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JP4016739B2 - Micromachine and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP4016739B2
JP4016739B2 JP2002182407A JP2002182407A JP4016739B2 JP 4016739 B2 JP4016739 B2 JP 4016739B2 JP 2002182407 A JP2002182407 A JP 2002182407A JP 2002182407 A JP2002182407 A JP 2002182407A JP 4016739 B2 JP4016739 B2 JP 4016739B2
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JP
Japan
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electrode
metal film
substrate
film
upper electrode
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JP2002182407A
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勇人 岩元
孝行 長澤
圭一 前田
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロマシンおよびその製造方法に関し、特には電極表面を光反射面として用いる光学用のマイクロマシンおよびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
基板上における微細加工技術の進展に伴い、いわゆるマイクロマシン(MEMS:Micro Electro-Mechanical Systems、超小型電気的・機械的複合体)素子(以下、MEMS素子と言う)が注目されている。
【0003】
MEMS素子は、シリコン基板、ガラス基板等の基板上に微細構造体として形成され、機械的駆動力を出力する駆動体と、駆動体の駆動を制御する半導体集積回路等とを、電気的に、更には機械的に結合させた素子である。MEMS素子の基本的な特徴は、機械的構造として構成されている駆動体が素子の一部に組み込まれていることであって、駆動体の駆動出力は、電極間のクーロン引力などを応用して電気的に行われることが一般的である。
【0004】
MEMS素子の一例として、GLV(Grating Light Valve)デバイスで使用されている光変調素子を例に挙げ、その構造を説明する。
【0005】
図2は、光変調素子としてのMEMS素子によって構成されるGLVデバイスの構造を説明する斜視図である。GLVデバイスとは、共通の基板10上に複数個のMEMS素子11を相互に並列で密に配置させたデバイスである。GLVデバイスを構成するMEMS素子11は、基板10上の下部電極12と、上面に光反射面13aを有する静電駆動型ビーム13とを備えた、MOEMS(Micro Optical Electro-Mechanical Systems)と称されているMEMS素子である。
【0006】
図3には、上記MEMS素子11の構成を説明する斜視図を示した。この図に示すように、MEMS素子11は、絶縁性の基板10と、この基板10上に形成された下部電極12と、下部電極12上をブリッジ状に跨ぐ静電駆動型ビーム13とを備えている。静電駆動型ビーム13と下部電極12とは、その間の空隙部aによって電気的に絶縁されている。
【0007】
静電駆動型ビーム13は、下部電極12をブリッジ状に跨いで基板10上に立脚し、電極支持部材として設けられた絶縁性の構造体14と、構造体14上に設けられた上部電極15から構成されている。そして、構造体14は、空隙部aを確保するように、下部電極12に対向して所定間隔だけ離間し、かつ下部電極12に対して相互に平行に上部電極15を支持するために設けられている。また、上部電極15は、その表面が静電駆動型ビーム13の光反射面となり、金属膜、主にアルミニウム(Al)膜で構成されている。
【0008】
このような構成の静電駆動型ビーム13は、リボンと通称されているが、構造体14は、図3に示したような下部電極12に対して平行に延在する梁部の両端を2本の柱部で支持するブリッジ状のものの他、柱部が1本で、梁部の一方の端部のみを支持する片持ち梁式のものもある。
【0009】
このような構成のMEMS素子11では、下部電極12と、この下部電極12に対向する上部電極15との間に微小電圧を印加すると、静電現象によって静電駆動型ビーム13が下部電極12に向かって接近し、また、電圧の印加を停止すると、離間して元の状態に戻る。そして、このような下部電極12に対する静電駆動型ビーム13の接近、離間の動作により、上部電極15相互間の高さを変えて反射する光の強度を変調し、光変調素子として機能する。この場合、静電引力及び静電反発力を利用して駆動する静電駆動型ビーム13の力学的特性は、構造体14を構成する材料(例えばSiN)の物性によってほぼ決定され、上部電極15は反射ミラーとしての役割が主である。
【0010】
次に、このように動作するMEMS素子11の製造工程を、図4の断面図(図3におけるA−A’断面図)を用いて説明する。先ず、図4(a)に示すように、例えばシリコンからなる基板10上に下部電極12をパターン形成する。次いで、下部電極12上に積層させる状態で、後に除去される犠牲層21をパターン形成する。その後、犠牲層21を跨ぐブリッジ形状の構造体14を、基板10上にパターン形成する。
【0011】
次に、図4(b)に示すように、構造体14を覆う状態で金属膜(Al膜)23を形成し、レジストパターン25をマスクに用いて金属膜23をパターンエッチングすることで、構造体14上に積層された上部電極15を形成する。これにより、構造体14と上部電極15とからなる静電駆動型ビーム13を形成する。
【0012】
次に、図4(c)に示すように、上部電極15形成用のレジストパターン(25)を除去する。ここでは最終的に、剥離液を用いたウェット処理を行うことで、上部電極15形成の際のパターンエッチングで生成されるポリマー等の反応副生成物の除去を行う。これにより、上部電極15の表面、すなわち光反射面13aを露出させる。
