KR20050084058A - 마이크로머신 및 그 제조 방법 - Google Patents

마이크로머신 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR20050084058A
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마사히로 타다
타카시 키노시타
?? 미타라이
야스유키 이토
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소니 가부시끼 가이샤
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Abstract

Q값이 높고, 또한 주파수 대역이 더욱 더 높은 고주파 필터용의 마이크로머신이다. 기판(5) 위에 설치된 출력 전극(7)과, 기판(5)을 덮은 상태에서 설치되는 동시에, 출력 전극(7)을 기저부로 한 구멍 패턴(9a)을 구비한 층간 절연막(9)과, 구멍 패턴(9a) 내부를 공간부(A)로 하여 이것의 상부를 가로지르도록 층간 절연막(9) 위에 설치된 띠 형상의 진동자 전극을 구비한 마이크로머신으로서, 진동자 전극(11)은, 구멍 패턴(9a)의 측벽에 따라 구멍 패턴(9a)측으로 오목형으로 설치되는 것을 특징으로 하고 있다.

Description

마이크로머신 및 그 제조 방법{MICROMACHINE AND METHOD OF PRODUCING THE SAME}
본 발명은 마이크로머신 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 공간부를 거쳐서 출력 전극 상을 가로지르도록 진동자 전극이 설치된 마이크로머신 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
기판 상에 있어서의 미세가공기술의 진전에 따라, 실리콘 기판, 유리 기판 등의 기판 상에, 미세 구조체와 이것의 구동을 제어하는 전극 및 반도체 집적회로 등을 형성하는 마이크로머신 기술이 주목받고 있다.
그 중의 한가지로, 하기 비특허문헌 1(C.T.C.Nguyen, "Micromechanical components for miniaturized low-power communications(invited plenary)," proceedings, 1999 IEEE MTT-S International Microwave Symposium RF MEMS Workshop, June, 18, 1999, pp.48-77)에 나타나 있는 바와 같이, 무선통신용의 고주파 필터로서의 이용이 제안되어 있는 미소 진동자가 있다. 도 14에 나타낸 것과 같이 미소 진동자(100)는, 기판(101) 위에 설정치 출력 전극(102a)의 상방에, 공간부 A를 거쳐서 진동자 전극(103)을 배치하여 이루어진다. 이 진동자 전극(103)은, 출력 전극(102a)과 동일한 도전층으로 구성된 입력 전극(102b)에 일단부가 접속되고 있고, 입력 전극(102b)에 특정한 주파수 전압이 인가되었을 경우에, 출력 전극(102a) 위에 공간부 A를 거쳐서 설치된 진동자 전극(103)의 빔(진동부)(103a)이 고유 진동 주파수로 진동하고, 출력 전극(102a)과 빔(진동부)(103a) 사이의 공간부 A로 구성되는 커패시터의 용량이 변화하여, 이것이 출력 전극(102a)으로부터 출력된다. 이러한 구성의 미소 진동자(100)로 이루어진 고주파 필터는, 표면 탄성파(SAW)나 박막 탄성파(FBAR)를 이용한 고주파 필터와 비교하여, 높은 Q값을 실현할 수 있다.
이러한 미소 진동자의 제조는, 다음과 같이 행한다. 우선, 도 15a에 나타낸 것과 같이 표면이 절연막에서 덮인 기판(101) 위에, 폴리실리콘으로 이루어진 출력 전극(102a), 입력 전극(102b), 지지 전극(102c)을 형성한다. 이들 전극(102a∼102c)은, 출력 전극(102a)을 끼운 양측에 입력 전극(102b)과 지지 전극(102c)이 배치된다. 다음에, 이것들 전극(102a∼102c)을 덮는 상태에서, 기판(101) 위에 산화 실리콘으로 이루어진 희생층(105)을 형성한다.
다음에, 도 15b에 나타낸 것과 같이, 희생층(105)에, 입력 전극(102b) 및 지지 전극(102c)에 도달하는 접속 구멍(105b, 105c)을 형성한다. 그 후에 이것들 접속 구멍(105b, 105c) 내부를 포함하는 희생층(105) 위에 폴리실리콘층(106)을 형성한다.
다음에, 도 15c에 나타낸 것과 같이, 이 폴리실리콘층(106)을 패턴 에칭함으로써, 출력 전극(102a) 위를 통과하는 띠 형상의 진동자 전극(103)을 형성한다. 이때, 폴리실리콘으로 이루어진 입력 전극(102b) 및 지지 전극(102c)의 에칭을 방지하기 위해서, 접속 구멍(105b, 105c)이 완전하게 덮어지도록 폴리실리콘층(106)의 패턴 에칭을 행한다.
이상 후에, 희생층(105)을 선택적으로 제거하고, 이것에 의해 이전의 도 14에 나타낸 것과 같이, 출력 전극(102a)과 진동자 전극(103) 사이에 공간부 A를 형성하여, 미소 진동자(100)을 완성시킨다.
도16은, 전술한 구성의 미소 진동자(100)의 빔(진동부)(103a)의 길이(빔 길이) L과 고유 진동 주파수의 관계를 도시한 도면이다. 이 도면에 나타낸 것과 같이, 하기 식 (1)에 근거한 이론상의 고유 진동 주파수(Theory)는, (1/L2)에 비례한다. 이 때문에, 고주파화를 달성하기 위해서는, 빔 길이 L을 축소할 필요가 있다.
...(1)
h: 막두께
E: 영률
K: 전자 커플링율
ρ: 막 밀도
그런데, 전술한 미소 진동자(100)에 있어서는, 출력 전극(102a)을 걸치도록 공간부 A 및 진동자 전극(103)이 설치되기 때문에, 출력 전극(102a)의 선폭보다도 빔 길이 L을 짧게 할 수는 없다.
또한, 고주파화를 위해 빔 길이 L을 미세화하려고 한 경우, 출력 전극(102a)의 선폭도 미세화할 필요가 있기 때문에, 출력 전극(102a)과 진동자 전극(103) 사이의 용량이 작아져 출력이 저하해 버린다. 이상의 내용은, 빔 길이 L의 미세화에 의한 고주파화의 달성을 제한하는 요인이 되고 있다.
그래서, 본 발명은, 빔 길이의 미세화에 의한 고주파화를 더욱 더 진행시키는 것이 가능한 진동자 전극을 가지는 마이크로머신 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도1a 내지 도1b는, 제1실시예의 마이크로머신의 단면도 및 평면도이다.
도2a 내지 도2d는, 제1실시예의 제조 방법을 나타내는 단면 공정도(그것의 1)이다.
도3a 내지 도3c는, 제1실시예의 제조 방법을 나타내는 단면 공정도(그것의 2)이다.
도4는, 빔 길이(L)에 대한 고유 진동수의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도5a 내지 도5b는, 제 2 실시예의 마이크로머신의 단면도 및 평면도이다.
제6도는, 제 3 실시예의 마이크로머신의 단면도이다.
도7a 내지 도7d는, 제 3 실시예의 제조방법을 나타내는 단면 공정도(그것의 1)이다.
도8a 내지 도8c는, 제 3 실시예의 제조방법을 나타내는 단면 공정도(그것의 2)이다.
도9a 내지 도9b는, 제 4 실시예의 마이크로머신의 단면도 및 평면도이다.
도10a 내지 도 10d는, 제 4 실시예의 제조 방법을 나타내는 단면공정도이다.
제11도는, 제 5 실시예의 마이크로머신의 단면도이다.
도12a 내지 도12b는, 제 5 실시예의 제조 방법을 나타내는 단면도이다.
