JPH0943061A - 剛直な浮遊微小構造素子の製造方法およびそのような素子を備えるデバイス - Google Patents

剛直な浮遊微小構造素子の製造方法およびそのような素子を備えるデバイス

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JPH0943061A
JPH0943061A JP8182440A JP18244096A JPH0943061A JP H0943061 A JPH0943061 A JP H0943061A JP 8182440 A JP8182440 A JP 8182440A JP 18244096 A JP18244096 A JP 18244096A JP H0943061 A JPH0943061 A JP H0943061A
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layer
etching
sacrificial material
forming
mask
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JP8182440A
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Michel Vilain
ミシェル・ヴィレン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の浮遊微小構造においては、高い強度と
高い熱抵抗とを両立させることが困難であった。 【解決手段】 剛直な浮遊微小構造素子（１２４、１１
６）の製造方法であって、ａ）浮遊微小構造素子（１２
４、１１６）に対応するエッチングパターンにしたがっ
て、浮き彫り構造を形成するステップと、ｂ）剛直ライ
ニング１１６を形成するステップと、ｃ）浮遊微小構造
（１２４、１１６）を解放するために、浮き彫り構造か
ら犠牲材料を除去するステップとを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、浮遊微小構造素子
の製造方法に関するものであり、また、そのような素子
を備えるデバイスに関するものである。
【０００２】浮遊微小構造とは、基板に懸架された、ま
たは、基板からフリーな微小機械デバイスとして理解さ
れる。
【０００３】さらに、微小構造素子という用語は、微小
構造全体のことを表すか、あるいは、微小構造のほんの
一部、例えば基板に連結される懸架梁のようなものを表
すかのどちらかである。
【０００４】本発明は、基板上に作られる微小機械デバ
イスの製造の分野において一般的に応用可能である。そ
のような微小機械デバイスは、例えば、微小モータ、微
小機械、センサ、そして特に、微小ボロメータである。
【０００５】
【従来の技術】微小構造は、通常、リソグラフィー法や
エッチング法により製造される。このような方法におい
ては、材料層を形作ることや、微小構造のボディーをな
す層の積み重ねを行うことができる。
【０００６】参考のために簡単に説明すると、微小構造
の製造に際しては、さらに一般的には、微小機械デバイ
スの製造に際しては、まず第１に、積層が製造される。
この積層において、微小構造が作られる。この積層は、
第１支持層を備えており、第１支持層上に、有機物また
は無機物からなる犠牲材料の層が成膜または成長され
る。次に、通常は薄い層からなる１つあるいは複数の層
が、犠牲層上に形成される。これら１つあるいは複数の
層内に、微小構造のボディーが形成されることになる。
【０００７】微小構造の形状は、上述のリソグラフィー
法やエッチング法により、これら層内に画成される。最
後に、犠牲材料の全部または一部を除去することによ
り、全部または一部が解放された微小構造が製造され
る。
【０００８】微小構造を成形するために使用されるリソ
グラフィーマスクの設計に際しては、微小構造素子は、
例えば微小モータの回転子のように完全にフリーとする
こともできるし、あるいは、膜やこの目的のために設け
られた拘束手段により剛直にまたは弱く支持することも
できる。
【０００９】本発明に対して適切な微小構造の例は、微
小ボロメータである。図１に、微小ボロメータにとって
不可欠な構成要件を概略的に示す。微小ボロメータは、
中央領域１０を備えており、この中央領域１０には、放
射に感応するとともに、放射の検出に応じて電気信号を
生成し得る材料が取り付けられている。この信号は、中
央領域１０の温度とともに変化する。この場合、信号自
身は、図示しない光学手段の使用により受け取る照度エ
ネルギーの吸収量の関数である。ボロメータの感応的な
中央領域１０の操作および構造については、次に示す文
献（１）および（２）にさらに詳細な説明がある。
【００１０】引用文献： （１）米国特許明細書第５ ０２１ ６６３号 （２）米国特許明細書第５ ３６７ １６７号
【００１１】微小ボロメータの中央領域１０は、懸架梁
１４により、剛直な機械的サポート１２に対して連結さ
れている。機械的サポート１２は、図示の単純化のため
に図１には図示していない支持基板に一体化されている
ものである。
【００１２】懸架梁１４は、通常、いくつかの機能を有
している。
【００１３】第１の機械的機能は、熱エネルギーの損失
を起こしがちな部材間のすべての直接的な接触を避ける
ために、中央領域１０を支持基板上に懸架状態に維持す
ることである。
【００１４】中央領域を機械的に支持することにおける
梁１４の役割としては、さらに、基板に対して中央領域
１０を正確に位置決めすることである。特に、ボロメー
タの中央領域の光学吸収効率を改善することである。こ
の場合、この領域と、下に位置する支持基板の表面との
間の間隔を制御することが効果的である。
【００１５】梁の他の機能は、中央領域１０の活性要素
により作られた電気信号を、例えば同じ支持基板（図示
