特許 6046443 マイクロミラーデバイスの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6046443

(24)【登録日】2016年11月25日

(45)【発行日】2016年12月14日

(54)【発明の名称】マイクロミラーデバイスの製造方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 26/08 20060101AFI20161206BHJP

   G02B 26/10 20060101ALI20161206BHJP

   B81C 1/00 20060101ALI20161206BHJP

【ＦＩ】

   G02B26/08 E

   G02B26/10 104Z

   B81C1/00

【請求項の数】4

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2012-232269(P2012-232269)

(22)【出願日】2012年10月19日

(65)【公開番号】特開2014-85409(P2014-85409A)

(43)【公開日】2014年5月12日

【審査請求日】2015年10月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】504157024

【氏名又は名称】国立大学法人東北大学

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(72)【発明者】

【氏名】田中 秀治

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 裕輝夫

(72)【発明者】

【氏名】江刺 正喜

(72)【発明者】

【氏名】戸津 健太郎

【審査官】 右田 昌士

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１０−５１２５４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２８１６４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１４２９３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０９１４３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１４５０３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１８１０４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００２／０１７１９０１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平０５−０７６１８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０５７５７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０２４８９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０３０２１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ２６／００ − ２６／０８

Ｇ０２Ｂ ２６／１０

Ｂ８１Ｂ １／００ − ７／０４

Ｂ８１Ｃ １／００ ９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリコン基板の少なくとも表面に酸化シリコン膜を形成する酸化シリコン膜形成工程と、
前記酸化シリコン膜上に平坦化したシリコン膜を形成するシリコン膜形成工程と、
前記シリコン膜を前記酸化シリコン膜に達するまで貫通エッチングし、前記酸化シリコン膜上にマイクロミラーデバイス構造を形成するデバイス形成工程と、
少なくとも前記マイクロミラーデバイス構造の内部貫通部を跨ぐ前記シリコン膜の一部を、前記内部貫通部を一時補強する一時補強シリコン部として残して、前記シリコン基板を裏面からエッチングする裏面エッチング工程と、
前記酸化シリコン膜をエッチングして、前記一時補強シリコン部を除去し、マイクロミラーデバイス構造をリリースする除去工程と、
を含むことを特徴とするマイクロミラーデバイスの製造方法。

【請求項2】

前記酸化シリコン膜形成工程後に、前記酸化シリコン膜をパターニングして前記酸化シリコン膜をエッチングする酸化膜エッチング工程をさらに含み、
前記酸化膜エッチング工程は、前記マイクロミラーデバイス構造のプレート下部に対応する部分に前記酸化シリコン膜を貫通するアンカー形成用貫通部を形成し、
前記シリコン膜形成工程は、前記アンカー形成用貫通部を埋め込んだアンカー部を形成しつつ前記シリコン膜を形成し、
前記裏面エッチング工程は、前記アンカー部裏面に対応する部分のシリコン基板を残してエッチングし、前記アンカー部に結合された前記プレートの補強リブを形成することを特徴とする請求項１に記載のマイクロミラーデバイスの製造方法。

【請求項3】

前記一時補強シリコン部は、該一時補強シリコン部の周囲が前記マイクロミラーデバイス構造と重複し、該重複する部分の幅は、前記マイクロミラーデバイス構造の櫛歯及び／またはトーションばねの幅と同程度以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロミラーデバイスの製造方法。

【請求項4】

前記シリコン膜は、エピタキシャル条件で成長させた柱状多結晶シリコン膜であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のマイクロミラーデバイスの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、レーザーディスプレイ、小型プロジェクタ、レーザーレンジファインダ、通信用光スイッチなどに用いられるマイクロミラーデバイスの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、光スキャナなどのマイクロミラーデバイス、加速度センサ、ジャイロセンサなどはＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）デバイスとして広く知られている。