【0013】
次いで、図4(d)に示すように、犠牲層(21)を、XeF2ガスを用いたドライエッチング法により選択的に除去することにより、構造体14と下部電極12との間に空隙部aを設け、MEMS素子11を完成させる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述したようなMEMS素子の製造方法には、次のような課題があった。すなわち、光反射面を有する光学用のMEMS素子には、光反射面を構成する材料としてAl膜等の金属膜が用いられている。しかし、例えば図4(c)を用いて説明したように、この金属膜をパターニングしてなる上部電極15上のレジストパターン(25)を、剥離液を用いたウェット処理によって除去する際、および図4(d)を用いて説明したように犠牲層(21)をドライエッチングによって除去する際には、上部電極15を構成する金属材料(Al)表面の腐食が進行する。
【0015】
通常、金属膜の表面には、酸化アルミニウムのような自然酸化膜が形成され、この自然酸化膜が金属膜の表面の保護膜となる。しかし、上述した剥離液には、上部電極をパターン形成する際のエッチングにて生成される反応副生成物を除去するために、フッ化物を含有する剥離液が用いられており、上記自然酸化膜は、この剥離液や犠牲層除去に用いられるXeF2ガスに対しての耐性がない。したがって、これらの処理の際に、上記金属膜の表面の自然酸化膜が除去され、この除去された部分において上記腐食が進行し、上部電極15の表面に黒点Bが生じるのである。具体的には、上部電極15がAlで構成されている場合、上記処理によって上部電極15の表面に水酸化アルミニウムが生成されてこれが黒点Bとなる。
【0016】
この黒点Bは、上部電極15表面で構成される光反射面13aにおいて、例えば可視光領域での光反射率の波長分散が大きくなるといったような、光反射特性を劣化させる要因となり、MEMS素子の光学的な性能劣化を引き起こす。そして、このようなMEMS素子の劣化は、MEMS素子を用いたGVLのダークレベルを劣化させる要因ともなり、MEMS素子およびこれを用いたGVLの信頼性および歩留まりを悪化させることが判明している。
【0017】
そこで本発明は、光反射面となる電極表面の腐食を抑制し、当該光反射面での光反射効果を維持することが可能な光学用のMEMS素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するための本発明のMEMS素子(マイクロマシン)は、基板上にパターン形成された電極の表面を光反射面として用いる光学用のMEMS素子であり、上記電極が金属材料からなり、その表面が窒化膜で覆われていることを特徴としている。
【0019】
また、基板上に形成された下部電極と、この基板の上部に立設された支持部から前記下部電極の上部に空隙部を介して梁部を延設してなる構造体と、当該構造体の上部に設けられた上部電極とを有するMEMS素子でもあり、上部電極が金属材料からなり、その表面が窒化膜で覆われていることを特徴としている。
【0020】
このような構成のMEMS素子では、金属材料からなる電極(あるいは上部電極)の表面を、耐薬品性を有する窒化膜で覆った構成とすることで、電極(あるいは上部電極)の表面、すなわち光反射面が保護される。したがって、光反射面の腐食等の変質が抑えられ、光反射面における光反射特性を維持することができる。
【0021】
また、本発明のMEMS素子の第1の製造方法は、基板上に成膜された金属膜をパターニングすることで、表面を光反射面として用いる電極を形成する工程を備えたマイクロマシンの製造方法であり、金属膜をパターニングする前に、当該金属膜の表面を窒化させる工程を行うことを特徴としている。
【0022】
このような構成の第1の製造方法では、金属膜の表面を窒化させた状態で、当該金属膜のパターニングが行われる。つまり、耐薬品性に優れた窒化膜で表面が保護された状態の金属膜に対して、パターニング処理が行われて電極が形成されるのである。したがって、パターニング処理及びこれに伴う後処理の影響が、光反射面として用いられる電極表面に及ぼされることが防止され、光反射特性の良好な光反射面を備えた電極が得られる。
【0023】
また、本発明の第2の製造方法は、基板上の下部電極に積層させるように犠牲層をパターン形成する工程と、この下部電極および犠牲層を覆う状態で基板上に絶縁膜および金属膜をこの順で成膜すると共に、犠牲層の下部から上部にわたる帯状に絶縁膜をパターニングした構造体を形成し、また金属膜をパターニングすることで構造体上に積層される上部電極を形成する工程と、犠牲層を除去することで、下部電極と構造体との間に空隙部を形成する工程とを行う製造方法でもあり、金属膜を成膜した後で、かつ犠牲層を除去するまでの間に、金属膜または上部電極の表面を窒化させる工程を行うことを特徴としている。
【0024】
このような第2の製造方法では、犠牲層を除去する前に、金属膜またはこれをパターニングしてなる上部電極の表面を窒化させる工程が行われる。つまり、金属膜の表面を窒化させた場合には、金属膜の表面を窒化させた状態で、当該金属膜のパターニングが行われ、またその後の犠牲層の除去が行われることになる。したがって、パターニング処理及びこれに伴う後処理、さらには犠牲層除去の影響が、光反射面として用いられる電極表面に及ぼされることが防止され、光反射特性の良好な光反射面を備えた電極が得られる。一方、上部電極の表面を窒化させた場合には、上部電極の表面を窒化させた状態で犠牲層の除去が行われることになる。したがって、犠牲層除去の影響が、光反射面として用いられる電極表面に及ぼされることが防止され、光反射特性の良好な光反射面を備えた電極が得られる。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。ここでは、従来の技術において図2および図3を用いて説明したと同様に作動する光学用のMEMS素子(MEOMS)の製造方法を、図1の断面工程図に基づいて説明する。尚、従来の技術で説明したと同一の構成要素には同一の符号を付して説明を行うこととする。
【0026】