せず）上に形成された読取回路および周辺測定回路へと
伝達するための電気的接続をなすことである。
【００１６】懸架梁の特徴的な他の機能は、中央領域１
０と基板に一体化された機械的サポート１２との間の熱
絶縁を構成することである。実際、梁１４は、それぞれ
領域１０、および、基板と等温のサポート１２に接触し
ている端部１６、１８間において、最大の熱抵抗を示さ
なければならない。
【００１７】中央領域１０のサポート１２に対する熱絶
縁は、実際、照度の効果に起因する中央領域１０の熱変
化を最大とするために、また、中央領域１０と比べれば
無限大とも思える熱容量を有する基板への熱エネルギー
の放散を避けるために不可欠である。
【００１８】図１の概略的な図示においては、従来の梁
１４は、単純な矩形断面または台形断面を有しており、
厚さがｅで、長さがｌである。梁１４のII−II線矢視断
面を図２において拡大して示し、これら寸法を記入し
た。
【００１９】それ自身が浮遊微小構造素子と考えること
ができる梁は、１つあるいは複数の材料の積層を備えて
いる。それらの熱抵抗Ｒthは、式 Ｒth ＝ Ｌ／（λeq．ｌ．ｅ） により表すことができる。ここで、λeqは、梁に沿う方
向のそれぞれの幅および厚さを備えたすべての様々な層
の等価伝導度であり、Ｌは、梁の長さである。
【００２０】梁の熱抵抗を増大させるには、可能である
ならば、最小の熱伝導度λを有する材料を選択し、梁の
形状がどのようであっても厚さｅおよび幅ｌを最小と
し、長さＬを最大とすることが効果的である。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】このような機械的制約
のために、微小ボロメータの強度が低下することになっ
ていた。
【００２２】強度が低下することのために、微小ボロメ
ータは、本質的に、製造の後工程においてあるいはその
後に、特に、犠牲層への働きかけによる浮遊部材の切り
離し後において、構造が受けやすい機械的応力に対して
過敏なものとなっていた。また、強度が低下することの
ために、加速あるいは振動に対して、弱い耐性を有する
構造となっていた。
【００２３】強度の欠如は、生産性が低くなることを意
味し、よって、ボロメータデバイスのコストが高くな
り、信号雑音比の見地からまた寿命の見地から性能が制
限されることになる。
【００２４】また、懸架される微小構造の製造時におい
ては、しばしば、詳細な精度、様々な浮遊素子の互いの
幾何的位置関係をチェックする必要がある。この制御に
は、微小構造を形成する材料が製造時において受ける応
力を知る必要がある。
【００２５】特に、微小構造が複数の異なる材料層によ
り形成された積層内に作られるときに、構造を加熱する
ことは、微小構造の過敏な部分に有害な変形、持ち上が
り、あるいはこびりつきを起こしやすい”２層”効果を
もたらす危険性がある。他方、犠牲層が除去されるとき
には、他の層が有している応力が解放され、その後、同
じ効果をもたらしやすい。
【００２６】微小構造が長さＬの梁である場合には、曲
げ耐性は、梁の他端が基板に一体的に剛直に保持されて
いるときに梁の自由端に長さ方向に対して垂直に力Ｆが
かけられたときの梁の自由端の変位により特徴づけられ
る。力Ｆが基板平面に対して垂直であるかあるいは平行
であるかによって、直交変位（ｆn） あるいは平行変位
（ｆp） は、次式で表される。 ｆn ＝ Ｆ．Ｌ3／３Ｍ．Ｉn ｆp ＝ Ｆ．Ｌ3／３Ｍ．Ｉp ここで、Ｍは、単純化のために均質性を仮定した場合に
おける梁を構成する材料の曲げに対するヤング率であ
る。また、Ｉn およびＩp は、それぞれ、梁の幾何的軸
を通りかつ基板平面に直交するあるいは平行な軸に対す
る梁（例えば、図１においては符号１４）の横断面の慣
性モーメントである。
【００２７】厚さがｅでありかつ幅がｌである矩形断面
を有する梁の場合には、慣性モーメントは、Ｉn ＝ｌ．
ｅ3 ／１２、および、Ｉp ＝ｅ．ｌ3 ／１２である。し
たがって、変位は次のように表される。
【数１】
【数２】
【００２８】微小ボロメータの場合には、剛直な梁強度
と、高い熱抵抗とが、同時に要求されることになる。
【００２９】支持梁の曲げ耐性および裂け耐性は、熱抵
抗を最大としたときには、すなわち、梁の幅および／ま
たは厚さを小さくしたとき、および／または、長さを長
くしたときには、急速にかつ極度に減少することにな
る。
【００３０】本発明の目的は、上記のような制限を有し
ない剛直な浮遊微小構造素子の製造方法を提供すること
である。
【００３１】他の目的は、強度の改良された梁により支
持された浮遊構造を備えた微小機械デバイスを提供する
ことである。
【００３２】さらに他の目的は、強い強度、強いねじれ
抵抗を有し、信号伝達のために電気伝導性であり、さら
に、高い熱抵抗Ｒthを有する微小ボロメータの感応領域
を懸架するための梁を提供することである。
【００３３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、より詳細には、本発明は、支持層、少なくとも１つ
の第１犠牲材料層、および少なくとも１つのいわゆる第
１構造層の積層を備える基板に作られる少なくとも１つ
の剛直な浮遊微小構造素子の製造方法であって、 ａ）浮遊微小構造素子に対応するエッチングパターンに
したがって、第１構造層をエッチングすることにより、
および、第１犠牲材料層の少なくとも一部をエッチング
することにより、側方端を有する少なくとも１つの浮き
彫り構造を形成するステップと、 ｂ）側方端上にいわゆる剛直ライニングを形成するステ
ップと、 ｃ）構造層および剛直ライニングを備える浮遊微小構造
を解放するために、各浮き彫り構造から犠牲材料を除去
するステップとを具備することを特徴とする剛直な浮遊
微小構造素子の製造方法を目標とするものである。
【００３４】よって、微小構造素子は、１つまたは複数
の構造層、および、剛直ライニングから構成される。こ
の場合、剛直ライニングは、曲げ耐性およびねじれ耐性
を増大させる。剛直さが増大された微小構造素子によ
り、厚さおよび／または幅を減少させることができ、特
に、構造層の厚さおよび／または幅を減少させることが
でき、よって、熱抵抗を増大させることができる。
【００３５】微小構造素子の製造方法の代替可能な方法
においては、基板は、さらに、第２犠牲材料層および第
２構造層が、支持層と第１犠牲材料層との間においてこ
の順で積層されており、側方端を有する浮き彫り構造を
形成するステップにおいては、さらに、第２構造層のエ
ッチング、および、第２犠牲材料層の少なくとも部分的
なエッチングを行い、側方端上に剛直ライニングを形成
するステップの後に、第１構造層が除去される。
【００３６】微小構造素子の製造方法の他の代替可能な
方法においては、基板は、交換可能に、２つの構造層お
よび２つの犠牲材料層を有しており、さらにステップ
ａ）とステップｂ）との間において、浮遊微小構造素子
に対応するパターンにしたがった第２構造層のエッチン
グ、および、第２犠牲材料層の少なくとも一部のエッチ
ングを行い、その後、第１構造層が除去される。
【００３７】代替可能な方法を使用することにより、お
よび、代替可能な基板構造を使用することにより、異な
るタイプの剛直な微小構造を製造することができる。こ
れら微小構造は、互いに異なるものであり、特に、構造
層に対する剛直ライニングの構成において異なってい
る。
【００３８】同様に、第１犠牲材料層のエッチングまた
は第１および第２犠牲材料層のエッチングが異方的であ
るか等方的であるかによって、剛直層の形状を変更する
ことができ、機械的性質に反映させることができる。
【００３９】したがって、本発明は、第１犠牲材料層の
エッチング、および、第２犠牲材料層のエッチングが、
等方的であるようなあるいは異方的であるような様々な
ケースを提供する。
【００４０】本発明のある特別の形態においては、本方
法のステップａ）に先立って、エッチングパターンを画
成するマスクを形成することができる。このマスクは、
例えば、剛直ライニングの形成前に除去することができ
る。有利な方法においては、また、剛直層の形成後にマ
スクだけを除去することができる。この最後の場合に
は、マスクは、側面上にライニングが形成される浮き彫
り構造の一部を形成している。
【００４１】本発明は、また、支持基板と、この支持基
板から隔離された浮遊構造と、この浮遊構造を支持基板
に対して連結する少なくとも１つの懸架梁とを具備する
微小機械デバイスであって、梁が、梁に沿って延在する
とともに梁にほぼ直交する面内において延在する剛直ラ
イニングが設けられた側方端を有していることを特徴と
する微小機械デバイスに関するものである。
【００４２】そのようにライニングを備えて与えられる
梁は、より良好な剛直さを与え得るＵ字形状またはＨ字
形状を有している。
【００４３】そのようなデバイスの製造というある特別
の見地においては、梁は、少なくとも１つの電気伝導性
材料層および少なくとも１つの電気絶縁性材料層からな
る交互の積層を備えることができる。
【００４４】本発明のある特別の応用においては、デバ
イスの浮遊構造は、微小ボロメータの感応部である。
【００４５】この浮遊構造は、同様に、剛直ライニング
を備える側方端上に、例えば、剛直フレームの形態で、
うまく設けることができる。
【００４６】本発明の他の特徴点および利点は、添付図
面を参照してなされ、説明の目的のためになされるだけ
のものであって、本発明を何ら制限するものではない以
下の説明中において明らかとなるであろう。
【００４７】
【発明の実施の形態】図１は、既に説明済みのものであ
って、公知のタイプの微小ボロメータの概略的な平面図
である。図２は、既に説明済みのものであって、図１に
示す微小ボロメータにおいて検出感応部分を懸架する梁
のII−II線矢視断面を拡大して示す図である。
【００４８】図３、図４（ａ）、図５（ａ）、図６
（ａ）、および図７（ａ）は、本発明の第１方法による
微小構造素子の製造ステップを示す断面図である。図４
（ｂ）、図５（ｂ）、図６（ｂ）、および図７（ｂ）
は、本発明の第１方法の代替可能な方法による微小構造
素子の製造ステップを示す断面図である。図８、図９
（ａ）、図１０、図１１（ａ）、図１２（ａ）、および
図１３（ａ）は、本発明の第２方法による微小構造素子
の製造ステップを示す断面図である。図９（ｂ）、図１
１（ｂ）、図１２（ｂ）、および図１３（ｂ）は、本発
明の第２方法の代替可能な方法による微小構造素子の製
造ステップを示す断面図である。図１４〜図１８は、本
発明の第３方法による微小構造素子の製造ステップを示
す断面図である。図１９〜図２３は、本発明の第４方法
による微小構造素子の製造ステップを示す断面図であ
る。図２４〜図２７は、本発明の第５方法による微小構
造素子の製造ステップを示す断面図である。図２８〜図
３２は、本発明の第６方法による微小構造素子の製造ス
テップを示す断面図である。
【００４９】以下の説明においては、同一の参照符号
は、異なる図面であっても、同一または同様の要素また
は部材を表すものとする。
【００５０】〔第１実施形態〕本発明の方法の第１方法
を図３〜図７に示す。第１方法に関しては、２つの非常
に内容的に近い代替可能な形態があり、これらを合わせ
て第１実施形態の中で説明する。それらは、図番におい
て、（ａ）および（ｂ）で識別される。（ａ）でも
（ｂ）でもないものは、共通に適用される。
【００５１】図３は、本発明の第１方法の実施のための
基板を示している。支持層１００上には、犠牲材料から
なる第１層１０２が成膜される。その後、”構造層”と
称され引き続いて内部に微小構造が作られる第１層１０
４を形成する１つあるいは複数の層が形成される。層１
０４は、例えば、シリコン、酸化シリコン、窒化シリコ
ン、金属からなる層、あるいは、上記材料からなる層の
重ね合わせとすることができる。
【００５２】支持層１００は、また、微小電子回路を製
造するための基板として機能することができる。あるい
は、層１０４において製造される微小機械構造に関連し
た機能を有する、例えば、計測機能を有する微小電子回
路からなる素子を製造するための基板として機能するこ
とができる。この計測回路は、単純化のために図示され
ていない。
【００５３】犠牲層１０２は、例えば、酸化シリコン、
ポリイミドのような有機材料、等の材料から形成するこ
とができる。
【００５４】本方法の次なるステップは、エッチングパ
ターンにしたがって、層１０４を成形するステップであ
る。このパターンは、例えば、図１に示すような支持ア
ームと称される梁を備える微小ボロメータの感応部分を
構成することができる。
【００５５】エッチングパターンは、層１０４上に成膜
された樹脂マスク１０６により画成される。層１０４の
うち、マスク１０６で保護されていない部分は、その後
のエッチングにより除去される。
【００５６】犠牲材料の層も、また、エッチングを受
け、エッチング時においては、マスク１０６によっても
また層１０４の残部によっても保護されていない部分
が、部分的に除去される。このステップは、図４（ａ）
および図４（ｂ）に示されている。よって、エッチング
パターンにしたがって、言い換えれば、製造しようとし
た微小構造素子のパターンにしたがって、浮き彫り構造
１０８が得られる。浮き彫り構造１０８は、１つあるい
は２つの側方面１１０ａ、１１０ｂを有している。
【００５７】図４（ａ）および図４（ｂ）は、それぞれ
犠牲材料層１０２の異方性エッチングおよび等方性エッ
チングにより得られた浮き彫り構造１０８を示してい
る。図４（ｂ）の場合においては、側面１１０ａ、１１
０ｂは、層１０４のの下部において局所的に延在する凹
所を有している。
【００５８】層１０２が酸化シリコンである場合には、
等方性エッチングは、液相中におけるまたは蒸気相中に
おけるフッ化水素酸ＨＦ処理により行うことができる。
異方性エッチングは、例えば、ＣＨＦ3、Ｃ2Ｆ6 のよう
なタイプの気相フルオロカーボンによる反応性イオンエ
ッチング（ＲＩＥ）により行うことができる。
【００５９】犠牲層１０２が有機材料、例えばポリイミ
ドである場合には、等方性エッチングは、酸素プラズマ
を利用することにより、あるいは、層をオゾン中に露出
することにより、行うことができる。異方性エッチング
は、同様にＲＩＥによりなされ、気相Ｏ2 、あるいは、
Ｏ2 ＋ＳＦ6 混合ガスを使用したＲＩＥによりなされ
る。上記条件下での犠牲材料層の等方性あるいは異方性
エッチングの場合には、樹脂マスク１０６もまた、少な
くとも部分的に、除去されることに注意が必要である。
【００６０】マスク１０６を除去した後、図５（ａ）お
よび図５（ｂ）に示すように、浮き彫り構造の側面１１
０ａおよび１１０ｂをすっかり覆う１つの（あるいは複
数の）材料層１１２を形成する。層１１２は、すべての
自由表面を、可能な限り最も正確かつ最も一様な方法で
覆っている。
【００６１】この層１１２は、例えば、プラズマにより
活性化されたＰＥＣＶＤ成膜法（Plasma Enhanced Chem
ical Vapour Deposition）により低温で得られたシリコ
ン、酸化シリコンＳｉＯ、あるいは窒化シリコンＳｉＮ
からなる層とすることができる。窒化シリコンの層は、
また、ＬＰＣＶＤ（Low Pressure Chemical VapourDepo
sition） 法による低圧気相条件下における化学成膜に
より形成することができる。そのような成膜は、アンモ
ニア、ジクロロシラン混合ガスを使用して６００〜７５
０℃の、より高温において行われる。ＬＰＣＶＤ法は、
また、酸化シリコンからなる層１１２を形成するために
使用することもできる。この場合、成膜は、ジクロロシ
ランおよび一酸化窒素の混合ガスを用いて８５０〜９５
０℃の温度で行うことができる。あるいは、ＴＥＯＳ
（テトラエトキシシラン）前駆体を用いて６００〜７５
０℃の温度で行うことができる。また、これらの材料
は、特にＬＰＣＶＤにより形成されたときには、浮き彫
り構造に対して良好な被覆適合性を示す。
【００６２】浮き彫り構造を被覆する層１１２は、ま
た、シリコンからなる層とすることもできる。シリコン
は、ジシランをソースとして用い２５０〜５００℃の温
度で、あるいは、シランをソースとして用い５５０〜７
００℃の温度で、ＬＰＣＶＤと称される方法により形成
することができる。シリコンは、成膜時にジボランある
いはホスフィンを添加することによりドーピングするこ
とができる。あるいは、ドーピングしなくても良い。シ
リコンが低温で成膜されるときには、すなわち、５６０
℃よりも低い温度で成膜されるときには、層１１２は、
アモルファスとなり、６００℃を超えて成膜されるとき
には、多結晶となる。
【００６３】低い熱伝導度を有する微小構造素子を製造
したい場合には、層１１２は、ドーピングされていない
アモルファスシリコンとすることが好ましい。
【００６４】酸化シリコンＳｉＯおよび窒化シリコンＳ
ｉＮは、良好な熱絶縁特性を有している。それらの伝導
度は、２〜３Ｗ／ｍＫの程度である。
【００６５】金属的性質を有する微小構造素子を製造し
たい場合には、層１１２は、例えばＬＰＣＶＤ法により
形成した、例えば、タングステン、チタン、あるいは窒
化チタンとすれば良い。
【００６６】層１１２は、単一材料とすることもできる
し、異なる材料からなる複数の単位層の組合せとするこ
ともできる。前記異なる材料は、製造すべき微小構造素
子に対して求められるべき機械的または電気的性質に関
して選択される。
【００６７】この例においては、層１１２は、樹脂上に
成膜可能な材料から構成されている。この場合の成膜温
度は、１８０℃より低くなければいけない。
【００６８】図６（ａ）および図６（ｂ）に示すよう
に、マスクを用いない異方性エッチングにより、一方に
おいては、層１０４および犠牲層１１４の一部を被覆す
る層１１２の部分を、他方においては、浮き彫り構造を
除去することができる。
【００６９】このエッチングにおいては、層１１２のう
ち、浮き彫り構造の側面１１０ａおよび１１０ｂを覆う
部分だけは、保存される。これらの部分は、以下におい
て”剛直ライニング”として表され、符号１１６が付さ
れる。
【００７０】その後、図７（ａ）および図７（ｂ）に示
すように、犠牲材料層１０２が除去される。
【００７１】そして、微小構造素子は、基板１００から
切り離される。微小構造素子は、層１０４および剛直ラ
イニング１１６から構成されている。
【００７２】〔第２実施形態〕他の方法を図８〜図１３
に示す。
【００７３】本発明のこの方法は、２つの構造層および
２つの犠牲材料層を備える基板における浮遊微小構造の
製造に関するものである。
【００７４】図８に示すように、基板は、支持層１００
上に、”第２の犠牲材料層”として表される犠牲材料層
１２２、および、”第２の構造層”として表される構造
材料からなる層１２４、そして、”第１の犠牲材料層”
として表される犠牲材料層１０２、および、”第１の構
造層”として表される構造層１０４が、順に成膜される
ことにより形成されている。
【００７５】第１実施形態の場合と同様に、犠牲層１０
２、１２２は、例えば、酸化シリコンあるいはポリイミ
ドから形成することができる。構造層１０４、１２４
は、例えば、酸化シリコンからなる。
【００７６】製造すべき微小構造の形状を画成するエッ
チングマスク１０６の形成後に、マスク１０６により保
護されていない領域について、第１構造層１０４および
第１犠牲層１０２の異方性エッチングを、続けて行う。
【００７７】これにより、図９（ａ）および図９（ｂ）
に示すような浮き彫り構造１０８が得られる。
【００７８】保護されていない領域においては、層１０
４は、全体的に除去され、層１０２は、全体的に（図９
（ｂ））あるいは部分的に（図９（ａ））除去される。
【００７９】（図９（ａ）の場合には）第１犠牲層１０
２の異方性エッチングに続いて、図１０に示すように、
等方性エッチングを行って完了することができる（図９
（ｂ）の場合には、この工程は行わない）。等方性エッ
チングは、構造１０８の側面１１０ａおよび１１０ｂに
沿って延在する凹所を形成するという効果を有してい
る。
【００８０】マスク１０６の除去後に、第１実施形態と
同様に、このようにして得られた浮き彫り状態の構造１
０８は、１つあるいは複数の層１１２により被覆され
る。図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示されている層
１１２の形成は、第１実施形態と同様の方法で行うこと
ができる。
【００８１】マスクなしで異方性エッチングを行って、
第１構造層１０４上の層１１２、および、犠牲層の一部
１１４上の層１１２を除去する。層１１２は、側面１１
０ａおよび１１０ｂ上のものだけが保存される。ここで
保存された部分は、剛直ライニング１１６を形成する。
図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示すように、第２構
造層１２４も、また、エッチングされる。このエッチン
グは、必ずしも、選択的エッチングではない。よって、
図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示すように、層１２
２も、また、軽くエッチングされる。このエッチングに
おいては、第１層１０４は、エッチングマスクとして機
能する。
【００８２】異方性エッチングが行われることが好まし
く、これにより、剛直ライニングの成形と層１２４のエ
ッチングとを同時に行うことができる。第１構造層の除
去後に、第１および第２犠牲層１０２、１２２において
残っている材料を除去する。これにより、図１３（ａ）
および図１３（ｂ）に示すようなＵ字形断面を有する浮
遊微小構造素子を得ることができる。この素子は、例え
ば微小ボロメータの感応部の懸架梁を形成する層１２４
の一部、および、剛直ライニング１１６を備えている。
第１犠牲層１０２の等方性エッチングが行われたかどう
かにかかわらず、成形された箇所（図１３（ａ））ある
いは直線箇所（図１３（ｂ））について、剛直構造が得
られている。
【００８３】〔第３実施形態〕本発明の他の方法を図１
４〜図１８に示す。本実施形態において使用される基本
的な基板は、図１４に示すように、第２実施形態におい
て使用した基板と同一である。
【００８４】基板は、支持層１００、（第１）犠牲材料
層１０２、（第１）構造層１０４、（第２）犠牲材料層
１２２、および（第２）構造層１２４を備えている。
【００８５】製造すべき微小構造素子の形状を画成する
マスク１０６の形成後に、マスクにより保護されている
領域の外側部分において、１回または複数回のエッチン
グが行われる。これにより、第１および第２構造層１０
４、１２４、第１犠牲層１０２、および第２犠牲層１２
２の少なくとも一部のエッチングが行われ、段部が形成
される。
【００８６】エッチングの後には、側方壁１１０ａ、１
１０ｂを備えた浮き彫り構造１０８が、図１５に示すよ
うにして得られる。
【００８７】マスクの除去した後、浮き彫り構造１０８
を覆う１つの（あるいは複数の）層１１２が形成される
（図１６）。第１実施形態および第２実施形態の場合と
同様にして、層１１２は、図１７に示す剛直ライニング
１１６を浮き彫り構造の側面に成形するために、マスク
なしのエッチングを受ける。
【００８８】最終ステップにおいて、第１構造層１０
４、および、犠牲材料層１０２、１２２が除去される。
図１８に示すように、Ｈ形断面を有する微小構造素子
は、このようにして得られる。
【００８９】Ｈ形断面の中央バーは、第２構造層１２４