【0003】

これらのＭＥＭＳデバイスは、支持基板（ハンドル層と呼ぶ）上に絶縁体層（埋め込み酸化膜層と呼ぶ）を介してシリコン層（デバイス層と呼ぶ）が形成されたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェハを加工することによって形成される。特に、マイクロミラーデバイスはＳＯＩウェハを用いて形成するのが一般的である（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２−２４８９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、マイクロミラーデバイスは、トーションばねを介してミラーが支えられた構造を有するが、これをＳＯＩウェハを用いて形成する場合、まず、トーションばねやミラーがＳＯＩウェハの表面となるデバイス層に形成され、その後、その下に位置するハンドル層の全部または一部が、ＳＯＩウェハの裏面からエッチング除去され、さらに、埋め込み酸化膜層がエッチングされて、前記ミラーやトーションばねが動くようにリリースされる。このＳＯＩウェハ裏面からのハンドル層のエッチングの際、ウェハの一部において薄い埋め込み酸化膜だけが残った状態になるが、高い圧縮応力を受けているこの酸化膜が割れて、ウェハを裏面から冷却しているヘリウムがエッチングチャンバ内に漏れ出す等の問題が生じるのを防ぐため、このＳＯＩウェハを別の基板で貼り付け支持する必要がある。このため、製造プロセスが煩雑化するとともに、工程数が増大するという問題があった。なお、このＳＯＩウェハを別の基板に貼り付け支持する工程、およびエッチング後に支持基板の除去を行う工程は、一般の半導体製造ラインでは標準的ではない。

【0006】

一方、ＳＯＩウェハは、それ自体が高価である。

【0007】

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易かつ安価に製造することができるマイクロミラーデバイス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】

【0008】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかるマイクロミラーデバイスの製造方法は、シリコン基板の少なくとも表面に酸化シリコン膜を形成する酸化シリコン膜形成工程と、前記酸化シリコン膜上に平坦化したシリコン膜を形成するシリコン膜形成工程と、前記シリコン膜を前記酸化シリコン膜に達するまで貫通エッチングし、前記酸化シリコン膜上にマイクロミラーデバイス構造を形成するデバイス形成工程と、少なくとも前記マイクロミラーデバイス構造の内部貫通部を跨いで前記内部貫通部を一時補強する一時補強シリコン部を残して、前記シリコン基板を裏面からエッチングする裏面エッチング工程と、前記酸化シリコン膜をエッチングして、前記一時補強シリコン部を除去し、マイクロミラーデバイス構造をリリースする除去工程と、を含むことを特徴とする。

【0009】

また、この発明にかかるマイクロミラーデバイスの製造方法は、上記の発明において、前記酸化シリコン膜形成工程後に、前記酸化シリコン膜をパターニングして前記酸化シリコン膜をエッチングする酸化膜エッチング工程をさらに含み、前記酸化膜エッチング工程は、前記マイクロミラーデバイス構造のプレート下部に対応する部分に前記酸化シリコン膜を貫通するアンカー形成用貫通部を形成し、前記シリコン膜形成工程は、前記アンカー形成用貫通部を埋め込んだアンカー部を形成しつつ前記シリコン膜を形成し、前記裏面エッチング工程は、前記アンカー部裏面に対応する部分のシリコン基板を残してエッチングし、前記アンカー部に結合された前記プレートの補強リブを形成することを特徴とする。

【0010】

また、この発明にかかるマイクロミラーデバイスの製造方法は、上記の発明において、前記一時補強シリコン部は、該一時補強シリコン部の周囲が前記マイクロミラーデバイス構造と重複し、該重複する部分の幅は、前記マイクロミラーデバイス構造の櫛歯及び／またはトーションばねの幅と同程度以下であることを特徴とする。

【0011】

また、この発明にかかるマイクロミラーデバイスの製造方法は、上記の発明において、前記シリコン膜は、エピタキシャル条件で成長させた柱状多結晶シリコン膜（エピポリ（ｅｐｉ−ｐｏｌｙ）シリコン膜）であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のマイクロミラーデバイスの製造方法。

【発明の効果】

【0012】

この発明によれば、シリコン基板を裏面側からエッチングした際、一時補強シリコン部によってマイクロミラーデバイス構造を形成するシリコン層の貫通部分（内部貫通部）がしっかりと塞がれ、また、機械的に弱いトーションばねや櫛歯が固定されるため、別の基板での貼り付け支持を行う必要がなく、製造工程が簡略化されるので、マイクロミラーデバイスを簡易かつ安価に製造することができる。

【0013】

前記一時補強シリコン部は、完成したマイクロミラーデバイスには不要で取り除かなくてはならないが、前記酸化シリコン膜をエッチングすれば、容易に取り除ける。この際、前記補強リブは、前記アンカー部によって酸化シリコンを介さずにマイクロミラーデバイス構造に結合しているので、前記酸化シリコン膜をエッチングする前記除去工程で、前記一時補強シリコン部と一緒に取り除かれることはない。なお、前記アンカー部はＳＯＩウェハを用いては形成できない。

