JP5127181B2

JP5127181B2 - 微小電気機械式装置の作製方法

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Publication number: JP5127181B2
Application number: JP2006215373A
Authority: JP
Inventors: 小波泉; 真弓山口; 文則立石
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2005-08-10
Filing date: 2006-08-08
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2026-08-08
Also published as: JP2007069341A

Description

本発明は、絶縁基板上に形成された微小電気機械式装置の作製方法に関する。

近年、ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ）と呼ばれる微小機械システムの研究が盛んに進められている。ＭＥＭＳは、微小電気機械システムの略称であり、単にマイクロマシンと呼ばれることもある。マイクロマシンとは、一般的には、半導体微細加工技術を用いて「立体構造を有し可動する微小構造体」および「半導体素子を有する電子回路」を集積化した微細デバイスを指す。上記微小構造体は半導体素子と異なり、構造が立体的で可動部を有する。

このようなマイクロマシンの一つにカンチレバーがある。カンチレバーは、エアギャップ型圧電薄膜共振素子として利用される（特許文献１参照）。

特許文献１には、カンチレバー型ＦＢＲＡ（ＦｉｌｍＢｕｌｋＡｃｏｕｓｔｉｃＲｅｓｏｎａｔｏｒ）をより単純化した工程を用いて製造する方法を提供するため、犠牲層をエッチングしてエアギャップを形成し、下部電極は、支持部と犠牲層に当接する突出部によって構成され、支持部と突出部はカンチレバー状に連結されることが記載されている。

また表示部を有する半導体装置において、回折格子パターン或いは半透膜からなる光強度低減機能を有する補助パターンを設置したフォトマスク或いはレチクルをゲート電極形成用フォトリソグラフィー工程に適用することが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特許文献２によると、回折格子パターン或いは半透膜から成る光強度低減機能を有する補助パターンを用いて、回路毎にＬＤＤ（ＬｉｇｈｔｌｙＤｏｐｅｄＤｒａｉｎ）構造、ＧＯＬＤ（Ｇａｔｅ−ｄｒａｉｎＯｖｅｒｌａｐｐｅｄＬＤＤ）構造、及びシングルドレイン構造のトランジスタを簡単に形成することができると記載されている。
特開２００４−３２８７４５号公報特開２００２−１５１５２３号公報

従来のカンチレバーの作製方法では、その作製方法が複雑であり、工程数が増えてしまっていた。それは、カンチレバーが凹凸部を有する立体構造といった独特の形状を作製する工程が煩雑であることに一因がある。

特許文献１に記載の方法では、カンチレバー形状の構造層における錘となる領域には上部電極が形成されており、独特の立体形状は異なる材料を積層している。また特許文献１はシリコンウェハを用いてカンチレバーを作製する工程のみ記載されている。シリコンウェハは高価なものであり、その形状は円形状であるため複数の素子を形成する場合、取り数に制約が生じ低コスト化に限界がある。

そこで本発明は、上記文献とは異なる方法により、絶縁表面上に形成されるカンチレバー型を代表とする立体構造を簡便に形成する方法、及び当該方法により作製された微小電気機械式装置を提供することを課題とする。

上記課題を鑑み本発明は、カンチレバーを代表とする立体構造を膜厚の異なるマスクを用いて形成することを特徴とする。

以下に本発明の具体的な構成を示す。

本発明の一形態は、犠牲層を形成し、犠牲層上に第１の層を形成し、第１の層上に第１の膜厚及び第２の膜厚を有するマスクを形成し、マスクを用いて、第１の層をエッチングして構造層を形成し、犠牲層を除去することを特徴とする微小電気機械式装置の作製方法である。

本発明の別形態は、犠牲層を形成し、犠牲層上に第１の層を形成し、第１の層上に第１の膜厚及び第２の膜厚を有するマスクを形成し、マスクを用いて、第１の層をエッチングし構造層を形成し、犠牲層を除去する方法であって、構造層は、第２の膜厚のマスク下に設けられていた部分の厚みが、第１の膜厚のマスク下に設けられていた部分の厚みより薄いことを特徴とする微小電気機械式装置の作製方法である。

本発明の別形態は、犠牲層を形成し、犠牲層上に第１の層を形成し、第１の層上に第１の膜厚及び第２の膜厚を有するマスクを形成し、マスクを用いて、第１の層をエッチングし、構造層を形成し、犠牲層を除去する方法であって、構造層は、第２の膜厚のマスク下に設けられていた部分の厚みが、第１の膜厚のマスク下に設けられていた部分の厚みより薄くなることにより、立体構造を形成し、立体構造では第１の膜厚のマスク下に設けられた部分を錘とすることを特徴とする微小電気機械式装置の作製方法である。

本発明の別形態は、犠牲層を形成し、犠牲層上に非晶質シリコン層を形成し、金属を用いた結晶化により、非晶質シリコン層を多結晶シリコン層とし、多結晶シリコン層上に第１の膜厚及び第２の膜厚を有するマスクを形成し、マスクを用いて、多結晶シリコン層をエッチングして構造層を形成し、犠牲層を除去することを特徴とする微小電気機械式装置の作製方法である。

本発明の別形態は、犠牲層を形成し、犠牲層上に非晶質シリコン層を形成し、金属を用いた結晶化により、非晶質シリコン層を多結晶シリコン層とし、多結晶シリコン層上に第１の膜厚及び第２の膜厚を有するマスクを形成し、マスクを用いて、多結晶シリコン層をエッチングし、構造層を形成し、犠牲層を除去する方法であって、構造層は、第２の膜厚のマスク下に設けられていた部分の厚みが、第１の膜厚のマスク下に設けられていた部分の厚みより薄いことを特徴とする微小電気機械式装置の作製方法である。

本発明の別形態は、犠牲層を形成し、犠牲層上に非晶質シリコン層を形成し、金属を用いた結晶化により、非晶質シリコン層を多結晶シリコン層とし、多結晶シリコン層上に第１の膜厚及び第２の膜厚を有するマスクを形成し、マスクを用いて、多結晶シリコン層をエッチングし、構造層を形成し、犠牲層を除去する方法であって、構造層は、第２の膜厚のマスク下に設けられていた部分の厚みが、第１の膜厚のマスク下に設けられていた部分の厚みより薄くなることにより、立体構造を形成し、立体構造では、第１の膜厚のマスク下に設けられた部分を錘とすることを特徴とする微小電気機械式装置の作製方法である。

本発明において、犠牲層に非晶質シリコン層を用いることができる。

本発明の別形態は、絶縁基板上の第１の領域に半導体素子となる半導体層と、第２の領域に犠牲層とを形成し、半導体層及び犠牲層上に導電層を形成し、導電層上に第１の膜厚及び第２の膜厚を有する第１のマスク及び第２のマスクを形成し、第１のマスク及び第２のマスクを用いて、導電層をエッチングし、犠牲層を除去する方法であって、第２の膜厚の第１のマスク下に設けられていた導電層は、第１の膜厚の第１のマスク下に設けられていた導電層の厚みより薄く、第２の膜厚の第２のマスク下に設けられていた導電層は、第１の膜厚の第２のマスク下に設けられていた導電層の厚みより薄いことを特徴とする微小電気機械式装置の作製方法である。

本発明の別形態は、絶縁基板上の第１の領域に半導体素子となる半導体層と、第２の領域に犠牲層とを形成し、半導体層及び犠牲層上に導電層を形成し、導電層上にマスク材料を塗布し、マスク材料から第１の膜厚及び第２の膜厚を有する第１のマスク及び第２のマスクを形成し、第１のマスク及び第２のマスクを用いて、導電層をエッチングし、犠牲層を除去する方法であって、第２の膜厚の第１のマスク下に設けられていた導電層は、第１の膜厚の第１のマスク下に設けられていた導電層の厚みより薄く、第２の膜厚の第２のマスク下に設けられていた導電層は、第１の膜厚の第２のマスク下に設けられていた導電層の厚みより薄いことを特徴とする微小電気機械式装置の作製方法である。