により形成されており、中央バーに垂直な２本のバー
は、剛直ライニング１１６により形成されている。
【００９０】〔第４実施形態〕図８あるいは図１４にお
ける基板と同様の基板から出発する方法の他の例を図１
９〜図２３に示す。
【００９１】図１９は、第２実施形態における図１０に
対応している。すなわち、図において、第１構造層１０
４および第１犠牲層１０２は、製造すべき微小構造素子
に対応するパターンにしたがって成形されている。犠牲
層のエッチングは、等方性エッチングである。
【００９２】図２０に示すような浮き彫り構造１０８の
形成は、エッチングマスクにしたがって、第２構造層１
２４、および、第２犠牲層１２２の少なくとも一部を異
方性エッチングすることによりなされる。このエッチン
グにおいては、第１構造層１０４は、マスクとして使用
される。
【００９３】第３実施形態の場合と同様に、微小構造素
子の製造は、層１１２を形成し（図２１）、浮き彫り構
造の側面に剛直ライニング１１６を得るためにこの層１
１２を成形し（図１２）、そして、第１構造層を除去
し、その後、層１０２、１２２から残った犠牲材料を除
去することによりなされる。
【００９４】微小構造素子は、図２３に示すように、実
質的にＨ形断面を有して得られる。
【００９５】〔第５実施形態〕第５実施形態の出発構造
を、図２４に示す。エッチングマスクが除去されている
点を除いては、この図は、既に説明した図１５に対応し
ている。そして、図２４に示す浮き彫り構造に至るまで
の手続きは、第３実施形態の説明を参照することができ
る。
【００９６】浮き彫り構造１０８の側面１１０ａ、１１
０ｂ上への被覆層１１２の形成に先立って、側面は、エ
ッチングを受ける。これにより、構造層の下部における
犠牲材料層１０２、１２２の部分は、図２５に示すよう
に、えぐられることになる。
【００９７】図２６および図２７は、それぞれ、剛直ラ
イニング１１６を形成するための層１１２の異方性エッ
チング（図２６）、および、第１構造層１０４の除去お
よび犠牲層１０２、１２２からの残り材料の除去（図２
７）を示している。微小構造素子は、また、実質的にＨ
形断面を有して得られる。ただし、成形された側部バー
だけは異なっている。
【００９８】〔第６実施形態〕第１実施形態〜第５実施
形態においては、マスクを形成する樹脂層は、厳密に言
えば、剛直ライニングを作るために使用されるような浮
き彫り構造の一部を構成するものではない。マスクは、
層１１２を形成する前に除去される。
【００９９】図２８〜図３２に対応する実施形態におい
ては、樹脂マスクは、逆に、有益に利用されている。図
１９に示すように、基板は、支持層１００上に、犠牲材
料層１０２、構造層１０４、および樹脂層１０５が順に
成膜されて形成されている。層１００、１０２、１０４
の構成材料の選択に際しては、第１実施形態を参照する
ことができる。樹脂層は、上述のように、エッチングマ
スクを作るために使用されている。
【０１００】図２９は、樹脂層１０５に形成されたエッ
チングマスク１０６のパターンにしたがって、構造層１
０４のエッチングにより、および、犠牲材料層１０２の
部分的なエッチングにより、浮き彫り構造１０８が成形
される様子を示している。層１０２のエッチングは、等
方性のものである。このエッチング後においても、マス
ク１０６は、保存され、マスク１０６は、浮き彫り構造
１０８の一部を形成している。
【０１０１】図３０に示すように、浮き彫り構造１０８
の周囲に被覆層が形成される。そしてこの層がエッチン
グされて、図３１に示すような剛直ライニング１１６が
形成される。このエッチング時において、マスク１０６
を形成する樹脂は、露出状態とされる。
【０１０２】マスク１０６の樹脂、および、犠牲層１０
２内の材料が最後に除去されて、図３２に示すような微
小構造素子が解放される。
【０１０３】
【発明の効果】どの実施形態が採用されるにしても、微
小構造素子は、例えば図１に示す微小ボロメータの中央
領域１０および懸架梁１４のような微小機械デバイスの
一部を、例えば、構成することができる。
【０１０４】しかしながら、本発明により製造された微
小構造素子は、そのようなデバイスのほんの一部だけ、
例えば、懸架梁だけを構成しても良い。
【０１０５】本発明により製造された懸架梁、すなわ
ち、側方端に沿って延在する剛直ライニングによる懸架
梁は、良好な剛直性を有しており、ねじれることがな
い。参考のために、梁の側方端は、図１においては参照
符号１３０により示されている。これら梁は、直線状側
方ライニングまたはリブ補強された側方ライニングを有
して、Ｕ字形状またはＨ字形状とされている。異なる可
能な断面は、図７（ａ）、図７（ｂ）、図１３（ａ）、
図１３（ｂ）、図１８、図２７、および図３２に示され
ている。
【０１０６】また別の観点から、微小ボロメータの場合
には、中央部（図１における参照符号１０を参照された
い）は、膜であり、中央部の周囲にフレームを形成する
ために、中央部の側縁部に剛直ライニングを与えること
に意味がある。そのようなフレームは、変形を抑制する
ことができ、特に中央部のねじれを抑制することができ
る。
【０１０７】そのような梁を製造する格別の方法におい
ては、構造層は、例えば、電気伝導性材料からなる１つ
あるいは複数の層を備えることができる。そのような導
電層は、ボロメータの中央部から周辺測定回路へと電気
信号を伝達するための電極として機能する。
【０１０８】梁の中央部（構造層）が、絶縁体により隔
離された２つの電気伝導性材料層から構成されている場
合には、２つの導体材料間において電気的なリークが起
こる可能性がある。このようなリークは、少なくとも導
体材料に接触する部分に絶縁材料部を有する剛直ライニ
ングを設けることにより避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 公知のタイプの微小ボロメータの概略的な平
