JP6851171B2 - 微細機能素子及び微細機能素子の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ＭＥＭＳ技術を用いた微細機能素子の帯電防止膜に関し、特に蒸着重合による高分子重合体によって帯電防止膜を設ける技術に関する。
近年、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術の進展により、ＭＥＭＳ技術を用いた種々の微細な機能素子が実用化されている。
このようなＭＥＭＳ技術を用いた微細な機能素子を製造する場合には、製造工程において、機能素子が帯電することに起因する課題がある。
例えば、エッチング、アッシング、スパッタリング等のプラズマを用いた真空処理工程の際に機能素子の絶縁層が破壊され、これによって機能素子の動作に不具合が生じたり、歩留まりが低下するという課題がある。
このようなＭＥＭＳ技術を用いた微細な機能素子を製造する場合には、製造工程において、機能素子が帯電することに起因する課題がある。
例えば、エッチング、アッシング、スパッタリング等のプラズマを用いた真空処理工程の際に機能素子の絶縁層が破壊され、これによって機能素子の動作に不具合が生じたり、歩留まりが低下するという課題がある。
また、製造工程において機能素子が帯電すると、近接する部分同士が固着する所謂スティッキングが生ずるという課題もある。
このような機能素子の製造工程における帯電に対しては、機能素子の表面に帯電を防止する膜を形成することも考えられるが、ＭＥＭＳ技術を用いた機能素子は、入り組んだ構造を有するため、機能素子の表面に均一な膜を形成することは非常に困難である。
このような機能素子の製造工程における帯電に対しては、機能素子の表面に帯電を防止する膜を形成することも考えられるが、ＭＥＭＳ技術を用いた機能素子は、入り組んだ構造を有するため、機能素子の表面に均一な膜を形成することは非常に困難である。
また、帯電防止膜として導電性の膜を形成すると、接続電極間の絶縁性を確保できなくなり、他方、表面抵抗率の大きい材料では帯電防止膜として有効に機能しないので、適切な表面抵抗率の材料を選択する必要がある。
本発明は、このような従来の技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ＭＥＭＳ技術を用いた微細機能素子の表面に均一で且つ適切な表面抵抗率の帯電防止用の保護膜を形成することができる技術を提供することにある。
上記目的を達成するためになされた本発明は、基体と、前記基体上に設けられ、所定の機能を有する微細な素子本体とを有し、前記素子本体が、Π共役系芳香族ポリアゾメチンを含む帯電防止材料からなる保護膜によって覆われている微細機能素子である。
本発明では、前記保護膜の表面抵抗率が、１×１０6Ω／sq.以上１×１０9Ω／sq.以下である場合にも効果的である。
一方、本発明は、上述したいずれかの微細機能素子を製造する方法であって、基体上に所定の機能を有する微細な素子本体が設けられた素子構造体を用意し、蒸着重合法によって前記保護膜を前記素子構造体の素子本体を覆うように形成する工程を有する微細機能素子の製造方法である。
本発明では、前記保護膜の表面抵抗率が、１×１０6Ω／sq.以上１×１０9Ω／sq.以下である場合にも効果的である。
一方、本発明は、上述したいずれかの微細機能素子を製造する方法であって、基体上に所定の機能を有する微細な素子本体が設けられた素子構造体を用意し、蒸着重合法によって前記保護膜を前記素子構造体の素子本体を覆うように形成する工程を有する微細機能素子の製造方法である。
以上述べた本発明によれば、基体上に設けられた素子本体が、Π共役系芳香族ポリアゾメチンを含む帯電防止材料からなる保護膜によって覆われていることから、エッチング、アッシング、スパッタリング等のプラズマを用いた真空処理工程の際に保護膜表面において発生した電荷が減衰し、その結果、微細機能素子の絶縁層の破壊を防止することができ、これにより微細機能素子の動作の不具合や歩留まりの低下を防止し、また製造時におけるスティッキングを防止することができる。
また、保護膜の材料であるΠ共役系芳香族ポリアゾメチンは、表面抵抗率を半導体の表面抵抗率程度、例えば１×１０6Ω／sq.以上１×１０9Ω／sq.以下程度にすることができるので、保護膜表面において発生した電荷を瞬時に減衰させることができ、これにより微細機能素子の素子本体の帯電を確実に防止することができる。
