(57)【要約】【課題】信頼性が高く、製造工程の管理が容易なＭＥＭＳ素子を提供する。【解決手段】ＭＥＭＳ素子１００は、ウェハー基板１の主面に積層された第１酸化膜１１と、第１酸化膜１１に設けられた下層配線部５と、第１酸化膜１１と下層配線部５とを覆い積層された窒化膜１２と、窒化膜１２に積層し枠状に形成された側壁部２０と、側壁部２０によって画設された空洞部２と、空洞部２に配置されたＭＥＭＳ構造体３と、側壁部２０および空洞部２を覆い積層され、空洞部２に貫通するひとつ以上の開口３１を有する第１被覆層３０と、第１被覆層３０に積層され、開口３１を封止する第２被覆層３２と、を備え、窒化膜１２は、下層配線部５に達する貫通孔１２ｈを有し、ＭＥＭＳ構造体３と下層配線部５とは、貫通孔１２ｈに設けられた電気接続部５０によって電気的に接続されている。【選択図】図１
2014042954.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の主面に積層された第１絶縁層と、
前記第１絶縁層に設けられた下層配線部と、
前記第１絶縁層と前記下層配線部とを覆い積層された第２絶縁層と、
前記第２絶縁層に積層し枠状に形成された側壁部と、
前記側壁部によって画設された空洞部と、
前記空洞部に配置されたＭＥＭＳ構造体と、
前記側壁部および前記空洞部を覆い積層され、前記空洞部に貫通するひとつ以上の開口を有する第１被覆層と、
前記第１被覆層に積層され、前記開口を封止する第２被覆層と、を備え、
前記第２絶縁層は、前記下層配線部に達する貫通孔を有し、
前記ＭＥＭＳ構造体と前記下層配線部とは、前記貫通孔に設けられた電気接続部によって電気的に接続されていることを特徴とするＭＥＭＳ素子。
【請求項２】
前記第１絶縁層と、前記第２絶縁層と、前記ＭＥＭＳ構造体を形成する導電層と、前記第２絶縁層に積層し形成された上層配線部と層間絶縁部と、を含む電気回路部を備え、
前記電気接続部は、前記上層配線部を構成する上層配線層から形成され、
前記空洞部は、前記層間絶縁部を構成する層間絶縁層から形成された犠牲部がエッチングされることにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項３】
前記電気接続部が金属材料からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項４】
前記基板を平面視したときに、前記電気接続部の面積は、前記貫通孔の面積より広いことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ素子を備えていることを特徴とする電子機器。
【請求項６】
基板の主面に第１絶縁層を積層する工程と、
前記第１絶縁層に下層配線部を積層し形成する工程と、
前記第１絶縁層と前記下層配線部とを覆い第２絶縁層を積層する工程と、
前記第２絶縁層に、前記下層配線部に達する貫通孔を形成する工程と、
前記第２絶縁層に、犠牲層およびＭＥＭＳ構造体を積層し形成する工程と、
前記犠牲層を、配線層を含み構成される側壁部によって枠状に画設し犠牲部を形成する犠牲部形成工程と、
前記犠牲部を露出するひとつ以上の開口を有する第１被覆層を、前記側壁部と前記犠牲部とを覆うように積層する工程と、
前記開口からエッチング液を導入して前記犠牲部をエッチングする工程と、
前記第１被覆層に前記開口を封止する第２被覆層を積層する工程と、を含み、
前記犠牲部形成工程において、前記貫通孔に前記配線層を積層し形成することで、前記下層配線部と前記ＭＥＭＳ構造体とを電気的に接続する電気接続部を形成することを特徴とするＭＥＭＳ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ素子、電子機器、およびＭＥＭＳ素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、微細加工技術を利用して形成されたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）デバイスと呼ばれる機械的に可動な構造体を備えた電気機械系構造体が知られている。例えば振動子、センサー、アクチュエーターなど、可動部の微小な変位による静電容量の変化や固有振動を信号として読み出すものがある。このようなＭＥＭＳデバイスの場合には、可動部の変位や振動に対する空気抵抗を減少させることで、より安定して優れた特性を得ることができる。そのためには、可動部を含むＭＥＭＳ構造体を減圧雰囲気にて気密封止し減圧状態を維持する必要がある。
例えば、特許文献１に記載のＭＥＭＳデバイスは、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）回路などの電子回路を一体化した電子装置を実現するものであり、ＭＥＭＳ構造体が減圧状態で気密封止された空洞部（以下キャビティーとも言う）内に収容されている。このキャビティーは、ＭＥＭＳ構造体の周辺に形成した酸化膜層などの犠牲層をエッチングにより除去（リリースエッチング）することで形成され、洗浄後に減圧雰囲気にてエッチング液を導入した開口部分を金属層などで封止することによって減圧状態が維持される。この構造によれば、減圧封止されたＭＥＭＳ構造体と電子回路とを、コストの増加を抑えつつワンチップ化することができ、電子装置の低コスト化、小サイズ化などを図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１０５４１１号公報
