEM, a through hole 55 is formed in a contact portion between the high refractive index layers 50 and 51. Further, impurities are ion-implanted into the high refractive index layers 50 and 51. In the present embodiment, impurities are ion-implanted into the peripheral region S2. Then, the impurities are activated by a heat treatment at a temperature of 950 ° C. or higher to form the movable electrode 54. The movable electrode 54 is formed to face the fixed electrode 34. After the film formation by the LP-CVD method, the internal stress of the high refractive index layers 50 and 51 is also compressive stress, but the internal stress of the high refractive index layers 50 and 51 becomes tensile stress by the heat treatment.

次に、エッチング工程を実施する。貫通孔５３を通じて、可動ミラー犠牲層５６をエッチングするとともに、貫通孔５５を通じて、中間犠牲層１３におけるエアギャップＡＧを形成すべき部位をエッチングする。さらには、貫通孔５５及び貫通孔３３を通じて、透過領域Ｓ１の固定ミラー犠牲層３５をエッチングする。このエッチングにより、エアギャップＡＧが形成される、可動ミラー構造体１２のうち、エアギャップＡＧを架橋する部分がメンブレンＭＥＭとなる。また、空気層３２，５２も形成される。   Next, an etching process is performed. The movable mirror sacrificial layer 56 is etched through the through hole 53, and the portion where the air gap AG is to be formed in the intermediate sacrificial layer 13 is etched through the through hole 55. Further, the fixed mirror sacrificial layer 35 in the transmission region S1 is etched through the through hole 55 and the through hole 33. Of the movable mirror structure 12 in which the air gap AG is formed by this etching, the portion that bridges the air gap AG becomes the membrane MEM. Air layers 32 and 52 are also formed.

なお、ＢＰＳＧとＮＳＧとでは、同じエッチャントに対するレートが異なる。ＨＦ系のエッチャントを用いた場合、ＢＰＳＧの方がＮＳＧよりもエッチングレートが早い。このため、図１及び図６に示すように、中間犠牲層１３において、第２犠牲層４１よりも、第１犠牲層４０及び第３犠牲層４２のほうが、残り量が多い。本実施形態では、透過領域Ｓ１の固定ミラー犠牲層３５を、第１絶縁膜３５ａ（ＮＳＧ）により第２絶縁膜３５ｂ（ＢＰＳＧ膜）を包み込む構造とし、可動ミラー犠牲層５６を、第３絶縁膜５６ａ（ＮＳＧ）により第４絶縁膜５６ｂ（ＢＰＳＧ膜）を包み込む構造としている。すなわち、ＢＰＳＧをＮＳＧでオーバーコートしている。これにより、中間犠牲層１３に対し、固定ミラー犠牲層３５及び可動ミラー犠牲層５６のエッチングが早く完了してしまわないようにしている。以上により、図１に示したファブリペロー干渉計１０を得ることができる。   Note that BPSG and NSG have different rates for the same etchant. When an HF etchant is used, BPSG has a higher etching rate than NSG. For this reason, as shown in FIGS. 1 and 6, in the intermediate sacrificial layer 13, the first sacrificial layer 40 and the third sacrificial layer 42 have a larger remaining amount than the second sacrificial layer 41. In the present embodiment, the fixed mirror sacrificial layer 35 in the transmission region S1 has a structure in which the second insulating film 35b (BPSG film) is wrapped by the first insulating film 35a (NSG), and the movable mirror sacrificial layer 56 is formed as the third insulating film. The fourth insulating film 56b (BPSG film) is enclosed by 56a (NSG). That is, BPSG is overcoated with NSG. Thus, the etching of the fixed mirror sacrificial layer 35 and the movable mirror sacrificial layer 56 is prevented from being completed early on the intermediate sacrificial layer 13. Thus, the Fabry-Perot interferometer 10 shown in FIG. 1 can be obtained.

次に、本実施形態に係るファブリペロー干渉計１０及びその製造方法の効果について説明する。   Next, effects of the Fabry-Perot interferometer 10 and the manufacturing method thereof according to the present embodiment will be described.

本実施形態では、中間犠牲層１３を３層構造とし、そのうちの第２犠牲層４１を、加熱処理によって平坦化する。したがって、空気層３２を有し、複数に分割された固定ミラーＭ１を採用しつつ、可動ミラーＭ２を構成する高屈折率層５０，５１に段差が生じるのを抑制することができる。これにより、メンブレンＭＥＭの変位時に、可動ミラー構造体１２の段差部分に応力が集中するのを抑制することができる。   In the present embodiment, the intermediate sacrificial layer 13 has a three-layer structure, and the second sacrificial layer 41 is planarized by heat treatment. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of a step in the high refractive index layers 50 and 51 constituting the movable mirror M2 while adopting the fixed mirror M1 having the air layer 32 and divided into a plurality of parts. Thereby, when the membrane MEM is displaced, it can suppress that stress concentrates on the level | step-difference part of the movable mirror structure 12. FIG.

また、第２犠牲層４１と第２高屈折率層３１との間に第１犠牲層４０を形成し、第２犠牲層４１と第３高屈折率層５０との間に第３犠牲層４２を形成する。これら犠牲層４０，４２は、第２犠牲層４１よりも熱に対する流動性が低い材料、換言すれば軟化点の低い材料を用いて形成される。平坦化時の加熱によって第２犠牲層４１が流動しても、第１犠牲層４０は流動しないため、第２犠牲層４１の流動に引きずられて第２高屈折率層３１の内部応力が圧縮応力化するのを抑制することができる。これにより、エッチング後に、固定ミラーＭ１における第２高屈折率層３１の上壁部３１ｂが座屈し、第１高屈折率層３０に接触するのを抑制することができる。   The first sacrificial layer 40 is formed between the second sacrificial layer 41 and the second high refractive index layer 31, and the third sacrificial layer 42 is disposed between the second sacrificial layer 41 and the third high refractive index layer 50. Form. These sacrificial layers 40 and 42 are formed using a material having lower fluidity to heat than the second sacrificial layer 41, in other words, a material having a lower softening point. Even if the second sacrificial layer 41 flows due to heating during planarization, the first sacrificial layer 40 does not flow, so the internal stress of the second high-refractive index layer 31 is compressed due to the flow of the second sacrificial layer 41. It can suppress becoming stress. Thereby, it can suppress that the upper wall part 31b of the 2nd high refractive index layer 31 in the fixed mirror M1 buckles and contacts the 1st high refractive index layer 30 after an etching.

同じく、可動電極５４を形成する際の不純物活性化のための加熱処理により、第２犠牲層４１が流動しても、第３犠牲層４２は流動しないため、第２犠牲層４１の流動に引きずられて第３高屈折率層５０の内部応力が圧縮応力化するのを抑制することができる。これにより、エッチング後に、第３高屈折率層５０、ひいては可動ミラー構造体１２のメンブレンＭＥＭが座屈するのを抑制することができる。   Similarly, even if the second sacrificial layer 41 flows due to the heat treatment for activating the impurities when forming the movable electrode 54, the third sacrificial layer 42 does not flow. Thus, the internal stress of the third high refractive index layer 50 can be prevented from becoming a compressive stress. Thereby, it is possible to suppress the buckling of the third high refractive index layer 50 and eventually the membrane MEM of the movable mirror structure 12 after the etching.

特に本実施形態では、第２犠牲層４１としてＢＰＳＧ膜を採用し、第１犠牲層４０及び第３犠牲層４２としてＮＳＧ膜を採用している。ＢＰＳＧ膜は、８００℃以上の加熱によって平坦化することができ、ＰＳＧ膜（Phosphorus Silicon Glass）に較べると、より低温での平坦化が可能である。また、平坦化の効果もＰＳＧ膜より高い。したがって、より少ないエネルギーで、可動ミラーＭ２を構成する高屈折率層５０，５１に生じる段差をより小さくすることができる。   In particular, in the present embodiment, a BPSG film is employed as the second sacrificial layer 41, and an NSG film is employed as the first sacrificial layer 40 and the third sacrificial layer 42. The BPSG film can be planarized by heating at 800 ° C. or higher, and can be planarized at a lower temperature than a PSG film (Phosphorus Silicon Glass). Further, the planarization effect is higher than that of the PSG film. Therefore, the step generated in the high refractive index layers 50 and 51 constituting the movable mirror M2 can be further reduced with less energy.