さらに、本発明に用いる蒸着重合法は、原料の蒸気が成膜対象物の周囲から回り込み、成膜対象物の表面において重合反応が進行するため、入り組んだ構造を有する素子構造体の基板上の素子本体に対して優れた段差被覆性で保護膜を均一に形成することができる。
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る微細機能素子の構成例を示す断面図である。
本例の微細機能素子１１は、可変容量用のＭＥＭＳデバイスからなるもので、図示しないＬＳＩが設けられた例えばＳｉからなる基板（基体）１上に、以下に説明する素子本体１ａが設けられて構成されている。
図１は、本発明に係る微細機能素子の構成例を示す断面図である。
本例の微細機能素子１１は、可変容量用のＭＥＭＳデバイスからなるもので、図示しないＬＳＩが設けられた例えばＳｉからなる基板（基体）１上に、以下に説明する素子本体１ａが設けられて構成されている。
まず、基板１上には、例えば酸化物からなる絶縁層２が形成され、この絶縁層２を介して基板１上の回路（図示せず）に接続された例えば金からなる電極３を有している。
また、基板１上の絶縁層２上には、例えば上記電極３の上方に形成された天井部分を有する素子構造部４が設けられている。
この素子構造部４の天井部分の下部には、例えば酸化シリコンや窒化シリコンからなる誘電体層６が設けられている。
また、基板１上の絶縁層２上には、例えば上記電極３の上方に形成された天井部分を有する素子構造部４が設けられている。
この素子構造部４の天井部分の下部には、例えば酸化シリコンや窒化シリコンからなる誘電体層６が設けられている。
さらに、基板１上の絶縁層２上には、例えば上記素子構造部４を取り囲むように形成された壁・天井部５が設けられている。
この壁・天井部５の天井部分には、後述するエッチング用の孔部が複数設けられている。
この壁・天井部５の天井部分には、後述するエッチング用の孔部が複数設けられている。
本実施の形態においては、基板１上の素子本体１ａ、すなわち、絶縁層２、電極３、素子構造部４、壁・天井部５、誘電体層６の表面に、後述するΠ共役系芳香族ポリアゾメチンを含む帯電防止材料からなる保護膜８がそれぞれ全面成膜されている。
本発明の場合、特に限定されることはないが、微細機能素子１１の素子本体１ａの帯電を確実に防止し、かつ、接続電極間の絶縁性を確保する観点からは、保護膜８の表面抵抗率が１×１０6Ω／sq.以上１×１０9Ω／sq.以下となるように構成することが好ましい。
図２（ａ）〜（ｄ）並びに図３（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る微細機能素子の製造方法の一例を示す工程図である。以下、図２（ａ）〜（ｄ）、図３（ａ）〜（ｃ）並びに図４を用いて本発明に係る微細機能素子の製造方法の例を説明する。
本例においては、まず、図２（ａ）に示すように、図示しないＬＳＩが設けられた例えばＳｉからなる基板１を用意する。
次に、図２（ｂ）に示すように、この基板１上に、例えば酸化物からなる絶縁層２を形成する。
次に、図２（ｂ）に示すように、この基板１上に、例えば酸化物からなる絶縁層２を形成する。
そして、図２（ｃ）に示すように、この基板１上に、例えば金めっきにより、電極３と、後述する素子構造部４の下部分４ａと、壁・天井部５の下部分を５ａを形成する。
さらに、図２（ｄ）に示すように、基板１上の凹凸を平坦化するための犠牲層７を形成する。
さらに、図２（ｄ）に示すように、基板１上の凹凸を平坦化するための犠牲層７を形成する。
この犠牲層７は、例えば感光性の有機樹脂を用いて形成する。
次に、上述した金めっきと犠牲層７の形成による平坦化を繰り返し、図３（ａ）に示すように、素子構造部４と、壁・天井部５を形成する。
次に、上述した金めっきと犠牲層７の形成による平坦化を繰り返し、図３（ａ）に示すように、素子構造部４と、壁・天井部５を形成する。
本実施の形態では、素子構造部４の天井部分の下部分に誘電体層６が形成されている。
そして、壁・天井部５の天井部分に設けられた複数の孔部を介してエッチング液を導入することにより、図３（ｂ）に示すように、犠牲層７を除去する。
これにより、目的とする微細機能素子１１の基本構成を有する素子構造体１０を得る。
そして、壁・天井部５の天井部分に設けられた複数の孔部を介してエッチング液を導入することにより、図３（ｂ）に示すように、犠牲層７を除去する。
これにより、目的とする微細機能素子１１の基本構成を有する素子構造体１０を得る。
さらに、この素子構造体１０の基板１上の素子本体１ａ（絶縁層２、電極３、素子構造部４、壁・天井部５、誘電体層６）に対し、以下に説明する蒸着重合法によって保護膜８を形成する。
