JP3987809B2 - Ｍｅｍｓ素子及びその製作方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＭＥＭＳ素子及びその製作方法に係り、さらに詳しくは駆動電極が埋め込み構造を有する静電駆動型ＭＥＭＳ素子及びその製作方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＥＭＳ(Micro electro mechanical system)は機械的、電気的部品を半導体工程を用いて具現する技術である。ＭＥＭＳ技術を用いて製作された素子が機械的な動作を行うためには、ＭＥＭＳ素子は通常基板上で揺動可能に浮き上がる駆動部を有する。
【０００３】
図１はこのようなＭＥＭＳ素子の一例を概略的に示す図である。
ＭＥＭＳ素子は基板１０、基板１０上に固定された固定部３０、及び固定部３０から延びた駆動部４０を有している。固定部３０は通常アンカー(anchor)またはサポートと呼ばれ、駆動部４０を基板１０上に固定させる機能を果たす。
駆動部４０は基板１０上に浮き上がるよう離隔され設けられる。駆動部４０は、図１において点線で示した通り、上下方向で揺動自在に設けられる。駆動部４０の動きは、基板１０上に形成された電極部２０で発生する所定の駆動力により制御される。駆動部４０は必要に応じてビームまたはメンブレインのような形状に製造される。
【０００４】
図２ａないし図２ｅは一般の静電駆動型ＲＦ ＭＥＭＳ素子の製作工程の一例を順次に示す図である。
図２ａに示した通り、静電駆動力を提供するための駆動電極層２２０は、パターニングを介して基板２１０上に形成される。基板２１０上に金属層を形成し、図２ｂに示すようなアンカー部分とＲＦラインに相当する金属層２３０を残すようにパターニングを行う。金属層領域２３０は、基板２１０上に固定される固定部のように作用するアンカー部分とＲＦ信号の入力及び/または出力端として作用するＲＦラインが形成される。金属層領域２３０は表皮深さ(skin depth)効果を考慮して２ないし３μｍの厚膜で形成される。
【０００５】
次いで、図２ｃに図示されているよう、基板２１０上に形成された駆動電極層２２０を取り囲む絶縁膜２４０を形成する。
その後、図２ｄに示した通り、基板２１０上に犠牲層２５０を積層し、所定のパターニングにより基板２１０上に固定されるアンカー部分の犠牲層２５０をエッチングする。パターニングされた犠牲層２５０上には図２ｅに示した通り、ＭＥＭＳ構造物層が形成される。ＭＥＭＳ構造物層は、駆動部２６０と接触部２６１とを含む。
【０００６】
それから、駆動部２６０に所定のエッチングホール(図示せず)を形成し、エッチングホール(図示せず)を介して犠牲層２５０だけを選択的にエッチングするエッチング液(etchant)が供給される。従って、図２eに示した通り、犠牲層２５０が除去され駆動部２６０は基板２１０上に浮き上がるＭＥＭＳ素子が製作される。
【０００７】
以上のように一般の製作工程では、金属層領域２３０と駆動電極層２２０との段差を無視し製作工程が進まれる。
従って、金属層領域２３０と駆動電極層２２０の段差によって図２ｅに示した通り、以降の工程により形成される駆動部２６０には多少屈曲を有する信頼性に劣るＭＥＭＳ素子が製作される。一方、設計上には駆動部２６０に発生する前述したような屈曲は予想されないため、設計上と製作工程上に大きい誤差が発生する。また、このような屈曲はＭＥＭＳ素子の駆動の際に不完全に駆動する問題点を抱えている。
【０００８】
また、図２ｄないし図２ｅに示された製作工程のように、アンカー部分に積層された駆動部２６０と基板２１０の連結部分２６１はアンカー部分及び駆動部２６０のＭＥＭＳ構造物の厚さより相対的に薄くて曲がった形態で形成される。
従って、ＭＥＭＳ素子の一般の特性である駆動部２６０が揺動して動作する点を考慮してみる際、連結部分が薄くて曲がった形態で製作されるという点はＭＥＭＳ素子の堅固性に悪影響を与える恐れもある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前述したような問題点を解決するために案出されたもので、その目的は信頼性が向上され、かつ安定的な駆動性を有するＭＥＭＳ素子及びその製作方法を提供するところにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために本発明は、基板について固定される固定部と、基板上の平面内において前記固定部に併設され連結部により前記固定部と連結されるとともに、前記基板上に浮き上がる駆動部と、該駆動部を所定の駆動力によって駆動させる駆動電極と、駆動力により駆動する前記駆動部と選択的にスイッチングする接触部とを備えたＭＥＭＳ素子の製作方法において、前記基板上に前記駆動電極をパターニングする段階と、前記駆動電極が形成された前記基板上に絶縁層を形成する段階と、前記絶縁層をパターニングして前記固定部と前記接触部とを前記絶縁層内に形成するため前記絶縁層の固定部分と接触部分とをエッチングする段階と、エッチングされた前記固定部分と前記接触部分とを含む前記基板上に金属層を形成する段階と、前記絶縁層が露出されるまで前記金属層を平坦化する段階と、前記基板上に犠牲層を積層する段階と、前記絶縁層が露出された部分と前記固定部分内の前記金属層に開口部と、を形成するために前記犠牲層をパターニングする段階と、前記開口部の一部分を充填するために前記犠牲層上にＭＥＭＳ構造物層を積層し、前記ＭＥＭＳ構造物層が前記開口部内に側壁を形成するとともに、前記固定部と、駆動部と、前記固定部と前記犠牲層上の前記駆動部と連結された前記連結部とを備えるように形成する段階と、前記固定部分内の前記犠牲層が一部分残るよう前記犠牲層の一部分を選択的に取除く段階とを含む。
【００１１】