面図である。
【図２】 図１に示す微小ボロメータにおいて検出感応
部分を懸架する梁のII−II線矢視断面を拡大して示す図
である。
【図３】 本発明の第１方法による微小構造素子の製造
ステップを示す断面図である。
【図４】 （ａ）は、本発明の第１方法による微小構造
素子の製造ステップを示す断面図であり、（ｂ）は、第
１方法の代替可能な方法による場合の断面図である。
【図５】 （ａ）は、本発明の第１方法による微小構造
素子の製造ステップを示す断面図であり、（ｂ）は、第
１方法の代替可能な方法による場合の断面図である。
【図６】 （ａ）は、本発明の第１方法による微小構造
素子の製造ステップを示す断面図であり、（ｂ）は、第
１方法の代替可能な方法による場合の断面図である。
【図７】 （ａ）は、本発明の第１方法による微小構造
素子の製造ステップを示す断面図であり、（ｂ）は、第
１方法の代替可能な方法による場合の断面図である。
【図８】 本発明の第２方法による微小構造素子の製造
ステップを示す断面図である。
【図９】 （ａ）は、本発明の第２方法による微小構造
素子の製造ステップを示す断面図であり、（ｂ）は、第
２方法の代替可能な方法による場合の断面図である。
【図１０】 本発明の第２方法による微小構造素子の製
造ステップを示す断面図である。
【図１１】 （ａ）は、本発明の第２方法による微小構
造素子の製造ステップを示す断面図であり、（ｂ）は、
第２方法の代替可能な方法による場合の断面図である。
【図１２】 （ａ）は、本発明の第２方法による微小構
造素子の製造ステップを示す断面図であり、（ｂ）は、
第２方法の代替可能な方法による場合の断面図である。
【図１３】 （ａ）は、本発明の第２方法による微小構
造素子の製造ステップを示す断面図であり、（ｂ）は、
第２方法の代替可能な方法による場合の断面図である。
【図１４】 本発明の第３方法による微小構造素子の製
造ステップを示す断面図である。
【図１５】 本発明の第３方法による微小構造素子の製
造ステップを示す断面図である。
【図１６】 本発明の第３方法による微小構造素子の製
造ステップを示す断面図である。
【図１７】 本発明の第３方法による微小構造素子の製
造ステップを示す断面図である。
【図１８】 本発明の第３方法による微小構造素子の製
造ステップを示す断面図である。
【図１９】 本発明の第４方法による微小構造素子の製
造ステップを示す断面図である。
【図２０】 本発明の第４方法による微小構造素子の製
造ステップを示す断面図である。
【図２１】 本発明の第４方法による微小構造素子の製
造ステップを示す断面図である。
【図２２】 本発明の第４方法による微小構造素子の製
造ステップを示す断面図である。
【図２３】 本発明の第４方法による微小構造素子の製
造ステップを示す断面図である。
【図２４】 本発明の第５方法による微小構造素子の製
造ステップを示す断面図である。
【図２５】 本発明の第５方法による微小構造素子の製
造ステップを示す断面図である。
【図２６】 本発明の第５方法による微小構造素子の製
造ステップを示す断面図である。
【図２７】 本発明の第５方法による微小構造素子の製
造ステップを示す断面図である。
【図２８】 本発明の第６方法による微小構造素子の製
造ステップを示す断面図である。
【図２９】 本発明の第６方法による微小構造素子の製
造ステップを示す断面図である。
【図３０】 本発明の第６方法による微小構造素子の製
造ステップを示す断面図である。
【図３１】 本発明の第６方法による微小構造素子の製
造ステップを示す断面図である。
【図３２】 本発明の第６方法による微小構造素子の製
造ステップを示す断面図である。
【符号の説明】
１００ 支持層 １０２ 第１犠牲材料層 １０４ 第１構造層 １０６ マスク １０８ 浮き彫り構造 １１０ａ 側方端 １１０ｂ 側方端 １１２ 材料層 １１６ 剛直ライニング １２２ 第２犠牲材料層 １２４ 第２構造層 １３０ 側方端 １０４、１１６ 浮遊微小構造素子 １２４、１１６ 浮遊微小構造素子

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 支持層（１００）、少なくとも１つの第
    １犠牲材料層（１０２）、および少なくとも１つのいわ
    ゆる第１構造層（１０４）の積層を備える基板に作られ
    る少なくとも１つの剛直な浮遊微小構造素子（１０４、
    １１６）の製造方法であって、 ａ）前記浮遊微小構造素子に対応するエッチングパター
    ンにしたがって、前記第１構造層（１０４）をエッチン
    グすることにより、および、前記第１犠牲材料層（１０
    ２）の少なくとも一部をエッチングすることにより、側
    方端（１１０ａ、１１０ｂ）を有する少なくとも１つの
    浮き彫り構造（１０８）を形成するステップと、 ｂ）前記側方端（１１０ａ、１１０ｂ）上にいわゆる剛
    直ライニング（１１６）を形成するステップと、 ｃ）前記構造層（１０４）および前記剛直ライニング
    （１１６）を備える前記浮遊微小構造を解放するため
    に、各浮き彫り構造（１０８）から前記犠牲材料を除去
    するステップとを具備することを特徴とする剛直な浮遊
    微小構造素子の製造方法。
  2. 【請求項２】 基板は、さらに、第２犠牲材料層（１２
    ２）および第２構造層（１２４）が、前記支持層（１０
    ０）と前記第１犠牲材料層（１０２）との間においてこ
    の順で積層されており、 前記側方端（１１０ａ、１１０ｂ）を有する前記浮き彫
    り構造（１０８）を形成する前記ステップにおいては、
    さらに、前記第２構造層（１２４）のエッチング、およ
    び、前記第２犠牲材料層（１２２）の少なくとも部分的
    なエッチングを行い、 前記側方端（１１０ａ、１１０ｂ）上に前記剛直ライニ