先ず、図1(a)に示すように、シリコン等からなる基板10上にW(タングステン)膜等の金属膜を成膜し、これをパターニングすることによって下部電極12を形成する。
【0027】
次に、基板10全面にアモルファスシリコン膜またはポリシリコン膜を成膜し、これをパターニングすることによって下部電極12上に犠牲層21を形成する。この犠牲層21は、基板10、下部電極12、さらには以降の工程で形成される構造体および上部電極に対して選択的にエッチング除去可能な材料で構成されることとし、ここでは例えば上述したアモルファスシリコン膜やポリシリコン膜等が用いられる。
【0028】
次いで、犠牲層21および下部電極12を覆う状態で、基板10上の全面に絶縁膜22としてSiN(窒化シリコン)膜を成膜する。そして、この絶縁膜22を犠牲層21の下部から上部にわたる帯状にパターニングし、下部電極12をブリッジ状に跨ぐ状態で基板10上に立脚する複数の構造体14を形成する。これにより、基板10の上部に立設された支持部14aと、この支持部14aから下部電極12に対向して設けられた梁部14bとからなるブリッジ状の構造体14を得る。
【0029】
尚ここでは、構造体14を構成する絶縁膜22は、その強度、弾性定数などの物性値が、構造体14の機械的駆動に対して適切であるとして、SiN膜を選定する。しかし、構造体14としての適切な物性値を有していれば、SiN膜に換えて他の材料からなる絶縁膜を用いても良い。また、構造体14は、図面上の奥行き方向に複数形成されていることとする。
【0030】
以上の後、図1(b)に示すように、構造体14、犠牲層21および下部電極12を覆う状態で、基板10上の全面に金属膜23を成膜する。この金属膜23は、例えばAl膜であることとする。Alは、(1)比較的容易に成膜でできる金属であること、(2)可視光領域での光反射率の波長分散が小さいこと等の理由から、光学部品材料として好ましく用いられている金属である。
【0031】
次に、金属膜23の表面を窒化させ、金属膜23の表面を窒化膜30で覆う。この際、例えば、窒素プラズマを用いた窒化処理を下記条件にて行うこととする。
プロセスガスおよび流量:N2/100[sccm]
sccm:standard cubic centimeter /minutes
処理雰囲気内圧力 :40[Pa]
ソース側印加電力 :13.56[MHz]
基板温度 :300[℃]
基板バイアス :50[W]/800[KHz]
処理時間 :1[min.]
【0032】
以上の窒化処理においては、金属膜23表面に自然酸化膜が形成されていた場合、この自然酸化膜が窒化されて窒化膜30が形成される。例えば、金属膜23がAl膜であり、この表面に自然酸化膜として酸化アルミニウム(Al23)が形成されていた場合、この酸化アルミニウムが窒化されてAlNからなる窒化膜30が形成される。
【0033】
その後、図1(c)に示すように、窒化膜30が形成された金属膜23上にレジストパターン25を形成する。次いで、このレジストパターン25をマスクに用いて窒化膜30で覆われた金属膜23をエッチングし、構造体14において下部電極12と対向している梁部14b上のみに金属膜23を残してこれを上部電極15として形成する。金属膜23のエッチングは、ドライエッチング技術もしくはウエットエッチング技術により行う。
【0034】
次に、図1(d)に示すように、上部電極15(窒化膜30上)に残存したレジストパターン(25)、およびこれをマスクに用いたエッチングで生成される反応副生成物(図示省略)を剥離剤にて除去する。この際、剥離液としては、例えばフッ化水素酸、フッ化アンモニウム等を含有する溶液を用いる。尚、レジストパターン(25)の剥離は、プラズマアッシング処理によって行っても良い。この場合には、プラズマアッシング処理の後に、上記エッチングにより生成された反応副生成物を、フッ化水素酸、フッ化アンモニウム等を含有する溶液にて除去する。
【0035】
以上の後、図1(e)に示すように、アモルファスシリコン膜またはポリシリコン膜からなる犠牲層(21)をXeF2ガスを用いたドライエッチング法により除去する。これにより、構造体14と下部電極12との間に空隙部aを形成し、構造体14と上部電極15とからなる静電駆動型ビーム13を得る。
【0036】
以上により、下部電極12と、基板10の上部に立設された支持部14aから下部電極12の上部に空隙部aを介して梁部14bを延設してなる構造体14と、構造体14の上部に設けられた上部電極15とを有し、上部電極15の表面が窒化膜30で覆われたMEMS素子11’が得られる。このMEMS素子11’は、窒化膜30で覆われた上部電極15の表面が、静電駆動型ビーム13の光反射面3aとなり、図2および図3を用いて説明したと同様に作動する光学用のMEMS素子(MEOMS)となる。
【0037】
以上の製造方法では、図1(c)、図1(e)を用いて説明したように、金属膜23の表面を窒化膜30で覆った状態で、金属膜23のパターニングが行われ、またその後、犠牲層21の除去が行われることになる。したがって、金属膜23のパターニング処理及びこれに伴う後処理、さらには犠牲層21除去の影響が、光反射面13aとして用いられる上部電極15の表面に及ぼされることが防止され、光反射特性の良好な光反射面13aを備えた上部電極15を得ることが可能になる。
【0038】
また、この様にして得られたMEMS素子11’は、金属材料からなる上部電極15の表面を、耐薬品性を有する窒化膜30で覆った構成であるため、上部電極15の表面からなる光反射面13aが窒化膜30によって保護される。したがって、光反射面13aの腐食等の変質が抑えられ、光反射面13aにおける光反射特性を維持することが可能になる。また、このようにして得られたMEMS素子11’を用いて形成されたGVL(Grating Light Valve)素子において、ダークレベルの劣化を防止できる。この結果、MEMS素子およびこれを用いたGVL素子の信頼性および歩留まりの向上を図ることが可能になる。
【0039】
尚、上述の実施形態においては、図1(b)を用いて説明したように、金属膜23の表面を窒化させる構成とした。しかし、本発明の製造方法は、ここで窒化処理を行わずに、図1(d)を用いて説明したようにして上部電極15上のレジストパターン25を除去した後、上部電極15の表面を窒化させる構成としても良い。尚、窒化処理は、図1(b)を用いて説明したと同様に行われる。このようにした場合、上部電極15の側壁も窒化処理され、この側壁にも窒化膜が形成される。このため、上部電極15の側壁においても、良好な光反射特性を確保することができる。
