(57)【要約】【課題】  耐湿性が良好で信頼性の向上したＭＥＭＳ素子およびＭＥＭＳ素子の製造方法を提供する。【解決手段】  半導体基板１０に構造体１８が形成され、構造体１８の周辺部に構造体１８を囲むように配線２１と層間絶縁膜２０，２２とが積層された配線部４０を備えるＭＥＭＳ素子１であって、配線部４０を構成する各膜の間に、平面視において構造体１８を囲む形状のガードリング３１，３３，３５が形成され、かつ、各膜を貫通し上下に位置するガードリング３１，３３，３５に全周を接する貫通ガードリング３０，３２，３４が形成され、配線部４０に配置される配線２１は各ガードリング３１，３３，３５および各貫通ガードリング３０，３２，３４の外側に配置される。【選択図】      図１
2006224220.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に構造体が形成され、前記構造体の周辺部に前記構造体を囲むように配線と層間絶縁膜とが積層された配線部を備えるＭＥＭＳ素子であって、
前記配線部を構成する各膜の間に平面視において前記構造体を囲む形状のガードリングが形成され、かつ、各膜を貫通し上下に位置する前記ガードリングに全周を接する貫通ガードリングが形成され、
前記配線部に配置される前記配線は前記各ガードリングおよび前記各貫通ガードリングの外側に配置されたことを特徴とするＭＥＭＳ素子。
【請求項２】
請求項１に記載のＭＥＭＳ素子において、
最下部の前記ガードリングおよび前記貫通ガードリングはポリシリコンで形成され、それ以外の前記ガードリングおよび前記貫通ガードリングは金属で形成されていることを特徴とするＭＥＭＳ素子。
【請求項３】
半導体基板に構造体と、前記構造体の周辺部に前記構造体を囲むように配線と層間絶縁膜とが積層した配線部を備えるＭＥＭＳ素子の製造方法であって、
半導体基板に絶縁膜を形成する工程と、
前記半導体基板に下部電極を形成する工程と、
前記絶縁膜の上に構造体形成膜を形成する工程と、
前記構造体形成膜をエッチングし構造体の形状を形成する工程と、
前記配線部の前記構造体形成膜と同層の位置にベースガードリングを形成し、前記絶縁膜と同層の位置にベース貫通ガードリングを形成する工程と、
前記構造体形成膜の上方に層間絶縁膜と配線を形成し、さらに前記配線と同層の位置にガードリングを形成し、前記層間絶縁膜と同層の位置に前記層間絶縁膜を貫通する貫通ガードリングを形成し、それぞれを積層する工程と、
最上層の前記ガードリング上方にパッシベーション膜を形成する工程と、
前記構造体の上方の前記パッシベーション膜および前記層間絶縁膜を少なくとも前記構造体表面までエッチングし開口部を形成する工程と、
前記構造体表面の下の膜を犠牲層としてエッチングし前記構造体をリリースする工程と、を少なくとも備えることを特徴とするＭＥＭＳ素子の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載のＭＥＭＳ素子の製造方法において、
前記ベースガードリングおよび前記ベース貫通ガードリングの形成は、前記構造体の形状を形成する工程と同じ工程で形成することを特徴とするＭＥＭＳ素子の製造方法。
【請求項５】
請求項３または４に記載のＭＥＭＳ素子の製造方法において、
前記ガードリングおよび前記貫通ガードリングの形成は、前記配線を形成する工程と同じ工程で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素子およびＭＥＭＳ素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＥＭＳ（Micro  Electro  Mechanical  System）技術を利用し、半導体基板にＭＥＭＳ素子を備えたセンサや共振器、通信用デバイスなどが注目されている。ＭＥＭＳ素子は半導体製造プロセスを用い、半導体基板上に製作された微小な構造体からなる機能素子である。この構造体は、電気的な力、または加速度などの外力で変形する片持ち梁あるいは両持ち梁構造の可動部（可動電極）と、固定部（固定電極）を備えている。例えば、特許文献１に示すような櫛歯状可動電極と櫛歯状固定電極を備えたＭＥＭＳ素子が知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２７６２００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなＭＥＭＳ素子において、構造体の電気信号を取り出すための配線、あるいは回路素子を同じ半導体基板に形成する場合には、構造体の周辺部に配線層を積層して形成することが行われる。具体的には図７を用いて説明する。図７は上記のような構成を備えたＭＥＭＳ素子を示す断面図である。
