JP5573738B2 - Manufacturing method of MEMS switch - Google Patents
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Description
本発明は、MEMS(micro electromechanical system)スイッチの製造方法に関する。mmオーダより短い寸法の構成部分を有する電気機械的部材をMEMSと呼ぶ。 The present invention relates to MEMS (m icro e lectro m echanical s ystem) switch manufacturing method. An electromechanical member having a component with dimensions shorter than mm order is called MEMS.
シリコン加工技術は、集積回路の進歩と共に高度に発達し、MEMS作製に適している。支持Si基板上に、酸化シリコン膜を接着膜(ボンディング酸化膜BOX膜)として、活性Si層を貼り付けたSOI基板は、活性Si層を薄くでき、誘電体分離の高性能Si素子を形成できるのみでなく、酸化シリコン膜は希弗酸等で選択的に除去でき、可動部を有するMEMS作製に利用できる。SOI基板は、一般的には、1対のSi基板の少なくとも一方を熱酸化し、酸化シリコン膜を介して1対のSi基板を熱圧着することで作製される。 Silicon processing technology is highly developed with advances in integrated circuits and is suitable for MEMS fabrication. An SOI substrate in which an active Si layer is bonded using a silicon oxide film as an adhesive film (bonding oxide film BOX film) on a supporting Si substrate can reduce the active Si layer and form a dielectric-isolated high-performance Si element. In addition, the silicon oxide film can be selectively removed with dilute hydrofluoric acid or the like, and can be used for manufacturing a MEMS having a movable part. In general, an SOI substrate is manufactured by thermally oxidizing at least one of a pair of Si substrates and thermocompression bonding the pair of Si substrates through a silicon oxide film.
携帯電話等の高周波(RF)部品に対する小型化、高性能化の要求に応えるため、MEMS技術を用いたRF信号切り替えスイッチの研究、開発が盛んに行われている。MEMSスイッチは機械的なスイッチであって、寄生容量を小さくでき、半導体素子を用いたスイッチに比べ、損失が少なく、絶縁性が高く、信号に対する歪み特性がよい。 In order to meet the demand for miniaturization and high performance of radio frequency (RF) parts such as cellular phones, research and development of RF signal change-over switches using MEMS technology have been actively conducted. The MEMS switch is a mechanical switch, can reduce parasitic capacitance, has less loss, has higher insulation, and has better signal distortion characteristics than a switch using a semiconductor element.
SOI基板の活性シリコン層をカンチレバー形状にパターニングし、カンチレバー下方のBOX膜をエッチング除去して、可動カンチレバーを形成することができる。カンチレバー上に可動電極、その上方に延在する固定電極を形成し、カンチレバーを上方に変形可能とすればスイッチを形成することができる。カンチレバーを上方に変形する手段としては、圧電部材を用いる方法、静電駆動電極を用いる方法等が知られている。 A movable cantilever can be formed by patterning the active silicon layer of the SOI substrate into a cantilever shape and etching away the BOX film below the cantilever. A switch can be formed by forming a movable electrode on the cantilever and a fixed electrode extending above the movable electrode and making the cantilever deformable upward. As means for deforming the cantilever upward, a method using a piezoelectric member, a method using an electrostatic drive electrode, and the like are known.
特開2006−261515号は、カンチレバーの先端に可動コンタクト電極を形成し、両側の固定部から可動コンタクト電極上方に延在する1対の固定コンタクト電極を形成してスイッチを形成すると共に、カンチレバーの根元部から中間位置までの領域に、1対の駆動電極に挟まれた圧電材料層を含む圧電駆動部を形成し、圧電駆動部の周囲のカンチレバー(活性Si層)に溝部を形成することを提案する。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-261515 forms a switch by forming a movable contact electrode at the tip of a cantilever, and forming a pair of fixed contact electrodes extending from the fixed portions on both sides above the movable contact electrode. Forming a piezoelectric drive unit including a piezoelectric material layer sandwiched between a pair of drive electrodes in a region from the base to the intermediate position, and forming a groove in a cantilever (active Si layer) around the piezoelectric drive unit suggest.
固定コンタクト電極は、下部に空隙を有する構造であり、下方の可動コンタクト電極と対向する。同様の構造で対向電極間に電圧を印加すると静電引力により駆動力を得ることができる。 The fixed contact electrode has a structure having a gap in the lower part and faces the lower movable contact electrode. When a voltage is applied between the opposing electrodes with the same structure, a driving force can be obtained by electrostatic attraction.
対向する電極により静電駆動構造を形成し、静電駆動によりカンチレバーを駆動する構造が知られている。例えば、カンチレバーの上に形成した可動接点とそれを跨ぐように形成したブリッジ状の固定電極でRF−MEMSスイッチを形成できる。 A structure in which an electrostatic drive structure is formed by opposing electrodes and a cantilever is driven by electrostatic drive is known. For example, an RF-MEMS switch can be formed by a movable contact formed on a cantilever and a bridge-shaped fixed electrode formed so as to straddle the movable contact.
特開2007−196303号は、カンチレバー先端にスイッチ用可動電極、カンチレバーの中間部に可動静電駆動電極を設け、スイッチ用可動電極上方に1対の固定スイッチ電極、可動静電駆動電極上方にブリッジ状固定静電駆動電極を形成し、対向する静電駆動電極に適当な駆動電圧を与えると、可動静電駆動電極とブリッジ状固定静電駆動電極との間に発生する静電引力により、カンチレバーが上方に引き寄せられ、1対の固定スイッチ電極間をスイッチ用可動電極が閉じ、駆動電圧を切ると、弾性によりカンチレバーが元の状態に戻り、接点が離れた状態に戻る、マイクロスイッチを開示している。以下、公報の図面を復元して説明する。 Japanese Patent Laid-Open No. 2007-196303 provides a movable electrode for a switch at the tip of a cantilever, a movable electrostatic drive electrode at the middle of the cantilever, a pair of fixed switch electrodes above the movable electrode for switches, and a bridge above the movable electrostatic drive electrode When a suitable fixed drive voltage is applied to the opposing electrostatic drive electrode, a cantilever is formed by the electrostatic attraction generated between the movable electrostatic drive electrode and the bridge-like fixed electrostatic drive electrode. Discloses a microswitch in which the cantilever returns to its original state and the contact point returns to its original state by elasticity when the switch movable electrode is closed between a pair of fixed switch electrodes and the drive voltage is turned off. ing. Hereinafter, the drawings of the publication will be restored and described.
図12AはSOI基板の表面に下部電極を形成した状態を示す平面図、図12Bは下部電極上方にオーバーハングする上部電極構造を形成した状態を示す平面図であり、図12Cは図12BのZC−ZC線に沿う断面図である。図示の都合上、図12Cは左右が反転している。 12A is a plan view showing a state in which a lower electrode is formed on the surface of the SOI substrate, FIG. 12B is a plan view showing a state in which an upper electrode structure overhanging the lower electrode is formed, and FIG. 12C is a ZC in FIG. 12B. It is sectional drawing which follows the -ZC line. For convenience of illustration, the left and right sides of FIG. 12C are reversed.
図12Cに示すように、SOI基板は、支持シリコン基板SS上にボンディング酸化(酸化シリコン)膜BOXを介して活性シリコン層ALを結合した構造を有する。活性シリコン層ALは、1000Ω・cm以上の高い抵抗率を有する。活性シリコン層ALの厚さは例えば5μm〜20μm、ボンディング酸化膜BOXの厚さは例えば2μm〜4μmである。支持シリコン基板SSの厚さは400μm〜600μmで供給される。支持シリコン基板SSは物理的支持を与えるための部材であり、必要に応じて、支持シリコン基板SSを薄く加工する。 As shown in FIG. 12C, the SOI substrate has a structure in which an active silicon layer AL is coupled to a support silicon substrate SS via a bonding oxide (silicon oxide) film BOX. The active silicon layer AL has a high resistivity of 1000 Ω · cm or more. The thickness of the active silicon layer AL is, for example, 5 μm to 20 μm, and the thickness of the bonding oxide film BOX is, for example, 2 μm to 4 μm. The supporting silicon substrate SS is supplied with a thickness of 400 μm to 600 μm. The supporting silicon substrate SS is a member for providing physical support, and the supporting silicon substrate SS is thinly processed as necessary.