도 13은, 제 6 실시예의 마이크로머신의 단면도이다.
도 14는, 종래의 마이크로머신(미소 진동자)의 구성을 도시한 도면이다.
도15a 내지 도 15c는, 종래의 제조 방법을 나타내는 단면 공정도이다.
도16은, 종래의 마이크로머신의 과제를 설명하기 위한 그래프이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마이크로머신은 진동자 전극을 구비한 것으로, 기판 상에 패턴형성된 출력 전극을 구비하고 있고, 이 출력 전극을 기저부로 한 구멍 패턴을 구비한 층간 절연막이 기판 상에 형성되어 있다. 또한, 이 층간 절연막 상에는, 구멍 패턴 내부를 공간부로 하고 이것의 상부를 가로지르도록 띠 형상의 진동자 전극이 설치되어 있다. 그리고, 특히, 본 발명의 제 1 마이크로머신은, 진동자 전극이 구멍 패턴의 측벽을 따라 해당 구멍 패턴측에 오목형으로 설치되는 것을 특징으로 하고 있다.
이러한 구성의 제 1 마이크로머신에 있어서는, 구멍 패턴 상을 가로지르는 진동자 전극 부분이, 해당 진동자 전극의 빔(이하, 진동부라 기재한다)이 된다. 이 때문에, 출력 전극의 폭에 의존하지 않고, 구멍 패턴의 크기에 의해 진동부의 길이 (즉, 빔 길이)가 설정되어, 출력 전극의 폭보다도 짧은 진동부를 가지는 진동자 전극을 얻을 수 있다. 더구나, 이 진동자 전극은, 그것의 하면이 층간 절연막의 상면으로 지지될 뿐만 아니라, 진동부의 측면이 되는 부분이 구멍 패턴의 측벽 부분에 의해 지지된 상태가 된다. 따라서, 층간 절연막에 대한 진동자 전극의 지지가 확실하게 되어, 진동부만을 진동에 기여시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 구멍 패턴의 측벽에 따라 배치되는 진동자 전극의 막 두께만큼 진동부의 길이가 단축되기 때문에, 실질적인 진동부의 길이는, 구멍 패턴의 개구경보다도 짧아진다.
또한, 특히, 본 발명의 제 2 마이크로머신은, 구멍 패턴의 양측에 위치하는 진동자 전극의 양단 부분이, 층간 절연막과 이것의 상부에 설치된 절연막 사이에 협지되는 것을 특징으로 하고 있다.
이러한 구성의 제 2 마이크로머신에 있어서는, 제 1 마이크로머신과 마찬가지로, 구멍 패턴 상을 가로지르는 진동자 전극 부분이 해당 진동자 전극의 진동부가 되기 때문에, 출력 전극의 폭보다도 짧은 진동부를 가지는 진동자 전극을 얻을 수 있다. 더군다나, 이 진동자 전극은, 구멍 패턴의 양측, 즉 진동부의 양측 부분이, 층간 절연막과 이것의 상부에 설치된 절연막 사이에 협지되어 있기 때문에, 층간 절연막과 절연막으로 확실하게 지지되어, 진동부만을 진동에 기여시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 발명은, 전술한 구성의 제 1 마이크로머신의 제조 방법 및 제 2 마이크로머신의 제조 방법이기도 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면에 의거하여 상세하게 설명한다. 이때, 각 실시예에 있어서는, 고주파 필터에 적합한 미소 진동자로서의 마이크로머신의 구성 및 그 제조 방법을 이 순서로 설명한다.
<제 1 실시예>
도1a는 제 1 실시예의 마이크로머신의 구성을 나타내는 단면도이며, 도1b는 제 1 실시예의 마이크로머신의 구성을 나타내는 평면도이다. 한편, 도1a는 도1b의 X-X' 단면에 해당한다.
이들의 도면에 나타내는 마이크로머신(1)은, 반도체 기판(3)의 표면을 절연막(4)으로 덮어서 이루어진 기판(5) 위에 형성되어 있다. 이 기판(5) 위에는, 출력 전극(7)이 패턴형성되어 있다. 이 출력 전극(7)은, 마이크로머신(1)의 구성부에서 인출되어 기판(5) 위에서 배선되어 있다.
또한, 기판(5) 위에는, 이 출력 전극(7)을 덮은 상태에서, 층간 절연막(9)이 설치된다. 이 층간 절연막(9)은, 출력 전극(7)을 매립하는 상태로 표면 평탄하게 형성되어 있는 것이 바람직하지만, 이러한 형상에 한정되는 것은 아니고, 출력 전극(7)의 배치에 따른 볼록부를 가지는 표면 형상으로, 이 출력 전극(7)을 덮는 것이어도 좋다.
이러한 층간 절연막(9)에는, 출력 전극(7)에 도달하는 구멍 패턴(9a)이 설치된다. 이 구멍 패턴(9a)은, 출력 전극(7) 위에서 튀어나오지 않고, 출력 전극(7) 위에만 배치된다. 단, 이 구멍 패턴(9a)의 개구경 L은, 이 마이크로머신(1)이 있어서의 진동수를 결정하는 인자의 1가지가 된다. 따라서, 이 구멍 패턴(9a)은, 마이크로머신(1)으로 구성되는 고주파 필터에 필요하게 되는 진동수에 의해 규정된 개구경 L로 형성되어 있는 것이라고 한다.
또한, 층간 절연막(9) 위에는, 구멍 패턴(9a) 내부를 공간부 A로 하여 이 상부를 가로지르도록 띠 형상의 진동자 전극(11)이 설치되어 있고, 공간부 A 위, 즉 구멍 패턴(9a)에 포개어 배치된 부분이 진동부(빔)(11a)가 된다. 따라서, 구멍 패턴(9a)의 개구경 L이, 이 마이크로머신(1)의 진동부(빔)(11a)의 빔 길이 L이 된다. 이 진동자 전극(11)은, 그것의 진동부(11a)가, 구멍 패턴(9a)의 측벽에 따라, 구멍 패턴(9a)측으로 오목형으로 설치된다. 그리고, 진동자 전극(11)의 구멍 패턴(9a)측으로 오목형이 되는 부분(진동부(11a)의 중앙 부분)의 표면은, 도 1a에 나타낸 것과 같이, 층간 절연막(9)의 표면보다도 임의의 값 d(예를 들면 d=0.2㎛) 만큼 낮게 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 층간 절연막(9) 위에는, 진동자 전극(11)에 접속된 배선(15)이 설치된다. 한편, 배선(15)은, 진동자 전극(11)과 동일 층으로 형성된 것이어도 좋다.
다음에, 전술한 제 1 실시예의 마이크로머신의 제조 방법의 일례를, 도2a 내지 도 2d 및 도 3a내지 도3c의 단면 공정도를 이용하여 상세하게 설명한다.
우선, 도 2a에 나타낸 것과 같이, 단결정 실리콘 등의 반도체 기판(3) 위를 절연막(4)으로 덮어 이루어진 기판(5)을 형성한다. 이 절연막(4)은, 그것의 최표면이, 이후에 행해지는 희생층 (예를 들면, 산화 실리콘)의 에칭 제거에 대하여 에칭 내성을 가지는 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 그래서, 예를 들면, 반도체 기판(3)과의 사이의 응력을 완화하기 위한 산화 실리콘막(4a)을 거쳐, 전술한 에칭 내성을 가지는 질화 실리콘 막(4b)을 이 순서로 적층해서 이루어진 절연막(4)을 형성 하는 것으로 한다. 한편, 이것들 산화 실리콘 막(4a) 및 질화 실리콘 막(4b)은, 예를 들면 감압 CVD법에 의해 형성된다.