前記絶縁層を形成する段階において、前記絶縁層は、少なくとも前記駆動電極より厚膜で形成し、前記駆動電極は前記絶縁層について埋め込み構造を有する。
前記開口部を形成する段階において、前記開口部は、前記固定部と前記駆動部とを連結する連結部に対応する部位を除く前記固定部の周囲の全区間に亘って形成される。前記連結部は、前記基板上の平面内における前記固定部と駆動部が併設される方向に直交する方向に対して、前記固定部より狭幅であること特徴とする。
【００１２】
前記犠牲層を選択的に取り除く前、前記ＭＥＭＳ構造物層にエッチングホールを形成する段階と、をさらに含む。前記エッチングホールは、前記ＭＥＭＳ構造物層の前記駆動部内に形成される。
前記絶縁層は、ＴＥＯＳ（TetraEthyl OrthoSilicate）酸化膜であり、前記金属層の材質は、金（gold）であることを特徴とする。
【００１３】
前記平坦化は、ポリシング工程により行われ、前記犠牲層の材質は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、オキシド（Oxide）、またはニッケル（Ｎｉ）のうちいずれの一つであることを特徴とする。
さらに、本発明に係るＭＥＭＳ素子の制作方法は、基板について固定される固定部と、基板上の平面内において前記固定部に併設され連結部により前記固定部と連結されるとともに前記基板上に浮き上がる駆動部と、該駆動部を所定の駆動力により駆動させる駆動電極及び前記駆動部と選択的にスイッチングする接触部を具備したＭＥＭＳ素子の製作方法において、前記基板上に前記駆動電極をパターニングして形成する段階と、前記駆動電極が形成された前記基板上に第１絶縁層を形成する段階と、前記第１絶縁層をパターニングして 前記第１絶縁層内に前記固定部と前記接触部とがそれぞれ形成されるよう前記第１絶縁層の固定部分と接触部分とをエッチングする段階と、エッチングされた前記固定部分と前記接触部分が含まれるよう前記基板上に金属層を形成する段階と、前記駆動電極が露出されるまで前記金属層を平坦化する段階と、前記駆動電極と前記駆動部が電気的に開放されるよう前記駆動電極を覆う第２絶縁膜を形成する段階と、前記基板上に犠牲層を積層する段階と、前記第１絶縁層が露出された部分と前記固定部分内の前記金属層に開口部とを形成するために前記犠牲層をパターニングする段階と、前記開口部の一部分を充填するために前記犠牲層上にＭＥＭＳ構造物層を積層し、前記ＭＥＭＳ構造物層が前記開口部内に側壁を形成するとともに、前記固定部と、駆動部と、前記固定部と前記犠牲層上の前記駆動部と連結された前記連結部とを備えるように形成する段階と、前記固定部分内の前記犠牲層部分を残すために前記犠牲層のその他の部分をエッチングすることによって、前記犠牲層部分を選択的に除去する段階とを含む。
【００１４】
一方、本発明に係るＭＥＭＳ素子は、基板について固定された固定部と、前記基板上の平面内において前記固定部に併設され連結部により該固定部と連結され、前記基板上に浮き上がる駆動部と、該駆動部を駆動させる電極部と、前記駆動部とスイッチングされる接触部と、を含み、前記電極部と前記接触部は前記基板上に平坦に形成される。
【００１５】
前記電極部は、前記電極と、前記駆動部と前記電極とが電気的に開放されるよう前記電極を覆う絶縁層を含み、前記電極は前記絶縁層内に埋め込み構造で形成される。
前記固定部は、一部が前記基板上に設けられたアンカー部分を介して前記基板上に固定され、周囲の少なくとも一部分に側壁を備えるように構成できる。
【００１６】
前記側壁は、前記固定部と前記駆動部とを連結する連結部に対応する部位を除いた固定部周囲の全区間に亘って形成される。前記連結部は、前記基板上の平面内における前記固定部と駆動部が併設される方向に直交する方向に対して、前記固定部より狭幅である。前記側壁、前記固定部及び前記駆動部は、一体に形成され、前記側壁は、前記基板と接触される。
【００１７】
従って、平坦化工程によりＲＦラインと駆動電極との段差を除去することにより、以降の工程である駆動電極の静電力により駆動される駆動部を形成するＭＥＭＳ構造物層の変形を防ぐことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき本発明をさらに詳しく説明する。
下記の実施例のＭＥＭＳ素子は静電駆動型ＲＦ ＭＥＭＳリレーを例として説明する。
図３ａないし図３ｆは本発明に係る静電駆動型ＭＥＭＳリレーの一実施例に対する製作工程を順次に示す図である。
【００１９】
まず、図３ａに示した通り、基板３１０上に静電駆動のために駆動電極層３２０をパターニングして形成する。図３ｂに示した通り、駆動電極層３２０が形成された基板３１０上に絶縁層で平坦化モールド３３０を形成する。絶縁層は一般にＴＥＯＳ(Tetra-Ethyl-Ortho-Silicate)酸化膜が使われる。
その後、絶縁層平坦化モールド３３０をパターニングしてＭＥＭＳリレーのアンカー部分ＡとＲＦ信号の入力及び/または出力端子である接触部分Ａ’（図において符号を省略しているが、エッチングによりグルーブ状になった部分のうち右側の部分をＡ’とする）をエッチングする。すなわち、平坦化モールドで形成された絶縁層３３０は駆動電極層３２０の絶縁膜になる。絶縁膜３３０は駆動電極層３２０と後述する駆動部が電気的に短絡されることを防ぐために形成される。
【００２０】
次いで、図３ｃに示した通り、金属層３４０をアンカー部分Ａと接触部分Ａ'がエッチングされた基板上に所定の厚さで積層する。例えば、金属層３４０は伝導性に優れた金属材質である金(Au)などが使用されている。
その後、基板上にて形成された金属層３４０を所定の厚さになるよう平坦化する。平坦化の工程は、ポリシング(polishing)によりなされる。
【００２１】
この場合、ポリシングにより平坦化工程が進まれる場合、金属層３４０の下に形成された絶縁層３３０が露出される時点をモニタリングして平坦化工程を進めるか否かを決定する。すなわち、図３ｄに示した通り、絶縁層３３０が露出されるまでポリシングを進む。