【特許文献２】特開２０００−１８６９３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載のＭＥＭＳデバイスの構造では、キャビティー内部から外部に引き出される配線材が、引き出し部分において絶縁層で覆われている必要があり、この絶縁層が、キャビティー内部に露出してしまうために、信頼性を低下させてしまう恐れがあるという課題があった。具体的には、半導体製造プロセスを活用して製造する多くの場合、この絶縁層にはエッチング耐性の低いシリコン酸化膜などが用いられているため、キャビティーを形成するためのリリースエッチングにおいて、エッチング液がこの絶縁層を通してキャビティーの周囲に侵入し、デバイスの信頼性を低下させるおそれがあった。すなわち、配線引き出し部分にエッチング耐性の低い絶縁層が配置されているため、例えば、過度のエッチングでこの部分の侵食が進んだ場合に、侵食された部分から配線に沿ってエッチング液が周囲に染み出すことで、後に周囲の電子回路の配線が腐食し、電気的な問題が生ずるおそれがあった。
このような信頼性の低下を回避するために、過度なエッチングを避けるように、エッチング時間の管理を行なっていた。一方、エッチングが不足すると、犠牲層が残留し、ＭＥＭＳ構造体の寸法精度が低下してしまう場合や、残留した犠牲層が、キャビティー内にアウトガスを発生させてしまう場合があった。つまり、エッチング時間やエッチング条件の適正な設定と、エッチングのばらつきを抑えるための厳格な管理が必要であった。近年、ますますＭＥＭＳデバイスの小型化が進む中で、この管理幅（マージン）が少なくなり、歩留まりを低下させてしまう場合があるなどの課題もあった。
また、配線引き出し部分の絶縁層にアウトガスを発生させる材料が使用された場合には、キャビティー内が減圧状態に維持されず、ＭＥＭＳデバイスの特性が劣化してしまうという問題があった。特に、電気配線層のステップカバレージを良好にするためのＳＯＧ（Spin on Glass）膜は、アウトガスを発生させる傾向があるため、キャビティー内への露出や残留を避ける必要があった。
これに対し、特許文献２に開示されている方法を用いることで、配線取り出し部分の絶縁膜を不要とすることが考えられた。具体的には、キャビティーの底面を成すエッチング耐性の高い窒化膜の下層の基板上に、不純物をイオン注入して拡散形成したｎ層またはｐ層からなる配線を配置し、窒化膜を貫通する配線接続部のポリシリコンにより、キャビティー内部と外部とを電気的に接続するという方法である。しかしながら、この方法では、配線接続部のポリシリコンと窒化膜下層の配線との間の寄生抵抗（コンタクト抵抗）が大きくなってしまう傾向があり、その結果、ＭＥＭＳデバイスとしての所定の特性が得られない場合があるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例または形態として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］本適用例にかかるＭＥＭＳ素子は、基板の主面に積層された第１絶縁層と、前記第１絶縁層に設けられた下層配線部と、前記第１絶縁層と前記下層配線部とを覆い積層された第２絶縁層と、前記第２絶縁層に積層し枠状に形成された側壁部と、前記側壁部によって画設された空洞部と、前記空洞部に配置されたＭＥＭＳ構造体と、前記側壁部および前記空洞部を覆い積層され、前記空洞部に貫通するひとつ以上の開口を有する第１被覆層と、前記第１被覆層に積層され、前記開口を封止する第２被覆層と、を備え、前記第２絶縁層は、前記下層配線部に達する貫通孔を有し、前記ＭＥＭＳ構造体と前記下層配線部とは、前記貫通孔に設けられた電気接続部によって電気的に接続されていることを特徴とする。
【０００７】
本適用例によれば、空洞部内に配置されたＭＥＭＳ構造体から空洞部の外部に引き出す配線が、第２絶縁層の下層に設けられた下層配線部と、第２絶縁層に形成された貫通孔部分に設けられた電気接続部とによって構成される。従って、配線が側壁部を貫通していないため、配線と側壁部とを絶縁させる必要がない。つまり、側壁部が導電性の場合（例えば、側壁部を、ＭＥＭＳ素子の配線を構成する導電層を積層させることによって形成する場合）であっても、側壁部と電気接続部とを絶縁させるための被覆を設ける必要がない。その結果、例えばシリコン酸化膜など、半導体製造プロセスの多くで使用されるエッチング耐性の低い絶縁層が空洞部に露出することがなくなる。そのため、空洞部を犠牲層をエッチングすることにより形成する場合において、過度のエッチングがされた場合であっても、エッチング耐性の低い絶縁層が侵食されてエッチング液が空洞部の外に染み出すということがなくなる。また、空洞部を形成するための犠牲層の周囲を、金属材料などエッチング耐性の高い材料、つまりエッチングストッパーだけで構成することができるため、エッチングの終了タイミングを従来のように厳格に管理する必要がなくなり、エッチング工程の管理幅（マージン）を大きく取ることが可能となる。その結果、過度のエッチングによる信頼性への影響を危惧することなく、エッチング不足のない充分なリリースエッチングを行なうことができる。
また、アウトガスが出る傾向にあるシリコン酸化膜などの絶縁層が空洞部内に残留したり、露出したりすることがなくなるため、空洞部内の減圧状態を維持できる。
以上、本実施形態によれば、より信頼性が高いＭＥＭＳ素子を、より管理が簡略化された製造工程によって提供することができる。
【０００８】
［適用例２］上記適用例にかかるＭＥＭＳ素子において、前記第１絶縁層と、前記第２絶縁層と、前記ＭＥＭＳ構造体を形成する導電層と、前記第２絶縁層に積層し形成された上層配線部と層間絶縁部と、を含む電気回路部を備え、前記電気接続部は、前記上層配線部を構成する上層配線層から形成され、前記空洞部は、前記層間絶縁部を構成する層間絶縁層から形成された犠牲部がエッチングされることにより形成されていることを特徴とする。
【０００９】