【0040】
また、製造工程中における上部電極15表面の腐食のみを防止すれば良い場合には、図1(e)を用いて説明した工程の後に、窒化膜30を除去する工程を行っても良い。ただし、窒化膜30を除去する場合には、上部電極15の表面を腐食させることのない条件で行うことが必須である。
【0041】
また、上述した実施形態においては、ブリッジ形状の構造体14上に上部電極15を設けた構成のMEMS素子に本発明を適用した場合を説明した。しかし、本発明は、金属材料からなる電極の表面を光反射面として用いたMEMS素子およびその製造方法に広く適用可能であり、同様の効果を得ることができる。例えば、上記実施形態で説明した構造体14に換えて、梁部の一方の端部のみを支持する片持ち梁式の構成の構造体を有するMEMS素子にも同様に適用可能である。
【0042】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のMEMS素子およびその製造方法によれば、金属材料からなる電極の表面(光反射面)に窒化膜を形成することで、光反射面の腐食を防止し、当該光反射面での光反射効果の維持、向上を図ることが可能になる。この結果、光学用のMEMS素子およびこれを用いた光学素子における光学特性の向上を図ると共に、信頼性、および歩留まりの向上を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を説明するための断面工程図である。
【図2】MEMS素子を用いて構成されたGLVデバイスの斜視図である。
【図3】MEMS素子の斜視図である。
【図4】従来のMEMS素子の製造方法を説明する図である。
【符号の説明】
1…基板、11’…MEMS素子(マイクロマシン)、12…下部電極、14…構造体、14a…支持部、14b…梁部、15…上部電極(電極)、13a…光反射面、21…犠牲層、23…金属膜、30…窒化膜、a…空隙部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a micromachine and a manufacturing method thereof, and more particularly to an optical micromachine using an electrode surface as a light reflecting surface and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
With the progress of microfabrication technology on a substrate, a so-called micro machine (MEMS: Micro Electro-Mechanical Systems) element (hereinafter referred to as a MEMS element) has been attracting attention.
[0003]
The MEMS element is formed as a fine structure on a substrate such as a silicon substrate or a glass substrate, and electrically connects a driving body that outputs a mechanical driving force and a semiconductor integrated circuit that controls driving of the driving body, Furthermore, the element is mechanically coupled. The basic feature of a MEMS element is that a drive body configured as a mechanical structure is incorporated in a part of the element, and the drive output of the drive body applies Coulomb attractive force between electrodes. In general, it is performed electrically.
[0004]
As an example of the MEMS element, a light modulation element used in a GLV (Grating Light Valve) device will be described as an example, and the structure will be described.
[0005]
FIG. 2 is a perspective view for explaining the structure of a GLV device constituted by MEMS elements as light modulation elements. A GLV device is a device in which a plurality of MEMS elements 11 are densely arranged in parallel with each other on a common substrate 10. The MEMS element 11 constituting the GLV device is referred to as MOEMS (Micro Optical Electro-Mechanical Systems) including a lower electrode 12 on the substrate 10 and an electrostatically driven beam 13 having a light reflecting surface 13a on the upper surface. It is a MEMS element.
