(57)【要約】【課題】ＭＥＭＳ素子である可動部分を備えた可変容量素子を、容易に封止した状態に形成できるようにする。【解決手段】可変容量素子は、シリコンなどの半導体基板１０１の上に絶縁層１０２を介して備えられ、固定電極１０３と、固定電極１０３の上に所定距離離れて対向配置された板状の可動電極１０４と、可動電極１０４に一端が接続された複数のばね梁１０５と、固定電極１０３の周囲の絶縁層１０２の上に形成されてばね梁１０５の他端に接続する複数のアンカー１０６とを備える。また、この可変容量素子の外周を取り囲むような形で側壁枠１１０が形成され、この側壁枠１１０の上に、天井壁１１１が形成されている。これら側壁枠１１０と天井壁１１１とにより、可変容量素子を取り囲む容器が形成されている。【選択図】  図１
2006147995.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の上に形成されて、前記半導体基板の上の所望の領域の外周を取り囲むように形成された側壁枠、及び前記側壁枠に支持されて前記半導体基板の面と対向する板状の天井壁から構成された容器構造と、
前記半導体基板の上の前記領域の内部に形成されて前記容器構造の内部に封止された容量素子とを少なくとも備え、
前記容量素子は、
前記半導体基板の上に固定された固定電極と、
前記固定電極の上に所定距離離間して対向配置された板状の可動電極と、
この可動電極を前記半導体基板の上に支持する支持構造体と
を少なくとも備え、
前記固定電極及び前記可動電極とで平行平板容量が形成されている
ことを特徴とする可変容量素子。
【請求項２】
請求項１記載の可変容量素子において、
前記側壁枠及び前記天井壁は、金属材料から構成されたものである
ことを特徴とする可変容量素子。
【請求項３】
請求項１または２記載の可変容量素子において、
前記半導体基板に形成された半導体集積回路と、前記半導体基板の上に形成された絶縁層とを備え、
前記可変容量素子は、前記絶縁層により前記半導体集積回路と分離され、
前記可変容量素子は、前記絶縁層に形成された開口部を介して前記半導体集積回路に接続されている
ことを特徴とする可変容量素子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の可変容量素子において、
前記固定電極の前記可動電極との対向面に形成された絶縁膜
を備えることを特徴とする可変容量素子。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の可変容量素子において、
前記可動電極の前記固定電極との対向面に形成された第１絶縁膜と、
前記可動電極の前記対向面とは反対側の面に形成された第２絶縁膜と
を備えることを特徴とする可変容量素子。
【請求項６】
半導体基板の上に所望領域の外周を取り囲むように側壁枠が形成された状態とする工程と、
前記側壁枠の内側の前記半導体基板の上に容量素子が形成され、また、前記側壁枠の内側の領域の空間を埋めるように犠牲層が形成された状態とする工程と、
前記側壁枠及び前記犠牲層の上に、複数の開口を備えて前記半導体基板の面と対向する天井壁が形成された状態とする工程と、
前記天井壁の前記開口を介したエッチングにより前記犠牲層を除去する工程と
を少なくとも備え、
前記容量素子は、
前記半導体基板上に固定された固定電極と、
前記固定電極と所定距離離間して対向配置された平板状の可動電極と、
前記可動電極を前記半導体基板上に支持する支持構造体と
から構成され、
前記固定電極及び前記可動電極とで平行平板容量が形成されている
ことを特徴とする可変容量素子の製造方法。
【請求項７】
請求項６記載の可変容量素子の製造方法において、
前記半導体基板の上に第１シード層が形成された状態とする第１工程と、
前記第１シード層の上に、メッキ法により第１金属パターンとこれより厚い第２金属パターンが形成された状態とし、この後、露出している前記第１シード層が選択的に除去された状態とする第２工程と、
有機樹脂膜が形成された状態とし、かつこの有機樹脂膜の表面で前記第２金属パターンの上部が露出した状態とすることで、前記第１金属パターンを覆い前記第２金属パターンの上部が露出した第１犠牲層が形成された状態とする第３工程と、
前記第１犠牲層の上に第２シード層が形成された状態とする第４工程と、
前記第２シード層の上に、メッキ法により第３金属パターンとこれより厚い第４金属パターンとが形成された状態とし、この後、露出している前記第２シード層が選択的に除去された状態とする第５工程と、
有機樹脂膜が形成された状態とし、かつこの有機樹脂膜の表面で前記第４金属パターンの上部が露出した状態とすることで、前記第３金属パターンを覆い前記第４金属パターンの上部が露出した第２犠牲層が形成された状態とする第６工程と、