本適用例によれば、ＭＥＭＳ素子は、さらに、電気回路部を備えており、この電気回路部は、第１絶縁層と、第２絶縁層と、ＭＥＭＳ構造体を形成する導電層と、第２絶縁層に積層し形成された上層配線部と層間絶縁部と、を含み構成されている。また、電気接続部は、上層配線部を構成する上層配線層から形成され、空洞部を形成するための犠牲部は、層間絶縁部を構成する層間絶縁層から形成されている。
つまり、本適用例によれば、ＭＥＭＳ素子は、ＭＥＭＳ素子が備える電気回路部と共通する多くの構成要素により構成することができるため、製造工程の増加などに伴う製造コストの増加を抑える中で、電気回路と一体化したＭＥＭＳ素子を製造し、提供することができる。
【００１０】
［適用例３］上記適用例にかかるＭＥＭＳ素子において、前記電気接続部が金属材料からなることを特徴とする。
【００１１】
本適用例のように、電気接続部は、金属材料からなることが好ましい。金属材料を用いることで、電気接続部と下層配線部との接続に伴う接続部の寄生抵抗の増加を抑制することができる。その結果、ＭＥＭＳ素子の特性の悪化や製造工程の増加などを抑えることができる。
【００１２】
［適用例４］上記適用例にかかるＭＥＭＳ素子において、前記基板を平面視したときに、前記電気接続部の面積は、前記貫通孔の面積より広いことを特徴とする。
【００１３】
本適用例のように、基板を平面視したときに、電気接続部の面積は、貫通孔の面積より広いことが好ましい。電気接続部の面積をより広くすることで、電気接続部とＭＥＭＳ構造体との接触面積を増加させることができ、接続部における電気抵抗をより小さくすることができる。また、電気接続部は、貫通孔が露出させる下層配線部を覆うことができるため、犠牲層をエッチングするエッチング液が、貫通孔に入り、残留したり、下層配線部を絶縁する絶縁層などの部分に染み出し侵食したりすることがない。その結果、より信頼性の高いＭＥＭＳ素子を提供することができる。
【００１４】
［適用例５］本適用例にかかる電子機器は、上記適用例に係るＭＥＭＳ素子を備えていることを特徴とする。
【００１５】
本適用例によれば、上記適用例に係るＭＥＭＳ素子を備えることにより、コストの増加が抑えられた、より信頼性が高い電子機器を提供することができる。
【００１６】
［適用例６］本適用例にかかるＭＥＭＳ素子の製造方法は、基板の主面に第１絶縁層を積層する工程と、前記第１絶縁層に下層配線部を積層し形成する工程と、前記第１絶縁層と前記下層配線部とを覆い第２絶縁層を積層する工程と、前記第２絶縁層に、前記下層配線部に達する貫通孔を形成する工程と、前記第２絶縁層に、犠牲層およびＭＥＭＳ構造体を積層し形成する工程と、前記犠牲層を、配線層を含み構成される側壁部によって枠状に画設し犠牲部を形成する犠牲部形成工程と、前記犠牲部を露出するひとつ以上の開口を有する第１被覆層を、前記側壁部と前記犠牲部とを覆うように積層する工程と、前記開口からエッチング液を導入して前記犠牲部をエッチングする工程と、前記第１被覆層に前記開口を封止する第２被覆層を積層する工程と、を含み、前記犠牲部形成工程において、前記貫通孔に前記配線層を積層し形成することで、前記下層配線部と前記ＭＥＭＳ構造体とを電気的に接続する電気接続部を形成することを特徴とする。
【００１７】
本適用例によれば、空洞部内に配置されたＭＥＭＳ構造体から空洞部の外部に引き出す配線が、第２絶縁層の下層に形成された下層配線部と、第２絶縁層に形成された貫通孔部分に形成される電気接続部とによって構成される。従って、配線が側壁部を貫通しないため、配線と側壁部とを絶縁させる必要がない。つまり、側壁部が導電性の場合（例えば、側壁部を、ＭＥＭＳ素子の配線を構成する導電層を積層させることによって形成する場合）であっても、側壁部と電気接続部とを絶縁させるための被覆を設ける必要がない。その結果、例えばシリコン酸化膜など、半導体製造プロセスの多くで使用されるエッチング耐性の低い絶縁層が空洞部に露出することがなくなる。そのため、過度のエッチングがされた場合であっても、エッチング耐性の低い絶縁層が侵食されてエッチング液が空洞部の外に染み出すということがなくなる。
また、空洞部を形成するための犠牲層の周囲を、金属材料などエッチング耐性の高い材料、つまりエッチングストッパーだけで構成することができるため、エッチングの終了タイミングを従来のように厳格に管理する必要がなくなり、エッチング工程の管理幅（マージン）を大きく取ることが可能となる。その結果、過度のエッチングによる信頼性への影響を危惧することなく、エッチング不足のない充分なリリースエッチングを行なうことができる。
また、アウトガスが出る傾向にあるシリコン酸化膜などの絶縁層が空洞部内に残留したり、露出したりすることがなくなるため、空洞部内の減圧状態を維持できる。
以上、本適用例によれば、より信頼性が高いＭＥＭＳ素子を、より管理が簡略化された製造工程によって提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（ａ）実施形態１に係るＭＥＭＳ素子を示す平面図、（ｂ）図１（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）ＭＥＭＳ構造体の例を示す断面図。
【図２】（ａ）従来技術によるＭＥＭＳ素子の構成例を示す平面図、（ｂ）同断面図。
【図３】（ａ）〜（ｇ）実施形態１に係るＭＥＭＳ素子の製造方法を示す工程図。
【図４】（ａ）電子機器の一例としてのモバイル型のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図、（ｂ）電子機器の一例としての携帯電話機の構成を示す斜視図。
【図５】電子機器の一例としてのデジタルスチールカメラの構成を示す斜視図。
