JP5870616B2 - Ｍｅｍｓスイッチおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＭＥＭＳ（micro electromechanical system）スイッチおよびその製造方法に関する。ｍｍオーダより短い寸法の構成部分を有する電気機械的部材をＭＥＭＳと呼ぶ。

シリコン加工技術は、集積回路の進歩と共に高度に発達し、ＭＥＭＳ作製に適している。支持Ｓｉ基板上に、酸化シリコン膜を接着膜（ボンディング酸化膜ＢＯＸ膜）として、活性Ｓｉ層を貼り付けたＳＯＩ基板は、活性Ｓｉ層を薄くでき、誘電体分離の高性能Ｓｉ素子を形成できるのみでなく、酸化シリコン膜は希弗酸等で選択的に除去でき、可動部を有するＭＥＭＳ作製に利用できる。ＳＯＩ基板は、一般的には、１対のＳｉ基板の少なくとも一方を熱酸化し、酸化シリコン膜を介して１対のＳｉ基板を熱圧着することで作製される。

携帯電話等の高周波（ＲＦ）部品に対する小型化、高性能化の要求に応えるため、ＭＥＭＳ技術を用いたＲＦ信号切り替えスイッチの研究、開発が盛んに行われている。ＭＥＭＳスイッチは機械的なスイッチであって、寄生容量を小さくでき、半導体素子を用いたスイッチに比べ、損失が少なく、絶縁性が高く、信号に対する歪み特性がよい。

ＳＯＩ基板の活性シリコン層を梁形状にパターニングし、梁下方のＢＯＸ膜をエッチング除去して、可撓梁を形成することができる。可撓梁は、片持ち梁（カンチレバー）、両持ち梁などの形態で形成できる。可撓梁上に上面に可動接点を有する可動電極、その上方に延在し、下面に固定接点を有する固定電極を形成し、可撓梁を上方に変形可能とすればスイッチを形成することができる。可撓梁を上方に変形する手段としては、圧電部材を用いる方法、静電駆動電極を用いる方法等が知られている。

特開２００６−２６１５１５号は、カンチレバーの先端に両端を接点とする可動コンタクト電極を形成し、両側の固定部から可動コンタクト電極上方に延在する１対の固定コンタクト電極を形成してスイッチを形成すると共に、カンチレバーの根元部から中間位置までの領域に、下側電極、圧電材料層、上側電極を積層した圧電駆動部を形成し、圧電駆動部の周囲のカンチレバー（活性Ｓｉ層）に溝部を形成することを提案する。

可撓梁上に可動接点を形成し、空隙を介してその上方に固定接点を配置し、可動接点と固定接点が接触可能な構造を形成すれば、スイッチを形成することができる。例えば、カンチレバーの上に形成した可動接点とそれを跨ぐように形成したブリッジ状の固定電極でＲＦ−ＭＥＭＳスイッチを形成できる。

可動電極と固定電極を対向させ、対向電極間に電圧を印加すると、静電引力により駆動力を得ることができる。対向する電極により静電駆動構造を形成し、静電駆動によりカンチレバーを駆動する構造が知られている。

特開２００７−１９６３０３号は、カンチレバー先端にスイッチ用可動電極、カンチレバーの中間部に可動静電駆動電極を設け、スイッチ用可動電極上方に１対の固定スイッチ電極、可動静電駆動電極上方にブリッジ状固定静電駆動電極を形成し、対向する静電駆動電極に適当な駆動電圧を与えると、可動静電駆動電極とブリッジ状固定静電駆動電極との間に発生する静電引力により、カンチレバーが上方に引き寄せられ、１対の固定スイッチ電極間をスイッチ用可動電極が閉じ、駆動電圧を切ると、弾性によりカンチレバーが元の状態に戻り、接点が離れた状態に戻る、マイクロスイッチを開示している。以下、公報の図面を復元して説明する。

図６ＡはＳＯＩ基板の表面に下部電極を形成した状態を示す平面図、図６Ｂは下部電極上方にオーバーハングする上部電極構造を形成した状態を示す平面図であり、図６Ｃは図６ＢのＺＣ−ＺＣ線に沿う断面図である。図示の都合上、図６Ｃは左右が反転している。

図６Ｃに示すように、ＳＯＩ基板は、支持シリコン基板ＳＳ上にボンディング酸化（酸化シリコン）膜ＢＯＸを介して活性シリコン層ＡＬを結合した構造を有する。活性シリコン層ＡＬは、１０００Ω・ｃｍ以上の高い抵抗率を有する。活性シリコン層ＡＬの厚さは例えば５μｍ〜２０μｍ、ボンディング酸化膜ＢＯＸの厚さは例えば２μｍ〜４μｍである。支持シリコン基板ＳＳの厚さは４００μｍ〜６００μｍで供給される。支持シリコン基板ＳＳは物理的支持を与えるための部材であり、必要に応じて、支持シリコン基板ＳＳを薄く加工できる。