다음에, 도 2b에 나타낸 것과 같이, 기판(5) 위에 제1도전층을 패터닝하여 이루어진 출력 전극(7)을 형성한다. 이 출력 전극(7)을 구성하는 제1도전층(15)은, 예를 들면 인(P)을 함유하는 폴리실리콘 등의 실리콘층인 것으로 한다. 또한, 제1전극층의 패터닝 및 이하에 나타내는 각 구성부의 패턴 형성은, 리소그래피 처리로 형성한 레지스트 패턴을 마스크로 해서 재료막을 에칭함으로써 행해지는 것으로 한다.
그 후에, 도 2c에 나타낸 것과 같이, 출력 전극(7)을 덮은 상태에서, 기판(5) 위를 층간 절연막(9)으로 덮는다. 이때, 예를 들면, 출력 전극(7)이 매립되도록 기판(5) 위에 출력 전극(7)의 막두께보다도 두터운 막두께로 층간 절연막(9)을 형성하고, 이 층간 절연막(9)의 표면을 평탄화하는 것이 바람직하다. 이 층간 절연막(9)은, 뒤에 행해지는 희생층의 에칭 제거에 대하여 에칭 내성을 가지는 절연성 재료로부터 이루어지는 것으로 한다. 이때, 예를 들면, 전술한 희생층을 산화 실리콘으로 형성하는 경우에는, 질화 실리콘으로 이루어진 층간 절연막(9)을 형성하는 것으로 한다. 한편, 층간 절연막(9)은, 표면 평탄하게 출력 전극(7)을 매립하도록 형성될 필요는 없고, 출력 전극(7)의 배치에 따른 표면 형상을 갖고 해당 출력 전극(7)을 덮도록 형성되어도 좋다. 또한, 질화 실리콘으로 이루어진 층간 절연막(9)은, 예를 들면 감압 CVD법에 의해 형성된다.
다음에, 이 층간 절연막(9)에, 출력 전극(7)에 도달하는 구멍 패턴(9a)을 형성한다. 이 구멍 패턴(9a)은, 상기한 바와 같이, 완전하게 출력 전극(7) 위에만 배치되도록 개구 형상으로 형성되는 것으로 하고, 이에 따라 구멍 패턴(9a)의 기저부를 출력 전극(7)으로 한다.
다음에, 도 2d에 나타낸 것과 같이, 구멍 패턴(9a)의 기저부에 노출하고 있는 출력 전극(7)의 표면을 희생층(10)으로 덮는다. 이 희생층(10)은, 층간 절연막(9) 및 출력 전극(7)에 대하여 선택적으로 제거가 가능한 재료, 예를 들면 산화 실리콘으로 구성되는 것으로 한다. 이 경우, 예를 들면, 질화 실리콘으로 이루어진 층간 절연막(9)을 마스크로 해서 폴리실리콘으로 이루어진 출력 전극(7)의 표면을 산화시키고, 이에 따라 출력 전극(7)의 노출 표면을 산화 실리콘으로 이루어진 희생층(10)으로 덮는다. 또한, 여기에서는, 희생층(10)의 표면이, 층간 절연막(9)의 표면보다도 충분하게 낮아지도록, 즉 희생층(10) 형성후에도 구멍 패턴(9a) 부분이 오목형으로 유지되도록, 희생층(10)의 형성을 행하는 것이 중요하다.
이상이 후에, 도 3a에 나타낸 것과 같이, 기저부가 희생층(10)으로 덮인 구멍 패턴(9a)의 내벽을 덮는 상태로, 층간 절연막(9) 위에 제2도전층(12)을 막형성한다. 이 제2도전층(12)은, 이후에 행해지는 희생층(10)의 에칭에 대하여 내성을 가지는 재료로 이루어지는 것으로 한다. 이 때문에, 희생층(10)이 산화 실리콘으로 이루어지는 경우에는, 제2도전층(12)은 예를 들면 폴리실리콘 막으로 구성되는 것으로 한다. 또한, 이 제2도전층(12)에 있어서, 구멍 패턴(9a)측으로 오목형이 되는 부분의 표면이, 층간 절연막(9)의 표면보다도 낮아지도록, 해당 제2도전층(12)의 막두께가 설정되는 것으로 한다.
다음에, 도 3b에 나타낸 것과 같이, 제2도전층(12)을 패터닝함으로써 희생층(10) 및 층간 절연막(9) 위에 진동자 전극(11)을 패턴 형성한다. 이 진동자 전극(11)은, 희생층(10)을 가로지르고, 구멍 패턴(9a)의 일부 및 구멍 패턴(9a) 내에 형성된 희생층(10)의 일부를 노출하는 띠 형상으로 패턴 형성되는 것으로 한다. 이 경우, 예를 들면, 도 1b에 나타낸 것과 같이, 진동자 전극(11)의 양측으로부터, 구멍 패턴(9a)을 노출시켜도 좋다. 또한, 진동자 전극(11)의 폭 W 방향(빔 길이 L과 수직한 방향)의 한쪽에서만, 구멍 패턴(9a) 및 희생층(10)을 노출시켜도 좋다.
다음에, 도 3c에 나타낸 것과 같이, 진동자 전극(11)에 접속하는 배선(15)을 층간 절연막(9) 위에 형성한다. 이 배선(15)을 형성하는 경우에는, 예를 들면, 우선, 기판(5) 상의 전체면에 금(Au)의 시드층(도시 생략)을 형성한 후, 배선을 형성하는 부분을 노출시켜서 다른 부분을 덮는 레지스트 패턴(도시 생략)을 형성한다. 다음에, 도금법에 의해 레지스트 패턴의 개구부 내의 시드층 위에 도금층을 성장시켜서 배선(15)을 형성한다. 배선(15) 형성후에는, 레지스트 패턴을 제거하고, 또한 시드층을 제거하기 위한 전체면 에칭을 행한다. 한편, 이 배선(15)을, 진동자 전극(11)과 동일 층으로 구성하는 경우에는, 이 공정을 행할 필요는 없다.
이상 후에, 배선(15), 진동자 전극(11), 층간 절연막(9) 및 출력 전극(7)에 대하여 선택적으로 희생층(10)을 에칭 제거한다. 이때, 버퍼드 불산을 사용한 습식 에칭을 행함으로써, 진동자 전극(11) 아래의 산화 실리콘으로 이루어진 희생층(10)을 확실하게 제거한다.
이에 따라, 도 1a 및 도1b에 나타낸 것과 같이, 진동자 전극(11)의 하부에 희생층을 제거해서 이루어진 공간부 A를 형성하는 동시에, 구멍 패턴(9a) 기저부의 출력 전극(7)을 노출시킨다. 그리고, 구멍 패턴(9a) 내부를 공간부로 하여 이것의 상부를 가로지르도록, 층간 절연막(9) 위에 띠 형상의 진동자 전극(11)을 설치해서 이루어지는 마이크로머신(1)을 얻는다.
이상에서 설명한 구성의 제 1 실시예의 마이크로머신(1)에 있어서는, 층간 절연막(9)에 형성된 구멍 패턴(9a) 내부를 공간부 A로 하여, 이것의 상부(5)를 가로지르도록 진동자 전극(11이 배치되어 있다. 이 때문에, 특정한 주파수의 전압을 인가해서 진동자 전극(11)을 진동시킨 경우, 구멍 패턴(9a) 위를 가로 지르는 진동자 전극(11) 부분이 진동하고, 이 부분이 진동자 전극(11)의 빔(진동부)(11a)이 된다. 따라서, 구멍 패턴(9a)의 크기에 의해, 진동부(11a)의 길이(빔 길이 L)이 설정되게 된다.
