JPH06267926A - エッチング工程およびこれを用いた静電マイクロスイッチ - Google Patents
エッチング工程およびこれを用いた静電マイクロスイッチInfo
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- JPH06267926A JPH06267926A JP5254893A JP5254893A JPH06267926A JP H06267926 A JPH06267926 A JP H06267926A JP 5254893 A JP5254893 A JP 5254893A JP 5254893 A JP5254893 A JP 5254893A JP H06267926 A JPH06267926 A JP H06267926A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 温度変化や温度刺激に強く、フッ化水素酸に
よるエッチングや機械的な刺激にも耐え得る耐性の強い
窒化シリコン膜による静電マイクロスイッチのエッチン
グ工程、および該工程により得られる再現性の良い自由
度のある静電マイクロスイッチを提供する。 【構成】 窒化シリコン膜の応力を３×１０9 ｄｙｎ／
ｃｍ2 以下として基板上に酸化シリコン膜とパターニン
グされた多結晶シリコン膜を形成し、該酸化シリコン膜
下部に形成した窒化シリコン膜をエッチング停止層とし
て、酸化シリコン膜をエッチングする工程（および酸化
シリコン膜がスパッタ法によるもの、または窒化シリコ
ン膜が低圧化学気相成長法によるもの）により、再現性
の良い自由度のある静電マイクロスイッチが提供され
る。
よるエッチングや機械的な刺激にも耐え得る耐性の強い
窒化シリコン膜による静電マイクロスイッチのエッチン
グ工程、および該工程により得られる再現性の良い自由
度のある静電マイクロスイッチを提供する。 【構成】 窒化シリコン膜の応力を３×１０9 ｄｙｎ／
ｃｍ2 以下として基板上に酸化シリコン膜とパターニン
グされた多結晶シリコン膜を形成し、該酸化シリコン膜
下部に形成した窒化シリコン膜をエッチング停止層とし
て、酸化シリコン膜をエッチングする工程（および酸化
シリコン膜がスパッタ法によるもの、または窒化シリコ
ン膜が低圧化学気相成長法によるもの）により、再現性
の良い自由度のある静電マイクロスイッチが提供され
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、静電マイクロスイッチ
を得るために用いる特定のエッチング工程ならびに該工
程を用いて得られる静電マイクロスイッチに関する。
を得るために用いる特定のエッチング工程ならびに該工
程を用いて得られる静電マイクロスイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、フォトリソグラフィ技術等の半導
体プロセスを用い、極めて小型の力学量センサーや、ア
クチュエータ等が半導体基板上に作成されている。典型
的な微小機械として、マイクロモータ（M.Mehregany et
al., “Operation of microfabricated harmonic and
ordinary side-drive motors”，Proceedings IEEE Mic
ro Electro Mechnical Systems Workshop 1990 pp.1-8
）や、リニアマイクロアクチュエータ（W.C.Tang et a
l.,“Laterally Driven Polysilicon Resonant Microst
ructures ”，Senser and actuator 20(1989) pp.25-32
）等が提案されている。これらの微小機械を用いると
アレイ化、低コスト化が容易となり、高精度化が可能と
なる。
体プロセスを用い、極めて小型の力学量センサーや、ア
クチュエータ等が半導体基板上に作成されている。典型
的な微小機械として、マイクロモータ（M.Mehregany et
al., “Operation of microfabricated harmonic and
ordinary side-drive motors”，Proceedings IEEE Mic
ro Electro Mechnical Systems Workshop 1990 pp.1-8
）や、リニアマイクロアクチュエータ（W.C.Tang et a
l.,“Laterally Driven Polysilicon Resonant Microst
ructures ”，Senser and actuator 20(1989) pp.25-32
）等が提案されている。これらの微小機械を用いると
アレイ化、低コスト化が容易となり、高精度化が可能と
なる。
【０００３】これらの微小機械を形成するために、特に
犠牲層エッチング技術は半導体プロセスには無いアクチ
ュエータ等作製の特徴的、且つ重要な技術である。数μ
ｍ程度の膜厚の犠牲層アンダーカットを見込んだエッチ
ングにより、構造体の下まで廻り込んで除去するもので
ある。
犠牲層エッチング技術は半導体プロセスには無いアクチ
ュエータ等作製の特徴的、且つ重要な技術である。数μ
ｍ程度の膜厚の犠牲層アンダーカットを見込んだエッチ
ングにより、構造体の下まで廻り込んで除去するもので
ある。
【０００４】現在は、上記のアクチュエータのように多
結晶シリコン構造体を形成するために、酸化シリコン膜
を犠牲層とし、フッ化水素酸をエッチング液として用い
る方法、マイクロミラーをアルミニウム構造体でレジス
ト犠牲層として、酸素プラズマアッシング除去して作製
する方法（特開平２−８８１２）およびスイッチング素
子を酸化シリコン構造体で、単結晶シリコンを犠牲層と
