(57)【要約】【課題】ＭＥＭＳ構造体の寸法精度の変動が抑えられ、特性のバラツキが少ない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下地部（窒化膜１２）に積層し形成される複数のＭＥＭＳ構成部（１３ｅ，１３ｈ，１４ｅ，１４ｈ）を含み構成されるＭＥＭＳ振動子３を備えるＭＥＭＳ素子であって、ＭＥＭＳ構成部は、窒化膜１２に形成された、窒化膜１２が積層される第２下地部（第１酸化膜１１）が露出する開口部５０を覆い、第１酸化膜１１および窒化膜１２に積層されている【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の主面上に積層された第１下地部に設けられるＭＥＭＳ構成部を含み構成されるＭＥＭＳ構造体を備えるＭＥＭＳ素子であって、
前記ＭＥＭＳ構成部は、
前記第１下地部に設けられた、前記第１下地部が積層される第２下地部が露出する開口部を覆うことを特徴とするＭＥＭＳ素子。
【請求項２】
前記基板を平面視したときの前記開口部の面積は、前記ＭＥＭＳ構成部の面積の５％以上、９５％以下であ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ＭＥＭＳ構造体は、前記ＭＥＭＳ構成部として固定下部電極と可動上部電極とを備えるＭＥＭＳ振動子であって、
前記基板を平面視したときに、前記固定下部電極と前記可動上部電極とは重なる領域を有してい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】
前記開口部は、前記基板を平面視したときに、少なくとも、前記固定下部電極と前記可動上部電極とが重なる領域を取り囲む前記第１下地部の領域に形成されていることを特徴とする請求項３に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項５】
前記開口部は、前記基板を平面視したときに、少なくとも、前記固定下部電極と前記可動上部電極とが重なる領域と重なる前記第１下地部の領域に形成されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項６】
基板の主面上に積層された第１下地部に設けられる固定下部電極と、
前記基板を平面視したときに、前記固定下部電極と重なる領域を有する可動上部電極と、を含み構成されるＭＥＭＳ振動子を備えるＭＥＭＳ素子であって、
前記第１下地部に積層され、前記固定下部電極と外部回路とを電気的に接続する下部電極配線部と、
前記第１下地部に積層され、前記可動上部電極と前記外部回路とを電気的に接続する上部電極配線部と、を備え、
前記下部電極配線部、および前記上部電極配線部は、延在方向において屈曲部を含み形成されていることを特徴とするＭＥＭＳ素子。
【請求項７】
基板の主面上に積層された第１下地部に設けられる固定下部電極と、
前記基板を平面視したときに、前記固定下部電極と重なる領域を有する可動上部電極と、を含み構成されるＭＥＭＳ振動子を備えるＭＥＭＳ素子であって、
前記第１下地部に積層され、前記固定下部電極と外部回路とを電気的に接続する下部電極配線部と、
前記第１下地部に積層され、前記可動上部電極と前記外部回路とを電気的に接続する上部電極配線部と、を備え、
前記下部電極配線部、および前記上部電極配線部は、延在方向と交差する方向に形成された切り込みを有していることを特徴とするＭＥＭＳ素子。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７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９】
複数のＭＥＭＳ構成部によって構成されるＭＥＭＳ構造体を備えるＭＥＭＳ素子の製造方法であって、
基板の主面上に第１下地部を積層する工程と、
前記第１下地部に前記第１下地部が積層された第２下地部が露出する開口部を形成する工程と、
前記開口部を覆い、前記第２下地部および前記第１下地部上にＭＥＭＳ構成層を積層する工程と、
前記ＭＥＭＳ構成層をパターン成形し、前記ＭＥＭＳ構成層の前記開口部を覆う領域を含むＭＥＭＳ構成部を形成する工程と、
複数の前記ＭＥＭＳ構成部によって前記ＭＥＭＳ構造体を構成する工程と、を含むことを特徴とする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、特許文献１には、半導体基板上に半導体素子と共に形成された、固定電極（下部ＭＥＭＳ構造層）と可動電極（上部ＭＥＭＳ構造層）とからなるＭＥＭＳ振動子（ＭＥＭＳ構造体）が記載されている。このような構造のＭＥＭＳ振動子は、電極間に印加される交流電圧に伴い発生する電荷の静電力により可動電極が振動する静電振動子を構成しており、電極間には、振動子に固有の共振周波数信号が出力される。