【図６】（ａ），（ｂ）変形例として、電気接続部の上部における第１導電層あるいは第２導電層との接続方法のバリエーションを示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に本発明を具体化した実施形態について、図面を参照して説明する。以下は、本発明の一実施形態であって、本発明を限定するものではない。なお、以下の各図においては、説明を分かりやすくするため、実際とは異なる尺度で記載している場合がある。
【００２０】
（実施形態１）
図１（ａ）は、実施形態１に係るＭＥＭＳ素子１００を示す平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図、図１（ｃ）は、ＭＥＭＳ構造体の例を示す断面図である。
図１（ａ）は、図１（ｂ）のＢ−Ｂ面を平面視した様子を示している。なお、図１（ａ）には、分かりやすくするために、開口３１を付記している。
ＭＥＭＳ素子１００は、ウェハー基板の主面上に積層された犠牲層がエッチングされることにより形成される空洞部に配置されたＭＥＭＳ構造体（機械的に可動な構造体を備えた電気機械系構造体）を備えるＭＥＭＳ素子である。
ＭＥＭＳ素子１００は、ウェハー基板１、空洞部２、ＭＥＭＳ構造体３、下層配線部５、第１絶縁層としての第１酸化膜１１、第２絶縁層としての窒化膜１２、第１導電層１３、第２導電層１４、第２酸化膜１５、第３酸化膜１６、保護膜１７、側壁部２０、配線層２１、第１被覆層３０、開口３１、第２被覆層３２、電気回路部（図示省略）などから構成されている。
【００２１】
ウェハー基板１は、好適例としてシリコン基板を用いており、ＭＥＭＳ構造体３は、ウェハー基板１に積層された第１酸化膜１１、窒化膜１２の上部に形成されている。
なお、ここでは、ウェハー基板１の主面に順に第１酸化膜１１および窒化膜１２が積層される方向を上方向として説明している。
【００２２】
ＭＥＭＳ構造体３は、窒化膜１２に積層された第１導電層１３および第２導電層１４をフォトリソグラフィーによりパターニングすることで形成される機械的に可動な部分を有する構造体であり、空洞部２（キャビティー）内に配置されている。
ＭＥＭＳ構造体３は、例えば、図１（ｃ）に示すようなＭＥＭＳ振動子３ｅである。
ＭＥＭＳ振動子３ｅは、下部電極１３ｅと可動部を有する上部電極１４ｅとを備えている。下部電極１３ｅと上部電極１４ｅとの間には、上部電極１４ｅの可動空間を構成する空隙部１３ｇが形成されている。空洞部２および空隙部１３ｇは、ＭＥＭＳ振動子３ｅに積層した第２酸化膜１５、第３酸化膜１６、および下部電極１３ｅと上部電極１４ｅとの間に形成した第４酸化膜酸化膜１３ｆ（図示省略）をエッチングにより除去（リリースエッチング）することによって形成されている。
第２酸化膜１５、第３酸化膜１６、および第４酸化膜酸化膜１３ｆは、いわゆる犠牲層であり、これらの犠牲層がリリースエッチングされることで、上部電極１４ｅが下部電極１３ｅから遊離した片持ち構造の可動電極構造が形成される。
【００２３】
第１導電層１３および第２導電層１４は、それぞれ好適例として導電性のポリシリコンで構成されているが、これに限定するものではない。また、ＭＥＭＳ構造体３は、ＭＥＭＳ振動子３ｅに限定するものではない。
第２酸化膜１５、第３酸化膜１６は、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）酸化膜である。図１（ｂ）では、それぞれを１層構造で示しているが、平坦化のために多層構造で構成しても良い。
【００２４】
リリースエッチングにおいては、ＭＥＭＳ構造体３に積層した第２酸化膜１５および第３酸化膜１６で構成される犠牲層の周囲に、エッチングストッパーとして側壁部２０を形成し、その後にリリースエッチングを行なっている。つまり、リリースエッチングによって形成された空洞部２は、側壁部２０によって画設されている。
側壁部２０は、第２導電層１４、および配線層２１（第１配線層２１ａおよび第２配線層２１ｂ）などから構成され、図１（ａ）に示すように、ウェハー基板１を平面視したときに、空洞部２を枠状に画設している。第２導電層１４は上述したように好適例として導電性のポリシリコンで構成されており、配線層２１は好適例としてアルミニウムを用いて構成されている。これらは、エッチング液（例えばバッファードフッ酸）に対して耐性があり、エッチングストッパーとして機能する。なお、配線材料としては、これらに限定するものではなく、半導体プロセスで使用される材料が活用できる。
【００２５】
側壁部２０の最上部を構成する第２配線層２１ｂは、空洞部２を覆うように形成されており、第１被覆層３０を構成している。換言すると、第１被覆層３０は、側壁部２０と空洞部２とを覆っている。第１被覆層３０（同第２配線層２１ｂ）には、犠牲層をリリースエッチングする際にエッチング液を導入した複数の開口３１が設けられている。つまり、開口３１は空洞部２に貫通している。開口３１は、導入するエッチング液によって、犠牲層を除去し、ＭＥＭＳ構造体３を確実に形成するために、ＭＥＭＳ構造体３の周辺に間隔を開けて形成されている。
側壁部２０の上部には、保護膜１７が積層されている。また、第１被覆層３０、および保護膜１７の上部には、リリースエッチングおよび洗浄後に、第２被覆層３２が積層され、開口３１を封止している。
なお、ＭＥＭＳ素子１００の製造方法については後述する。
【００２６】
ＭＥＭＳ構造体３を構成する第１導電層１３および第２導電層１４は、空洞部２の外部に配置される電気回路部に電気的に接続されている。空洞部２のＭＥＭＳ構造体３と空洞部２の外部の電気回路部とを電気的に接続する配線構造は、下層配線部５と電気接続部５０などにより構成されている。