[0006]
FIG. 3 is a perspective view illustrating the configuration of the MEMS element 11. As shown in this figure, the MEMS element 11 includes an insulating substrate 10, a lower electrode 12 formed on the substrate 10, and an electrostatically driven beam 13 straddling the lower electrode 12 in a bridge shape. ing. The electrostatic drive beam 13 and the lower electrode 12 are electrically insulated by a gap a between them.
[0007]
The electrostatic drive beam 13 stands on the substrate 10 across the lower electrode 12 in a bridge shape, and has an insulating structure 14 provided as an electrode support member, and an upper electrode 15 provided on the structure 14. It is composed of The structure 14 is provided to support the upper electrode 15 so as to be opposed to the lower electrode 12 by a predetermined distance and to be parallel to the lower electrode 12 so as to secure the gap a. ing. The upper electrode 15 has a surface serving as a light reflecting surface of the electrostatic drive beam 13 and is formed of a metal film, mainly an aluminum (Al) film.
[0008]
The electrostatic drive beam 13 having such a configuration is commonly called a ribbon, but the structure 14 has two ends of a beam portion extending in parallel to the lower electrode 12 as shown in FIG. In addition to the bridge-shaped one that is supported by the column portion of the book, there is also a cantilever type that has only one column portion and supports only one end of the beam portion.
[0009]
In the MEMS element 11 having such a configuration, when a minute voltage is applied between the lower electrode 12 and the upper electrode 15 facing the lower electrode 12, the electrostatic drive beam 13 is applied to the lower electrode 12 due to an electrostatic phenomenon. When approaching and stopping the application of voltage, they are separated to return to the original state. Then, with the approach and separation of the electrostatic drive beam 13 with respect to the lower electrode 12, the intensity of the reflected light is modulated by changing the height between the upper electrodes 15, and functions as a light modulation element. In this case, the mechanical characteristics of the electrostatic drive beam 13 driven by using electrostatic attraction and electrostatic repulsion are substantially determined by the physical properties of the material (for example, SiN) constituting the structure 14, and the upper electrode 15. Is mainly used as a reflection mirror.
[0010]
Next, the manufacturing process of the MEMS element 11 that operates in this manner will be described with reference to the sectional view of FIG. First, as shown in FIG. 4A, the lower electrode 12 is patterned on the substrate 10 made of, for example, silicon. Next, a sacrificial layer 21 to be removed later is patterned in a state of being laminated on the lower electrode 12. Thereafter, a bridge-shaped structure 14 straddling the sacrificial layer 21 is patterned on the substrate 10.
[0011]
Next, as shown in FIG. 4B, a metal film (Al film) 23 is formed so as to cover the structure 14, and the metal film 23 is subjected to pattern etching using the resist pattern 25 as a mask. The upper electrode 15 stacked on the body 14 is formed. As a result, an electrostatically driven beam 13 composed of the structure 14 and the upper electrode 15 is formed.
[0012]
Next, as shown in FIG. 4C, the resist pattern (25) for forming the upper electrode 15 is removed. Here, finally, a wet process using a stripping solution is performed to remove reaction by-products such as a polymer generated by pattern etching when the upper electrode 15 is formed. Thereby, the surface of the upper electrode 15, that is, the light reflecting surface 13a is exposed.
[0013]
Next, as shown in FIG. 4D, the sacrificial layer (21) is selectively removed by a dry etching method using XeF 2 gas, whereby a gap is formed between the structure 14 and the lower electrode 12. a is provided to complete the MEMS element 11.
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
However, the MEMS device manufacturing method as described above has the following problems. That is, in an optical MEMS element having a light reflecting surface, a metal film such as an Al film is used as a material constituting the light reflecting surface. However, for example, as described with reference to FIG. 4C, when the resist pattern (25) on the upper electrode 15 formed by patterning this metal film is removed by wet treatment using a stripping solution, and FIG. As described with reference to 4 (d), when the sacrificial layer (21) is removed by dry etching, the corrosion of the surface of the metal material (Al) constituting the upper electrode 15 proceeds.
[0015]
Usually, a natural oxide film such as aluminum oxide is formed on the surface of the metal film, and this natural oxide film serves as a protective film on the surface of the metal film. However, in order to remove the reaction by-product generated by the etching when patterning the upper electrode, the stripping solution containing fluoride is used for the stripping solution described above. Is not resistant to the XeF 2 gas used for removing the stripping solution and the sacrificial layer. Therefore, during these treatments, the natural oxide film on the surface of the metal film is removed, the corrosion proceeds in the removed portion, and black spots B are generated on the surface of the upper electrode 15. Specifically, when the upper electrode 15 is made of Al, aluminum hydroxide is generated on the surface of the upper electrode 15 by the above processing, and this becomes a black spot B.