이 때문에, 도14를 사용하여 설명한 것과 같은, 출력 전극(102a)을 걸치도록
공간부 A 및 진동자 전극(103)이 배치되는 종래의 구성의 마이크로머신에 있어서는, 진동자 전극(103)의 빔 길이 L을 출력 전극(102a)의 최소 가공 치수보다도 작게 할 수는 없었지만, 도 1a 내지 도 1b에 나타낸 본 제 1 실시예의 마이크로머신(1)에 있어서는, 출력 전극(7)의 선폭에 관계없이, 진동자 전극(11)의 빔 길이 L을 구멍 패턴(9a)의 최소 가공 치수까지 축소하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 더욱 더 빔 길이 L의 미세화와, 이것에 의한 고주파화의 달성이 가능해 진다.
또한, 진동자 전극(11)과 출력 전극(7) 사이에 생기는 용량을, 종래의 구성의 마이크로머신(도 14 참조)과 본 제 1 실시예의 마이크로머신(1)과 비교한 경우,
본 제 1 실시예의 마이크로머신(1) 쪽이, 진동자 전극(11)과 출력 전극(7)의 대향 면적을 빔 길이 L에 대하여 넓게 할 수 있으므로, 빔 길이 L에 대한 용량을 크게 할 수 있다. 따라서, 고주파화를 목적으로 하여 빔 길이 L을 미세화한 경우에 있어서도, 출력을 유지하는 것이 가능하게 된다.
그리고, 특히, 본 제 1 실시예의 구성의 마이크로머신(1)에 있어서는, 진동자 전극(11)의 양단부, 즉 진동부(11a)를 지지하는 앵커 부분이, 그 전체면에 걸쳐 층간 절연막(9)에 대하여 고정되어 있을 뿐만 아니라, 진동부(11a)의 측면이 구멍 패턴(9a)의 측벽 부분에 의해 지지된 상태로 되어 있다. 따라서, 층간 절연막(9)에 대한 진동자 전극(11)의 지지가 확실하게 되고, 진동부(11a)만을 효율적으로 진동에 기여시키는 것이 가능하게 된다. 이 결과, 소정 주파수의 전압을 인가해서 진동자 전극(11)을 진동시켰을 경우, 빔(진동부)(11a)만이 진동에 관여해서 진동하게 된다. 따라서, 고유 진동 주파수가, 전술한 식(1)을 충족시키는 이론상의 값(진동부의 길이 L의 제곱에 반비례한 값)에 의해 가깝게 된다. 이점에서도, 미세화에 의한 고주파화의 달성이 용이해진다고 말할 수 있다.
또한, 이 마이크로머신(1)의 진동자 전극(11)은, 구멍 패턴(9a)의 측벽에 따라 배치되는 진동자 전극(11)의 막두께 만큼 진동부(11a)의 길이가 단축된다. 이 때문에, 실질적으로 진동하는 진동 부분의 길이는, 구멍 패턴(9a)의 개구폭보다도 짧아진다. 이점에서도, 고주파화의 달성이 용이하게 되고 있다.
도 4에는, 각 구성의 마이크로머신에 있어서의, 고유 진동수의 빔 길이 L 의존성의 시뮬레이션 결과의 도면을 나타낸다. 이 도면에 나타낸 것과 같이, 제 1 실시예의 마이크로머신에 있어서는, 고유 진동수의 빔 길이 의존성이, 전술한 식 (1)을 만족하는 이론상의 값(Theory)에 의해 가깝게 되고, 미세화에 의한 고주파화의 달성이 용이해진다는 것이 확인되었다.
이에 대하여, 도 14에 나타낸 종래 구조의 마이크로머신에 있어서는, 제조공정상의 사정에서, 빔(진동부)(103a)를 지지하는 앵커 부분의 선단이, 하지에 밀착하지 않는 덮개부 B가 형성되기 때문에, 이 덮개부 B가, 빔(진동부)(103a)의 진동에 대하여 영향을 끼치고 있었다.
이 때문에, 빔 길이 L이 미세화된 영역에 있어서는, 고유 진동 주파수가, 전술한 식 (1)을 만족시키는 이론상의 값을 밑돌아, 빔 길이 L의 미세화에 의한 고주파화가 곤란했다.
이상의 결과, 본 구성의 마이크로머신(1)을 사용함으로써 Q값이 높고, 또한, 주파수 대역이 보다 높은 고주파 필터를 실현하는 것이 가능하게 된다.
또한, 특히, 출력 전극(7)을 매립하는 층간 절연막(9)의 표면을 평탄하게 형성한 경우, 층간 절연막(9)을 거쳐서 출력 전극(7)과 진동자 전극(11) 사이에 생기는 기생 용량(진동에 기여하지 않는 부분의 용량)을 최소한으로 억제할 수 있다. 이 때문에, 이 마이크로머신(1)으로 이루어진 고주파 필터에 있어서의, 주파수의 선택성(투과 특성)의 향상을 꾀하는 것도 가능하게 된다.
한편, 전술한 제 1 실시예에 있어서는, 도1b에 나타낸 것과 같이, 진동자 전극(11)의 선폭 W가 동일한 경우를 설명했지만, 진동자 전극(11)은 층간 절연막(9) 위에 배치된 양단부에 선폭의 큰 부분이 설치된 형상이어도 좋고, 이러한 형상으로 함으로써, 더욱 더 빔(진동부)(11a)의 지지를 확실하게 하는 것이 가능하게 된다.
<제 2 실시예>
도5a는 제 2 실시예의 마이크로머신의 구성을 나타내는 단면도이며, 도5b는 제 2 실시예의 마이크로머신의 구성을 나타내는 평면도이다. 한편, 도5a는 도5b의 X-X' 단면에 해당한다.
이들의 도면에 나타내는 제 2 실시예의 마이크로머신(20)과, 제 1 실시예에 있어서 도1a 내지 도1b를 사용하여 설명한 마이크로머신의 다른 점은, 진동자 전극(11')의 구성에 있으며, 다른 구성은 같은 것으로 한다.
즉, 이들의 도5a, 도5b에 나타내는 마이크로머신(20)의 진동자 전극(11')은, 층간 절연막(9)에 형성된 구멍 패턴(9a) 내부를 공간부 A로 하여 이 공간부 A를 막도록 하는 폭 W로 설치되어 있고, 또한 공간부 A에 도달하는 구멍부(11b)를 가지고 있다. 그리고, 이러한 진동자 전극(11')에서는, 공간부 A 위, 즉 구멍 패턴(9a)에 포개서 배치된 부분이 진동부(11a')로 되는 것은, 제 1 실시예와 같다.
여기에서, 구멍부(11b)는, 도시한 것 같이, 진동자 전극(11')에 1개소 설치되어도 좋으며, 2개소 이상의 복수 개소 설치되어도 좋다. 단, 구멍부(11b)의 개구 면적율(구멍 패턴(9a)에 대한) 및 배치 상태(개수도 포함한다)은, 본 제 2 실시예의 마이크로머신(20)을 고주파 필터로서 사용한 경우에, 목적으로 하는 주파수 대역의 출력을 얻을 수 있도록 적절히 설정되는 것으로 한다.