本明細書では、蒸着重合法について、複数の低分子の原料を、成膜対象物の表面で重合させて高分子薄膜を形成する方法をいうものとする。
すなわち、反応性の高い複数種類の低分子有機材料の原料（例えば、モノマー、ダイマー、トリマー等）を共蒸着し、これら複数の原料を成膜対象物表面で重合させて高分子薄膜を形成する。
すなわち、反応性の高い複数種類の低分子有機材料の原料（例えば、モノマー、ダイマー、トリマー等）を共蒸着し、これら複数の原料を成膜対象物表面で重合させて高分子薄膜を形成する。
図４は、蒸着重合法に用いる蒸着重合装置の概略構成例を示す図である。
図４に示すように、本例の蒸着重合装置２０は、真空排気装置２１に接続された真空槽２２を有し、この真空槽２２内の下部に、温度制御手段２３を有するステージ２４が設けられている。そして、このステージ２４上に成膜対象物として上述した素子構造体１０が載置されるようになっている。
図４に示すように、本例の蒸着重合装置２０は、真空排気装置２１に接続された真空槽２２を有し、この真空槽２２内の下部に、温度制御手段２３を有するステージ２４が設けられている。そして、このステージ２４上に成膜対象物として上述した素子構造体１０が載置されるようになっている。
ここで、真空槽２２の上方には、２種類の原料を蒸発させるための一対の蒸発源２５、２６が設けられ、これら一対の蒸発源２５、２６は、それぞれバルブ２７ａ、２８ａを有する導入管２７、２８を介してそれぞれ真空槽２２の上部に接続されている。
また、真空槽２２内の上部には、導入された原料の蒸気を加熱するためのヒーター２９が設けられている。
また、真空槽２２内の上部には、導入された原料の蒸気を加熱するためのヒーター２９が設けられている。
蒸着重合装置２０の各蒸発源２５、２６内には、それぞれ図示しない蒸発用容器が設けられ、各蒸発用容器の内部には、保護膜８を形成するための原料が加熱可能な状態でそれぞれ注入されるようになっている。
本発明の場合、蒸着重合法によって保護膜８を形成する材料として、Π共役系芳香族ポリアゾメチンを用いる。
蒸着重合法によってΠ共役系芳香族ポリアゾメチンを形成するには、原料として、低分子のジアミンとジアルデヒドを使用する。
蒸着重合法によってΠ共役系芳香族ポリアゾメチンを形成するには、原料として、低分子のジアミンとジアルデヒドを使用する。
本発明の場合、ジアミンとしては、例えば式（１）〜式（１０）で示される、ベンゼン環や五員環のような環状構造の炭素骨格を基本とする有機化合物で、官能基としてＮＨ2基を有する芳香族系ジアミンが好適である。
この場合、ＮＨ2基は、任意の置換位置とすることができる。
この場合、ＮＨ2基は、任意の置換位置とすることができる。
また、ジアルデヒドとしては、例えば式（１１）〜式（２０）で示される、ベンゼン環や五員環のような環状構造の炭素骨格を基本とする有機化合物で、官能基としてＣＨＯ基を有する芳香族系ジアルデヒドが好適である。
この場合、ＣＨＯ基は、任意の置換位置とすることができる。
この場合、ＣＨＯ基は、任意の置換位置とすることができる。
上述した蒸着重合装置２０において、素子構造体１０上に、高分子重合体からなる保護膜８を形成するには、各バルブ２７ａ、２８ａを閉じた状態で真空槽２２内部の圧力を３×１０-3Ｐａ程度の高真空に設定し、各蒸発源２５、２６内の原料をそれぞれ所定の温度に加熱する。
そして、各原料が所定の温度に達して所要の蒸発量が得られた後に、各バルブ２７ａ、２８ａを開いて各原料（ジアミン、ジアルデヒド）の蒸気を真空槽２２内に導入し、ヒーター２９によって各原料の蒸気を加熱しつつ、所定の蒸発速度で各原料を上方から素子構造体１０上に導いて堆積させる。
この場合、温度制御手段２３によってステージ２４上の素子構造体１０の温度を所定の温度に制御する。
本発明の場合、蒸着重合時の素子構造体１０の温度は特に限定されることはないが、重合度の高いポリアゾメチンを得る観点からは、１００〜２５０℃に制御することが好ましい。
本発明の場合、蒸着重合時の素子構造体１０の温度は特に限定されることはないが、重合度の高いポリアゾメチンを得る観点からは、１００〜２５０℃に制御することが好ましい。
これにより、素子構造体１０の各部分の表面において重合反応が起こり、図３（ｃ）に示すように、Π共役系芳香族ポリアゾメチンからなる保護膜８が、素子構造体１０の基板１上の素子本体１ａ、すなわち、絶縁層２、電極３、素子構造部４、壁・天井部５、誘電体層６の表面に全面成膜される。
本発明では、例えば、式（１）に示すジアミンと、式（１１）に示すジアルデヒドを用いた場合には、式（２１）に示す重合反応によって、Π共役二重結合（Ｎ＝ＣＨ）を有するΠ共役系芳香族ポリアゾメチンが形成される。