下層配線部５は、ウェハー基板１に積層された第１酸化膜１１（第１絶縁層）に積層された導電層をフォトリソグラフィーによりパターニングすることで形成されている。下層配線部５は、図１（ａ）に示すように、ウェハー基板１を平面視したときに、第１導電層１３あるいは第２導電層１４に重なる領域から、枠状に形成された側壁部２０の外部まで延在するようにパターニングされている。下層配線部５を構成する導電層は、好適例としてアルミニウムをスパッタすることで形成しているがこれに限定するものではなく、金や銅、あるいはポリシリコンであっても良い。なお、電気回路部を構成する導電材料や配線材料であることが好ましい。
【００２７】
窒化膜１２（第２絶縁層）は、第１酸化膜１１と下層配線部５とを覆い積層されている。
また、図１（ａ）に示すように、ウェハー基板１を平面視したときに、第１導電層１３あるいは第２導電層１４と下層配線部５とが重なるそれぞれの領域の中央部分と重なる窒化膜１２の領域には、貫通孔１２ｈが形成されている。貫通孔１２ｈは、窒化膜１２の表面（上面）から下層配線部５の表面に達する貫通孔である。この貫通孔１２ｈには、貫通孔１２ｈを塞ぐように電気接続部５０が形成されており、電気接続部５０は、その下部が下層配線部５と電気的に接続され、その上部は、窒化膜１２に積層される第１導電層１３あるいは第２導電層１４と電気的に接続されるように露出している。
【００２８】
電気接続部５０は、第１導電層１３あるいは第２導電層１４に積層される第１配線層２１ａをパターニングすることによって形成されている。図１（ｂ）に示す例では、第１導電層１３および第２導電層１４に形成された貫通孔（貫通孔１２ｈに重なり連なる貫通孔）を連通して塞ぐように形成され、電気接続部５０の上部（図１（ｂ）では略中央部）の側面が、第１導電層１３あるいは第２導電層１４と電気的に接続されている。
なお、電気接続部５０の上部における第１導電層１３あるいは第２導電層１４との接続方法は、この構成に限定するものではなく、例えば、後述する変形例に示すような構成であってもよい。
なお、電気接続部５０は、金属材料として第１配線層２１ａを、つまり好適例としてアルミニウムを用いて形成しているが、これに限定するものではなく、第２配線層２１ｂやさらに上層の金属配線層を用いて形成してもよい。
【００２９】
また、外部の電気回路部は、半導体回路としてＭＥＭＳ素子１００と一体に構成することができる。つまり、例えば、第１酸化膜１１、窒化膜１２は、電気回路部を構成する回路領域の素子分離層として、ＭＥＭＳ構造体３を構成する第１導電層１３、第２導電層１４は、回路領域のゲート電極として、第２酸化膜１５、第３酸化膜１６、第４酸化膜酸化膜１３ｆ、保護膜１７は、層間絶縁部を形成する層間絶縁層（絶縁膜）や保護膜として、また、第１配線層２１ａ、第２配線層２１ｂは、上層配線部としての回路配線層などとして、半導体回路を形成する材料と共用することができる。換言すると、ＭＥＭＳ素子１００は、半導体回路の製造工程において形成することができる。特に半導体で形成する可動電極を有するＭＥＭＳ振動子の場合には、水晶などの振動子に比較して半導体プロセスに容易に組み入れることができる。
【００３０】
従来技術によるＭＥＭＳ素子の説明をする。
図２（ａ），（ｂ）に従来技術によるＭＥＭＳ素子９９の構成例を示す。図２（ａ）は、ＭＥＭＳ素子９９の平面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。なお、図２（ａ）は、図２（ｂ）のＢ−Ｂ面を平面視した様子を示している。
ＭＥＭＳ素子９９の場合、空洞部２のＭＥＭＳ構造体３と、空洞部２の外部の電気回路部（図示省略）とを電気的に接続する配線は、第１導電層１３および第２導電層１４によるパターン配線で行なっている。図２（ｂ）に示すように、第１導電層１３および第２導電層１４は、窒化膜１２に積層して形成しているため、同様に窒化膜１２に積層して形成している側壁部２０ｘとの絶縁を図る必要がある。そのため、図２（ａ）に示すように、第１導電層１３および第２導電層１４によるパターン配線は、側壁部２０ｘとの間を、絶縁層９０ｚにより被覆し絶縁するトンネル構造とすることで、配線を取り出している。
【００３１】
絶縁層９０ｚには電気回路部の構成と同様とするために、エッチング耐性の低いシリコン酸化膜が用いられている。そのため、空洞部２を形成するリリースエッチングにおいて、エッチング液が絶縁層９０ｚを通して空洞部２の周囲に侵入し、周囲の電気回路の信頼性を低下させるおそれがあった。
ＭＥＭＳ素子９９の製造工程では、このような信頼性の低下を回避するために、過度なエッチングを避けるように、エッチング時間の管理を行なっていた。一方、エッチングが不足すると、犠牲層が残留し、ＭＥＭＳ構造体３の寸法精度が低下してしまう場合や、残留した犠牲層が、キャビティー内にアウトガスを発生させてしまう場合があった。つまり、従来技術によるＭＥＭＳ素子９９の場合、エッチング時間やエッチング条件の適正な設定と、エッチングのばらつきを抑えるための厳格な管理が必要であった。
【００３２】
次に、実施形態１に係るＭＥＭＳ素子１００の製造方法について説明する。
図３（ａ）〜（ｇ）は、ＭＥＭＳ素子１００の製造方法を順に示す工程図である。
ＭＥＭＳ素子１００の製造方法は、ウェハー基板１の主面に第１絶縁層としての第１酸化膜１１を積層する工程と、第１酸化膜１１に下層配線部５を積層し形成する工程と、第１酸化膜１１と下層配線部５とを覆い第２絶縁層としての窒化膜１２を積層する工程と、窒化膜１２に、下層配線部５に達する貫通孔１２ｈを形成する工程と、窒化膜１２に、犠牲層としての第２酸化膜１５、第３酸化膜１６およびＭＥＭＳ構造体３を積層し形成する工程と、第２酸化膜１５、第３酸化膜１６を、配線層２１を含み構成される側壁部２０によって枠状に画設し犠牲部を形成する犠牲部形成工程と、犠牲部を露出するひとつ以上の開口３１を有する第１被覆層３０を、側壁部２０と犠牲部を覆うように積層する工程と、開口３１からエッチング液を導入して犠牲部をエッチングする工程と、第１被覆層３０に開口３１を封止する第２被覆層３２を積層する工程と、を含む。