또한, 제 1 실시예와 마찬가지로, 이 진동자 전극(11')은, 그것의 진동부(11a')가, 구멍 패턴(9a)의 측벽에 따라, 구멍 패턴(9a)측으로 오목형으로 설치되는 것으로 하고, 또한, 진동자 전극(11')의 구멍 패턴(9a) 측으로 오목형이 되는 부분(진동부(11a')의 중앙 부분)의 표면이 층간 절연막(9)의 표면보다도 임의의 값(d) 만큼 낮게 설치되는 것이 바람직하다.
이러한 구성의 진동자 전극(11')을 구비한 마이크로머신(20)을 제조할 경우에는, 제 1 실시예의 마이크로머신의 제조 방법에 있어서, 도 3b를 이용하여 진동자 전극을 패턴형성하는 공정에서, 구멍 패턴(9a)을 덮는 동시에 구멍 패턴(9a) 내부의 희생층(10)에 도달하는 구멍부를 가지는 진동자 전극을 형성하고, 다음에 이 구멍부를 거쳐서 희생층(10)을 선택적으로 제거한다고 하는 방법이 채용된다.
이상, 도5a 내지 도5b를 사용하여 설명한 구성의 제 2 실시예의 마이크로머신(20)에 있어서는, 구멍 패턴(9a) 내부를 공간부 A로 하고, 이것의 상부를 막도록 하는 진동자 전극(11')이 배치되고, 진동자 전극(11')에는 공간부 A에 연통하는 구멍부(11b)가 설치된다. 이 때문에, 특정 주파수의 전압을 인가해서 진동자 전극(11')을 진동시켰을 경우, 구멍 패턴(9a)를 막는 진동자 전극(11') 부분이 진동하고, 이 부분이 진동자 전극(1)의 진동부(11a')가 된다. 따라서, 구멍 패턴(9a)의 크기에 의해, 진동부(11a')의 빔 길이 L이 설정되게 된다. 이 때문에, 제 1 실시예의 마이크로머신과 마찬가지로, 출력 전극(7)의 선폭에 관계없이, 구멍 패턴(9a)의 크기에 의해 빔 길이 L을 설정하는 것이 가능해 진다. 이 결과, 빔 길이 L의 미세화에 의한 고주파화의 달성, 및 출력의 유지를 달성하는 것이 가능하게 된다.
특히, 본 제 2 실시예의 마이크로머신(20)은, 진동자 전극(11')에 의해 구멍 패턴(9a)가 막히기 때문에, 빔(진동부)(11a')이 전체 외주에 걸쳐 층간 절연막(9)에 지지 고정된 상태가 되고 있고, 더군다나, 진동자 전극(11')의 양단부, 즉 빔(진동부)(11a')을 지지하는 앵커 부분이, 그 전체면에 걸쳐 층간 절연막(9)에 대하여 고정되어 있을 뿐만 아니라, 진동부(11a')의 측면이 구멍 패턴(9a)의 측벽 부분에 의해 지지된 상태가 되어 있다. 이 때문에, 제 1 실시예의 마이크로머신과 비교해서 진동자 전극(11')의 지지 상태가 더욱 확실하게 되어, 고유 진동 주파수를 더욱 더 상승시키는 것이 가능하다.
<제 3 실시예>
도6은 제 3 실시예의 마이크로머신의 구성을 나타내는 단면도이다. 이 도면에 나타내는 제 3 실시예의 마이크로머신(30)과, 제 1 실시예에 있어서 도 1a 내지 도1b를 사용하여 설명한 마이크로머신과의 다른 점은, 층간 절연막(31)의 구성에 있으며, 다른 구성은 같은 것으로 한다.
즉, 이 마이크로머신(30)은, 출력 전극(7)을 덮는 상태에서 기판(5) 위에 설치된 층간 절연막(31)이, 제 1 층(32)과 그 상부의 제 2 층(33)의 2층으로 구성되어 있다.
이 중에서, 제 1 층(32)은, 출력 전극(7)을 매립하기 위해서 충분한 막두께를 가지고 있는 것으로 한다. 이 제 1 층(32)은, 표면 평탄하게 형성되어 있는 것이 바람직하지만, 이러한 형상에 한정되는 일은 없고, 출력 전극(7)의 배치에 따른 볼록부를 가지는 표면 형상으로 해당 출력 전극(7)을 덮는 것이어도 좋다. 그리고, 이 제 1 층(32)에는, 출력 전극(7)에 도달하는 구멍 패턴(32a)가 설치된다. 이 구멍 패턴(32a)은, 출력 전극(7) 위에서 튀어나오지 않고, 출력 전극(7) 위에만 배치되는 것이 바람직하지만, 이것에 한정되는 일은 없다.
또한, 제 2 층(33)은, 제 1 층(32)보다도 충분하게 얇은 막두께를 가지고, 제 1 층(32)의 구멍 패턴(32a)의 내벽에 따라 이것을 덮는 상태에서, 제 1 층(32) 위에 설치된다. 또한, 제 2 층(33)의 막두께는, 제 1 층(32)을 보호할 수 있고, 또한 진동자 전극11의 하부에 배치되는 공간부 A의 높이와 대략 같거나 이것보다도 두터운 것으로 한다. 그리고, 이 제 2 층(33)에는, 출력 전극(7)에 도달하는 구멍 패턴(33a)이 설치된다. 이 구멍 패턴(33a)은, 제 1 층(32)의 구멍 패턴(32a)의 내측에 형성되고, 출력 전극(7) 위에서 튀어나오지 않고 출력 전극(7) 위에만 배치되고, 또한 제 1 층(32)이 노출하는 일이 없도록 설치되는 것으로 한다. 또한, 출력 전극(7) 위에, 소정 폭(길이)의 제 2 층(33) 부분으로 덮어지는 것으로 한다.
그리고, 이들의 제 1 층(32) 및 제 2 층(33)으로 구성된 층간 절연막(31) 위에 설치된 진동자 전극(11)은, 제 2 층(33)을 거쳐서 제 1 층(32)의 구멍 패턴(32a)의 측벽에 따라 배설됨으로써, 구멍 패턴(32a)측으로 오목형으로 설치된다. 또한, 진동자 전극(11)은, 제 2 층(33)의 구멍 패턴(33a) 내부를 공간부 A로 하여, 이 공간부 A를 가로지르는 상태에서 설치된다. 이 때문에, 공간부 A 위, 즉 구멍 패턴(33a)에 포개서 배치된 부분이 진동부(빔)(11a)가 된다.
여기에서, 진동자 전극(11)은, 제 2 층(33)의 구멍 패턴(33a)의 측벽에 따라, 구멍 패턴(33a)측(즉 공간부 A측)으로 오목형으로 설치되어도 좋다. 이 경우, 진동자 전극(11)은, 출력 전극(7)측을 향하는 2단계의 오목형으로 구성된다. 이 때문에, 진동부(11a)의 측면측이, 계단 모양으로 지지된 상태가 된다. 한편, 진동부(11a)의 중앙 부분의 표면이 층간 절연막(31)(제 2 층(33))의 표면보다도 임의의 값(d) 만큼 낮게 설치되는 것이 바람직한 것은, 제 1 실시예와 같다.
다음에, 전술한 제 3 실시예의 마이크로머신의 제조 방법의 일례를, 도7a 내지 도 7d 및 도8a 내지 도8c의 단면 공정도를 이용하여 상세하게 설명한다.
우선, 도 7a에 나타낸 것과 같이, 반도체 기판(3) 위를 절연막(4)으로 덮어 이루어진 기판(5)을 형성하고, 이것의 상부에 출력 전극(7)을 형성할 때까지를, 제1 실시예에서 도 2a 및 도2b를 사용하여 설명한 것과 마찬가지로 행한다.