図６Ａに示すように、活性シリコン層ＡＬ上に可動コンタクト電極ＭＣＥ、可動駆動電極ＭＤＥを含む下部電極が形成される。活性シリコン層ＡＬを貫通するスリットＳＬによって片持ち梁（カンチレバー）ＣＬの可動部が画定される。この状態では、可動部下部のボンディング酸化膜ＢＯＸは、未だ除去されていない。

なお、スリットＳＬの幅は例えば１．５μｍ〜２．５μｍ、カンチレバーＣＬの長さは例えば７００μｍ〜１０００μｍである。カンチレバーＣＬの先端部および中間部が幅広にパターニングされ、それぞれの上に可動コンタクト電極ＭＣＥ、可動駆動電極ＭＤＥが形成されている。カンチレバー先端の幅は、１００μｍ〜２００μｍである。可動駆動電極ＭＤＥは、図中下方に引き出されて接続領域を画定している。これらの可動電極ＭＣＥ，ＭＤＥは、例えば厚さ５０ｎｍのＣｒ層と厚さ５００ｎｍのＡｕ層の積層で形成する。電極のパターニングはレジストパターンを用いたリフトオフまたはエッチング（ミリング）で行える。

上部電極構造は、可動部外側の固定部に支持され、可動部の下部電極上方に延在する形状を有する固定電極である。スリットＳＬ形成後、可動電極を覆って活性シリコン層ＡＬ上に犠牲膜を形成し、犠牲膜をパターニングして、メッキ底面構造を形成する。メッキ底面構造の上にメッキ下地膜を形成し、その上にレジストパターンを形成し、メッキ層を形成する領域を画定した後、露出しているメッキ下地膜上に電解メッキを行う。メッキ底面構造、レジストパターンによって画定された固定電極が形成される。なお、犠牲膜は例えば酸化シリコン膜で形成できる。メッキ下地膜は、例えば厚さ５０ｎｍのＣｒ密着膜と厚さ５００ｎｍのＡｕシード層の積層で形成する。メッキ層は例えば金を電解メッキする。

メッキ終了後、レジストパターンを除去し、露出したメッキ下地膜を除去する。露出した犠牲膜をバッファ−ド弗酸等で除去し、続けてスリットを介してカンチレバー下のボンディング酸化膜ＢＯＸをエッチング除去する。カンチレバーが可動となる。犠牲膜を除去すると、その上に形成したメッキ層のメッキ下地Ｃｒ膜が露出する。固定接点をＡｕ表面とするため、露出したメッキ下地Ｃｒ膜をさらに除去する。

図６Ｂに示すように、可動コンタクト電極ＭＣＥ上方に張出す１対の固定コンタクト電極ＦＣＥ，可動駆動電極ＭＤＥ上方にブリッジ型の固定駆動電極ＦＤＥが形成される。１対の固定コンタクト電極ＦＣＥは高周波ＲＦ信号線路に接続され、高周波信号をＯＮ／ＯＦＦする高周波スイッチを構成する。

図６Ｃは、図６ＢにおけるＺＣ−ＺＣ線に沿う断面を示し、可動電極と固定電極の離隔対向関係を示している。固定駆動電極ＦＤＥを例えば接地し、可動駆動電極ＭＤＥに所定電位を与えると、静電引力が生じ、カンチレバーＣＬが上方に変位する。カンチレバーＣＬと共に、可動コンタクト電極ＭＣＥも上方に変位し、１対の固定コンタクト電極ＦＣＥ間を接続する。

なお、可動電極が固定電極に張り付いてしまうスティッキング現象も知られている。スティッキングは可動電極を載置する可撓梁のばね定数が弱いほど生じやすい。一方、スイッチの駆動電圧の低減化が望まれている。スイッチの駆動電圧を低減化するには、可撓梁のバネ定数を低くするか、可動範囲を狭くすることが望まれる。

特開２００６−２６１５１５号公報 特開２００７−１９６３０３号公報

スイッチの駆動電圧を低減化するため、接点間距離を減少させたＭＥＭＳスイッチを試作したところ、駆動電極間短絡、接点間抵抗増大等の問題が生じた。

１実施例によれば、ＭＥＭＳスイッチは、 活性Ｓｉ層がボンディング酸化膜を介して支持Ｓｉ基板上に結合されたＳＯＩ基板と、前記活性Ｓｉ層から形成され、１端部又は両端部がボンディング酸化膜を介して前記支持Ｓｉ基板に支持され、可動部を有する可撓梁構造であって、該可動部の下方にはボンディング酸化膜が配置されておらず、前記支持Ｓｉ基板との間にキャビティを画定する可撓梁構造と、前記可撓梁構造上に形成された可動駆動電極と、前記可撓梁構造上に形成された可動コンタクト接点を有する可動コンタクト電極と、前記可撓梁構造の両側に位置する、前記ボンディング酸化膜と前記活性Ｓｉ層の積層を含む第１組の固定部に支持され、前記可動駆動電極上方に延在する固定駆動電極と、前記可撓梁構造の両側に位置する、前記ボンディング酸化膜と前記活性Ｓｉ層の積層を含む第２組の固定部に支持され、前記可動コンタクト接点上方に固定コンタクト接点を有する固定コンタクト電極と、前記可撓梁構造、前記固定駆動電極、前記固定コンタクト電極を囲んで、前記活性Ｓｉ層上に形成された接地配線と、前記接地配線の内側において、前記可撓梁構造、前記第１組及び第２組の固定部以外の領域に画定され、前記活性Ｓｉ層を含んでいない窓領域と、を有し、 固定駆動電極と固定コンタクト電極とは、第１組及び第２組の固定部上方においては、ＭｏまたはＭｏ合金の密着金属層、密着金属層の上に形成されたＡｕまたはＡｕ合金のシード層、シード層の上に形成されたＡｕまたはＡｕ合金のメッキ層を含み、可動駆動電極、可動コンタクト接点と空隙を介して対向する自由下面においては、ＭｏまたはＭｏ合金の密着金属層が存在せず、シード層の上に、メッキ層が存在する。