また、犠牲部形成工程において、貫通孔１２ｈに第１配線層２１ａを積層し形成することで、下層配線部５とＭＥＭＳ構造体３とを電気的に接続する電気接続部５０を形成する。
以下、図３（ａ）〜（ｇ）を参照して具体的に説明する。
【００３３】
図３（ａ）：ウェハー基板１を準備し、主面に第１酸化膜１１を積層する。第１酸化膜１１は、好適例として、半導体プロセスの素子分離層として一般的なＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon）酸化膜で形成しているが、半導体プロセスの世代によって、例えば、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）法による酸化膜であっても良い。
次に、第１酸化膜１１に下層配線部５を積層し形成する。具体的には、例えば、アルミニウムをスパッタし、フォトリソグラフィーによりパターニングすることで形成する。パターニングは、ウェハー基板１を平面視したときに、後に形成される第１導電層１３あるいは第２導電層１４に重なる領域から、枠状に形成された側壁部２０の外部まで延在する所定の配置となるように行なう。
【００３４】
図３（ｂ）：次に、窒化膜１２を、第１酸化膜１１と下層配線部５とを覆い積層する。窒化膜１２は、エッチング液としてのバッファードフッ酸に対して耐性があり、エッチングストッパーとして機能する。
次に、窒化膜１２に、下層配線部５に達する貫通孔１２ｈを形成する。貫通孔１２ｈを形成する位置は、ウェハー基板１を平面視したときに、後に形成される接続すべき第１導電層１３あるいは第２導電層１４と下層配線部５とが重なり、且つ、第１酸化膜１１が露出しない領域である必要がある。第１酸化膜１１が露出しないようにするのは、貫通孔１２ｈによって、エッチングストッパーとして機能する窒化膜１２に孔が開くため、第１酸化膜１１が露出してしまうと、第１酸化膜１１がエッチングされてしまうためである。貫通孔１２ｈによって露出する下層配線部５の部分が、エッチングストッパーとして機能するため、下層の第１酸化膜１１はエッチングされない。
【００３５】
図３（ｃ）：次に、窒化膜１２に、ＭＥＭＳ構造体３および犠牲層の一部を構成する第２酸化膜１５を積層し形成する。
具体的には、まず、窒化膜１２の上に第１導電層１３を積層し、フォトリソグラフィーによりパターニングする。第１導電層１３は、ＭＥＭＳ構造体３の一部を構成するポリシリコン層であり、積層後にイオン注入をして所定の導電性を持たせる。次に、第１導電層１３と第２導電層１４との間に必要な犠牲層を形成する。例えば、ＭＥＭＳ振動子３ｅ（図１（ｃ））の場合には、熱酸化により下部電極１３ｅの表面に第４酸化膜酸化膜１３ｆを形成する。
次に、第２導電層１４を積層し、フォトリソグラフィーによりパターニングする。第２導電層１４は、ＭＥＭＳ構造体３の一部、および側壁部２０の最下層を構成するポリシリコン層であり、積層後にイオン注入をして所定の導電性を持たせる。
第１導電層１３、および第２導電層１４のパターニングは、所定のＭＥＭＳ構造体３が形成され、かつ、ウェハー基板１を平面視したときに、第１導電層１３あるいは第２導電層１４と下層配線部５とが重なるそれぞれの領域の中央部分と重なる窒化膜１２の領域に、貫通孔１２ｈが形成されるように行なう。また、電気接続部５０を、第１導電層１３あるいは第２導電層１４に貫通させて形成する場合には、図３（ｃ）に示すように、貫通孔１２ｈに重なる位置に貫通孔を形成する。
次に、犠牲層の一部を構成する第２酸化膜１５を積層する。第２酸化膜１５は、半導体プロセスでは、層間膜（ＩＭＤ（Inter Metal Dielectric））として形成され、好適例としてＴＥＯＳ（Tetraethoxysilane）を用いて平坦化している。半導体プロセスの世代によっては、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）などによる平坦化を行なっても良い。
【００３６】
図３（ｄ）：次に、第１配線層２１ａの積層に先立ち、フォトリソグラフィーにより第２酸化膜１５をパターニングする。具体的には、第１配線層２１ａによって側壁部２０の一部を構成する部分、および、貫通孔１２ｈを含み、第１配線層２１ａと電気的に接続する第１導電層１３、第２導電層１４、下層配線部５などの該当領域（接続部）を露出させる孔（露出部）を第２酸化膜１５に形成する。
次に第１配線層２１ａを積層し、フォトリソグラフィーによりパターニングする。貫通孔１２ｈに積層された第１配線層２１ａは、電気接続部５０を構成し、電気接続部５０に接する部分の電気的接続が行なわれる。
第１配線層２１ａには、好適例としてアルミニウムをスパッタリングにより積層している。
なお、図３（ｄ）では、電気回路部の図示を省略しているため、第１配線層２１ａは、側壁部２０を構成する第２層部分、および貫通孔１２ｈの部分のみに図示している。
【００３７】
図３（ｅ）：次に、犠牲層の一部を構成する層として、第３酸化膜１６を積層する。第３酸化膜１６は、平坦化のために、例えば、３層構造で構成しても良い。その場合、まず、３層の内の第１層にＣＶＤ酸化膜を積層し、その上の第２層にＳＯＧ膜を形成し平坦化処理する。第３層には、再度ＣＶＤ酸化膜を積層する。第３酸化膜１６は、半導体プロセスでは、層間膜（ＩＬＤ（Inter Layer Dielectrics））として形成される。半導体プロセスの世代によっては、ＣＭＰなどによる平坦化を行なっても良い。
次に、第２配線層２１ｂの積層に先立ち、第１配線層２１ａと第２配線層２１ｂとを電気的に接続させるための孔（露出部）をフォトリソグラフィーにより第３酸化膜１６に形成する。次に第２配線層２１ｂを積層し、フォトリソグラフィーによりパターニングする。第２配線層２１ｂは、側壁部２０の最上層を構成すると共に、ＭＥＭＳ素子１００の犠牲層をリリースエッチングするための開口３１を備え、犠牲層（第３酸化膜１６）を覆う。第２配線層２１ｂは、第１被覆層３０を構成している。
