JP5831905B2 - Fine element and manufacturing method thereof - Google Patents
Fine element and manufacturing method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- JP5831905B2 JP5831905B2 JP2012022784A JP2012022784A JP5831905B2 JP 5831905 B2 JP5831905 B2 JP 5831905B2 JP 2012022784 A JP2012022784 A JP 2012022784A JP 2012022784 A JP2012022784 A JP 2012022784A JP 5831905 B2 JP5831905 B2 JP 5831905B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal pattern
- layer
- pattern layer
- electrode
- movable
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 83
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 384
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 384
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 140
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 50
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 16
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 16
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 7
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 52
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 22
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 20
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 18
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 13
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 11
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 11
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 10
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 10
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 9
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 9
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 8
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 8
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 7
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 7
- 229920002577 polybenzoxazole Polymers 0.000 description 7
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 6
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 5
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 5
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 5
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 5
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 2
- DKNPRRRKHAEUMW-UHFFFAOYSA-N Iodine aqueous Chemical compound [K+].I[I-]I DKNPRRRKHAEUMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
Images
Description
本発明は、ＭＥＭＳ技術によって製造されるスイッチ素子や可変容量素子などの微細素子およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a fine element such as a switch element and a variable capacitance element manufactured by MEMS technology and a method for manufacturing the same.
近年、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いて作製された各種センサおよびスイッチなどの微細素子が盛んに研究開発されている。このような微細素子では、ばね構造の製造が大きな課題となる。通常では、ばね構造と可動部とは一体に製造されるため、ばね定数を小さくするためにばねを薄く、また、細くすると、ばね自身が破損しやすくなる。また、ばね構造と一体に形成される可動部においても、薄層化のために、反りやすくなるなど、信頼性の点で問題となる。 In recent years, fine sensors such as various sensors and switches produced using MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology have been actively researched and developed. In such a fine element, the manufacture of a spring structure is a major issue. Normally, since the spring structure and the movable part are manufactured integrally, if the spring is thinned or thinned to reduce the spring constant, the spring itself is easily damaged. In addition, the movable part formed integrally with the spring structure also has a problem in terms of reliability, such as being easily warped due to the thinning of the layer.
例えば、非特許文献１には、同一の金属層で可動体とばねとを作製し、これらの一部を応力制御したシリコン酸化膜で挾み、可動部およびばねの反りを抑制する技術について記載されている。非特許文献１に記載された微細構造は、図８に示すように、基板８０１の上に、絶縁層８０２を介して固定電極８０３および支持部８０４が形成され、支持部８０４に金属層８０５が支持されている。金属層８０５の中央部が可動体（可動電極）となり、可動体を挟む金属層８０５の領域（周辺部）がばねとなる。また、金属層８０５が、絶縁層８０６に挟まれている。なお、固定電極８０３，支持部８０４，および金属層８０５より構成される微細素子は、容器８０７の内部に封止されている。
For example, Non-Patent Document 1 describes a technique in which a movable body and a spring are made of the same metal layer, and a part of them is rubbed with a stress-controlled silicon oxide film to suppress warping of the movable portion and the spring. Has been. As shown in FIG. 8, the fine structure described in Non-Patent Document 1 includes a
また、単体の素子のみではなく、異なる種類の複数の微細素子を同一平面上に形成することについても試みられている（非特許文献２参照）。この技術では、基板の上に支持枠を形成し、支持枠の内部の基板上に複数の金属層を積層してスイッチ，可変容量，インダクタなどを形成し、支持枠の上部を絶縁膜で封止することで、同一平面上に複数の素子を作製している。 In addition, attempts have been made to form not only a single element but also a plurality of different types of fine elements on the same plane (see Non-Patent Document 2). In this technology, a support frame is formed on a substrate, a plurality of metal layers are stacked on the substrate inside the support frame to form switches, variable capacitors, inductors, etc., and the upper portion of the support frame is sealed with an insulating film. By stopping, a plurality of elements are produced on the same plane.
しかしながら、上述した非特許文献１の技術では、金属層を絶縁層で部分的に挟む構造として反りを低減しているため、可動体とばねとを構成する金属層に加え、２層の絶縁層が新たに必要となり、製造プロセスが複雑化するという問題がある。また、反りを低減するためには、金属層と２層の絶縁層との合計３層の応力を精密に制御する必要があるため、高い歩留まりで製造することが容易ではない。また、金属層を絶縁層で挟む構造とするために、複雑な形状となり、ばね定数の予測が容易ではなくなり、金属層と２層の絶縁層の膜応力によりばね定数が変化するため、動作電圧などの素子性能のばらつきが大きく実用的ではない。 However, in the technique of Non-Patent Document 1 described above, since the warp is reduced by a structure in which the metal layer is partially sandwiched between the insulating layers, in addition to the metal layer constituting the movable body and the spring, two insulating layers However, there is a problem that the manufacturing process becomes complicated. Further, in order to reduce the warp, it is necessary to precisely control the stress of the total of three layers including the metal layer and the two insulating layers, so that it is not easy to manufacture with a high yield. In addition, since the metal layer is sandwiched between the insulating layers, the shape becomes complicated, the prediction of the spring constant is not easy, and the spring constant changes depending on the film stress of the metal layer and the two insulating layers. Variations in device performance such as are not practical.
一方、非特許文献２には、複数の金属層を積層することで様々な素子を製造しているが、この構成では、異なる各素子が、同一の金属層を共有しているために素子毎に構造の高さを調整することができない。このため、各素子の特徴に合わせて構造を設計し、性能を確保することが容易ではない。 On the other hand, in Non-Patent Document 2, various elements are manufactured by laminating a plurality of metal layers. However, in this configuration, since different elements share the same metal layer, each element is different. The height of the structure cannot be adjusted. For this reason, it is not easy to design the structure according to the characteristics of each element and to ensure the performance.
例えば、スイッチ素子とインダクタ素子とを同一平面上に作製する場合、スイッチ素子のばね定数を小さくするためにばね厚を薄くすると、ばね自身が破損しやすくまた反りやすいという信頼性上の問題の発生に加え、インダクタ素子の基板からの高さ（厚さ）が変化して電気的な特性が変わり、所望とするインダクタンス値が得られないという問題がある。これに対し、インダクタ素子の特性を向上させるためにインダクタ素子の基板からの高さを変えると、スイッチ素子の基板からの高さも変わるため、スイッチ素子の駆動電圧が所望の値より高くなるという問題がある。 For example, when the switch element and the inductor element are manufactured on the same plane, if the spring thickness is reduced in order to reduce the spring constant of the switch element, the problem of reliability that the spring itself is likely to break or warp occurs. In addition, there is a problem that the height (thickness) of the inductor element from the substrate changes to change the electrical characteristics and a desired inductance value cannot be obtained. On the other hand, if the height of the inductor element from the substrate is changed in order to improve the characteristics of the inductor element, the height of the switch element from the substrate also changes, so that the drive voltage of the switch element becomes higher than a desired value. There is.
また、前述した非特許文献２の技術では、金属層を７層も積層しており、このように多くの金属層を積層していく場合、上層に行くに従い、積層している金属層同士の位置ずれや金属層の厚さばらつきが積算され、層数が多いほど素子のばらつきが大きくなるという問題がある。さらに、この技術では、スイッチ素子とインダクタ素子とを、各々個別の工程で製造すると、工程数が増加し、コストが増加して手間がかかるという問題が発生する。また、別に製造する場合、先に作製されている素子が、後に作製する素子の製造工程で破損する可能性があり、実用的ではない。これらのように、従来の技術では、複数の微細素子を個々の特性に合わせ、低コストで容易に同一基板上に製造することができないという問題があった。 Moreover, in the technique of the nonpatent literature 2 mentioned above, seven metal layers are laminated | stacked, and when many metal layers are laminated | stacked in this way, as it goes to an upper layer, between the metal layers laminated | stacked There is a problem that the positional deviation and the thickness variation of the metal layer are integrated, and the variation of the element increases as the number of layers increases. Furthermore, with this technique, when the switch element and the inductor element are manufactured in separate steps, there is a problem that the number of steps increases, which increases costs and takes time. Moreover, when manufacturing separately, the element produced previously may be damaged in the manufacturing process of the element produced later, and is not practical. As described above, the conventional techniques have a problem that a plurality of fine elements cannot be easily manufactured on the same substrate at a low cost according to individual characteristics.
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、複数の微細素子を個々の特性に合わせ、低コストで容易に同一基板上に製造できるようにすることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to make it possible to easily manufacture a plurality of fine elements on the same substrate at a low cost according to individual characteristics. To do.
本発明に係る微細素子の製造方法は、基板の上に絶縁層を形成する第１工程と、絶縁層の上に第１金属パターン層を形成する第２工程と、第１金属パターン層の上に絶縁層と離間して第２金属パターン層を形成する第３工程と、第２金属パターン層の上に第３金属パターン層を形成する第４工程と、第３金属パターン層の上に絶縁層と離間して第４金属パターン層を形成する第５工程と、第４金属パターン層の上に絶縁層と離間して第５金属パターン層を形成する第６工程とを少なくとも備え、第１金属パターン層は、複数の第１電極配線を構成する金属パターンを含んで形成し、第２金属パターン層は、ばね部および固定電極を構成する金属パターンを含んで形成し、第４金属パターン層は、第１可動電極を構成する金属パターンを含んで形成し、第５金属パターン層は、第２電極配線，第３電極配線、連結部，および第２可動電極を構成する金属パターンを含んで形成し、固定電極，第２可動電極，ばね部により、第１電極配線のいずれかに接続して固定電極との距離を第２可動電極を変位させることで変化させて容量を可変させる可変容量素子を構成し、平面視で屈曲した形状の第２電極配線により、第１電極配線のいずれかに接続するインダクタ素子を構成し、第１可動電極および第３電極配線により、第１電極配線のいずれかに接続して第１可動電極の変位によるスイッチ素子を構成し、第３金属パターン層の金属パターンにより第２金属パターン層の一部の金属パターンと第４金属パターン層の一部の金属パターンとの基板の上部方向の間隔を制御する。 The method for manufacturing a microelement according to the present invention includes a first step of forming an insulating layer on a substrate, a second step of forming a first metal pattern layer on the insulating layer, and an upper surface of the first metal pattern layer. A third step of forming a second metal pattern layer spaced apart from the insulating layer, a fourth step of forming a third metal pattern layer on the second metal pattern layer, and insulating on the third metal pattern layer At least a fifth step of forming a fourth metal pattern layer spaced apart from the layer and a sixth step of forming a fifth metal pattern layer spaced apart from the insulating layer on the fourth metal pattern layer, the first step The metal pattern layer is formed including a metal pattern constituting a plurality of first electrode wirings, and the second metal pattern layer is formed including a metal pattern constituting a spring portion and a fixed electrode, and a fourth metal pattern layer Includes a metal pattern constituting the first movable electrode. Form, the fifth metal pattern layer, the second electrode wiring, the third electrode wiring, the connecting portion, and the metal pattern comprise formed constituting the second movable electrode, the fixed electrode, the second movable electrode by a spring unit the distance between the connection to the fixed electrode on one of the first electrode wiring is varied by displacing the second movable electrode constitute a variable capacitor Ru is varied capacity, the bent shape in plan view the the second electrode wiring, the inductor element connected to either the first electrode wiring constituted by the first movable electrode and the third electrode wire, due to the displacement of the first movable electrode connected to either the first electrode wire The switch element is configured, and the distance in the upper direction of the substrate between the metal pattern of the second metal pattern layer and the metal pattern of the fourth metal pattern layer is controlled by the metal pattern of the third metal pattern layer.