本発明の別形態は、絶縁基板上の第１の領域に半導体素子となる半導体層と、第２の領域に犠牲層とを形成し、半導体層及び犠牲層上に導電層を形成し、導電層上に第１の膜厚及び第２の膜厚を有する第１のマスク及び第２のマスクを形成し、第１のマスク及び第２のマスクを用いて、導電層をエッチングして、犠牲層を除去する方法であって、第２の膜厚の第１のマスク下に設けられていた導電層は、第１の膜厚の第１のマスク下に設けられていた導電層の厚みより薄く、第２の膜厚の第２のマスク下に設けられていた導電層は、第１の膜厚の第２のマスク下に設けられていた導電層の厚みより薄くなることにより、立体構造を形成し、立体構造では、第１の膜厚のマスク下に設けられた部分を錘とすることを特徴とする微小電気機械式装置の作製方法である。

本発明の別形態は、絶縁基板上の第１の領域に半導体素子となる半導体層と、第２の領域に犠牲層とを形成し、半導体層及び犠牲層上に導電層を形成し、導電層上に第１の膜厚及び第２の膜厚を有する第１のマスク及び第２のマスクを形成し、第１のマスク及び第２のマスクを用いて、導電層をエッチングして、第１の領域には半導体素子のゲート電極を形成し、且つ第２の領域には構造層を形成し、ゲート電極を用いて半導体層に不純物領域を形成し、不純物領域及び、構造層に接続される配線を形成し、犠牲層を除去する方法であって、第２の膜厚の第１のマスク下に設けられていた導電層は、第１の膜厚の第１のマスク下に設けられていた導電層の厚みより薄く、第２の膜厚の第２のマスク下に設けられていた導電層は、第１の膜厚の第２のマスク下に設けられていた導電層の厚みより薄いことを特徴とする微小電気機械式装置の作製方法である。

本発明において、第２の膜厚のマスクの厚みは、第１の膜厚のマスクの厚みより薄いことを特徴とする。

本発明において、マスクの第２の膜厚は、回折格子パターン或いは半透膜からなる光強度低減機能を有する補助パターンを有するフォトマスク又はレチクルを用いて作製される。

本発明において、マスクの第１の膜厚は、膜厚を意図的に異ならせていないマスクパターンを有するフォトマスク又はレチクルを用いて作製され、マスクの第２の膜厚は、フォトマスクまたはレチクルで膜厚を意図的に異ならせたマスクパターンを有するフォトマスク又はレチクルを用いて作製される。

さらに本発明は、上記により作製された微小電気機械式装置である。

本発明は、シリコン層を代表とする薄膜に対し異なる膜厚を有するマスクを適用して、絶縁基板上に微小構造体を作製することができる。その結果、立体構造を有する微小構造体を簡便に作製することができる。

本発明の微小構造体は、絶縁基板上に、該微小構造体を制御する半導体素子と一体形成することができる。その結果、微小構造体と半導体素子との接続不良を低減でき、量産性を高めることができる。

本発明の微小構造体はスイッチに適用でき、このようなスイッチはシリコンウェハからなるスイッチと比較して、薄型化でき、安価に作製することができる。

以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（実施の形態１）
本実施の形態では、異なる膜厚を有するマスクを用いて形成される微小構造体の作製方法について説明する。本実施の形態において、フォトリソグラフィー法には、回折格子パターン或いは半透膜からなる光強度低減機能を有する補助パターンを設置したフォトマスクまたはレチクルを用い、マスクを加工する。

図１（Ａ）に示すように絶縁表面を有する基板（絶縁基板と記す）１００を用意する。なお図１（Ｂ）には、Ａ−Ｂにおける断面図を示す。

絶縁基板１００には、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板等を適用することができる。例えば、プラスチック基板に微小構造体を形成することにより、柔軟性が高く、薄型な微小構造体を有する装置を形成することができる。またガラス基板を研磨等により薄くすることによって、薄型な装置を形成することもできる。さらに本発明の微小構造体は、金属等の導電性基板や、シリコン等の半導体性基板上に絶縁性を有する層を形成した基板に形成することも可能である。

絶縁基板１００上に犠牲層１０１を形成する。なお犠牲層とは、後の工程で選択的に除去される層を指す。そのため、犠牲層は除去されればよく、導電層であっても、絶縁層であってもよい。このような犠牲層を除去することによって空間が生じる。すなわち、所定の形状の構造物を空間に形成することができる。犠牲層１０１は、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）等の金属を有する材料により形成することができ、シリコンを有する半導体層（シリコン層とも記す）、シリコンの酸化物（シリコン酸化物）、又はシリコンの窒化物（シリコン窒化物）を有する材料によっても形成することができる。また犠牲層１０１は、上記の金属と、シリコンとの化合物である金属化合物を用いて形成してもよい。さらに犠牲層１０１は、単層構造であっても、積層構造であってもよい。積層構造の場合、上記材料から選ばれた材料を積層すればよい。

犠牲層１０１は、スパッタリング法やＣＶＤ法等を用いて形成することができる。そして、犠牲層１０１の加工には、フォトリソグラフィー法を用いてレジストマスクを形成し、ドライエッチング法により行うことができる。またインクジェット法を代表とする液滴吐出法により形成することもできる。液滴吐手法を用いる場合、上記した金属が混在された溶媒を滴下することで犠牲層１０１を選択的に形成することができる。そのため、犠牲層１０１のフォトリソグラフィー工程やパターニング工程を不要とすることができる。その結果、レジスト材料の無駄や工程時間を省くことができる。

犠牲層１０１はその膜厚が薄すぎれば、エッチング剤が拡散せず、犠牲層１０１がエッチングされない、またはエッチング後に構造層が座屈（微小構造体が下面に付着する）するといった現象が生じる。一方、犠牲層を除去すると生じる空間を介して微小構造体を静電駆動させる場合、犠牲層１０１が厚すぎると、空間の距離が大きくなり、微小構造体を駆動しにくくなる。従って、微小構造体を静電駆動によるスイッチング素子として用いる場合、犠牲層１０１の膜厚は、０．５μｍから４μｍが好ましい。勿論、犠牲層１０１の材料を考慮する必要がある。犠牲層１０１の膜厚は、空間の高さとなりえる。

本実施の形態では、犠牲層１０１にシリコン層を用い、ＣＶＤ法により形成する。その後、フォトリソグラフィー法を用いてマスクを形成し、当該マスクを用いて犠牲層１０１をエッチングする。本実施の形態では、矩形状に犠牲層１０１をエッチングする。

次に、図２（Ａ）に示すように犠牲層１０１上に構造層１０２をスパッタリング法、ＣＶＤ法等を用いて形成する。構造層１０２は、シリコン層から形成することができる。シリコン層の材料には、シリコン、ゲルマニウムを０．０１〜４．５ａｔｏｍｉｃ％程度に有するシリコンゲルマニウムがある。シリコン層は、非晶質状態又は結晶状態のものを用いることができる。また構造層１０２はシリコン酸化物、又はシリコン窒化物を用いて形成することもでき、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）等の金属材料を用いることができる。また構造層１０２は、上記の金属と、シリコンとの化合物である金属化合物を用いて形成してもよい。さらに構造層１０２は、単層構造であっても、積層構造であってもよい。積層構造の場合、上記材料から選ばれた各材料を積層すればよい。

シリコン層から形成された構造層１０２に導電性が必要な場合は、燐や砒素、硼素等の不純物元素を添加することも可能である。このような不純物元素を添加して、不純物領域を形成してもよい。不純物領域は、フォトリソグラフィー法によりレジストマスクを形成し、選択的に不純物元素を添加して形成することができる。不純物元素を添加する方法は、イオンドープ法またはイオン注入法で行うことができる。このような導電性を有する微小構造体は、静電力（静電引力とも記す）で制御すると好ましく、カンチレバー型のスイッチに適する。勿論、微小構造体を電磁力により制御してもよい。

不純物領域を形成した後、不純物元素を活性化するために加熱処理を行ってもよい。

なお犠牲層１０１と構造層１０２とは、上記した材料に限定されるものではなく、犠牲層１０１を選択的に除去することができる材料の組み合わせであればよい。そのため、同一材料であっても、結晶状態等によって、特定のエッチング剤に選択的に除去される材料と、除去されない材料との組み合わせであってもよい。

このように構造層をシリコン層等からなる薄膜によって形成することにより、ウエハを用いて形成する場合と比較して、非常に薄く形成することができる。またこのような構造層は、絶縁基板上に形成することができるため、生産コストを削減することができる。