図12Aに示すように、活性シリコン層AL上に可動コンタクト電極MCE、可動駆動電極MDEを含む下部電極が形成される。活性シリコン層ALを貫通するスリットSによって片持ち梁(カンチレバー)CLの可動部が画定される。この状態では、可動部下部のボンディング酸化膜BOXは、未だ除去されていない。 As shown in FIG. 12A, the lower electrode including the movable contact electrode MCE and the movable drive electrode MDE is formed on the active silicon layer AL. A movable portion of a cantilever beam (cantilever) CL is defined by a slit S penetrating the active silicon layer AL. In this state, the bonding oxide film BOX below the movable portion has not been removed yet.
なお、スリットSの幅は例えば1.5μm〜2.5μm、カンチレバーCLの長さは例えば700μm〜1000μmである。カンチレバーCLの先端部および中間部が幅広にパターニングされ、それぞれの上に可動コンタクト電極MCE、可動駆動電極MDEが形成されている。カンチレバー先端の幅は、100μm〜200μmである。可動駆動電極MDEは、図中下方に引き出されて接続領域を画定している。これらの可動電極MCE,MDEは、例えば厚さ50nmのCr層と厚さ500nmのAu層の積層で形成する。電極のパターニングはレジストパターンを用いたリフトオフまたはエッチング(ミリング)で行える。 The width of the slit S is, for example, 1.5 μm to 2.5 μm, and the length of the cantilever CL is, for example, 700 μm to 1000 μm. The tip and middle portions of the cantilever CL are patterned broadly, and the movable contact electrode MCE and the movable drive electrode MDE are formed thereon. The width of the tip of the cantilever is 100 μm to 200 μm. The movable drive electrode MDE is drawn downward in the figure to define a connection region. These movable electrodes MCE and MDE are formed by stacking, for example, a Cr layer having a thickness of 50 nm and an Au layer having a thickness of 500 nm. The electrode can be patterned by lift-off or etching (milling) using a resist pattern.
上部電極構造は、可動部外側の固定部に支持され、可動部の下部電極上方に延在する形状を有する固定電極である。スリットS形成後、可動電極を覆って活性シリコン層AL上に犠牲膜を形成し、犠牲膜をパターニングして、メッキ底面構造を形成する。メッキ底面構造の上にメッキ下地膜を形成し、その上にレジストパターンを形成し、メッキ層を形成する領域を画定した後、露出しているメッキ下地膜上に電解メッキを行う。メッキ底面構造、レジストパターンによって画定された固定電極が形成される。なお、犠牲膜は例えば酸化シリコン膜で形成できる。メッキ下地膜は例えば厚さ50nmのCr膜、と厚さ500nmのAu層の積層で形成する。メッキ層は例えば金を電解メッキする。 The upper electrode structure is a fixed electrode that is supported by a fixed part outside the movable part and has a shape extending above the lower electrode of the movable part. After the slit S is formed, a sacrificial film is formed on the active silicon layer AL so as to cover the movable electrode, and the sacrificial film is patterned to form a plated bottom structure. A plating base film is formed on the plating bottom structure, a resist pattern is formed thereon, a region for forming the plating layer is defined, and then the exposed plating base film is subjected to electrolytic plating. A fixed electrode defined by the plated bottom structure and the resist pattern is formed. The sacrificial film can be formed of a silicon oxide film, for example. The plating base film is formed by stacking, for example, a Cr film having a thickness of 50 nm and an Au layer having a thickness of 500 nm. The plating layer is, for example, electrolytically plated with gold.
メッキ終了後、レジストパターンを除去し、露出したメッキ下地膜を除去し、犠牲膜を除去する。犠牲膜除去により露出するメッキ下地Cr膜をさらに除去する。カンチレバー下のボンディング酸化膜BOXをエッチング除去する。 After plating, the resist pattern is removed, the exposed plating base film is removed, and the sacrificial film is removed. The plating base Cr film exposed by the sacrificial film removal is further removed. The bonding oxide film BOX under the cantilever is removed by etching.
図12Bに示すように、可動コンタクト電極MCE上方に張出す1対の固定コンタクト電極FCE,可動駆動電極MDE上方にブリッジ型の固定駆動電極FDEが形成される。1対の固定コンタクト電極FCEは高周波RF信号線路に接続され、高周波信号をON/OFFする高周波スイッチを構成する。 As shown in FIG. 12B, a pair of fixed contact electrodes FCE extending above the movable contact electrode MCE and a bridge type fixed drive electrode FDE are formed above the movable drive electrode MDE. The pair of fixed contact electrodes FCE is connected to a high frequency RF signal line, and constitutes a high frequency switch for turning on / off the high frequency signal.
図12Cは、図12BにおけるZC−ZC線に沿う断面を示し、可動電極と固定電極の離隔対向関係を示している。固定駆動電極FDEを例えば接地し、可動駆動電極MDEに所定電位を与えると、静電引力が生じ、カンチレバーCLが上方に変位する。カンチレバーCLと共に、可動コンタクト電極MCEも上方に変位し、1対の固定コンタクト電極FCE間を接続する。 FIG. 12C shows a cross section taken along the line ZC-ZC in FIG. 12B, and shows a spaced-apart relationship between the movable electrode and the fixed electrode. For example, when the fixed drive electrode FDE is grounded and a predetermined potential is applied to the movable drive electrode MDE, an electrostatic attractive force is generated, and the cantilever CL is displaced upward. Along with the cantilever CL, the movable contact electrode MCE is displaced upward to connect the pair of fixed contact electrodes FCE.
なお、可動部が支持部に張り付いてしまうスティッキング現象も知られている。特開2007−196303号は、片持ち梁構造のスティッキング現象を回避するため、当初はスリットを分断して片持ち梁の複数個所を固定部に接続する支持梁(サポートビーム)を残した形状とし、BOX膜除去工程中のカンチレバーCLを支持し、その後、SF6ガスを用いた反応性イオンエッチング(RIE)で支持梁を除去することを提案する。支持梁は、0.3μm〜50μmの幅を有する。 A sticking phenomenon in which the movable part sticks to the support part is also known. In order to avoid the sticking phenomenon of the cantilever structure, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-196303 initially has a shape that leaves a support beam (support beam) that divides the slit and connects a plurality of portions of the cantilever beam to a fixed portion. It is proposed to support the cantilever CL during the BOX film removal process and then remove the support beam by reactive ion etching (RIE) using SF 6 gas. The support beam has a width of 0.3 μm to 50 μm.
上述の構造においては、高周波可動電極FCEと所定電位を与えられる駆動電極MDE、接地電極FDEとが、活性シリコン層AL上に配置されている。活性シリコン層ALが高抵抗率であっても、高周波電極FCEと駆動電極FDE,MDE間に多少なりともクロストークないしリークが生じる。 In the structure described above, the high-frequency movable electrode FCE, the drive electrode MDE to which a predetermined potential is applied, and the ground electrode FDE are disposed on the active silicon layer AL. Even if the active silicon layer AL has a high resistivity, crosstalk or leakage occurs between the high frequency electrode FCE and the drive electrodes FDE and MDE.
カンチレバーを利用したマイクロスイッチに新たな構造を採用しようと試みたところ、新たな問題が生じた。SOI基板を用い、電極領域を分離するスリットを活性Si層に形成し、その後メッキ用の犠牲膜を堆積してスリットを埋め戻そうとすると、スリットの合流部は犠牲膜で塞がれにくく、その後の工程で支障を生じる。 Attempts to adopt a new structure for the microswitch using the cantilever created a new problem. When an SOI substrate is used and a slit for separating the electrode region is formed in the active Si layer, and then a sacrificial film for plating is deposited and the slit is backfilled, the confluence portion of the slit is not easily blocked by the sacrificial film, Problems occur in subsequent processes.