【０００５】
図７に示すように、ＭＥＭＳ素子１００は、半導体基板１０１に下部電極１０２が形成され、その上に構造体１１０が形成されている。また、構造体１１０を取り囲むように、配線部１２０が形成されている。このようなＭＥＭＳ素子１００の製造においては、半導体基板１０１に絶縁膜１０３、構造体形成膜１１２、層間絶縁膜１０４、配線１０５、層間絶縁膜１０６、パッシベーション膜１０７を順次積層してゆき、最後に構造体１１０の上方のパッシベーション膜１０７、層間絶縁膜１０６、層間絶縁膜１０４、絶縁膜１０３をエッチングして開口部１１１を設け、構造体１１０をリリースしている。
【０００６】
しかしながら、このような構成のＭＥＭＳ素子１００において、構造体１１０をリリースした後の開口部１１１の側壁は、層間絶縁膜１０６，１０７が露出することになる。このため、露出した層間絶縁膜１０６，１０７から湿気が進入しやすく、この湿気が配線へダメージを与え、ＭＥＭＳ素子１００の信頼性を著しく低下させることが予想される。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は耐湿性が良好で信頼性の向上したＭＥＭＳ素子およびＭＥＭＳ素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のＭＥＭＳ素子は、半導体基板に構造体が形成され、前記構造体の周辺部に前記構造体を囲むように配線と層間絶縁膜とが積層された配線部を備えるＭＥＭＳ素子であって、前記配線部を構成する各膜の間に平面視において前記構造体を囲む形状のガードリングが形成され、かつ、各膜を貫通し上下に位置する前記ガードリングに全周を接する貫通ガードリングが形成され、前記配線部に配置される前記配線は前記各ガードリングおよび前記各貫通ガードリングの外側に配置されたことを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、ガードリングは配線部を構成する各膜の間に、平面視において構造体を囲むように形成され、かつ、貫通ガードリングは各膜を貫通し上下に位置するガードリングに全周を接するように形成されている。このように、ガードリングおよび貫通ガードリングは配線部の配線をガードする隔壁のように形成されている。そして、配線はガードリングと貫通ガードリングの外側に配置されているため、配線部の露出した層間絶縁膜から進入した湿気は、このガードリングと貫通ガードリングが障壁となり、配線の配置された部分に湿気が進入するのを防止できる。このことから、配線は湿気に侵されることなく、耐湿性が良好で信頼性の向上したＭＥＭＳ素子を提供できる。
【００１０】
また、本発明のＭＥＭＳ素子は、最下部の前記ガードリングおよび前記貫通ガードリングはポリシリコンで形成され、それ以外の前記ガードリングおよび前記貫通ガードリングは金属で形成されていることが望ましい。
【００１１】
この構成によれば、最下部のガードリングおよび貫通ガードリングは構造体を形成する工程と同じ工程で製造することができ、また、それ以外のガードリングおよび貫通ガードリングは配線を形成する工程と同じ工程で製造が可能となる。このようにすれば、製造工程の簡略化が可能となる。
【００１２】