【0014】

また、エピポリシリコン膜は、数十μｍまで厚く形成しても応力によって反らないので、マイクロミラーデバイス構造を形成するのに適する。これを用いれば、高価なＳＯＩウェハを用いずとも平坦なミラーを形成できるため、製造コストを下げることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、この発明の実施の形態であるマイクロミラーデバイスの構成を示す平面図である。

【図2A】図２Ａは、図１に示したマイクロミラーデバイスの製造工程を模式的に示した図である（その１）。

【図2B】図２Ｂは、図１に示したマイクロミラーデバイスの製造工程を模式的に示した図である（その２）。

【図3】図３は、一時補強シリコン部の配置位置の一例を示す図である。

【図4】図４は、図１のＡ−Ａ線断面に対応する部分における図２Ａ（ｃ）の工程での絶縁トレンチの詳細形成工程を示す図である。

【図5】図５は、絶縁トレンチの平面図である。

【図6】図６は、絶縁トレンチの断面を示すＳＥＭ像である。

【図7】図７は、従来の絶縁トレンチの製造工程を示す図である。

【図8】図８は、従来の絶縁トレンチの断面を示すＳＥＭ像である。

【図9】図９は、クランク状の絶縁トレンチの平面図である。

【図10】図１０は、エッチングされたクランク状のトレンチの平面を示すＳＥＭ像である。

【図11】図１１は、エッチングされたクランク状のトレンチ内にＬＰＣＶＤポリシリコンを充填している状態を示すＳＥＭ像である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、添付図面を参照してこの発明を実施するための形態について説明する。

【0017】

（マイクロミラーデバイスの全体構造）
図１は、この発明の実施の形態であるマイクロミラーデバイスの構成を示す平面図である。このマイクロミラーデバイスは、静電２軸ＭＥＭＳ光スキャナデバイスであり、ＭＥＭＳ技術を用いて静電垂直櫛歯電極の静電力により２軸が独立して回転運動可能な微小光反射鏡である。なお、このマイクロミラーデバイスは、半導体デバイスの一例であるとともに、ＭＥＭＳの一例でもある。

【0018】

図１に示すように、このマイクロミラーデバイスは、枠状の固定プレート１と、Ｙ方向に延びる一対のトーションばね２ａ，２ｂによって固定プレート１の内側に軸支される枠状の可動プレート２と、Ｘ方向に延びる一対のトーションばね３ａ，３ｂによって可動プレート２の内側に軸支される矩形状の可動プレート３とを有する。これらは、基本的に、エピポリシリコン膜から形成される。エピポリとは、エピタキシャル条件で柱状に成長された多結晶のことで、エピポリシリコン膜は数十μｍまで厚く成膜しても、応力が小さいことを特長としている。

【0019】

ここで、可動プレート３のＺ方向の表面にはアルミニウムによる矩形のミラー４が形成されている。したがって、ミラー４は、一対のトーションばね２ａ，２ｂを軸とする軸ＣＹまわりに回動可能であり、一対のトーションばね３ａ，３ｂを軸とする軸ＣＸまわりに回動可能である。このため、ミラー４は、入力された光を２次元スキャンすることが可能となる。

【0020】

固定プレート１の内側に設けられた固定櫛歯電極１ｃ，１ｄと可動プレート２の外側に設けられた可動櫛歯電極１２ｃ，１２ｄとは、互いに、櫛歯間に入り組んで、櫛歯の並び方向に離間した状態で複数のコンデンサを形成している。ここで、固定櫛歯電極１ｃと可動櫛歯電極１２ｃとの間及び固定櫛歯電極１ｄと可動櫛歯電極１２ｄとの間に、軸ＣＹまわりの機械共振周波数に合わせた交流電圧を印加すると、可動プレート２は、静電力によって軸ＣＹまわりに回動し、可動プレート３上のミラー４も軸ＣＹまわりに回動する。