平坦化工程の後、ＲＦラインである金属層３４０の厚さは表皮深さ(skin depth)効果を考慮して２ないし３μｍの厚膜で形成されるべきなので、このためには絶縁層平坦化モールド３３０の厚さは少なくとも２ないし３μｍの厚膜で形成すべきである。
【００２２】
従って、アンカー部分ＡとＲＦライン部分Ａ'に、前記形成された絶縁層モールドの厚さに対応する厚さの金属層３４０が形成され、駆動電極層３２０と絶縁層３３０が形成された電極部とＲＦラインの厚さが段差なしで平坦に形成される。
よって、静電駆動型ＭＥＭＳリレーの駆動電極３２０は絶縁層３３０に埋め込み(embeded)構造で形成される。
【００２３】
次いで、図３ｅに示した通り、犠牲層３５０を平坦化された基板３１０上に積層し、所定のパターニングによりアンカー部分Ａの一部である縁部Ｂにのみグルーブ状の空間が形成されるよう犠牲層をエッチングする。犠牲層３５０はアルミニウム(Al)、銅(Cu)、オキシド(Oxide)、またはニッケル(Ni)などのような材質で製造できる。
【００２４】
パターニングされた犠牲層３５０上には図３ｆに示した通り、ＭＥＭＳ構造物層３６０を積層させる。ＭＥＭＳ構造物層３６０は金(Au)のような材質の金属層を蒸着させて形成する。従って、アンカー部分の縁部Ｂに形成されたグルーブ状の空間内にＭＥＭＳ構造物層３６０が積層され、犠牲層３５０が形成された基板３１０上にもＭＥＭＳ構造物層３６０が積層される。
【００２５】
それから、駆動電極３２０により駆動される駆動部３６０が形成されるＭＥＭＳ構造物層に所定のエッチングホール(図示せず)を形成して、エッチングホール(図示せず)を介して犠牲層３５０だけ選択的にエッチングできるエッチング液を供給する。従って、犠牲層３５０が除去され図３ｆに示したように駆動部３６０が基板３１０上に浮き上がったＭＥＭＳリレーが製作される。
【００２６】
この際、アンカー部分の縁部Ｂに形成されたＭＥＭＳ構造物層３６０によりアンカー部分と駆動部の連結部分に側壁Ｃが形成されることにより、図３ｆに示したように、連結部分と隣接した犠牲層３５０はエッチング液により除去されず残される。
前述した図３ｅ及び図３ｆに示された工程の詳細な説明は本発明の出願人と同一な出願人が既出願した日本国特願２００２-３５７６７４号（発明の名称：詰まった犠牲層支持台を有するＭＥＭＳ構造物及びその製作方法）に詳しく記載されている。
【００２７】
以上のように、接触部であるＲＦライン３４０と、電極部である絶縁層３３０に埋め込み構造で形成された駆動電極３２０間の段差を平坦化工程を通じて除去することにより、信頼性が向上され、かつ安定化した駆動性を有するＭＥＭＳリレーを製作することができる。
また、従来に比べて駆動電極層３２０に絶縁膜３３０を形成する工程が省かれるので製作工程が簡単化される。
【００２８】
一方、アンカー部Ａと駆動部３６０の連結部分に形成された側壁Ｃによりアンカー部分の犠牲層を残すことによりさらに堅固なＭＥＭＳ素子を製作することができる。
図４ａないし図４ｇは本発明に係る静電駆動型ＭＥＭＳリレーの他の実施例で、基板４１０上に形成され駆動電極層４２０の厚さをＲＦラインである金属層４４０の厚さと段差なしで形成して平坦化工程を進む製作工程を順次に示す図である。
【００２９】
まず、図４ａに示した通り、基板４１０上に静電駆動のためにパターニングされ形成される駆動電極層４２０を所定の厚さで形成し、図４ｂに示した通り、絶縁層４３０を駆動電極層４２０が形成された基板４１０上に積層する。その後、ＭＥＭＳリレーのアンカー部分ＡとＲＦラインである接触部の領域をパターニングしてエッチングする。
【００３０】
次いで、図４ｃに示した通り、金属層４４０をアンカー部分と接触部の領域がエッチングされた基板４１０上に所定の厚さで積層する。
金属層４４０が所定の厚さで積層された基板をポリシングにより平坦化工程を行う。図４ｄに示した通り、駆動電極層４２０が露出されるまでポリシングを進む。また、ＲＦラインである金属層４４０の厚さは、表皮深さ効果を考慮して２ないし３μｍの厚膜で形成されるようポリシングする。
【００３１】
次いで、図４ｅに示した通り、駆動電極層４２０を取り囲む絶縁膜４５０を形成する。従って、接触部である金属層４４０と、駆動電極層４２０が従来に比べて平坦化して形成される。
次いで、図４ｆ及び図４ｇの製作工程は、前述した一実施例の図３ｅ及び図３ｆの製作工程と同じなので、その説明は省略する。
【００３２】
以上のように、ＲＦライン４４０と駆動電極４２０との段差を除去することにより、以降の工程で製作されるＭＥＭＳ構造物層４７０である駆動部の変形を防ぐことができ、さらに堅固なＭＥＭＳ素子を製作することができる。
従って、信頼性が向上され、かつ安定した駆動性を有するＭＥＭＳリレーが製作される。
【００３３】
【発明の効果】
以上述べた通り、本発明によれば平坦化工程によりＲＦラインと駆動電極との段差を除去することにより、以降の工程である駆動電極の静電力により駆動する駆動部を形成するＭＥＭＳ構造物層の変形を防ぐことができる。
また、アンカー部分と駆動部の連結部分に形成された側壁によりアンカー部分の犠牲層を残すことにより一層堅固なＭＥＭＳ素子を製作することができる。
【００３４】
以上では本発明の望ましい実施例について示しかつ説明したが、本発明は前述した特定の実施例に限らず、請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱せず当該発明の属する技術分野において通常の知識を持つ者ならば誰でも多様な変形実施が可能なことは勿論、そのような変更は請求の範囲の記載の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 一般のＭＥＭＳ素子の概略的側断面図。
【図２ａ】 一般の静電駆動型ＭＥＭＳ素子の製作工程を順次に示す図。
【図２ｂ】 一般の静電駆動型ＭＥＭＳ素子の製作工程を順次に示す図。
【図２ｃ】 一般の静電駆動型ＭＥＭＳ素子の製作工程を順次に示す図。
【図２ｄ】 一般の静電駆動型ＭＥＭＳ素子の製作工程を順次に示す図。
【図２ｅ】 一般の静電駆動型ＭＥＭＳ素子の製作工程を順次に示す図。
【図３ａ】 本発明に係る静電駆動型ＲＦ ＭＥＭＳリレーの製作工程の一実施例を順次に示す図。
【図３ｂ】 本発明に係る静電駆動型ＲＦ ＭＥＭＳリレーの製作工程の一実施例を順次に示す図。
【図３ｃ】 本発明に係る静電駆動型ＲＦ ＭＥＭＳリレーの製作工程の一実施例を順次に示す図。
【図３ｄ】 本発明に係る静電駆動型ＲＦ ＭＥＭＳリレーの製作工程の一実施例を順次に示す図。
【図３ｅ】 本発明に係る静電駆動型ＲＦ ＭＥＭＳリレーの製作工程の一実施例を順次に示す図。
【図３ｆ】 本発明に係る静電駆動型ＲＦ ＭＥＭＳリレーの製作工程の一実施例を順次に示す図。
【図４ａ】 本発明に係る他の静電駆動型ＲＦ ＭＥＭＳリレーの製作工程の他の実施例を順次に示す図。
【図４ｂ】 本発明に係る他の静電駆動型ＲＦ ＭＥＭＳリレーの製作工程の他の実施例を順次に示す図。
【図４ｃ】 本発明に係る他の静電駆動型ＲＦ ＭＥＭＳリレーの製作工程の他の実施例を順次に示す図。
【図４ｄ】 本発明に係る他の静電駆動型ＲＦ ＭＥＭＳリレーの製作工程の他の実施例を順次に示す図。
【図４ｅ】 本発明に係る他の静電駆動型ＲＦ ＭＥＭＳリレーの製作工程の他の実施例を順次に示す図。
【図４ｆ】 本発明に係る他の静電駆動型ＲＦ ＭＥＭＳリレーの製作工程の他の実施例を順次に示す図。
【図４ｇ】 本発明に係る他の静電駆動型ＲＦ ＭＥＭＳリレーの製作工程の他の実施例を順次に示す図。
【発明の属する技術分野】
本発明はＭＥＭＳ素子及びその製作方法に係り、さらに詳しくは駆動電極が埋め込み構造を有する静電駆動型ＭＥＭＳ素子及びその製作方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＥＭＳ(Micro electro mechanical system)は機械的、電気的部品を半導体工程を用いて具現する技術である。ＭＥＭＳ技術を用いて製作された素子が機械的な動作を行うためには、ＭＥＭＳ素子は通常基板上で揺動可能に浮き上がる駆動部を有する。
【０００３】
図１はこのようなＭＥＭＳ素子の一例を概略的に示す図である。
ＭＥＭＳ素子は基板１０、基板１０上に固定された固定部３０、及び固定部３０から延びた駆動部４０を有している。固定部３０は通常アンカー(anchor)またはサポートと呼ばれ、駆動部４０を基板１０上に固定させる機能を果たす。
駆動部４０は基板１０上に浮き上がるよう離隔され設けられる。駆動部４０は、図１において点線で示した通り、上下方向で揺動自在に設けられる。駆動部４０の動きは、基板１０上に形成された電極部２０で発生する所定の駆動力により制御される。駆動部４０は必要に応じてビームまたはメンブレインのような形状に製造される。
【０００４】
図２ａないし図２ｅは一般の静電駆動型ＲＦ ＭＥＭＳ素子の製作工程の一例を順次に示す図である。
図２ａに示した通り、静電駆動力を提供するための駆動電極層２２０は、パターニングを介して基板２１０上に形成される。基板２１０上に金属層を形成し、図２ｂに示すようなアンカー部分とＲＦラインに相当する金属層２３０を残すようにパターニングを行う。金属層領域２３０は、基板２１０上に固定される固定部のように作用するアンカー部分とＲＦ信号の入力及び/または出力端として作用するＲＦラインが形成される。金属層領域２３０は表皮深さ(skin depth)効果を考慮して２ないし３μｍの厚膜で形成される。
【０００５】
次いで、図２ｃに図示されているよう、基板２１０上に形成された駆動電極層２２０を取り囲む絶縁膜２４０を形成する。
その後、図２ｄに示した通り、基板２１０上に犠牲層２５０を積層し、所定のパターニングにより基板２１０上に固定されるアンカー部分の犠牲層２５０をエッチングする。パターニングされた犠牲層２５０上には図２ｅに示した通り、ＭＥＭＳ構造物層が形成される。ＭＥＭＳ構造物層は、駆動部２６０と接触部２６１とを含む。
【０００６】
それから、駆動部２６０に所定のエッチングホール(図示せず)を形成し、エッチングホール(図示せず)を介して犠牲層２５０だけを選択的にエッチングするエッチング液(etchant)が供給される。従って、図２eに示した通り、犠牲層２５０が除去され駆動部２６０は基板２１０上に浮き上がるＭＥＭＳ素子が製作される。
【０００７】
以上のように一般の製作工程では、金属層領域２３０と駆動電極層２２０との段差を無視し製作工程が進まれる。
従って、金属層領域２３０と駆動電極層２２０の段差によって図２ｅに示した通り、以降の工程により形成される駆動部２６０には多少屈曲を有する信頼性に劣るＭＥＭＳ素子が製作される。一方、設計上には駆動部２６０に発生する前述したような屈曲は予想されないため、設計上と製作工程上に大きい誤差が発生する。また、このような屈曲はＭＥＭＳ素子の駆動の際に不完全に駆動する問題点を抱えている。
【０００８】
また、図２ｄないし図２ｅに示された製作工程のように、アンカー部分に積層された駆動部２６０と基板２１０の連結部分２６１はアンカー部分及び駆動部２６０のＭＥＭＳ構造物の厚さより相対的に薄くて曲がった形態で形成される。
従って、ＭＥＭＳ素子の一般の特性である駆動部２６０が揺動して動作する点を考慮してみる際、連結部分が薄くて曲がった形態で製作されるという点はＭＥＭＳ素子の堅固性に悪影響を与える恐れもある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前述したような問題点を解決するために案出されたもので、その目的は信頼性が向上され、かつ安定的な駆動性を有するＭＥＭＳ素子及びその製作方法を提供するところにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために本発明は、基板について固定される固定部と、基板上の平面内において前記固定部に併設され連結部により前記固定部と連結されるとともに、前記基板上に浮き上がる駆動部と、該駆動部を所定の駆動力によって駆動させる駆動電極と、駆動力により駆動する前記駆動部と選択的にスイッチングする接触部とを備えたＭＥＭＳ素子の製作方法において、前記基板上に前記駆動電極をパターニングする段階と、前記駆動電極が形成された前記基板上に絶縁層を形成する段階と、前記絶縁層をパターニングして前記固定部と前記接触部とを前記絶縁層内に形成するため前記絶縁層の固定部分と接触部分とをエッチングする段階と、エッチングされた前記固定部分と前記接触部分とを含む前記基板上に金属層を形成する段階と、前記絶縁層が露出されるまで前記金属層を平坦化する段階と、前記基板上に犠牲層を積層する段階と、前記絶縁層が露出された部分と前記固定部分内の前記金属層に開口部と、を形成するために前記犠牲層をパターニングする段階と、前記開口部の一部分を充填するために前記犠牲層上にＭＥＭＳ構造物層を積層し、前記ＭＥＭＳ構造物層が前記開口部内に側壁を形成するとともに、前記固定部と、駆動部と、前記固定部と前記犠牲層上の前記駆動部と連結された前記連結部とを備えるように形成する段階と、前記固定部分内の前記犠牲層が一部分残るよう前記犠牲層の一部分を選択的に取除く段階とを含む。
【００１１】
前記絶縁層を形成する段階において、前記絶縁層は、少なくとも前記駆動電極より厚膜で形成し、前記駆動電極は前記絶縁層について埋め込み構造を有する。
前記開口部を形成する段階において、前記開口部は、前記固定部と前記駆動部とを連結する連結部に対応する部位を除く前記固定部の周囲の全区間に亘って形成される。前記連結部は、前記基板上の平面内における前記固定部と駆動部が併設される方向に直交する方向に対して、前記固定部より狭幅であること特徴とする。
【００１２】
前記犠牲層を選択的に取り除く前、前記ＭＥＭＳ構造物層にエッチングホールを形成する段階と、をさらに含む。前記エッチングホールは、前記ＭＥＭＳ構造物層の前記駆動部内に形成される。
前記絶縁層は、ＴＥＯＳ（TetraEthyl OrthoSilicate）酸化膜であり、前記金属層の材質は、金（gold）であることを特徴とする。
【００１３】
前記平坦化は、ポリシング工程により行われ、前記犠牲層の材質は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、オキシド（Oxide）、またはニッケル（Ｎｉ）のうちいずれの一つであることを特徴とする。
さらに、本発明に係るＭＥＭＳ素子の制作方法は、基板について固定される固定部と、基板上の平面内において前記固定部に併設され連結部により前記固定部と連結されるとともに前記基板上に浮き上がる駆動部と、該駆動部を所定の駆動力により駆動させる駆動電極及び前記駆動部と選択的にスイッチングする接触部を具備したＭＥＭＳ素子の製作方法において、前記基板上に前記駆動電極をパターニングして形成する段階と、前記駆動電極が形成された前記基板上に第１絶縁層を形成する段階と、前記第１絶縁層をパターニングして 前記第１絶縁層内に前記固定部と前記接触部とがそれぞれ形成されるよう前記第１絶縁層の固定部分と接触部分とをエッチングする段階と、エッチングされた前記固定部分と前記接触部分が含まれるよう前記基板上に金属層を形成する段階と、前記駆動電極が露出されるまで前記金属層を平坦化する段階と、前記駆動電極と前記駆動部が電気的に開放されるよう前記駆動電極を覆う第２絶縁膜を形成する段階と、前記基板上に犠牲層を積層する段階と、前記第１絶縁層が露出された部分と前記固定部分内の前記金属層に開口部とを形成するために前記犠牲層をパターニングする段階と、前記開口部の一部分を充填するために前記犠牲層上にＭＥＭＳ構造物層を積層し、前記ＭＥＭＳ構造物層が前記開口部内に側壁を形成するとともに、前記固定部と、駆動部と、前記固定部と前記犠牲層上の前記駆動部と連結された前記連結部とを備えるように形成する段階と、前記固定部分内の前記犠牲層部分を残すために前記犠牲層のその他の部分をエッチングすることによって、前記犠牲層部分を選択的に除去する段階とを含む。
【００１４】
一方、本発明に係るＭＥＭＳ素子は、基板について固定された固定部と、前記基板上の平面内において前記固定部に併設され連結部により該固定部と連結され、前記基板上に浮き上がる駆動部と、該駆動部を駆動させる電極部と、前記駆動部とスイッチングされる接触部と、を含み、前記電極部と前記接触部は前記基板上に平坦に形成される。
【００１５】
前記電極部は、前記電極と、前記駆動部と前記電極とが電気的に開放されるよう前記電極を覆う絶縁層を含み、前記電極は前記絶縁層内に埋め込み構造で形成される。
前記固定部は、一部が前記基板上に設けられたアンカー部分を介して前記基板上に固定され、周囲の少なくとも一部分に側壁を備えるように構成できる。
【００１６】
前記側壁は、前記固定部と前記駆動部とを連結する連結部に対応する部位を除いた固定部周囲の全区間に亘って形成される。前記連結部は、前記基板上の平面内における前記固定部と駆動部が併設される方向に直交する方向に対して、前記固定部より狭幅である。前記側壁、前記固定部及び前記駆動部は、一体に形成され、前記側壁は、前記基板と接触される。
【００１７】
従って、平坦化工程によりＲＦラインと駆動電極との段差を除去することにより、以降の工程である駆動電極の静電力により駆動される駆動部を形成するＭＥＭＳ構造物層の変形を防ぐことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき本発明をさらに詳しく説明する。
下記の実施例のＭＥＭＳ素子は静電駆動型ＲＦ ＭＥＭＳリレーを例として説明する。
図３ａないし図３ｆは本発明に係る静電駆動型ＭＥＭＳリレーの一実施例に対する製作工程を順次に示す図である。
【００１９】
まず、図３ａに示した通り、基板３１０上に静電駆動のために駆動電極層３２０をパターニングして形成する。図３ｂに示した通り、駆動電極層３２０が形成された基板３１０上に絶縁層で平坦化モールド３３０を形成する。絶縁層は一般にＴＥＯＳ(Tetra-Ethyl-Ortho-Silicate)酸化膜が使われる。
その後、絶縁層平坦化モールド３３０をパターニングしてＭＥＭＳリレーのアンカー部分ＡとＲＦ信号の入力及び/または出力端子である接触部分Ａ’（図において符号を省略しているが、エッチングによりグルーブ状になった部分のうち右側の部分をＡ’とする）をエッチングする。すなわち、平坦化モールドで形成された絶縁層３３０は駆動電極層３２０の絶縁膜になる。絶縁膜３３０は駆動電極層３２０と後述する駆動部が電気的に短絡されることを防ぐために形成される。
【００２０】
次いで、図３ｃに示した通り、金属層３４０をアンカー部分Ａと接触部分Ａ'がエッチングされた基板上に所定の厚さで積層する。例えば、金属層３４０は伝導性に優れた金属材質である金(Au)などが使用されている。
その後、基板上にて形成された金属層３４０を所定の厚さになるよう平坦化する。平坦化の工程は、ポリシング(polishing)によりなされる。
【００２１】
この場合、ポリシングにより平坦化工程が進まれる場合、金属層３４０の下に形成された絶縁層３３０が露出される時点をモニタリングして平坦化工程を進めるか否かを決定する。すなわち、図３ｄに示した通り、絶縁層３３０が露出されるまでポリシングを進む。
平坦化工程の後、ＲＦラインである金属層３４０の厚さは表皮深さ(skin depth)効果を考慮して２ないし３μｍの厚膜で形成されるべきなので、このためには絶縁層平坦化モールド３３０の厚さは少なくとも２ないし３μｍの厚膜で形成すべきである。
【００２２】
従って、アンカー部分ＡとＲＦライン部分Ａ'に、前記形成された絶縁層モールドの厚さに対応する厚さの金属層３４０が形成され、駆動電極層３２０と絶縁層３３０が形成された電極部とＲＦラインの厚さが段差なしで平坦に形成される。
よって、静電駆動型ＭＥＭＳリレーの駆動電極３２０は絶縁層３３０に埋め込み(embeded)構造で形成される。
【００２３】
次いで、図３ｅに示した通り、犠牲層３５０を平坦化された基板３１０上に積層し、所定のパターニングによりアンカー部分Ａの一部である縁部Ｂにのみグルーブ状の空間が形成されるよう犠牲層をエッチングする。犠牲層３５０はアルミニウム(Al)、銅(Cu)、オキシド(Oxide)、またはニッケル(Ni)などのような材質で製造できる。
【００２４】
パターニングされた犠牲層３５０上には図３ｆに示した通り、ＭＥＭＳ構造物層３６０を積層させる。ＭＥＭＳ構造物層３６０は金(Au)のような材質の金属層を蒸着させて形成する。従って、アンカー部分の縁部Ｂに形成されたグルーブ状の空間内にＭＥＭＳ構造物層３６０が積層され、犠牲層３５０が形成された基板３１０上にもＭＥＭＳ構造物層３６０が積層される。
【００２５】
それから、駆動電極３２０により駆動される駆動部３６０が形成されるＭＥＭＳ構造物層に所定のエッチングホール(図示せず)を形成して、エッチングホール(図示せず)を介して犠牲層３５０だけ選択的にエッチングできるエッチング液を供給する。従って、犠牲層３５０が除去され図３ｆに示したように駆動部３６０が基板３１０上に浮き上がったＭＥＭＳリレーが製作される。
【００２６】
この際、アンカー部分の縁部Ｂに形成されたＭＥＭＳ構造物層３６０によりアンカー部分と駆動部の連結部分に側壁Ｃが形成されることにより、図３ｆに示したように、連結部分と隣接した犠牲層３５０はエッチング液により除去されず残される。
前述した図３ｅ及び図３ｆに示された工程の詳細な説明は本発明の出願人と同一な出願人が既出願した日本国特願２００２-３５７６７４号（発明の名称：詰まった犠牲層支持台を有するＭＥＭＳ構造物及びその製作方法）に詳しく記載されている。
【００２７】
以上のように、接触部であるＲＦライン３４０と、電極部である絶縁層３３０に埋め込み構造で形成された駆動電極３２０間の段差を平坦化工程を通じて除去することにより、信頼性が向上され、かつ安定化した駆動性を有するＭＥＭＳリレーを製作することができる。
また、従来に比べて駆動電極層３２０に絶縁膜３３０を形成する工程が省かれるので製作工程が簡単化される。
【００２８】
一方、アンカー部Ａと駆動部３６０の連結部分に形成された側壁Ｃによりアンカー部分の犠牲層を残すことによりさらに堅固なＭＥＭＳ素子を製作することができる。
図４ａないし図４ｇは本発明に係る静電駆動型ＭＥＭＳリレーの他の実施例で、基板４１０上に形成され駆動電極層４２０の厚さをＲＦラインである金属層４４０の厚さと段差なしで形成して平坦化工程を進む製作工程を順次に示す図である。
【００２９】
まず、図４ａに示した通り、基板４１０上に静電駆動のためにパターニングされ形成される駆動電極層４２０を所定の厚さで形成し、図４ｂに示した通り、絶縁層４３０を駆動電極層４２０が形成された基板４１０上に積層する。その後、ＭＥＭＳリレーのアンカー部分ＡとＲＦラインである接触部の領域をパターニングしてエッチングする。
【００３０】
次いで、図４ｃに示した通り、金属層４４０をアンカー部分と接触部の領域がエッチングされた基板４１０上に所定の厚さで積層する。
金属層４４０が所定の厚さで積層された基板をポリシングにより平坦化工程を行う。図４ｄに示した通り、駆動電極層４２０が露出されるまでポリシングを進む。また、ＲＦラインである金属層４４０の厚さは、表皮深さ効果を考慮して２ないし３μｍの厚膜で形成されるようポリシングする。
【００３１】