上記微細素子の製造方法において、固定電極，ばね部，ばね部に支持されて変位可能とされた第２可動電極は、第１電極配線のいずれかに接続される加速度センサ素子を構成する。 In the fine element manufacturing method, the fixed electrode, the spring portion, and the second movable electrode supported by the spring portion and made displaceable constitute an acceleration sensor element connected to one of the first electrode wirings.
また、本発明に係る微細素子は、基板の上に形成された絶縁層と、絶縁層の上に形成された第１金属パターン層と、第１金属パターン層の上に絶縁層と離間して形成された第２金属パターン層と、第２金属パターン層の上に形成された第３金属パターン層と、第３金属パターン層の上に絶縁層と離間して形成された第４金属パターン層と、第４金属パターン層の上に絶縁層と離間して形成された第５金属パターン層とを少なくとも備え、第１金属パターン層は、複数の第１電極配線を構成する金属パターンを含んで形成され、第２金属パターン層は、ばね部および固定電極を構成する金属パターンを含んで形成され、第４金属パターン層は、第２可動電極および第１可動電極を構成する金属パターンを含んで形成され、第５金属パターン層は、第２電極配線，第３電極配線、連結部，および第２可動電極を構成する金属パターンを含んで形成され、固定電極，第２可動電極，ばね部により、第１電極配線のいずれかに接続して固定電極との距離を第２可動電極を変位させることで変化させて容量を可変させる可変容量素子が構成され、平面視で屈曲した形状の第２電極配線により、第１電極配線のいずれかに接続するインダクタ素子が構成され、第１可動電極および第３電極配線により、第１電極配線のいずれかに接続して第１可動電極の変位によるスイッチ素子が構成され、第３金属パターン層の金属パターンにより第２金属パターン層の一部の金属パターンと第４金属パターン層の一部の金属パターンとの基板の上部方向の間隔が制御されている。 The fine element according to the present invention includes an insulating layer formed on a substrate, a first metal pattern layer formed on the insulating layer, and an insulating layer on the first metal pattern layer. The formed second metal pattern layer, the third metal pattern layer formed on the second metal pattern layer, and the fourth metal pattern layer formed on the third metal pattern layer apart from the insulating layer And a fifth metal pattern layer formed on the fourth metal pattern layer and spaced apart from the insulating layer, and the first metal pattern layer includes a metal pattern constituting a plurality of first electrode wirings. The second metal pattern layer is formed including a metal pattern constituting the spring portion and the fixed electrode, and the fourth metal pattern layer includes a metal pattern constituting the second movable electrode and the first movable electrode. The fifth metal pattern layer is formed Second electrode wire, a third electrode wiring, the connecting portion, and a metal pattern is comprise formed constituting the second movable electrode, the fixed electrode, the second movable electrode by a spring unit, connected to either the first electrode wire and is a distance variable capacitance element is configured to Ru is varied capacitance is varied by displacing the second movable electrode and the fixed electrode, the second electrode wire bent shape in plan view, the first electrode wire inductor elements connected is configured to either, the first movable electrode and the third electrode wiring, switching elements due to the displacement of the first movable electrode connected to either the first electrode wiring is formed, the third metal pattern The distance in the upper direction of the substrate between the partial metal pattern of the second metal pattern layer and the partial metal pattern of the fourth metal pattern layer is controlled by the metal pattern of the layer.
上記微細素子において、固定電極，ばね部，ばね部に支持されて変位可能とされた第２可動電極により構成されていずれかの第１電極配線に接続する加速度センサ素子を備えるようにしてもよい。 The fine element may include an acceleration sensor element that is configured by a fixed electrode, a spring portion, and a second movable electrode that is supported by the spring portion and can be displaced, and that is connected to any one of the first electrode wirings. .
以上説明したことにより、本発明によれば、複数の微細素子を個々の特性に合わせ、低コストで容易に同一基板上に製造できるようになるという優れた効果が得られる。 As described above, according to the present invention, it is possible to obtain an excellent effect that a plurality of fine elements can be easily manufactured on the same substrate at low cost according to individual characteristics.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
［実施の形態１］
はじめに、本発明の実施の形態１について、図１Ａ〜図１Ｍを用いて説明する。図１Ａ〜図１Ｌは、本発明の実施の形態１における微細素子の製造方法を説明するための途中工程における状態を模式的に示す断面図であり、図１Ｍは平面図である。図１Ａ〜図１Ｌは、図１Ｍのｘｘ’線の断面を示している。
[Embodiment 1]
First, Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A to 1M. 1A to 1L are cross-sectional views schematically showing a state in an intermediate process for explaining the method for manufacturing a microelement in the first embodiment of the present invention, and FIG. 1M is a plan view. 1A to 1L show cross sections taken along line xx ′ of FIG. 1M.
まず、図１Ａに示すように、基板１０１の上に絶縁層１０２を形成する。例えば、基板１０１は、シリコンなどの半導体基板であり、よく知られた集積回路が形成され、この集積回路を覆うように絶縁層１０２が形成されている。例えば、集積回路に、以下に説明する各微細素子が接続される。絶縁層１０２は、スパッタ法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などの、公知の成膜法により形成すればよい。例えば、プラズマＣＶＤ法により、成膜レート１８０ｎｍ／ｍｉｎで厚さ０．５μｍ程度に酸化シリコンを堆積して形成すればよい。
First, as illustrated in FIG. 1A, the insulating
次に、図１Ｂに示すように、絶縁層１０２の上にシード層１０３を形成する。シード層１０３は、絶縁層１０２の側に絶縁層１０２との密着性を向上させるための密着層を備えている。下層の密着層は、例えば、層厚０．１μｍのＴｉ層から構成し、この上に層厚０．１μｍのＡｕ層を形成すればよい。これらは、例えば、よく知られた真空蒸着法により形成すればよく、Ｔｉ層は成膜レート４０ｎｍ／ｍｉｎで形成し、Ａｕ層は成膜レート３０ｎｍ／ｍｉｎで形成すればよい。なお、密着層は、Ｃｒなどの他の金属から構成してもよい。上層は、Ａｕに限らず、ＮｉやＣｕなどの他の金属から構成してもよい。
Next, as shown in FIG. 1B, a
以上のようにシード層１０３を形成した後、シード層１０３の上に複数の電極配線（第１電極配線）となる第１金属パターン層１０４を形成する。例えば、シード層１０３の上に公知のフォトリソグラフィー技術によりレジストパターンを形成し、次いで、露出しているシード層１０３の上に、例えば、電解めっき法により厚さ１０μｍ程度のＡｕを成長させる。電解めっきによるＡｕの成膜速度（成膜レート）は、６０ｎｍ／ｍｉｎ程度である。この後、レジストパターンを除去すれば、Ａｕからなる厚さ１０μｍの第１金属パターン層１０４が形成できる。なお、Ａｕに限らず、Ｎｉ、Ｃｕなどの他の金属から第１金属パターン層１０４を構成してもよい。
After forming the
次に、第１金属パターン層１０４をマスクとしてシード層１０３をエッチング除去し、絶縁層１０２の上で第１金属パターン層１０４の各パターンを電気的に分離する。例えば、シード層１０３の上層のＡｕ層は、塩酸と硝酸とを混合したエッチング液を用いればよい。エッチングレートは８５ｎｍ／ｍｉｎである。また、下層（密着層）のチタン層は、フッ化水素酸水溶液を用いればよい。エッチングレートは４００ｎｍ／ｍｉｎである。なお、上述したエッチングでは、他のエッチング液を用いるようにしてもよいことは言うまでもない。例えば、ヨウ素水溶液を用いるようにしてもよい。また、アルゴンガスのプラズマを用いたドライエッチングによりシード層のエッチングを行うようにしてもよい。
Next, the
次に、図１Ｃに示すように、分離した第１金属パターン層１０４の間を充填する状態に犠牲層１０５を形成する。例えば、ポリベンゾオキサゾール（Poly Benzo Oxazole；ＰＢＯ）からなる感光性樹脂を、スピンコーティング法により塗布して塗布膜を形成し、この塗布膜をフォトリソグラフィー技術によりパターニングし、熱硬化した後で平坦化すれば、犠牲層１０５が形成できる。熱硬化の温度は３１０℃とすればよい。なお、感光性樹脂としては、ＰＢＯに限らず、ＥＬＰＡＣ ＷＰＲ−５１００（ＪＳＲ株式会社製）などを用いるようにしてもよい。
Next, as shown in FIG. 1C, a
次に、図１Ｄに示すように、犠牲層１０５および第１金属パターン層１０４の上にシード層１０６を形成する。シード層１０６は、犠牲層１０５の側に犠牲層１０５との密着性を向上させるための密着層を備えている。下層の密着層は、例えば、層厚０．１μｍのＴｉ層から構成し、この上に層厚０．１μｍのＡｕ層を形成すればよい。これらは、前述したシード層１０３と同様である。
Next, as shown in FIG. 1D, a
以上のようにシード層１０６を形成した後、シード層１０６の上に、ばねや固定電極、また、可動部などとなる第２金属パターン層１０７を形成する。例えば、シード層１０６の上に公知のフォトリソグラフィー技術によりレジストパターンを形成し、次いで、露出しているシード層１０６の上に、例えば、電解めっき法により厚さ３μｍ程度のＡｕを成長させる。この後、レジストパターンを除去すれば、Ａｕからなる厚さ３μｍの第２金属パターン層１０７が形成できる。電解めっきによるＡｕの成膜速度は、３５ｎｍ／ｍｉｎ程度である。
After forming the
次に、図１Ｅに示すように、一部の第２金属パターン層１０７の上に配置する金属パターンから構成された第３金属パターン層１０８を形成する。第３金属パターン層１０８は、可動空間高さを調節するための構造体である。第３金属パターン層１０８も、前述同様に、フォトリソグラフィー技術により形成したレジストパターンを用い、露出している第２金属パターン層１０７の上に電解めっき法によりＡｕを成長させる。第３金属パターン層１０８は、例えば、厚さ５μｍ程度とする。電解めっきによるＡｕの成膜速度は、３５ｎｍ／ｍｉｎ程度である。
Next, as shown in FIG. 1E, a third
次に、第２金属パターン層１０７および第３金属パターン層１０８をマスクとしてシード層１０６をエッチング除去する。これは、前述したシード層１０３のエッチング除去と同様である。次いで、図１Ｆに示すように、分離した第２金属パターン層１０７および第３金属パターン層１０８の間を充填する状態に犠牲層１０９を形成する。犠牲層１０９は、前述した犠牲層１０５と同様に形成すればよい。犠牲層１０９も、表面を平坦化する。なお、犠牲層１０９を、犠牲層１０５とは異なる樹脂から構成してもよい。
Next, the