この出力信号の共振周波数やＱ値などは、電極としてのＭＥＭＳ構造体の寸法精度に依存するため、半導体製造で培われた微細加工技術によって、安定し、優れた特性のＭＥＭＳ振動子を得ることができた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−５１００５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、近年ますますＭＥＭＳデバイスの小型化が進む中で、特許文献１に記載のＭＥＭＳ振動子では、製造プロセスにおける寸法精度の管理だけでは安定した特性が得られないという課題が発生した。具体的には、半導体基板に積層され、固定電極と可動電極とからなるＭＥＭＳ振動子が形成される下地部に残留、あるいは発生する応力によって、固定電極と可動電極とのギャップ（間隙）や重なりの長さなどの位置関係が僅かに変動し、ＭＥＭＳ振動子としての出力特性が変動してしまうという課題であった。
【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］本適用例に係るＭＥＭＳ素子は、基板の主面上に積層された第１下地部に設けられるＭＥＭＳ構成部を含み構成されるＭＥＭＳ構造体を備えるＭＥＭＳ素子であって、前記ＭＥＭＳ構成部は、前記第１下地部に設けられた、前記第１下地部が積層される第２下地部が露出する開口部を覆うことを特徴とする。
【０００７】
本適用例によれば、ＭＥＭＳ素子は、複数のＭＥＭＳ構成部を含み構成され、ＭＥＭＳ構成部は、第１下地部が積層される第２下地部が露出する開口部を覆い、第２下地部および第１下地部に積層されている。従って、第１下地部に残留応力がある場合や、熱ストレスにより第１下地部が膨張あるいは収縮する場合などにおいても、ＭＥＭＳ構成部は、第２下地部に積層する部分を有するため、第１下地部の応力によって容易に移動することがなくなる。つまり、ＭＥＭＳ構成部は、第１下地部にのみ積層される（フロートする）のではなく、アンカー（碇）として機能する第２下地部に積層する部分を有するため、第１下地部の応力による動きが抑制される。その結果、ＭＥＭＳ素子が、複数のＭＥＭＳ構成部によって構成される場合、その位置関係が第１下地部の応力によって、容易に変動することが無くなり、ＭＥＭＳ素子の所定の特性が維持される。従って、より特性の安定したＭＥＭＳ素子を提供することができる。
【０００８】
［適用例２］上記適用例に係るＭＥＭＳ素子において、前記基板を平面視したときの前記開口部の面積は、前記ＭＥＭＳ構成部の面積の５％以上、９５％以下であることを特徴とする。
【０００９】
本適用例によれば、基板を平面視したときの開口部の面積は、ＭＥＭＳ構成部の面積の５％以上、９５％以下である。複数のＭＥＭＳ構成部によって構成されるＭＥＭＳ素子であっても、その位置関係を維持するために、必ずしも、ＭＥＭＳ構成部の全ての部分が、第２下地部に積層される構成とする必要はない。複数のＭＥＭＳ構成部の位置関係が、所定の部位、および所定の範囲で維持される場合であれば、アンカー（碇）として機能する第２下地部に積層する部分の面積は、ＭＥＭＳ構成部の面積の５％以上であれば、所定の範囲でその効果を得ることができる。また、第２下地部を露出させない目的において、第１下地部を第２下地部に積層させる場合、開口部の面積が、ＭＥＭＳ構成部の面積の９５％以下であれば、ＭＥＭＳ構成部によって、開口部を覆い尽くす充分なカバーレッジを得ることができる。
【００１０】
［適用例３］上記適用例に係るＭＥＭＳ素子において、前記ＭＥＭＳ構造体は、前記ＭＥＭＳ構成部として固定下部電極と可動上部電極とを備えるＭＥＭＳ振動子であって、前記基板を平面視したときに、前記固定下部電極と前記可動上部電極とは重なる領域を有していることを特徴とする。
【００１１】
本適用例によれば、ＭＥＭＳ構造体は、ＭＥＭＳ構成部として固定下部電極と可動上部電極とを備えるＭＥＭＳ振動子であって、基板を平面視したときに、固定下部電極と可動上部電極とは重なる領域を有している。このような構成のＭＥＭＳ振動子の場合、固定下部電極と可動上部電極との位置関係が変動した場合に、ＭＥＭＳ振動子の共振周波数特性が変動してしまう。従って、本適用例のように、固定下部電極と可動上部電極とは、第１下地部にのみ積層される（フロートする）のではなく、アンカー（碇）として機能する第２下地部に積層する部分を有するため、第１下地部の応力による動きが抑制される。その結果、固定下部電極と可動上部電極との位置関係が第１下地部の応力によって、容易に変動することが無くなり、ＭＥＭＳ振動子の共振周波数特性が維持される。従って、より特性の安定したＭＥＭＳ構造体としてのＭＥＭＳ振動子が得られることにより、より特性の安定したＭＥＭＳ素子を提供することができる。
【００１２】
［適用例４］上記適用例に係るＭＥＭＳ素子において、前記開口部は、前記基板を平面視したときに、少なくとも、前記固定下部電極と前記可動上部電極とが重なる領域を取り囲む前記第１下地部の領域に形成されていることを特徴とする。
【００１３】
本適用例のように、開口部は、基板を平面視したときに、固定下部電極と可動上部電極とが重なる領域を取り囲む第１下地部の領域に形成されていることが好ましい。アンカーとして機能する部分が、固定下部電極と可動上部電極とが重なる領域を取り囲む領域に形成されていることで、固定下部電極と可動上部電極とが重なる領域の位置変動が、より効果的に抑制され、ＭＥＭＳ振動子の共振周波数特性の変動を効果的に抑制することができる。
【００１４】