し、水酸化カリウムをエッチング液として作製する方法
（K.E.Petersen“Dynamic Micromechanics Silicon：Te
chniques and Devices”vol.ED-25 no.10(1978) p.124
1）（図１０）等が提案されている。それぞれ使用する
構造体の材料によって、犠牲層、およびエッチング液に
何を用いるかが決定される。
結晶シリコン構造体を形成するために、酸化シリコン膜
を犠牲層とし、フッ化水素酸をエッチング液として用い
る方法、マイクロミラーをアルミニウム構造体でレジス
ト犠牲層として、酸素プラズマアッシング除去して作製
する方法（特開平２−８８１２）およびスイッチング素
子を酸化シリコン構造体で、単結晶シリコンを犠牲層と
し、水酸化カリウムをエッチング液として作製する方法
（K.E.Petersen“Dynamic Micromechanics Silicon：Te
chniques and Devices”vol.ED-25 no.10(1978) p.124
1）（図１０）等が提案されている。それぞれ使用する
構造体の材料によって、犠牲層、およびエッチング液に
何を用いるかが決定される。
【０００５】このうち、多結晶シリコン構造体は、比較
的微細構造を形成し易く、またヤング率および降伏応力
も大きい値を有するので、アクチュエータ等の微小機械
に適している。通常多結晶シリコン構造体を作成する場
合、犠牲層に酸化シリコンを用い、犠牲層除去をフッ化
水素酸により行い、また、犠牲層エッチング停止層とし
ては窒化シリコン膜が用いられる。
的微細構造を形成し易く、またヤング率および降伏応力
も大きい値を有するので、アクチュエータ等の微小機械
に適している。通常多結晶シリコン構造体を作成する場
合、犠牲層に酸化シリコンを用い、犠牲層除去をフッ化
水素酸により行い、また、犠牲層エッチング停止層とし
ては窒化シリコン膜が用いられる。
【０００６】この窒化シリコン膜には、エッチング停止
層となると共に、水分およびＮａ+の拡散を防ぎ、また
絶縁性も良く、且つ膜の均一性も良いという利点があ
る。しかし一方、内部応力が大きいという欠点がある。
このため、積層時あるいは犠牲層エッチング時、温度を
充分制御しないと他の積層膜との熱膨張係数の違いによ
る熱応力等の外部からの刺激を受けて、窒化膜にクラッ
クが入ったり、剥離したりするという問題があった。
層となると共に、水分およびＮａ+の拡散を防ぎ、また
絶縁性も良く、且つ膜の均一性も良いという利点があ
る。しかし一方、内部応力が大きいという欠点がある。
このため、積層時あるいは犠牲層エッチング時、温度を
充分制御しないと他の積層膜との熱膨張係数の違いによ
る熱応力等の外部からの刺激を受けて、窒化膜にクラッ
クが入ったり、剥離したりするという問題があった。
【０００７】また、エッチングの終了後、膜中に潜在す
るマイクロクラック等により、あるいは洗浄中の流水に
よる刺激や温度変化等によっても、クラックが全体に広
がったり、剥離したりすることがあった。このため絶縁
層としての酸化シリコン膜までエッチングされたり、膜
が多結晶シリコン構造体ごと剥離したりして、歩留まり
が高く再現性の良い多結晶シリコン構造体を作製するの
は困難であった。
るマイクロクラック等により、あるいは洗浄中の流水に
よる刺激や温度変化等によっても、クラックが全体に広
がったり、剥離したりすることがあった。このため絶縁
層としての酸化シリコン膜までエッチングされたり、膜
が多結晶シリコン構造体ごと剥離したりして、歩留まり
が高く再現性の良い多結晶シリコン構造体を作製するの
は困難であった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
のような問題のない、温度変化や温度刺激に強く、また
フッ化水素酸によるエッチングや、機械的な刺激にも耐
えられるような、耐性のある窒化シリコン膜による静電
マイクロスイッチのエッチング工程および該工程を用い
て得られる静電マイクロスイッチを提供することにあ
る。
のような問題のない、温度変化や温度刺激に強く、また
フッ化水素酸によるエッチングや、機械的な刺激にも耐
えられるような、耐性のある窒化シリコン膜による静電
マイクロスイッチのエッチング工程および該工程を用い
て得られる静電マイクロスイッチを提供することにあ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明は下記の構成を有する。すなわち、本発明の第
１は、エッチングマスクあるいはエッチング停止層とし
て窒化シリコン膜を用いるエッチング工程において、窒
化シリコン膜の応力が、３×１０9ｄｙｎ／ｃｍ2 以下
であることを特徴とするエッチング工程であり、また、
第２は、基板上に犠牲層となる酸化シリコン膜とパター
ニングされた多結晶シリコン膜を形成した後、該酸化シ
リコン膜下部に形成した窒化シリコン膜をエッチング停
止層として、酸化シリコン膜をエッチングする工程にお
いて、該窒化シリコン膜の応力が、３×１０9 ｄｙｎ／
ｃｍ2 以下であることを特徴とする第１に記載のエッチ
ング工程であり、第３は、前記犠牲層となる酸化シリコ
ン膜をスパッタ法により作製したことを特徴とするエッ
チング工程であり、第４は、前記窒化シリコン膜を低圧
化学気相成長法により成膜したことを特徴とする第１ま
たは２に記載のエッチング工程であり、第５は、エッチ
ング停止層となる窒化シリコン膜におおわれた基板上に
固定下電極と、空隙を介して一方が固定支持された可動
電極板と、絶縁膜を介したスイッチ用可動電極と、スイ
ッチ用固定電極および駆動手段からなり、該駆動手段に
より可動電極板がたわみ、スイッチ用可動電極の先端が
下がり、スイッチ用固定電極に接触してスイッチ用可動
電極とスイッチ用固定電極が導通となる静電マイクロス