本発明の場合、Π共役系芳香族ポリアゾメチンからなる保護膜８の厚さは特に限定されることはないが、上述した表面抵抗率並びに所望の機械特性を確保する観点からは、１００ｎｍ〜１０００ｎｍとなるように形成することが好ましい。
以上の工程により、図３（ｃ）に示すように、目的とする微細機能素子１１が得られる。
以上の工程により、図３（ｃ）に示すように、目的とする微細機能素子１１が得られる。
なお、本発明によって形成される保護膜８は、上記式（１）〜式（１０）で示される骨格のものと、上記式（１１）〜式（２０）で示される骨格のもののいずれをも組み合わせることができる。
以上述べた本実施の形態によれば、基板１上に設けられた素子本体１ａが、Π共役系芳香族ポリアゾメチンを含む帯電防止材料からなる保護膜８によって覆われていることから、エッチング、アッシング、スパッタリング等のプラズマを用いた真空処理工程の際に保護膜８表面において発生した電荷が減衰し、その結果、微細機能素子１１の絶縁層である誘電体層６の破壊を防止することができ、これにより微細機能素子１１の動作の不具合や歩留まりの低下を防止し、また製造時におけるスティッキングを防止することができる。
また、保護膜８の材料であるΠ共役系芳香族ポリアゾメチンは、表面抵抗率を半導体の表面抵抗率程度、例えば１×１０6Ω／sq.以上１×１０9Ω／sq.以下程度にすることができるので、保護膜８表面において発生した電荷を瞬時に減衰させることができ、これにより微細機能素子１１の素子本体１ａの帯電を確実に防止することができる。
さらに、本実施の形態に用いる蒸着重合法は、原料の蒸気が成膜対象物の周囲から回り込み、成膜対象物の表面において重合反応が進行するため、入り組んだ構造を有する素子構造体１０の基板１上の素子本体１ａに対して優れた段差被覆性で保護膜８を形成することができる。
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることはなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、本発明は可変容量用のＭＥＭＳデバイスに限られず、種々のＭＥＭＳ技術を用いた微細機能素子に適用することができる。
例えば、本発明は可変容量用のＭＥＭＳデバイスに限られず、種々のＭＥＭＳ技術を用いた微細機能素子に適用することができる。
１…基板（基体）
１ａ…素子本体
２…絶縁層
３…電極
４…素子構造部
５…壁・天井部
６…誘電体層
７…犠牲層
８…保護膜
１０…素子構造体
１１…微細機能素子
１ａ…素子本体
２…絶縁層
３…電極
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８…保護膜
１０…素子構造体
１１…微細機能素子
Claims (3)
- 基体と、
前記基体上に設けられ、所定の機能を有する微細な素子本体とを有し、
前記素子本体が芳香族系ジアミンと芳香族系ジアルデヒドとにより形成されたΠ共役系芳香族ポリアゾメチンを含み、表面抵抗率が１×１０6Ω／sq.以上１×１０9Ω／sq.以下である帯電防止材料からなる蒸着重合膜によって覆われている微細機能素子。 - 請求項１記載の微細機能素子であって、
前記基体は、ＬＳＩを有し、
前記素子本体は、
前記基体の上に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層の上に設けられた電極と、
前記絶縁層及び前記電極の上に設けられ、天井部分を有する素子構造部と、
前記天井部分の下に設けられた誘電体層と、
前記素子構造部を囲む壁及び天井部と
を有し、
前記絶縁層、前記電極、前記素子構造部、前記誘電体層、前記壁及び天井部のそれぞれの表面に、厚みが１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の前記蒸着重合膜が全面成膜された
微細機能素子。 - 微細機能素子を製造する方法であって、
基体上に所定の機能を有する微細な素子本体が設けられた素子構造体を用意し、
芳香族系ジアミンと芳香族系ジアルデヒドとを用いて、蒸着重合法によってΠ共役系芳香族ポリアゾメチンを含む蒸着重合膜を前記素子構造体の素子本体を覆うように形成し、
前記蒸着重合膜の表面抵抗率が１×１０6Ω／sq.以上１×１０9Ω／sq.以下になるように前記蒸着重合膜を形成する工程を有する微細機能素子の製造方法。
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