［適用例５］上記適用例に係るＭＥＭＳ素子において、前記開口部は、前記基板を平面視したときに、少なくとも、前記固定下部電極と前記可動上部電極とが重なる領域と重なる前記第１下地部の領域に形成されていることを特徴とする。
【００１５】
本適用例のように、開口部は、基板を平面視したときに、少なくとも、固定下部電極と可動上部電極とが重なる領域と重なる第１下地部の領域に形成されていることが好ましい。つまり、開口部は、固定下部電極と可動上部電極とが重なる領域の固定下部電極の位置変動を抑制することができるため、より効果的にＭＥＭＳ振動子の共振周波数特性の変動を効果的に抑制することができる。
【００１６】
［適用例６］本適用例に係るＭＥＭＳ素子は、基板の主面上に積層された第１下地部に設けられる固定下部電極と、前記基板を平面視したときに、前記固定下部電極と重なる領域を有する可動上部電極と、を含み構成されるＭＥＭＳ振動子を備えるＭＥＭＳ素子であって、前記第１下地部に積層され、前記固定下部電極と外部回路とを電気的に接続する下部電極配線部と、前記第１下地部に積層され、前記可動上部電極と前記外部回路とを電気的に接続する上部電極配線部と、を備え、前記下部電極配線部、および前記上部電極配線部は、延在方向において屈曲部を含み形成されていることを特徴とする。
【００１７】
本適用例によれば、ＭＥＭＳ素子は、基板の主面に積層された第１下地部に積層し形成される固定下部電極と、基板を平面視したときに、固定下部電極と重なる領域を有する可動上部電極と、それぞれの電極と外部回路を接続する下部電極配線部および上部電極配線部をそなえており、それぞれの配線部は、その延在方向において屈曲部を含み形成されている。そのため、それぞれの配線部が積層される第１下地部に残留応力がある場合や、熱ストレスにより第１下地部が膨張あるいは収縮する場合などにおいても、それらの応力が、配線の屈曲部において吸収され、固定下部電極や可動上部電極に作用する割合が軽減される。つまり、固定下部電極と可動上部電極との位置関係を変動させる第１下地部の応力が緩和される。その結果、ＭＥＭＳ振動子の共振周波数特性の変動が抑制される。従って、より特性の安定したＭＥＭＳ構造体としてのＭＥＭＳ振動子が得られることにより、より特性の安定したＭＥＭＳ素子を提供することができる。
【００１８】
［適用例７］本適用例に係るＭＥＭＳ素子は、基板の主面上に積層された第１下地部に設けられる固定下部電極と、前記基板を平面視したときに、前記固定下部電極と重なる領域を有する可動上部電極と、を含み構成されるＭＥＭＳ振動子を備えるＭＥＭＳ素子であって、前記第１下地部に積層され、前記固定下部電極と外部回路とを電気的に接続する下部電極配線部と、前記第１下地部に積層され、前記可動上部電極と前記外部回路とを電気的に接続する上部電極配線部と、を備え、前記下部電極配線部、および前記上部電極配線部は、延在方向と交差する方向に形成された切り込みを有していることを特徴とする。
【００１９】
本適用例によれば、ＭＥＭＳ素子は、基板の主面に積層された第１下地部に積層し形成される固定下部電極と、基板を平面視したときに、固定下部電極と重なる領域を有する可動上部電極と、それぞれの電極と外部回路を接続する下部電極配線部および上部電極配線部をそなえており、それぞれの配線部は、その延在方向と交差する方向に形成された切り込みを有している。そのため、それぞれの配線部が積層される第１下地部に残留応力がある場合や、熱ストレスにより第１下地部が膨張あるいは収縮する場合などにおいても、それらの応力が、形成された切り込み部分に吸収され、固定下部電極や可動上部電極に作用する割合が軽減される。つまり、固定下部電極と可動上部電極との位置関係を変動させる第１下地部の応力が緩和される。その結果、ＭＥＭＳ振動子の共振周波数特性の変動が抑制される。従って、より特性の安定したＭＥＭＳ構造体としてのＭＥＭＳ振動子が得られることにより、より特性の安定したＭＥＭＳ素子を提供することができる。
【００２０】
［適用例８］本適用例に係る電子機器は、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。
【００２１】
本適用例によれば、所定の特性がより安定して得られる電子機器を提供することができる。
【００２２】
［適用例９］本適用例に係るＭＥＭＳ素子の製造方法は、複数のＭＥＭＳ構成部によって構成されるＭＥＭＳ構造体を備えるＭＥＭＳ素子の製造方法であって、基板の主面上に第１下地部を積層する工程と、前記第１下地部に前記第１下地部が積層された第２下地部が露出する開口部を形成する工程と、前記開口部を覆い、前記第２下地部および前記第１下地部上にＭＥＭＳ構成層を積層する工程と、前記ＭＥＭＳ構成層をパターン成形し、前記ＭＥＭＳ構成層の前記開口部を覆う領域を含むＭＥＭＳ構成部を形成する工程と、複数の前記ＭＥＭＳ構成部によって前記ＭＥＭＳ構造体を構成する工程と、を含むことを特徴とする。
【００２３】
本適用例によれば、ＭＥＭＳ素子は、複数のＭＥＭＳ構成部によって構成され、ＭＥＭＳ構成部は、第１下地部が積層される第２下地部が露出する開口部を覆い、第２下地部および第１下地部に積層される。従って、第１下地部に残留応力がある場合や、熱ストレスにより第１下地部が膨張あるいは収縮する場合などにおいても、ＭＥＭＳ構成部は、第２下地部に積層する部分を有するため、第１下地部の応力によって容易に移動することがなくなる。つまり、ＭＥＭＳ構成部は、第１下地部にのみ積層される（フロートする）のではなく、アンカー（碇）として機能する第２下地部に積層する部分を有するため、第１下地部の応力による動きが抑制される。その結果、ＭＥＭＳ素子が、複数のＭＥＭＳ構成部によって構成される場合、その位置関係が第１下地部の応力によって、容易に変動することが無くなり、ＭＥＭＳ素子の所定の特性が維持される。従って、より特性の安定したＭＥＭＳ素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】（ａ）実施形態１に係るＭＥＭＳ素子の平面図、（ｂ）Ａ−Ａ断面図。
【図２】（ａ）実施形態１に係るＭＥＭＳ振動子の平面図、（ｂ）Ｃ−Ｃ断面図、（ｃ）Ｄ−Ｄ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）実施形態２に係るＭＥＭＳ振動子の平面図、（ｂ）Ｅ−Ｅ断面図、（ｃ）Ｆ−Ｆ断面図。
【図５】（ａ）実施形態３に係るＭＥＭＳ振動子の平面図、（ｂ）Ｉ−Ｉ断面図。
【図６】（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７】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８】（ａ），（ｂ）変形例に係るＭＥＭＳ振動子の平面図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
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。
【００２６】
（実施形態１）
図１（ａ）は、実施形態１に係るＭＥＭＳ素子１００の平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。なお、図１（ａ）は、図１（ｂ）のＢ−Ｂ平面図である。
ＭＥＭＳ素子１００は、ウェハー基板の主面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構造体としてのＭＥＭＳ振動子を備えるＭＥＭＳ素子である。
ＭＥＭＳ素子１００は、ウェハー基板１、空洞部２、ＭＥＭＳ振動子３、第２下地部としての第１酸化膜１１、第１下地部としての窒化膜１２、第１半導体層１３、第２半導体層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、エッチングホール３１、第２被覆層３２などから構成されている。
【００２７】
ウェハー基板１は、シリコン基板であり、ＭＥＭＳ振動子３は、ウェハー基板１に積層された下地層としての第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。
【００２８】
ＭＥＭＳ振動子３は、ＭＥＭＳ構成部として、固定下部電極（下部電極１３ｅ）と可動部を有する可動上部電極（上部電極１４ｅ）とを備えており、空洞部２に配置されている。下部電極１３ｅおよび上部電極１４ｅは、第１酸化膜１１および窒化膜１２に積層された第１半導体層１３および第２半導体層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。第１半導体層１３および第２半導体層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。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間隙（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３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１３ｆ（後述する図３（ｃ）に図示）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１３ｆは、いわゆる犠牲層であり、こ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（ＭＥＭＳ構造体）が形成されている。
【００２９】
図２（ａ）は、ＭＥＭＳ振動子３の平面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＣ−Ｃ断面図、図２（ｃ）は、図２（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。
ＭＥＭＳ振動子３は、ＭＥＭＳ構成部としての、下部電極１３ｅ、上部電極１４ｅ、下部電極配線部１３ｈ、上部電極配線部１４ｈなどから構成されている。
下部電極１３ｅは、上部電極１４ｅより広い幅（図２（ａ）において上部電極１４ｅのＹ方向前後に長い幅）を有している。上部電極１４ｅは、空隙部１３ｇを介して下部電極１３ｅを覆うように形成されており、ウェハー基板１を平面視したときに、下部電極１３ｅと上部電極１４ｅとは重なる領域Ｗを有している。
【００３０】
下部電極１３ｅは、下部電極配線部１３ｈによって外部回路（図示省略）と電気的に接続される。下部電極１３ｅおよび下部電極配線部１３ｈは、積層した第１半導体層１３をフォトリソグラフィーによりパターニングすることによって、一体に形成される。
また、上部電極１４ｅは、上部電極配線部１４ｈによって外部回路と電気的に接続される。上部電極１４ｅおよび上部電極配線部１４ｈは、積層した第２半導体層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によって、一体に形成される。
下部電極１３ｅ、下部電極配線部１３ｈ、上部電極１４ｅ、上部電極配線部１４ｈは、第１下地部としての窒化膜１２に形成された開口部５０を覆うように積層されている。つまり、開口部５０は、第１半導体層１３および第２半導体層１４が積層される前に、フォトリソグラフィーによるパターニングによって形成されている。
【００３１】
開口部５０は、第１半導体層１３および第２半導体層１４を積層させたときに、それぞれの一部の領域が、直接、第１酸化膜１１に密着するように窒化膜１２に形成した開口領域である。開口部５０は、ウェハー基板１を平面視したときに、少なくとも、下部電極１３ｅと上部電極１４ｅとが重なる領域Ｗを取り囲む領域に形成されている。具体的には、図２（ａ）に示すように、Ｙ方向において、上部電極１４ｅより下部電極１３ｅが長く形成されている２辺の部分（領域５０ａ）と、その２辺と交差する２辺（内一方の辺は、下部電極１３ｅの下部電極配線部１３ｈに接続する辺（領域５０ｂ）、他方の辺は、上部電極１４ｅが片持ち状に支持される固定部で、上部電極配線部１４ｈに接続する辺（領域５０ｃ））に形成されている。また、開口部５０は、延在する下部電極配線部１３ｈと上部電極配線部１４ｈの下方にも形成されている。
【００３２】
ウェハー基板１を平面視したときの開口部５０の面積は、下部電極１３ｅ、上部電極１４ｅの領域では、少なくとも下部電極１３ｅ、上部電極１４ｅの面積の５％以上としている。また、第１半導体層１３および第２半導体層１４は、開口部５０において第１酸化膜１１が露出しないように、確実に開口部５０が覆われるようにパターニングされている。これは、後述するリリースエッチングにおいて、第１酸化膜１１がエッチングされることを防ぐためである。この理由において、開口部５０の面積は、ＭＥＭＳ構成部の面積としての、下部電極１３ｅ、上部電極１４ｅ、下部電極配線部１３ｈ、上部電極配線部１４ｈの面積の９５％以下としている。
【００３３】
次に、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下地部（窒化膜１２）を積層する工程と、窒化膜１２に窒化膜１２が積層された第２下地部（第１酸化膜１１）が露出する開口部５０を形成する工程と、開口部５０を覆い、第１酸化膜１１および窒化膜１２にＭＥＭＳ構成層としての第１半導体層１３および第２半導体層１４を積層する工程と、第１半導体層１３および第２半導体層１４をパターン成形し、第１半導体層１３および第２半導体層１４の開口部５０を覆う領域を含むＭＥＭＳ構成部としての、下部電極１３ｅ、上部電極１４ｅ、下部電極配線部１３ｈ、上部電極配線部１４ｈを形成する工程と、犠牲層をエッチングすることで、ＭＥＭＳ振動子３を構成する工程とを含んでいる。
以下、図を参照して具体的に説明する。
【００３４】
図３（ａ）：ウェハー基板１を準備し、主面に第２下地部（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下地部（窒化膜１２）を積層する。窒化膜１２は、犠牲層をリリースエッチングする際に使用する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。
【００３５】
図３（ｂ）：窒化膜１２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、第１酸化膜１１が露出する開口部５０を形成する。
次に、第１酸化膜１１および窒化膜１２に第１半導体層１３を積層する。第１半導体層１３は、下部電極１３ｅ、および下部電極配線部１３ｈ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半導体層１３をフォトリソグラフィーによりパターニングして、開口部５０を覆うように、下部電極１３ｅ、および下部電極配線部１３ｈを形成する。
【００３６】
図３（ｃ）：下部電極１３ｅを熱酸化して第４酸化膜１３ｆを形成する。熱酸化による酸化膜の形成は、選択的に第１半導体層１３（ポリシリコン層）に対して行なわれる。この第４酸化膜１３ｆは、犠牲層として下部電極１３ｅと上部電極１４ｅとのギャップを形成する。なお、第４酸化膜１３ｆはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）酸化膜によって形成しても良い。
次に、第２半導体層１４を積層する。第２半導体層１４は、上部電極１４ｅ、上部電極配線部１４ｈ、および側壁部２０（図１（ａ），（ｂ））の最下層を構成するポリシリコン層である。第２半導体層１４をフォトリソグラフィーによりパターニングして、開口部５０を覆うように、上部電極１４ｅ、上部電極配線部１４ｈ、および側壁部２０の最下層を形成する。