本発明のＭＥＭＳ素子の製造方法は、半導体基板に構造体と、前記構造体の周辺部に前記構造体を囲むように配線と層間絶縁膜とが積層した配線部を備えるＭＥＭＳ素子の製造方法であって、半導体基板に絶縁膜を形成する工程と、前記半導体基板に下部電極を形成する工程と、前記絶縁膜の上に構造体形成膜を形成する工程と、前記構造体形成膜をエッチングし構造体の形状を形成する工程と、前記配線部の前記構造体形成膜と同層の位置にベースガードリングを形成し、前記絶縁膜と同層の位置にベース貫通ガードリングを形成する工程と、前記構造体形成膜の上方に層間絶縁膜と配線を形成し、さらに前記配線と同層の位置にガードリングを形成し、前記層間絶縁膜と同層の位置に前記層間絶縁膜を貫通する貫通ガードリングを形成し、それぞれを積層する工程と、最上層の前記ガードリング上方にパッシベーション膜を形成する工程と、前記構造体の上方の前記パッシベーション膜および前記層間絶縁膜を少なくとも前記構造体表面までエッチングし開口部を形成する工程と、前記構造体表面の下の膜を犠牲層としてエッチングし前記構造体をリリースする工程と、を少なくとも備えることを特徴とする。
【００１３】
このようなＭＥＭＳ素子の製造方法によれば、ガードリングと貫通ガードリングが障壁となり、配線部の露出した層間絶縁膜から湿気が進入するのを防止できる。このことから、配線は湿気に侵されることなく、耐湿性が良好で信頼性の向上したＭＥＭＳ素子の製造方法を提供できる。
【００１４】
また、本発明のＭＥＭＳ素子の製造方法において、前記ベースガードリングおよび前記ベース貫通ガードリングの形成は、前記構造体の形状を形成する工程と同じ工程で形成することが望ましい。
【００１５】
このようにすれば、構造体とベースガードリングおよびベース貫通ガードリングを同じ工程で製造することができ、製造工程を削減することができる。
【００１６】
また、本発明のＭＥＭＳ素子の製造方法において、前記ガードリングおよび前記貫通ガードリングの形成は、前記配線を形成する工程と同じ工程で形成することが望ましい。
【００１７】
このようにすれば、配線とガードリングおよび貫通ガードリングを同じ工程で製造することができ、製造工程を削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。
（第１の実施形態）
【００１９】
図１は本発明に係るＭＥＭＳ素子としてのＭＥＭＳ共振器の実施形態を示す概略構成図である。図１（ａ）は、ＭＥＭＳ素子の平面図、図１（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断線に沿う断面図である。
【００２０】
図１において、ＭＥＭＳ素子１は、シリコンからなる半導体基板１０上の開口部３９に、ポリシリコンからなる可動電極１５および固定電極１６ａ，１６ｂで構成される構造体１８が形成されている。半導体基板１０にはｎ型の下部電極１３が形成され、構造体１８との電気的接続がなされている。また、構造体１８に対向する周辺の配線部４０には、半導体基板１０の上に形成された熱酸化膜である絶縁膜１１が形成され、その上に層間絶縁膜２０、配線２１、層間絶縁膜２２、パッシベーション膜２３が順次積層されている。配線２１はＡｌまたはＣｕなどからなり、下部電極１３あるいは半導体基板１０に形成される回路素子と接続されている（図示せず）。
【００２１】
配線部４０の絶縁膜１１と層間絶縁膜２０の間には、ポリシリコンからなるベースガードリング３１が形成され、ベースガードリング３１から絶縁膜１１を貫通して半導体基板１０に接するポリシリコンからなるベース貫通ガードリング３０が形成されている。これらは図５の平面図に示すように、平面視において構造体１８を囲むような形状に形成されている。
【００２２】
そして、層間絶縁膜２０と層間絶縁膜２２の間にはＡｌまたはＣｕからなるガードリング３３が形成され、ガードリング３３から層間絶縁膜２０を貫通してベースガードリング３１に全周を接するＡｌまたはＣｕからなる貫通ガードリング３２が形成されている。
さらに、層間絶縁膜２２とパッシベーション膜２３の間にはＡｌまたはＣｕからなるガードリング３５が形成され、ガードリング３５から層間絶縁膜２２を貫通してガードリング３３に全周を接するＡｌまたはＣｕからなる貫通ガードリング３４が形成されている。
これらは、ベースガードリング３１およびベース貫通ガードリング３０と同様に、平面視において、構造体１８を囲むような形状に形成されている。
【００２３】
このように、ＭＥＭＳ素子１は半導体基板１０に構造体１８と配線部４０を有し、配線部４０の絶縁膜１１および層間絶縁膜２０，２２の上にはベースガードリング３１、ガードリング３３，３５が形成され、半導体基板１０までそれぞれを繋ぐようにベース貫通ガードリング３０、貫通ガードリング３２，３４が形成されている。そして、配線２１はベースガードリング３１、ガードリング３３，３５およびベース貫通ガードリング３０、貫通ガードリング３２，３４の外側に配置されている。