次に、図２（Ａ）に示すように、構造層１０２上にマスク１０３を形成する。なお図２（Ｂ）には、Ａ−Ｂにおける断面図を示す。

マスク１０３は、感光剤を含む市販のレジスト材料を用いてもよく、ポジ型レジスト又はネガ型レジストを用いることができる。代表的なポジ型レジストは、ノボラック樹脂と感光剤であるナフトキノンジアジド化合物であり、代表的なネガ型レジストであるベース樹脂、ジフェニルシランジオール及び酸発生剤等がある。その他、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂等の樹脂材料を用いることができる。またマスク１０３は、ベンゾシクロブテン、パリレン、フッ化アリーレンエーテル、透過性を有するポリイミド等の有機材料、シロキサン系ポリマー等の重合によってできた化合物材料、水溶性ホモポリマーと水溶性共重合体を含む組成物材料等を用いて液滴吐出法で形成することもできる。

そして、マスク１０３を露光、現像し、所定の形状となるように加工する。本実施の形態では、マスク１０３を犠牲層１０１の大部分を覆うような形状とする。さらに図２（Ｂ）に示すように、マスク１０３の膜厚が異なっており、本実施の形態では第１の膜厚（ｄ１）と、第２の膜厚（ｄ２）とを有し、第２の膜厚は第１の膜厚より薄くなっている（ｄ２＜ｄ１）。

マスク１０３を形成するために、回折格子パターン或いは半透膜からなる光強度低減機能を有する補助パターンを設置した露光用マスクを用いる。露光用マスクとして、フォトマスク又はレチクルが挙げられる。このような露光用マスクについて図６から図８を用いて説明する。なお図６から図８において、第１の膜厚（ｄ１）領域のマスクを形成するための遮光部の幅をｔ１、ｔ３とし、第２の膜厚（ｄ２）領域のマスクを形成するための補助パターンが設けられた部分の幅をｔ２と示す。

図６（Ａ）に、露光装置の解像限界以下のライン及びスペースを有するスリット部を有する回折格子パターン部４０３、遮光部４０２、透光部４０４を備えた露光用マスク４０１の上面図の一部を示す。回折格子パターン部４０３とは、スリット、ドット等のパターンが少なくとも１つ以上配置されたパターンである。スリット、ドット等のパターンを複数配置する場合は、周期的に配置されていてもよいし、非周期的に配置されてもよい。解像度限界以下の微細パターンを用いることによって、実質的な露光量を変調することが可能であり、露光されるマスクの膜厚を調節することが可能である。

回折格子パターン部４０３のスリットの方向は、遮光部４０２の長軸方向と平行でも、図７に示すように遮光部４０２の長軸方向と垂直でも構わない。なお、このフォトリソグラフィー工程で使用されるマスクとしてレジストを適用する場合、ネガ型レジストが適用困難である為、ポジ型レジストを前提にしている。

露光用マスク４０１に光を照射した場合、遮光部４０２の光強度はゼロであり、透光部４０４の光強度は１００％となる。一方、露光装置の解像限界以下のラインおよびスペースからなる回折格子パターン部４０３の光強度は、１０〜７０％の範囲で調整可能となる。このような光強度の例を図６（Ｂ）の光強度分布４０９に示す。回折格子パターン部４０３の光強度の調整は、スリットのピッチ及びスリット幅の調整により実現している。

また、補助パターンの具体例として、図８（Ａ）に、露光の光強度を低減する機能を有する半透膜からなる半透部４０７を備え、図６、図７と同様に遮光部４０２、透光部４０４を有する露光用マスク４１５の上面図の一部を示す。半透膜としては、ＭｏＳｉＮ、ＭｏＳｉ、ＭｏＳｉＯ、ＭｏＳｉＯＮ、ＣｒＳｉなどのシリサイドを用いることができる。半透部４０７を備えた露光用マスクを用いた露光法は、ハーフトーン露光法とも呼ばれる。

このような露光用マスク４１５に光を照射した場合、遮光部４０２の光強度はゼロ、透光部４０４の光強度は１００％であり、半透膜からなる半透部４０７の光強度は、１０〜７０％の範囲で調整可能となっている。すなわち半透膜と遮光部とにわたり、光強度を連続的に変化させたり、多段階的に変化させることができる。露光用マスクの光強度の一例を、図８（Ｂ）の光強度分布４１０に示す。

露光用マスク４０１、４１５を用いて露光すると、第１の膜厚（ｄ１）と、第２の膜厚（ｄ２）とを有し、第２の膜厚は第１の膜厚より薄くなるマスク１０３を得ることができる。

このようなマスク１０３を用いて、構造層１０２をエッチングする。本実施の形態では、構造層１０２の一辺のみが、犠牲層１０１の端面を超えて設けられ、且つ他辺は犠牲層１０１の端面より短くなり、その幅は上方から見ると犠牲層１０１の幅よりも狭くなるように、矩形状に加工する。すなわち、図２（Ｂ）に示す断面図でみると、構造層１０２及びマスク１０３は、犠牲層１０１による段差を有している。

その後、図３に示すようにマスク１０３を用いて構造層１０２を加工する。加工にはウェットエッチング法やドライエッチング法を適用することができる。このとき、マスク１０３で覆われていない構造層１０２と、マスク１０３の表面とが除去されていく。マスク１０３は、第２の膜厚（ｄ２）が薄いため、第１の膜厚（ｄ１）の領域より先に除去され、第２の膜厚のマスク１０３下の構造層１０２は除去される。その結果、構造層１０２はマスク１０３を除去したり再度形成することなく、一回のエッチング工程によって、第３の膜厚（ｄ３）及び第４の膜厚（ｄ４）を有するように加工することができる。言い換えると、構造層１０２のうち第３の膜厚を有する部分は、第１の膜厚を有するマスク１０３下に形成され、第４の膜厚を有する部分は、第２の膜厚を有するマスク１０３下に形成される。本実施の形態では、構造層１０２において、第４の膜厚が第３の膜厚より薄くなる（ｄ４＜ｄ３）。

また本発明の微小構造体をスイッチング素子として用いる場合、構造層の可動部の長さは、第４の膜厚を有する構造層１０２の膜厚の３０倍から５０倍となると好ましい。このとき、微小構造体のバネ定数を考慮するとよい。また第３の膜厚を有する構造層１０２の膜厚は、密度を考慮してその膜厚を決定する。第３の膜厚を有する構造層が低密度の場合、膜厚を厚くすることにより、下方の電極との接触を高めることができる。

次に図４に示すように、マスク１０３を除去する。マスク１０３の除去には、ウェットエッチング法やドライエッチング法を適用することができる。例えば、２−アミノエタノール、グライコールエーテルを主成分とするナガセケムテックス社製「ナガセレジストストリップＮ−３００」剥離液や、ｏ−ジクロルベンゼン、フェノール、アルキルベンゼンスルホン酸を主成分とする東京応化工業社製「剥離液７１０」等の剥離液を適用することができる。

そして、図５に示すように、犠牲層１０１を除去する。犠牲層の除去には、ウェットエッチング法又はドライエッチング法を適用することができる。

例えば、犠牲層１０１にタングステン（Ｗ）を用いる場合、２８％のアンモニアと３１％の過酸化水素水を１：２で混合した溶液に２０分程度漬けることで、除去することができる。犠牲層１０１に二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）を用いる場合は、フッ酸４９％水溶液１に対してフッ化アンモニウムを７の割合で混合したバッファードフッ酸を用いて、除去することができる。犠牲層１０１にシリコンを有する層を用いる場合は、リン酸、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＣｓＯＨ等のアルカリ金属元素の水酸化物を用いて除去することができる。その他犠牲層の材料によって、ＮＨ_４ＯＨ、ヒドラジン、ＥＰＤ（エチレンジアミン、ピロカテコール、水の混合物）、ＴＭＡＨ、ＩＰＡ、ＮＭＤ３溶液等を用いて、除去することができる。また、三フッ化塩素（ＣｌＦ_３）、三フッ化窒素（ＮＦ_３）、三フッ化臭素（ＢｒＦ_３）、フッ化水素（ＨＦ）等のフッ化ハロゲンを用いてシリコンを有する層を除去することもできる。