図１ＡはＳＯＩ基板の断面図、図１Ｂ，１Ｃは活性Ｓｉ層ＡＬに貫通孔ＴＨを形成し下のボンディング酸化膜ＢＯＸをエッチングしてキャビティＣＶを形成する工程を示す平面図と断面図、図１Ｄは整形した犠牲膜ＳＦの上に、密着金属層ＡＭ、メッキシード層ＳＤを介してメッキ層ＰＬを電解メッキする工程を示す断面図、図１Ｅ，１Ｆ，１Ｇは第１の実施例によるＭＥＭＳスイッチの長さ方向に沿う断面図、下部電極を形成した状態の平面図および静電駆動機構、スイッチ機構を形成した状態の断面図である。 図１Ｈは第１の実施例によるＭＥＭＳスイッチの平面図、図１Ｉ，１Ｊ，１Ｋは、第1の実施例によるＭＥＭＳスイッチのＸ１−Ｘ１線、Ｘ２−Ｘ２線、Ｘ３−Ｘ３線に沿う断面図である。 図２ＸＡ−２ＸＦは、第1の実施例によるＭＥＭＳスイッチの製造プロセスを示すＸ方向に沿う断面図である。 図２ＸＧ−２ＸＪは、第1の実施例によるＭＥＭＳスイッチの製造プロセスを示すＸ方向に沿う断面図である。 図２ＸＫ−２ＸＮは、第1の実施例によるＭＥＭＳスイッチの製造プロセスを示すＸ方向に沿う断面図である。 図２ＹＡ−２ＹＤは、第1の実施例によるＭＥＭＳスイッチの製造プロセスを示すＹ方向に沿う断面図である。 図２ＺＡ−２ＺＤは、第1の実施例によるＭＥＭＳスイッチの製造プロセスを示す平面図である。 図３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、比較例によるＭＥＭＳスイッチの平面図、Ｘ−Ｘ線に沿う断面図、Ｙ−Ｙ線に沿う断面図である。 図４ＸＡ、４ＸＢ、４ＸＣ、４ＸＤは、比較例によるＭＥＭＳスイッチの製造プロセスを示すＸ−Ｘ線に沿う断面図である。 第２の実施例によるＭＥＭＳスイッチを示す平面図である。 図６Ａ、６Ｂ，６Ｃは、公知技術のＳＯＩ基板の表面に電極を形成した状態を示す平面図、ＳＯＩ基板表面に立体的電極構造を形成した状態を示す平面図、図６ＢのＺＣ−ＺＣ線に沿う断面図である。

以下、図面を参照して説明する。

図１Ａは、ＳＯＩ基板の構成を示す断面図である。ＳＯＩ基板は、例えば抵抗率１０００Ωｃｍ以上、厚さ１０μｍ〜２０μｍ、例えば厚さ１５μｍの（１００）活性Ｓｉ層ＡＬが、厚さ２μｍ〜３０μｍ、例えば厚さ４μｍのボンディング酸化膜（熱酸化膜）ＢＯＸを介して、厚さ３００μｍ〜７００μｍ、例えば厚さ５２５μｍのＳｉ支持基板ＳＳ上に結合されたものである。ＭＥＭＳスイッチを形成するＳＯＩチップの寸法は、例えば５００〜８００μｍ×６００〜９００μｍ程度である。

図１Ｂに示すように、活性Ｓｉ層ＡＬに、例えば幅２μｍ、長さ６μｍ程度の貫通孔ＴＨをＳＦ_６ガスを用いたディープＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用いて所定ピッチで形成し、貫通孔ＴＨ底面に熱酸化膜ＢＯＸを露出する。

図１Ｃに示すように、希フッ酸エッチング液にＳＯＩ基板を浸漬すると、活性Ｓｉ層に形成した貫通孔ＴＨからエッチング液が侵入し、熱酸化膜ＢＯＸをエッチング除去する。このようにして所望領域の熱酸化膜を除去することができる。貫通孔の寸法は、活性Ｓｉ層ＡＬ上に形成する構造が所定の機能を果たせるように選択する。例えば幅５０μｍの配線中に幅２μｍの開口が複数分布しても、配線機能を果たすことは容易である。