1実施例によれば、MEMSスイッチの製造方法は、
支持Si基板上に活性Si層がボンディング酸化膜を介して結合されたSOI基板の活性Si層内にカンチレバー領域および前記カンチレバー領域に隣接し、電極を支持する電極支持領域を画定し、
前記カンチレバー領域において前記活性Si層を貫通する複数の貫通孔を形成し、
前記貫通孔を介して、前記カンチレバー領域下の前記ボンディング酸化膜をエッチング除去して、キャビティを形成し、
前記カンチレバー領域上に可動電極を形成し、
前記カンチレバー領域および前記電極支持領域を画定するスリットパターンで、複数のスリットが合流する位置においては、スリット間を分離する前記活性Si層の分離壁を残して、前記活性Si層を貫通してスリットを形成し、
前記スリットを埋め込んで前記活性Si層上に犠牲膜を形成し、
前記犠牲膜を選択的にエッチングし、前記電極支持領域の一部を露出する立体電極の底面構造をパターニングし、
前記パターニングした犠牲膜上、露出した前記電極支持領域上にメッキ下地層を形成し、
前記メッキ下地層上に立体電極の平面形状を規定するレジストパターンを形成し、
前記メッキ下地層上に電解メッキを行って、前記電極支持領域に支持され、前記可動電極上方にオーバーハングする部分を有する固定電極を形成し、
前記レジストパターン、前記犠牲膜を除去し、
不要な前記活性Si層の前記分離壁を除去する。
According to one embodiment, a method for manufacturing a MEMS switch includes:
An active Si layer is bonded to the supporting Si substrate through a bonding oxide film, and a cantilever region and an electrode supporting region for supporting the electrode are defined in the active Si layer of the SOI substrate adjacent to the cantilever region;
Forming a plurality of through holes penetrating the active Si layer in the cantilever region;
Etching away the bonding oxide film under the cantilever region through the through hole to form a cavity,
Forming a movable electrode on the cantilever region;
In the slit pattern that defines the cantilever region and the electrode support region, the slit penetrates through the active Si layer leaving a separation wall of the active Si layer separating the slits at a position where a plurality of slits meet. Form the
A sacrificial film is formed on the active Si layer by filling the slit,
Selectively etching the sacrificial film, patterning a bottom structure of the three-dimensional electrode exposing a part of the electrode support region,
Forming a plating underlayer on the patterned sacrificial film and on the exposed electrode support region;
Forming a resist pattern defining the planar shape of the three-dimensional electrode on the plating base layer;
Electrolytic plating is performed on the plating base layer to form a fixed electrode supported by the electrode support region and having a portion overhanging the movable electrode,
Removing the resist pattern and the sacrificial film;
The separation wall of the unnecessary active Si layer is removed.
スリット合流部に分離壁を残して、スリットを形成し、犠牲膜を形成することにより、犠牲膜でスリットを確実に塞ぐことが可能になる。不要な分離壁を除去して所望の構成を得ることができる。 By forming the slit and forming the sacrificial film while leaving the separation wall at the slit joining portion, it is possible to reliably close the slit with the sacrificial film. Unnecessary separation walls can be removed to obtain a desired configuration.
図1Aは、本発明者らが検討した、新たな構成のマイクロスイッチを概略的に示す平面図である。カンチレバーCLは、基本的に横長であり、横方向両端の2本の可撓性ビームFBで支持される。動作の安定性を増加できることが期待される。 FIG. 1A is a plan view schematically showing a microswitch with a new configuration studied by the present inventors. The cantilever CL is basically horizontally long and is supported by two flexible beams FB at both lateral ends. It is expected that the stability of operation can be increased.
カンチレバーCL上に、駆動電極とスイッチ電極が横方向に並び、基本的に同一量変位する。変位量の増幅作用は得られないが、動作の安定性は増加することが期待される。マイクロスイッチは、単一の可動接点MCEと単一の固定接点FCEとが接触、離隔する構造である。接点数の減少により、故障発生率の減少が期待される。 On the cantilever CL, the drive electrode and the switch electrode are arranged in the horizontal direction and are basically displaced by the same amount. The displacement amplification effect cannot be obtained, but the stability of the operation is expected to increase. The micro switch has a structure in which a single movable contact MCE and a single fixed contact FCE are in contact with and separated from each other. A decrease in the failure rate is expected due to the decrease in the number of contacts.
図1Aに示すマイクロスイッチにおいては、斜線部のボンディング酸化膜BOXを除去する為に、図1Bに示すように、カンチレバー領域の活性半導体(Si)層に、貫通孔THを分布形成し、ボンディング酸化膜を予めエッチング除去しておく。貫通孔THを分布形成することにより、カンチレバー下のBOX膜を除去するためのサイドエッチング量が減少し、カンチレバー領域以外でのボンディング酸化膜BOXのサイドエッチング量を抑制できる。長時間希弗酸などによるエッチングを行なうと、電極剥離等の事故が生じ得るが、エッチング時間を短縮することにより、このような事故発生確率を抑制できる。活性Si層の利用可能領域の増大も期待される。 In the microswitch shown in FIG. 1A, in order to remove the bonding oxide film BOX in the hatched portion, as shown in FIG. 1B, through holes TH are distributedly formed in the active semiconductor (Si) layer in the cantilever region, and bonding oxidation is performed. The film is removed in advance by etching. By forming the through holes TH in a distributed manner, the amount of side etching for removing the BOX film under the cantilever is reduced, and the side etching amount of the bonding oxide film BOX outside the cantilever region can be suppressed. If etching with dilute hydrofluoric acid or the like is performed for a long time, an accident such as electrode peeling may occur, but the probability of occurrence of such an accident can be suppressed by shortening the etching time. An increase in the available area of the active Si layer is also expected.
カンチレバーを形成すると共に、各メッキ電極を支持する領域(メッキ電極領域と呼ぶ)を周囲の活性半導体層から電気的に分離するスリットSを、活性半導体(Si)層を貫通して形成する。各電極間の電気的分離が向上し、RF信号のリークが減少することが期待される。なお、各メッキ電極領域を囲むようにスリットSを形成すると、スリットSの合流部Jが発生する。 In addition to forming a cantilever, a slit S that electrically separates a region supporting each plating electrode (referred to as a plating electrode region) from the surrounding active semiconductor layer is formed through the active semiconductor (Si) layer. It is expected that the electrical separation between the electrodes is improved and the leakage of the RF signal is reduced. In addition, when the slit S is formed so as to surround each plating electrode region, a joining portion J of the slit S is generated.
まず、上記着想に基づき、本発明者らが行なった予備的実験に沿って説明する。図2Aに示すように、SOIチップ内の平面配置を設定する。図1Aに示すような機能素子を実現する為、カンチレバー領域CL及び他の電極領域を画定するスリットS、合流部Jの位置を決める。SOI基板は、例えば抵抗率1000Ωcm以上、厚さ15μmの(100)Si層が、厚さ4μmの熱酸化膜を介して、厚さ300μm〜600μm、例えば525μm、のSi支持基板上に結合されたものである。SOIチップの寸法は、例えば500〜800μm×600〜900μm程度、カンチレバーの矩形領域の寸法は、例えば120μm×450μm程度、矩形短辺を延長した可撓ビームの寸法は40μm×120μm程度である。 First, a description will be given along preliminary experiments conducted by the present inventors based on the above idea. As shown in FIG. 2A, a planar arrangement in the SOI chip is set. In order to realize the functional element as shown in FIG. 1A, the positions of the slit S and the junction J that define the cantilever region CL and other electrode regions are determined. In the SOI substrate, for example, a (100) Si layer having a resistivity of 1000 Ωcm or more and a thickness of 15 μm is bonded to a Si support substrate having a thickness of 300 μm to 600 μm, for example, 525 μm, via a thermal oxide film having a thickness of 4 μm. Is. The dimension of the SOI chip is, for example, about 500 to 800 μm × 600 to 900 μm, the dimension of the rectangular region of the cantilever is, for example, about 120 μm × 450 μm, and the dimension of the flexible beam extending the short side of the rectangle is about 40 μm × 120 μm.
図2Bに示すように、カンチレバー領域CLのボンディング酸化膜BOXを除去する為、カンチレバー領域CL内に分布した開口を有するレジストパターンPR1を形成し、開口内の活性Si層ALをエッチングして貫通孔THを形成する。各開口は例えば約2μm×約6μmの寸法を有する。エッチングは例えばSF6をエッチングガス、C4F8を堆積ガスとするdeep RIE(深堀り反応性イオンエッチング)(ボッシュプロセス)によって行う。 As shown in FIG. 2B, in order to remove the bonding oxide film BOX in the cantilever region CL, a resist pattern PR1 having openings distributed in the cantilever region CL is formed, and the active Si layer AL in the opening is etched to form a through hole. Form TH. Each opening has a size of about 2 μm × about 6 μm, for example. Etching is performed, for example, by deep RIE (deep reactive ion etching) (Bosch process) using SF 6 as an etching gas and C 4 F 8 as a deposition gas.