イッチであって、該駆動手段が可動電極板と固定下電極
の間に電圧を印加することにより発生する静電力であり
且つ、該窒化シリコン膜の応力が、３×１０9 ｄｙｎ／
ｃｍ2 以下であることを特徴とする静電マイクロスイッ
チであり、第６は、前記基板が酸化シリコン膜を形成し
たシリコン基板であることを特徴とする第５に記載の静
電マイクロスイッチであり、第７は、前記固定下電極、
可動電極板、スイッチ用可動電極およスイッチ用固定電
極が多結晶シリコンからなり、空隙が酸化シリコン膜で
形成され、可動電極板およびスイッチ用電極を形成した
後、窒化シリコン膜をエッチング停止層として酸化シリ
コンをエッチング除去することにより形成されたことを
特徴とする第５に記載の静電マイクロスイッチである。
め本発明は下記の構成を有する。すなわち、本発明の第
１は、エッチングマスクあるいはエッチング停止層とし
て窒化シリコン膜を用いるエッチング工程において、窒
化シリコン膜の応力が、３×１０9ｄｙｎ／ｃｍ2 以下
であることを特徴とするエッチング工程であり、また、
第２は、基板上に犠牲層となる酸化シリコン膜とパター
ニングされた多結晶シリコン膜を形成した後、該酸化シ
リコン膜下部に形成した窒化シリコン膜をエッチング停
止層として、酸化シリコン膜をエッチングする工程にお
いて、該窒化シリコン膜の応力が、３×１０9 ｄｙｎ／
ｃｍ2 以下であることを特徴とする第１に記載のエッチ
ング工程であり、第３は、前記犠牲層となる酸化シリコ
ン膜をスパッタ法により作製したことを特徴とするエッ
チング工程であり、第４は、前記窒化シリコン膜を低圧
化学気相成長法により成膜したことを特徴とする第１ま
たは２に記載のエッチング工程であり、第５は、エッチ
ング停止層となる窒化シリコン膜におおわれた基板上に
固定下電極と、空隙を介して一方が固定支持された可動
電極板と、絶縁膜を介したスイッチ用可動電極と、スイ
ッチ用固定電極および駆動手段からなり、該駆動手段に
より可動電極板がたわみ、スイッチ用可動電極の先端が
下がり、スイッチ用固定電極に接触してスイッチ用可動
電極とスイッチ用固定電極が導通となる静電マイクロス
イッチであって、該駆動手段が可動電極板と固定下電極
の間に電圧を印加することにより発生する静電力であり
且つ、該窒化シリコン膜の応力が、３×１０9 ｄｙｎ／
ｃｍ2 以下であることを特徴とする静電マイクロスイッ
チであり、第６は、前記基板が酸化シリコン膜を形成し
たシリコン基板であることを特徴とする第５に記載の静
電マイクロスイッチであり、第７は、前記固定下電極、
可動電極板、スイッチ用可動電極およスイッチ用固定電
極が多結晶シリコンからなり、空隙が酸化シリコン膜で
形成され、可動電極板およびスイッチ用電極を形成した
後、窒化シリコン膜をエッチング停止層として酸化シリ
コンをエッチング除去することにより形成されたことを
特徴とする第５に記載の静電マイクロスイッチである。
【００１０】上記のような特徴を有する工程により、上
記のような構成を有する静電マイクロスイッチ構造体に
すると、窒化シリコン膜は犠牲層エッチング停止層とし
て、成膜時あるいは熱処理時においても熱膨張等の温度
刺激を配慮する必要がなくなる。また、エッチング中あ
るいはエッチング後の温度変化や洗浄中等の物理的な刺
激等にも耐えることができるので、クラックが入ったり
剥離したりする恐れもなくなり、耐性のある窒化シリコ
ン膜による静電マイクロスイッチのエッチング工程およ
び該工程を用いて得られる静電マイクロスイッチを得る
ことができる。
記のような構成を有する静電マイクロスイッチ構造体に
すると、窒化シリコン膜は犠牲層エッチング停止層とし
て、成膜時あるいは熱処理時においても熱膨張等の温度
刺激を配慮する必要がなくなる。また、エッチング中あ
るいはエッチング後の温度変化や洗浄中等の物理的な刺
激等にも耐えることができるので、クラックが入ったり
剥離したりする恐れもなくなり、耐性のある窒化シリコ
ン膜による静電マイクロスイッチのエッチング工程およ
び該工程を用いて得られる静電マイクロスイッチを得る
ことができる。
【００１１】
【実施例】本発明の詳細を以下の実施例および図に基い
て説明するが、本発明がこれらによって限定されるもの
ではない。
て説明するが、本発明がこれらによって限定されるもの
ではない。
【００１２】実施例１ 図１に、本発明の多結晶シリコン構造体の膜構成等の特
徴を最も良く表す一例（実施例１）の断面図を示す。図
中、１１はシリコン基板、１２はシリコン窒化膜、１３
は多結晶シリコン構造体を表わす。
徴を最も良く表す一例（実施例１）の断面図を示す。図
中、１１はシリコン基板、１２はシリコン窒化膜、１３
は多結晶シリコン構造体を表わす。
【００１３】図２に、実施例１の片持ち梁の作製工程を
示す。通常、窒化シリコン膜とは密着性の良くないシリ
コン基板２１に、低圧化学気相成長法によりシリコン窒
化膜２２を膜厚１５０ｎｍに成膜する（図２（ａ））。
成膜条件として、反応気体にＳｉＨ2 Ｃｌ2 とＮＨ3 の
混合気体を用い、気体流量比を変化させて成膜した。こ
の上に、犠牲層となる酸化シリコン膜２３を膜厚２μｍ
にスパッタ法により作製し、フォトリソグラフィにより
パターニングする（図２（ｂ））。
示す。通常、窒化シリコン膜とは密着性の良くないシリ
コン基板２１に、低圧化学気相成長法によりシリコン窒
化膜２２を膜厚１５０ｎｍに成膜する（図２（ａ））。
成膜条件として、反応気体にＳｉＨ2 Ｃｌ2 とＮＨ3 の
混合気体を用い、気体流量比を変化させて成膜した。こ
の上に、犠牲層となる酸化シリコン膜２３を膜厚２μｍ
にスパッタ法により作製し、フォトリソグラフィにより
パターニングする（図２（ｂ））。
【００１４】この上に、多結晶シリコン膜２４を低圧化
学気相成長法により膜厚２μｍに形成し、フォトリソグ