ところで、本発明者は、ファブリペロー干渉計１０の製造方法について鋭意検討を行った。図７は、第２犠牲層４１の厚みＴ１と段差Ｌ１の埋め込み性との関係について行った試験の結果を示している。この試験では、接触幅Ｗ１を３μｍとした。また、上記したように、高屈折率層３０，３１を厚み０．４２μｍの多結晶シリコン、空気層３２の厚みを１．４μｍとした。また、第１犠牲層４０をＮＳＧ膜、第２犠牲層４１をＢＰＳＧ膜とし、平坦化処理の温度を８５０℃とした。   By the way, the present inventor has intensively studied a manufacturing method of the Fabry-Perot interferometer 10. FIG. 7 shows the results of tests conducted on the relationship between the thickness T1 of the second sacrificial layer 41 and the embeddability of the step L1. In this test, the contact width W1 was 3 μm. As described above, the high refractive index layers 30 and 31 are made of polycrystalline silicon having a thickness of 0.42 μm, and the thickness of the air layer 32 is made 1.4 μm. The first sacrificial layer 40 is an NSG film, the second sacrificial layer 41 is a BPSG film, and the planarization temperature is 850 ° C.

なお、図８は、上記段差Ｌ１、接触幅Ｗ１、厚みＴ１を説明するための図であり、図３に破線で示した領域VIIIに対応している。図８に示すように、接触幅Ｗ１とは、第２高屈折率層３１の接触部３１ａの幅であり、厚みＴ１とは、第２犠牲層４１の厚みである。段差Ｌ１とは、第２犠牲層４１の表面における平坦化処理後の段差（凹）の深さである。   FIG. 8 is a diagram for explaining the step L1, the contact width W1, and the thickness T1, and corresponds to a region VIII indicated by a broken line in FIG. As shown in FIG. 8, the contact width W <b> 1 is the width of the contact portion 31 a of the second high refractive index layer 31, and the thickness T <b> 1 is the thickness of the second sacrificial layer 41. The step L1 is the depth of the step (concave) after the planarization process on the surface of the second sacrificial layer 41.

図７には、接触幅Ｗ１が３μｍに対し、第２犠牲層４１の厚みＴ１を３μｍ、４．５μｍ、６μｍ、９μｍとした場合の平坦化処理後の段差Ｌ１をそれぞれ示している。図７に示すように、厚みＴ１が６μｍ以上の場合の傾き（図中、二点鎖線）と、厚みＴ１が４．５μｍ以下の場合の傾きとが大きく異なっており、厚みＴ１が６μｍ以上の場合の傾きは、ほぼ一定となっている。このように、第２犠牲層４１の厚みＴ１を、６μｍ以上、すなわち、接触幅Ｗ１の２倍以上とすると、段差Ｌ１を効果的に小さくできることが明らかとなった。本実施形態では、この点を考慮し、接触幅Ｗ１を３μｍ、第２犠牲層４１の厚みＴ１を６μｍとしている。   FIG. 7 shows the step L1 after the planarization when the contact width W1 is 3 μm and the thickness T1 of the second sacrificial layer 41 is 3 μm, 4.5 μm, 6 μm, and 9 μm. As shown in FIG. 7, the inclination when the thickness T1 is 6 μm or more (the two-dot chain line in the figure) and the inclination when the thickness T1 is 4.5 μm or less are greatly different, and the thickness T1 is 6 μm or more. The slope of the case is almost constant. Thus, it was found that the step L1 can be effectively reduced when the thickness T1 of the second sacrificial layer 41 is 6 μm or more, that is, twice or more of the contact width W1. In this embodiment, considering this point, the contact width W1 is 3 μm, and the thickness T1 of the second sacrificial layer 41 is 6 μm.

図９は、第１犠牲層４０の厚みと第２高屈折率層３１の内部応力との関係について行った試験の結果を示している。この試験では、上記したように、高屈折率層３０，３１を厚み０．４２μｍの多結晶シリコン、空気層３２の厚みを１．４μｍとした。また、第１犠牲層４０をＮＳＧ膜、第２犠牲層４１をＢＰＳＧ膜とし、第２犠牲層４１の厚みＴ１を６μｍとした。さらには、ＬＰ−ＣＶＤ法での多結晶シリコンの成膜温度を５４０℃とした。   FIG. 9 shows the result of a test performed on the relationship between the thickness of the first sacrificial layer 40 and the internal stress of the second high refractive index layer 31. In this test, as described above, the high refractive index layers 30 and 31 were made of polycrystalline silicon having a thickness of 0.42 μm, and the thickness of the air layer 32 was made 1.4 μm. The first sacrificial layer 40 is an NSG film, the second sacrificial layer 41 is a BPSG film, and the thickness T1 of the second sacrificial layer 41 is 6 μm. Furthermore, the deposition temperature of the polycrystalline silicon by LP-CVD method was set to 540 ° C.

図９には、第２犠牲層４１の平坦化処理の温度を３水準（８５０℃、９００℃、９５０℃）示している。図９に示すように、第１犠牲層４０の厚みを０．１μｍ以上とすると、第２犠牲層４１の平坦化の温度によらず、第２高屈折率層３１の内部応力を引っ張り応力とし、且つ、安定化することができることが明らかとなった。本実施形態では、この点を考慮し、第１犠牲層４０の厚みを０．２μｍとしている。なお、図９に示す結果については、第２犠牲層４１と第３高屈折率層５０との間に介在される第３犠牲層４２についても同じことが言える。本実施形態では、第３犠牲層４２の厚みを０．２μｍとしている。   FIG. 9 shows three levels (850 ° C., 900 ° C., and 950 ° C.) of the planarization process temperature of the second sacrificial layer 41. As shown in FIG. 9, when the thickness of the first sacrificial layer 40 is 0.1 μm or more, the internal stress of the second high refractive index layer 31 is taken as the tensile stress regardless of the planarization temperature of the second sacrificial layer 41. And it became clear that it can be stabilized. In the present embodiment, considering this point, the thickness of the first sacrificial layer 40 is set to 0.2 μm. The same applies to the results shown in FIG. 9 for the third sacrificial layer 42 interposed between the second sacrificial layer 41 and the third high refractive index layer 50. In the present embodiment, the thickness of the third sacrificial layer 42 is 0.2 μm.

図１０は、第２犠牲層４１を平坦化するための熱処理温度と第２高屈折率層３１の内部応力との関係について行った試験の結果を示している。この試験では、上記したように、高屈折率層３０，３１を厚み０．４２μｍの多結晶シリコン、空気層３２の厚みを１．４μｍとした。また、第２犠牲層４１をＢＰＳＧ膜とし、第２犠牲層４１の厚みＴ１を６μｍとした。さらには、ＬＰ−ＣＶＤ法での多結晶シリコンの成膜温度を５４０℃とした。   FIG. 10 shows the result of a test performed on the relationship between the heat treatment temperature for flattening the second sacrificial layer 41 and the internal stress of the second high refractive index layer 31. In this test, as described above, the high refractive index layers 30 and 31 were made of polycrystalline silicon having a thickness of 0.42 μm, and the thickness of the air layer 32 was made 1.4 μm. The second sacrificial layer 41 is a BPSG film, and the thickness T1 of the second sacrificial layer 41 is 6 μm. Furthermore, the deposition temperature of the polycrystalline silicon by LP-CVD method was set to 540 ° C.

図１０には、第１犠牲層４０がある場合と、第１犠牲層４０がない場合とをそれぞれ示している。なお、第１犠牲層４０がある場合、第１犠牲層４０をＮＳＧ膜とし、その厚みを０．２μｍとした。図１０に示すように、第１犠牲層４０がない場合、９１０℃以上の温度にて平坦化処理を行うと、第２高屈折率層３１の内部応力が圧縮応力となる。一方、第１犠牲層４０がある場合、１０５０℃未満であれば、第２高屈折率層３１の内部応力を引っ張り応力に保つことができることが明らかとなった。なお、ＢＰＳＧ膜は、８００℃以上であれば流動して平坦化することが知られている。この点を考慮し、本実施形態では、平坦化処理の温度を、８００℃以上、１０５０℃未満の範囲内としている。たとえば、８５０℃にて平坦化処理を行うと、図１０に示すように、第２高屈折率層３１の内部応力を２００ＭＰａ程度の引っ張り応力とすることができる。   FIG. 10 shows a case where the first sacrificial layer 40 is present and a case where the first sacrificial layer 40 is absent. In addition, when there existed the 1st sacrificial layer 40, the 1st sacrificial layer 40 was made into the NSG film | membrane, and the thickness was 0.2 micrometer. As shown in FIG. 10, when the first sacrificial layer 40 is not provided, when the planarization process is performed at a temperature of 910 ° C. or higher, the internal stress of the second high refractive index layer 31 becomes a compressive stress. On the other hand, when the first sacrificial layer 40 is present, it has been found that if the temperature is lower than 1050 ° C., the internal stress of the second high refractive index layer 31 can be kept at the tensile stress. It is known that the BPSG film flows and flattens at 800 ° C. or higher. Considering this point, in the present embodiment, the temperature of the planarization treatment is set in a range of 800 ° C. or higher and lower than 1050 ° C. For example, when the planarization process is performed at 850 ° C., the internal stress of the second high refractive index layer 31 can be set to a tensile stress of about 200 MPa as shown in FIG.

なお、図１０に示す結果については、第２犠牲層４１と第３高屈折率層５０との間に介在される第３犠牲層４２についても同じことが言える。可動電極５４を形成するために不純物活性化のための９５０℃以上での加熱処理を行うと、第２犠牲層４１が流動する。しかしながら、第１犠牲層４０及び第３犠牲層４２が形成されていれば、図１０に示したように、１０５０℃まで、高屈折率層３１，５０の内部応力を引っ張り応力に保つことができる。本実施形態では、この点を考慮し、可動電極５４を形成するための加熱処理を、９５０℃以上、１０５０℃未満で行う。   The same applies to the results shown in FIG. 10 for the third sacrificial layer 42 interposed between the second sacrificial layer 41 and the third high refractive index layer 50. When heat treatment is performed at 950 ° C. or higher for impurity activation in order to form the movable electrode 54, the second sacrificial layer 41 flows. However, if the first sacrificial layer 40 and the third sacrificial layer 42 are formed, the internal stress of the high refractive index layers 31 and 50 can be kept at a tensile stress up to 1050 ° C. as shown in FIG. . In this embodiment, considering this point, the heat treatment for forming the movable electrode 54 is performed at 950 ° C. or more and less than 1050 ° C.

本実施形態では、周辺領域Ｓ２及び該周辺領域Ｓ２よりも外側の領域において、第１高屈折率層３０と第２高屈折率層３１との間に固定ミラー犠牲層３５を配置し、上壁部３１ｄを上壁部３１ｂと略面一としている。これによれば、加熱によって第２犠牲層４１の表面を平坦化しやすくできる。   In the present embodiment, the fixed mirror sacrificial layer 35 is disposed between the first high refractive index layer 30 and the second high refractive index layer 31 in the peripheral region S2 and the region outside the peripheral region S2, and the upper wall The portion 31d is substantially flush with the upper wall portion 31b. According to this, the surface of the second sacrificial layer 41 can be easily flattened by heating.

（第２実施形態）
本実施形態において、第１実施形態に示したファブリペロー干渉計１０及びその製造方法と共通する部分についての説明は割愛する。 (Second Embodiment)
In the present embodiment, description of parts common to the Fabry-Perot interferometer 10 and the manufacturing method thereof shown in the first embodiment is omitted.

本実施形態では、固定電極３４と可動電極５４の間に電圧を印加し、これにより生じる静電気力によってメンブレンＭＥＭが変位する静電駆動型のファブリペロー干渉計１０の製造方法に特徴がある。第１実施形態では、固定ミラー構造体１１の形成工程において、加熱による不純物の活性化処理を行って固定電極３４を形成し、その後、中間犠牲層１３の形成工程を行う例を示した。これに対し、本実施形態では、図１１に示す固定ミラー構造体１１の形成工程において、固定電極３４の形成領域に不純物をイオン注入するまでにとどめる。すなわち、活性化のための加熱処理を行わない。なお、図１１に示す符号３４ａは、活性化前の不純物層である未活性化層を示している。   The present embodiment is characterized in a method of manufacturing the electrostatically driven Fabry-Perot interferometer 10 in which a voltage is applied between the fixed electrode 34 and the movable electrode 54 and the membrane MEM is displaced by the electrostatic force generated thereby. In the first embodiment, in the formation process of the fixed mirror structure 11, the example in which the fixed electrode 34 is formed by performing the activation process of the impurities by heating and then the formation process of the intermediate sacrificial layer 13 is performed is shown. On the other hand, in this embodiment, in the process of forming the fixed mirror structure 11 shown in FIG. That is, no heat treatment for activation is performed. In addition, the code | symbol 34a shown in FIG. 11 has shown the non-activation layer which is an impurity layer before activation.

そして、中間犠牲層１３の形成工程において、平坦化処理の温度を、不純物の活性化が可能な９５０℃以上、１０５０℃未満の範囲内とする。これにより、図１２に示すように、第２犠牲層４１の平坦化とともに、不純物を活性化して固定電極３４を形成することができる。   Then, in the step of forming the intermediate sacrificial layer 13, the temperature of the planarization treatment is set in a range of 950 ° C. or higher and lower than 1050 ° C. where impurities can be activated. As a result, as shown in FIG. 12, the fixed electrode 34 can be formed by planarizing the second sacrificial layer 41 and activating the impurities.

これによれば、第２犠牲層４１の平坦化に合わせて、不純物を活性化して固定電極３４を形成することができるため、製造工程を簡素化することができる。   According to this, since the fixed electrode 34 can be formed by activating impurities in accordance with the planarization of the second sacrificial layer 41, the manufacturing process can be simplified.

この場合、第２犠牲層４１の平坦化処理まで、第２高屈折率層３１の内部応力を圧縮から引っ張り化するための加熱処理がない。したがって、この平坦化処理の加熱によって、第２高屈折率層３１（及び第１高屈折率層３０）の内部応力を引っ張り応力化させることとなる。本実施形態では、第１犠牲層４０を形成するため、平坦化にともなって第２犠牲層４１が流動しても、図１０に示したように、第２高屈折率層３１の内部応力を引っ張り応力とすることができる。   In this case, there is no heat treatment for pulling the internal stress of the second high refractive index layer 31 from compression until the flattening treatment of the second sacrificial layer 41. Therefore, the internal stress of the second high-refractive index layer 31 (and the first high-refractive index layer 30) is changed to tensile stress by the heating in the planarization process. In this embodiment, since the first sacrificial layer 40 is formed, even if the second sacrificial layer 41 flows along with the planarization, the internal stress of the second high refractive index layer 31 is reduced as shown in FIG. It can be tensile stress.

（第３実施形態）
本実施形態において、第１実施形態に示したファブリペロー干渉計１０及びその製造方法と共通する部分についての説明は割愛する。 (Third embodiment)
In the present embodiment, description of parts common to the Fabry-Perot interferometer 10 and the manufacturing method thereof shown in the first embodiment is omitted.

図１３に示すファブリペロー干渉計１０は、ＳＯＩ基板６０を備えている。ＳＯＩ基板６０は、単結晶シリコンからなる支持基板６１の一面上に、シリコン酸化膜からなる絶縁膜６２を介して、単結晶シリコンからなる半導体層が配置されてものである。本実施形態では、この半導体層を第１高屈折率層６３として用いている。   A Fabry-Perot interferometer 10 shown in FIG. 13 includes an SOI substrate 60. In the SOI substrate 60, a semiconductor layer made of single crystal silicon is disposed on one surface of a support substrate 61 made of single crystal silicon via an insulating film 62 made of a silicon oxide film. In the present embodiment, this semiconductor layer is used as the first high refractive index layer 63.

第１高屈折率層６３には、所定深さの溝が形成されて空気層６４が構成されている。空気層６４は、第１実施形態に示した空気層３２同様、透過領域Ｓ１に形成されている。また、第１高屈折率層６３のうち、空気層６４の直下部分が、固定ミラーＭ１を構成するミラー形成部６３ａとなっている。本実施形態では、ミラー形成部６３ａの厚みが、第２高屈折率層３１と同じ約０．４２μｍとされ、空気層６４の厚み（深さ）が、約１．４μｍとされている。   A groove having a predetermined depth is formed in the first high refractive index layer 63 to form an air layer 64. The air layer 64 is formed in the transmission region S1 like the air layer 32 shown in the first embodiment. In addition, in the first high refractive index layer 63, a portion directly below the air layer 64 is a mirror forming portion 63a that constitutes the fixed mirror M1. In the present embodiment, the thickness of the mirror forming portion 63a is about 0.42 μm, which is the same as that of the second high refractive index layer 31, and the thickness (depth) of the air layer 64 is about 1.4 μm.