次に、図１Ｇに示すように、犠牲層１０９および第３金属パターン層１０８の上にシード層１１０を形成し、また、シード層１１０の上に、可動体（第１可動電極）の金属パターンとなる第４金属パターン層１１１を形成する。シード層１１０は、前述したシード層１０６と同様に形成すればよい。また、第４金属パターン層１１１は、第２金属パターン層１０７と同様に形成すればよく、例えば、厚さ１２μｍに形成する。
Next, as shown in FIG. 1G, the
次に、第４金属パターン層１１１をマスクとしてシード層１１０をエッチング除去する。これは、前述したシード層１０６のエッチング除去と同様である。次いで、図１Ｈに示すように、分離した第４金属パターン層１１１の間を充填する状態に犠牲層１１２を形成する。犠牲層１１２は、第４金属パターン層１１１が形成されている領域に形成し、犠牲層１０９の上に犠牲層１１２が形成されていない領域を備える状態とする。犠牲層１１２は、前述した犠牲層１０５，犠牲層１０９と同様に形成すればよい。犠牲層１１２も、表面を平坦化する。なお、犠牲層１１２を、犠牲層１０５や犠牲層１０９とは異なる樹脂から構成してもよい。
Next, the
次に、図１Ｉに示すように、犠牲層１１２が形成されていない領域の犠牲層１０９の上に密着層１１３ａを介して絶縁層１１３を形成し、また、犠牲層１１２が形成されている領域の一部の第４金属パターン層１１１の上に、密着層１１４ａを介して絶縁層１１４を形成する。まず、犠牲層１０９，犠牲層１１２，および第４金属パターン層１１１の上に、例えば真空蒸着法により層厚０．１μｍのチタン層を形成する。この成膜レートは３５ｎｍ／ｍｉｎである。次いで、形成したチタン層を、公知のリソグラフィー技術とエッチング技術とによりパターニングして密着層１１３ａおよび密着層１１４ａを形成する。エッチングには、例えば、フッ化水素酸水溶液を用い、エッチングレートは４００ｎｍ／ｍｉｎである。
Next, as shown in FIG. 1I, the insulating
次に、犠牲層１１２，第４金属パターン層１１１，密着層１１３ａ，および密着層１１４ａの上に、例えば、プラズマＣＶＤ法により層厚１μｍの酸化シリコン層を形成する。成膜レートは、１８０ｎｍ／ｍｉｎである。次いで、形成した酸化シリコン層を、公知のリソグラフィー技術とエッチング技術とによりパターニングし、密着層１１３ａの上に絶縁層１１３を形成し、また密着層１１４ａの上に絶縁層１１４を形成する。このエッチングでは、例えば、ＣＨＦ4およびＯ2の混合ガスを用いた反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching；ＲＩＥ）法を用いればよい。エッチングレートは、７０ｎｍ／ｍｉｎである。なお、このドライエッチングにおいては、酸化シリコンをエッチングできるガスを用いればよく、例えば、ＣＦ4およびＯ2の混合ガスを用いてもよい。
Next, a silicon oxide layer having a thickness of 1 μm is formed on the
次に、図１Ｊに示すように、形成した絶縁層１１３，絶縁層１１４の間を充填し、また、一部の第３金属パターン層１０８および一部の第４金属パターン層１１１の上に開口を有する状態に犠牲層１１５を形成する。犠牲層１１５は、犠牲層１０９および犠牲層１１２の上に形成する。犠牲層１１５は、前述した犠牲層１０５，１０９と同様に形成すればよい。なお、犠牲層１１５を、犠牲層１０５，１０９，１１２とは異なる樹脂から構成してもよい。
Next, as shown in FIG. 1J, the gap between the formed insulating
次に、図１Ｋに示すように、犠牲層１１５，絶縁層１１３，および絶縁層１１４の上にシード層１１６を形成し、また、シード層１１６の上に、電極や可動体（第２電極配線，第３電極配線、連結部，および第２可動電極）の金属パターンとなる第５金属パターン層１１７を形成する。シード層１１６は、前述したシード層１０６などと同様に形成すればよい。また、第５金属パターン層１１７は、第２金属パターン層１０７と同様に形成すればよく、例えば、厚さ１５μｍに形成する。この後、第５金属パターン層１１７をマスクとしてシード層１１６をエッチング除去する。これは、前述したシード層１０３などのエッチング除去と同様である。ここで、犠牲層１１５に形成した開口部に形成される一部の第５金属パターン層１１７は、残されたシード層１１６を介し、一部の第３金属パターン層１０８および一部の第４金属パターン層１１１の上に接続して形成された状態となる。
Next, as shown in FIG. 1K, a
以上のようにして各金属パターン層を形成した後、例えば、酸素プラズマを用いたドライエッチングにより、各犠牲層をエッチング除去すれば、図１Ｌおよび図１Ｍに示すように、可変容量素子１３１，１３２，インダクタ素子１４１，スイッチ素子１５１，１５２が形成できる。可変容量素子１３１と可変容量素子１３２とは、絶縁層１０２の平面上で配置する方向が異なっている。また、スイッチ素子１５１とスイッチ素子１５２とも、絶縁層１０２の平面上で配置する方向が異なっている。なお、図１Ｌにおいて、断面に現れない部分は、一部省略している。
After each metal pattern layer is formed as described above, if each sacrificial layer is etched away by dry etching using oxygen plasma, for example, as shown in FIGS. 1L and 1M, the
可変容量素子１３１，１３２は、第５金属パターン層１１７により構成した可動電極（第２可動電極）と、第２金属パターン層１０７および第３金属パターン層１０８により構成した固定電極との距離を、可動電極を変位させることで変化させて容量を可変させる。
The
インダクタ素子１４１は、第５金属パターン層１１７により構成した渦巻き状の配線部により、インダクタを構成している。また、スイッチ素子１５１，１５２は、第２金属パターン層１０７により構成したばね梁を、基板１０１の平面方向に変位させて第４金属パターン層１１１に形成した電極を移動させることでスイッチ動作を実現している。
The
以上に説明したように、実施の形態１では、基板の上に絶縁層を形成し（第１工程）、絶縁層の上に第１金属パターン層を形成し（第２工程）、第１金属パターン層の上に絶縁層と離間して第２金属パターン層を形成し（第３工程）、第２金属パターン層の上に第３金属パターン層を形成し（第４工程）、第３金属パターン層の上に絶縁層と離間して第４金属パターン層を形成し（第５工程）、第４金属パターン層の上に絶縁層と離間して第５金属パターン層を形成する（第６工程）。なお、各金属パターン層には、複数の金属パターンを形成する。 As described above, in the first embodiment, the insulating layer is formed on the substrate (first step), the first metal pattern layer is formed on the insulating layer (second step), and the first metal is formed. A second metal pattern layer is formed on the pattern layer so as to be separated from the insulating layer (third step), a third metal pattern layer is formed on the second metal pattern layer (fourth step), and a third metal is formed. A fourth metal pattern layer is formed on the pattern layer so as to be separated from the insulating layer (fifth step), and a fifth metal pattern layer is formed on the fourth metal pattern layer so as to be separated from the insulating layer (sixth step). Process). A plurality of metal patterns are formed on each metal pattern layer.
以上のように各金属パターン層を形成することにより、第１金属パターン層は、複数の第１電極配線を構成する金属パターンを含んで形成し、第２金属パターン層は、ばね部および固定電極を構成する金属パターンを含んで形成し、第４金属パターン層は、第１可動電極を構成する金属パターンを含んで形成し、第５金属パターン層は、第２電極配線，第３電極配線、連結部，および第２可動電極を構成する金属パターンを含んで形成する。また、固定電極，第２可動電極，ばね部により第１電極配線のいずれかに接続する可変容量素子を構成し、第２電極配線は、第１電極配線のいずれかに接続するインダクタ素子を構成し、第１可動電極および第３電極配線は、第１電極配線のいずれかに接続するスイッチ素子を構成し、第３金属パターン層の金属パターンにより第２金属パターン層の一部の金属パターンと第４金属パターン層の一部の金属パターンとの基板の上部方向の間隔を制御する。 By forming each metal pattern layer as described above, the first metal pattern layer is formed to include the metal patterns constituting the plurality of first electrode wirings, and the second metal pattern layer includes the spring portion and the fixed electrode. The fourth metal pattern layer is formed to include the metal pattern constituting the first movable electrode, and the fifth metal pattern layer includes the second electrode wiring, the third electrode wiring, The connection portion and the metal pattern constituting the second movable electrode are formed. In addition, the fixed capacitor, the second movable electrode, and the spring portion constitute a variable capacitance element connected to one of the first electrode wirings, and the second electrode wiring constitutes an inductor element connected to one of the first electrode wirings The first movable electrode and the third electrode wiring constitute a switch element connected to any one of the first electrode wirings, and the metal pattern of the second metal pattern layer and the metal pattern of the second metal pattern layer The distance in the upper direction of the substrate from a part of the metal pattern of the fourth metal pattern layer is controlled.
この結果、実施の形態１によれば、ＭＥＭＳ技術による可変容量素子、スイッチ素子に加え、インダクタ素子を同一の基板上に形成できるようになる。このように、実施の形態１によれば、ＭＥＭＳ技術による微細素子やインダクタ素子などの微細素子を、集積化できるようになる。また、上述したように、金属パターンの層は、５層形成すればよく、工程数を増加させることなく、低コストで複数種類の微細素子の集積化が可能となる。また、例えば、可動部とインダクタ素子とを異なる金属層で構成しているので、高い設計の自由度を備えている。 As a result, according to the first embodiment, the inductor element can be formed on the same substrate in addition to the variable capacitance element and the switch element by the MEMS technology. As described above, according to the first embodiment, it is possible to integrate fine elements such as fine elements and inductor elements based on the MEMS technology. Further, as described above, five metal pattern layers may be formed, and a plurality of types of microelements can be integrated at a low cost without increasing the number of steps. Further, for example, since the movable part and the inductor element are made of different metal layers, a high degree of design freedom is provided.
［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２について、図２Ａ〜図２Ｍを用いて説明する。図２Ａ〜図２Ｌは、本発明の実施の形態２における微細素子の製造方法を説明するための途中工程における状態を模式的に示す断面図であり、図２Ｍは平面図である。図２Ａ〜図２Ｌは、図２Ｍのｘｘ’線の断面を示している。
[Embodiment 2]
Next, Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIGS. 2A to 2M. 2A to 2L are cross-sectional views schematically showing a state in an intermediate process for explaining the method for manufacturing a microelement in the second embodiment of the present invention, and FIG. 2M is a plan view. 2A to 2L show cross sections taken along line xx ′ of FIG. 2M.