図１Ｄは、活性Ｓｉ層ＡＬ上に立体構造を形成するための犠牲層ＳＦの機能を示す。犠牲層ＳＦは例えば化学気相堆積（ＣＶＤ）で堆積した酸化シリコン膜で形成する。必要に応じて犠牲層ＳＦ表面を化学機械研磨（ＣＭＰ）で平坦化し、その表面上に所定形状の開口を有するレジストパターンを形成し、開口内に露出した犠牲層ＳＦを所定深さ、時間制御によるコントロールエッチングで、掘り下げる。レジストパターンを取り換えて、浅いリセスから深いリセスへと加工を続ける。犠牲膜ＳＦの全厚さを除去した部分が下地と結合する支持部になる。

電解メッキを行うには、給電層が必要である。酸化シリコン等の絶縁材料の犠牲層ＳＦ上に、例えば金（Ａｕ）のメッキ層を形成する場合、通常Ｃｒ、Ｍｏ等絶縁層との密着性の高い密着金属層ＡＭ、金メッキの下地となるＡｕシード層ＳＤをスパッタリングなどで成膜する。メッキ層下の密着金属層ＡＭはＭｏで形成した。シード層ＳＤを形成した後、作成するメッキ層より厚く、メッキする領域を画定するレジストパターンＲＰを形成する。下地金属層ＡＭ，ＳＤを給電層としてＡｕまたはＡｕ合金の電解メッキを行い、レジストパターンで画定されたメッキ領域内にメッキ層ＰＬを形成する。作成するメッキ層の厚さは、例えば約２０μｍである。立体的構造を有するメッキ層ＰＬを形成できる。その後、レジストパターンＲＰ，露出する下地金属層ＳＤ，ＡＭ，犠牲層ＳＦはそれぞれ除去する。スイッチ機構の固定電極を例示したが、ブリッジ状の梁部から下方に突出する接点部を平坦な下面を有する板部に置き換えれば、静電駆動機構の固定電極となる。

図１Ｅ、１Ｆは、両持ち梁構造の可撓梁とその周辺部を示す断面図及び平面図である。図１Ｇは、固定駆動電極ＦＤＥ，固定コンタクト電極ＦＣＥの支持部、駆動機構ＤＲ、スイッチ機構ＳＷを示す断面図である。可撓梁ＦＢは、活性Ｓｉ層ＡＬをパターニングして形成され、その両端部は酸化シリコン層ＢＯＸを介して支持シリコン基板ＳＳに支持されたアンカ構造ＡＮＣを形成している。両端のアンカＡＮＣの間の領域では酸化シリコン膜ＢＯＸが除去され、キャビティＣＶが形成されている。両持ち梁構造の活性Ｓｉ層は全周において隣接する活性Ｓｉ層が除去されており、完全絶縁状態にある。固定電極ＦＤＥ，ＦＣＥの支持部も同様の構造であり、完全絶縁状態である。

活性Ｓｉ層ＡＬの上に、下部配線用として、例えば厚さ５０ｎｍのＴｉ密着金属層ＡＭ１，例えば厚さ５００ｎｍのＡｕ下層配線層ＷＭ１がスパッタリングで積層される。下層配線層ＷＭ１上にレジストパターンを形成し、イオンミリングで露出部を除去することでパターニングし、可動コンタクト電極ＭＣＥ，可動駆動電極ＭＤＥ，配線Ｗ１，Ｗ２等を形成する。固定駆動電極ＦＤＥ，固定コンタクト電極ＦＣＥを形成するメッキ工程において、配線端部上にパッドＰＤ（スイッチパッドＳＰＤ，駆動パッドＤＰＤ）が形成され、チップ周辺部にはループ状の接地電極ＧＮＤが形成される。可撓梁ＦＢと接地電極ＧＮＤの間の領域では、活性Ｓｉ層ＡＬが除去されて窓部ＷＤを形成している。

Ａｕメッキ層ＰＬ下方のＭｏ接着金属層ＡＭ２をエッチング除去する際、下層配線層下方の密着金属層ＡＭ１はダメージを受けないよう、密着金属層ＡＭ１はＭｏウェットエッチにおける選択性が高いＴｉとした。

図１Ｇにおいて、左側に示す支持部においては、活性Ｓｉ層ＡＬ上にＴｉ密着金属層ＡＭ１，Ａｕ下部配線層ＷＭ１，Ｍｏ密着金属層ＡＭ２，Ａｕシード層ＳＤ，Ａｕメッキ金属層ＰＬが積層されている。右側に示すスイッチ機構ＳＷの接点部においては、Ａｕ下部配線層ＷＭ１の上方にスペースが形成され、メッキ金属層ＰＬ下方の密着金属層ＡＭ２が除去されて、Ａｕシード金属層が露出している。Ａｕのコンタクト電極を作成するため、接触抵抗の高いＭｏ接着金属層ＡＭ２は除去されている。中央に示す駆動機構ＤＲにおいても、Ａｕ下部配線層ＷＭ１の上方にスペースが形成され、メッキ金属層ＰＬ下方の密着金属層ＡＭ２は除去されている。同一工程で形成される構造である。可撓梁の長さ方向に沿う断面図では、ブリッジ状の固定電極は中空部のみが示される。