第１高屈折率層６３における絶縁膜６２と反対の一面６３ｂには、第１実施形態同様、多結晶シリコンを材料として形成された第２高屈折率層３１が配置されている。図１３に示すように、第２高屈折率層３１は、平坦となっている。この第２高屈折率層３１の周辺領域Ｓ２には、第１実施形態同様、固定電極３４が形成されている。   Similar to the first embodiment, a second high refractive index layer 31 formed of polycrystalline silicon as a material is disposed on one surface 63b of the first high refractive index layer 63 opposite to the insulating film 62. As shown in FIG. 13, the second high refractive index layer 31 is flat. A fixed electrode 34 is formed in the peripheral region S2 of the second high refractive index layer 31 as in the first embodiment.

第２高屈折率層３１上には、中間犠牲層１３が形成されている。本実施形態では、第１実施形態とは異なり、ＮＳＧ膜単層によって中間犠牲層１３が構成されている。中間犠牲層１３は、メンブレンＭＥＭよりも外側の領域に配置されている。   An intermediate sacrificial layer 13 is formed on the second high refractive index layer 31. In the present embodiment, unlike the first embodiment, the intermediate sacrificial layer 13 is composed of a single NSG film layer. The intermediate sacrificial layer 13 is disposed in a region outside the membrane MEM.

中間犠牲層１３上には、可動ミラー構造体１２が配置されている。可動ミラー構造体１２の構成は、第１実施形態と同じである。すなわち、エアギャップＡＧを架橋するように、中間犠牲層１３上に、多結晶シリコンを材料として形成された第３高屈折率層５０が配置され、第３高屈折率層５０上に、多結晶シリコンを材料として形成された第４高屈折率層５１が配置されている。透過領域Ｓ１において、高屈折率層５０，５１間に空気層５２が介在されて可動ミラーＭ２が構成されている。第４高屈折率層５１のうち、空気層５２の上面を覆う部分に貫通孔５３が形成されている。周辺領域Ｓ２には、可動電極５４及び貫通孔５５が形成されている。   A movable mirror structure 12 is disposed on the intermediate sacrificial layer 13. The configuration of the movable mirror structure 12 is the same as that in the first embodiment. That is, the third high refractive index layer 50 formed of polycrystalline silicon as a material is disposed on the intermediate sacrificial layer 13 so as to bridge the air gap AG, and the polycrystalline silicon is formed on the third high refractive index layer 50. A fourth high refractive index layer 51 made of silicon is disposed. In the transmissive region S1, an air layer 52 is interposed between the high refractive index layers 50 and 51 to constitute a movable mirror M2. A through hole 53 is formed in a portion of the fourth high refractive index layer 51 that covers the upper surface of the air layer 52. A movable electrode 54 and a through hole 55 are formed in the peripheral region S2.

次に、図１４〜図１７に基づき、上記したファブリペロー干渉計１０の製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing the Fabry-Perot interferometer 10 will be described with reference to FIGS.

先ず、ＳＯＩ基板６０を準備する。次いで、図１４に示すように、ＳＯＩ基板６０の第１高屈折率層６３（半導体層）に、一面６３ｂ側から所定深さのトレンチ６５を形成する。トレンチ６５は、空気層６４の形成領域に対応して設けられる。また、後述する熱酸化膜６６は、シリコンの表面に対して、外側に０．５５、内側に０．４５の比率で成長していくことが経験的に知られている。このため、空気層６４を形成したい領域が熱酸化膜６６となるように、トレンチ６５を設ける。本実施形態では、複数本のトレンチ６５を所定ピッチで設ける。   First, the SOI substrate 60 is prepared. Next, as shown in FIG. 14, a trench 65 having a predetermined depth is formed in the first high refractive index layer 63 (semiconductor layer) of the SOI substrate 60 from the one surface 63b side. The trench 65 is provided corresponding to the formation region of the air layer 64. Further, it is empirically known that a thermal oxide film 66 described later grows at a ratio of 0.55 on the outside and 0.45 on the inside with respect to the surface of silicon. Therefore, the trench 65 is provided so that the region where the air layer 64 is to be formed becomes the thermal oxide film 66. In the present embodiment, a plurality of trenches 65 are provided at a predetermined pitch.

次に、図１５に示すように、熱酸化により、第１高屈折率層６３の一面６３ｂ側の表面に、熱酸化膜６６を形成する。熱酸化膜６６は、第１高屈折率層６３の一面６３ｂ側の表層に形成される。また、トレンチ６５の表層にも形成され、これにより、トレンチ６５内が埋まるとともに、隣り合うトレンチ６５において熱酸化膜６６が連結する。そして、対応する空気層６４ごとに１つの塊（ブロック）となる。   Next, as shown in FIG. 15, a thermal oxide film 66 is formed on the surface on the one surface 63 b side of the first high refractive index layer 63 by thermal oxidation. The thermal oxide film 66 is formed on the surface layer on the one surface 63 b side of the first high refractive index layer 63. Further, it is also formed on the surface layer of the trench 65, thereby filling the trench 65 and connecting the thermal oxide film 66 in the adjacent trench 65. And it becomes one lump (block) for every corresponding air layer 64.

次に、図１６に示すように、エッチバックにより、第１高屈折率層６３の一面６３ｂ側表層の熱酸化膜６６を除去する。たとえば、ケミカルドライエッチング（ＣＤＥ）法により、一面６３ｂから所定深さ分、熱酸化膜６６を除去する。これにより、除去後の一面６３ｂを平坦とすることができる。このエッチバックにより残る熱酸化膜６６が、固定ミラー犠牲層６７となる。固定ミラー犠牲層６７は、空気層６４に対応して形成される。   Next, as shown in FIG. 16, the thermal oxide film 66 on the surface layer 63b side surface of the first high refractive index layer 63 is removed by etch back. For example, the thermal oxide film 66 is removed from the one surface 63b by a predetermined depth by a chemical dry etching (CDE) method. Thereby, the surface 63b after removal can be made flat. The thermal oxide film 66 remaining by this etch back becomes a fixed mirror sacrificial layer 67. The fixed mirror sacrificial layer 67 is formed corresponding to the air layer 64.

次に、図１７に示すように、固定ミラー犠牲層６７を覆うように、第１高屈折率層６３の一面６３ｂ上に、ＬＰ−ＣＶＤ法により、多結晶シリコンを材料として第２高屈折率層３１を形成する。一面６３ｂは平坦であるため、第２高屈折率層３１も平坦となる。そして、第２高屈折率層３１をエッチングし、固定ミラー犠牲層６７上に貫通孔３３を選択的に形成する。また、第２高屈折率層３１に不純物をイオン注入する。本実施形態では、周辺領域Ｓ２に不純物をイオン注入する。そして、９５０℃以上の加熱処理により、不純物を活性化させ、固定電極３４とする。この加熱処理により、第２高屈折率層３１の内部応力は引っ張り応力となる。   Next, as shown in FIG. 17, on the one surface 63b of the first high refractive index layer 63 so as to cover the fixed mirror sacrificial layer 67, the second high refractive index is formed using polycrystalline silicon as a material by LP-CVD. Layer 31 is formed. Since the one surface 63b is flat, the second high refractive index layer 31 is also flat. Then, the second high refractive index layer 31 is etched to selectively form the through holes 33 on the fixed mirror sacrificial layer 67. Further, impurities are ion-implanted into the second high refractive index layer 31. In the present embodiment, impurities are ion-implanted into the peripheral region S2. Then, the impurity is activated by heat treatment at 950 ° C. or higher to form the fixed electrode 34. By this heat treatment, the internal stress of the second high refractive index layer 31 becomes a tensile stress.

次に、中間犠牲層１３の形成工程を実施する。図１７に示すように、第２高屈折率層３１の表面全面に、中間犠牲層１３としてシリコン酸化膜（ＮＳＧ膜）を形成する。上記したように、第１高屈折率層６３は平坦であるため、中間犠牲層１３の表面も平坦となる。   Next, a step of forming the intermediate sacrificial layer 13 is performed. As shown in FIG. 17, a silicon oxide film (NSG film) is formed as the intermediate sacrificial layer 13 on the entire surface of the second high refractive index layer 31. As described above, since the first high refractive index layer 63 is flat, the surface of the intermediate sacrificial layer 13 is also flat.