まず、図２Ａに示すように、基板２０１の上に絶縁層２０２を形成する。例えば、基板２０１は、シリコンなどの半導体基板である。また、絶縁層２０２は、スパッタ法、ＣＶＤ法などの、公知の成膜法により形成すればよい。例えば、プラズマＣＶＤ法により、厚さ０．５μｍ程度に酸化シリコンを堆積して形成すればよい。
First, as illustrated in FIG. 2A, the insulating
次に、図２Ｂに示すように、絶縁層２０２の上にシード層２０３を形成する。シード層２０３は、絶縁層２０２の側に絶縁層２０２との密着性を向上させるための密着層を備えている。下層の密着層は、例えば、層厚０．１μｍのＴｉ層から構成し、この上に層厚０．１μｍのＡｕ層を形成すればよい。これらは、よく知られた真空蒸着法により形成すればよい。
Next, as illustrated in FIG. 2B, a
以上のようにシード層２０３を形成した後、シード層２０３の上に電極配線となる第１金属パターン層２０４を形成する。例えば、シード層２０３の上に公知のフォトリソグラフィー技術によりレジストパターンを形成し、次いで、露出しているシード層２０３の上に、例えば、電解めっき法により厚さ１０μｍ程度のＡｕを成長させる。この後、レジストパターンを除去すれば、Ａｕからなる厚さ１０μｍの第１金属パターン層２０４が形成できる。
After forming the
次に、第１金属パターン層２０４をマスクとしてシード層２０３をエッチング除去し、絶縁層２０２の上で第１金属パターン層２０４の各パターンを電気的に分離する。例えば、シード層２０３の上層のＡｕ層は、塩酸と硝酸とを混合したエッチング液を用いればよい。また、下層（密着層）のチタン層は、フッ化水素酸水溶液を用いればよい。
Next, the
次に、図２Ｃに示すように、分離した第１金属パターン層２０４の間を充填する状態に犠牲層２０５を形成する。例えば、ＰＢＯからなる感光性樹脂を、スピンコーティング法により塗布して塗布膜を形成し、この塗布膜をフォトリソグラフィー技術によりパターニングし、熱硬化した後で平坦化すれば、犠牲層２０５が形成できる。
Next, as shown in FIG. 2C, a
次に、図２Ｄに示すように、犠牲層２０５および第１金属パターン層２０４の上にシード層２０６を形成する。シード層２０６は、犠牲層２０５の側に犠牲層２０５との密着性を向上させるための密着層を備えている。下層の密着層は、例えば、層厚０．１μｍのＴｉ層から構成し、この上に層厚０．１μｍのＡｕ層を形成すればよい。これらは、前述したシード層２０３と同様である。
Next, as shown in FIG. 2D, a
以上のようにシード層２０６を形成した後、シード層２０６の上に、ばねや可動部などとなる第２金属パターン層２０７を形成する。例えば、シード層２０６の上に公知のフォトリソグラフィー技術によりレジストパターンを形成し、次いで、露出しているシード層２０６の上に、例えば、電解めっき法により厚さ３μｍ程度のＡｕを成長させる。この後、レジストパターンを除去すれば、Ａｕからなる厚さ３μｍの第２金属パターン層２０７が形成できる。
After the
次に、図２Ｅに示すように、一部の第２金属パターン層２０７の上に配置する金属パターンから構成された第３金属パターン層２０８を形成する。第３金属パターン層２０８は、可動空間高さを調節するための構造体である。第３金属パターン層２０８も、前述同様に、フォトリソグラフィー技術により形成したレジストパターンを用い、露出している第２金属パターン層２０７の上に電解めっき法によりＡｕを成長させる。第３金属パターン層２０８は、例えば、厚さ５μｍ程度とする。
Next, as shown in FIG. 2E, a third
次に、第２金属パターン層２０７をマスクとしてシード層２０６をエッチング除去する。これは、前述したシード層２０３のエッチング除去と同様である。次いで、図２Ｆに示すように、分離した第２金属パターン層２０７および第３金属パターン層２０８の間を充填する状態に犠牲層２０９を形成する。犠牲層２０９は、前述した犠牲層２０５と同様に形成し、表面を平坦化する。
Next, the
次に、図２Ｇに示すように、犠牲層２０９および第３金属パターン層２０８の上にシード層２１０を形成し、また、シード層２１０の上に、可動体の金属パターンとなる第４金属パターン層２１１を形成する。シード層２１０は、前述したシード層２０６と同様に形成すればよい。また、第４金属パターン層２１１は、第２金属パターン層２０７と同様に形成すればよく、例えば、厚さ１２μｍに形成する。
Next, as shown in FIG. 2G, a
次に、第４金属パターン層２１１をマスクとしてシード層２１０をエッチング除去する。前述したシード層２０６のエッチング除去と同様である。次いで、図２Ｈに示すように、分離した第４金属パターン層２１１の側方を充填する状態に犠牲層２１２を形成する。犠牲層２１２は、前述した犠牲層２０５，犠牲層２０９と同様に形成し、表面を平坦化する。
Next, the
次に、図２Ｉに示すように、一部の第４金属パターン層２１１の上に、密着層２１３ａを介して絶縁層２１３を形成する。絶縁層２１３は、第４金属パターン層２１１で構成する接点部とこの上に形成される連結部とを絶縁分離するための構造体である。まず、犠牲層２１２および第４金属パターン層２１１の上に、例えば真空蒸着法により層厚０．１μｍのチタン層を形成する。次いで、形成したチタン層を、公知のリソグラフィー技術とエッチング技術とによりパターニングして密着層２１３ａを形成する。
Next, as shown in FIG. 2I, an insulating
次に、犠牲層２１２，第４金属パターン層２１１，および密着層２１３ａの上に、例えば、プラズマＣＶＤ法により層厚１μｍの酸化シリコン層を形成する。次いで、形成した酸化シリコン層を、公知のリソグラフィー技術とエッチング技術とによりパターニングし、密着層２１３ａの上に絶縁層２１３を形成する。
Next, a silicon oxide layer having a thickness of 1 μm is formed on the
次に、図２Ｊに示すように、形成した絶縁層２１３の間を充填する状態に犠牲層２１４を形成する。犠牲層２１４は、前述した犠牲層２０５，２０９と同様に形成し、表面を平坦化する。
Next, as shown in FIG. 2J, a
次に、図２Ｋに示すように、犠牲層２１４および絶縁層２１３の上にシード層２１５を形成し、また、シード層２１５の上に、接点部を含む電極や可動体の金属パターンとなる第５金属パターン層２１６を形成する。シード層２１５は、前述したシード層２０６などと同様に形成すればよい。また、第５金属パターン層２１６は、第２金属パターン層２０７と同様に形成すればよく、例えば、厚さ１５μｍに形成する。この後、第５金属パターン層２１６をマスクとしてシード層２１５をエッチング除去する。これは、前述したシード層２０３などのエッチング除去と同様である。
Next, as shown in FIG. 2K, a
以上のようにして各金属パターン層を形成した後、例えば、酸素プラズマを用いたドライエッチングにより、各犠牲層をエッチング除去すれば、図２Ｌおよび図２Ｍに示すようスイッチ素子２３１，２３２が形成できる。スイッチ素子２３１とスイッチ素子２３２とは、絶縁層２０２の平面上で配置する方向が異なっており、各々同じ構成となっている。なお、図２Ｌにおいて、断面に現れない部分は、一部省略している。
After each metal pattern layer is formed as described above, the
スイッチ素子２３１は、固定電極２２１，可動電極（第１可動電極）２２２，ばね梁２２３，接点部２２４，連結部２２５，信号線２２６，および信号線２２７を備えている。可動電極２２２は、ばね梁２２３により支持され、ばね梁２２３の変形により基板２０１に平行な平面内で、２つの固定電極２２１が配置されている方向に変位可能とされている。また、可動電極２２２には、連結部２２５により接点部２２４が連結されている。従って、接点部２２４も、可動電極２２２と共に変位する。また、接点部２２４は一体構造であり、２つの連結部２２５に連結することで、２つの可動電極２２２，２つの連結部２２５と共に一体に動作する。
The
固定電極２２１，可動電極２２２，接点部２２４は、第４金属パターン層２１１から構成され、連結部２２５は、第５金属パターン層２１６から構成され、ばね梁２２３は、第２金属パターン層２０７から構成されている。なお、固定電極２２１は、第４金属パターン層２１１の金属パターンのみではなく、第１金属パターン層２０４，第２金属パターン層２０７，第３金属パターン層２０８の各金属パターン層の金属パターンが積層され、絶縁層２０２の上に固定されている。また、連結部２２５は、絶縁層２１３を介して可動電極２２２および接点部２２４に連結している。
The fixed
この可動電極２２２の変位による接点部２２４の移動により、信号線２２６および信号線２２７と接点部２２４との接触／非接触を行い、スイッチ動作を実現している。例えば、可動電極２２２の電位を０Ｖとし、一方の固定電極２２１に電位を与えると、可動電極２２２は静電引力により一方の固定電極２２１に引き寄せられ、一体に構成されている接点部２２４も一方の固定電極２２１に引き寄せられる。一方の固定電極２２１に与える電位がある一定の値を超えると、接点部２２４が信号線２２６および信号線２２７の両者に接触し、信号線２２６および信号線２２７が導通状態となる。この後、一方の固定電極２２１に加える電位を０Ｖとすれば、接点部２２４は元の状態に戻るように他方の固定電極２２１の側に変位し、接点部２２４が信号線２２６および信号線２２７より離間し、信号線２２６および信号線２２７が非導通状態となる。このように、実施の形態２におけるスイッチ素子では、接点部２２４を基板２０１の平面方向に変位させることでスイッチ動作を実現している。
By the movement of the
以上に説明したように、実施の形態２によれば、ＭＥＭＳ技術によるスイッチ素子が、５層の金属パターンの層を形成することで製造でき、工程数を増加させることなく、低コストで容易に形成できるようになる。また、このスイッチ素子は、インダクタ素子などと共に同一の基板上に形成することが容易である。例えば、第５金属パターン層で、他の領域にインダクタ素子を形成すればよい。 As described above, according to the second embodiment, the switch element based on the MEMS technology can be manufactured by forming five metal pattern layers, and can be easily manufactured at low cost without increasing the number of processes. It becomes possible to form. The switch element can be easily formed on the same substrate together with the inductor element and the like. For example, an inductor element may be formed in another region with the fifth metal pattern layer.
［実施の形態３］
次に、本発明の実施の形態３について、図３Ａ〜図３Ｍを用いて説明する。図３Ａ〜図３Ｌは、本発明の実施の形態３における微細素子の製造方法を説明するための途中工程における状態を模式的に示す断面図であり、図３Ｍは平面図である。図３Ａ〜図３Ｌは、図３Ｍのｘｘ’線の断面を示している。
[Embodiment 3]
Next, Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIGS. 3A to 3M. 3A to 3L are cross-sectional views schematically showing a state in an intermediate step for explaining the method for manufacturing a microelement in the third embodiment of the present invention, and FIG. 3M is a plan view. 3A to 3L show cross sections taken along line xx ′ of FIG. 3M.