【００２４】
以上の構成のＭＥＭＳ素子１は、一方の固定電極１６ａと接地電極（図示せず）との間に交流電圧を印加することにより、櫛歯状の固定電極１６ａと可動電極１５との間に静電力を発生させて可動電極１５を平面的に振動させ、この振動の共振周波数を他方の固定電極１６ｂから取り出している。
【００２５】
このように、本実施形態のＭＥＭＳ素子１は、配線２１がガードリング３１，３３，３５および貫通ガードリング３０，３２，３４の外側に配置されているため、開口部３９において露出した層間絶縁膜２２，２０から進入した湿気はガードリング３１，３３，３５および貫通ガードリング３０，３２，３４が障壁となり、配線２１を湿気から保護することができる。このことから、ＭＥＭＳ素子１の耐湿性を良好とし、信頼性を向上させることができる。
（第２の実施形態）
【００２６】
次に、ＭＥＭＳ素子の製造方法について説明する。ＭＥＭＳ素子の製造においては、半導体ＣＭＯＳプロセスを用いている。
図２、図３、図４はＭＥＭＳ素子１の製造工程を示す概略断面図である。
【００２７】
まず、図２（ａ）においてシリコンからなる半導体基板１０上に熱酸化膜（ＳｉＯ2膜）である絶縁膜１１を形成し、その上にフォトレジストを塗布し、フォトレジスト膜１２を形成する。そして、フォトレジスト膜１２を所定の形状にパターニングする。その後、図２（ｂ）に示すように、パターニングされた半導体基板１０の上からＰイオンを注入し半導体基板１０にｎ型の下部電極１３を形成する。次に、フォトレジスト膜１２を除去し、再度フォトレジストを塗布し、下部電極１３の上方および配線部を形成する領域における絶縁膜１１の一部を除去するためにパターニングを行う。そして、図２（ｃ）に示すようにエッチングにより絶縁膜１１の一部を半導体基板１０表面までエッチングし、フォトレジストを除去する。次に、その上から図２（ｄ）に示すように、ポリシリコンからなる構造体形成膜１４を形成する。このとき、絶縁膜１１の一部を除去した部分にもポリシリコンが回り込んでいる。
【００２８】
次に、図３（ａ）に示すように、構造体形成膜１４をパターニングして、構造体１８（可動電極１５、固定電極１６ａ，１６ｂ）およびベース貫通ガードリング３０、ベースガードリング３１の形状を分離する。図５は、構造体１８とベース貫通ガードリング３０、ベースガードリング３１の形状と配置を示す概略平面図である。構造体１８を構成する可動電極１５および固定電極１６ａ，１６ｂは、櫛歯状の突起を有しそれぞれがかみ合うように配置している。また、ベース貫通ガードリング３０はベースガードリング３１に全周を接している。そして、ベース貫通ガードリング３０、ベースガードリング３１は、平面視において構造体１８を囲むように形成する。
【００２９】
次に、図３（ｂ）に示すように、構造体１８とベースガードリング３１の上に、ＳｉＯ2膜などの層間絶縁膜２０を形成する。続いて、図３（ｃ）に示すように、ベースガードリング３１上の層間絶縁膜２０の一部をパターニングして、ベースガードリング３１表面まで達する溝部２５を形成する。図６は溝部２５の配置を示す概略平面図であり、溝部２５は平面視において構造体１８を囲むように形成する。
その後、図３（ｄ）に示すように、層間絶縁膜２０の上からＡｌまたはＣｕなどの膜を形成し、パターニングして配線２１および貫通ガードリング３２、ガードリング３３を形成する。そして、その上に、層間絶縁膜２２を形成する。なお、配線２１は、半導体基板１０に設けた下部電極１３あるいは、半導体基板１０に設けられた回路素子と接続している。
【００３０】
次に、図４（ａ）に示すように、ガードリング３３上の層間絶縁膜２２の一部をパターニングして、ガードリング３３表面まで達する溝部２６を形成する。この溝部２６は平面視において構造体１８を囲むように形成する。
その後、図４（ｂ）に示すように、層間絶縁膜２２の上からＡｌまたはＣｕなどの膜を形成し、パターニングして貫通ガードリング３４、ガードリング３５を形成する。そして、その上にシリコンナイトライド（Ｓｉ3Ｎ4）膜などのパッシベーション膜２３を形成する。
【００３１】
次に、図４（ｃ）に示すように、構造体１８の上方に位置するパッシベーション膜２３および層間絶縁膜２２を異方性エッチング（ドライエッチング）し、開口部３８を形成する。この異方性エッチングでは、少なくとも構造体１８の表面が露出するまで行われる。
続いて、図４（ｄ）に示すように、構造体１８表面より下の層間絶縁膜２０および絶縁膜１１を犠牲層として等方性エッチング（ウェットエッチング）し、開口部３９を形成して構造体１８をリリースする。
【００３２】
パッシベーション膜２３の異方性エッチングにはＣＦ4などのエッチングガスが用いられる。また、層間絶縁膜２０，２２の異方性エッチングにはフッ素系あるいは塩素系のエッチングガスが用いられ、層間絶縁膜２０および絶縁膜１１の等方性エッチングにはフッ酸系のエッチング液が用いられる。
【００３３】
以上のように、本実施形態のＭＥＭＳ素子１の製造方法によれば、配線２１がガードリング３１，３３，３５および貫通ガードリング３０，３２，３４の外側に配置されているため、開口部３９において露出した層間絶縁膜２２，２０から進入した湿気はガードリング３１，３３，３５および貫通ガードリング３０，３２，３４が障壁となり、配線２１を湿気から保護することができる。このことから、ＭＥＭＳ素子１の耐湿性を良好とし、信頼性を向上させることができる。
【００３４】
また、構造体１８とベースガードリング３１およびベース貫通ガードリング３０をポリシリコンで形成することにより、それぞれを同じ工程で製造することができ、製造工程を削減し、工程の簡略化が図れる。
同様に、配線２１とガードリング３３，３５および貫通ガードリング３２，３４をＡｌ、Ｃｕなどの金属にて形成すれば、それぞれを同じ工程で製造することができ、製造工程を削減し、工程の簡略化が図れる。
【００３５】
なお、配線部４０に積層される配線は多層に積層してもよく、その場合には各層間絶縁膜間にガードリングおよび貫通ガードリングを多層に形成して配線を湿気から保護することができる。
【００３６】
また、本実施形態で構造体およびベース貫通ガードリング、ベースガードリングをポリシリコンで形成したが、ＣＭＯＳトランジスタにおけるシリサイド化された他のゲート電極材料を用いて実施することもできる。
【００３７】
本発明の実施形態において、ＭＥＭＳ共振器を例に取り説明したが、ＭＥＭＳ技術を利用したアクチュエータ、ジャイロセンサ、加速度センサにおいても実施が可能であり、同様の効果を享受することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態によるＭＥＭＳ素子の概略構成図であり、（ａ）はＭＥＭＳ素子の平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断線に沿う断面図。
【図２】ＭＥＭＳ素子の製造工程を示す概略断面図。
【図３】ＭＥＭＳ素子の製造工程を示す概略断面図。
【図４】ＭＥＭＳ素子の製造工程を示す概略断面図。
【図５】構造体とベース貫通ガードリング、ベースガードリングの形状と配置を示す概略平面図。
【図６】層間絶縁膜に形成する溝部の形状と配置を示す概略平面図。
【図７】発明が解決しようとする課題を説明するＭＥＭＳ素子の概略断面図。
【符号の説明】
【００３９】
１…ＭＥＭＳ素子、１０…半導体基板、１１…絶縁膜、１２…フォトレジスト膜、１３…下部電極、１４…構造体形成膜、１５…構造体を構成する可動電極、１６ａ，１６ｂ…構造体を構成する固定電極、１８…構造体、２０…層間絶縁膜、２１…配線、２２…層間絶縁膜、２３…パッシベーション膜、３０…貫通ガードリングとしてのベース貫通ガードリング、３１…ガードリングとしてのベースガードリング、３２，３４…貫通ガードリング、３３，３５…ガードリング、３９…開口部、４０…配線部。
【図１】
2006224220.tif 000003
【図２】
2006224220.tif 000004
【図３】
2006224220.tif 000005
【図４】
2006224220.tif 000006
【図５】
2006224220.tif 000007
【図６】
2006224220.tif 000008
【図７】
2006224220.tif 000009