図１Ｈは、ＭＥＭＳスイッチチップの平面図である。可撓梁ＦＢとその両端のパッド部ＳＰＤ，ＤＰＤを有する固定部の活性Ｓｉ層がパターニングされている。可撓梁ＦＢと交差するように固定駆動電極ＦＤＥ，固定コンタクト電極ＦＣＥが形成され、可動梁ＦＢ両側（上下）で、活性Ｓｉ層ＡＬ、ボンディング酸化膜ＢＯＸを介して，Ｓｉ支持基板ＳＳに支持されている。チップ周辺部には、接地配線ＧＮＤが形成されている。接地配線ＧＮＤの内側では可撓梁ＦＢ、固定電極支持部以外の活性Ｓｉ層ＡＬは除去され、窓部ＷＤが形成されている。

図１Ｉ，１Ｊ，１Ｋは、図１ＨのＸ１−Ｘ１線、Ｘ２−Ｘ２線、Ｘ３−Ｘ３線に沿う断面図である。
図１Ｉ，１Ｊに示すように、固定電極ＦＣＥ，ＦＤＥは、可撓梁ＦＢと交差して、可撓梁ＦＢ上方に延在する部分を有する。ギャップと対向する固定電極ＦＣＥ，ＦＤＥ下面からは、Ｍｏ密着金属層ＡＭ２がウェットエッチングで除去されている。エッチャントは、林純薬工業製、燐酸酢酸硝酸溶液からなる「ＳＬＡエッチャント」を用いた。

図１Ｋに示すように、接地配線ＧＮＤ内側では、可撓梁ＦＢ，固定電極ＦＣＥ，ＦＤＥ以外の領域の活性Ｓｉ層ＡＬが除去されている。活性Ｓｉ層の除去は、後に説明するように、例えばＳＦ_６ガスを用いたディープＲＩＥによるスリット群のエッチングと、ＳＦ_６ガスを用いたＲＩＥによる幅の狭いＳｉ層のエッチングの組み合わせで行なうことができる。

以上説明した第１の実施例によるＭＥＭＳスイッチの製造プロセスを説明する。図２ＸＡ〜２ＸＮは、図１Ｈ，１Ｋに示すＸ３−Ｘ３線に沿う断面図であり、図２ＹＡ〜２ＹＤは、可撓梁の長さ方向（Ｙ−Ｙ方向）に沿う断面図であり、図２ＺＡ〜２ＺＤは平面図である。

図２ＸＡに示すように、支持Ｓｉ層ＳＳ上にボンディング酸化膜ＢＯＸを介して活性Ｓｉ層ＡＬが貼りあわされたＳＯＩ基板を準備する。例えば、活性Ｓｉ層の厚さは１５μｍ、酸化膜ＢＯＸの厚さは４μｍ、支持Ｓｉ基板の厚さは５２５μｍである。

図２ＸＢに示すように、酸化膜エッチング用の幅約２μｍ、長さ約６μｍの貫通孔ＴＨを、対象領域内に所定ピッチで分布させ、ＳＦ_６を用いたディープＲＩＥ（ボッシュプロセス）で活性Ｓｉ層ＡＬを貫通して形成する。酸化膜ＢＯＸ表面が露出する。

図２ＺＡは、貫通孔ＴＨの配置例を示す。左側部分の幅が右側部分の幅より広い可撓部を作成するため、可撓部の形状に合わせて貫通孔ＴＨを配置する。

図２ＸＣに示すように、希フッ酸水溶液等に基板を浸漬し、酸化膜をエッチングする。貫通孔ＴＨから入り込んだ希フッ酸水溶液により、酸化膜が徐々にエッチされ、互いに連続して所定領域のキャビティＣＶを形成する。

図２ＺＢに示すように、所定形状のキャビティＣＶが形成される。

図２ＸＤに示すように、厚さ５０ｎｍのＴｉ密着金属層ＡＭ１、厚さ５００ｎｍのＡｕ層ＷＭ１をスパッタリングして、下部電極層を形成する。下部電極層上にレジストパターンを形成し、イオンミリングを行なって、所定パターンの下部電極ＬＥを形成する。

図２ＺＣは、形成される下部電極ＬＥの形状例を示す。可撓梁上に駆動電極ＭＤＥ、スイッチ電極ＭＣＥ、可撓梁の上下に固定電極支持部のアンカＡＮＣが形成される。

図２ＸＥに示すように、可撓梁を画定するスリットＳＬ、及び窓部ＷＤの活性Ｓｉ層を除去するためのスリット群ＳＬを、ＳＦ_６を用いたディープＲＩＥで形成する。

図２ＺＤはスリット群ＳＬの分布を示す平面図である。例えば幅２μｍのスリット群を１μｍのスペースを介して形成する。

図２ＸＦに示すように、下部電極ＬＥを覆って、活性Ｓｉ層ＡＬ上に犠牲膜ＳＦを成膜する。例えばＣＶＤにより、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）酸化膜を厚さ５μｍ堆積する。