まず、図３Ａに示すように、基板３０１の上に絶縁層３０２を形成する。例えば、基板３０１は、シリコンなどの半導体基板である。また、絶縁層３０２は、スパッタ法、ＣＶＤ法などの、公知の成膜法により形成すればよい。例えば、プラズマＣＶＤ法により、厚さ０．５μｍ程度に酸化シリコンを堆積して形成すればよい。
First, as illustrated in FIG. 3A, the insulating
次に、図３Ｂに示すように、絶縁層３０２の上にシード層３０３を形成する。シード層３０３は、絶縁層３０２の側に絶縁層３０２との密着性を向上させるための密着層を備えている。下層の密着層は、例えば、層厚０．１μｍのＴｉ層から構成し、この上に層厚０．１μｍのＡｕ層を形成すればよい。これらは、よく知られた真空蒸着法により形成すればよい。
Next, as illustrated in FIG. 3B, a
以上のようにシード層３０３を形成した後、シード層３０３の上に電極配線となる第１金属パターン層３０４を形成する。例えば、シード層３０３の上に公知のフォトリソグラフィー技術によりレジストパターンを形成し、次いで、露出しているシード層３０３の上に、例えば、電解めっき法により厚さ１０μｍ程度のＡｕを成長させる。この後、レジストパターンを除去すれば、Ａｕからなる厚さ１０μｍの第１金属パターン層３０４が形成できる。
After forming the
次に、第１金属パターン層３０４をマスクとしてシード層３０３をエッチング除去し、絶縁層３０２の上で第１金属パターン層３０４の各パターンを電気的に分離する。例えば、シード層３０３の上層のＡｕ層は、塩酸と硝酸とを混合したエッチング液を用いればよい。また、下層（密着層）のチタン層は、フッ化水素酸水溶液を用いればよい。
Next, the
次に、図３Ｃに示すように、分離した第１金属パターン層３０４の間を充填する状態に犠牲層３０５を形成する。例えば、ＰＢＯからなる感光性樹脂を、スピンコーティング法により塗布して塗布膜を形成し、この塗布膜をフォトリソグラフィー技術によりパターニングし、熱硬化した後で平坦化すれば、犠牲層３０５が形成できる。
Next, as shown in FIG. 3C, a
次に、図３Ｄに示すように、犠牲層３０５および第１金属パターン層３０４の上にシード層３０６を形成する。シード層３０６は、犠牲層３０５の側に犠牲層３０５との密着性を向上させるための密着層を備えている。下層の密着層は、例えば、層厚０．１μｍのＴｉ層から構成し、この上に層厚０．１μｍのＡｕ層を形成すればよい。これらは、前述したシード層３０３と同様である。
Next, as shown in FIG. 3D, a
以上のようにシード層３０６を形成した後、シード層３０６の上に、ばねや可動部などとなる第２金属パターン層３０７を形成する。例えば、シード層３０６の上に公知のフォトリソグラフィー技術によりレジストパターンを形成し、次いで、露出しているシード層３０６の上に、例えば、電解めっき法により厚さ３μｍ程度のＡｕを成長させる。この後、レジストパターンを除去すれば、Ａｕからなる厚さ３μｍの第２金属パターン層３０７が形成できる。
After forming the
次に、図３Ｅに示すように、一部の第２金属パターン層３０７の上に配置する金属パターンから構成された第３金属パターン層３０８を形成する。第３金属パターン層３０８は、可動空間高さを調節するための構造体である。第３金属パターン層３０８も、前述同様に、フォトリソグラフィー技術により形成したレジストパターンを用い、露出している第２金属パターン層３０７の上に電解めっき法によりＡｕを成長させる。第３金属パターン層３０８は、例えば、厚さ５μｍ程度とする。
Next, as shown in FIG. 3E, a third
次に、第２金属パターン層３０７をマスクとしてシード層３０６をエッチング除去する。これは、前述したシード層３０３のエッチング除去と同様である。次いで、図３Ｆに示すように、分離した第２金属パターン層３０７および第３金属パターン層３０８の間を充填する状態に犠牲層３０９を形成する。犠牲層３０９は、前述した犠牲層３０５と同様に形成し、表面を平坦化する。
Next, the
次に、図３Ｇに示すように、犠牲層３０９および第３金属パターン層３０８の上にシード層３１０を形成し、また、シード層３１０の上に、可動体の金属パターンとなる第４金属パターン層３１１を形成する。シード層３１０は、前述したシード層３０６と同様に形成すればよい。また、第４金属パターン層３１１は、第２金属パターン層３０７と同様に形成すればよく、例えば、厚さ１２μｍに形成する。
Next, as shown in FIG. 3G, a
次に、第４金属パターン層３１１をマスクとしてシード層３１０をエッチング除去する。前述したシード層３０６のエッチング除去と同様である。次いで、図３Ｈに示すように、分離した第４金属パターン層３１１の側方を充填する状態に犠牲層３１２を形成する。犠牲層３１２は、前述した犠牲層３０５，犠牲層３０９と同様に形成し、表面を平坦化する。
Next, the
次に、図３Ｉに示すように、一部の第４金属パターン層３１１の上に、密着層３１３ａを介して絶縁層３１３を形成する。まず、犠牲層３１２および第４金属パターン層３１１の上に、例えば真空蒸着法により層厚０．１μｍのチタン層を形成する。次いで、形成したチタン層を、公知のリソグラフィー技術とエッチング技術とによりパターニングして密着層３１３ａを形成する。
Next, as shown in FIG. 3I, an insulating
次に、犠牲層３１２，第４金属パターン層３１１，および密着層３１３ａの上に、例えば、プラズマＣＶＤ法により層厚１μｍの酸化シリコン層を形成する。次いで、形成した酸化シリコン層を、公知のリソグラフィー技術とエッチング技術とによりパターニングし、密着層３１３ａの上に絶縁層３１３を形成する。
Next, a silicon oxide layer having a thickness of 1 μm is formed on the
次に、図３Ｊに示すように、形成した絶縁層３１３の間を充填する状態に犠牲層３１４を形成する。犠牲層３１４は、前述した犠牲層３０５，３０９と同様に形成し、表面を平坦化する。
Next, as shown in FIG. 3J, a
次に、図３Ｋに示すように、犠牲層３１４および絶縁層３１３の上にシード層３１５を形成し、また、シード層３１５の上に、接点部を含む電極や可動体の金属パターンとなる第５金属パターン層３１６を形成する。シード層３１５は、前述したシード層３０６などと同様に形成すればよい。また、第５金属パターン層３１６は、第２金属パターン層３０７と同様に形成すればよく、例えば、厚さ１５μｍに形成する。この後、第５金属パターン層３１６をマスクとしてシード層３１５をエッチング除去する。これは、前述したシード層３０３などのエッチング除去と同様である。
Next, as shown in FIG. 3K, a
以上のようにして各金属パターン層を形成した後、例えば、酸素プラズマを用いたドライエッチングにより、各犠牲層をエッチング除去すれば、図３Ｌおよび図３Ｍに示すようスイッチ素子が形成できる。このスイッチ素子は、固定電極３２１，可動電極（第１可動電極）３２２，ばね梁３２３，可動接点３２４，信号線３２５，および信号線３２６を備えている。可動電極３２２は、ばね梁３２３により支持され、ばね梁３２３の変形により基板３０１の平面の法線方向に変位可能とされている。また、２つ可動電極３２２は、可動接点３２４により連結されている。従って、可動接点３２４も、可動電極３２２と共に変位する。なお、図３Ｌにおいて、断面に現れない部分は、一部省略している。
After forming each metal pattern layer as described above, for example, if each sacrificial layer is etched away by dry etching using oxygen plasma, a switch element can be formed as shown in FIGS. 3L and 3M. The switch element includes a fixed
固定電極３２１は、第１金属パターン層３０４のいずれかの金属パターンにより構成されている。可動電極３２２，信号線３２５，および信号線３２６は、第４金属パターン層３１１のいずれかの金属パターンにより構成されている。可動接点３２４は、第５金属パターン層３１６のいずれかの金属パターンにより構成されている。また、ばね梁３２３は、第２金属パターン層３０７のいずれかの金属パターンにより構成されている。
The fixed
なお、信号線３２５および信号線３２６は、第４金属パターン層３１１の金属パターンのみではなく、第１金属パターン層３０４，第２金属パターン層３０７，第３金属パターン層３０８の各金属パターン層の金属パターンが積層され、絶縁層３０２の上に固定されている。また、可動接点３２４は、、絶縁層３１３を介して２つの可動電極３２２に連結している。また、ばね梁３２３の端部は、第１金属パターン層３０４の金属パターン層による支持部で、絶縁層３０２の上に支持されている。
The
この可動電極３２２の変位による可動接点３２４の移動により、信号線３２５および信号線３２６と可動接点３２４との接触／非接触を行い、スイッチ動作を実現している。例えば、可動電極３２２の電位を０Ｖとし、固定電極３２１に電位を与えると、可動電極３２２は静電引力により固定電極３２１に引き寄せられ、一体に構成されている可動接点３２４も固定電極３２１に引き寄せられる。固定電極３２１に与える電位がある一定の値を超えると、可動接点３２４が信号線３２５および信号線３２６の両者に接触し、信号線３２５および信号線３２６が導通状態となる。この後、固定電極３２１に加える電位を０Ｖとすれば、可動接点３２４は元の状態に戻るように基板３０１の側より離れて可動接点３２４が信号線３２５および信号線３２６より離間し、信号線３２５および信号線３２６が非導通状態となる。このように、実施の形態３におけるスイッチ素子では、可動接点３２４を基板３０１の平面の法線方向に変位させることでスイッチ動作を実現している。
By the movement of the
以上に説明したように、実施の形態３によれば、ＭＥＭＳ技術によるスイッチ素子が、５層の金属パターンの層を形成することで製造でき、工程数を増加させることなく、低コストで容易に形成できるようになる。また、このスイッチ素子は、インダクタ素子などと共に同一の基板上に形成することが容易である。例えば、第５金属パターン層で、他の領域にインダクタ素子を形成すればよい。 As described above, according to the third embodiment, the switch element based on the MEMS technology can be manufactured by forming five metal pattern layers, and can be easily manufactured at low cost without increasing the number of processes. It becomes possible to form. The switch element can be easily formed on the same substrate together with the inductor element and the like. For example, an inductor element may be formed in another region with the fifth metal pattern layer.
［実施の形態４］
次に、本発明の実施の形態４について、図４Ａ〜図４Ｍを用いて説明する。図４Ａ〜図４Ｌは、本発明の実施の形態４における微細素子の製造方法を説明するための途中工程における状態を模式的に示す断面図であり、図４Ｍは平面図である。図４Ａ〜図４Ｌは、図４Ｍのｘｘ’線の断面を示している。
[Embodiment 4]
Next, Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to FIGS. 4A to 4M. 4A to 4L are cross-sectional views schematically showing a state in an intermediate process for explaining the method for manufacturing a microelement in the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 4M is a plan view. 4A to 4L show cross sections taken along line xx ′ of FIG. 4M.