ウェットエッチング後の乾燥に際しては、毛管現象による微小構造体の座屈を防ぐため、粘性の低い有機溶媒（例えばシクロヘキサン）を用いてリンスを行う、若しくは低温低圧の条件で乾燥させる、またはこの両者を組み合わせた処理を行うとよい。

また、犠牲層１０１は、大気圧など高圧の条件において、Ｏ_２、Ｆ_２、ＸｅＦ_２を用いてドライエッチング法を用いて除去することができる。上記した毛管現象による微小構造体の座屈を防ぐため、微小構造体表面に撥水性を持たせるプラズマ処理を行うとよい。

このように犠牲層１０１を除去すると、空間１０５が生じる。空間１０５によって、構造層１０２が上下や左右に可動することができる。構造層１０２が可動する先端の下部電極との接触により、スイッチとして動作することができる。このような形状を有する微小構造体をカンチレバー型微小構造体と呼ぶ。カンチレバー型微小構造体をスイッチに適用すると、低損失、低電力動作を行うことができる。

またマスク１０３の除去と、犠牲層１０１の除去を同一工程で行うこともできる。この場合、マスク１０３と、犠牲層１０１は同一材料、又は同一エッチング剤によって除去できる材料から形成するとよい。

このようにして本発明は、シリコン層を代表とする薄膜によって、絶縁基板上にカンチレバー型微小構造体を作製することができる。本発明のカンチレバー型微小構造体はスイッチに適用でき、このようなスイッチはシリコンウェハからなるスイッチと比較して、薄型化でき、安価に作製することができる。

また以下の実施の形態で示すが、本発明のカンチレバー型微小構造体は半導体素子と同一絶縁基板上に形成することができる。その結果、カンチレバー型微小構造体と半導体素子との接続不良を低減でき、量産性を高めることができる。

本実施の形態で示したカンチレバー型の微小構造体は、スイッチ以外にＡＦＭの針、加速度センサ（Ｇセンサ）、又は角速度センサとして用いることもできる。

（実施の形態２）
本発明において構造層や犠牲層に適用するシリコン層には、結晶状態を有するもの、非晶質状態を有するもの等を用いることができる。そこで本実施の形態では、犠牲層に結晶性シリコン層を用いる場合を説明する。

まず、図１３（Ａ）に示すように、犠牲層の被形成面である絶縁基板１００上に、非晶質シリコン層１６１を形成する。非晶質シリコン層１６１は、ＳＨ_４、Ａｒ等の原料ガスを用い、ＣＶＤ法により作製することができる。非晶質シリコン層１６１の膜厚は、犠牲層の膜厚であり、空間の高さとなる。

そして非晶質シリコン層を加熱処理することによって結晶化された結晶性シリコン層を得る。加熱処理には、レーザ照射、加熱炉、若しくはランプ光から発する光の照射（以下、ランプアニールと記す）、又はこれらを組み合わせて用いることができる。

レーザ照射を用いる場合、連続発振型のレーザビーム（以下、ＣＷレーザビームと記す）やパルス発振型のレーザビーム（以下、パルスレーザビームと記す）を用いることができる。レーザビームとしては、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、エキシマレーザ、ＹＡＧレーザ、Ｙ_２Ｏ_３レーザ、ＹＶＯ_４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ_３レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイヤレーザ、銅蒸気レーザまたは金蒸気レーザのうち一種または複数種から発振されるものを用いることができる。このようなレーザビームの基本波、及び当該基本波の第２高調波から第４高調波のレーザビームを照射することで、大粒径の結晶を得ることができる。例えば、Ｎｄ：ＹＶＯ_４レーザ（基本波１０６４ｎｍ）の第２高調波（５３２ｎｍ）や第３高調波（３５５ｎｍ）を用いることができる。このときレーザビームのエネルギー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ^２程度（好ましくは０．１〜１０ＭＷ／ｃｍ^２）が必要である。そして、走査速度を１０〜２０００ｃｍ／ｓｅｃ程度として照射する。

なお基本波のＣＷレーザビームと高調波のＣＷレーザビームとを照射するようにしてもよいし、基本波のＣＷレーザビームと高調波のパルスレーザビームとを照射するようにしてもよい。このように複数のレーザビームを照射することにより、エネルギーを補うことができる。

パルスレーザビームであって、シリコン層がレーザ光によって溶融してから固化するまでに、次のパルスのレーザ光を照射できるような発振周波数でレーザを発振させるレーザビームを用いることもできる。このような周波数でレーザビームを発振させることで、走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒を得ることができる。具体的なレーザビームの発振周波数は１０ＭＨｚ以上であって、通常用いられている数十Ｈｚ〜数百Ｈｚの周波数帯よりも著しく高い周波数帯を使用する。

その他の加熱処理として加熱炉を用いる場合には、非晶質シリコン層を４００〜５５０℃で２〜２０時間かけて加熱する。このとき、徐々に高温となるように温度を４００〜５５０℃の範囲で多段階に設定するとよい。最初の４００℃程度の低温加熱工程により、非晶質シリコン層の水素等が出てくるため、結晶化（上記レーザを用いた結晶化を含む）の際の膜荒れを低減することができる。

さらに、結晶化を促進させる金属を用いて結晶化すると加熱温度を低下させることができる。例えばニッケル（Ｎｉ）を非晶質シリコン層上に形成した後加熱すると、加熱温度が低下する。このような金属としては、鉄（Ｆｅ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｕ）等がある。

さらに加熱処理に加えて、上記のようなレーザを用いて照射を行って結晶性シリコン層を形成してもよい。

本実施の形態では、図１３（Ｂ）に示すように、非晶質シリコン層１６１上に、ニッケルを有する溶液を塗布し、その後加熱炉を用いて結晶化を行う。加熱温度は、５００度〜５５０度とする。

そして、図１３（Ｃ）に示すように、金属を用いて結晶化されたシリコン層（多結晶シリコン層）１６３を得ることができる。

その後、図１３（Ｄ）に示すように、多結晶シリコン層１６３を加工し、所定の形状を有する犠牲層１０１とすることができる。フォトリソグラフィー法によりマスクを形成し、当該マスクを用いてエッチングすることにより、多結晶シリコン層を加工することができる。

その後、図１３（Ｅ）に示すように、実施の形態１と同様にしてカンチレバー型微小構造体を作製することができる。

以上、金属を用いて結晶化された多結晶シリコンを犠牲層１０１に適用する場合を説明したが、当該多結晶シリコン層は、構造層１０２に適用してもよい。このような金属を用いて結晶化された多結晶シリコンは、金属を用いた結晶化により結晶粒界が連続している多結晶シリコンを作ることができる。結晶粒界が連続している多結晶シリコンは、金属を用いない結晶化によって得られる多結晶シリコンと異なり、結晶粒界で共有結合が途切れることが無い。そのため、結晶粒界が欠陥となって起こる応力集中が起こらず、結果として金属を用いずに形成された多結晶シリコンに比べて破壊応力が高くなる。このような多結晶シリコンの結晶構造は、単結晶を用いた場合と近く、金属を用いない結晶化によって作製される多結晶シリコンに比べて靭性の高い多結晶シリコンを得ることができる。このような多結晶シリコンは、可動する構造層１０２に好適である。

結晶粒界が連続している多結晶シリコン層は、電子の移動度が大きいため、構造層１０２を静電力で制御する場合に好適である。さらに、結晶化を助長させる金属を多結晶シリコン層中に残存させることにより、導電性を持たせることもできる。このような導電性を有する多結晶シリコン層は、構造層１０２を静電力で制御する微小電気機械式装置に好適である。勿論、微小構造体を電磁力により制御する場合の構造層１０２に、金属を用いて結晶化された多結晶シリコン層を適用してもよい。

また金属にニッケルを用いる場合、シリコン層では、ニッケルの濃度によってニッケルシリサイドが形成される。ニッケルシリサイドのようなシリコン合金は強度が高い。そのため、結晶化のための金属を用いてシリサイド化させることができ、さらに硬く、導電性の高い構造層１０２を作製することができる。

このようなシリサイドは、ニッケル以外にタングステン、チタン、モリブデン、タンタル、コバルト、白金によっても形成することができる。それぞれ、タングステンシリサイド層、チタンシリサイド層、モリブデンシリサイド層、タンタルシリサイド層、コバルトシリサイド層、白金シリサイド層となる。このうち、コバルトや白金は、結晶化の加熱温度を低下させるための金属として用いることができる。