【0021】

また、可動プレート２の内側に設けられた固定櫛歯電極２ｃ，２ｄと可動プレート３の外側に設けられた可動櫛歯電極１３ｃ，１３ｄとは、互いに櫛歯間に入り組んで、櫛歯の並び方向に離間した状態で複数のコンデンサを形成している。ここで、固定櫛歯電極２ｃと可動櫛歯電極１３ｃとの間及び固定櫛歯電極２ｄと可動櫛歯電極１３ｄとの間に、軸ＣＸまわりの機械共振周波数に合わせた交流電圧を印加すると、可動プレート３は、静電力によって軸ＣＸまわりに回動する。

【0022】

このため、固定櫛歯電極１ｃ，１ｄと可動櫛歯電極１２ｃ，１２ｄとの間、及び固定櫛歯電極２ｃ，２ｄと可動櫛歯電極１３ｃ，１３ｄとの間にそれぞれ交流電圧を印加することによって、ミラー４の２次元スキャンが可能となる。

【0023】

なお、固定プレート１と可動プレート２との間はトーションばね２ａ，２ｂ以外の部分に、可動プレート２，３間ではトーションばね３ａ，３ｂ以外の部分に、合計４つの内部貫通部ｈが形成される。

【0024】

上述したように、固定櫛歯電極１ｃ，１ｄと可動櫛歯電極１２ｃ，１２ｄとの間、及び固定櫛歯電極２ｃ，２ｄと可動櫛歯電極１３ｃ，１３ｄとの間に電圧を印加することになるため、固定プレート１及び可動プレート２上に絶縁構造を持たせる必要がある。この絶縁構造は、固定プレート１及び可動プレート２上に絶縁トレンチ１０を設けることによって達成される。

【0025】

図１では、固定櫛歯電極１ｃ，１ｄには、端子Ｔ１から電圧が印加され、可動櫛歯電極１２ｃ，１２ｄ及び固定櫛歯電極２ｃ，２ｄには端子Ｔ２から電圧が印加され、可動櫛歯電極１３ｃ，１３ｄには、端子Ｔ３から電圧が印加される。具体的に、端子Ｔ３から印加された電圧は、図上、斜線で示した領域に印加される。すなわち、固定プレート１上の絶縁トレンチ１１，１２の間、トーションばね２ｂ、可動プレート２上の絶縁トレンチ１３，１４の間、トーションばね３ａ，３ｂ、可動プレート２上の絶縁トレンチ１５の内側、可動プレート、可動櫛歯電極１３ｃ，１３ｄが導通状態となって電圧が印加される。また、端子Ｔ２から印加された電圧は、可動プレート２上の絶縁トレンチ１６，１７の間、トーションばね２ａ、トーションばね２ａに接続される可動プレート２上の領域、可動櫛歯電極１２ｃ，１２ｄ、固定櫛歯電極２ｃ，２ｄが導通状態となって電圧が印加される。

【0026】

この絶縁トレンチ１０は、エッチングによって形成されたトレンチの幅寸法を部分的に拡大させた拡大部１０ａを形成し、トレンチの拡大部１０ａがトレンチ内への横方向からの埋め込みの開口部となり、幅寸法を拡大していないトレンチの深部のボイドにＣＶＤ材料ガスを供給し続け、ボイドがなくなるようにトレンチを埋め込むようにしている。なお、拡大部１０ａは、屈曲部１０ｂであってもよい。この拡大部１０ａ及び屈曲部１０ｂは、長手方向に沿って一定間隔毎に設けられる。この絶縁トレンチ１０の構造及び形成の詳細については後述する。

【0027】

（マイクロミラーデバイスの製造方法）
次に、図２Ａ，図２Ｂを参照して、マイクロミラーデバイスの製造方法を模式的に説明する。

【0028】

まず、図２Ａ（ａ）に示すように、シリコン基板２０を１１００℃で熱酸化し、厚さ１μｍの酸化シリコン膜２１，２２を形成する。その後、アンカーが形成される部分（アンカー形成用貫通部２１ａ）の表面にフォトレジストをパターニングし、このパターニングした部分の表面側の酸化シリコン２１を、アンモニアと弗化水素との混合希釈液（ＢＨＦ）を用いてエッチングする。なお、ＳＯＩ基板を用いた場合、酸化シリコン２１を貫通するアンカー形成用貫通部２１ａを形成することは困難である。