まず、図４Ａに示すように、基板４０１の上に絶縁層４０２を形成する。例えば、基板４０１は、シリコンなどの半導体基板である。また、絶縁層４０２は、スパッタ法、ＣＶＤ法などの、公知の成膜法により形成すればよい。例えば、プラズマＣＶＤ法により、厚さ０．５μｍ程度に酸化シリコンを堆積して形成すればよい。
First, as illustrated in FIG. 4A, the insulating
次に、図４Ｂに示すように、絶縁層４０２の上にシード層４０３を形成する。シード層４０３は、絶縁層４０２の側に絶縁層４０２との密着性を向上させるための密着層を備えている。下層の密着層は、例えば、層厚０．１μｍのＴｉ層から構成し、この上に層厚０．１μｍのＡｕ層を形成すればよい。これらは、よく知られた真空蒸着法により形成すればよい。
Next, as illustrated in FIG. 4B, a
以上のようにシード層４０３を形成した後、シード層４０３の上に電極配線となる第１金属パターン層４０４を形成する。例えば、シード層４０３の上に公知のフォトリソグラフィー技術によりレジストパターンを形成し、次いで、露出しているシード層４０３の上に、例えば、電解めっき法により厚さ１０μｍ程度のＡｕを成長させる。この後、レジストパターンを除去すれば、Ａｕからなる厚さ１０μｍの第１金属パターン層４０４が形成できる。
After the
次に、第１金属パターン層４０４をマスクとしてシード層４０３をエッチング除去し、絶縁層４０２の上で第１金属パターン層４０４の各パターンを電気的に分離する。例えば、シード層４０３の上層のＡｕ層は、塩酸と硝酸とを混合したエッチング液を用いればよい。また、下層（密着層）のチタン層は、フッ化水素酸水溶液を用いればよい。
Next, the
次に、図４Ｃに示すように、分離した第１金属パターン層４０４の間を充填する状態に犠牲層４０５を形成する。例えば、ＰＢＯからなる感光性樹脂を、スピンコーティング法により塗布して塗布膜を形成し、この塗布膜をフォトリソグラフィー技術によりパターニングし、熱硬化した後で平坦化すれば、犠牲層４０５が形成できる。
Next, as shown in FIG. 4C, a
次に、図４Ｄに示すように、犠牲層４０５および第１金属パターン層４０４の上にシード層４０６を形成する。シード層４０６は、犠牲層４０５の側に犠牲層４０５との密着性を向上させるための密着層を備えている。下層の密着層は、例えば、層厚０．１μｍのＴｉ層から構成し、この上に層厚０．１μｍのＡｕ層を形成すればよい。これらは、前述したシード層４０３と同様である。
Next, as illustrated in FIG. 4D, a
以上のようにシード層４０６を形成した後、シード層４０６の上に、ばねや可動部などとなる第２金属パターン層４０７を形成する。例えば、シード層４０６の上に公知のフォトリソグラフィー技術によりレジストパターンを形成し、次いで、露出しているシード層４０６の上に、例えば、電解めっき法により厚さ３μｍ程度のＡｕを成長させる。この後、レジストパターンを除去すれば、Ａｕからなる厚さ３μｍの第２金属パターン層４０７が形成できる。
After the
次に、図４Ｅに示すように、一部の第２金属パターン層４０７の上に配置する金属パターンから構成された第３金属パターン層４０８を形成する。第３金属パターン層４０８は、可動空間高さを調節するための構造体である。第３金属パターン層４０８も、前述同様に、フォトリソグラフィー技術により形成したレジストパターンを用い、露出している第２金属パターン層４０７の上に電解めっき法によりＡｕを成長させる。第３金属パターン層４０８は、例えば、厚さ５μｍ程度とする。
Next, as shown in FIG. 4E, a third
次に、第２金属パターン層４０７をマスクとしてシード層４０６をエッチング除去する。これは、前述したシード層４０３のエッチング除去と同様である。次いで、図４Ｆに示すように、分離した第２金属パターン層４０７および第３金属パターン層４０８の間を充填する状態に犠牲層４０９を形成する。犠牲層４０９は、前述した犠牲層４０５と同様に形成し、表面を平坦化する。
Next, the
次に、図４Ｇに示すように、犠牲層４０９および第３金属パターン層４０８の上にシード層４１０を形成し、また、シード層４１０の上に、図示しない第４金属パターン層を形成する。シード層４１０は、前述したシード層４０６と同様に形成すればよい。また、第４金属パターン層は、第２金属パターン層４０７と同様に形成すればよく、例えば、厚さ１２μｍに形成する。次に、第４金属パターン層をマスクとしてシード層４１０をエッチング除去する。前述したシード層４０６のエッチング除去と同様である。
Next, as shown in FIG. 4G, a
次いで、図４Ｈに示すように、犠牲層４１１を形成する。犠牲層４１１は、前述した犠牲層４０５，犠牲層４０９と同様に形成し、表面を平坦化する。
Next, as shown in FIG. 4H, a
次に、図４Ｉに示すように、犠牲層４０９の上の所定の箇所に、密着層４１２ａを介して絶縁層４１２を形成する。次に、図４Ｊに示すように、形成した絶縁層４１２の間を充填する状態に犠牲層４１３を形成する。犠牲層４１３は、前述した犠牲層４０５，４０９と同様に形成し、表面を平坦化する。
Next, as shown in FIG. 4I, an insulating
次に、図４Ｋに示すように、犠牲層４１３および絶縁層４１２の上にシード層４１４を形成し、また、シード層４１４の上に、可動体の金属パターンとなる第５金属パターン層４１５を形成する。シード層４１４は、前述したシード層４０６などと同様に形成すればよい。また、第５金属パターン層４１５は、第２金属パターン層４０７と同様に形成すればよく、例えば、厚さ１５μｍに形成する。この後、第５金属パターン層４１５をマスクとしてシード層４１４をエッチング除去する。これは、前述したシード層４０３などのエッチング除去と同様である。
Next, as shown in FIG. 4K, a
以上のようにして各金属パターン層を形成した後、例えば、酸素プラズマを用いたドライエッチングにより、各犠牲層をエッチング除去すれば、図４Ｌおよび図４Ｍに示すよう可変容量素子４３１，４３２が形成できる。可変容量素子４３１と可変容量素子４３２とは、絶縁層４０２の平面上で配置する方向が異なっており、各々同じ構成となっている。なお、図４Ｌにおいて、断面に現れない部分は、一部省略している。
After each metal pattern layer is formed as described above, if each sacrificial layer is removed by dry etching using, for example, oxygen plasma,
可変容量素子４３１は、固定駆動電極４２１，固定容量電極４２２，可動駆動電極４２３，可動容量電極４２４，およびばね梁４２５を備えている。可動駆動電極４２３は、ばね梁４２５により支持され、ばね梁４２５の変形により基板４０１の平面の法線方向に変位可能とされている。また、２つの可動駆動電極４２３は、可動容量電極４２４に連結して形成されている。従って、可動容量電極４２４も、可動駆動電極４２３と共に変位する。
The
固定駆動電極４２１，固定容量電極４２２は、第２金属パターン層４０７のいずれかの金属パターンにより構成され、可動駆動電極４２３，可動容量電極４２４は、第５金属パターン層４１５のいずれかの金属パターンにより構成され、ばね梁４２５は、第２金属パターン層４０７および第３金属パターン層４０８のいずれかの金属パターンにより構成されている。
The fixed
なお、固定駆動電極４２１および固定容量電極４２２は、一部が第１金属パターン層４０４の金属パターン層による支持部で、絶縁層４０２の上に支持されている。また、２つの可動駆動電極４２３は、絶縁層４１２により可動容量電極４２４に連結している。ばね梁４２５の端部は、第１金属パターン層４０４の金属パターン層による支持部で、絶縁層４０２の上に支持されている。
The fixed
この可動駆動電極４２３の変位による可動容量電極４２４の移動により、可動容量電極４２４と固定容量電極４２２との間隔を制御し、容量の可変を実現している。
Due to the movement of the
以上に説明したように、実施の形態４によれば、ＭＥＭＳ技術による可変容量素子が、５層の金属パターンの層を形成することで製造でき、工程数を増加させることなく、低コストで容易に形成できるようになる。また、この可変容量素子は、スイッチ素子やインダクタ素子などと共に同一の基板上に形成することが容易である。例えば、図示しない第４金属パターン層により、スイッチ素子の可動部を構成し、第５金属パターン層で、他の領域にインダクタ素子を形成すればよい。 As described above, according to the fourth embodiment, a variable capacitance element based on the MEMS technology can be manufactured by forming five layers of metal patterns, and can be easily manufactured at low cost without increasing the number of processes. Can be formed. In addition, the variable capacitance element can be easily formed on the same substrate together with the switch element, the inductor element, and the like. For example, the movable part of the switch element may be configured by a fourth metal pattern layer (not shown), and the inductor element may be formed in another region by the fifth metal pattern layer.
［実施の形態５］
次に、本発明の実施の形態５について、図５Ａ〜図５Ｍを用いて説明する。図５Ａ〜図５Ｌは、本発明の実施の形態５における微細素子の製造方法を説明するための途中工程における状態を模式的に示す断面図であり、図５Ｍは平面図である。
[Embodiment 5]
Next, Embodiment 5 of the present invention will be described with reference to FIGS. 5A to 5M. 5A to 5L are cross-sectional views schematically showing a state in an intermediate process for explaining the method for manufacturing a microelement in the fifth embodiment of the present invention, and FIG. 5M is a plan view.