ラフィでパターニングする（図２（ｃ））。最後に、５
０％のフッ化水素酸に１５分間浸して犠牲層を除去した
後、純水に３分間浸し、流水洗浄を行った。窒化シリコ
ン膜２２は低圧化学気相成長法で作製し、形成条件は基
板温度８５０℃、反応気体にＳｉＨ2 Ｃｌ2 とＮＨ3 の
混合気体を用い、流量を２０ｃｃｍ／０〜６０ｃｃｍと
した。
学気相成長法により膜厚２μｍに形成し、フォトリソグ
ラフィでパターニングする（図２（ｃ））。最後に、５
０％のフッ化水素酸に１５分間浸して犠牲層を除去した
後、純水に３分間浸し、流水洗浄を行った。窒化シリコ
ン膜２２は低圧化学気相成長法で作製し、形成条件は基
板温度８５０℃、反応気体にＳｉＨ2 Ｃｌ2 とＮＨ3 の
混合気体を用い、流量を２０ｃｃｍ／０〜６０ｃｃｍと
した。
【００１５】また、作製した膜はレーザー微少変位測定
器（IONIC SYSTEMS 製、商品名stress gauge auto cal
model no.30114）で応力を測定した。図３（ａ），
（ｂ）に実際に作製した窒化シリコン膜の流量比と応力
の関係を示す。ＮＨ3 の流量比が増加するにしたがって
応力が増大していく様子がわかる。これらの膜を用い本
実施例１の多結晶シリコンの片持ち梁を作製した。表１
に、作製後の片持ち梁の窒化膜の状態をまとめて示す。
器（IONIC SYSTEMS 製、商品名stress gauge auto cal
model no.30114）で応力を測定した。図３（ａ），
（ｂ）に実際に作製した窒化シリコン膜の流量比と応力
の関係を示す。ＮＨ3 の流量比が増加するにしたがって
応力が増大していく様子がわかる。これらの膜を用い本
実施例１の多結晶シリコンの片持ち梁を作製した。表１
に、作製後の片持ち梁の窒化膜の状態をまとめて示す。
【００１６】
【表１】 尚、表中の（C)は Compressionを、また（T)は Tension
を意味する。さらに、〇はクラックの入らなかったも
の、×は全面クラックが入ったり剥離したりしたもの、
△は一部クラックの入ったものを表わす。
を意味する。さらに、〇はクラックの入らなかったも
の、×は全面クラックが入ったり剥離したりしたもの、
△は一部クラックの入ったものを表わす。
【００１７】窒化シリコン膜の応力が１×１０9 ｄｙｎ
／ｃｍ2 と、３×１０9 ｄｙｎ／ｃｍ2 の膜を用いた場
合は、密着性の良くないシリコン基板上にあっても、流
水洗浄後も窒化シリコン膜にクラックが入ったり剥離し
たりすることはなかった。しかし、４×１０9 ｄｙｎ／
ｃｍ2 の作製試料は、フッ化水素による犠牲層除去の最
中あるいは流水洗浄時に、クラックが入るか剥離してし
まい片持ち梁を再現性良く作製することができなかっ
た。また、窒化シリコン膜の応力が、８×１０9ｄｙｎ
／ｃｍ2 のものは、犠牲層エッチングの最中にすべての
試料が崩れてしまった。
／ｃｍ2 と、３×１０9 ｄｙｎ／ｃｍ2 の膜を用いた場
合は、密着性の良くないシリコン基板上にあっても、流
水洗浄後も窒化シリコン膜にクラックが入ったり剥離し
たりすることはなかった。しかし、４×１０9 ｄｙｎ／
ｃｍ2 の作製試料は、フッ化水素による犠牲層除去の最
中あるいは流水洗浄時に、クラックが入るか剥離してし
まい片持ち梁を再現性良く作製することができなかっ
た。また、窒化シリコン膜の応力が、８×１０9ｄｙｎ
／ｃｍ2 のものは、犠牲層エッチングの最中にすべての
試料が崩れてしまった。
【００１８】これより、熱耐性、フッ化水素酸耐性、機
械的な刺激に対する強度等を考慮して、犠牲層エッチン
グの停止層には、膜応力が３×１０9 ｄｙｎ／ｃｍ2 以
下の窒化シリコンが適していることがわかる。上記のよ
うに、本発明による窒化シリコン膜を用いることによっ
て、多結晶シリコン構造体を再現性良く作製することが
可能となった。
械的な刺激に対する強度等を考慮して、犠牲層エッチン
グの停止層には、膜応力が３×１０9 ｄｙｎ／ｃｍ2 以
下の窒化シリコンが適していることがわかる。上記のよ
うに、本発明による窒化シリコン膜を用いることによっ
て、多結晶シリコン構造体を再現性良く作製することが
可能となった。
【００１９】ここでは基板としてシリコンを用いたが、
上記の窒化シリコン膜が形成できるものであれば如何な
る材料を用いてもよい。また、犠牲層となる酸化シリコ
ン膜の作製方法も、膜厚が制御できるものであれば如何
なる方法を用いてもよい。
上記の窒化シリコン膜が形成できるものであれば如何な
る材料を用いてもよい。また、犠牲層となる酸化シリコ
ン膜の作製方法も、膜厚が制御できるものであれば如何
なる方法を用いてもよい。
【００２０】さらには、燐酸系酸化シリコン膜やほう酸
系酸化シリコン膜等、不純物を含有する酸化シリコン膜
を用いると、よりフッ化水素酸に溶けやすくなり、犠牲
層エッチングの際、時間を短縮することが可能となる。
系酸化シリコン膜等、不純物を含有する酸化シリコン膜
を用いると、よりフッ化水素酸に溶けやすくなり、犠牲
層エッチングの際、時間を短縮することが可能となる。
【００２１】また、窒化シリコン膜の作製方法として
も、膜厚が制御でき基板温度や反応気体の種類や流量に
より応力の制御が可能な成膜方法であれば、作製方法に
は特に制約はないが、平坦性およびフッ化水素酸耐性を
考慮した場合、低圧化学気相成長法による膜が好まし
い。もちろん、多結晶シリコン構造体についても膜厚制
御可能なものであれば、作製法には何ら制限されるもの
はない。
も、膜厚が制御でき基板温度や反応気体の種類や流量に
より応力の制御が可能な成膜方法であれば、作製方法に
は特に制約はないが、平坦性およびフッ化水素酸耐性を
考慮した場合、低圧化学気相成長法による膜が好まし
い。もちろん、多結晶シリコン構造体についても膜厚制
御可能なものであれば、作製法には何ら制限されるもの
はない。