次いで、図４ｅに示した通り、駆動電極層４２０を取り囲む絶縁膜４５０を形成する。従って、接触部である金属層４４０と、駆動電極層４２０が従来に比べて平坦化して形成される。
次いで、図４ｆ及び図４ｇの製作工程は、前述した一実施例の図３ｅ及び図３ｆの製作工程と同じなので、その説明は省略する。
【００３２】
以上のように、ＲＦライン４４０と駆動電極４２０との段差を除去することにより、以降の工程で製作されるＭＥＭＳ構造物層４７０である駆動部の変形を防ぐことができ、さらに堅固なＭＥＭＳ素子を製作することができる。
従って、信頼性が向上され、かつ安定した駆動性を有するＭＥＭＳリレーが製作される。
【００３３】
【発明の効果】
以上述べた通り、本発明によれば平坦化工程によりＲＦラインと駆動電極との段差を除去することにより、以降の工程である駆動電極の静電力により駆動する駆動部を形成するＭＥＭＳ構造物層の変形を防ぐことができる。
また、アンカー部分と駆動部の連結部分に形成された側壁によりアンカー部分の犠牲層を残すことにより一層堅固なＭＥＭＳ素子を製作することができる。
【００３４】
以上では本発明の望ましい実施例について示しかつ説明したが、本発明は前述した特定の実施例に限らず、請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱せず当該発明の属する技術分野において通常の知識を持つ者ならば誰でも多様な変形実施が可能なことは勿論、そのような変更は請求の範囲の記載の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 一般のＭＥＭＳ素子の概略的側断面図。
【図２ａ】 一般の静電駆動型ＭＥＭＳ素子の製作工程を順次に示す図。
【図２ｂ】 一般の静電駆動型ＭＥＭＳ素子の製作工程を順次に示す図。
【図２ｃ】 一般の静電駆動型ＭＥＭＳ素子の製作工程を順次に示す図。
【図２ｄ】 一般の静電駆動型ＭＥＭＳ素子の製作工程を順次に示す図。
【図２ｅ】 一般の静電駆動型ＭＥＭＳ素子の製作工程を順次に示す図。
【図３ａ】 本発明に係る静電駆動型ＲＦ ＭＥＭＳリレーの製作工程の一実施例を順次に示す図。
【図３ｂ】 本発明に係る静電駆動型ＲＦ ＭＥＭＳリレーの製作工程の一実施例を順次に示す図。
【図３ｃ】 本発明に係る静電駆動型ＲＦ ＭＥＭＳリレーの製作工程の一実施例を順次に示す図。
【図３ｄ】 本発明に係る静電駆動型ＲＦ ＭＥＭＳリレーの製作工程の一実施例を順次に示す図。
【図３ｅ】 本発明に係る静電駆動型ＲＦ ＭＥＭＳリレーの製作工程の一実施例を順次に示す図。
【図３ｆ】 本発明に係る静電駆動型ＲＦ ＭＥＭＳリレーの製作工程の一実施例を順次に示す図。
【図４ａ】 本発明に係る他の静電駆動型ＲＦ ＭＥＭＳリレーの製作工程の他の実施例を順次に示す図。
【図４ｂ】 本発明に係る他の静電駆動型ＲＦ ＭＥＭＳリレーの製作工程の他の実施例を順次に示す図。
【図４ｃ】 本発明に係る他の静電駆動型ＲＦ ＭＥＭＳリレーの製作工程の他の実施例を順次に示す図。
【図４ｄ】 本発明に係る他の静電駆動型ＲＦ ＭＥＭＳリレーの製作工程の他の実施例を順次に示す図。
【図４ｅ】 本発明に係る他の静電駆動型ＲＦ ＭＥＭＳリレーの製作工程の他の実施例を順次に示す図。
【図４ｆ】 本発明に係る他の静電駆動型ＲＦ ＭＥＭＳリレーの製作工程の他の実施例を順次に示す図。
【図４ｇ】 本発明に係る他の静電駆動型ＲＦ ＭＥＭＳリレーの製作工程の他の実施例を順次に示す図。
Claims (22)
- 基板について固定される固定部と、連結部により前記固定部と連結されるとともに前記基板上に浮き上がるように前記基板上の平面内において前記固定部に併設される駆動部と、該駆動部を所定の駆動力によって駆動させる駆動電極及び駆動力により駆動する前記駆動部と選択的にスイッチングする接触部を備えたＭＥＭＳ素子の製作方法において、
前記基板上に前記駆動電極をパターニングする段階と、
前記駆動電極が形成された前記基板上に絶縁層を形成する段階と、
前記絶縁層をパターニングして前記固定部と前記接触部とを前記絶縁層内に形成するため前記絶縁層の固定部分と接触部分とをエッチングする段階と、
エッチングされた前記固定部分と前記接触部分とを含む前記基板上に金属層を形成する段階と、
前記絶縁層が露出されるまで前記金属層を平坦化する段階と、
前記基板上に犠牲層を積層する段階と、
前記絶縁層が露出された部分と前記固定部分内の金属層に開口部を形成するよう前記犠牲層をパターニングする段階と、
前記開口部の一部分を充填するために前記犠牲層上にＭＥＭＳ構造物層を積層し、前記ＭＥＭＳ構造物層が前記開口部内に側壁を形成するとともに、前記固定部と、駆動部と、前記固定部と前記犠牲層上の前記駆動部と連結された前記連結部とを備えるように形成する段階と、
前記固定部分内の前記犠牲層が一部分残るよう、前記犠牲層の一部分を選択的に取除く段階と、
を含むことを特徴とするＭＥＭＳ素子の製作方法。 - 前記絶縁層を形成する段階において、
前記絶縁層は、少なくとも前記駆動電極より厚膜で形成し、
前記駆動電極は、前記絶縁層について埋め込み構造を有することを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ素子の製作方法。 - 前記開口部を形成する段階において、前記開口部は、前記固定部の周囲のうち前記固定部と前記駆動部とを連結する連結部に対応する部位を除く部分に形成されることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ素子の製作方法。
- 前記犠牲層を選択的に取り除く前、
前記ＭＥＭＳ構造物層内にエッチングホールを形成する段階と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ素子の製作方法。 - 前記エッチングホールは、前記ＭＥＭＳ構造物層の前記駆動部内に形成されることを特徴とする請求項４に記載のＭＥＭＳ素子の製作方法。