まず、図５Ａに示すように、基板５０１の上に絶縁層５０２を形成する。例えば、基板５０１は、シリコンなどの半導体基板である。また、絶縁層５０２は、スパッタ法、ＣＶＤ法などの、公知の成膜法により形成すればよい。例えば、プラズマＣＶＤ法により、厚さ０．５μｍ程度に酸化シリコンを堆積して形成すればよい。
First, as illustrated in FIG. 5A, the insulating
次に、図５Ｂに示すように、絶縁層５０２の上にシード層５０３を形成する。シード層５０３は、絶縁層５０２の側に絶縁層５０２との密着性を向上させるための密着層を備えている。下層の密着層は、例えば、層厚０．１μｍのＴｉ層から構成し、この上に層厚０．１μｍのＡｕ層を形成すればよい。これらは、よく知られた真空蒸着法により形成すればよい。
Next, as illustrated in FIG. 5B, a
以上のようにシード層５０３を形成した後、シード層５０３の上に電極配線となる第１金属パターン層５０４を形成する。例えば、シード層５０３の上に公知のフォトリソグラフィー技術によりレジストパターンを形成し、次いで、露出しているシード層５０３の上に、例えば、電解めっき法により厚さ１０μｍ程度Ａｕを成長させる。この後、レジストパターンを除去すれば、Ａｕからなる厚さ１０μｍの第１金属パターン層５０４が形成できる。
After forming the
次に、第１金属パターン層５０４をマスクとしてシード層５０３をエッチング除去し、絶縁層５０２の上で第１金属パターン層５０４の各パターンを電気的に分離する。例えば、シード層５０３の上層のＡｕ層は、塩酸と硝酸とを混合したエッチング液を用いればよい。また、下層（密着層）のチタン層は、フッ化水素酸水溶液を用いればよい。
Next, the
次に、図５Ｃに示すように、分離した第１金属パターン層５０４の間を充填する状態に犠牲層５０５を形成する。例えば、ＰＢＯからなる感光性樹脂を、スピンコーティング法により塗布して塗布膜を形成し、この塗布膜をフォトリソグラフィー技術によりパターニングし、熱硬化した後で平坦化すれば、犠牲層５０５が形成できる。
Next, as shown in FIG. 5C, a
次に、図５Ｄに示すように、犠牲層５０５および第１金属パターン層５０４の上にシード層５０６を形成する。シード層５０６は、犠牲層５０５の側に犠牲層５０５との密着性を向上させるための密着層を備えている。下層の密着層は、例えば、層厚０．１μｍのＴｉ層から構成し、この上に層厚０．１μｍのＡｕ層を形成すればよい。これらは、前述したシード層５０３と同様である。
Next, as shown in FIG. 5D, a
以上のようにシード層５０６を形成した後、シード層５０６の上に、ばねや可動部などとなる第２金属パターン層５０７を形成する。例えば、シード層５０６の上に公知のフォトリソグラフィー技術によりレジストパターンを形成し、次いで、露出しているシード層５０６の上に、例えば、電解めっき法により厚さ３μｍ程度のＡｕを成長させる。この後、レジストパターンを除去すれば、Ａｕからなる厚さ３μｍの第２金属パターン層５０７が形成できる。
After forming the
次に、図５Ｅに示すように、一部の第２金属パターン層５０７の上に配置する金属パターンから構成された第３金属パターン層５０８を形成する。第３金属パターン層５０８は、可動空間高さを調節するための構造体である。第３金属パターン層５０８も、前述同様に、フォトリソグラフィー技術により形成したレジストパターンを用い、露出している第２金属パターン層５０７の上に電解めっき法によりＡｕを成長させる。第３金属パターン層５０８は、例えば、厚さ５μｍ程度とする。
Next, as shown in FIG. 5E, a third
次に、第２金属パターン層５０７をマスクとしてシード層５０６をエッチング除去する。これは、前述したシード層５０３のエッチング除去と同様である。次いで、図５Ｆに示すように、分離した第２金属パターン層５０７および第３金属パターン層５０８の間を充填する状態に犠牲層５０９を形成する。犠牲層５０９は、前述した犠牲層５０５と同様に形成し、表面を平坦化する。
Next, the
次に、図５Ｇに示すように、犠牲層５０９および第３金属パターン層５０８の上にシード層５１０を形成し、また、シード層５１０の上に、図示しない第４金属パターン層を形成する。シード層５１０は、前述したシード層５０６と同様に形成すればよい。また、第４金属パターン層は、第２金属パターン層５０７と同様に形成すればよく、例えば、厚さ１２μｍに形成する。次に、第４金属パターン層をマスクとしてシード層５１０をエッチング除去する。前述したシード層５０６のエッチング除去と同様である。
Next, as shown in FIG. 5G, a
次いで、図５Ｈに示すように、図示しない第４金属パターン層の間を充填する犠牲層５１１を形成する。犠牲層５１１は、前述した犠牲層５０５，犠牲層５０９と同様に形成し、表面を平坦化する。
Next, as shown in FIG. 5H, a
次に、図５Ｉに示すように、犠牲層５０９の上の所定の箇所に、密着層５１２ａを介して絶縁層５１２を形成する。次に、図５Ｊに示すように、形成した絶縁層５１２の間を充填し、また、一部の第３金属パターン層５０８の上に開口部を有する状態に犠牲層５１３を形成する。犠牲層５１３は、前述した犠牲層５０５，５０９と同様に形成し、表面を平坦化する。
Next, as shown in FIG. 5I, an insulating
次に、図５Ｋに示すように、犠牲層５１３および絶縁層５１２の上にシード層５１４を形成し、また、シード層５１４の上に、可動体の金属パターンとなる第５金属パターン層５１５を形成する。シード層５１４は、前述したシード層５０６などと同様に形成すればよい。また、第５金属パターン層５１５は、第２金属パターン層５０７と同様に形成すればよく、例えば、厚さ１５μｍに形成する。この後、第５金属パターン層５１５をマスクとしてシード層５１４をエッチング除去する。これは、前述したシード層５０３などのエッチング除去と同様である。
Next, as shown in FIG. 5K, a
以上のようにして各金属パターン層を形成した後、例えば、酸素プラズマを用いたドライエッチングにより、各犠牲層をエッチング除去すれば、図５Ｌおよび図５Ｍに示すよう加速度センサ素子５３１，５３２が形成できる。図５Ｌの加速度センサ素子５３１は、図５Ｍのｘｘ’線の断面を示し、図５Ｌの加速度センサ素子５３２は、図５Ｍのｙｙ’線の断面を示している。なお、図５Ｌにおいて、断面に現れない部分は、一部省略している。
After forming each metal pattern layer as described above, if each sacrificial layer is removed by dry etching using oxygen plasma, for example,
加速度センサ素子５３１は、固定電極５２１，可動電極（第２可動電極）５２２，ばね梁（ばね部）５２３，およびストッパ５２４を備える。可動電極５２２は、ばね梁５２３により支持され、ばね梁５２３の変形により基板５０１に平面方向に、ストッパ５２４の形成位置の範囲内で変位可能とされている。可動電極５２２は、第５金属パターン層５１５のいずれかの金属パターンにより構成され、固定電極５２１およびばね梁５２３は、第２金属パターン層５０７のいずれかの金属パターンにより構成されている。
The
なお、ストッパ５２４は、可動電極５２２と同様に第５金属パターン層５１５のいずれかの金属パターンにより構成されている。また、可動電極５２２は、第３金属パターン層５０８の金属パターンを介してばね梁５２３の上に支持されることで、固定電極５２１の上に離間して配置された状態とされている。また、ばね梁５２３は、一部が第１金属パターン層５０４の金属パターン層による支持部で、絶縁層５０２の上に支持されている。
Note that the
また、図６の平面図に示すように、上述した加速度センサ素子による複数のモジュールを２次元に配列することで、加速度センサアレイが実現できる。この加速度センサアレイでは、各々異なるサイズの可動電極を備えて各々感度の異なる複数の加速度センサ素子から構成されている。このようにすることで、ダイナミックレンジの大きな速度センサが構成できるようになる。 Further, as shown in the plan view of FIG. 6, an acceleration sensor array can be realized by two-dimensionally arranging a plurality of modules using the above-described acceleration sensor elements. This acceleration sensor array is composed of a plurality of acceleration sensor elements each having a different size and different sensitivity. In this way, a speed sensor with a large dynamic range can be configured.
以上に説明したように、実施の形態５によれば、ＭＥＭＳ技術による加速度センサが、多くの金属パターンの層を形成することなく製造でき、工程数を増加させることなく、低コストで容易に形成できるようになる。また、この加速度センサは、スイッチ素子やインダクタ素子などと共に同一の基板上に形成することが容易である。例えば、図示しない第４金属パターン層により、スイッチ素子の可動部を構成し、第５金属パターン層で、他の領域にインダクタ素子を形成すればよい。 As described above, according to the fifth embodiment, the acceleration sensor based on the MEMS technology can be manufactured without forming many metal pattern layers, and can be easily formed at low cost without increasing the number of processes. become able to. The acceleration sensor can be easily formed on the same substrate together with a switch element, an inductor element, and the like. For example, the movable part of the switch element may be configured by a fourth metal pattern layer (not shown), and the inductor element may be formed in another region by the fifth metal pattern layer.
［実施の形態６］
次に、本発明の実施の形態５について、図７を用いて説明する。図７は、可変フィルタの回路を示す回路図である。
[Embodiment 6]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a circuit diagram showing a circuit of the variable filter.
近年、異なる周波数帯を使用するにあたって、周波数が異なる回路機能の部品を各々作製するのは、大きさやコストの面で不利な点が多く、一体に作成する技術が望まれている。これに対し、実施の形態６では、異なる周波数帯に対応した可変フィルタを、ＭＥＭＳ技術によるスイッチ素子、可変容量素子、および微細なインダクタにより構成する場合について説明する。 In recent years, when using different frequency bands, it has many disadvantages in terms of size and cost to manufacture each component having a circuit function with a different frequency, and a technique for making them integrally is desired. On the other hand, in the sixth embodiment, a case will be described in which a variable filter corresponding to a different frequency band is configured by a switch element, a variable capacitance element, and a fine inductor by MEMS technology.
例えば、図７の回路図に示すようなＬＣ回路による可変フィルタを構成する。この可変フィルタは、第１の可変容量７０１，第２の可変容量７０２，固定容量７０３，第１のインダクタ７０４，第２のインダクタ７０５，第３のインダクタ７０６，第４のインダクタ７０７，およびスイッチ７０８を備える。スイッチ７０８では、第３のインダクタ７０６に接続する接点７０９と第４のインダクタ７０７に接続する接点７１０とを切り替える。
For example, a variable filter using an LC circuit as shown in the circuit diagram of FIG. 7 is configured. The variable filter includes a first
この可変フィルタは、第１の可変容量７０１，第２の可変容量７０２を、前述した実施の形態１，実施の形態４を用いて説明した可変容量素子から構成し、各インダクタを実施の形態１を用いて説明したインダクタ素子から構成し、スイッチ７０８を実施の形態１，実施の形態２を用いて説明したスイッチ素子から構成すればよい。これらの各素子は、実施の形態１を用いて説明したように、同一の基板上にモノリシックに集積して構成することが容易に実現できる。
In this variable filter, the first
以上に説明したように、本発明によれば、積層した５層の金属パターン層により、可変容量素子，スイッチ素子，インダクタ素子を構成し、可変容量素子，スイッチ素子の可動部と、インダクタ素子とは異なる金属パターン層の金属パターンで構成するようにしたので、複数の微細素子を個々の特性に合わせ、低コストで容易に同一基板上に製造できるようになる。 As described above, according to the present invention, the variable capacitance element, the switch element, and the inductor element are configured by the laminated five metal pattern layers, the variable capacitance element, the movable part of the switch element, the inductor element, Since it is configured by metal patterns of different metal pattern layers, a plurality of fine elements can be easily manufactured on the same substrate at low cost according to individual characteristics.
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and many modifications and combinations can be implemented by those having ordinary knowledge in the art within the technical idea of the present invention. It is obvious.