[0016]
This black spot B becomes a factor of deteriorating the light reflection characteristics such that the wavelength dispersion of the light reflectivity in the visible light region becomes large on the light reflection surface 13a constituted by the surface of the upper electrode 15, and the MEMS element has a problem. Causes optical performance degradation. It has been found that such deterioration of the MEMS element also causes deterioration of the dark level of the GVL using the MEMS element, and deteriorates the reliability and yield of the MEMS element and the GVL using the MEMS element.
[0017]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical MEMS element capable of suppressing corrosion of an electrode surface serving as a light reflecting surface and maintaining a light reflecting effect on the light reflecting surface, and a method for manufacturing the same. To do.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
The MEMS element (micromachine) of the present invention for solving such a problem is an optical MEMS element that uses the surface of an electrode patterned on a substrate as a light reflecting surface, and the electrode is made of a metal material. The surface is covered with a nitride film.
[0019]
Further, a lower electrode formed on the substrate, a structure in which a beam portion is extended from the support portion erected on the upper portion of the substrate to the upper portion of the lower electrode via a gap portion, and the structure The upper electrode is provided with an upper electrode, and the upper electrode is made of a metal material, and the surface thereof is covered with a nitride film.
[0020]
In the MEMS element having such a configuration, the surface of the electrode (or upper electrode) made of a metal material is covered with a chemical-resistant nitride film, so that the surface of the electrode (or upper electrode), that is, light The reflective surface is protected. Therefore, alteration such as corrosion of the light reflecting surface can be suppressed, and the light reflecting characteristics on the light reflecting surface can be maintained.
[0021]
The first manufacturing method of the MEMS element of the present invention is a method of manufacturing a micromachine including a step of forming an electrode using the surface as a light reflecting surface by patterning a metal film formed on a substrate. In addition, before the metal film is patterned, a step of nitriding the surface of the metal film is performed.
[0022]
In the first manufacturing method having such a configuration, the metal film is patterned in a state where the surface of the metal film is nitrided. That is, a patterning process is performed on the metal film whose surface is protected by a nitride film having excellent chemical resistance to form an electrode. Therefore, the influence of the patterning process and the post-processing accompanying this is prevented from being exerted on the electrode surface used as the light reflection surface, and an electrode having a light reflection surface with good light reflection characteristics can be obtained.
[0023]
The second manufacturing method of the present invention includes a step of patterning a sacrificial layer so as to be laminated on the lower electrode on the substrate, and an insulating film and a metal film on the substrate in a state of covering the lower electrode and the sacrificial layer. Forming a structure in which the insulating film is patterned in a band extending from the bottom to the top of the sacrificial layer, and forming an upper electrode stacked on the structure by patterning the metal film; Also, a manufacturing method in which a sacrificial layer is removed to form a gap between the lower electrode and the structure, and after the metal film is formed and until the sacrificial layer is removed In addition, a step of nitriding the surface of the metal film or the upper electrode is performed.
[0024]
In such a second manufacturing method, before removing the sacrificial layer, a step of nitriding the surface of the metal film or the upper electrode formed by patterning the metal film is performed. That is, when the surface of the metal film is nitrided, the metal film is patterned with the surface of the metal film nitrided, and the sacrificial layer is removed thereafter. Therefore, it is possible to prevent the effects of the patterning process and the post-processing associated therewith and the removal of the sacrificial layer from being exerted on the electrode surface used as the light reflecting surface, and an electrode having a light reflecting surface with good light reflecting characteristics can be obtained. can get. On the other hand, when the surface of the upper electrode is nitrided, the sacrificial layer is removed while the surface of the upper electrode is nitrided. Therefore, the influence of removing the sacrificial layer is prevented from being exerted on the surface of the electrode used as the light reflecting surface, and an electrode having a light reflecting surface with good light reflecting characteristics can be obtained.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Here, a method for manufacturing an optical MEMS element (MEOMS) that operates in the same manner as described with reference to FIGS. 2 and 3 in the prior art will be described based on the sectional process diagram of FIG. It should be noted that the same components as those described in the prior art are denoted by the same reference numerals for description.
[0026]
First, as shown in FIG. 1A, a metal film such as a W (tungsten) film is formed on a substrate 10 made of silicon or the like, and the lower electrode 12 is formed by patterning the metal film.
[0027]
Next, an amorphous silicon film or a polysilicon film is formed on the entire surface of the substrate 10 and patterned to form a sacrificial layer 21 on the lower electrode 12. The sacrificial layer 21 is made of a material that can be selectively removed by etching with respect to the substrate 10, the lower electrode 12, the structure formed in the subsequent steps, and the upper electrode. An amorphous silicon film, a polysilicon film, or the like is used.
[0028]
Next, a SiN (silicon nitride) film is formed as an insulating film 22 on the entire surface of the substrate 10 so as to cover the sacrificial layer 21 and the lower electrode 12. Then, the insulating film 22 is patterned in a band shape extending from the lower part to the upper part of the sacrificial layer 21 to form a plurality of structures 14 that stand on the substrate 10 with the lower electrode 12 straddling the bridge. As a result, a bridge-like structure 14 including a support portion 14 a erected on the upper portion of the substrate 10 and a beam portion 14 b provided to face the lower electrode 12 from the support portion 14 a is obtained.