開口内に露出したボンディング酸化膜BOXを例えばバッファード弗酸でエッチングする。開口間の距離により、必要なサイドエッチング量が求まる。カンチレバー領域CLのボンディング酸化膜BOXが除去され、カンチレバー領域CLの活性半導体(Si)層ALと支持基板SSとの間に空隙(キャビティ)CVが形成される。キャビティCVに隣接する固定部においても、例えばスリット位置から幅20μm程度のボンディング酸化膜BOXが除去される。 The bonding oxide film BOX exposed in the opening is etched with, for example, buffered hydrofluoric acid. The required side etching amount is determined by the distance between the openings. The bonding oxide film BOX in the cantilever region CL is removed, and a void (cavity) CV is formed between the active semiconductor (Si) layer AL and the support substrate SS in the cantilever region CL. Also in the fixing part adjacent to the cavity CV, for example, the bonding oxide film BOX having a width of about 20 μm is removed from the slit position.
その後、レジストパターンを除去し、図2Cに示すように、下部電極層LEを堆積し、下部電極層LE上にレジストパターンPR2を形成し、露出部の下部電極層LEをエッチングしてパタ−ニングを行なう。下部電極LEは、例えば厚さ50nmのCr層と厚さ500nmのAu層とをスパッタリングで積層して形成する。開口内への下部電極層の形成はできなくても、各開口の面積は狭く、開口の周囲でパターニングした電極層は連続し、問題は生じない。その後レジストパターンPR2は除去する。以下、活性Si層AL,下部電極層LE中の開口THは図示を省略する。 Thereafter, the resist pattern is removed, and as shown in FIG. 2C, a lower electrode layer LE is deposited, a resist pattern PR2 is formed on the lower electrode layer LE, and the exposed lower electrode layer LE is etched to be patterned. To do. The lower electrode LE is formed by, for example, laminating a Cr layer having a thickness of 50 nm and an Au layer having a thickness of 500 nm by sputtering. Even if the lower electrode layer cannot be formed in the opening, the area of each opening is narrow, and the electrode layer patterned around the opening is continuous, and no problem occurs. Thereafter, the resist pattern PR2 is removed. Hereinafter, the opening TH in the active Si layer AL and the lower electrode layer LE is not shown.
図3Aは、下部電極層をパターニングした状態の上面図である。図3B,3Cの断面図の位置を一点破線で示す。カンチレバーCL領域の図中上部にスイッチ用の可動コンタクト電極MCE,図中中間部から下部に可動駆動電極MDEが形成される。両電極ともカンチレバー領域CLの可撓性ビームFBを通り、外部の固定部に延在する。可動駆動電極MDEと対向する固定駆動電極FDE領域にも下部電極を形成する。スリットSの位置を破線で示す。 FIG. 3A is a top view of a state in which the lower electrode layer is patterned. The positions of the cross-sectional views of FIGS. 3B and 3C are indicated by a one-dot broken line. A movable contact electrode MCE for switching is formed in the upper part of the cantilever CL region in the figure, and a movable drive electrode MDE is formed in the lower part from the middle part in the figure. Both electrodes pass through the flexible beam FB in the cantilever region CL and extend to the external fixing portion. A lower electrode is also formed in the fixed drive electrode FDE region facing the movable drive electrode MDE. The position of the slit S is indicated by a broken line.
図3Bに示すように、スリットS形成領域に開口を有するレジストパターンPR3を形成し、開口内に露出した活性Si層ALをエッチングして活性Si層ALを貫通するスリットSを形成する。スリット幅は、例えば約2μmである。エッチングは例えばSF6をエッチングガス、C4F8を堆積ガスとするdeep RIEによって行う。カンチレバーCLの活性Si層AL下のボンディング酸化膜BOXは既に除去されている。カンチレバーCLが可撓性ビームFBの可撓性により、上下変位可能になる。その後、レジストパターンPR3を除去する。 As shown in FIG. 3B, a resist pattern PR3 having an opening in the slit S formation region is formed, and the active Si layer AL exposed in the opening is etched to form a slit S penetrating the active Si layer AL. The slit width is about 2 μm, for example. Etching is performed, for example, by deep RIE using SF 6 as an etching gas and C 4 F 8 as a deposition gas. The bonding oxide film BOX under the active Si layer AL of the cantilever CL has already been removed. The cantilever CL can be displaced vertically by the flexibility of the flexible beam FB. Thereafter, the resist pattern PR3 is removed.
固定電極は、固定部に支持され、スリットS上方を横断し、下部電極上方にオーバーハングする部分を有する。従って、固定電極形成前に下部電極、スリットを形成しておく必要がある。カンチレバーCLの活性Si層AL下方にキャビティCVを形成し、カンチレバーCLの周囲のスリットSを形成した後、スリットS上方を横断する固定電極を形成するため、一旦スリットSを塞ぐことが好ましい。 The fixed electrode is supported by the fixed portion, has a portion that crosses over the slit S and overhangs above the lower electrode. Therefore, it is necessary to form the lower electrode and the slit before forming the fixed electrode. After forming the cavity CV below the active Si layer AL of the cantilever CL and forming the slit S around the cantilever CL, it is preferable to temporarily close the slit S in order to form a fixed electrode crossing the slit S.
図3Cに示すように、活性Si層AL上に犠牲膜SFを化学気相堆積(CVD)で堆積する。スリットSにおいても側壁に堆積した膜が次第に張り出し、やがてスリットSは塞がれる。例えば、テトラエトキシシラン(TEOS)をSiソースガスとし、酸化シリコン膜をプラズマCVDで厚さ約4μm堆積する。 As shown in FIG. 3C, a sacrificial film SF is deposited on the active Si layer AL by chemical vapor deposition (CVD). Also in the slit S, the film deposited on the side wall gradually protrudes, and eventually the slit S is closed. For example, tetraethoxysilane (TEOS) is used as a Si source gas, and a silicon oxide film is deposited to a thickness of about 4 μm by plasma CVD.
図4DはスリットSへの犠牲膜SFの堆積を示す概略断面図である。犠牲膜SFは活性Si層AL表面上に堆積するのみでなく、活性Si層ALに形成したスリットSの側壁上にも堆積する。ここで、スリットSの側壁上に堆積する犠牲膜の厚さに着目すると、上部においては上面上と同等程度に厚く堆積するが、下方に向かうに従って堆積膜厚は薄くなる。 FIG. 4D is a schematic cross-sectional view showing the deposition of the sacrificial film SF in the slit S. The sacrificial film SF is deposited not only on the surface of the active Si layer AL but also on the side wall of the slit S formed in the active Si layer AL. Here, paying attention to the thickness of the sacrificial film deposited on the side wall of the slit S, the upper part is deposited as thick as the upper surface, but the deposited film thickness becomes thinner toward the lower side.
図4Aは、スリットの合流部Jの平面図である。図中横方向に直線状のスリットS1が形成され、図中下方から垂直に上昇し、合流部JにおいてスリットS1に合流するスリットS2がある。この合流部Jにおける犠牲膜SFの堆積状態を説明する。 FIG. 4A is a plan view of the junction J of the slit. A linear slit S1 is formed in the horizontal direction in the figure, and there is a slit S2 that rises vertically from below in the figure and merges with the slit S1 at the junction J. The state of deposition of the sacrificial film SF at the junction J will be described.
図4Bに示すように、犠牲膜SFは活性Si層AL上面に堆積すると共に、スリットSにおいては、側壁上にも堆積し、スリットSの両側から次第にスリットを塞ぐように堆積する。但し、スリットS1,S2の合流部Jにおいては、対向する側壁がない領域があり、塞がれにくい。 As shown in FIG. 4B, the sacrificial film SF is deposited on the upper surface of the active Si layer AL, and is also deposited on the sidewalls in the slit S so as to gradually close the slit from both sides of the slit S. However, at the junction J of the slits S1 and S2, there is a region where there are no opposing side walls, and it is difficult to block.