    ング（１１６）を形成する前記ステップの後に、前記第
    １構造層（１０４）が除去されることを特徴とする請求
    項１記載の浮遊微小構造の製造方法。
  3. 【請求項３】 基板は、さらに、第２構造層（１２４）
    および第２犠牲材料層（１２２）が、前記支持層（１０
    ０）と前記第１犠牲材料層（１０２）との間において所
    定の順で積層されており、 さらに前記ステップａ）と前記ステップｂ）との間にお
    いて、前記浮遊微小構造素子に対応する前記パターンに
    したがった前記第２構造層（１２４）のエッチング、お
    よび、前記第２犠牲材料層（１２２）の少なくとも一部
    のエッチングを行い、 その後、前記第１構造層（１０４）が除去されることを
    特徴とする請求項１記載の浮遊微小構造の製造方法。
  4. 【請求項４】 前記第１犠牲材料層（１０２）のエッチ
    ングは、異方性エッチングであることを特徴とする請求
    項１記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記第２犠牲材料層（１２２）のエッチ
    ングは、異方性エッチングであることを特徴とする請求
    項２記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記第１犠牲材料層（１０２）のエッチ
    ングは、等方性エッチングであることを特徴とする請求
    項１記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記第２犠牲材料層（１２２）のエッチ
    ングは、等方性エッチングであることを特徴とする請求
    項２記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記ステップａ）に先立って、前記エッ
    チングパターンを画成するマスク（１０６）が前記第１
    構造層（１０４）上に形成されることを特徴とする請求
    項１記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記マスク（１０６）は、前記剛直ライ
    ニング（１１６）の形成前に除去されることを特徴とす
    る請求項８記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記マスク（１０６）は、前記剛直ラ
    イニング（１１６）の形成後に除去され、前記マスク
    は、前記側方端（１１０ａ、１１０ｂ）を有する前記浮
    き彫り構造（１０８）の一部を形成していることを特徴
    とする請求項８記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記剛直ライニング（１１６）を形成
    する前記ステップにおいては、各浮き彫り構造（１０
    ８）を被覆する少なくとも１つの材料層（１１２）を成
    膜し、マスクなしでこの層（１１２）の異方性エッチン
    グを行うことを特徴とする請求項１記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記剛直ライニング（１１６）の形成
    には、窒化シリコン、酸化シリコン、シリコンのうちの
    少なくとも１つの材料、あるいは、金属が選択されるこ
    とを特徴とする請求項１記載の方法。
  13. 【請求項１３】 微小機械デバイスの一部を懸架するた
    めの懸架梁の製造方法であって、 前記梁は、請求項１記載の方法により製造されることを
    特徴とする懸架梁の製造方法。
  14. 【請求項１４】 支持基板（１００）と、前記基板から
    隔離された浮遊構造と、前記浮遊構造を前記基板に対し
    て連結する少なくとも１つの懸架梁とを具備する微小機
    械デバイスであって、 前記梁は、該梁に沿って延在するとともに該梁にほぼ直
    交する面内において延在する剛直ライニング（１１６）
    が設けられた側方端（１３０）を有していることを特徴
    とする微小機械デバイス。
  15. 【請求項１５】 前記浮遊構造は、また、剛直ライニン
    グが設けられた側方端を有しており、前記剛直ライニン
    グは、フレームを形成していることを特徴とする請求項
    １４記載のデバイス。
  16. 【請求項１６】 前記梁は、シリコン、酸化シリコン、
    窒化シリコン、金属の中から選択された材料からなる少
    なくとも１つの層を備えていることを特徴とする請求項
    １４記載のデバイス。
  17. 【請求項１７】 前記梁は、少なくとも１つの電気伝導
    性材料層および少なくとも１つの電気絶縁性材料層から
    なる交互の積層を備えていることを特徴とする請求項１
    ４記載のデバイス。
  18. 【請求項１８】 前記剛直ライニングは、少なくとも前
    記積層内の前記電気伝導性材料層と接触する領域におい
    て、電気絶縁性材料からなる部分を備えていることを特
    徴とする請求項１７記載のデバイス。
  19. 【請求項１９】 前記ライニングは、酸化シリコン、窒
    化シリコン、シリコン、金属の中から選択された材料か
    ら構成されることを特徴とする請求項１４記載のデバイ
    ス。
  20. 【請求項２０】 前記浮遊構造は、微小ボロメータの感
    応部であることを特徴とする請求項１４記載のデバイ
    ス。
JP8182440A 1995-07-13 1996-07-11 剛直な浮遊微小構造素子の製造方法およびそのような素子を備えるデバイス Withdrawn JPH0943061A (ja)

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