図２ＸＧに示すように、犠牲膜ＳＦに所定形状のリセスを所定深さエッチングして、メッキ層の下面形状を画定するリセスを形成する。例えば、深さ４μｍのエッチング、その底面の選択された領域に深さ０．５μｍのエッチング、その底面の選択された領域に深さ０．５μｍ（残存厚全て）のエッチングを行なう。この図には、下部電極を露出する１番深い孔と固定駆動電極を収容する１番浅いリセスが示されている。

図２ＹＡを参照すると、犠牲膜ＳＦに固定駆動電極を画定する１番浅いリセスＲＣ１、固定コンタクト接点を画定する中間深さのリセスＲＣ２，下部電極ＬＥ表面を露出する１番深いリセスＲＣ３が形成されている。

図２ＸＨに示すように、深さの異なるリセスＲＣを形成した犠牲膜ＳＦ上に、厚さ５０ｎｍのＭｏ第２密着金属層ＡＭ２，厚さ５００ｎｍのＡｕシード層ＳＤをスパッタリングで形成する。絶縁性犠牲膜ＳＦの上にも導電性給電層が形成され、密着金属層ＡＭ２によって密着性が確保される。

図２ＸＩに示すように、Ａｕシード層ＳＤの上に、メッキ領域を画定するレジストパターンＲＰを形成する。Ｍｏ密着金属層ＡＭ２，Ａｕシード層ＳＤを給電層とし、Ａｕの電解メッキを行って、例えば厚さ２０μｍのＡｕメッキ層ＰＬを形成する。

図２ＹＢは、この状態を可撓梁長さ方向の断面で示す。

図２ＸＪに示すように、レジストパターンＲＰをアッシング、レジストリムーバ等で除去し、露出するシード層ＳＤ，Ｍｏ密着金属層ＡＭ２をイオンミリングなどで除去する。

図２ＸＫに示すように、露出する犠牲膜ＳＦをフッ酸蒸気等のエッチャントで除去する。固定電極の自由下面が露出する。Ａｕ電極の接点がＭｏ層で覆われており、このままでは電気特性が悪い。

図２ＸＬに示すように、ＳＦ_６ガスを用いたＲＩＥを行い、幅１μｍの活性Ｓｉ層ＡＬをエッチングする。金属電極で覆われた領域はエッチングされない。

図２ＹＣはこの状態を可撓梁長さ方向断面で示す。スリット群が形成されている領域は、スリット間の幅１μｍの活性Ｓｉ層ＡＬが両側からのエッチングで除去される。スリット群が形成されていない領域では、活性Ｓｉ層ＡＬ表面がエッチングされるが、その厚さの大部分は残る。活性Ｓｉ層ＡＬと共に、酸化シリコン層ＢＯＸもエッチされる。酸化シリコン層ＢＯＸは全てエッチされても、一部残ってもかまわない。

図２ＸＭは、活性Ｓｉ層ＡＬエッチング後の状態を示す。可撓梁ＦＢ両側の活性Ｓｉ層ＡＬが除去され、窓部ＷＤが形成されている。

図２ＸＮは、林純薬工業製、燐酸酢酸硝酸溶液からなる「ＳＬＡエッチャント」を用い、Ｍｏの第２密着金属層ＡＭ２をエッチング除去する工程を示す。可撓梁の両側に広く窓部ＷＤが形成されている。固定電極と可動電極の間隔を狭くしてもその近傍に広い窓部ＷＤが形成されているので、粘性の高い液体であっても移動させることが容易になる。

図２ＹＤはこの状態を可撓梁長さ方向断面で示す。図２ＹＤの状態では、活性Ｓｉ層上の下部電極上方に僅かな間隙を置いて、可動上部電極が配置されている。しかし図面の前後においては、図２ＸＮに示すように、活性Ｓｉ層ＡＬが除去されている。

図３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、比較例によるＭＥＭＳスイッチの平面図、Ｘ−Ｘ線に沿う断面図、Ｙ−Ｙ線（可撓梁長さ方向）に沿う断面図である。第１の実施例の図１Ｈに示す平面図、図１Ｋに示すＸ３−Ｘ３線に沿う断面図、図１Ｅに示す可撓梁長さ方向（Ｙ−Ｙ線）に層断面図に対応する。第１の実施例と比較例の相違点は、比較例では窓部ＷＤが形成されていないことである。

図４ＸＡ−４ＸＤは、比較例の製造プロセスを示す、図３ＡのＸ−Ｘ線に沿う断面図である。第１の実施例と異なる点を主に説明する。図２ＸＡ−２ＸＤに示す工程を同様に行なう。活性Ｓｉ層下のキャビティＣＶ，活性Ｓｉ層上の下部電極ＬＥが形成される。

図４ＸＡは、図２ＸＥに対応する、可撓梁の輪郭を画定するスリットＳＬのエッチング工程を示す。一定間隔のスリット群は形成されず、可撓梁の形状を画定する片側１本のスリットＳＬが形成される。