上部電極１４ｅおよび上部電極配線部１４ｈを構成する第２半導体層１４には、積層後にイオン注入をして所定の導電性を持たせる。
【００３７】
図３（ｄ）：犠牲層を構成する第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。
次に、第１配線層２１ａの積層に先立ち、第１配線層２１ａと第２半導体層１４とを電気的に接続させるための露出部（穴）をフォトリソグラフィーにより第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。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、電気回路の図示を省略しているため、第１配線層２１ａは、側壁部２０（図３（ｆ））を構成する第２層部分のみに図示している。
【００３８】
図３（ｅ）：犠牲層を構成する二番目の層として、第３酸化膜１６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露出部（穴）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エッチングホール３１を備えて犠牲層（第３酸化膜１６）を覆う。つまり、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。
【００３９】
図３（ｆ）：保護膜１７を積層し、エッチングホール３１が露出するように開口領域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、エッチングホール３１から導入されるエッチング液により犠牲層としての第２酸化膜１５、第３酸化膜１６、および第４酸化膜１３ｆをリリースエッチングすることで、ＭＥＭＳ構造体としてのＭＥＭＳ振動子３を形成する。
なお、ここで、開口部５０によって一旦露出した第１酸化膜１１は、第１半導体層１３および第２半導体層１４によって覆われているため、エッチング液に晒されることはない。
【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、エッチングホール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。
ＭＥＭＳ素子１００は、複数のＭＥＭＳ構成部として、下部電極１３ｅ、上部電極１４ｅ、下部電極配線部１３ｈ、上部電極配線部１４ｈを含み構成され、これらのＭＥＭＳ構成部は、第１下地部（窒化膜１２）が積層される第２下地部（第１酸化膜１１）が露出する開口部５０を覆い、第１酸化膜１１および窒化膜１２に積層されている。従って、窒化膜１２に残留応力がある場合や、熱ストレスにより窒化膜１２が膨張あるいは収縮する場合などにおいても、ＭＥＭＳ構成部（特に、下部電極１３ｅ、上部電極１４ｅ）は、第１酸化膜１１に積層する部分を有するため、窒化膜１２の応力によって容易に移動することがなくなる。つまり、下部電極１３ｅ、上部電極１４ｅは、窒化膜１２にのみ積層される（フロートする）のではなく、アンカー（碇）として機能する第１酸化膜１１に積層する部分を有するため、窒化膜１２の応力による動きが抑制される。その結果、下部電極１３ｅ、および上部電極１４ｅの位置関係が窒化膜１２の応力によって、容易に変動することが無くなり、ＭＥＭＳ振動子３の共振周波数特性、延いては、ＭＥＭＳ素子１００の所定の特性が維持される。従って、より特性の安定したＭＥＭＳ素子を提供することができる。
【００４２】
また、ウェハー基板１を平面視したときの開口部５０の面積は、ＭＥＭＳ構成部の面積の５％以上、９５％以下である。開口部５０を、少なくともＭＥＭＳ構成部の面積の５％以上の面積で形成することにより、アンカーとしてより効果的に機能させることができる。
また、第１酸化膜１１を露出させない目的において、窒化膜１２を第１酸化膜１１に積層させる場合、開口部５０の面積が、ＭＥＭＳ構成部の面積の９５％以下であれば、ＭＥＭＳ構成部を構成する第１半導体層１３および第２半導体層１４によって、開口部５０を覆い尽くす充分なカバーレッジを得ることができる。
【００４３】
また、開口部５０は、ウェハー基板１を平面視したときに、下部電極１３ｅと上部電極１４ｅとが重なる領域Ｗを取り囲む窒化膜１２の領域に形成されている。アンカーとして機能する部分が、領域Ｗを取り囲む領域に形成されていることで、領域Ｗの位置変動が、より効果的に抑制され、ＭＥＭＳ振動子３の共振周波数特性の変動を効果的に抑制することができる。
【００４４】
（実施形態２）
次に、実施形態２に係るＭＥＭＳ素子１０１について説明する。なお、説明にあたり、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する。
【００４５】
図４は、ＭＥＭＳ素子１０１（図示省略）が備えるＭＥＭＳ振動子３ｘの平面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＥ−Ｅ断面図、図４（ｃ）は、図４（ａ）のＦ−Ｆ断面図である。