【0029】

その後、図２Ａ（ｂ）に示すように、酸化シリコン膜２１の表面にまず１００ｎｍ厚のシードポリシリコンを常圧ＣＶＤによって８００℃で成膜し、このシードポリシリコン上に、リンを含んだ２０μｍ厚のエピポリシリコン膜を１０００℃で形成する。その後、このエピポリシリコンの表面を、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈ）して鏡面加工する。これによってエピポリシリコン膜２３が形成される。なお、アンカー形成用貫通部２１ａにもエピポリシリコンが埋め込まれ、アンカー部２３ａが形成される。

【0030】

その後、図２Ａ（ｃ）に示すように、エピポリシリコン膜２３表面上で、絶縁トレンチ１０に対応する部分をフォトレジストでパターニングする。そして、このパターニングしたエピポリシリコン膜２３をエッチングして、埋め込み酸化シリコン膜となった酸化シリコン膜２１によりエッチングストップすることによって、トレンチ２３ｂを形成する。その後、１１００℃で熱酸化し、トレンチ２３ｂ側壁及びエピポリシリコン膜２３表面に、それぞれ１００ｎｍ厚の酸化シリコン膜２４，２５を形成する。その後、低圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）によって６００℃で、トレンチ２３ｂ内にポリシリコン（ＬＰＣＶＤポリシリコン）２６ａを充填する。この際、酸化シリコン膜２５上にもＬＰＣＶＤポリシリコン膜２６が形成される。なお、上述したように、絶縁トレンチ１０に対応する部分のパターニングの際、拡大部１０ａ及び屈曲部１０ｂが形成されるようにする。

【0031】

その後、図２Ａ（ｄ）に示すように、パターニング無しで、エピポリシリコン膜２３表面上のＬＰＣＶＤポリシリコン膜２６をエッチオフし、既に形成されているエピポリシリコン膜２３表面の酸化シリコン膜２５でエッチングをストップすることで、絶縁トレンチ１０が形成される。

【0032】

その後、図２Ｂ（ｅ）に示すように、エピポリシリコン膜２３表面の酸化シリコン膜２５をＢＨＦによって全て除去する。さらに、エピポリシリコン膜２３表面上でミラー４が配置される領域にアルミニウムをスパッタリングして厚さ２００ｎｍのアルミニウム膜２７を形成する。その後、このアルミニウム膜２７表面にフォトレジストでパターニングし、このパターニングした部分のアルミニウムをリン酸、硝酸、酢酸の希釈混合液を用いてエッチングしてミラー４を形成する。

【0033】

その後、図２Ｂ（ｆ）に示すように、エピポリシリコン膜２３表面をフォトレジストによってパターニングし、シリコン深堀エッチング技術によって、パターニングされたエピポリシリコン膜２３をエッチングし、酸化シリコン膜２１でエッチングストップすることで、トーションばね２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ、固定櫛歯電極１ｃ，１ｄ，２ｃ，２ｄ、可動櫛歯電極１２ｃ，１２ｄ，１３ｃ，１３ｄなどを含む固定プレート１及び可動プレート２，３を形成する。これによって、固定プレート１と可動プレートとの間、及び可動プレート２，３間の内部貫通部ｈが形成される。

【0034】

その後、図２Ｂ（ｇ）に示すように、裏面側の酸化シリコン膜２２上にフォトレジストでパターニングし、パターニングされた裏面の酸化シリコン膜２２をＢＨＦによってエッチングする。その後、フォトレジストと酸化シリコン膜２２とをマスク材としてシリコン基板２０を、シリコン深堀エッチング技術によってエッチングし、酸化シリコン膜２１によってこのエッチングをストップする。

【0035】

このパターニングでは、アンカー部２３ａに対応するシリコン基板２０の一部が残され、アンカー部２３ａに直接結合している補強リブ２４ａが形成される。この補強リブ２４ａは、アンカー部２３ａに結合され、アンカー部２３ａとともに、例えば、可動プレート２，３の外縁近傍に筒状に立設される。これによって、可動プレート２，３が回動した場合、プレートの歪みを減少させることができる。特に、ミラー４が表面に配置される可動プレート３の場合、ミラー４の歪みを減少させることができる。

【0036】

また、このパターニングでは、内部貫通部ｈを跨ぎ、裏面側の酸化シリコン膜２１を介して固定プレート１や可動プレート２，３に対して重複する部分が残るように行う。この結果、シリコン基板２０のエッチングによって、酸化シリコン膜２１を介して内部貫通部ｈを橋渡して塞ぐ一時補強シリコン部２０ａが形成される。具体的には、図３に示すように、固定プレート１や可動プレート２，３の外縁から、櫛歯の幅やトーションばねの幅と同程度以下の幅の重複部分を持たせて一時補強シリコン部２０ａを形成する。この状態では、可動プレート２，３間及び可動プレート２と固定プレート１との間は、酸化シリコン膜２１を介して完全に離されていない。また、全面で、何処にも貫通する部分、および酸化シリコン膜のみとなっている部分がない。