図4Cに示すように、合流部J以外ではスリットSの両側から成長する犠牲膜が互いに接し、連続する犠牲膜が成長するようになっても、合流部Jにおいては開口APが残る。さらに犠牲膜SFを堆積することにより、開口APは次第に小さくなり、やがて消滅する。 As shown in FIG. 4C, the sacrificial films grown from both sides of the slit S are in contact with each other except for the merged portion J, and an opening AP remains in the merged portion J even if a continuous sacrificial film grows. Further, by depositing the sacrificial film SF, the opening AP gradually becomes smaller and disappears soon.
図4Eは、両側から成長した犠牲膜SFが互いに接し、さらに成長していく状態を示す断面図である。犠牲膜SFは、エッチングでパターニングし、メッキ用の型を作るための層として機能する。開口APが消滅した後も成膜を続けることで十分な厚さの犠牲膜を成長する。 FIG. 4E is a cross-sectional view showing a state where the sacrificial films SF grown from both sides are in contact with each other and grow further. The sacrificial film SF is patterned by etching and functions as a layer for making a plating mold. A sacrificial film having a sufficient thickness is grown by continuing the film formation even after the opening AP disappears.
開口APが残っている状態や、開口APは消滅したが開口のあった箇所の犠牲膜の厚さが不十分な状態で、犠牲膜SFの堆積を終了させると、続いて行われるエッチング工程で開口APがスリット下部の空隙と外部とを連絡することになる。特に、カンチレバーCLに接する位置の合流部Jでは外部空間と活性Si層AL下方のキャビティCVを狭い開口APが接続してしまうような形態が生じうる。 When the deposition of the sacrificial film SF is completed in a state where the opening AP remains, or in a state where the thickness of the sacrificial film where the opening AP disappeared but the opening is present, the etching process performed subsequently is performed. The opening AP connects the gap below the slit and the outside. In particular, a form in which the narrow opening AP connects the external space and the cavity CV below the active Si layer AL may occur at the junction J at a position in contact with the cantilever CL.
このような状態でフォトリソグラフィ工程を行うと、開口からスリットSやキャビティCV内部にレジストが入り込む。スリットやキャビティに入り込んだレジストは、除去できず最後まで残ってしまうこともある。デバイス動作不良の原因となる。そのため、スリットの犠牲膜による封止を完全に行うため、犠牲膜の膜厚を厚く設計していた。犠牲膜を厚くすると、膜応力により、ウエハが反り、露光において焦点深度不足となり、不具合を生じることもあった。このようにスリットの合流部を形成すると、スリットを塞ぐ犠牲膜堆積に課題が生じる。 When the photolithography process is performed in such a state, the resist enters the slit S and the cavity CV from the opening. The resist that has entered the slit or cavity cannot be removed and may remain until the end. It may cause device malfunction. For this reason, the sacrificial film is designed to be thick in order to completely seal the slit with the sacrificial film. When the sacrificial film is thickened, the wafer is warped due to the film stress, resulting in insufficient depth of focus during exposure, which may cause problems. If the confluence portion of the slit is formed in this way, a problem arises in sacrificial film deposition that closes the slit.
図5Aは、改良されたスリットパターンを示す平面図である。主に、図1Aに示すスリットSと異なる点を説明する。図5AのスリットSにおいては、合流部Jにおけるスリット形状が変更されている。合流部Jにおいて、合流すべき2つのスリット間に分離壁を残す。 FIG. 5A is a plan view showing an improved slit pattern. The difference from the slit S shown in FIG. 1A will be mainly described. In the slit S of FIG. 5A, the slit shape in the junction part J is changed. In the junction part J, a separation wall is left between two slits to be joined.
図5Bに示すように、横方向のスリットS1に下側から縦方向のスリットS2が合流するとする。例えばスリットS1,S2は一定の幅wを有するとする。スリットS1をスリットS2で2つの部分に分割し、スリットS2から所定幅の分離壁PWを介して、両側にスリットS1を配置する。スリットS1もS2も一定の幅wを有し、当初は互いに分離され、合流しない。一定幅のスリットは、所定膜厚の犠牲膜の堆積により確実に塞ぐことができる。 As shown in FIG. 5B, it is assumed that the vertical slit S2 joins the horizontal slit S1 from the lower side. For example, it is assumed that the slits S1 and S2 have a certain width w. The slit S1 is divided into two parts by the slit S2, and the slits S1 are arranged on both sides of the slit S2 through the separation wall PW having a predetermined width. Both the slits S1 and S2 have a constant width w and are initially separated from each other and do not merge. A slit having a constant width can be reliably closed by depositing a sacrificial film having a predetermined thickness.
図5Aのスリットパターンを用いて、図3Bに示すスリットS形成のエッチング工程を行う。形成されるスリットSのパターンには、図5Aに示すように、2つ以上のスリットが直接接続される合流部はない。 Using the slit pattern of FIG. 5A, an etching process for forming the slit S shown in FIG. 3B is performed. In the pattern of the slits S to be formed, as shown in FIG. 5A, there is no junction where two or more slits are directly connected.
図3Cに示すように、活性Si層AL上に酸化シリコンの犠牲膜SFを化学気相堆積(CVD)で堆積する。例えば、テトラエトキシシラン(TEOS)をSiソースガスとし、酸化シリコン膜をプラズマCVDで厚さ約4μm堆積する。スリットSは2μmの一定幅を有するので、側壁に堆積した膜が次第に張り出し、スリットSは確実に塞がれる。谷形状の部分では、両側から成膜が進み、谷が埋め戻される。 As shown in FIG. 3C, a sacrificial film SF of silicon oxide is deposited on the active Si layer AL by chemical vapor deposition (CVD). For example, tetraethoxysilane (TEOS) is used as a Si source gas, and a silicon oxide film is deposited to a thickness of about 4 μm by plasma CVD. Since the slit S has a constant width of 2 μm, the film deposited on the side wall gradually protrudes and the slit S is reliably closed. In the valley-shaped portion, film formation proceeds from both sides, and the valley is backfilled.
その後、3枚のレジストマスクを用い、厚さ4μmの犠牲膜SFに対して、それぞれ深さ3μmのエッチング、深さ0.5μmのエッチング、深さ0.5μmのエッチングを選択的に行なう。3回のエッチングで計4μmのエッチングを受けた領域は、活性Si層ALが露出する。3μmと0.5μのエッチングで、深さ約3.5μmの孔が可動コンタクト電極MCE上方の犠牲膜SF中に形成され、固定コンタクト電極FCEの接点を画定する。3μmのエッチングで深さ約3.0μmの凹部が可動駆動電極MDE上方の犠牲膜SF中に形成され、固定駆動電極MDEのブリッジ部分を画定する。可動コンタクト電極MCEが固定コンタクト電極FCEの接点に接しても、駆動電極対MDE,FDEの間には約0.5μmのギャップが残る配置となる。メッキにより、可動電極上方に延在する部分を有する固定電極FCE,FDEを形成する。 Thereafter, using the three resist masks, a 3 μm deep etch, a 0.5 μm deep etch, and a 0.5 μm deep etch are selectively performed on the sacrificial film SF having a thickness of 4 μm. The active Si layer AL is exposed in a region that has been etched by a total of 4 μm by three etchings. By etching at 3 μm and 0.5 μm, a hole having a depth of about 3.5 μm is formed in the sacrificial film SF above the movable contact electrode MCE to define the contact of the fixed contact electrode FCE. A recess having a depth of about 3.0 μm is formed in the sacrificial film SF above the movable drive electrode MDE by etching of 3 μm, and defines a bridge portion of the fixed drive electrode MDE. Even when the movable contact electrode MCE is in contact with the contact of the fixed contact electrode FCE, a gap of about 0.5 μm remains between the drive electrode pair MDE and FDE. The fixed electrodes FCE and FDE having a portion extending above the movable electrode are formed by plating.