実施形態２は、開口部５０が、ウェハー基板１を平面視したときに、下部電極１３ｅと上部電極１４ｅとが重なる領域Ｗと重なる第１下地部（窒化膜１２）の領域に形成されていることを特徴としている。
【００４６】
ＭＥＭＳ振動子３ｘは、ＭＥＭＳ構成部として、固定下部電極（下部電極１３ｅｘ）と可動部を有する可動上部電極（上部電極１４ｅｘ）とを備えている。
本実施形態は、実施形態１に対して、開口部５０の位置、形状が異なる。つまり、アンカーとして機能する位置、形状が異なる。また、これに伴い、下部電極１３ｅｘおよび上部電極１４ｅｘの断面形状が異なる。これらの点を除き、本実施形態は、実施形態１と同様である。
【００４７】
開口部５０は、図４（ａ）に示すように、下部電極１３ｅｘの領域において、ＭＥＭＳ振動子３の場合の開口部５０（領域５０ａ〜５０ｃ）に代わり、領域５０ｄに形成されている。領域５０ｄは、ウェハー基板１を平面視したときに、下部電極１３ｅｘと重なる窒化膜１２の領域の略全面（下部電極１３ｅｘの面積の約８５％を占める範囲）に形成されている。
開口部５０として領域５０ｄに、つまり領域Ｗに掛かる部分に窒化膜１２の開口部を形成しているため、図４（ｂ）に示すように、窒化膜１２の段差部の形状が、下部電極１３ｅｘおよび上部電極１４ｅｘの断面形状に反映している。
【００４８】
なお、本実施形態においては、実施形態１の上部電極１４ｅにおいて領域５０ｃに形成した開口部５０は省略している。これは、領域５０ｄが、上部電極配線部１４ｈの下に形成された開口部５０の位置と近い位置に形成され、アンカー効果が充分であったため、省略しているものである。従って、実施形態１と同様に、領域５０ｃに開口部５０を形成しても良い。
【００４９】
本実施形態によるＭＥＭＳ素子によれば、開口部５０は、ウェハー基板１を平面視したときに、下部電極１３ｅｘと上部電極１４ｅｘとが重なる領域Ｗと重なる第１下地部（窒化膜１２）の領域５０ｄに形成されている。つまり、領域５０ｄにおける開口部５０のアンカー機能により、下部電極１３ｅｘの位置変動を直接抑制することができるため、より効果的にＭＥＭＳ振動子の共振周波数特性の変動を効果的に抑制することができる。
【００５０】
（実施形態３）
次に、実施形態３に係るＭＥＭＳ素子１０２について説明する。なお、説明にあたり、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する。
【００５１】
図５（ａ）は、ＭＥＭＳ素子１０２（図示省略）が備えるＭＥＭＳ振動子３ｙの平面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＩ−Ｉ断面図である。
実施形態３は、実施形態１、２のようなアンカー構造を持たず、下部電極配線部、および上部電極配線部が、延在方向において屈曲部を含み形成されていることを特徴としている。
【００５２】
ＭＥＭＳ素子１０２は、ウェハー基板１の主面に積層された第１下地部（窒化膜１２）に積層し形成される下部電極１３ｅｙと上部電極１４ｅｙとを含み構成されるＭＥＭＳ振動子３ｙを備えるＭＥＭＳ素子である。ウェハー基板１を平面視したときに、下部電極１３ｅｙと上部電極１４ｅｙとは、重なる領域を有している。
下部電極配線部１３ｈｙは、窒化膜１２に積層され、下部電極１３ｅｙと外部回路（図示省略）とを電気的に接続している。上部電極配線部１４ｈｙは、窒化膜１２に積層され、上部電極１４ｅｙと外部回路とを電気的に接続している。下部電極配線部１３ｈｙ、および上部電極配線部１４ｈｙは、図５（ａ）に示すように、延在方向において屈曲部Ｚを含み形成されている。
【００５３】
ＭＥＭＳ素子１０２は、開口部５０を有しておらず、下部電極１３ｅｙ、上部電極１４ｅｙ、下部電極配線部１３ｈｙ、上部電極配線部１４ｈｙのそれぞれが、開口部５０を介して第１酸化膜１１に積層するアンカー構造を持たない。それに代わり、下部電極１３ｅｙ、上部電極１４ｅｙが、延在方向において屈曲部Ｚを含み形成されている。これらの点を除き、ＭＥＭＳ素子１０２は、ＭＥＭＳ素子１００と同様である。
【００５４】
本実施形態によるＭＥＭＳ素子によれば、下部電極配線部１３ｈｙ、および上部電極配線部１４ｈｙが積層される窒化膜１２に残留応力がある場合や、熱ストレスにより窒化膜１２が膨張あるいは収縮する場合などにおいても、それらの応力が、配線の屈曲部Ｚにおいて吸収され、下部電極１３ｅｙや上部電極１４ｅｙに作用する割合が軽減される。つまり、下部電極１３ｅｙと上部電極１４ｅｙとの位置関係を変動させる窒化膜１２の応力が緩和される。その結果、ＭＥＭＳ振動子３ｙの共振周波数特性の変動が抑制される。従って、より特性の安定したＭＥＭＳ構造体としてのＭＥＭＳ振動子が得られることにより、より特性の安定したＭＥＭＳ素子を提供することができる。
【００５５】
［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１００，１０１，１０２を適用した電子機器について、図６（ａ），（ｂ）、図７に基づき説明する。なお、説明では、電子部品としてのＭＥＭＳ素子１００を用いた例を示している。
【００５６】
図６（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。
【００５７】