【００２２】実施例２ 図４および５に、実施例２における片持ち梁の断面図、
および作製工程図を示す。４１はシリコン基板、４２は
酸化シリコン膜、４３は窒化シリコン膜、４４および４
５は多結晶シリコン構造体を表わす。
および作製工程図を示す。４１はシリコン基板、４２は
酸化シリコン膜、４３は窒化シリコン膜、４４および４
５は多結晶シリコン構造体を表わす。
【００２３】この構造体の作製工程を図５に基づいて説
明する。まず、シリコン基板５１に絶縁膜として熱酸化
処理により酸化シリコン膜５２を膜厚１μｍに形成す
る。この上に窒化シリコン膜５３を低圧化学気相成長法
により膜厚３００ｎｍに堆積する。膜厚が厚くなるほど
応力の影響は顕著になるので３００ｎｍという膜厚を得
ることは通常困難である。成膜条件として、基板温度８
５０℃、反応気体をＳｉＨ2 Ｃｌ2 とＮＨ3 の混合気体
とし、流量比を変化させて構造体を形成した。
明する。まず、シリコン基板５１に絶縁膜として熱酸化
処理により酸化シリコン膜５２を膜厚１μｍに形成す
る。この上に窒化シリコン膜５３を低圧化学気相成長法
により膜厚３００ｎｍに堆積する。膜厚が厚くなるほど
応力の影響は顕著になるので３００ｎｍという膜厚を得
ることは通常困難である。成膜条件として、基板温度８
５０℃、反応気体をＳｉＨ2 Ｃｌ2 とＮＨ3 の混合気体
とし、流量比を変化させて構造体を形成した。
【００２４】この窒化シリコン膜をフォトリソグラフィ
によりパターニングする。さらに、パターニングされた
窒化シリコン膜をマスクとして、酸化シリコン膜をパタ
ーニングする（図５（ａ））。この上に、多結晶シリコ
ン５４を低圧化学気相成長法により積層しパターニング
する（図５（ｂ））。以降は実施例１と同様、この上に
犠牲層となる酸化シリコン膜５５を、膜厚２μｍに形成
してパターニングする（図５（ｃ））。
によりパターニングする。さらに、パターニングされた
窒化シリコン膜をマスクとして、酸化シリコン膜をパタ
ーニングする（図５（ａ））。この上に、多結晶シリコ
ン５４を低圧化学気相成長法により積層しパターニング
する（図５（ｂ））。以降は実施例１と同様、この上に
犠牲層となる酸化シリコン膜５５を、膜厚２μｍに形成
してパターニングする（図５（ｃ））。
【００２５】さらに、多結晶シリコン構造体５６を形成
し（図５（ｄ））、犠牲層５５を除去する（図５
（ｅ））。実施例１と同一の応力で、膜厚の厚い膜を用
いてこの構造体を形成したところ、同様に応力が１×１
０9 ｄｙｎ／ｃｍ2 、と３×１０9ｄｙｎ／ｃｍ2 の場
合は、再現性良く片持ち梁が形成できたものの、４×１
０9ｄｙｎ／ｃｍ2 以上ではクラックが入るか、または
剥離するかで破壊した。以上より、３００ｎｍの膜厚を
持つ窒化シリコン膜でも、本発明による窒化シリコン膜
を用いることにより多結晶シリコン構造体を再現性良く
作製することが可能となった。
し（図５（ｄ））、犠牲層５５を除去する（図５
（ｅ））。実施例１と同一の応力で、膜厚の厚い膜を用
いてこの構造体を形成したところ、同様に応力が１×１
０9 ｄｙｎ／ｃｍ2 、と３×１０9ｄｙｎ／ｃｍ2 の場
合は、再現性良く片持ち梁が形成できたものの、４×１
０9ｄｙｎ／ｃｍ2 以上ではクラックが入るか、または
剥離するかで破壊した。以上より、３００ｎｍの膜厚を
持つ窒化シリコン膜でも、本発明による窒化シリコン膜
を用いることにより多結晶シリコン構造体を再現性良く
作製することが可能となった。
【００２６】作製した片持ち梁は、基板とドーピング処
理を施した多結晶シリコンの間に電圧を印加することに
より、静電力を用いたアクチュエータにもなり得る。ま
た、基板上に形成する絶縁膜はもちろん、膜厚の制御が
可能で絶縁膜となり得る膜であれば、酸化シリコン膜で
なくてもよいが、平坦性の良さ、均一性を考慮すると熱
酸化シリコン膜が好ましい。
理を施した多結晶シリコンの間に電圧を印加することに
より、静電力を用いたアクチュエータにもなり得る。ま
た、基板上に形成する絶縁膜はもちろん、膜厚の制御が
可能で絶縁膜となり得る膜であれば、酸化シリコン膜で
なくてもよいが、平坦性の良さ、均一性を考慮すると熱
酸化シリコン膜が好ましい。
【００２７】（適用例）図６および７に、犠牲層エッチ
ング技術を用いて作製した静電アクチュエータの平面図
および断面図を示す。６１，６２は固定電極、６３の可
動電極はコンタクトホール６４，６４’で固定されてお
り、梁６５，６５’をバネとして動くよう構成されてい
る。固定電極６１，６２と可動電極６３の間に電圧をか
けると静電引力が働き、これにより可動電極６３が平行
運動を行う（図６）。
ング技術を用いて作製した静電アクチュエータの平面図
および断面図を示す。６１，６２は固定電極、６３の可
動電極はコンタクトホール６４，６４’で固定されてお
り、梁６５，６５’をバネとして動くよう構成されてい
る。固定電極６１，６２と可動電極６３の間に電圧をか
けると静電引力が働き、これにより可動電極６３が平行
運動を行う（図６）。
【００２８】作製方法としては、まずシリコン基板７１
上に絶縁膜として酸化シリコン膜７２を膜厚１μｍに形
成する。この上に、犠牲層エッチング停止層として本発
明のシリコン窒化膜７３を低圧化学気相成長法により形
成する。成膜条件は、基板温度８５０℃、流量をＳｉＨ
2 Ｃｌ2 とＮＨ3 を用いて２０ｓｃｃｍ／１０ｓｃｃ
ｍ、とし、応力を３×１０9 ｄｙｎ／ｃｍ2 の引っ張り
応力とした。次に、多結晶シリコン７４を膜厚３００ｎ
ｍに成膜しパターニングする。
上に絶縁膜として酸化シリコン膜７２を膜厚１μｍに形
成する。この上に、犠牲層エッチング停止層として本発
明のシリコン窒化膜７３を低圧化学気相成長法により形
成する。成膜条件は、基板温度８５０℃、流量をＳｉＨ
2 Ｃｌ2 とＮＨ3 を用いて２０ｓｃｃｍ／１０ｓｃｃ