【0037】

この結果、シリコン深堀エッチング技術によるシリコン基板２０のエッチング時、薄い酸化シリコン膜２１が割れるなどして、ウェハ冷却ガスがエッチングチャンバに漏れ出したり、エッチングガスが上部に通り抜けたりすることがない。ここで、一時補強シリコン部２０ａがなければ、内部貫通部ｈ下部では酸化シリコン膜２１だけが残ることになるが、酸化シリコン膜２１は薄い上に高い圧縮応力を受けており、非常に割れやすく、これが割れるとウェハが貫通されてしまう。これに対し、この実施の形態では、上述した一時補強シリコン部２０ａによって内部貫通部ｈ近傍が補強されている。この結果、このパターニングによるエッチング時に、マイクロミラーデバイス構造が形成されているウェハを別の基板に貼り付け支持する必要がない。なお、その後、残った裏面の酸化シリコン膜２２を、ＢＨＦを用いて除去する。

【0038】

その後、図２Ｂ（ｈ）に示すように、ＨＦ蒸気を用いて、残った裏面の酸化シリコン膜２１を横方向に１０μｍエッチングし、重複部分が除去されると、トーションばねを除いた可動プレート２，３間及び可動プレート２と固定プレート１との間とが貫通状態となり、同時に、不必要な一時補強シリコン部２０ａが取り除かれる。これによって、可動プレート２，３が動くようになる。

【0039】

また、酸化シリコン膜２１をエッチングして一時補強シリコン部２０ａを除去する際、アンカー部２３ａは酸化シリコン膜２１を貫通してエピポリシリコン膜２３で形成されているため、補強リブ２４ａまでもが除去されることがない。そして、補強リブ２４ａは、マイクロミラーデバイス構造のエピポリシリコン膜２３に直接結合しているため、高い結合強度が得られる。

【0040】

なお、上述したエピポリシリコン膜２３は、エピポリシリコンで形成されているが、これに限らず、他の堆積方法によって形成されたシリコン膜でも、その反りがマイクロミラーデバイスの動作上、許容範囲内に収まればよい。

【0041】

（絶縁トレンチの形成）
ここで、上述した絶縁トレンチ１０の詳細形成及び構造について説明する。図４は、図１のＡ−Ａ線断面に対応する部分における図２Ａ（ｃ）の工程での絶縁トレンチ１０の詳細形成工程を示している。図４に示すように、シリコン基板２０表面に形成された酸化シリコン膜２１上のエピポリシリコン膜２３をエッチングし、底部に絶縁部が形成されたトレンチ２３ｂを形成する（図４（ａ））。

【0042】

その後、図４（ｂ）に示すように、トレンチ２３ｂ側壁及びエピポリシリコン膜２３表面に、酸化シリコン膜２４，２５をそれぞれ形成する。これによって、内壁が絶縁膜で覆われたトレンチが形成される。

【0043】

その後、図４（ｃ）に示すように、ＬＰＣＶＤポリシリコン２６ａをトレンチ２３ｂ内に充填して、絶縁トレンチ１０を形成する。この際、図５に示すように、トレンチ２３ｂの長手方向に沿って、トレンチ２３ｂの幅を部分的に拡大させた拡大部１０ａが一定間隔Ｌごとに形成される。拡大部１０ａのトレンチ２３ｂの幅Ｗ２は、拡大されていない部分のトレンチ２３ｂの幅Ｗ１よりも大きい。この状態で、ＣＶＤ材料ガスを供給してＬＰＣＶＤポリシリコン２６ａをトレンチ２３ｂ内に充填するが、ＣＶＤ材料ガスを供給し続けると、拡大部１０ａが開口部となって、幅を拡大していないトレンチ２３ｂの深部のボイドにトレンチ２３ｂの長手方向からＣＶＤ材料ガスが供給される。この結果、ボイドが形成されずにＬＰＣＶＤポリシリコン２６ａがトレンチ２３ｂ内に充填される。このボイドが形成されない絶縁トレンチ１０が形成されると、絶縁トレンチ１０の電気的な絶縁性と機械的強度を向上させることができる。図６は、絶縁トレンチ１０のＳＥＭ像であり、アスペクト比が７という高いアスペクト比を有する絶縁トレンチ１０であっても、ボイドが形成されていないことがわかる。