- 前記絶縁層は、ＴＥＯＳ（TetraEthyl OrthoSilicate）酸化膜であることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ素子の製作方法。
- 前記金属層の材質は、金（gold）であることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ素子の製作方法。
- 前記平坦化は、ポリシング工程により行われることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ素子の製作方法。
- 前記犠牲層の材質は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、オキシド（Oxide）、またはニッケル（Ｎｉ）のうちいずれの一つであることを 特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ素子の製作方法。
- 基板について固定される固定部と、連結部により前記固定部と連結されるとともに前記基板上に浮き上がるように前記基板上の平面内において前記固定部に併設される駆動部と、該駆動部を所定の駆動力により駆動させる駆動電極及び前記駆動部と選択的にスイッチングする接触部を具備したＭＥＭＳ素子の製作方法において、
前記基板上に前記駆動電極をパターニングして形成する段階と、
前記駆動電極が形成された前記基板上に第１絶縁層を形成する段階と、
前記第１絶縁層をパターニングして 前記第１絶縁層内に前記固定部と前記接触部とがそれぞれ形成されるよう前記第１絶縁層の固定部分と接触部分とをエッチングする段階と、
エッチングされた前記固定部分と前記接触部分が含まれるよう前記基板上に金属層を形成する段階と、
前記駆動電極が露出されるまで前記金属層を平坦化する段階と、
前記駆動電極と前記駆動部が電気的に開放されるよう前記駆動電極を覆う第２絶縁膜を形成する段階と、
前記基板上に犠牲層を積層する段階と、
前記第１絶縁層が露出された部分と前記固定部分内の前記金属層に開口部とを形成するために前記犠牲層をパターニングする段階と、
前記開口部の一部分を充填するために前記犠牲層上にＭＥＭＳ構造物層を積層し、前記ＭＥＭＳ構造物層が前記開口部内に側壁を形成するとともに、前記固定部と、駆動部と、前記固定部と前記犠牲層上の前記駆動部と連結された前記連結部とを備えるように形成する段階と、
前記固定部分内の前記犠牲層部分を残すために前記犠牲層のその他の部分をエッチングすることによって、前記犠牲層部分を選択的に除去する段階と、
を含むことを特徴とするＭＥＭＳ素子の製作方法。 - 前記開口部を形成する段階において、
前記開口部は、前記固定部の周囲のうち前記固定部と前記駆動部とを連結する連結部に対応する部位を除く部分に形成されることを特徴とする請求項１０に記載のＭＥＭＳ素子の製作方法。 - 前記犠牲層を選択的に取除く前、
前記ＭＥＭＳ構造物層にエッチングホールを形成する段階と、をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載のＭＥＭＳ素子の製作方法。 - 前記エッチングホールは、前記ＭＥＭＳ構造物層の前記駆動部内に形成されることを特徴とする請求項１２に記載のＭＥＭＳ素子の製作方法。
- 前記絶縁層は、ＴＥＯＳ（TetraEthyl OrthoSilicate）酸化膜であることを特徴とする請求項１０に記載のＭＥＭＳ素子の製作方法。
- 前記金属層の材質は、金（gold）であることを特徴とする請求項１０に記載のＭＥＭＳ素子の製作方法。
- 前記平坦化は、ポリシング工程により行われることを特徴とする請求項１０に記載のＭＥＭＳ素子の製作方法。
- 前記犠牲層の材質は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、オキシド（Oxide）、またはニッケル（Ｎｉ）のうちいずれの一つであることを 特徴とする請求項１０に記載のＭＥＭＳ素子の製作方法。
- 基板について固定された固定部と、
連結部により前記固定部と連結されるとともに前記基板上に浮き上がるように前記基板上の平面内において前記固定部に併設される駆動部と、
該駆動部を所定の駆動力により駆動させる電極部と、
前記駆動部と選択的にスイッチングする接触部と、
を含み、前記固定部および接触部に位置する金属層と電極部とが形成された基板上に犠牲層を形成し、前記固定部に位置する金属層上に開口部を形成するように犠牲層をパターニングし、前記開口部の一部分を充填するために前記犠牲層上に MEMS 構造物層を積層して、前記 MEMS 構造物層が前記開口部内に側壁を形成するとともに、前記固定部と、駆動部と、固定部と犠牲層上の駆動部と連結された連結部とを備えるように形成し、犠牲層を取り除く際に固定部の下に位置する犠牲層が一部残留して固定部が犠牲層を介して基板上に固定され、前記電極部と前記接触部は前記基板上に平坦に形成されることを特徴とするＭＥＭＳ素子。 - 前記電極部は、
前記電極と、前記駆動部と前記電極が電気的に開放されるよう前記電極を覆う絶縁層とを含み、
前記電極は前記絶縁層内に埋め込み構造で形成されることを特徴とする請求項１８に記載のＭＥＭＳ素子。 - 前記側壁は、前記固定部の周囲のうち前記固定部と前記駆動部とを連結する連結部に対応する部位を除く部分に形成されることを特徴とする請求項１８に記載のＭＥＭＳ素子。
- 前記側壁、前記固定部及び前記駆動部は一体に形成されることを特徴とする請求項１８に記載のＭＥＭＳ素子。
- 前記側壁は、前記基板と接触することを特徴とする請求項２１に記載のＭＥＭＳ素子。
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