構造層１０２は積層構造をとることができ、ニッケルシリサイドを有する層（ニッケルシリサイド層）と、多結晶シリコン層とを積層させてもよい。このような積層構造により、導電性に優れ、しなやかな構造層１０２を得ることができる。また構造層１０２に、非晶質シリコン層とニッケルシリサイド層とを積層することで、導電性に優れつつ、硬くすることができる。

上記のように、金属を用いて結晶化を行う場合、金属を用いずに行う結晶化に比べて低温で結晶化することができる。そのため、微小構造体を形成する基板に使用できる材料の幅が広がる。例えば、シリコン層を加熱のみで結晶化させる場合、１０００℃程度の温度で１時間程度の加熱を行う必要があり、熱に被弱なガラス基板を用いることができない。しかしながら、本実施の形態のように金属を用いて結晶化することによって、ゆがみ点の低いガラス基板等を用いることが可能になる。

本実施の形態は、上記実施の形態と自由に組み合わせることができる。

（実施の形態３）
本発明の微小構造体を静電力で可動させる場合、構造層下に共通電極や制御電極として使用する下部電極を形成する。そこで本実施の形態では、下部電極を有するカンチレバー型の微小構造体について説明する。

図１２に示すように、構造層１０２の下方であって、空間１０５内に、下部電極１５０として機能する導電層を形成する。下部電極１５０は共通電極や制御電極等として使用することができる。下部電極１５０は、タングステン等の金属や導電性を有する物質を材料として、スパッタリング法等により形成することができ必要に応じて所定の形状にエッチングする。

（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の微小構造体を適用できるカンチレバーの種類について説明する。

図１５（Ａ）に示すように、構造層５０１の下方に第１の電極５０２、第２の電極５０３が設けられている。第１の電極５０２は制御用として機能し、第２の電極５０３はコンタクト用として機能する。制御用として機能する第１の電極５０２は、構造層５０１を選択するか否かの選択信号が入力される。選択信号が流れると、構造層５０１と第１の電極５０２間には電位差が生じ、これによる静電気によって、構造層５０１が下降する。すると構造層５０１の先端部がコンタクト用として機能する第２の電極５０３に接触し、電流が流れる。

制御用として機能する電極やコンタクト用として機能する電極は複数設けてもよい。例えば、図１５（Ｂ）に示すように、２つの制御用として機能する第１の電極５０２、５０４を設けてもよい。制御用の電極５０２、５０４と構造層５０１とに発生する静電気によって、構造層５０１を上下させることができる。そのため制御用の電極を複数設けることによって、構造層５０１が大きく、動作しがたいときであっても、構造層５０１の動作を正確に制御することができる。また制御用の電極の面積を大きくすることによっても、動作を正確に制御することができる。同様にコンタクト用の電極においても、複数設けたり、面積を大きくしてもよい。コンタクト抵抗が低くなり、正確なコンタクトをとることができる。

また制御用やコンタクト用の電極上方の微小構造体は、その他の領域の微小構造体より厚膜化して設ける。その結果、構造層５０１の重さがますため、特に構造層５０１の下降動作が制御しやすくなる。その結果、正確なコンタクトをとることができる。

このようにして、構造層５０１を選択し、カンチレバー型のスイッチとして動作させることができる。

図１５（Ｃ）には、カンチレバー型とは異なり、ブリッジ型のスイッチを示す。ブリッジ型のスイッチにおいて、構造層５０１は、両端が固定されており、その他の構成は図１５（Ｂ）と同様である。このようなブリッジ型の構造層５０１も、本発明の異なる膜厚を有するマスクを用いて形成することができる。

このような本発明のスイッチにおいて、電極と接する構造層５０１には、接触抵抗を低くするため、導電性の高い膜を設けてもよい。併せて電極側に、導電性の高い膜を設けてもよい。このような膜は、接触抵抗を低くするだけでなく、微小構造体や電極の摩耗を低減することができる。

図１６（Ａ）には、微小構造体を有するスイッチの上面図を示す。構造層５０１の下方に切断された配線５０７が設けられており、構造層５０１と配線５０７とは重なるように配置している。構造層５０１は、カンチレバー型やブリッジ型を適用することができる。

図１６（Ａ）で示したスイッチが選択されると、配線５０７が導通し、電流や信号を流すことができる。このように、スイッチとして機能することができる。このようなスイッチは、シリーズ（Ｓｅｒｉｅｓ）型スイッチとなる。

図１６（Ｂ）には、図１６（Ａ）とは異なるスイッチの上面図を示す。配線５０９及び配線５１０が並列に設けられており、それらからＴ字状に接続領域に設けられている。接続領域では、配線５０９、５１０の上方に構造層５０１が配置されている。構造層５０１がオフの状態では、配線５０９の一端である点Ａから他端であるＧＮＤ１へ電流が流れている。構造層５０１がオフの状態では、同様に配線５１０の一端である点ＢからＧＮＤ２へ電流が流れている。このような形態において、構造層５０１が選択されオンとなると、点Ａから点Ｂへ信号が流れる。このようなスイッチは、シャント（Ｓｈｕｎｔ）型スイッチとなる。

以上、カンチレバー型スイッチがオンとなると、電流が流れる、つまり信号を伝える形態を示したが、オンとなると信号を伝えない形態でもよい。

（実施の形態５）
微小構造体は上下や左右の動作、さらには回転動作を行うため、空気抵抗を受けやすい。そこで本実施の形態では、空気抵抗を減らした微小構造体の形態について説明する。

図１８（Ａ）は構造層５０１の上面図を示す。構造層５０１において、可動部領域の幅（ｄ６）は錘が設けられている領域（以下、錘領域と記す）の幅（ｄ７）よりも小さく（ｄ６＜ｄ７）設けられている。可動領域の幅を錘領域の幅より小さくすることによって、可動部の動作をスムーズに行うことができる。

このとき、上下動作等による可動部の劣化を考慮する。例えば、可動部領域の微小構造体の膜厚を制御して、動作による可動部の劣化を防止することができる。

図１８（Ｂ）には、図１８（Ａ）と異なり、可動部領域において、錘領域との境界をテーパー形状とする微小構造体の上面図を示す。境界をテーパー形状とすることにより、可動部の動作をよりスムーズに行うことができる。

図１８（Ｃ）には、図１８（Ｂ）の微小構造体に加えて、可動部領域において、微小構造体に開口部８０１を設ける。開口部８０１は単数であっても、複数であってもよい。また開口部が単数の場合、開口部の直径を大きくし、開口部が複数の場合、開口部の直径はさほど大きくせずともよい。開口部８０１によって、特に微小構造体が上下動作を行うときの空気抵抗を低減することができる。

このような開口部を有する微小構造体は、本発明の異なる膜厚を有するマスクを用いて形成することができる。

このような微小構造体の形態は、上記実施の形態と自由に組み合わせることができる。

（実施の形態６）
微小構造体を有するスイッチは、多数の端子へ出力することができる。本実施の形態では、多端子出力を可能とするスイッチの形態について説明する。

図１９には、一つの入力端子（ＩＮ）に対して、３つの出力端子（ＯＵＴ１〜３）を有し、微小構造体１〜３によって、いずれの出力端子へ信号を出力するか制御するスイッチを示す。例えば、微小構造体１が選択されると、ＩＮからＯＵＴ１へ信号が出力される。また微小構造体１及び２が選択されると、ＩＮからＯＵＴ１及び２へ信号が出力される。また微小構造体１〜３は、本発明の異なる膜厚を有するマスクを用いて形成される。

本実施の形態では３つの出力端子を有する場合を説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明の微小構造体を有するスイッチは、２つの出力端子や４つ以上の出力端子を有しても良い。

（実施の形態７）
本実施の形態では、上記の微小構造体と、微小構造体を制御するための半導体素子を同一表面上に形成する方法について説明する。本実施の形態では、半導体素子として半導体膜上方にゲート電極が設けられたトップゲート型の薄膜トランジスタを用いる場合について説明する。

図１０（Ａ）に示すように、絶縁基板１００上に、下地層２０１を形成する。絶縁基板１００は、実施の形態１と同様なものを適用することができる。下地層２０１はシリコンを有する絶縁層を用いることができる。シリコンを有する絶縁層としてシリコン酸化物またはシリコン窒化物が挙げられ、代表的には酸化シリコン、窒化シリコン、または酸化窒化シリコン等がある。下地層２０１は、このような材料を用いて単層構造または積層構造とすることができる。