ｍ、とし、応力を３×１０9 ｄｙｎ／ｃｍ2 の引っ張り
応力とした。次に、多結晶シリコン７４を膜厚３００ｎ
ｍに成膜しパターニングする。
【００２９】この多結晶シリコンは、反応気体にドーピ
ング材の含有した原料を用いるか、あるいは成膜後イオ
ン注入する手法等で導電性処理を施しておく。次に犠牲
層として酸化シリコン膜７５を膜厚２μｍに成膜し、パ
ターニングする。そして、この上に固定電極および可動
電極となる導電性処理を施した多結晶シリコン構造体７
６を形成する（図７）。
ング材の含有した原料を用いるか、あるいは成膜後イオ
ン注入する手法等で導電性処理を施しておく。次に犠牲
層として酸化シリコン膜７５を膜厚２μｍに成膜し、パ
ターニングする。そして、この上に固定電極および可動
電極となる導電性処理を施した多結晶シリコン構造体７
６を形成する（図７）。
【００３０】最後にフッ化水素酸により犠牲層を除去
し、静電アクチュエータを得る。本発明の窒化膜を用い
ることにより、歩留まりが向上した。この他にも、マイ
クロモータ、マイクロポンプ等、酸化シリコン膜を犠牲
層とし、窒化シリコン膜をエッチング停止層として用い
る工程では、本発明の窒化シリコン膜を用いることによ
り歩留まりよく構造体を形成することが可能である。
し、静電アクチュエータを得る。本発明の窒化膜を用い
ることにより、歩留まりが向上した。この他にも、マイ
クロモータ、マイクロポンプ等、酸化シリコン膜を犠牲
層とし、窒化シリコン膜をエッチング停止層として用い
る工程では、本発明の窒化シリコン膜を用いることによ
り歩留まりよく構造体を形成することが可能である。
【００３１】（応用例）図８に静電マイクロスイッチの
斜視図、図９に図８のＡ−Ａ’面で切断した断面図を示
す。固定下電極８３と可動電極板８４’の間に電圧をか
けると静電引力により可動電極板８４’はたわむ。これ
により、スイッチ用固定電極８５とスイッチ用可動電極
８６が接触して８５’と８６’が導通となりスイッチＯ
Ｎの状態となる。
斜視図、図９に図８のＡ−Ａ’面で切断した断面図を示
す。固定下電極８３と可動電極板８４’の間に電圧をか
けると静電引力により可動電極板８４’はたわむ。これ
により、スイッチ用固定電極８５とスイッチ用可動電極
８６が接触して８５’と８６’が導通となりスイッチＯ
Ｎの状態となる。
【００３２】従来の静電マイクロスイッチは、単結晶シ
リコンを異方性エッチングして形成していた。さらに固
定下電極としてｐ＋エピタキシャル層、可動電極板とし
て酸化シリコン膜、スイッチ用電極として金属薄膜を用
いていた。このため、基板はシリコンに限られ、形状の
自由度はほとんどなかった。また電極板の下側が全面下
電極となってしまうので、スイッチ用電極に電圧を印加
してもたわみを生じていた。また、スイッチ用電極に用
いていた金属薄膜の単結晶シリコンエッチャントに対す
る耐性にも問題があった。
リコンを異方性エッチングして形成していた。さらに固
定下電極としてｐ＋エピタキシャル層、可動電極板とし
て酸化シリコン膜、スイッチ用電極として金属薄膜を用
いていた。このため、基板はシリコンに限られ、形状の
自由度はほとんどなかった。また電極板の下側が全面下
電極となってしまうので、スイッチ用電極に電圧を印加
してもたわみを生じていた。また、スイッチ用電極に用
いていた金属薄膜の単結晶シリコンエッチャントに対す
る耐性にも問題があった。
【００３３】この静電スイッチの作製方法を以下に説明
する。はじめに、シリコン基板８１に犠牲層エッチング
停止層として、本発明の窒化シリコン膜８２を膜厚１５
０ｎｍに成膜する。成膜条件は、基板温度８５０℃、流
量をＳｉＨ2 Ｃｌ2 ／ＮＨ3＝２０ｓｃｃｍ／５ｓｃｃ
ｍとし、応力を１×１０9 ｄｙｎ／ｃｍ2 の引張応力と
した。次に下電極として多結晶シリコン８３，８４，８
５’および８６’を膜厚３００ｎｍに形成する。
する。はじめに、シリコン基板８１に犠牲層エッチング
停止層として、本発明の窒化シリコン膜８２を膜厚１５
０ｎｍに成膜する。成膜条件は、基板温度８５０℃、流
量をＳｉＨ2 Ｃｌ2 ／ＮＨ3＝２０ｓｃｃｍ／５ｓｃｃ
ｍとし、応力を１×１０9 ｄｙｎ／ｃｍ2 の引張応力と
した。次に下電極として多結晶シリコン８３，８４，８
５’および８６’を膜厚３００ｎｍに形成する。
【００３４】この上に犠牲層の酸化シリコン膜を膜厚
１．５μｍに成膜パターニングする。次に、可動電極８
４’と、スイッチ用固定電極８５となる多結晶シリコン
を、膜厚１．５μｍに形成し、さらに可動電極８４’の
上に第２の窒化シリコン膜８７を成膜パターニングす
る。成膜条件としては、第１の窒化シリコン膜と同様で
あり、応力は１×１０9 ｄｙｎ／ｃｍ2 の引張り応力と
なっている。この窒化シリコン膜８７もフッ化水素酸に
さらされるので本発明の窒化シリコン膜であることが好
ましい。
１．５μｍに成膜パターニングする。次に、可動電極８
４’と、スイッチ用固定電極８５となる多結晶シリコン
を、膜厚１．５μｍに形成し、さらに可動電極８４’の
上に第２の窒化シリコン膜８７を成膜パターニングす
る。成膜条件としては、第１の窒化シリコン膜と同様で
あり、応力は１×１０9 ｄｙｎ／ｃｍ2 の引張り応力と
なっている。この窒化シリコン膜８７もフッ化水素酸に
さらされるので本発明の窒化シリコン膜であることが好
ましい。
【００３５】さらに、この窒化シリコン膜８７の上に多
結晶シリコンのスイッチ電極８６を形成する。最後に、
犠牲層をフッ化水素酸で除去し、多結晶シリコンで静電
マイクロスイッチを作製した。これは、単結晶シリコン
を用いて形成した場合、スイッチ用電極に電圧を印加す
ることにより、可動電極板が基板に引きつけられてしま
う問題点を、固定下電極の位置および形状を自由に設計
することによって回避できる。
結晶シリコンのスイッチ電極８６を形成する。最後に、