[0029]
Here, the SiN film is selected as the insulating film 22 constituting the structure 14 on the assumption that the physical properties such as strength and elastic constant are appropriate for the mechanical drive of the structure 14. However, an insulating film made of another material may be used instead of the SiN film as long as the structure 14 has appropriate physical properties. In addition, a plurality of structures 14 are formed in the depth direction on the drawing.
[0030]
After that, as shown in FIG. 1B, a metal film 23 is formed on the entire surface of the substrate 10 so as to cover the structure 14, the sacrificial layer 21, and the lower electrode 12. The metal film 23 is, for example, an Al film. Al is preferably used as an optical component material because (1) it is a metal that can be formed relatively easily and (2) the wavelength dispersion of the light reflectance in the visible light region is small. It is a metal.
[0031]
Next, the surface of the metal film 23 is nitrided, and the surface of the metal film 23 is covered with the nitride film 30. At this time, for example, nitriding using nitrogen plasma is performed under the following conditions.
Process gas and flow rate: N 2/100 [sccm]
sccm: standard cubic centimeter / minutes
Processing atmosphere pressure: 40 [Pa]
Source side applied power: 13.56 [MHz]
Substrate temperature: 300 [° C]
Substrate bias: 50 [W] / 800 [KHz]
Processing time: 1 [min. ]
[0032]
In the nitriding process described above, when a natural oxide film is formed on the surface of the metal film 23, the natural oxide film is nitrided to form the nitride film 30. For example, when the metal film 23 is an Al film and aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is formed as a natural oxide film on the surface, the aluminum oxide is nitrided to form a nitride film 30 made of AlN. .
[0033]
Thereafter, as shown in FIG. 1C, a resist pattern 25 is formed on the metal film 23 on which the nitride film 30 is formed. Next, the metal film 23 covered with the nitride film 30 is etched using the resist pattern 25 as a mask to leave the metal film 23 only on the beam portion 14b facing the lower electrode 12 in the structure 14. Is formed as the upper electrode 15. Etching of the metal film 23 is performed by a dry etching technique or a wet etching technique.
[0034]
Next, as shown in FIG. 1D, the resist pattern (25) remaining on the upper electrode 15 (on the nitride film 30) and reaction by-products (not shown) generated by etching using the resist pattern as a mask. ) Is removed with a release agent. At this time, as the stripping solution, for example, a solution containing hydrofluoric acid, ammonium fluoride, or the like is used. The resist pattern (25) may be removed by plasma ashing. In this case, after the plasma ashing process, the reaction by-product generated by the etching is removed with a solution containing hydrofluoric acid, ammonium fluoride, or the like.
[0035]
After the above, as shown in FIG. 1E, the sacrificial layer (21) made of an amorphous silicon film or a polysilicon film is removed by a dry etching method using XeF 2 gas. As a result, a gap a is formed between the structure 14 and the lower electrode 12, and the electrostatic drive beam 13 including the structure 14 and the upper electrode 15 is obtained.
[0036]
As described above, the lower electrode 12, the structure 14 in which the beam portion 14 b extends from the support portion 14 a erected on the upper portion of the substrate 10 to the upper portion of the lower electrode 12 through the gap portion a, and the structure 14. The MEMS element 11 ′ having the upper electrode 15 provided on the upper surface of the upper electrode 15 and having the surface of the upper electrode 15 covered with the nitride film 30 is obtained. In the MEMS element 11 ′, the surface of the upper electrode 15 covered with the nitride film 30 becomes the light reflecting surface 3 a of the electrostatic drive beam 13, and operates in the same manner as described with reference to FIGS. 2 and 3. MEMS element (MEOMS).
[0037]
In the above manufacturing method, as described with reference to FIGS. 1C and 1E, the metal film 23 is patterned in a state where the surface of the metal film 23 is covered with the nitride film 30. Thereafter, the sacrificial layer 21 is removed. Therefore, it is possible to prevent the patterning process of the metal film 23 and the post-processing associated therewith and further the removal of the sacrificial layer 21 from being exerted on the surface of the upper electrode 15 used as the light reflecting surface 13a, and the light reflecting characteristics are improved. Thus, it is possible to obtain the upper electrode 15 having the light reflecting surface 13a.
[0038]
Further, the MEMS element 11 ′ thus obtained has a structure in which the surface of the upper electrode 15 made of a metal material is covered with a nitride film 30 having chemical resistance. The reflective surface 13 a is protected by the nitride film 30. Therefore, alteration such as corrosion of the light reflecting surface 13a can be suppressed, and the light reflecting characteristics on the light reflecting surface 13a can be maintained. Further, in the GVL (Grating Light Valve) element formed using the MEMS element 11 ′ thus obtained, deterioration of the dark level can be prevented. As a result, it becomes possible to improve the reliability and yield of the MEMS element and the GVL element using the MEMS element.