本実施の形態では、下地層２０１として２層構造を用いる場合を説明する。下地層２０１の一層目として、膜厚１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下（好ましくは５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下）の酸化窒化シリコン層を形成する。当該酸化窒化シリコン層は、プラズマＣＶＤ法を用い、ＳｉＨ_４、ＮＨ_３、Ｎ_２Ｏ及びＨ_２を反応ガスとして形成することができる。次いで下地層２０１のニ層目として、膜厚５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下（好ましくは１００ｎｍ以上１５０ｎｍ以下）の酸化窒化シリコン層を形成する。当該酸化窒化シリコン層は、プラズマＣＶＤ法を用い、ＳｉＨ_４及びＮ_２Ｏを反応ガスとして形成することができる。

下地層２０１上に、半導体層を形成する。半導体層にはシリコン層を適用することができる。多結晶シリコン層の作製方法は、実施の形態２を参照することができる。本実施の形態では、非晶質状態のシリコン層を形成し、金属を用いて結晶化した多結晶シリコン層を作製する。

このような多結晶シリコン層は、移動度が高く半導体素子においても好適である。

その後、半導体素子を形成する第１の領域２５１、微小構造体を形成する第２の領域２５２において、多結晶シリコン層を加工し、所定の形状を有するシリコン層２０２、２０４を形成する。第１の領域２５１では、半導体素子の活性層となるように加工する。なお活性層とは、チャネル形成領域、ソース領域及びドレイン領域を有する。また第２の領域２５２では、上記実施の形態で示したように矩形状となるように加工する。

図１０（Ｂ）に示すように、第１の領域２５１のみにゲート絶縁層として機能する絶縁層２０６を形成する。絶縁層２０６にはシリコン酸化物またはシリコン窒化物を用いることができ、代表的には酸化シリコン、窒化シリコン、または酸化窒化シリコン等がある。第１の領域２５１に選択的に絶縁層２０６を形成するため、第２の領域２５２はマスク２０５で覆っておく。マスク２０５は、感光剤を含む市販のレジスト材料を用いてもよく、ポジ型レジスト又はネガ型レジストを用いることができる。代表的なポジ型レジストは、ノボラック樹脂と感光剤であるナフトキノンジアジド化合物であり、代表的なネガ型レジストであるベース樹脂、ジフェニルシランジオール及び酸発生剤等がある。その他、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂等の樹脂材料を用いることができる。またマスク２０５は、ベンゾシクロブテン、パリレン、フッ化アリーレンエーテル、透過性を有するポリイミド等の有機材料、シロキサン系ポリマー等の重合によってできた化合物材料、水溶性ホモポリマーと水溶性共重合体を含む組成物材料等を用いて液滴吐出法で形成することもできる。その他、第１の領域２５１及び第２の領域２５２にわたって絶縁層２０６を形成し、その後第２の領域２５２の絶縁層２０６を除去してもよい。

第１の領域２５１のみに絶縁層２０６を形成する場合を説明したが、第２の領域２５２に絶縁層２０６を形成してもよい。但し、犠牲層２０４となるシリコン層を除去できるようにする。

図１０（Ｃ）に示すように、マスク２０５を除去した後、第１の領域２５１及び第２の領域２５２にわたってゲート電極として機能する導電層２０８を形成する。導電層２０８は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）もしくはシリコン（Ｓｉ）の元素からなる膜又はこれらの元素を有する合金膜を用いることができる。導電層２０８は、単層構造又は積層構造とすることができ、積層構造として窒化タンタルとタングステンの積層構造を適用することができる。導電層２０８は、スパッタリング法やＣＶＤ法により作製することができる。

図１１（Ａ）に示すように、第１の領域２５１及び第２の領域２５２における導電層２０８上にマスク２１０を形成する。マスク２１０は、フォトリソグラフィー法によって形成することができる。フォトリソグラフィー法には、回折格子パターン或いは半透膜からなる光強度低減機能を有する補助パターンを設置したフォトマスクまたはレチクルを用いる。回折格子パターン或いは半透膜からなる光強度低減機能を有する補助パターンを設置した領域は、光の透過率が低下する。その結果、第１の膜厚（ｄ１）と、ｄ１より薄い第２の膜厚（ｄ２）を有するマスク２１０を形成することができる。光の透過率が低下した領域が、マスクの第２の膜厚（ｄ２）の領域となる。なお、第１の領域２５１におけるマスク２１０は、ｄ１が内側、ｄ２が外側となるようにする。第２の領域２５２におけるマスク２１０は、ｄ２が内側、ｄ１が外側となるようにする。このようにマスクの膜厚において、どの領域を薄くするかは、加工されるパターンによって決定することができる。その後、ウェットエッチング法又はドライエッチング法を用いて、導電層２０８を加工する。

図１１（Ｂ）に示すように、エッチングを開始すると、マスク２１０で覆われていない導電層２０８及びマスク２１０の表面が徐々に除去される。マスク２１０においては、第２の膜厚（ｄ２）の領域が先に除去され、導電層２０８が露出されてくる。その結果、図１１（Ｃ）に示すように、第１の領域２５１においては導電層２０８の端部にテーパ（点線領域）が形成され、第２の領域２５２においては導電層２０８の中心部に凹部（点線領域）が形成される。テーパーを形成するには、外側に向かって光の透過率を徐々に低くするため、回折パターンの幅を狭くした補助パターンを有するフォトマスクまたはレチクルを用いてマスク２１０を露光、現像するとよい。

図１１（Ｄ）に示すように、マスク２１０を除去し、膜厚の異なる導電層２０８を形成することができる。すなわちマスク２１０により、一エッチング工程で膜厚の異なる導電層を加工することができる。勿論、導電層以外であっても、本発明のマスクを用いて加工してもよい。

そして、第１の領域２５１のシリコン層においてテーパーを有する導電層２０８を用いて、不純物元素を添加する。ｎ型を付与する不純物元素としてリン（Ｐ）を用いて半導体素子２５３を形成し、ｐ型を付与する不純物元素としてボロン（Ｂ）を用いて半導体素子２５４を形成することができる。なお半導体素子として、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いる。テーパーを有する導電層２０８を用いて不純物元素を添加すると、高濃度不純物領域２１３、２１６、テーパーの下方に低濃度不純物領域２１４、２１５を形成することができる。

また不純物領域の表面にシリサイドを形成してもよい。シリサイドを形成することによって、ソースドレイン間抵抗を下げることができる。ソースドレイン間抵抗が下がることにより、移動度の向上が期待される。

図１１（Ｅ）に示すように、第１の領域２５１において導電層２０８、絶縁層２０６、シリコン層２０２を覆うように層間膜として機能する絶縁層２１８を形成する。絶縁層２１８は単層構造又は積層構造とすることができ、絶縁性を有する無機材料や、有機材料等により形成することができる。無機材料は、酸化シリコン、窒化シリコンを用いることができる。有機材料はポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、レジスト又はベンゾシクロブテン、シロキサン、ポリシラザンを用いることができる。なお、シロキサンとは、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成される。置換基として、少なくとも水素を含む有機基（例えばアルキル基、芳香族炭化水素）が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いてもよい。または置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。ポリシラザンは、シリコン（Ｓｉ）と窒素（Ｎ）の結合を有するポリマー材料を出発原料として形成される。無機材料を用いると不純物元素の侵入を防止することができ、有機材料を用いると平坦性を高めることができる。

そして、不純物領域に接続された配線２１９を形成する。配線２１９はソース領域に接続される場合ソース配線と呼び、ドレイン領域に接続される場合ドレイン配線と呼ぶ。配線２１９は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）もしくはシリコン（Ｓｉ）の元素からなる膜又はこれらの元素を有する合金膜を用いることができる。配線２１９は、単層構造又は積層構造を用いることができ、例えば第１層にタングステン膜、窒化タングステン膜等を用い、第２層にアルミニウムとシリコンの合金（Ａｌ−Ｓｉ）膜、アルミニウムとチタンの合金（Ａｌ−Ｔｉ）膜を用い、第３層に窒化チタン膜、チタン膜等を順次積層した構造を適用することができる。配線２１９は、ＣＶＤ法やスパッタリング法を用いて作製することができる。