犠牲層をフッ化水素酸で除去し、多結晶シリコンで静電
マイクロスイッチを作製した。これは、単結晶シリコン
を用いて形成した場合、スイッチ用電極に電圧を印加す
ることにより、可動電極板が基板に引きつけられてしま
う問題点を、固定下電極の位置および形状を自由に設計
することによって回避できる。
【００３６】また、スイッチ用電極材がシリコンである
ため、耐久性も向上する。本発明の窒化シリコン膜を用
い且つ、本発明の構成により、歩留まりよく静電スイッ
チを作製することが可能となった。また、駆動用電極を
固定下電極を形成するのではなく、基板にドーピング処
理を施して電極として用いることもできる。
ため、耐久性も向上する。本発明の窒化シリコン膜を用
い且つ、本発明の構成により、歩留まりよく静電スイッ
チを作製することが可能となった。また、駆動用電極を
固定下電極を形成するのではなく、基板にドーピング処
理を施して電極として用いることもできる。
【００３７】
【発明の効果】上記のように、本発明のエッチング工程
によって、多結晶シリコン構造体の形成に必要な犠牲層
エッチング停止層として、（１）熱処理や多結晶シリコ
ンの成膜時温度等の熱刺激に強く、（２）フッ化水素酸
エッチングに対する充分な耐性を有し、（３）流水洗浄
等の機械的刺激にも耐性の強い窒化シリコン膜を得るこ
とができる。
によって、多結晶シリコン構造体の形成に必要な犠牲層
エッチング停止層として、（１）熱処理や多結晶シリコ
ンの成膜時温度等の熱刺激に強く、（２）フッ化水素酸
エッチングに対する充分な耐性を有し、（３）流水洗浄
等の機械的刺激にも耐性の強い窒化シリコン膜を得るこ
とができる。
【００３８】これによって窒化膜にクラックが入ったり
剥離したりすることが無くなり、再現性良く多結晶シリ
コン構造体を作製することができる。さらに、電極の位
置を自由に設定することができ、形状に自由度のある静
電マイクロスイッチを作製することが可能である。
剥離したりすることが無くなり、再現性良く多結晶シリ
コン構造体を作製することができる。さらに、電極の位
置を自由に設定することができ、形状に自由度のある静
電マイクロスイッチを作製することが可能である。
【図１】実施例１の片持ち梁を示す模式断面図。
【図２】実施例１の片持ち梁の作製工程を示す模式図。
【図３】窒化シリコン膜の応力と成膜中の気体流量の関
係を示す図。
係を示す図。
【図４】実施例２の片持ち梁を示す模式断面図。
【図５】実施例２の片持ち梁の作製工程を示す模式図。
【図６】本発明適用例の静電アクチュエータを示す模式
平面図。
平面図。
【図７】本発明適用例の静電アクチュエータを示す模式
断面図。
断面図。
【図８】本発明の静電マイクロスイッチを示す概略斜視
図。
図。
【図９】本発明の静電マイクロスイッチを示す模式断面
図。
図。
【図１０】従来の静電マイクロスイッチを示す概略斜視
図。
図。
１１，２１，４１，５１，７１，８１ シリコン基板 １２，２２，４３，５３，７３，８２，８７ 窒
化シリコン膜 １３，２４，４４，４５，５４，５６，７４，７６ 多
結晶シリコン構造体 ２３，５５，（７５） 酸化シリコン犠牲層膜 ４２，５２，７２ 酸化シリコン絶縁層膜 ６１，６２ 櫛形固定電極 ６３ 櫛形可動電極 ６４，６４’ コンタクトホール ６５，６５’ 梁 （７５） 空隙 ８３ 固定下電極 ８４’，１０２ 可動電極板電極 ８５，１０３ スイッチ用固定電極 ８６，１０２ スイッチ用可動電極 ８４，８５’，８６’ 下電極 １０４ 酸化シリコン膜 １０５ シリコンエピタキシャル膜 １０６ ｐ＋単結晶シリコン
化シリコン膜 １３，２４，４４，４５，５４，５６，７４，７６ 多
結晶シリコン構造体 ２３，５５，（７５） 酸化シリコン犠牲層膜 ４２，５２，７２ 酸化シリコン絶縁層膜 ６１，６２ 櫛形固定電極 ６３ 櫛形可動電極 ６４，６４’ コンタクトホール ６５，６５’ 梁 （７５） 空隙 ８３ 固定下電極 ８４’，１０２ 可動電極板電極 ８５，１０３ スイッチ用固定電極 ８６，１０２ スイッチ用可動電極 ８４，８５’，８６’ 下電極 １０４ 酸化シリコン膜 １０５ シリコンエピタキシャル膜 １０６ ｐ＋単結晶シリコン
Claims (7)
- 【請求項１】 エッチングマスクあるいはエッチング停
止層として窒化シリコン膜を用いるエッチング工程にお
いて、該窒化シリコン膜の応力（σ）が、 【数１】｜σ｜≦３×１０9 ｄｙｎ／ｃｍ2 であることを特徴とするエッチング工程。 - 【請求項２】 基板上に犠牲層となる酸化シリコン膜と
パターニングされた多結晶シリコン膜を形成した後、該
酸化シリコン膜下部に形成した窒化シリコン膜をエッチ
ング停止層として酸化シリコン膜をエッチングする工程
において、該窒化シリコン膜の応力（σ）が、 【数２】｜σ｜≦３×１０9 ｄｙｎ／ｃｍ2 であることを特徴とするエッチング工程。 - 【請求項３】 前記犠牲層となる酸化シリコン膜が、ス
パッタ法で作成したものであることを特徴とする請求項
２記載のエッチング工程。 - 【請求項４】 前記窒化シリコン膜が、低圧化学気相成
長法により成膜したものであることを特徴とする請求項
１または２に記載のエッチング工程。 - 【請求項５】 エッチング停止層となる窒化シリコン膜
におおわれた基板上に、固定下電極と空隙を介して一方
が固定支持された可動電極板、該可動電極板と第２の絶
縁膜を介したスイッチ用可動電極、スイッチ用固定電極
および駆動手段からなり、該駆動手段により可動電極板
がたわみ、スイッチ用可動電極の先端が下降し、スイッ
チ用固定電極に接触してスイッチ用可動電極とスイッチ
用固定電極が導通となる静電マイクロスイッチであっ
て、該駆動手段が可動電極板と固定下電極の間に電圧を
印加することにより発生する静電力であり、且つ該窒化