なお、第２配線層２１ｂには、好適例としてアルミニウムをスパッタリングにより積層している。
【００３８】
図３（ｄ），（ｅ）で説明する工程は、第２酸化膜１５、および第３酸化膜１６を、配線層２１を含み構成される側壁部２０によって枠状に画設することで犠牲部が形成される犠牲部形成工程である。この犠牲部形成工程では、貫通孔１２ｈに、第１配線層２１ａを積層し形成することで、下層配線部５とＭＥＭＳ構造体３とを電気的に接続する電気接続部５０が形成される。
【００３９】
図３（ｆ）：保護膜１７を積層し、開口３１が露出するように開口部を設けてフォトリソグラフィーによりパターニングする。保護膜１７は、半導体プロセスで一般的な保護膜（例えばＳｉＯ2膜やＳｉＮの２層膜）であれば良く、ポリイミド膜などであっても良い。
次に、ウェハー基板１をエッチング液に晒し、犠牲層としての第２酸化膜１５、第３酸化膜１６、および第４酸化膜酸化膜１３ｆ（ＭＥＭＳ構造体３が図１（ｃ）に示すようなＭＥＭＳ振動子３ｅの場合）をリリースエッチングすることで、ＭＥＭＳ構造体３を形成する。
【００４０】
図３（ｇ）：リリースエッチング終了後、洗浄した後に第２被覆層３２を積層し、保護膜１７に覆われていない部分が封止されるようにフォトリソグラフィーによりパターニングする。第２被覆層３２により、開口３１が封止され、犠牲層がリリースエッチング除去された空間は密閉状態に維持される。第２被覆層３２には、好適例としてアルミニウムを用いているがこれに限定するものではなく、その他の金属層であっても良い。
【００４１】
以上述べたように、本実施形態によるＭＥＭＳ素子およびＭＥＭＳ素子の製造方法によれば、以下の効果を得ることができる。
本適用例によれば、ＭＥＭＳ素子１００は、ウェハー基板１の主面に積層された第１絶縁層としての第１酸化膜１１と、第１酸化膜１１に積層し形成された下層配線部５と、第１酸化膜１１と下層配線部５とを覆い積層された第２絶縁層としての窒化膜１２と、窒化膜１２に積層し枠状に形成された側壁部２０と、側壁部２０によって平面的に画設された犠牲部がエッチングされることにより形成された空洞部２と、空洞部２に配置されたＭＥＭＳ構造体３と、側壁部２０および空洞部２を覆い積層され、空洞部２に貫通するひとつ以上の開口３１を有する第１被覆層３０と、第１被覆層に積層され、開口３１を封止する第２被覆層３２と、を備えている。また、窒化膜１２は、下層配線部５に達する貫通孔１２ｈを有し、ＭＥＭＳ構造体３と下層配線部５とは、貫通孔１２ｈを塞ぎ積層し形成された電気接続部５０によって電気的に接続されている。
【００４２】
この構造によれば、空洞部２の内部に配置されたＭＥＭＳ構造体３から空洞部２の外部に引き出す配線が、窒化膜１２の下層に設けられた下層配線部５と、窒化膜１２に形成された貫通孔１２ｈの部分に設けられた電気接続部５０とによって構成される。従って、配線が側壁部２０を貫通していないため、配線と側壁部２０とを絶縁させる必要がない。つまり、側壁部２０が導電性の場合（例えば、側壁部２０を、ＭＥＭＳ素子１００の配線を構成する導電層を積層させることによって形成する場合）であっても、側壁部２０と電気接続部５０とを絶縁させるための被覆を設ける必要がない。その結果、例えばシリコン酸化膜など、半導体製造プロセスの多くで使用されるエッチング耐性の低い絶縁層が空洞部２に露出することがなくなる。そのため、過度のエッチングがされた場合であっても、エッチング耐性の低い絶縁層が侵食されてエッチング液が空洞部２の外に染み出すということがなくなる。
また、空洞部２を形成する犠牲部の周囲を、金属材料などエッチング耐性の高い材料、つまりエッチングストッパーだけで構成することができるため、エッチングの終了タイミングを厳格に管理する必要がなく、エッチング工程の管理幅（マージン）を大きく取ることが可能となる。その結果、過度のエッチングによる信頼性への影響を危惧することなく、エッチング不足のない充分なリリースエッチングを行なうことができる。
また、アウトガスが出る傾向にあるシリコン酸化膜などの絶縁層が空洞部２の内部に残留したり、露出したりすることがなくなるため、空洞部２の内部の減圧状態を維持できる。
以上、本実施形態によれば、より信頼性が高いＭＥＭＳ素子を、より管理が簡略化された製造工程によって提供することができる。
【００４３】
［電子機器］
次いで、本発明の一実施形態に係る電子部品としてのＭＥＭＳ素子１００を適用した電子機器について、図４（ａ），（ｂ）、図５に基づき説明する。
【００４４】
図４（ａ）は、本発明の一実施形態に係る電子部品を備える電子機器としてのモバイル型（又はノート型）のパーソナルコンピューターの構成の概略を示す斜視図である。この図において、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１０００を備えた表示ユニット１１０６とにより構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター１１００には、フィルター、共振器、基準クロック等として機能する電子部品としてのＭＥＭＳ素子１００が内蔵されている。
【００４５】
図４（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る電子部品を備える電子機器としての携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成の概略を示す斜視図である。この図において、携帯電話機１２００は、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部１０００が配置されている。このような携帯電話機１２００には、フィルター、共振器、角速度センサー等として機能する電子部品（タイミングデバイス）としてのＭＥＭＳ素子１００が内蔵されている。