図6A,6Bに示すように、まず、犠牲膜SFを覆って、活性Si層AL全面上にシード層SDを形成する。例えば、厚さ50nmのMo層と厚さ500nmのAu層をスパッタリングで積層してシード層SDとする。シード層SD上に、メッキしない領域を覆うレジストパターンPR5を形成する。レジストパターンPR5の領域を図6A中斜線部で示す。電解メッキによりシード層SD上にAuメッキ層PLを、例えば厚さ15μm、形成する。その後、レジストパターンPR5を除去し、露出したシード層SDはArイオンを用いたミリングで除去し、露出した犠牲膜SFはバッファード弗酸等のエッチングで除去する。犠牲膜SF除去により露出したメッキ層PL下面のMo層はエッチングで除去する。図5A,6Aに示した、分離壁PWを備えたスリットSが露出する。 As shown in FIGS. 6A and 6B, first, a seed layer SD is formed over the entire surface of the active Si layer AL so as to cover the sacrificial film SF. For example, a Mo layer having a thickness of 50 nm and an Au layer having a thickness of 500 nm are stacked by sputtering to form the seed layer SD. A resist pattern PR5 is formed on the seed layer SD so as to cover a region not to be plated. The region of the resist pattern PR5 is indicated by the hatched portion in FIG. 6A. An Au plating layer PL is formed with a thickness of 15 μm, for example, on the seed layer SD by electrolytic plating. Thereafter, the resist pattern PR5 is removed, the exposed seed layer SD is removed by milling using Ar ions, and the exposed sacrificial film SF is removed by etching with buffered hydrofluoric acid or the like. The Mo layer on the lower surface of the plating layer PL exposed by removing the sacrificial film SF is removed by etching. The slit S provided with the separation wall PW shown in FIGS. 5A and 6A is exposed.
SF6ガスを用いたRIEにより、合流部Jにおいてスリット間を隔離してきた分離壁PWを除去する。分離壁PWが除去されることにより、合流すべきスリットが実際に合流する。このエッチングにより活性Si層AL全体もエッチング対象となるが、エッチング量に対して活性Si層ALの厚さは十分厚く、問題は生じない。 The separation wall PW that has separated the slits at the junction J is removed by RIE using SF 6 gas. By removing the separation wall PW, the slits to be merged actually merge. By this etching, the entire active Si layer AL is also subject to etching, but the thickness of the active Si layer AL is sufficiently thick with respect to the etching amount, and no problem occurs.
図7A、7B、7Cは得られる構造を示す。図7Aが平面図、図7BがB−B線に沿う断面図、図7CがB−C線に沿う断面図である。スリット間の分離壁PWが除去され、スリットが図1Aに示したような連続した形状となり、カンチレバーCLが上下に変位可能となる。固定コンタクト電極FCEの下方に可動コンタクト電極MCEが配置され、ブリッジ状固定駆動電極FDE下方に可動駆動電極MDEが配置される。駆動電極MDE,FDE間に静電引力が生じると、1対の可撓性ビームFBで支持されたカンチレバーCL先端が上方に変位し、可動電極MDE,MCEを同一高さ分上方に変位させる。可動コンタクト電極MCEが固定コンタクト電極FCEに当接すると、スイッチがオンになる。この時、可動駆動電極MDEは未だ固定駆動電極から離れた位置にある。 7A, 7B, 7C show the resulting structure. 7A is a plan view, FIG. 7B is a cross-sectional view taken along line B-B, and FIG. 7C is a cross-sectional view taken along line B-C. The separation wall PW between the slits is removed, the slits have a continuous shape as shown in FIG. 1A, and the cantilever CL can be displaced up and down. The movable contact electrode MCE is disposed below the fixed contact electrode FCE, and the movable drive electrode MDE is disposed below the bridge-shaped fixed drive electrode FDE. When an electrostatic attractive force is generated between the drive electrodes MDE and FDE, the tip of the cantilever CL supported by the pair of flexible beams FB is displaced upward, and the movable electrodes MDE and MCE are displaced upward by the same height. When the movable contact electrode MCE contacts the fixed contact electrode FCE, the switch is turned on. At this time, the movable drive electrode MDE is still at a position away from the fixed drive electrode.
高周波の通過する電極が形成されたメッキ電極領域は、(カンチレバー領域CLを除いて)周囲をスリットSで囲まれ、周囲から電気的に分離されている。従って、高周波信号のリークは抑制される。スリットSの合流部Jに分離壁PWを残した状態で、犠牲膜堆積、メッキ層形成を行い、犠牲膜除去後、等方性を強めたRIEにより、分離壁をエッチング除去することにより、キャビティ部における事故がほぼ消滅した。 The plated electrode region on which the high-frequency electrode is formed is surrounded by a slit S (except for the cantilever region CL) and is electrically separated from the periphery. Therefore, the leakage of the high frequency signal is suppressed. A sacrificial film is deposited and a plating layer is formed with the separation wall PW remaining at the junction J of the slit S. After the sacrificial film is removed, the separation wall is etched away by RIE with enhanced isotropicity, thereby removing the cavity. The accident in the department has almost disappeared.
なお、フォトリソグラフィ、エッチングの工程において、角部の丸め込みが生じることがある。スリットS1とS2を分離壁PWで分離した状態で形成した時、丸め込みが生じると分離壁PWの幅が一定でなくなる。 Note that corner rounding may occur in photolithography and etching processes. When the slits S1 and S2 are formed in a state where they are separated by the separation wall PW, if the rounding occurs, the width of the separation wall PW is not constant.
図8Aは、丸め込みが生じても影響を抑制できるスリットパターンを示す。横方向のスリットS1に縦方向のスリットS2を合流する場合、縦方向のスリットS2が横方向のスリットS1を突き抜けて逆側に突出するように配置し、縦方向のスリットS2と横方向のスリットS1との間に分離壁PWを配置する。言い換えれば、T形の合流部の代わりに、+形の合流部を設定するとも言えよう。 FIG. 8A shows a slit pattern that can suppress the influence even when rounding occurs. When the vertical slit S2 is merged with the horizontal slit S1, the vertical slit S2 penetrates the horizontal slit S1 and protrudes to the opposite side, and the vertical slit S2 and the horizontal slit are arranged. A separation wall PW is disposed between S1 and S1. In other words, it can be said that a + -shaped junction is set instead of the T-shaped junction.
図8Bは、リソグラフィ、エッチングにおいて丸め込みが生じ、角部が丸められた形状を示す。スリットS2がスリットS1を突き抜けるように配置しているので、スリットS2の幅が狭い部分は主にスリットS1より上の部分に配置され、スリットS1の中心線上でスリットS2は本来の幅を有し、スリットS2とスリットS1の間の間隔も本来の値を保つ。 FIG. 8B shows a shape in which rounding occurs in lithography and etching, and corners are rounded. Since the slit S2 is disposed so as to penetrate the slit S1, the narrow portion of the slit S2 is mainly disposed above the slit S1, and the slit S2 has the original width on the center line of the slit S1. The interval between the slit S2 and the slit S1 also maintains the original value.
図8Cは、図8Bの形状のSi活性層にRIEによるエッチングを行ない、分離壁PWを除去した状態を示す。所定量のエッチングで分離壁PWは切断され、カンチレバー構造を実現することができる。 FIG. 8C shows a state where the Si active layer having the shape shown in FIG. 8B is etched by RIE to remove the separation wall PW. The separation wall PW is cut by a predetermined amount of etching, and a cantilever structure can be realized.
図8Dは、図8A,8Bの状態のスリットS2中心線上に沿う断面図である。スリットS1はキャビティCV周囲のスリットであり、ボンディング酸化膜BOXは既に除去されている。分離壁PWは、キャビティCV上方で、カンチレバーCLと周囲のSi活性層を接続するように残っている。 FIG. 8D is a cross-sectional view taken along the center line of the slit S2 in the state of FIGS. 8A and 8B. The slit S1 is a slit around the cavity CV, and the bonding oxide film BOX has already been removed. The separation wall PW remains above the cavity CV so as to connect the cantilever CL and the surrounding Si active layer.
図8Eは、図8Cに示すRIEエッチング後の断面図である。RIEにより所定幅の分離壁PWは消滅する。Siのエッチングにより、Si支持基板SSもエッチングされ、分離壁PWの下方に、影となってエッチング量の少なかった部分が凸部となって残る。 FIG. 8E is a cross-sectional view after the RIE etching shown in FIG. 8C. The separation wall PW having a predetermined width disappears by RIE. Due to the etching of Si, the Si support substrate SS is also etched, and a portion having a small etching amount remains as a projection below the separation wall PW.