【0044】

なお、従来では、図７及び図８に示すように、拡大部１０ａを形成せずに、トレンチ内にＬＰＣＶＤポリシリコンを充填すると、ボイドが形成されてしまう。

【0045】

また、トレンチの長手方向に屈曲部１０ｂを形成し、この屈曲部１０ｂを拡大部１０ａとしての機能を持たせるようにしてもよい。図１に示すように、拡大部１０ａと屈曲部１０ｂとを併用するようにしてもよい。図９では、トレンチをクランク状に形成し、屈曲部１０ｂのみを用いて絶縁トレンチ１０を形成するようにしている。図９に示した屈曲部１０ｂの幅Ｗ１２は、直線部の幅Ｗ１１よりも広く、ここでは、√（２）倍としている。

【0046】

図１０は、図９に示したクランク状のトレンチのＳＥＭ像であり、幅Ｗ１１は、４．２μｍであり、幅Ｗ１２は、５．２μｍである。また、図１１は、図１０に示したクランク状のトレンチにＬＰＣＶＤポリシリコン２６ａを充填している途中の状態を示すＳＥＭ像である。図１１に示すように、トレンチの直線部は先に閉塞部を形成し、深部にボイドが形成されるが、トレンチの屈曲部１０ｂの幅は広いため、屈曲部１０ｂに開口部が形成され、この開口部を介して直線部の深部のボイド内へのＬＰＣＶＤポリシリコン２６ａの充填が可能となり、ボイドをなくすことができる。

【0047】

幅Ｗ２，Ｗ１２と幅Ｗ１，Ｗ１１との関係及び上述した一定間隔Ｌあるいは屈曲部１０ｂ間の距離は、直線部の中央深部に形成されるボイドに、ＬＰＣＶＤポリシリコン２６ａが充填されるまで開口部が形成されていればよい。また、拡大部１０ａの平面視断面形状は、矩形でなくてもよく、円や楕円などの曲線部分が形成される形状であってもよい。同様に、屈曲部１０ｂの平面視形状は、直角に曲がらなくてもよく、所定の曲率半径を持たせる形状であってもよい。

【0048】

なお、上述したマイクロミラーデバイスは、レーザーディスプレイ、小型プロジェクタ、レーザーレンジファインダ、通信用光スイッチなどに適用される。

【0049】

さらに、上述した絶縁トレンチ１０の製造方法及び構造は、マイクロミラーデバイスに限らず、例えば、特許文献１，２などに記載された半導体装置のキャパシタ用トレンチにも適用される。また、絶縁トレンチ１０は、ＳＯＩ基板を用いても形成することができる。

【0050】

上述した実施の形態では、櫛歯アクチュエータを用いた静電駆動マイクロミラーデバイスについて述べたが、もちろん本発明の製造方法と構造上の特徴とは、静電駆動型に限るものではなく、圧電駆動や電磁駆動にもそのまま適用可能である。

【符号の説明】

【0051】

１ 固定プレート
１ｃ，１ｄ，２ｃ，２ｄ 固定櫛歯電極
２，３ 可動プレート
２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ トーションばね
４ ミラー
１２ｃ，１２ｄ，１３ｃ，１３ｄ 可動櫛歯電極
１０〜１７ 絶縁トレンチ
１０ａ 拡大部
１０ｂ 屈曲部
２０ シリコン基板
２０ａ 一時補強シリコン部
２１，２２，２４，２５ 酸化シリコン膜
２１ａ アンカー形成用貫通部
２３ エピポリシリコン膜
２３ａ アンカー部
２３ｂ トレンチ
２４ａ 補強リブ
２６ ＬＰＣＶＤポリシリコン膜
２６ａ ＬＰＣＶＤポリシリコン
２７ アルミニウム膜
ｈ 内部貫通部
ＣＸ，ＣＹ 軸
Ｔ１〜Ｔ３ 端子
Ｗ１，Ｗ２，Ｗ１１，Ｗ１２ 幅

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図7】

【図9】

【図6】

【図8】

【図10】

【図11】