配線２１９は、カンチレバー型微小構造体と接続することができる。具体的には、配線２１９は構造層たる導電層２０８と接続することができる。

図１１（Ｆ）に示すように、犠牲層２０４となるシリコン層を除去する。犠牲層の除去には、ウェットエッチング法又はドライエッチング法を適用することができる。詳細は、上記実施の形態を参照することができる。

その後必要に応じて、パッケージを行うことができる。例えば、第１の領域２１５には水分や不純物元素の侵入を防ぐため、シリコン窒化物やシリコン酸化物を有する保護膜を形成することができる。

このようにして、カンチレバー型微小構造体と、当該微小構造体を制御するための半導体素子を同一表面上に形成することができる。

本発明のカンチレバー型微小構造体は絶縁基板上に形成される半導体素子と一体形成することができるため、カンチレバー型微小構造体と半導体素子との接続不良を低減でき、量産性を高めることができる。

本実施の形態で示したカンチレバー型微小構造体は、スイッチ以外にＡＦＭの針、Ｇセンサ／角速度センサとして用いることもできる。

（実施の形態８）
本実施の形態では、微小構造体を封止する構造について説明する。

図１７（Ａ）に示すように、図１１（Ｄ）までと同様に、第１の領域２５１において絶縁基板１００上に半導体素子２５３、２５４を形成し、第２の領域２５２において絶縁基板１００上に犠牲層２０４、構造層２０９を形成する。

図１７（Ｂ）に示すように、第１の領域２５１には絶縁層２１８を形成し、第２の領域２５２には絶縁層２３１を形成する。絶縁層２３１は、絶縁層２１８と同様な材料、方法によって作製することができるが、特定のエッチング剤に対してエッチング比率の異なる材料を用いる。絶縁層２３１のみを選択的に除去するからである。次に、第１の領域２５１及び第２の領域２５２に渡って、不純物領域に接続された配線２１９を形成する。このようにして犠牲層２０４及び構造層２０９の上方には、絶縁層２３１及び配線２１９が形成される。このとき、構造層２０９と、半導体素子２５３、２５４とは電気的に接続することができる。例えば、配線２１９と同一材料により、構造層２０９と、半導体素子２５３、２５４とを電気的に接続する。

そして第２の領域２５２において、配線２１９に開口部２３０を形成する。開口部２３０は、ウェットエッチング法又はドライエッチング法を用いて形成することができる。このとき、配線２１９を選択的に除去することができるエッチング剤を使用する。

図１７（Ｃ）に示すように、開口部２３０からエッチング剤を導入し、絶縁層２３１を除去する。絶縁層２３１の除去には、ウェットエッチング法又はドライエッチング法を用いることができる。

このとき、第１の領域２５１において、絶縁層２１８や配線２１９がエッチング剤に曝されることを防止するため、マスク２３４を設けるとよい。マスク２３４は、マスク１０３と同様の材料、方法によって形成することができる。

そして図１７（Ｄ）に示すように、犠牲層２０４を除去する。犠牲層２０４を除去することによって、空間２３６が生じる。犠牲層２０４の除去には、ウェットエッチング法又はドライエッチング法を用いることができる。

絶縁層２３１と、犠牲層２０４は同一の工程で除去してもよい。例えば、絶縁層２３１と犠牲層２０４とを同一エッチング剤に反応する材料から形成することによって、同一の工程で除去することができる。同一工程で除去することにより、時間の短縮、コストの削減を図ることができる。

図１７（Ｅ）に示すように、保護膜２３７を形成する。保護膜２３７は、絶縁層２１８と同一な材料、方法によって作製することができる。保護膜２３７は、開口部２３０内に入り込むように形成されうるが、開口部２３０の直径を小さくすることにより、空間２３３、２３６にまで入り込む恐れはない。空間２３３、２３６内を不活性ガスで充填するため、不活性ガス雰囲気内において保護膜２３７を形成する。不活性ガスとして、窒素ガスがある。

このようにして微小構造体及び半導体素子を一体形成し、さらに封止することができる。封止された微小構造体及び半導体素子は、機械的強度を高めることができ、持ち運びが簡便なものとなる。また封止された微小構造体及び半導体素子は、別の装置に実装する場合、取り扱いが簡便なものとなる。

（実施の形態９）
上記実施の形態では、同一絶縁基板上に半導体素子と微小構造体を同時に形成する作製方法を説明したが、半導体素子と微小構造体とを積層させてもよい。そこで本実施の形態では、半導体素子の上方に微小構造体を積層する場合の作製方法について説明する。

図２０（Ａ）に示すように、図１１（Ｅ）の第１の領域２５１と同様に、絶縁基板１００上に半導体素子２５３、２５４を形成する。そして図１７（Ｃ）と同様に、絶縁層２１８を覆うように絶縁層２３５を形成する。

図２０（Ｂ）に示すように、絶縁層２３５にコンタクトホールを形成し、配線２１９と接続される電極２４０を形成する。電極２４０の材料、方法は、配線２１９と同様である。電極２４０は、微小構造体の制御用の電極として使用することができる。

図２０（Ｃ）に示すように、電極２４０を覆うように犠牲層２４１を形成する。犠牲層２４１は、犠牲層１０１と同様な材料、方法によって作製することができる。

図２０（Ｄ）に示すように、犠牲層２４１の少なくとも一部を覆うように微小構造体２４２を形成する。微小構造体２４２は、構造層２０９と同様な材料、方法によって作製することができる。

図２０（Ｅ）に示すように、犠牲層２４１を除去する。犠牲層の除去には、ウェットエッチング法又はドライエッチング法を適用することができる。犠牲層２４１を除去する結果、空間２４３が生じる。

このようにして、半導体素子と、微小構造体とを積層させることができる。

（実施の形態１０）
本実施の形態では、半導体素子に半導体膜下方にゲート電極が設けられたボトムゲート型の薄膜トランジスタを用い、当該半導体素子と微小構造体とを同一表面上に形成する方法について説明する。

上記実施の形態と同様に絶縁基板１００を用意し、導電層を形成する。導電層を所定の形状に加工して、第１の領域２５１にはゲート電極、第２の領域２５２には犠牲層を形成する。

そして、ゲート電極及び犠牲層を覆うように、シリコン層を形成する。シリコン層を所定の形状に加工して、第１の領域２５１には半導体層、第２の領域２５２には構造層を形成する。シリコン層は、上記実施の形態と同様に形成することができ、導電性を付与したい場合には、シリサイド化、又は不純物添加を行えばよい。上記実施の形態と同様に、構造層は、その一辺のみが、犠牲層の端面を超えて設けられ、且つ他辺は犠牲層の端面より短くなり、その幅は上方から見ると犠牲層の幅よりも狭くなるように、矩形状に加工する。

その後、第１の領域２５１において、不純物元素を有する半導体層、ソース配線及びドレイン配線を形成し、必要に応じてシリコン酸化物やシリコン窒化物による保護膜を形成する。ソース配線やドレイン配線は、上記実施の形態と同様に形成することができる。このとき第２の領域２５２は、マスクで覆っておく。

第２の領域２５２のマスクを除去し、犠牲層を除去する。このとき選択的に犠牲層を除去するため、第１の領域２５１にマスクを設ける又は保護膜で覆っている場合、そのマスク又は保護膜には犠牲層と選択比がとれる材料を使用する。

このようにしてボトムゲート型と微小構造体とを同一表面上に形成することができる。

また犠牲層と構造層の材料は、それぞれ導電層とシリコン層に限定されるものではない。例えば、ゲート電極となる導電層を用いて下部電極を形成し、シリコン層を用いて犠牲層を形成し、ソース配線及びドレイン配線となる導電層を用いて構造層を形成してもよい。

導電層を用いて構造層を形成するため、カンチレバー型スイッチに適用する場合に好適である。

（実施の形態１１）
本実施の形態では、プラスチック基板等の樹脂基板へカンチレバー型微小構造体及び半導体素子を転置する形態を説明する。

図１４（Ａ）に示すように、上記実施の形態と同様に、絶縁層２１８まで形成する。そして第２の領域２５２では、マスク２１２を設けた状態とする。そして、絶縁基板１００を剥離する。剥離する手段としては、剥離層を絶縁基板１００と下地層２０１との間に設けておき、剥離層を物理的又は化学的に除去する方法がある。