なお、合流部に分離壁を残して、スリットの幅を一定に保つスリット形状は上述のものに限らない。 The slit shape that keeps the width of the slit constant while leaving the separation wall at the junction is not limited to the above.
図9は、分離壁PWを備えたスリット形状の他の例である。キャビティCV周囲のスリットS1は、合流点では分割せず、合流するスリットS2に分離壁PWを形成する。この場合、スリットS1のエッチング終了後は、カンチレバーCLが変位可能となってしまう。加工工程中はカンチレバーCLは固定されていることが好ましく、カンチレバーCLと周囲のSi活性層ALとの間を接続する支持ビームSBを形成する。支持ビームSBも分離壁PW除去のエッチングで除去される。 FIG. 9 shows another example of the slit shape provided with the separation wall PW. The slit S1 around the cavity CV is not divided at the joining point, and a separation wall PW is formed in the joining slit S2. In this case, the cantilever CL can be displaced after the etching of the slit S1 is completed. The cantilever CL is preferably fixed during the processing step, and a support beam SB is formed to connect the cantilever CL and the surrounding Si active layer AL. The support beam SB is also removed by the etching for removing the separation wall PW.
カンチレバーCLの変位自由度を確保する為、カンチレバーCL下方のボンディング酸化膜BOX除去は余裕をもって行なわれる。ボンディング酸化膜BOXを除去したキャビティCVは、例えば幅20μm程度外側の固定部に入り込む。メッキ層が圧縮応力を示すとSi活性層がSi支持基板から剥離することもある。電極支持領域のSi活性層をスリットSで完全に分離せず、スリットを介して対向する他のSi活性層領域に一部連続するようにすると剥離を抑制するのに有効である。 In order to secure the degree of freedom of displacement of the cantilever CL, the bonding oxide film BOX under the cantilever CL is removed with a margin. The cavity CV from which the bonding oxide film BOX has been removed enters, for example, a fixed portion on the outer side having a width of about 20 μm. When the plating layer exhibits compressive stress, the Si active layer may peel off from the Si support substrate. If the Si active layer in the electrode support region is not completely separated by the slit S and is partly continued to another Si active layer region facing through the slit, it is effective to suppress peeling.
図10は、スリットS1とスリットS2の合流部において、スリットS1の片側には上述の実施例同様の分離壁PWを形成し、逆側(対向する側)には分離壁PWより幅が広く、RIEで除去されない結合ビームTBを形成する形態を示す。例えば分離壁の幅は2μmとし、結合ビームTBの幅は5μmとする。2μm幅以上のエッチングで、分離壁PWは除去されてカンチレバーCLの変位自由度を確保した状態で、結合ビームTBは一部が残り、スリットで囲まれた電極支持領域を外側の固定領域に接続する。 FIG. 10 shows that a separation wall PW similar to the above-described embodiment is formed on one side of the slit S1 at the junction of the slit S1 and the slit S2, and the width on the opposite side (opposite side) is wider than the separation wall PW. The form which forms the combined beam TB which is not removed by RIE is shown. For example, the width of the separation wall is 2 μm, and the width of the combined beam TB is 5 μm. The separation wall PW is removed by etching with a width of 2 μm or more to secure the degree of freedom of displacement of the cantilever CL, and a part of the combined beam TB remains, and the electrode support region surrounded by the slit is connected to the outer fixed region. To do.
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、カンチレバーの形状は長方形の短辺に沿って2本の可撓性ビームFBが形成されたものに限らない。キャビティに隣接する電極領域を囲むように、活性Si層を貫通するスリットを形成する構造を有するものであれば、結合領域は有効であろう。 As mentioned above, although this invention was demonstrated along the Example, this invention is not limited to these. For example, the shape of the cantilever is not limited to one in which two flexible beams FB are formed along the short side of the rectangle. The coupling region may be effective if it has a structure that forms a slit that penetrates the active Si layer so as to surround the electrode region adjacent to the cavity.
図11は、変形例の1例を示す。スリットSが1本の可撓性ビームFBに支持された横長矩形のカンチレバーCLを画定し、斜線部にキャビティが形成される。カンチレバーCLの長さ方向に可動駆動電極MDEと可動コンタクト電極MCEが形成される。固定駆動電極FDEと固定コンタクト電極FCEのメッキ電極領域を取り囲むように、活性Si層を貫通するスリットSが形成される。スリットSの合流部に分離壁PWを残して犠牲膜堆積、メッキ、犠牲膜除去の工程を行ない、その後分離壁PW除去のエッチングを行う点は、上述の実施例同様である。 FIG. 11 shows an example of a modification. The slit S defines a horizontally long cantilever CL supported by one flexible beam FB, and a cavity is formed in the hatched portion. A movable drive electrode MDE and a movable contact electrode MCE are formed in the length direction of the cantilever CL. A slit S that penetrates the active Si layer is formed so as to surround the plating electrode regions of the fixed drive electrode FDE and the fixed contact electrode FCE. The sacrificial film deposition, plating, and sacrificial film removal steps are performed with the separation wall PW remaining at the junction of the slits S, and then the separation wall PW removal etching is performed in the same manner as in the above-described embodiment.
その他、例示した材料、数値は、制限的意味を有さない。種々の変形、置換、改良、組み合わせ等が可能なことは、当業者に自明であろう。 In addition, the exemplified materials and numerical values do not have a limiting meaning. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, substitutions, improvements, combinations, and the like can be made.
以下、実施例の特徴を付記する。
(付記1)
支持Si基板上に活性Si層がボンディング酸化膜を介して結合されたSOI基板と、
前記活性Si層を貫通する第1のスリットで画定され、可撓性ビームを介して固定部に支持されたカンチレバーと、
前記カンチレバーと前記支持Si基板との間のボンディング酸化膜を除去して形成され、前記カンチレバーを変位可能とするキャビティと、
前記カンチレバーから固定部に延在する可動電極と、
前記固定部に支持され、前記可動電極上方に固定接点を有する固定電極と、
前記固定電極の支持部を囲んで、前記活性Si層を貫通して形成され、前記第1のスリットと合流する第2のスリットと、
前記第1のスリット下方で、前記支持Si基板に形成された溝であって、前記合流部下方で突起を有する溝と、
を有するMEMSスイッチ。
(付記2)
前記第1のスリットに連続する前記第2のスリットを横断する結合ビームをさらに有する付記1に記載のMEMSスイッチ。
(付記3)
前記溝が前記合流部以外でも突起を有する付記1又は2に記載のMEMSスイッチ。
(付記4)
前記カンチレバーが、矩形領域と前記矩形の両短辺に沿って配置された可撓性ビームとを有する付記1〜3のいずれか1項に記載のMEMSスイッチ。
(付記5)
前記可動電極が可動接点電極と可動駆動電極とを含み、前記固定電極が固定接点電極と固定駆動電極とを含む付記1〜4のいずれか1項に記載のMEMSスイッチ。
(付記6)
支持Si基板上に活性Si層がボンディング酸化膜を介して結合されたSOI基板の活性Si層内にカンチレバー領域および前記カンチレバー領域に隣接し、電極を支持する電極支持領域を画定し、
前記カンチレバー領域において前記活性Si層を貫通する複数の貫通孔を形成し、
前記貫通孔を介して、前記カンチレバー領域下の前記ボンディング酸化膜をエッチング除去して、キャビティを形成し、
前記カンチレバー領域上に可動電極を形成し、
前記カンチレバー領域および前記電極支持領域を画定するスリットパターンで、複数のスリットが合流する位置においては、スリット間を分離する前記活性Si層の分離壁を残して、前記活性Si層を貫通してスリットを形成し、
前記スリットを埋め込んで前記活性Si層上に犠牲膜を形成し、
前記犠牲膜を選択的にエッチングし、前記電極支持領域の一部を露出する立体電極の底面構造をパターニングし、
前記パターニングした犠牲膜上、露出した前記電極支持領域上にメッキ下地層を形成し、
前記メッキ下地層上に立体電極の平面形状を規定するレジストパターンを形成し、
前記メッキ下地層上に電解メッキを行って、前記電極支持領域に支持され、前記可動電極上方にオーバーハングする部分を有する固定電極を形成し、
前記レジストパターン、前記犠牲膜を除去し、
不要な前記活性Si層の前記分離壁を除去する、
MEMSスイッチの製造方法。
(付記7)
前記分離壁を含んで画定されるスリットは一定の幅を有する付記6請求項1に記載のMEMSスイッチの製造方法。
(付記8)
前記複数のスリットが同一の幅を有する付記6又は7請求項1又は2に記載のMEMSスイッチの製造方法。
(付記9)
前記分離壁が、前記カンチレバー領域の前記活性Si層と、前記電極支持領域の前記活性Si層とを接続する形状を有する付記6〜8請求項1〜3のいずれか1項に記載のMEMSスイッチの製造方法。
(付記10)
前記分離壁が、第1の幅の分離壁と、前記第1の幅より大きな第2の幅の分離壁を含み、複数種類の幅を有し、前記カンチレバー領域の前記活性Si層と、前記電極支持領域の前記活性Si層とを接続する分離壁は前記第1の幅を有し、前記電極支持領域と前記カンチレバー領域以外の領域を接続する分離壁が前記第2の幅を有する付記9請求項4に記載のMEMSスイッチの製造方法。
(付記11)
前記スリットを形成する際、さらに、前記カンチレバー領域の前記活性Si層と、前記電極支持領域の前記活性Si層とを接続するサポートビームを残す付記6請求項1記載のMEMSスイッチの製造方法。
Hereinafter, the features of the examples will be added.