[0039]
In the above-described embodiment, as described with reference to FIG. 1B, the surface of the metal film 23 is nitrided. However, in the manufacturing method of the present invention, the surface of the upper electrode 15 is removed after removing the resist pattern 25 on the upper electrode 15 as described with reference to FIG. It is good also as a structure to nitride. The nitriding process is performed in the same manner as described with reference to FIG. In this case, the side wall of the upper electrode 15 is also nitrided, and a nitride film is also formed on this side wall. Therefore, good light reflection characteristics can be ensured also on the side wall of the upper electrode 15.
[0040]
Further, when only the corrosion of the upper electrode 15 surface during the manufacturing process is to be prevented, the step of removing the nitride film 30 may be performed after the step described with reference to FIG. However, when the nitride film 30 is removed, it is essential to perform under conditions that do not corrode the surface of the upper electrode 15.
[0041]
In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to the MEMS element having the configuration in which the upper electrode 15 is provided on the bridge-shaped structure 14 has been described. However, the present invention can be widely applied to a MEMS device using the surface of an electrode made of a metal material as a light reflecting surface and a method for manufacturing the same, and the same effect can be obtained. For example, instead of the structure 14 described in the above embodiment, the present invention can be similarly applied to a MEMS element having a structure of a cantilever type structure that supports only one end of the beam.
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the MEMS element of the present invention and the manufacturing method thereof, by forming a nitride film on the surface (light reflecting surface) of the electrode made of a metal material, corrosion of the light reflecting surface is prevented, and It is possible to maintain and improve the light reflection effect on the light reflection surface. As a result, it is possible to improve the optical characteristics of the optical MEMS element and the optical element using the same, and to improve the reliability and the yield.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional process diagram for explaining an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of a GLV device configured using a MEMS element.
FIG. 3 is a perspective view of a MEMS element.
FIG. 4 is a diagram for explaining a conventional method of manufacturing a MEMS element.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Board | substrate, 11 '... MEMS element (micromachine), 12 ... Lower electrode, 14 ... Structure, 14a ... Supporting part, 14b ... Beam part, 15 ... Upper electrode (electrode), 13a ... Light reflecting surface, 21 ... Sacrificial Layer, 23 ... metal film, 30 ... nitride film, a ... void

Claims (3)

基板上に形成された下部電極と、前記基板の上部に立設された支持部から前記下部電極の上部に空隙部を介して梁部を延設してなる構造体と、当該構造体の上部に設けられた上部電極とを有し、当該上部電極の表面を光反射面として用いる光学用のマイクロマシンにおいて、
前記上部電極は、金属材料からなり、その表面が金属材料を窒化させてなる窒化膜で覆われている
ことを特徴とするマイクロマシン。
A lower electrode formed on a substrate, a structure in which a beam portion is extended from a support portion standing on the upper portion of the substrate to the upper portion of the lower electrode via a gap, and an upper portion of the structure An optical micromachine using the upper electrode as a light reflecting surface.
The upper electrode is made of a metal material, and the surface thereof is covered with a nitride film formed by nitriding the metal material .
基板の上部に成膜した金属膜をパターニングすることで、表面を光反射面として用いる電極を前記基板上に形成する工程を備えたマイクロマシンの製造方法において、
前記金属膜をパターニングする前に、当該金属膜の表面を窒化させる工程を行う
ことを特徴とするマイクロマシンの製造方法。
In a manufacturing method of a micromachine including a step of forming an electrode using a surface as a light reflection surface on the substrate by patterning a metal film formed on the substrate.
Before patterning the metal film, a step of nitriding the surface of the metal film is performed.
基板上の下部電極に積層させるように犠牲層をパターン形成する工程と、
前記下部電極および犠牲層を覆う状態で前記基板上に絶縁膜および金属膜をこの順で成膜すると共に、前記絶縁膜を前記犠牲層の下部から上部にわたる帯状にパターニングした構造体を形成し、前記金属膜をパターニングすることで前記構造体上に積層される上部電極を形成する工程と、
前記犠牲層を除去することで、前記下部電極と前記構造体との間に空隙部を形成する工程とを行うマイクロマシンの製造方法において、
前記金属膜を成膜した後で、かつ前記犠牲層を除去するまでの間に、前記金属膜の表面または前記上部電極の表面を窒化させる工程を行うことにより、表面が光反射面として用いられる前記上部電極を形成する
ことを特徴とするマイクロマシンの製造方法。
Patterning a sacrificial layer to be laminated to the lower electrode on the substrate;
An insulating film and a metal film are formed in this order on the substrate in a state of covering the lower electrode and the sacrificial layer, and a structure is formed by patterning the insulating film in a band shape extending from the lower part to the upper part of the sacrificial layer, Forming an upper electrode laminated on the structure by patterning the metal film;
In the method of manufacturing a micromachine that performs the step of forming a gap between the lower electrode and the structure by removing the sacrificial layer,
The surface is used as a light reflecting surface by performing a step of nitriding the surface of the metal film or the surface of the upper electrode after forming the metal film and before removing the sacrificial layer. A method of manufacturing a micromachine, comprising forming the upper electrode .
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