図４ＸＢは、図２ＸＧに対応し、犠牲膜ＳＦを堆積し、リセスをエッチングした状態を示す。

図４ＸＣは、図２ＸＫに対応し、犠牲膜ＳＦ上に密着金属層ＡＭ２，Ａｕシード層ＳＤを形成し、レジストパターンを形成し、Ａｕメッキ層ＰＬを形成し、レジストパターンを除去し、露出したＡｕシード層、Ｍｏ密着金属層をミリングで除去した状態を示す。

図４ＸＤは、図２ＸＮに対応し、犠牲膜ＳＦをエッチング除去し、露出した固定電極自由下面のＭｏ密着金属層ＡＭ２を林純薬工業製、燐酸酢酸硝酸溶液からなる「ＳＬＡエッチャント」を用い、エッチング除去した状態を示す。可撓梁ＦＢ両側には、片側１本のスリットＳＬを介して、活性Ｓｉ層ＡＬが残存している。

以前は、接点ギャップが０．５μｍ、アクチュエータギャップが１．２μｍであった。駆動電圧の低減を図り、接点ギャップ０．３μｍ、アクチュエータギャップ０．６μｍになるように設計変更した。設計変更したＭＥＭＳスイッチは、駆動電圧印加時にアクチュエータの上下電極が接触してショートする不良が７３％生じ、オン状態の接点間抵抗が２Ωを超える素子が１７％生じた。残った良品は１０％であった。

これに対して、第１の実施例により作成したサンプルは、アクチュエータのショート不良は生じず、接点抵抗が２Ωを超える素子は７％であった。良品率９３％が得られた。可撓梁ＦＢ両側の活性Ｓｉ層を除去した窓部ＷＤを形成することにより、予期せざる大きな効果が得られた。

可撓梁構造両側の活性Ｓｉ層が除去されたことにより、ＭｏまたはＭｏ合金の密着金属層除去のウェットエッチングが好適に行なえ、残渣が残らず、歩留まりが向上したと思料される。

両持ち梁型の第１の実施例を説明した。片持ち梁型のＭＥＭＳスイッチを作成することもできる。

図５はコの字形片持ち梁形状のＭＥＭＳスイッチの例を示す。活性Ｓｉ層にスリット群ＳＬを形成した状態で示す。スリット群ＳＬにより、矩形形状の可動部ＭＰが左右両側に配置された２本の可撓梁ＦＢ１，ＦＢ２を介し、パッド部ＳＰＤ，ＤＰＤにおいて、ボンディング酸化膜を介して支持シリコン基板に支持される。可動部ＭＰ，可撓梁ＦＢ１，ＦＢ２下のボンディング酸化膜は除去されてキャビティを形成し、可動部ＭＰは可撓梁ＦＢ１，ＦＢ２を介して弾性変形可能に支持されている。可動部ＭＰ，可撓梁ＦＢ１，ＦＢ２の外側では、スリット群ＳＬ間の活性Ｓｉ層をエッチング除去することにより、広い窓部が形成される。

可撓梁の形状は以上に説明したものに限られない。図６で示したカンチレバー形状においてカンチレバー外側の活性Ｓｉ層を除去することもできる。

例示した材料、数値は、制限的意味を有さない。Ｍｏ，Ａｕの代わりにＭｏ合金、Ａｕ合金を用いることもできる。その他、種々の変形、置換、改良、組み合わせ等が可能なことは、当業者に自明であろう。

ＳＳ 支持シリコン基板、
ＢＯＸ ボンディング酸化（酸化シリコン）膜、
ＡＬ 活性シリコン層、
ＭＣＥ 可動コンタクト電極、
ＭＤＥ 可動駆動電極、
ＦＤＥ 固定駆動電極、
ＦＣＥ 固定コンタクト電極、
ＳＬ スリット、
ＣＬ カンチレバー、
ＬＥ 下部電極、
ＦＢ 可撓梁、
ＴＨ スルーホール（貫通孔）、
ＣＶ キャビティ、
ＲＰ レジストパターン、
ＳＦ 犠牲膜、
ＡＭ 密着金属層、
ＳＤ シード層、
ＰＬ メッキ層、
ＧＮＤ 接地配線、
ＰＤ パッド部、
ＳＰＤ スイッチパッド，
ＤＰＤ 駆動パッド、
ＷＤ 窓部、

Claims (10)