１０１…基板、１０２…絶縁層、１０３，１０６，１１０，１１６…シード層、１０４…第１金属パターン層、１０５，１０９，１１２，１１５…犠牲層、１０７…第２金属パターン層、１０８…第３金属パターン層、１１１…第４金属パターン層、１１３，１１４…絶縁層、１１４ａ…密着層、１１７…第５金属パターン層。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記絶縁層の上に第１金属パターン層を形成する第２工程と、
前記第１金属パターン層の上に前記絶縁層と離間して第２金属パターン層を形成する第３工程と、
前記第２金属パターン層の上に第３金属パターン層を形成する第４工程と、
前記第３金属パターン層の上に前記絶縁層と離間して第４金属パターン層を形成する第５工程と、
前記第４金属パターン層の上に前記絶縁層と離間して第５金属パターン層を形成する第６工程と
を少なくとも備え、
前記第１金属パターン層は、複数の第１電極配線を構成する金属パターンを含んで形成し、
前記第２金属パターン層は、ばね部および固定電極を構成する金属パターンを含んで形成し、
前記第４金属パターン層は、第１可動電極を構成する金属パターンを含んで形成し、
前記第５金属パターン層は、第２電極配線，第３電極配線、連結部，および第２可動電極を構成する金属パターンを含んで形成し、
前記固定電極，前記第２可動電極，前記ばね部により、前記第１電極配線のいずれかに接続して前記固定電極との距離を前記第２可動電極を変位させることで変化させて容量を可変させる可変容量素子を構成し、
平面視で屈曲した形状の前記第２電極配線により、前記第１電極配線のいずれかに接続するインダクタ素子を構成し、
前記第１可動電極および前記第３電極配線により、前記第１電極配線のいずれかに接続して前記第１可動電極の変位によるスイッチ素子を構成し、
前記第３金属パターン層の金属パターンにより前記第２金属パターン層の一部の金属パターンと前記第４金属パターン層の一部の金属パターンとの前記基板の上部方向の間隔を制御する
ことを特徴とする微細素子の製造方法。 A first step of forming an insulating layer on the substrate;
A second step of forming a first metal pattern layer on the insulating layer;
A third step of forming a second metal pattern layer spaced apart from the insulating layer on the first metal pattern layer;
A fourth step of forming a third metal pattern layer on the second metal pattern layer;
A fifth step of forming a fourth metal pattern layer on the third metal pattern layer apart from the insulating layer;
And a sixth step of forming a fifth metal pattern layer spaced apart from the insulating layer on the fourth metal pattern layer,
The first metal pattern layer includes a metal pattern constituting a plurality of first electrode wirings,
The second metal pattern layer includes a metal pattern that constitutes a spring portion and a fixed electrode,
The fourth metal pattern layer includes a metal pattern constituting the first movable electrode,
The fifth metal pattern layer includes a metal pattern constituting the second electrode wiring, the third electrode wiring, the connecting portion, and the second movable electrode,
The fixed electrode, the second movable electrode, by the spring portion, the variable capacity by changing the distance by displacing the second movable electrode and the fixed electrode connected to either of the first electrode wiring constitute a variable capacitance element Ru is,
By the second electrode wire bent shape in a plan view, and the inductor element connected to either one of the first electrode wire,
By the first movable electrode and the third electrode wiring is connected to either the first electrode wiring constitutes a switching element by the displacement of the first movable electrode,
The metal pattern of the third metal pattern layer controls a distance in the upper direction of the substrate between a part of the metal pattern of the second metal pattern layer and a part of the metal pattern of the fourth metal pattern layer. A method for manufacturing a microelement.
前記固定電極，前記ばね部，前記ばね部に支持されて変位可能とされた前記第２可動電極は、前記第１電極配線のいずれかに接続される加速度センサ素子を構成する
ことを特徴とする微細素子の製造方法。 In the manufacturing method of the fine element according to claim 1,
The fixed electrode, the spring portion, and the second movable electrode supported by the spring portion and capable of being displaced constitute an acceleration sensor element connected to any one of the first electrode wirings. A manufacturing method of a fine element.
前記絶縁層の上に形成された第１金属パターン層と、
前記第１金属パターン層の上に前記絶縁層と離間して形成された第２金属パターン層と、
前記第２金属パターン層の上に形成された第３金属パターン層と、
前記第３金属パターン層の上に前記絶縁層と離間して形成された第４金属パターン層と、
前記第４金属パターン層の上に前記絶縁層と離間して形成された第５金属パターン層と
を少なくとも備え、
前記第１金属パターン層は、複数の第１電極配線を構成する金属パターンを含んで形成され、
前記第２金属パターン層は、ばね部および固定電極を構成する金属パターンを含んで形成され、
前記第４金属パターン層は、第２可動電極および第１可動電極を構成する金属パターンを含んで形成され、
前記第５金属パターン層は、第２電極配線，第３電極配線、連結部，および第２可動電極を構成する金属パターンを含んで形成され、
前記固定電極，前記第２可動電極，前記ばね部により、前記第１電極配線のいずれかに接続して前記固定電極との距離を前記第２可動電極を変位させることで変化させて容量を可変させる可変容量素子が構成され、
平面視で屈曲した形状の前記第２電極配線により、前記第１電極配線のいずれかに接続するインダクタ素子が構成され、
前記第１可動電極および前記第３電極配線により、前記第１電極配線のいずれかに接続して前記第１可動電極の変位によるスイッチ素子が構成され、
前記第３金属パターン層の金属パターンにより前記第２金属パターン層の一部の金属パターンと前記第４金属パターン層の一部の金属パターンとの前記基板の上部方向の間隔が制御されている
ことを特徴とする微細素子。 An insulating layer formed on the substrate;
A first metal pattern layer formed on the insulating layer;
A second metal pattern layer formed on the first metal pattern layer and spaced apart from the insulating layer;
A third metal pattern layer formed on the second metal pattern layer;
A fourth metal pattern layer formed on the third metal pattern layer and spaced apart from the insulating layer;
A fifth metal pattern layer formed on the fourth metal pattern layer and spaced apart from the insulating layer,
The first metal pattern layer is formed including a metal pattern constituting a plurality of first electrode wirings,
The second metal pattern layer is formed including a metal pattern constituting a spring portion and a fixed electrode,
The fourth metal pattern layer is formed including a metal pattern constituting the second movable electrode and the first movable electrode,
The fifth metal pattern layer is formed including a metal pattern constituting a second electrode wiring, a third electrode wiring, a connecting portion, and a second movable electrode,
The fixed electrode, the second movable electrode, by the spring portion, the variable capacity by changing the distance by displacing the second movable electrode and the fixed electrode connected to either of the first electrode wiring variable capacitor Ru is is configured,
By the second electrode wire bent shape in plan view, an inductor element connected to either one of the first electrode wiring is formed,
Wherein the first movable electrode and the third electrode wiring, switching elements due to the displacement of the first movable electrode connected to one of said first electrode wiring is formed,
The distance in the upper direction of the substrate between the partial metal pattern of the second metal pattern layer and the partial metal pattern of the fourth metal pattern layer is controlled by the metal pattern of the third metal pattern layer. A micro device characterized by.
前記固定電極，前記ばね部，前記ばね部に支持されて変位可能とされた前記第２可動電極は、前記第１電極配線のいずれかに接続する加速度センサ素子を構成する
ことを特徴とする微細素子。 The fine element according to claim 3, wherein
The fixed electrode, the spring portion, and the second movable electrode supported by the spring portion and capable of being displaced constitute an acceleration sensor element connected to any one of the first electrode wirings. element.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012022784A JP5831905B2 (en) | 2012-02-06 | 2012-02-06 | Fine element and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012022784A JP5831905B2 (en) | 2012-02-06 | 2012-02-06 | Fine element and manufacturing method thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2013158882A JP2013158882A (en) | 2013-08-19 |
| JP5831905B2 true JP5831905B2 (en) | 2015-12-09 |
Family
ID=49171565
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2012022784A Active JP5831905B2 (en) | 2012-02-06 | 2012-02-06 | Fine element and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5831905B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017120205A (en) * | 2015-12-28 | 2017-07-06 | エヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロジ株式会社 | Fine element and manufacturing method thereof |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4504086B2 (en) * | 2004-05-06 | 2010-07-14 | 日本電信電話株式会社 | Manufacturing method of semiconductor device |
| JP4724488B2 (en) * | 2005-02-25 | 2011-07-13 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Integrated microelectromechanical system |
| US7545552B2 (en) * | 2006-10-19 | 2009-06-09 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Sacrificial spacer process and resultant structure for MEMS support structure |
| JP2008277743A (en) * | 2007-04-05 | 2008-11-13 | Mitsubishi Electric Corp | Variable device circuit and method for manufacturing the same |
| US7894205B2 (en) * | 2007-04-05 | 2011-02-22 | Mitsubishi Electric Corporation | Variable device circuit and method for manufacturing the same |
| JP5050022B2 (en) * | 2009-09-16 | 2012-10-17 | 株式会社東芝 | MEMS device |
-
2012
- 2012-02-06 JP JP2012022784A patent/JP5831905B2/en active Active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017120205A (en) * | 2015-12-28 | 2017-07-06 | エヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロジ株式会社 | Fine element and manufacturing method thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2013158882A (en) | 2013-08-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9085456B2 (en) | Support structure for TSV in MEMS structure | |
| JP4880878B2 (en) | Multi-metal layer MEMS structure and process for producing the same | |
| JP3712123B2 (en) | Variable capacitor and manufacturing method thereof | |
| JP2006326806A (en) | Semiconductor device using mems technique | |
| US8629516B2 (en) | Bulk silicon moving member with dimple | |
| US9754934B2 (en) | Method of operating an integrated switchable capacitive device | |
| EP2981981B1 (en) | Mems digital variable capacitor design with high linearity | |
| TWI511276B (en) | Integrated structure with bidirectional vertical actuation | |
| EP3322666A1 (en) | Tunable reactance devices, and methods of making and using the same | |
| US8524520B2 (en) | Method for producing a structure comprising a mobile element by means of a heterogeneous sacrificial layer | |
| JP2008277743A (en) | Variable device circuit and method for manufacturing the same | |
| JP6188801B2 (en) | Variable capacitor with MEMS device for radio frequency applications | |
| JP5831905B2 (en) | Fine element and manufacturing method thereof | |
| US9343242B2 (en) | Method of making contact posts for a microelectromechanical device | |
| WO2008033213A2 (en) | Mechanical switch with a curved bilayer | |
| US20190135610A1 (en) | Structure and formation method of semiconductor device structure | |
| TW200539204A (en) | Variable capacitor and manufacturing method thereof | |
| JP4504086B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
| WO2012088822A1 (en) | Mems switch and manufacturing method thereof | |
| US20110241135A1 (en) | Mems element | |
| US20160181040A1 (en) | Mems structure with multilayer membrane | |
| US8766381B2 (en) | Integrated circuit comprising a device with a vertical mobile element integrated in a support substrate and method for producing the device with a mobile element | |
| US6600644B1 (en) | Microelectronic tunable capacitor and method for fabrication | |
| US9202654B2 (en) | MEMS device and manufacturing method thereof | |
| JP6818299B2 (en) | Fine elements and their manufacturing methods |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140624 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20140624 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20150417 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150609 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150714 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20151006 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20151021 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5831905 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |