JPH02260333A - マイクロメカニカルスイッチの製造方法 - Google Patents

マイクロメカニカルスイッチの製造方法

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JPH02260333A
JPH02260333A JP8176189A JP8176189A JPH02260333A JP H02260333 A JPH02260333 A JP H02260333A JP 8176189 A JP8176189 A JP 8176189A JP 8176189 A JP8176189 A JP 8176189A JP H02260333 A JPH02260333 A JP H02260333A
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JP
Japan
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layer
film
epitaxial layer
sio2
switch
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JP8176189A
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English (en)
Inventor
Hitoshi Nishimura
仁 西村
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Fujikura Ltd
Original Assignee
Fujikura Ltd
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/0036—Switches making use of microelectromechanical systems [MEMS]

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  • Micromachines (AREA)
  • Weting (AREA)
  • Manufacture Of Switches (AREA)
  • Switches Operated By Changes In Physical Conditions (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はシリコン半導体のマイクロマシニング技術の応
用技術であって、超小型の加速度センナ及び加速度スイ
ッチ等の製造に好適のマイクロメカニカルスイッチの製
造方法に関する。
[従来の技術] 近時、シリコン半導体基板に対するマイクロマシニング
技術によって、加速度スイッチ等のマイクロメカニカル
スイッチを使用した各種センサが開発されており、例え
ば長さが約200μm1幅が20μmという超小型の加
速度スイッチが製作されている(“5ilicon a
s a Mechanlcal Materlal”P
ROCEEDING OF THE IEEE VOL
、70 No5 MAY 1982)。
この加速度スイッチは一端部がシリコン基板に支持され
た揺動可能なSiO□膜からなる可動部(以下、片持ば
゛りという)と、この片持ばりに被着されたAu電極及
びシリコン基板上に形成されたAu電極とにより構成さ
れている。そして、この加速度スイッチに加速度が加え
られると、シリコン基板に一端を支持された片持ばりが
揺動して変位し、片持ばりのAu電極と基板上のAu電
極とが接触するようになっている。これにより、加速度
をオン又はオフの電気信号として検知することができる
。
第3図(a)乃至(d)はこの加速度スイッチの従来の
製造方法を工程順に示す断面図、第4図は第3図(d)
のIV−IV線の位置における断面図である。
先ず、第3図(a)に示すように、シリコン基板11上
にボロン等のP型不純物を高濃度で導入してP”層12
を形成する。そして、全面にエピタキシャル層13を形
成した後、このエピタキシャル層13上に5ins膜1
4を形成する。次いで、この5iOz膜14上に第1の
Cr−Au層15を形成し、その後、第1のCr−Au
層15及び5iO9膜14の所定の領域をエツチングに
より除去してcaO部f5aを設ける。この第1のCr
−Au層15は下層のCr層と上層のAu層との積層体
からなり、n型領域との接着性を向上させるためにCr
を蒸着した後、このCr層上にAuを蒸着して形成され
る。
次に、第3図(b)に示すように、この開口部15aを
埋込むようにして、第1のCr−Au層15上に第1の
フォトレジスト16を所定のパターンで形成する。その
後、蒸着法により全面に第2のCr−Au層17を形成
する。
次に、第3図(C)に示すように、第2のCr−Au層
17上に第2のフォトレジスト18を被着した後、この
第2のフォトレジスト18に所定のパターンの開口部を
設ける。そして、この開口部に選択的にAuをめっきし
てAuめっき層19を形成する。
次いで、第3図(d)に示すように、第2のフォトレジ
スト18を除去した後、Auめっき層19が被着されて
いない露出領域において第2のCr−Au層17を除去
する。その後、第1のフォトレジスト16を除去し、F
DP (エチレンジアミン、ピロカテコール及び水の混
合液)によりエツチングを行う。この場合に、所定領域
のSi02 M 14下のエピタキシャル層13が局部
的にサイドエツチングされて除去される。これにより、
SiO3膜14による片持ばりを有する加速度スイッチ
が完成する。
このように、従来、高濃度(1020原子/cIil)
に不純物が導入されたP+層はFDPによりエツチング
されないという性質を利用して、SiO2膜14の所定
領域の下方のエピタキシャル層13をエツチング除去す
ることにより、5io2膜14により構成された片持ば
りを有するマイクロメカニカルスイッチを形成している
。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、P+層12は極めて高濃度で不純物を含
有しているため、このP+層12上に結晶欠陥がない単
結晶シリコンからなるエピタキシャル層13を形成する
ことは極めて困難である。
また、仮に、結晶欠陥がないエピタキシャル層13を形
成できたとしても、SiO2膜14を形成する工程でS
iを熱酸化(約1100℃)させる際に、P”居12中
の不純物(ボロン)がP+層12の上方のエピタキシャ
ル層13及び下方のシリコン基板11中に拡散するため
、P”層12の不純物濃度及び厚さが変化してしまう。
このため、従来、半導体基板にマイクロメカニカルスイ
ッチと共に、抵抗、ダイオード又はトランジスタ等の素
子を形成すると、これらの素子の電気的特性が変化して
しまうという問題点がある。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
他の素子の電気的特性を変化させることがなく、他の素
子と同一の半導体基板に形成することができ、高集積化
が可能なマイクロメカニカルスイッチを製造することが
できるマイクロメカニカルスイッチの製造方法を提供す
ることを目的とする。
[課題を解決するための手段] 本発明に係るマイクロメカニカルスイッチの製造方法は
、第1導電型シリコン半導体基板上に第2導電型エピタ
キシャル層を形成する工程と、このエピタキシャル層上
にSiO2膜を形成する工程と、所定領域の前記5in
2膜を局部的に除去して開口部を形成する工程と、前記
開口部を介して前記5iO9膜の下方の前記エピタキシ
ャル層をエレクトロケミカルエツチングにより局部的に
除去する工程とを有することを特徴とする。
[作用コ 本発明においては、エレクトロケミカルエツチングによ
りSiO3膜の下方のエピタキシャル層を局部的に除去
する。この場合に、例えば第1導電型半導体基板がN型
である場合は、この基板を電源の陽極に接続し、エッチ
ャントを陰極側にすることにより、N型半導体基板はエ
ッチャントには溶解せず、エツチングされない。そして
、上述の極性及び電圧を付加することにより、SiO2
膜の下方のP型エピタキシャル層のみがエツチング除去
される。これにより、Sio2膜の下方に空間が形成さ
れ、SiO□膜がその一端側が自由端、他端側か固定端
となってエビキシャル層に支持されN5io2膜の片持
ばりが形成される。
本発明方法によれば、マイクロメカニカルスイッチの製
造工程にて、高濃度不純物層の形成は不要となる。従っ
て、同一半導体基板にマイクロメカニカルスイッチと他
の素子とを混在して形成しても、マイクロメカニカルス
イッチが他の素子の電気的特性に影響を与えることはな
い。
[実施例コ 次に、本発明の実施例について添付の図面を参照して説
明する。
第1図(a)乃至(d)は本発明の実施例方法を工程順
に示す断面図である。
先ず、第1図(a)に示すように、N型シリコン基板1
上にP型エピタキシャル層2を2μm以上の厚さ、好ま
しくは3乃至4μmの厚さに形成し、このエピタキシャ
ル層2の表面及びシリコン基板1の下面を熱酸化させて
5in2膜3及び4を形成する。なお、このSiO□膜
3及び4はCVD(化学的気相成長)法により形成する
こともできる。
次に、第1図(b)に示すように、SiO2膜3の所定
領域を開口し、この開口部からN型不純物をl020原
子/dの濃度で拡散させて、シリコン基板1と接続され
たN′″領域5を形成する。なお、このN+領域5はシ
リコン基板1の下面側に形成することもできる。この場
合は、基板1の下面に形成したSiO2膜4を開口し、
この開口部からN型不純物をシリコン基板1に拡散させ
てN+領領域形成する。このN+領域5は後述するエレ
クトロケミカルエツチングの際に電極となってN型シリ
コン基板1と電気的コンタクトをとるために形成するも
のであり、エレクトロケミカルエツチングにおける通電
効率を考慮すると、N“領域5はエツチングされるP型
エピタキシャル層2と同一面側のシリコン基板1の上面
に形成することが好ましい。
次いで、第1図(C)に示すよう゛に、SiO□膜3上
に第1のCr−Au層15を形成した後、Sin、膜3
を所定のパターンで開口する。第2図は、このSiO2
膜3に形成された開口部6のパターンを示す平面図であ
る。この第2図に示すように、開口部6の形状はコの字
形をなす。その後、第1のフォトレジスト16(第3図
参照)と同様にフォトレジスト(図示せず)をパターン
形成し、更に第2のCr−Au層17を形成し、フォト
リングラフィ技術により、第2のCr−Au層17上に
Auめっき層19を所定のパターンで形成する。そして
、Auめっき層19の下方のフォトレジストを除去する
。
次いで、第1図(d)に示すように、エッチャントとし
てFDP又はヒドラジンの50容量%水溶液を使用し、
エレクトロケミカルエツチングを行う。これにより、S
iO2膜3の下方のエピタキシャル層2が局部的に除去
される。このとき、N+領域5を電極として電源の陽極
に接続し、エッチャントを陰極側にする。このエレクト
ロケミカルエツチングにおいては、N型シリコン基板1
はN+領域5を介して陽極側に接続されるためエツチン
グされず、電圧で保護されていることになる。一方、5
toa膜3の下方のP型エピタキシャル層2は開口部6
を介してエッチャントに接触する部分がエツチングされ
ていき、所定時間経過後には、SiO2膜3の下方の所
定領域のエピタキシャル層2がエツチング除去される。
これにより、5iOa膜3からなる片持ばり3aが形成
される。
上述の如くして本実施例により、片持ばり3a及びシリ
コン基板1上にAuめっき層19からなるAu電極が形
成された加速度スイッチが得られ、この加速度スイッチ
は、基本的には第3図(d)及び第4図に示す従来の加
速度スイッチと同様の構造を存する。
而して、本実施例においては、従来方法と異なり、加速
度スイッチの製造工程にてP+層を形成しないため、同
一のシリコン基板に他の種々の素子を形成することがで
きる。従って、高集積化が可能である。
[発明の効果] 以上説明したように本発明によれば、エレクトロケミカ
ルエツチングによりSiO2膜の下方のエピタキシャル
層を除去することによりマイクロメカニカルスイッチの
可動部を形成するから、マイクロメカニカルスイッチを
トランジスタ等の他の素子と同一の半導体基板に形成し
ても、他の素子の電気的特性を変化させることはない。
これにより、マイクロメカニカルスイッチを有する半導
体装置の高集積化が可能となり、本発明は極めて有益で
ある。また、エピタキシャル層の厚さを適正に設定して
おけば、その厚さの変動はないので、マイクロメカニカ
ルスイッチの可動部の下方に所定の大きさの空隙を形成
することができ、可動部の揺動範囲を適正に規制するこ
とが可能である。
これにより、マイクロメカニカルスイッチの使用時にお
ける可動部の折れを防止できる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)乃至(d)は本発明の実施例方法を工程順
に示す断面図、第2図は同じくその製造途中のシリコン
基板の平面図、第3図(a)乃至(d)は従来の加速度
スイッチの製造方法を工程順に示す断面図、第4図は第
3図(d)のIV−IV線の位置における断面図である
。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第1導電型シリコン半導体基板上に第2導電型エ
    ピタキシャル層を形成する工程と、このエピタキシャル
    層上にSiO_2膜を形成する工程と、所定領域の前記
    SiO_2膜を局部的に除去して開口部を形成する工程
    と、前記開口部を介して前記SiO_2膜の下方の前記
    エピタキシャル層をエレクトロケミカルエッチングによ
    り局部的に除去する工程とを有することを特徴とするマ
    イクロメカニカルスイッチの製造方法。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04306520A (ja) * 1990-11-01 1992-10-29 Hughes Aircraft Co マイクロ機械加工スイッチおよびその製造方法
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JP2011148084A (ja) * 2009-12-22 2011-08-04 Commissariat A L'energie Atomique & Aux Energies Alternatives 構造の平面外変位のための停止部を有する可動部を備える微小機械構造およびその製造プロセス

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