【００４６】
図５は、本発明の一実施形態に係る電子部品を備える電子機器としてのデジタルスチールカメラの構成の概略を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。デジタルスチールカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の撮像素子により光電変換して撮像信号（画像信号）を生成する。
デジタルスチールカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部１０００が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部１０００は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤ等を含む受光ユニット１３０４が設けられている。
撮影者が表示部１０００に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。また、このデジタルスチールカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子１３１２にはテレビモニター１４３０が、データ通信用の入出力端子１３１４にはパーソナルコンピューター１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１４３０や、パーソナルコンピューター１４４０に出力される構成になっている。このようなデジタルスチールカメラ１３００には、フィルター、共振器、角速度センサー等として機能する電子部品としてのＭＥＭＳ素子１００が内蔵されている。
【００４７】
なお、本発明の一実施形態に係る電子部品としてのＭＥＭＳ素子１００は、図４（ａ）のパーソナルコンピューター（モバイル型パーソナルコンピューター）、図４（ｂ）の携帯電話機、図５のデジタルスチールカメラの他にも、例えば、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンター）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーター等の電子機器に適用することができる。
【００４８】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。ここで、上述した実施形態と同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略している。
【００４９】
（変形例）
電気接続部５０の上部における第１導電層１３あるいは第２導電層１４との接続方法は、実施形態１の構成に限定するものではなく、以下に示すような構成であってもよい。
図６（ａ），（ｂ）は、変形例として、電気接続部５０の上部における、電気接続部５０と第１導電層１３あるいは第２導電層１４との接続方法のバリエーションを示す断面図である。いずれの場合も、ウェハー基板１を平面視したときに、電気接続部５０の面積は、貫通孔１２ｈの面積より広くなっていることを特徴としている。
図６（ａ）に示す例は、フォトリソグラフィーによるパターニングで電気接続部５０ａの上部を第１導電層１３あるいは第２導電層１４の上に広がるように形成し、電気接続部５０ａと第１導電層１３あるいは第２導電層１４との接触する部分の数や接触面積を大きくしている。このように構成することで、接続部における電気抵抗をより小さくすることができる。
【００５０】
また、実施形態１では、図１（ａ）に示すように、下層配線部５は、ウェハー基板１を平面視したときに、第１導電層１３あるいは第２導電層１４に重なる領域から、枠状に形成された側壁部２０の外部まで延在するようにパターニングされているとして説明したが、必ずしも下層配線部５は、第１導電層１３あるいは第２導電層１４と重なる位置に形成されている必要はない。
図６（ｂ）に示す電気接続部５０ｂのように、上部を窒化膜１２、第１導電層１３、あるいは第２導電層１４の上部で配線パターンとして形成し、配置することで、下層配線部５と、第１導電層１３あるいは第２導電層１４とを（ウェハー基板１を平面視したときに）重ねることなく電気的に接続することができる。フォトリソグラフィーによるパターニングで電気接続部５０ｂの上部の面積を広くし、第１導電層１３あるいは第２導電層１４に積層させる面積を大きくすることで、接続部における電気抵抗をより小さくすることができる。
また、電気接続部５０ｂは、貫通孔１２ｈが露出させる下層配線部５を覆うことができるため、犠牲層をエッチングするエッチング液が、貫通孔１２ｈに入り、残留したり、下層配線部５を絶縁する絶縁層などの部分に染み出し侵食したりすることがない。その結果、より信頼性の高いＭＥＭＳ素子を提供することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１…ウェハー基板、２…空洞部、３…ＭＥＭＳ構造体、５…下層配線部、１１…第１酸化膜、１２…窒化膜、１２ｈ…貫通孔、１３…第１導電層、１４…第２導電層、１５…第２酸化膜、１６…第３酸化膜、１７…保護膜、２０…側壁部、２１…配線層、２１ａ…第１配線層、２１ｂ…第２配線層、３０…第１被覆層、３１…開口、３２…第２被覆層、５０…電気接続部、１００…ＭＥＭＳ素子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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