物理的に除去するためには、剥離層の結晶状態を制御することによって絶縁基板１００との密着強度を弱め、力を加えて絶縁基板１００を剥離する。このような剥離層には酸化タングステン、酸化モリブデンを用いることができ、加熱処理によって結晶状態を制御することができる。

化学的に除去するためには、剥離層に貫通する開口部を形成し、エッチング剤を導入して剥離層を除去して絶縁基板１００を剥離する。このような剥離層にはシリコン層又はタングステン層を用いることができ、エッチング剤には三フッ化塩素（ＣｌＦ_３）、三フッ化窒素（ＮＦ_３）、三フッ化臭素（ＢｒＦ_３）、フッ化水素（ＨＦ）等のフッ化ハロゲンを用いることができる。

勿論、物理的手段と、化学的手段とを組み合わせて適用してもよい。

図１４（Ｂ）に示すように、接着層２５５を用いて、プラスチック基板等の樹脂基板２５６を下地層２０１に貼り合わせる。接着層２５５には、紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂等を用いることができる。

図１４（Ｃ）に示すように、上記実施の形態と同様にマスク２１２を除去し、配線２１９を形成し、犠牲層２０４となるシリコン層を除去する。

このようにして、樹脂基板へ転置されたカンチレバー型微小構造体及び半導体素子を形成することができる。樹脂基板に転置することにより、さらなる軽量化、薄型化を達成することができる。

（実施の形態１２）
従来、ミリメートル単位以下といった微小なものを扱う場合、まず、微小な対象物の構造を拡大し、人間やコンピュータがその情報を得て情報処理および動作の決定を行い、そして、その動作を縮小して微小な対象物に伝えるというプロセスを必要としていた。

しかし、本発明のカンチレバー型微小構造体は、人間やコンピュータが上位概念的な命令を伝えるだけで、微小なものを扱うことが可能になる。すなわち、人間やコンピュータが目的を決定して命令を伝えると、カンチレバー型微小構造体はセンサ等を用いて対象物の情報を得て情報処理を行い、行動を取ることができる。なお対象物が微小なものであると仮定したが、これは例えば、対象物自体はメートル単位の大きさを有するが、その対象物から発せられる微小な信号（例えば、光や圧力の微小な変化）等も含まれる。

本発明のカンチレバー型微小構造体は、マイクロマシンの分野に属するものであり、マイクロメートルからミリメートル単位の大きさを有することができる。ある機械装置の部品として組み込まれるために作製される場合は、組み立て時に扱いやすいよう、カンチレバー型微小構造体はメートル単位の大きさを有する場合もある。

本実施の形態では、上記したようなカンチレバー型微小構造体の構成例についてブロック図を用いて説明する。

図９に、カンチレバー型微小構造体を有する微小電気機械式装置の概念図を示す。本発明の微小電気機械式装置１１は、半導体素子を有する電気回路部１２、および微小構造体を有する構造体部１３を有する。電気回路部１２は、微小構造体を制御する制御回路１４や、外部の制御装置１０と通信を行うインターフェース１５等を有する。構造体部１３は、微小構造体により、センサ１６やアクチュエータ１７、スイッチ等を有する。アクチュエータとは、信号（主に電気信号）を物理量に変換する構成要素を意味する。

電気回路部１２は、構造体部１３が得た情報を処理するための中央演算処理装置等を有することも可能である。

外部の制御装置１０は、微小電気機械式装置１１を制御する信号を送信する、微小電気機械式装置１１が得た情報を受信する、または微小電気機械式装置１１に駆動電力を供給する等の動作を行う。

本発明はカンチレバー型微小構造体内部に、半導体素子を有し微小構造体を制御する電気回路、および微小構造体を有することを特徴とし、その他の構成等は図９に限定されることはない。

（実施の形態１３）
本実施の形態では、微小構造体を有するスイッチを適用するデバイスについて説明する。本発明のスイッチと、伝導路とを組み合わせて、移相器を形成することができる。移相器は、携帯電話器に実装することができる。

また本発明のカンチレバー型の微小構造体を用いて共振器を作製することもできる。図２１には、共振器の回路図を示す。共振器は、コイル：Ｌとコンデンサ：Ｃと抵抗：Ｒとが直列に接続され、その間には容量素子Ｃｓ１が設けられている。コイル：Ｌ及び抵抗：Ｒの両端にも容量素子Ｃｓ２が設けられている。

本発明のスイッチは、このような位相器や共振器に適用することができる。

本発明の微小構造体の作製工程を示した図である本発明の微小構造体の作製工程を示した図である本発明の微小構造体の作製工程を示した図である本発明の微小構造体の作製工程を示した図である本発明の微小構造体の作製工程を示した図である本発明のマスクを示した図である本発明のマスクを示した図である本発明のマスクを示した図である本発明の微小電気機械式装置を示したブロック図である本発明の微小構造体の作製工程を示した図である本発明の微小構造体の作製工程を示した図である本発明の微小構造体を示した図である本発明の微小構造体の作製工程を示した図である本発明の微小構造体の作製工程を示した図である本発明の微小構造体を示した図である本発明の微小構造体を示した図である本発明の微小構造体の作製工程を示した図である本発明の微小構造体を示した図である本発明の微小構造体を適用するスイッチを示した図である本発明の微小構造体の作製工程を示した図である本発明の微小構造体を適用する共振器を示した回路図である

Claims

絶縁基板上の第１の領域に半導体層を形成し、かつ、前記絶縁基板上の第２の領域に犠牲層を形成し、
前記半導体層上に、絶縁層を形成し、
前記絶縁層および前記犠牲層上に導電層を形成し、
前記半導体層上方の前記導電層上および前記犠牲層上方の前記導電層上に、第１の膜厚および前記第１の膜厚より小さい第２の膜厚を有するマスクをそれぞれ形成し、
前記マスクを用いて、前記導電層をエッチングすることによって、前記第１の領域にはゲート電極を形成し、かつ、前記第２の領域には構造層を形成し、
前記ゲート電極をマスクとして前記半導体層に不純物元素を添加することによって、前記半導体層に不純物領域を形成し、
前記不純物領域および前記構造層に接続される配線を形成し、
前記犠牲層を除去し、
前記構造層は、前記第２の膜厚のマスク下に設けられていた第２の部分の厚みが、前記第１の膜厚のマスク下に設けられていた第１の部分の厚みより小さいことを特徴とする微小電気機械式装置の作製方法。
絶縁基板上の第１の領域に半導体層を形成し、かつ、前記絶縁基板上の第２の領域に犠牲層を形成し、
前記半導体層上に、第１の絶縁層を形成し、
前記第１の絶縁層および前記犠牲層上に導電層を形成し、
前記半導体層上方の前記導電層上および前記犠牲層上方の前記導電層上に、第１の膜厚および前記第１の膜厚より小さい第２の膜厚を有するマスクをそれぞれ形成し、
前記マスクを用いて、前記導電層をエッチングすることによって、前記第１の領域にはゲート電極を形成し、かつ、前記第２の領域には構造層を形成し、
前記ゲート電極をマスクとして前記半導体層に不純物元素を添加することによって、前記半導体層に不純物領域を形成し、
前記第１の絶縁層、前記ゲート電極および前記構造層を覆う第２の絶縁層を形成し、
前記第２の絶縁層上に、前記不純物領域に接続される配線を形成し、
前記第２の領域において、前記配線の一部を選択的に除去することによって、開口部を形成し、
前記開口部からエッチング剤を導入することによって、前記第２の領域における前記第２の絶縁層および前記犠牲層を除去し、
前記構造層は、前記第２の膜厚のマスク下に設けられていた第２の部分の厚みが、前記第１の膜厚のマスク下に設けられていた第１の部分の厚みより小さいことを特徴とする微小電気機械式装置の作製方法。
請求項１又は請求項２において、
前記構造層における前記第２の部分の幅は、前記第１の部分の幅より小さいことを特徴とする微小電気機械式装置の作製方法。
請求項３において、
前記構造層における前記第２の部分と、前記第１の部分との境界をテーパー形状とすることを特徴とする微小電気機械式装置の作製方法。