(Appendix 1)
An SOI substrate in which an active Si layer is bonded to a supporting Si substrate through a bonding oxide film;
A cantilever defined by a first slit penetrating the active Si layer and supported by a fixed part via a flexible beam;
A cavity that is formed by removing a bonding oxide film between the cantilever and the supporting Si substrate, and that can displace the cantilever;
A movable electrode extending from the cantilever to a fixed portion;
A fixed electrode supported by the fixed part and having a fixed contact above the movable electrode;
A second slit surrounding the support portion of the fixed electrode, penetrating the active Si layer, and joining the first slit;
A groove formed in the supporting Si substrate below the first slit, the groove having a protrusion below the joining portion;
MEMS switch having
(Appendix 2)
The MEMS switch according to
(Appendix 3)
The MEMS switch according to
(Appendix 4)
4. The MEMS switch according to any one of
(Appendix 5)
The MEMS switch according to any one of
(Appendix 6)
An active Si layer is bonded to the supporting Si substrate through a bonding oxide film, and a cantilever region and an electrode supporting region for supporting the electrode are defined in the active Si layer of the SOI substrate adjacent to the cantilever region;
Forming a plurality of through holes penetrating the active Si layer in the cantilever region;
Etching away the bonding oxide film under the cantilever region through the through hole to form a cavity,
Forming a movable electrode on the cantilever region;
In the slit pattern that defines the cantilever region and the electrode support region, the slit penetrates through the active Si layer leaving a separation wall of the active Si layer separating the slits at a position where a plurality of slits meet. Form the
A sacrificial film is formed on the active Si layer by filling the slit,
Selectively etching the sacrificial film, patterning a bottom structure of the three-dimensional electrode exposing a part of the electrode support region,
Forming a plating underlayer on the patterned sacrificial film and on the exposed electrode support region;
Forming a resist pattern defining the planar shape of the three-dimensional electrode on the plating base layer;
Electrolytic plating is performed on the plating base layer to form a fixed electrode supported by the electrode support region and having a portion overhanging the movable electrode,
Removing the resist pattern and the sacrificial film;
Removing the separation wall of the unnecessary active Si layer;
Manufacturing method of MEMS switch.
(Appendix 7)
The manufacturing method of the MEMS switch according to claim 6, wherein the slit defined including the separation wall has a certain width.
(Appendix 8)
The manufacturing method of the MEMS switch according to claim 6 or 7, wherein the plurality of slits have the same width.
(Appendix 9)
The MEMS switch according to any one of claims 6 to 8, wherein the separation wall has a shape connecting the active Si layer in the cantilever region and the active Si layer in the electrode support region. Manufacturing method.
(Appendix 10)
The separation wall includes a separation wall having a first width and a separation wall having a second width larger than the first width, and has a plurality of types of widths, the active Si layer in the cantilever region, The separation wall connecting the active Si layer in the electrode support region has the first width, and the separation wall connecting the electrode support region and the region other than the cantilever region has the second width. The manufacturing method of the MEMS switch of Claim 4.
(Appendix 11)
The method for manufacturing a MEMS switch according to
SS 支持シリコン基板、
BOX ボンディング酸化(酸化シリコン)膜、
AL 活性シリコン層、
MCE 可動コンタクト電極、
MDE 可動駆動電極、
FDE 固定駆動電極、
FCE 固定コンタクト電極、
S スリット、
PW 分離壁、
CL カンチレバー、
LE 下部電極、
FB 可撓性ビーム、
TH 貫通孔、
CV キャビティ、
PR フォトレジスト、
SF 犠牲膜、
SD シード層、
PL メッキ層、
GND 接地、
SB サポートビーム、
TB 結合ビーム。
SS support silicon substrate,
BOX bonding oxide (silicon oxide) film,
AL active silicon layer,
MCE movable contact electrode,
MDE movable drive electrode,
FDE fixed drive electrode,
FCE fixed contact electrode,
S slit,
PW separation wall,
CL cantilever,
LE lower electrode,
FB flexible beam,
TH through-hole,
CV cavity,
PR photoresist,
SF sacrificial film,
SD seed layer,
PL plating layer,
GND ground,
SB support beam,
TB combined beam.
Claims (6)
前記カンチレバー領域において前記活性Si層を貫通する複数の貫通孔を形成し、
前記貫通孔を介して、前記カンチレバー領域下の前記ボンディング酸化膜をエッチング除去して、キャビティを形成し、
前記カンチレバー領域上に可動電極を形成し、
前記カンチレバー領域および前記電極支持領域を画定するスリットパターンで、複数のスリットが合流する位置においては、スリット間を分離する前記活性Si層の分離壁を残して、前記活性Si層を貫通してスリットを形成し、
前記スリットを埋め込んで前記活性Si層上に犠牲膜を形成し、
前記犠牲膜を選択的にエッチングし、前記電極支持領域の一部を露出する立体電極の底面構造をパターニングし、
前記パターニングした犠牲膜上、露出した前記電極支持領域上にメッキ下地層を形成し、
前記メッキ下地層上に立体電極の平面形状を規定するレジストパターンを形成し、
前記メッキ下地層上に電解メッキを行って、前記電極支持領域に支持され、前記可動電極上方にオーバーハングする部分を有する固定電極を形成し、
前記レジストパターン、前記犠牲膜を除去し、
不要な前記活性Si層の前記分離壁を除去する、
MEMSスイッチの製造方法。 An active Si layer is bonded to the supporting Si substrate through a bonding oxide film, and a cantilever region and an electrode supporting region for supporting the electrode are defined in the active Si layer of the SOI substrate adjacent to the cantilever region;
Forming a plurality of through holes penetrating the active Si layer in the cantilever region;
Etching away the bonding oxide film under the cantilever region through the through hole to form a cavity,
Forming a movable electrode on the cantilever region;
In the slit pattern that defines the cantilever region and the electrode support region, the slit penetrates through the active Si layer leaving a separation wall of the active Si layer separating the slits at a position where a plurality of slits meet. Form the
A sacrificial film is formed on the active Si layer by filling the slit,
Selectively etching the sacrificial film, patterning a bottom structure of the three-dimensional electrode exposing a part of the electrode support region,
Forming a plating underlayer on the patterned sacrificial film and on the exposed electrode support region;
Forming a resist pattern defining the planar shape of the three-dimensional electrode on the plating base layer;
Electrolytic plating is performed on the plating base layer to form a fixed electrode supported by the electrode support region and having a portion overhanging the movable electrode,
Removing the resist pattern and the sacrificial film;
Removing the separation wall of the unnecessary active Si layer;
Manufacturing method of MEMS switch.
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