다음에, 도 7b에 나타낸 것과 같이, 출력 전극(7)을 덮는 상태에서, 기판(5)위를 층간 절연막의 제 1 층(32)으로 덮는다. 이때, 예를 들면, 출력 전극(7)이 매립되도록 기판(5) 위에 출력 전극(7)의 막두께보다도 두터운 막두께로 제 1 층(32)을 형성하고, 이 제 1 층(32)의 표면을 평탄화하는 것이 바람직하다. 이 제1층(32)은, 예를 들면, 산화 실리콘을 이용하여 형성되는 것으로 한다. 그 후에 이 제 1 층(32)에, 출력 전극(7)에 도달하는 구멍 패턴(32a)을 형성한다.
다음에, 도7c에 나타낸 것과 같이, 제 1 층(32)의 구멍 패턴(32a)의 내벽을 덮는 상태에서, 제 1 층(32)보다도 충분하게 막두께가 얇은 제 2 층(33)을 형성한다. 이 제 2 층(33)은, 뒤에 행해지는 희생층의 에칭 제거에 대하여 에칭 내성을 가지는 절연성 재료로 이루어지는 것으로 한다. 이때, 예를 들면, 전술한 희생층을 산화 실리콘으로 형성하는 경우에는, 질화 실리콘으로 이루어진 제 2 층(33)을 형성하는 것으로 한다.
그리고, 이 제 2 층(33)에, 출력 전극(7)에 도달하는 구멍 패턴(33a)을 형성한다. 이 구멍 패턴(33a)은, 상기한 바와 같이, 완전하게 출력 전극 위에만 배치되도록 개구 형상으로 형성되는 것으로 하고, 이에 따라 구멍 패턴(33a)의 기저부를 출력 전극(7)으로 한다.
이상의 후에, 도7d에 나타낸 것과 같이, 구멍 패턴(33a)의 기저부에 노출하고 있는 출력 전극(7)의 표면을 희생층(10)으로 덮는다. 이 희생층(10)은, 제2층(33) 및 출력 전극(7)에 대하여 선택적으로 제거가 가능한 재료, 예를 들면 산화 실리콘에서 구성되는 것으로 한다. 이 경우, 이 희생층(10)은, 제 1 실시예에 있어서 도2d를 사용하여 설명한 것과 마찬가지로 형성한다. 또한, 여기에서는, 희생층(10)의 표면이, 제 2 층(33)의 표면과 같은 정도이거나 그것보다도 낮아지도록 희생층(10)의 형성을 행하는 것이 중요하다.
그 후에, 도8a∼제8c에 나타내는 공정은, 제 1 실시예에 있어서 도3a 내지 도3c를 사용하여 설명한 것과 마찬가지로 행한다. 단, 도 8c에 나타내는 공정에서, 희생층(10)을 제거하는 경우에는, 배선(15), 진동자 전극(11), 제 2 층(33) 및 출력 전극(7)에 대하여 선택적으로 희생층(10)을 에칭 제거하는 것으로 한다.
이상에 의해, 도6에 나타낸 것과 같이, 진동자 전극(11)의 하부가 희생층을 제거해서 이루어지는 공간부 A를 형성하는 동시에, 구멍 패턴(33a) 기저부의 출력 전극(7)을 노출시킨다. 그리고, 구멍 패턴(33a) 내부를 공간부 A로 하여 이것의 상부를 가로지르도록, 제 2 층(33) 위에 띠 형상의 진동자 전극(11)을 설치해서 이루어지는 마이크로머신(30)을 얻는다.
이상에서 설명한 제 3 실시예의 마이크로머신(30)에 있어서는, 구멍 패턴(33a) 내부를 공간부 A로 하고, 이것의 상부를 가로지르도록 진동자 전극(11)이 배치되고 있고, 또한 진동자 전극(11)의 빔(진동부)(11a)의 측면이 구멍 패턴(32a, 33a)의 측벽부분에 지지된 상태가 되고 있다. 이 때문에, 제 1 실시예의 마이크로머신과 마찬가지로, Q값이 높고, 또한, 주파수 대역이 더욱 높은 고주파 필터를 실현하는 것이 가능하게 된다.
<제 4 실시예>
도9a는 제 4 실시예의 마이크로머신의 구성을 나타내는 단면도이며, 도9b는 제 4 실시예의 마이크로머신의 구성을 나타내는 평면도이다. 한편, 도9a는 도9b의 X-X' 단면에 해당한다.
이들의 도면에 나타내는 제 4 실시예의 마이크로머신(40)과, 제 1 실시예에 있어서 도1a 내지 도1b를 사용하여 설명한 마이크로머신과의 다른 점은, 출력 전극(7)'이 홈 배선으로 구성되어 있는 점에 있으며, 다른 구성은 같은 것으로 한다.
즉, 이들의 도9a, 도9b에 나타내는 마이크로머신(40)의 출력 전극(7)'은, 층간 절연막(9)'에 형성된 구멍 패턴(9a)' 내부에 홈 배선으로서 설치되어 있고, 층간 절연막(9)'으로부터 출력 전극(7)'의 상면 전체가 노출된 상태가 되고 있다. 이 때문에, 층간 절연막(9)'에 형성된 구멍 패턴(9a)'은, 출력 전극(7)'으로부터 인출된 배선 부분도 노출시키도록 홈 배선 패턴으로서 형성되어 있는 것으로 한다.
다음에, 전술한 제 4 실시예의 마이크로머신의 제조 방법의 일례를, 도10a 내지 도10d 및 도 11의 단면 공정도를 이용하여 상세하게 설명한다.
우선, 도10a에 나타낸 것과 같이, 반도체 기판(3) 위를 절연막(4)으로 덮어 이루어진 기판(5)을 형성할 때까지를, 제 1 실시예에서 도2a를 사용하여 설명한 것과 마찬가지로 행한다.
다음에, 도10b에 나타낸 것과 같이, 기판(5) 위에 층간 절연막(9)'을 형성하고, 이 층간 절연막(9)에 기판(5)(절연막(4))에 도달하는 홈 배선용의 구멍 패턴(9a')을 형성한다.
그 후에 도 10c에 나타낸 것과 같이, 구멍 패턴(9a') 내부에 출력 전극(7')을 형성한다. 여기에서는, 예를 들면 구멍 패턴(9a') 내부를 매립하도록, 출력 전극(7')을 구성하는 제1도전층(폴리실리콘층)을 층간 절연막(9') 위에 형성하고, 다음에 층간 절연막(9') 상의 제1도전층을 CMP에 의해 연마 제거한다. 그후, 구멍 패턴(9a') 내부의 제1도전층을 에치백함으로써, 해당 제1도전층으로 이루어진 출력 전극(7')을, 층간 절연막(9')보다도 충분하게 낮은 막두께로 형성한다.
다음에, 도10d에 나타낸 것과 같이, 출력 전극(7')의 노출 표면 상에 선택적으로 희생층(10)을 형성한다. 이 공정은, 제 1 실시예에 있어서 도2d를 사용하여 설명한 것과 마찬가지로 행한다. 그리고, 그 후의 공정은, 제 1 실시예에 있어서 도3a 내지 도3c를 사용하여 설명한 것과 마찬가지로 행하고, 이에 따라 도9a 내지 도9b를 사용하여 설명한 구성의 마이크로머신(40)을 얻는다.