1. 活性Ｓｉ層がボンディング酸化膜を介して支持Ｓｉ基板上に結合されたＳＯＩ基板と、
   前記活性Ｓｉ層から形成され、１端部又は両端部がボンディング酸化膜を介して前記支持Ｓｉ基板に支持され、可動部を有する可撓梁構造であって、該可動部の下方にはボンディング酸化膜が配置されておらず、前記支持Ｓｉ基板との間にキャビティを画定する可撓梁構造と、
   前記可撓梁構造上に形成された可動駆動電極と、
   前記可撓梁構造上に形成された可動コンタクト接点を有する可動コンタクト電極と、
   前記可撓梁構造の両側に位置する、前記ボンディング酸化膜と前記活性Ｓｉ層の積層を含む第１組の固定部に支持され、前記可動駆動電極上方に延在する固定駆動電極と、
   前記可撓梁構造の両側に位置する、前記ボンディング酸化膜と前記活性Ｓｉ層の積層を含む第２組の固定部に支持され、前記可動コンタクト接点上方に固定コンタクト接点を有する固定コンタクト電極と、
   前記可撓梁構造、前記固定駆動電極、前記固定コンタクト電極を囲んで、前記活性Ｓｉ層上に形成された接地配線と、
   前記接地配線の内側において、前記可撓梁構造、前記第１組及び第２組の固定部以外の領域に画定され、前記活性Ｓｉ層を含んでいない窓領域と、
   を有し、
   前記固定駆動電極と前記固定コンタクト電極とは、前記第１組及び第２組の固定部上方においては、ＭｏまたはＭｏ合金の密着金属層、前記密着金属層の上に形成されたＡｕまたはＡｕ合金のシード層、前記シード層の上に形成されたＡｕまたはＡｕ合金のメッキ層を含み、前記可動駆動電極、前記可動コンタクト接点と空隙を介して対向する自由下面においては、ＭｏまたはＭｏ合金の前記密着金属層が存在せず、前記シード層の上に、前記メッキ層が存在する、
   ＭＥＭＳスイッチ。
2. 前記窓領域が、前記可撓梁構造及び前記第１組及び第２組の固定部の各全周を取り囲む請求項１記載のＭＥＭＳスイッチ。
3. 前記窓領域において、前記ボンディング酸化膜も除去されている請求項１または２に記載のＭＥＭＳスイッチ。
4. 前記可撓梁構造が、両端部でボンディング酸化膜を介して前記支持Ｓｉ基板に支持された両持ち梁構造である請求項１〜３のいずれか１項に記載のＭＥＭＳスイッチ。
5. 前記可撓梁構造が、１端側が自由端であり、他端側でボンディング酸化膜を介して前記支持Ｓｉ基板に支持された片持ち梁構造である請求項１〜３のいずれか１項に記載のＭＥＭＳスイッチ。
6. 前記１端側が矩形可動部であり、前記他端側で前記矩形可動部の対向辺から可撓梁が延在しボンディング酸化膜を介して前記支持Ｓｉ基板に支持されている請求項５に記載のＭＥＭＳスイッチ。
7. 支持Ｓｉ基板上に活性Ｓｉ層がボンディング酸化膜を介して結合されたＳＯＩ基板の活性Ｓｉ層内に両持ち梁型又は片持ち梁型の可撓梁領域、立体的な固定駆動電極と固定コンタクト電極を支持する第１組、第２組の電極支持領域、ならびに、前記可撓梁領域、前記固定駆動電極および前記固定コンタクト電極を囲む接地配線領域、を画定し、
   前記可撓梁領域の可動部に前記活性Ｓｉ層を貫通する貫通孔群を形成し、
   前記貫通孔を介して、前記可撓梁領域の可動部下の前記ボンディング酸化膜をエッチング除去して、キャビティを形成し、
   前記可撓梁領域上に、可動駆動電極、可動コンタクト接点を有する可動コンタクト電極を形成し、
   前記接地配線領域に接地配線を形成し、
   前記可撓梁領域および前記電極支持領域以外の前記接地配線で囲まれる領域内に、前記活性Ｓｉ層を貫通するスリット群を形成し、
   メッキ金属層の底面構造を画定する犠牲膜構造を形成し、
   前記犠牲膜構造上にＭｏまたはＭｏ合金の密着金属層、ＡｕまたはＡｕ合金のシード層を形成し、
   前記シード層上にメッキ領域を画定するパターンを形成し、
   露出している前記シ-ド層上にＡｕまたはＡｕ合金のメッキ層を形成して固定駆動電極、固定コンタクト電極を形成し、
   前記パターン、露出した前記シード層と前記密着金属層、前記犠牲膜構造を除去し、
   前記接地配線の内側では前記スリット群間の活性Ｓｉ層をエッチング除去して、前記可撓梁領域、前記第１組及び第２組の電極支持領域以外の前記活性Ｓｉ層を除去して形成された窓部を形成し、
   前記犠牲膜の除去により露出する前記密着金属層をウェットエッチングする、
   ＭＥＭＳスイッチの製造方法。
8. 前記貫通孔群の形成、前記スリット群の形成はディープＲＩＥで行い、前記密着金属層のウェットエッチングは燐酸酢酸硝酸溶液で行なう請求項７に記載のＭＥＭＳスイッチの製造方法。
9. 前記スリット群は一定ピッチの平行スリットを含む請求項７または８に記載のＭＥＭＳスイッチの製造方法。
10. 前記窓部は、前記可撓梁領域、前記第１組及び第２組の電極支持領域の各全周を取り囲む請求項７〜９のいずれか１項に記載のＭＥＭＳスイッチの製造方法。
    

Images