次に、可動ミラー構造体１２の形成工程を実施する。中間犠牲層１３を覆うように、ＬＰ−ＣＶＤ法により、多結晶シリコンを材料として第３高屈折率層５０を形成する。上記したように、中間犠牲層１３の表面はほぼ平坦であるため、第３高屈折率層５０は、第２高屈折率層３１と略平行となる。   Next, a process for forming the movable mirror structure 12 is performed. A third high refractive index layer 50 is formed using polycrystalline silicon as a material by LP-CVD so as to cover the intermediate sacrificial layer 13. As described above, since the surface of the intermediate sacrificial layer 13 is substantially flat, the third high refractive index layer 50 is substantially parallel to the second high refractive index layer 31.

そして、第３高屈折率層５０上に、シリコン酸化膜（ＮＳＧ膜）を形成し、パターニングして可動ミラー犠牲層５６を形成する。なお、可動ミラー犠牲層５６は、六角錐台形状をなしている。可動ミラー犠牲層５６の形成後、可動ミラー犠牲層５６を覆うように、第３高屈折率層５０上に、第４高屈折率層５１を形成する。第４高屈折率層５１も、ＬＰ−ＣＶＤ法により、多結晶シリコンを材料として形成する。そして、第４高屈折率層５１をエッチングし、可動ミラー犠牲層５６の上面を覆う部分に、貫通孔５３を選択的に形成する。また、メンブレンＭＥＭにおいて、高屈折率層５０，５１の接触部分に貫通孔５５を形成する。さらには、高屈折率層５０，５１に不純物をイオン注入する。本実施形態では、周辺領域Ｓ２に不純物をイオン注入する。そして、９５０℃以上の温度での加熱処理により、不純物を活性化させ、可動電極５４とする。この加熱処理により、高屈折率層５０，５１の内部応力は引っ張り応力となる。可動電極５４は、固定電極３４と対向するように形成される。   Then, a silicon oxide film (NSG film) is formed on the third high refractive index layer 50 and patterned to form the movable mirror sacrificial layer 56. The movable mirror sacrificial layer 56 has a hexagonal frustum shape. After the movable mirror sacrificial layer 56 is formed, a fourth high refractive index layer 51 is formed on the third high refractive index layer 50 so as to cover the movable mirror sacrificial layer 56. The fourth high refractive index layer 51 is also formed using polycrystalline silicon as a material by the LP-CVD method. Then, the fourth high refractive index layer 51 is etched, and a through hole 53 is selectively formed in a portion covering the upper surface of the movable mirror sacrifice layer 56. Further, in the membrane MEM, a through hole 55 is formed in a contact portion between the high refractive index layers 50 and 51. Further, impurities are ion-implanted into the high refractive index layers 50 and 51. In the present embodiment, impurities are ion-implanted into the peripheral region S2. Then, the impurities are activated by heat treatment at a temperature of 950 ° C. or higher, and the movable electrode 54 is obtained. By this heat treatment, the internal stress of the high refractive index layers 50 and 51 becomes tensile stress. The movable electrode 54 is formed to face the fixed electrode 34.

次に、エッチング工程を実施する。貫通孔５３を通じて、可動ミラー犠牲層５６をエッチングするとともに、貫通孔５５を通じて、中間犠牲層１３におけるエアギャップＡＧを形成すべき部位をエッチングする。さらには、貫通孔５５及び貫通孔３３を通じて、固定ミラー犠牲層３５をエッチングする。このエッチングにより、エアギャップＡＧが形成され、可動ミラー構造体１２のうち、エアギャップＡＧを架橋する部分がメンブレンＭＥＭとなる。また、空気層５２，６４も形成される。空気層６４は、固定ミラー犠牲層６７をエッチングしてなるため、第１高屈折率層６３（半導体層）内の空洞として形成される。そして、第１高屈折率層６３のミラー形成部６３ａ、空気層６４、第２高屈折率層３１により、固定ミラーＭ１が形成される。なお、高屈折率層５０，５１及び空気層５２により、可動ミラーＭ２も形成される。以上により、図１３に示したファブリペロー干渉計１０を得ることができる。   Next, an etching process is performed. The movable mirror sacrificial layer 56 is etched through the through hole 53, and the portion where the air gap AG is to be formed in the intermediate sacrificial layer 13 is etched through the through hole 55. Further, the fixed mirror sacrificial layer 35 is etched through the through hole 55 and the through hole 33. By this etching, an air gap AG is formed, and a portion of the movable mirror structure 12 that bridges the air gap AG becomes the membrane MEM. Air layers 52 and 64 are also formed. The air layer 64 is formed as a cavity in the first high refractive index layer 63 (semiconductor layer) because the fixed mirror sacrificial layer 67 is etched. The fixed mirror M1 is formed by the mirror forming portion 63a of the first high refractive index layer 63, the air layer 64, and the second high refractive index layer 31. The movable mirror M2 is also formed by the high refractive index layers 50 and 51 and the air layer 52. Thus, the Fabry-Perot interferometer 10 shown in FIG. 13 can be obtained.

このように本実施形態によれば、ＳＯＩ基板６０の半導体層を第１高屈折率層６３として用いる。そして、第１高屈折率層６３にトレンチ６５を形成し、熱酸化膜６６によってトレンチ６５を埋めて、固定ミラー犠牲層６７を形成する。したがって、第２高屈折率層３１、中間犠牲層１３、ひいては第３高屈折率層５０を平坦に形成することができる。   As described above, according to the present embodiment, the semiconductor layer of the SOI substrate 60 is used as the first high refractive index layer 63. Then, a trench 65 is formed in the first high refractive index layer 63, and the trench 65 is filled with the thermal oxide film 66, thereby forming a fixed mirror sacrificial layer 67. Therefore, the second high refractive index layer 31, the intermediate sacrificial layer 13, and the third high refractive index layer 50 can be formed flat.

したがって、空気層６４を有し、複数に分割された固定ミラーＭ１を採用しつつ、可動ミラー構造体１２を構成する高屈折率層５０，５１に段差が生じるのを抑制することができる。これにより、メンブレンＭＥＭの変位時に、可動ミラー構造体１２の段差部分に応力が集中するのを抑制することができる。さらに、本実施形態によれば、中間犠牲層１３の構成を簡素化するとともに、中間犠牲層１３の平坦化処理を不要とすることもできる。   Therefore, it is possible to suppress the occurrence of a step in the high refractive index layers 50 and 51 constituting the movable mirror structure 12 while adopting the fixed mirror M1 having the air layer 64 and divided into a plurality of parts. Thereby, when the membrane MEM is displaced, it can suppress that stress concentrates on the level | step-difference part of the movable mirror structure 12. FIG. Furthermore, according to the present embodiment, the configuration of the intermediate sacrificial layer 13 can be simplified and the planarization process of the intermediate sacrificial layer 13 can be made unnecessary.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。   The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

基板２０として、シリコン基板の例を示した。しかしながら、シリコン以外の半導体基板や、ガラスなどの絶縁基板を採用することも可能である。   An example of a silicon substrate is shown as the substrate 20. However, it is also possible to employ a semiconductor substrate other than silicon or an insulating substrate such as glass.

ファブリペロー干渉計１０は静電駆動型に限定されない。たとえば、図１８に示す圧電駆動型のファブリペロー干渉計１０にも適用することができる。このファブリペロー干渉計１０は、固定電極３４及び可動電極５４に代えて、メンブレンＭＥＭを変位させるための圧電駆動部１４を備えている。   The Fabry-Perot interferometer 10 is not limited to the electrostatic drive type. For example, the present invention can also be applied to the piezoelectric driven Fabry-Perot interferometer 10 shown in FIG. The Fabry-Perot interferometer 10 includes a piezoelectric drive unit 14 for displacing the membrane MEM instead of the fixed electrode 34 and the movable electrode 54.