図６（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。
【００５８】
図７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。
【００５９】
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６（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６（ｂ）の携帯電話機、図７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。
【００６０】
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。
【００６１】
（変形例１）
図８（ａ），（ｂ）は、実施形態３におけるＭＥＭＳ素子１０２の変形例に係るＭＥＭＳ振動子３ｙａ，３ｙｂを示す平面図である。
ＭＥＭＳ素子１０２におけるＭＥＭＳ振動子３ｙは、図５（ａ）に示すように、下部電極配線部１３ｈｙ、および上部電極配線部１４ｈｙが、延在方向において屈曲部Ｚを含み形成されており、窒化膜１２により発生する応力が、配線の屈曲部Ｚにおいて吸収され、下部電極１３ｅｙや上部電極１４ｅｙに作用する割合が軽減されるとして説明したが、配線の形状により応力を緩和する方法は、この構成に限定するものではない。本変形例に係るＭＥＭＳ振動子は、下部電極配線部および上部電極配線部のそれぞれに延在方向と交差する方向に形成された切り込みを有していることを特徴としている。
【００６２】
ＭＥＭＳ振動子３ｙａ，３ｙｂは、下部電極１３ｅｙ、上部電極１４ｅｙ、および配線部として、下部電極配線部１３ｈｙａ，１３ｈｙｂ、上部電極配線部１４ｈｙａ，１４ｈｙｂを備えている。ＭＥＭＳ振動子３ｙａ，３ｙｂは、配線部のパターン形状が異なる点を除き、ＭＥＭＳ振動子３ｙと同様である。
【００６３】
ＭＥＭＳ振動子３ｙａが備える下部電極配線部１３ｈｙａ、および上部電極配線部１４ｈｙａは、それぞれの延在方向と交差する方向に形成された複数の切り込みＫａを有している。
切り込みＫａは、第１半導体層１３、および第２半導体層１４に対するフォトリソグラフィーによるパターンニングにより、下部電極配線部１３ｈｙａ、および上部電極配線部１４ｈｙａの幅の約３分の１程度の切り込みが配線パターンの側辺から配線パターンの中央に向かうように対向して形成されている。つまり、例えるならば、下部電極配線部１３ｈｙａ、および上部電極配線部１４ｈｙａは魚の骨状にパターニングされている。
【００６４】
ＭＥＭＳ振動子３ｙｂが備える下部電極配線部１３ｈｙｂ、および上部電極配線部１４ｈｙｂは、それぞれの延在方向と交差する方向に形成された複数の切り込みＫｂを有している。
切り込みＫｂは、第１半導体層１３、および第２半導体層１４に対するフォトリソグラフィーによるパターンニングにより、下部電極配線部１３ｈｙｂ、および上部電極配線部１４ｈｙｂの幅の約２分の１程度の切り込みが配線パターンの側辺から配線パターンの中央に向かうように交互に形成されている。つまり、例えるならば、下部電極配線部１３ｈｙｂ、および上部電極配線部１４ｈｙｂは蛇腹状にパターニングされている。
【００６５】
これらの変形例のように、それぞれの配線部が積層される窒化膜１２による応力働いた場合であっても、それぞれの配線部に形成された切り込みＫａ、Ｋｂの部分に吸収され、固定下部電極（下部電極１３ｅｙ）や可動上部電極（上部電極１４ｅｙ）に作用する割合が軽減される。つまり、固定下部電極と可動上部電極との位置関係を変動させる窒化膜１２の応力が緩和される。その結果、ＭＥＭＳ振動子３ｙａ，３ｙｂの共振周波数特性の変動が抑制される。従って、より特性の安定したＭＥＭＳ構造体としてのＭＥＭＳ振動子が得られることにより、より特性の安定したＭＥＭＳ素子を提供することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１…ウェハー基板、２…空洞部、３…ＭＥＭＳ振動子、１１…第１酸化膜、１２…窒化膜、１３…第１半導体層、１３ｅ…下部電極、１３ｆ…第４酸化膜、１３ｇ…空隙部、１３ｈ…下部電極配線部、１４…第２半導体層、１４ｅ…上部電極、１４ｈ…上部電極配線部、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…エッチングホール、３２…第２被覆層、５０…開口部、５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ…領域、１００，１０１，１０２…ＭＥＭＳ素子。
【図１】
2014033335.tif 000003
【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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【図７】
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【図８】
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