이상에서 설명한 제 4 실시예의 마이크로머신(40)에서도, 구멍 패턴(9a') 내부를 공간부 A로 하여, 이것의 상부를 가로지르도록 진동자 전극(11)이 배치되고 있고, 또한 진동자 전극(11)의 빔(진동부)(11a)의 측면이 구멍 패턴(9a')의 측벽 부분에 지지된 상태가 되고 있다. 이 때문에, 제 1 실시예의 마이크로머신과 마찬가지로, Q값이 높고, 또한 주파수 대역이 보다 높은 고주파 필터를 실현하는 것이 가능하게 된다.
<제 5 실시예>
도11은 제 5 실시예의 마이크로머신의 구성을 나타내는 단면도이다. 이 도면에 나타내는 제 5 실시예의 마이크로머신(50)과, 제 1 실시예에 있어서 도1a 내지 제1b를 사용하여 설명한 마이크로머신과의 다른 점은, 진동자 전극(11)을 덮은 상태에서 층간 절연막(9) 위에 절연막(51)이 설치되는 점에 있으며, 다른 구성은 동일한 것으로 한다.
즉, 이 마이크로머신(50)에 있어서는, 층간 절연막(9) 위에 지지되어 있는 진동자 전극(11) 부분, 즉 진동자 전극(11)에 있어서의 진동부(11a)의 양측 부분이, 층간 절연막(9)과 이것의 상부의 절연막(51) 사이에 협지되어 있다. 또한, 배선(15)도, 층간 절연막(9)과 절연막(51)과의 사이에 협지된다.
여기에서, 층간 절연막(9) 위에 적층된 절연막(51)은, 층간 절연막(9)의 구멍 패턴(9a)을 제 1 구멍 패턴(9a)으로 한 경우, 이 제 1 구멍 패턴(9a)과 거의 같은 위치에 대략 동일 형상의 제 2 구멍 패턴(51a)을 가지고 있는 것으로 한다. 한편, 이 제 2 구멍 패턴(51a)은, 진동자 전극(11)에 있어서 진동부(11a)의 진동을 방해하는 일이 없는 크기이면 좋다.
다음에, 전술한 제 5 실시예의 마이크로머신의 제조 방법의 일례를, 도12a 내지 도12b의 단면 공정도를 이용하여 상세하게 설명한다.
우선, 제 1 실시예에서 도2a 내지 도2d 및 도3a 내지 도3c를 사용하여 설명한 것과 같은 순서로, 층간 절연막(9) 위에 진동자 전극(11) 및 배선(15)을 형성할 때까지를 행한다.
그 후에, 희생층(10)을 제거하기 전에, 도12a에 나타낸 것과 같이, 진동자 전극(11) 및 배선(15)을 덮은 상태에서, 층간 절연막(9) 위에 절연막(51)을 형성한다. 이 절연막(51)은, 뒤에 행해지는 희생층(10)의 에칭 제거에 대하여 에칭 내성을 가지는 절연성 재료로부터 이루어지는 것으로 하고, 여기에서는 질화 실리콘으로 이루어진 절연막(51)을 형성하는 것으로 한다.
다음에, 도12b에 나타낸 것과 같이, 층간 절연막(9)의 제 1 구멍 패턴(9a) 에 포개어, 절연막(51)에 제 2 구멍 패턴(51a)을 형성한다. 그 후에, 진동자 전극(11), 층간 절연막(9), 출력 전극(7) 및 절연막(51)에 대하여 선택적으로 희생층(10)을 에칭 제거한다. 이때, 버퍼드 불산(20)을 사용한 습식 에칭을 행함으로써 진동자 전극(11) 아래의 산화 실리콘으로 이루어진 희생층(10)을 확실하게 제거한다.
이에 따라, 도11에 나타낸 것과 같이, 진동자 전극(11)의 하부가 희생층을 제거해서 이루어지는 공간부 A를 형성하는 동시에, 제 1 구멍 패턴(9a) 기저부의 출력 전극(7)을 노출시킨다. 그리고, 제 1 구멍 패턴(9a) 내부를 공간부 A로 하고 이것의 상부를 가로지르도록, 층간 절연막(9) 위에 띠 형상의 진동자 전극(11)을 설치해서 이루어지는 마이크로머신(50)을 얻는다.
이상에서 설명한 구성의 제 5 실시예의 마이크로머신(50)에서도, 구멍 패턴(9a) 내부를 공간부 A로 하여, 이것의 상부를 막도록 진동자 전극(11)이 배치되고 있고, 또한 진동자 전극(11)의 빔(진동부)(11a)의 측면이 구멍 패턴(9a)의 측벽 부분에 지지된 상태가 되고 있다. 더군다나, 진동자 전극(11)에 있어서의 진동부(11a)의 양측 부분이, 층간 절연막(9)과 이것의 상부에 설치된 절연막(51)과의 사이에 협지되어 있기 때문에, 제 1 실시예와 비교하여, 더욱 더 진동자 전극(11)의 지지가 확실해진다. 따라서, 제 1 실시예보다도 더욱 더 확실하게, Q값이 높고, 또한 주파수 대역이 보다 높은 고주파 필터를 실현하는 것이 가능하게 된다.
<제 6 실시예>
도13은 제 6 실시예의 마이크로머신의 구성을 나타내는 단면도이다. 이 도면에 나타내는 제 6 실시예의 마이크로머신(60)은, 도11을 사용하여 설명한 제 5 실시예의 마이크로머신의 변형예이다. 본 제 6 실시예의 마이크로머신(60)과, 도11을 사용하여 설명한 마이크로머신과의 다른 점은, 진동자 전극(61)의 구성에 있으며, 다른 구성은 같은 것으로 한다.
즉, 이 마이크로머신(60)에 있어서는, 진동자 전극(61)이, 출력 전극(7)측을 향해서 오목형으로 되는 부분이 없고, 그 진동부(61a)도 포함시켜서 평탄한 형상으로 구성되어 있다. 그리고, 진동자 전극(61)에 있어서의 진동부(61a)의 양측 부분이, 층간 절연막(9)과 이것의 상부의 절연막(51) 사이에 협지되어 있다. 또한, 배선(15)도, 층간 절연막(9)과 절연막(51)과의 사이에 협지된다.
이러한 구성의 진동자 전극(61)을 구비한 마이크로머신(60)을 제조하는 경우에는, 제 1 실시예의 마이크로머신의 제조 방법에 있어서, 도 2d를 사용하여 설명한 희생층(10)을 형성하는 공정에서, 구멍 패턴(9a)과 같은 높이의 희생층(10)을 형성하고, 그 후에는 제 5 실시예와 같은 순서를 행한다고 하는 방법이 채용된다.
이상, 도 13을 사용하여 설명한 구성의 제 6 실시예의 마이크로머신(60)에 있어서는, 구멍 패턴(9a) 내부를 공간부 A로 하여, 이것의 상부를 가로지르도록 진동자 전극(61)이 배치되어 있다. 이 때문에, 제 1 실시예와 마찬가지로, 특정한 주파수의 전압을 인가해서 진동자 전극(11)을 진동시켰을 경우, 구멍 패턴(9a) 위를 가로지르는 진동자 전극(61) 부분이 진동하여, 이 부분이 진동자 전극(61)의 진동부(61a)가 된다. 따라서, 구멍 패턴(9a)의 크기에 의해, 진동부(61a)의 길이(빔 길이 L)이 설정되게 된다.
따라서, 제 1 실시예에서 설명한 바와 같이, 빔 길이 L의 미세화와, 이것에 의한 고주파화의 달성이 가능해 지는 동시에, 고주파화를 목적으로 하여 빔 길이 L을 미세화한 경우라도, 출력을 유지하는 것이 가능하게 된다.