シリコン膜の応力（σ）が、 【数３】｜σ｜≦３×１０9 ｄｙｎ／ｃｍ2 であることを特徴とする静電マイクロスイッチ。 - 【請求項６】 前記基板が、酸化シリコン膜を形成した
シリコン基板であることを特徴とする請求項５記載の静
電マイクロスイッチ。 - 【請求項７】 前記固定下電極、可動電極板、スイッチ
用可動電極およびスイッチ用固定電極が、多結晶シリコ
ンよりなり、且つ、前記空隙が、酸化シリコン膜で形成
され、可動電極板およびスイッチ用電極を形成した後、
前記窒化シリコン膜をエッチング停止層として該酸化シ
リコン膜をエッチング除去することにより形成されてな
ることを特徴とする請求項５記載の静電マイクロスイッ
チ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5254893A JPH06267926A (ja) | 1993-03-12 | 1993-03-12 | エッチング工程およびこれを用いた静電マイクロスイッチ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5254893A JPH06267926A (ja) | 1993-03-12 | 1993-03-12 | エッチング工程およびこれを用いた静電マイクロスイッチ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06267926A true JPH06267926A (ja) | 1994-09-22 |
Family
ID=12917857
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5254893A Pending JPH06267926A (ja) | 1993-03-12 | 1993-03-12 | エッチング工程およびこれを用いた静電マイクロスイッチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06267926A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100232194B1 (ko) * | 1996-08-29 | 1999-12-01 | 김영환 | 박막의 장력조절방법 |
| WO2000039892A1 (fr) * | 1998-12-24 | 2000-07-06 | Nec Corporation | Antenne en reseau a elements en phase et procede de fabrication |
| WO2000039893A1 (en) * | 1998-12-24 | 2000-07-06 | Nec Corporation | Phased array antenna and its manufacturing method |
| WO2000039890A1 (en) * | 1998-12-24 | 2000-07-06 | Nec Corporation | Phased array antenna and its manufacturing method |
| WO2000039891A1 (en) * | 1998-12-24 | 2000-07-06 | Nec Corporation | Phased array antenna and its manufacturing method |
| US6875936B1 (en) | 1998-12-22 | 2005-04-05 | Nec Corporation | Micromachine switch and its production method |
| KR100513716B1 (ko) * | 2001-03-07 | 2005-09-07 | 삼성전자주식회사 | 자동 정렬 진동판의 제조 방법 |
| JP2005337956A (ja) * | 2004-05-28 | 2005-12-08 | Yamaha Corp | 物理量センサとその製法 |
| KR100686128B1 (ko) * | 2001-04-19 | 2007-02-23 | 엘지전자 주식회사 | 압전 구동형 미소 거울 제조방법 |
| KR100723909B1 (ko) * | 2005-10-13 | 2007-05-31 | 한국표준과학연구원 | 미세가공 정전용량형 초음파 탐촉자의 제조방법 |
| CN100463119C (zh) * | 2003-02-10 | 2009-02-18 | 雅马哈株式会社 | 硅的各向异性湿式蚀刻 |
-
1993
- 1993-03-12 JP JP5254893A patent/JPH06267926A/ja active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100232194B1 (ko) * | 1996-08-29 | 1999-12-01 | 김영환 | 박막의 장력조절방법 |
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| CN100463119C (zh) * | 2003-02-10 | 2009-02-18 | 雅马哈株式会社 | 硅的各向异性湿式蚀刻 |
| JP2005337956A (ja) * | 2004-05-28 | 2005-12-08 | Yamaha Corp | 物理量センサとその製法 |
| KR100723909B1 (ko) * | 2005-10-13 | 2007-05-31 | 한국표준과학연구원 | 미세가공 정전용량형 초음파 탐촉자의 제조방법 |
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