圧電駆動部１４は、可動ミラー構造体１２における中間犠牲層１３と反対の面上に配置されている。この圧電駆動部１４は、圧電膜７０と、基板２０の厚み方向において圧電膜７０の両面にそれぞれ配置された電極７１，７２と、を有しており、可動ミラー構造体１２の一面上に配置されて、ユニモルフ構造なしている。そして、電極７１，７２間に電圧を印加すると、圧電膜７０が厚み方向に直交する方向において伸縮し、それにともなって、メンブレンＭＥＭが厚み方向において固定ミラー構造体１１に近づく側に変位する。   The piezoelectric drive unit 14 is disposed on the surface of the movable mirror structure 12 opposite to the intermediate sacrificial layer 13. The piezoelectric driving unit 14 includes a piezoelectric film 70 and electrodes 71 and 72 disposed on both surfaces of the piezoelectric film 70 in the thickness direction of the substrate 20, and is disposed on one surface of the movable mirror structure 12. It has no unimorph structure. When a voltage is applied between the electrodes 71 and 72, the piezoelectric film 70 expands and contracts in the direction orthogonal to the thickness direction, and accordingly, the membrane MEM is displaced toward the fixed mirror structure 11 in the thickness direction.

圧電膜７０の材料としては、たとえば、ＰＺＴを採用することができる。また、電極７１，７２の材料としては、白金などを採用することができる。圧電駆動部１４は、周辺領域Ｓ２の一部と、メンブレンＭＥＭ以外の部分、すなわち、中間犠牲層１３と重なる部分との両方にわたって配置されている。また、可動ミラーＭ２とは接触しないように設けられている。図１８では、第４高屈折率層５１に接して電極７１が配置される例を示したが、第４高屈折率層５１と電極７１との間に、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜などの絶縁膜が介在されてもよい。   As a material of the piezoelectric film 70, for example, PZT can be adopted. Moreover, platinum etc. are employable as a material of the electrodes 71 and 72. The piezoelectric drive unit 14 is disposed over both a part of the peripheral region S2 and a part other than the membrane MEM, that is, a part overlapping the intermediate sacrificial layer 13. Further, it is provided so as not to contact the movable mirror M2. FIG. 18 shows an example in which the electrode 71 is disposed in contact with the fourth high refractive index layer 51, but a silicon oxide film, a silicon nitride film, or the like is provided between the fourth high refractive index layer 51 and the electrode 71. An insulating film may be interposed.

上記以外の製造方法として、たとえば第２高屈折率層３１を形成する際に、第１高屈折率層３０の段差を埋めるように多結晶シリコンを成膜してもよい。接触幅Ｗ１を第２高屈折率層３１の厚みの１．２倍以下とすると、段差を埋めることができる。加えて、六角錐台形状をなす固定ミラー犠牲層３５の側面のテーパ角度が８５°以下となるように、固定ミラー犠牲層３５をパターニングすることが好ましい。これによれば、隣り合う固定ミラーＭ１において、上壁部３１ｂ間の領域に多結晶シリコンの未充填部分、いわゆる「す」ができるのを抑制することができる。なお、テーパ角度とは、基板２０の厚み方向に直交する面と、固定ミラー犠牲層３５の側面とのなす角度である。   As a manufacturing method other than the above, for example, when the second high refractive index layer 31 is formed, a polycrystalline silicon film may be formed so as to fill the steps of the first high refractive index layer 30. When the contact width W1 is 1.2 times or less of the thickness of the second high refractive index layer 31, the step can be filled. In addition, the fixed mirror sacrificial layer 35 is preferably patterned so that the taper angle of the side surface of the fixed mirror sacrificial layer 35 having a hexagonal frustum shape is 85 ° or less. According to this, in the adjacent fixed mirror M1, it is possible to suppress the formation of an unfilled portion of polycrystalline silicon, so-called “su” in the region between the upper wall portions 31b. The taper angle is an angle formed by a surface orthogonal to the thickness direction of the substrate 20 and a side surface of the fixed mirror sacrificial layer 35.

テーパ角度は、ドライエッチングの条件により制御することができる。たとえば、条件Ａでは、平行平板電極の電極ギャップを７．４５ｃｍ、ＣＨＦ３の流量を４０ｓｃｃｍに固定し、ＲＦパワーを３００〜７００Ｗ、Ｏ２流量を２５〜３０ｓｃｃｍ、圧力を１００〜１６０ｍＴｏｒｒ、磁場の強さを０〜６０Ｇａｕｓｓの範囲で調整する。これにより、テーパ角度を３２°〜４８°とすることができる。たとえば、ＲＦパワーを３００Ｗ、Ｏ２流量を３０ｓｃｃｍ、圧力を１００ｍＴｏｒｒ、磁場の強さを０Ｇａｕｓｓとすると、テーパ角度を３２°とすることができる。なお、同じＯ２流量で圧力を増すと、テーパ角度が大きくなり、同じ圧力でＯ２流量を増すと、テーパ角度が大きくなる。 The taper angle can be controlled by dry etching conditions. For example, in condition A, the parallel plate electrode gap is fixed to 7.45 cm, the flow rate of CHF 3 is fixed to 40 sccm, the RF power is 300 to 700 W, the O 2 flow rate is 25 to 30 sccm, the pressure is 100 to 160 mTorr, and the magnetic field Adjust the strength in the range of 0-60 Gauss. Thereby, a taper angle can be made into 32 degrees-48 degrees. For example, if the RF power is 300 W, the O 2 flow rate is 30 sccm, the pressure is 100 mTorr, and the magnetic field strength is 0 Gauss, the taper angle can be 32 °. Note that when the pressure is increased at the same O 2 flow rate, the taper angle is increased, and when the O 2 flow rate is increased at the same pressure, the taper angle is increased.

条件Ｂでは、平行平板電極の電極ギャップを７．４５ｃｍ、ＣＨＦ３の流量を３０ｓｃｃｍに固定し、ＲＦパワーを７００Ｗ、Ａｒの流量を７０ｓｃｃｍ、ＣＦ４の流量を６ｓｃｃｍ、圧力を１６０ｍＴｏｒｒ、磁場の強さを６０Ｇａｕｓｓとする。これにより、テーパ角度を８５°程度とすることができる。 In condition B, the electrode gap of the parallel plate electrode is fixed to 7.45 cm, the flow rate of CHF 3 is fixed to 30 sccm, the RF power is 700 W, the flow rate of Ar is 70 sccm, the flow rate of CF 4 is 6 sccm, the pressure is 160 mTorr, and the strength of the magnetic field is increased. The thickness is 60 Gauss. Thereby, a taper angle can be made into about 85 degrees.

固定ミラー犠牲層３５のパターニングにおいて条件Ｂを採用すると、テーパ角度をたとえば８５°とすることができる。また、加工中に条件Ａと条件Ｂとを周期的に切り替えることで、８５°よりも小さい角度とすることができる。条件Ａを３２°の条件とし、条件Ａ，Ｂを交互に切り替える場合、固定ミラー犠牲層３５の側面は、３２°の部分と８５°程度の部分とが交互に現れることとなる。その結果、側面の下端と上端とを結ぶ仮想線が基板２０の厚み方向に直交する面となす角度、すなわち平均テーパ角度が８５°以下の角度となる。   When the condition B is adopted in the patterning of the fixed mirror sacrificial layer 35, the taper angle can be set to 85 °, for example. Further, by periodically switching between the condition A and the condition B during processing, an angle smaller than 85 ° can be obtained. When the condition A is a condition of 32 ° and the conditions A and B are alternately switched, the side surface of the fixed mirror sacrificial layer 35 alternately has a portion of 32 ° and a portion of about 85 °. As a result, the angle formed by the imaginary line connecting the lower end and the upper end of the side surface with the surface orthogonal to the thickness direction of the substrate 20, that is, the average taper angle is an angle of 85 ° or less.

第１犠牲層４０及び第３犠牲層４２としてＮＳＧ膜、第２犠牲層４１としてＢＰＳＧ膜の例を示したが、これに限定されるものではない。第１犠牲層４０及び第３犠牲層４２を、第２犠牲層４１よりも熱に対する流動性が低い材料を用いて形成すればよい。換言すれば、第２犠牲層４１を加熱により平坦化させる際に、第１犠牲層４０及び第３犠牲層４２が流動しないような材料を用いて形成すればよい。第２犠牲層４１としては、ＰＳＧ膜を採用することもできる。   Although the example of the NSG film as the first sacrificial layer 40 and the third sacrificial layer 42 and the BPSG film as the second sacrificial layer 41 are shown, the present invention is not limited to this. The first sacrificial layer 40 and the third sacrificial layer 42 may be formed using a material having lower fluidity to heat than the second sacrificial layer 41. In other words, the first sacrificial layer 40 and the third sacrificial layer 42 may be formed using a material that does not flow when the second sacrificial layer 41 is planarized by heating. As the second sacrificial layer 41, a PSG film can also be adopted.