그리고, 특히, 본 제 6 실시예의 구성의 마이크로머신(60)에 있어서는, 제 5 실시예에서 설명한 것과 마찬가지로, 진동자 전극(61)의 양단부, 즉 진동부(61a)를 지지하는 앵커 부분을, 층간 절연막(9)과 이것의 상부에 설치된 절연막(51)과의 사이에 협지시킴으로써, 층간 절연막(9)과 절연막(51)으로 확실하게 진동자 전극(61)을 지지할 수 있어, 진동부만을 진동에 기여시키는 것이 가능하게 된다. 이 결과, 소정 주파수의 전압을 인가해서 진동자 전극(61)을 진동시켰을 경우, 빔(진동부)(61a)만이 진동에 관여해서 진동하게 된다. 따라서, 고유 진동 주파수가, 전술한 식 (1)을 만족시키는 이론상의 값(진동부의 길이 L의 제곱에 반비례한 값)에 더욱 가깝게 된다. 이점에서도, 미세화에 의한 고주파화의 달성이 용이해진다.
여기에서, 이전의 도4에는, 제 6 실시예의 마이크로머신(60)에 있어서의, 고유진동수의 빔 길이 L 의존성의 시뮬레이션 결과를 아울러 나타냈다. 이 도면에 나타낸 것과 같이, 제 6 실시예의 마이크로머신(60)에 있어서는, 고유 진동수의 빔 길이 의존성이, 전술한 식 (1)을 만족하는 이론상의 값(Tbeory)에 더욱 가깝게 되어, 미세화에 의한 고주파화의 달성이 용이해진다는 것이 확인되었다.
한편, 전술한 제 6 실시예에 있어서도, 진동자 전극(61)은, 그것의 양 단부에 선폭이 큰 부분이 설치된 형상이어도 좋고, 이에 따라 빔(진동부)(61a)의 지지를 확실하게 하여, 고유 진동 주파수를 더욱 더 상승시키는 것이 가능하다.
또한, 전술한 제 3-제 6 실시예는, 제 2 실시예와 조합하여, 각 진동자 전극에 의해 구멍 패턴을 막도록 하여도 좋다. 이렇게 함으로써 각 제3-제 6 실시예의 효과에 더해, 더욱 더 진동자 전극의 지지를 확실하게 해서 고유 진동 주파수의 향상을 꾀하는 것이 가능하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 마이크로머신 및 그 제조 방법에 의하면, 진동자 전극에 있어서의 진동부의 길이(빔 길이)를 출력 전극의 폭보다도 짧게 할 수 있고, 더군다나 진동부의 길이에 대하여 출력 전극과 진동자 전극과의 사이의 용량을 크게 하는 것이 가능하게 되는 동시에, 층간 절연막에 대한 진동자 전극의 지지를 확실하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 빔 길이의 미세화가 가능하게 될 뿐만 아니라, 고유 진동 주파수를 이론값에 근접시킬 수 있기 때문에 고주파화의 달성이 용이해진다. 이 결과, Q값이 높고, 또한 주파수 대역이 더욱 더 높은 고주파 필터를 실현하는 것이 가능하게 된다.

Claims (10)

  1. 기판 상에 패턴 형성된 출력 전극과,
    상기 기판을 덮은 상태로 설정되는 동시에 상기 출력 전극을 기저부로 한 구멍 패턴을 구비해서 이루어지는 층간 절연막과,
    상기 구멍 패턴 내부를 공간부로 하여 이것의 상부를 가로지르도록 상기 층간 절연막 위에 설치된 띠 형상의 진동자 전극을 구비한 마이크로머신에 있어서,
    상기 진동자 전극은, 상기 구멍 패턴의 측벽에 따라 해당 구멍 패턴측으로 오목형으로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로머신.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 진동자 전극의 상기 구멍 패턴측으로 오목형이 되는 부분의 표면은, 상기 층간 절연막의 표면보다도 낮게 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로머신.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 구멍 패턴의 양측에 위치하는 상기 진동자 전극의 양단 부분이, 상기 층간 절연막과, 해당 층간 절연막 위에 설치된 절연막 사이에 협지되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로머신.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 진동자 전극은, 상기 구멍 패턴을 가로막는 상태로 배치되는 동시에, 해당 구멍 패턴 내부의 공간부에 연통하는 구멍부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 마이크로머신.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 출력 전극은, 상기 층간 절연막에 매립되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로머신.
  6. 기판 상에 패턴 형성된 출력 전극과,
    상기 기판을 덮은 상태로 설치된다 동시에 상기 출력 전극을 기저부로 한 구멍 패턴을 구비해서 이루어지는 층간 절연막과,
    상기 구멍 패턴 내부를 공간부로 하여 이것의 상부를 가로지르도록 상기 층간 절연막 위에 설치된 띠 형상의 진동자 전극을 구비한 마이크로머신에 있어서,
    상기 구멍 패턴의 양측에 위치하는 상기 진동자 전극의 양단 부분이, 상기 층간 절연막과, 해당 층간 절연막 위에 설치된 절연막 사이에 협지되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로머신.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 진동자 전극은, 상기 구멍 패턴을 가로막는 상태로 배치되는 동시에, 해당 구멍 패턴의 공간부에 연통하는 구멍부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 마이크로머신.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 출력 전극은, 상기 층간 절연막에 매립되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로머신.
  9. 기판 상에 출력 전극을 패턴 형성하는 동시에, 해당 출력 전극을 기저부로 한 구멍 패턴을 구비한 층간 절연막을 상기 기판 상에 형성하는 제1공정과,
    상기 구멍 패턴의 기저부에 상기 층간 절연막의 표면보다도 낮은 표면 높이로 희생층을 형성하고, 해당 희생층에 의해 해당 구멍 패턴의 기저부의 출력 전극 표면을 덮는 제2공정과,
    상기 희생층의 일부를 노출시킨 상태로 해당 희생층 위를 가로지르는 띠 형상의 진동자 전극을, 상기 구멍 패턴의 내벽에 따라 해당 구멍 패턴측으로 오목형이 되도록 상기 희생층 및 상기 층간 절연막 위에 패턴 형성하는 제3공정과,
    상기 구멍 패턴 내부의 희생층을 선택적으로 제거함으로써, 상기 출력 전극과 상기 진동자 전극 사이에 공간부를 설치하는 제4공정을 행하는 것을 특징으로 하는 마이크로머신의 제조 방법.
  10. 기판 상에 출력 전극을 패턴 형성하는 동시에, 해당 출력 전극을 기저부로 한 제 1 구멍 패턴을 구비한 층간 절연막을 상기 기판 상에 형성하는 제1공정과,
    상기 제 1 구멍 패턴 기저부의 출력 전극 표면을 희생층으로 덮는 제2공정과,
    상기 희생층의 일부를 노출시킨 상태에서 해당 희생층 위를 가로지르는 띠 형상의 진동자 전극을, 상기 희생층 및 상기 층간 절연막 위에 패턴 형성하는 제3공정과,
    상기 진동자 전극을 덮은 상태에서 상기 층간 절연막 위에 절연막을 형성하고, 해당 절연막에 상기 진동자 전극 및 상기 희생층을 노출시키는 제 2 구멍 패턴을 형성하는 제4공정과,
    상기 제 2 구멍 패턴을 거쳐서 상기 제 1 구멍 패턴 내부의 희생층을 선택적으로 제거함으로써, 상기 출력 전극과 상기 진동자 전극 사이에 공간부를 설치하는 제5공정을 행하는 것을 특징으로 하는 마이크로머신의 제조 방법.
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