１０…ファブリペロー干渉計、１１…固定ミラー構造体、１２…可動ミラー構造体、１３…中間犠牲層、１４…圧電駆動部、２０…基板、２１…絶縁膜、２２…吸収領域、３０…第１高屈折率層、３１…第２高屈折率層、３１ａ…接触部、３１ｂ，３１ｄ…上壁部、３１ｃ…側壁部、３２…空気層、３３…貫通孔、３４，３４ａ…固定電極、３４ａ…未活性化層、３５…固定ミラー犠牲層、３５ａ…第１絶縁膜、３５ｂ…第２絶縁膜、４０…第１犠牲層、４１…第２犠牲層、４１ａ…凹部、４２…第３犠牲層、５０…第３高屈折率層、５１…第４高屈折率層、５１ａ…接触部、５１ｂ…上壁部、５１ｃ…側壁部、５２…空気層、５３…貫通孔、５４…可動電極、５５…貫通孔、５６…可動ミラー犠牲層、５６ａ…第３絶縁膜、５６ｂ…第４絶縁膜、６０…ＳＯＩ基板、６１…支持基板、６２…絶縁膜、６３…第１高屈折率層、６３ａ…ミラー形成部、６３ｂ…一面、６４…空気層、６５…トレンチ、６６…熱酸化膜、６７…固定ミラー犠牲層、７０…圧電膜、７１，７２…電極、ＡＧ…エアギャップ、Ｍ１…固定ミラー、Ｍ２…可動ミラー、ＭＥＭ…メンブレン、Ｓ１…透過領域、Ｓ２…周辺領域 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fabry-Perot interferometer, 11 ... Fixed mirror structure, 12 ... Movable mirror structure, 13 ... Intermediate sacrificial layer, 14 ... Piezoelectric drive part, 20 ... Substrate, 21 ... Insulating film, 22 ... Absorption region, 30 ... First DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 High refractive index layer, 31 ... 2nd high refractive index layer, 31a ... Contact part, 31b, 31d ... Upper wall part, 31c ... Side wall part, 32 ... Air layer, 33 ... Through-hole, 34, 34a ... Fixed electrode, 34a ... deactivated layer, 35 ... fixed mirror sacrificial layer, 35a ... first insulating film, 35b ... second insulating film, 40 ... first sacrificial layer, 41 ... second sacrificial layer, 41a ... concave, 42 ... third Sacrificial layer 50 ... third high refractive index layer 51 ... fourth high refractive index layer 51a ... contact portion 51b ... upper wall portion 51c ... side wall portion 52 ... air layer 53 ... through hole 54 ... movable Electrode, 55 ... through hole, 56 ... movable mirror sacrificial layer, 56a ... third insulating film, 56b ... fourth layer 60 ... SOI substrate, 61 ... Support substrate, 62 ... Insulating film, 63 ... First high refractive index layer, 63a ... Mirror formation part, 63b ... One side, 64 ... Air layer, 65 ... Trench, 66 ... Thermal oxide film , 67 ... Fixed mirror sacrificial layer, 70 ... Piezoelectric film, 71, 72 ... Electrode, AG ... Air gap, M1 ... Fixed mirror, M2 ... Movable mirror, MEM ... Membrane, S1 ... Transmission region, S2 ... Peripheral region

Claims (7)

複数に分割された固定ミラー（Ｍ１）を有する固定ミラー構造体（１１）と、
前記固定ミラーに対応して形成された可動ミラー（Ｍ２）を有する可動ミラー構造体（１２）と、
前記固定ミラー構造体と前記可動ミラー構造体との間に介在されるとともに、前記固定ミラーと前記可動ミラーとの間にギャップ（ＡＧ）を提供する中間犠牲層（１３）と、を備え、
前記ギャップを介して前記固定ミラーと前記可動ミラーが対向しており、前記可動ミラー構造体における前記ギャップを架橋するメンブレン（ＭＥＭ）を変位させることで、前記固定ミラーと前記可動ミラーの対向距離が変化するように構成されるファブリペロー干渉計の製造方法であって、
基板（２０）の一面上に、多結晶シリコンを材料として第１高屈折率層（３０）を形成し、前記第１高屈折率層上の前記固定ミラーが形成される複数箇所に固定ミラー犠牲層（３５）を形成し、前記固定ミラー犠牲層を覆うように、多結晶シリコンを材料として前記第１高屈折率層上に第２高屈折率層（３１）を形成する固定ミラー構造体形成工程と、
前記第２高屈折率層を覆うように前記中間犠牲層を形成する中間犠牲層形成工程と、
前記中間犠牲層上に、多結晶シリコンを材料として第３高屈折率層（５０）を形成し、前記第３高屈折率層上の前記可動ミラーが形成される複数箇所に可動ミラー犠牲層（５６）を形成し、前記可動ミラー犠牲層を覆うように、多結晶シリコンを材料として前記第３高屈折率層上に第４高屈折率層（５１）を形成する可動ミラー構造体形成工程と、
エッチングにより、前記中間犠牲層の一部を除去して前記ギャップを形成するとともに、前記固定ミラー犠牲層及び前記可動ミラー犠牲層を除去して空気層（３２，５２）を形成するエッチング工程と、
を備え、
前記中間犠牲層形成工程では、前記第２高屈折率層上に第１犠牲層（４０）を形成し、前記第１犠牲層とは異なる材料を用いて、前記第１犠牲層上に第２犠牲層（４１）を形成するとともに、加熱により前記第２犠牲層の平坦化処理を行い、前記第１犠牲層と同じ材料により、平坦化後の前記第２犠牲層上に第３犠牲層（４２）を形成して、前記第１犠牲層、前記第２犠牲層、及び前記第３犠牲層を含む前記中間犠牲層を形成し、
前記第１犠牲層及び前記第３犠牲層を、前記第２犠牲層よりも熱に対する流動性が低い材料を用いて形成し、前記平坦化処理において、前記第１犠牲層及び前記第２犠牲層のうち、前記第２犠牲層のみを流動させることを特徴とするファブリペロー干渉計の製造方法。 A fixed mirror structure (11) having a fixed mirror (M1) divided into a plurality of parts;
A movable mirror structure (12) having a movable mirror (M2) formed corresponding to the fixed mirror;
An intermediate sacrificial layer (13) interposed between the fixed mirror structure and the movable mirror structure and providing a gap (AG) between the fixed mirror and the movable mirror;
The fixed mirror and the movable mirror are opposed to each other through the gap, and the opposing distance between the fixed mirror and the movable mirror is changed by displacing a membrane (MEM) that bridges the gap in the movable mirror structure. A manufacturing method of a Fabry-Perot interferometer configured to change, comprising:
A first high-refractive index layer (30) is formed on one surface of the substrate (20) using polycrystalline silicon as a material, and a fixed mirror is sacrificed at a plurality of positions where the fixed mirror is formed on the first high-refractive index layer. A fixed mirror structure is formed by forming a second high refractive index layer (31) on the first high refractive index layer using polycrystalline silicon as a material so as to form a layer (35) and cover the fixed mirror sacrificial layer Process,
An intermediate sacrificial layer forming step of forming the intermediate sacrificial layer so as to cover the second high refractive index layer;
A third high-refractive index layer (50) is formed on the intermediate sacrificial layer using polycrystalline silicon as a material, and a movable mirror sacrificial layer (at a plurality of positions where the movable mirror is formed on the third high-refractive index layer). 56) and forming a fourth high refractive index layer (51) on the third high refractive index layer using polycrystalline silicon as a material so as to cover the movable mirror sacrificial layer; ,
Etching to remove a portion of the intermediate sacrificial layer by etching to form the gap, and to remove the fixed mirror sacrificial layer and the movable mirror sacrificial layer to form an air layer (32, 52);
With
In the intermediate sacrificial layer forming step, a first sacrificial layer (40) is formed on the second high refractive index layer, and a second material is formed on the first sacrificial layer using a material different from that of the first sacrificial layer. A sacrificial layer (41) is formed, and the second sacrificial layer is planarized by heating, and a third sacrificial layer (on the second sacrificial layer after planarization is formed of the same material as the first sacrificial layer). 42) to form the intermediate sacrificial layer including the first sacrificial layer, the second sacrificial layer, and the third sacrificial layer;
The first sacrificial layer and the third sacrificial layer are formed using a material having lower fluidity to heat than the second sacrificial layer, and the first sacrificial layer and the second sacrificial layer are formed in the planarization process. Among them, the Fabry-Perot interferometer manufacturing method is characterized by flowing only the second sacrificial layer. 前記中間犠牲層形成工程では、
ＢＰＳＧ膜を成膜して前記第２犠牲層を形成し、
ノンドープシリコン酸化膜を成膜して、前記第１犠牲層及び前記第３犠牲層をそれぞれ形成することを特徴とする請求項１に記載のファブリペロー干渉計の製造方法。 In the intermediate sacrificial layer forming step,
BPSG film is formed to form the second sacrificial layer,
2. The method of manufacturing a Fabry-Perot interferometer according to claim 1, wherein a non-doped silicon oxide film is formed to form the first sacrificial layer and the third sacrificial layer, respectively. 前記第２犠牲層の厚み（Ｔ１）が、隣り合う前記固定ミラーの間における前記第１高屈折率層と前記第２高屈折率層との接触幅（Ｗ１）の２倍以上となるように、前記第２犠牲層を形成することを特徴とする請求項２に記載のファブリペロー干渉計の製造方法。   The thickness (T1) of the second sacrificial layer is at least twice the contact width (W1) between the first high refractive index layer and the second high refractive index layer between the adjacent fixed mirrors. The method of manufacturing a Fabry-Perot interferometer according to claim 2, wherein the second sacrificial layer is formed. 前記第１犠牲層及び前記第３犠牲層の厚みが、それぞれ０．１μｍ以上となるように、前記第１犠牲層及び前記第３犠牲層を形成することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のファブリペロー干渉計の製造方法。   The said 1st sacrificial layer and the said 3rd sacrificial layer are formed so that the thickness of the said 1st sacrificial layer and the said 3rd sacrificial layer may be 0.1 micrometer or more, respectively. A manufacturing method of the Fabry-Perot interferometer according to claim 3. 前記中間犠牲層形成工程において、前記平坦化処理の温度を、８００℃以上、１０５０℃未満の範囲内とすることを特徴とする請求項２〜４いずれか１項に記載のファブリペロー干渉計の製造方法。   5. The Fabry-Perot interferometer according to claim 2, wherein in the intermediate sacrificial layer forming step, a temperature of the planarization treatment is set in a range of 800 ° C. or more and less than 1050 ° C. 5. Production method. 前記固定ミラー構造体の固定電極（３４）と前記可動ミラー構造体の可動電極（５４）の間の印加電圧に基づいて発生する静電気力により、前記メンブレンが変位するように構成された前記ファブリペロー干渉計を製造するための請求項５に記載のファブリペロー干渉計の製造方法であって、
前記固定ミラー構造体形成工程では、前記固定電極を形成するように、前記第１高屈折率層及び前記第２高屈折率層のうちの少なくとも前記第２高屈折率層に不純物を導入し、
前記可動ミラー構造体形成工程では、前記可動電極を形成するように、前記第３高屈折率層及び前記第４高屈折率層のうちの少なくとも前記第３高屈折率層に不純物を導入して加熱により活性化させ、
前記中間犠牲層形成工程では、前記平坦化処理の温度を、９５０℃以上、１０５０℃未満の範囲内として、前記第２犠牲層の平坦化とともに、前記固定電極を形成するために導入された不純物を活性化させることを特徴とするファブリペロー干渉計の製造方法。 The Fabry-Perot configured such that the membrane is displaced by an electrostatic force generated based on an applied voltage between the fixed electrode (34) of the fixed mirror structure and the movable electrode (54) of the movable mirror structure. A method for manufacturing a Fabry-Perot interferometer according to claim 5 for manufacturing an interferometer, comprising:
In the fixed mirror structure forming step, an impurity is introduced into at least the second high refractive index layer of the first high refractive index layer and the second high refractive index layer so as to form the fixed electrode,
In the movable mirror structure forming step, impurities are introduced into at least the third high refractive index layer of the third high refractive index layer and the fourth high refractive index layer so as to form the movable electrode. Activated by heating,
In the intermediate sacrificial layer forming step, impurities introduced to form the fixed electrode together with the planarization of the second sacrificial layer by setting the temperature of the planarization treatment to a range of 950 ° C. or higher and lower than 1050 ° C. Of manufacturing a Fabry-Perot interferometer, wherein 複数に分割された固定ミラー（Ｍ１）を有する固定ミラー構造体（１１）と、
前記固定ミラーに対応して形成された可動ミラー（Ｍ２）を有する可動ミラー構造体（１２）と、
前記固定ミラー構造体と前記可動ミラー構造体との間に介在されるとともに、前記固定ミラーと前記可動ミラーとの間にギャップ（ＡＧ）を提供する中間犠牲層（１３）と、を備え、
前記ギャップを介して前記固定ミラーと前記可動ミラーが対向しており、前記可動ミラー構造体における前記ギャップを架橋するメンブレン（ＭＥＭ）を変位させることで、前記固定ミラーと前記可動ミラーの対向距離が変化するように構成されるファブリペロー干渉計の製造方法であって、
支持基板（６１）上に絶縁膜（６２）を介して半導体層が配置されてなるＳＯＩ基板（６０）の前記半導体層を第１高屈折率層（６３）とし、該第１高屈折率層における前記固定ミラーが形成される複数箇所に、前記絶縁膜とは反対の一面側から所定深さのトレンチ（６５）を形成し、次いで、熱酸化により前記トレンチを埋めるとともに前記一面上の熱酸化膜（６６）を除去して固定ミラー犠牲層（６７）を形成し、前記固定ミラー犠牲層を覆うように前記第１高屈折率層上に、多結晶シリコンを材料として第２高屈折率層（３１）を形成する固定ミラー構造体形成工程と、
前記第２高屈折率層を覆うように前記中間犠牲層を形成する中間犠牲層形成工程と、
前記中間犠牲層上に、多結晶シリコンを材料として第３高屈折率層（５０）を形成し、前記第３高屈折率層上の前記可動ミラーが形成される複数箇所に可動ミラー犠牲層（５６）を形成し、前記可動ミラー犠牲層を覆うように、多結晶シリコンを材料として前記第３高屈折率層上に第４高屈折率層（５１）を形成する可動ミラー構造体形成工程と、
エッチングにより、前記中間犠牲層の一部を除去して、前記ギャップを形成するとともに、前記固定ミラー犠牲層及び前記可動ミラー犠牲層を除去して空気層（５２，６４）を形成するエッチング工程と、
を備えることを特徴とするファブリペロー干渉計の製造方法。 A fixed mirror structure (11) having a fixed mirror (M1) divided into a plurality of parts;
A movable mirror structure (12) having a movable mirror (M2) formed corresponding to the fixed mirror;
An intermediate sacrificial layer (13) interposed between the fixed mirror structure and the movable mirror structure and providing a gap (AG) between the fixed mirror and the movable mirror;
The fixed mirror and the movable mirror are opposed to each other through the gap, and the opposing distance between the fixed mirror and the movable mirror is changed by displacing a membrane (MEM) that bridges the gap in the movable mirror structure. A manufacturing method of a Fabry-Perot interferometer configured to change, comprising:
The semiconductor layer of the SOI substrate (60) in which the semiconductor layer is disposed on the support substrate (61) via the insulating film (62) is defined as the first high refractive index layer (63), and the first high refractive index layer. A trench (65) having a predetermined depth is formed from one surface side opposite to the insulating film at a plurality of locations where the fixed mirror is formed, and then the trench is filled by thermal oxidation and thermal oxidation on the one surface is performed. The fixed mirror sacrificial layer (67) is formed by removing the film (66), and the second high refractive index layer is made of polycrystalline silicon as a material on the first high refractive index layer so as to cover the fixed mirror sacrificial layer. (31) forming a fixed mirror structure,
An intermediate sacrificial layer forming step of forming the intermediate sacrificial layer so as to cover the second high refractive index layer;
A third high-refractive index layer (50) is formed on the intermediate sacrificial layer using polycrystalline silicon as a material, and a movable mirror sacrificial layer (at a plurality of positions where the movable mirror is formed on the third high-refractive index layer). 56) and forming a fourth high refractive index layer (51) on the third high refractive index layer using polycrystalline silicon as a material so as to cover the movable mirror sacrificial layer; ,
Etching to remove a portion of the intermediate sacrificial layer by etching to form the gap and to remove the fixed mirror sacrificial layer and the movable mirror sacrificial layer to form an air layer (52, 64); ,
A method for manufacturing a Fabry-Perot interferometer, comprising:
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