前記第２犠牲層の上に第３シード層が形成された状態とする第７工程と、
前記第３シード層の上に、メッキ法により複数の開口を備える第５金属パターンが形成された状態とし、この後、露出している前記第３シード層が選択的に除去された状態とする第８工程と、
前記第５金属パターンの開口部を介して前記有機樹脂膜を除去するエッチング手段を作用させることで、前記第１犠牲層及び第２犠牲層が除去された状態とする第９工程と、
前記第５金属パターンの上に有機樹脂膜を貼り合わせて前記第５金属パターンの開口部が塞がれた状態とする第１０工程と
を少なくとも備える
ことを特徴とする可変容量素子の製造方法。
【請求項８】
請求項６記載の可変容量素子の製造方法において、
前記半導体基板の上に第１シード層が形成された状態とする第１工程と、
前記第１シード層の上に、メッキ法により第１金属パターンとこれより厚い第２金属パターンが形成された状態とし、この後、露出している前記第１シード層が選択的に除去された状態とする第２工程と、
前記第１金属パターンを覆うように前記半導体基板の上に絶縁層が形成された状態とする第３工程と、
前記絶縁層の上に第２シード層が形成された状態とする第４工程と、
前記第２シード層の上に、メッキ法により第２金属パターンが形成された状態とし、この後、露出している前記第２シード層が選択的に除去された状態とする第５工程と、
有機樹脂膜が形成された状態とし、かつこの有機樹脂膜の表面で前記第２金属パターンの上部が露出した状態とすることで、前記第２金属パターンの上部が露出した第１犠牲層が形成された状態とする第６工程と、
前記第１犠牲層の上に第３シード層が形成された状態とする第７工程と、
前記第３シード層の上に、メッキ法により第３金属パターンとこれより厚い第４金属パターンとが形成された状態とし、この後、露出している前記第３シード層が選択的に除去された状態とする第８工程と、
有機樹脂膜が形成された状態とし、かつこの有機樹脂膜の表面で前記第４金属パターンの上部が露出した状態とすることで、前記第３金属パターンを覆い前記第４金属パターンの上部が露出した第２犠牲層が形成された状態とする第９工程と、
前記第２犠牲層の上に第４シード層が形成された状態とする第１０工程と、
前記第４シード層の上に、メッキ法により複数の開口を備える第５金属パターンが形成された状態とし、この後、露出している前記第４シード層が選択的に除去された状態とする第１１工程と、
前記第５金属パターンの開口部を介して前記有機樹脂膜を除去するエッチング手段を作用させることで、前記第１犠牲層及び第２犠牲層が除去された状態とする第１２工程と、
前記第５金属パターンの上に有機樹脂膜を貼り合わせて前記第５金属パターンの開口部が塞がれた状態とする第１３工程と
を少なくとも備える
ことを特徴とする可変容量素子の製造方法。
【請求項９】
請求項６記載の可変容量素子の製造方法において、
前記半導体基板の上に第１シード層が形成された状態とする第１工程と、
前記第１シード層の上に、メッキ法により第１金属パターンとこれより厚い第２金属パターンが形成された状態とし、この後、露出している前記第１シード層が選択的に除去された状態とする第２工程と、
有機樹脂膜が形成された状態とし、かつこの有機樹脂膜の表面で前記第２金属パターンの上部が露出した状態とすることで、前記第１金属パターンを覆い前記第２金属パターンの上部が露出した第１犠牲層が形成された状態とする第３工程と、
前記第１犠牲層の上の前記第１金属パターンの上部に当たる所定領域に第１無機絶縁膜が形成された状態とする第４工程と、
前記第１犠牲層の上に第２シード層が形成された状態とする第５工程と、
前記第２シード層の上に、メッキ法により第３金属パターンが形成された状態とし、この後、露出している前記第２シード層が選択的に除去された状態とする第６工程と、
有機樹脂膜が形成された状態とし、かつこの有機樹脂膜の表面で前記第３金属パターンの上部が露出した状態とすることで、前記第１無機絶縁膜を覆い前記第３金属パターンの上部が露出した第２犠牲層が形成された状態とする第７工程と、
前記第２犠牲層の上に第３シード層が形成された状態とする第８工程と、
前記第３シード層の上に、メッキ法により第４金属パターンとこれより厚い第５金属パターンとが形成された状態とし、この後、露出している前記第３シード層が選択的に除去された状態とする第９工程と、
前記第４金属パターンの上に第２無機絶縁膜が形成された状態とする第１０工程と、
有機樹脂膜が形成された状態とし、かつこの有機樹脂膜の表面で前記第５金属パターンの上部が露出した状態とすることで、前記第４金属パターン及び前記第２無機絶縁膜を覆い前記第５金属パターンの上部が露出した第３犠牲層が形成された状態とする第１１工程と、
前記第３犠牲層の上に第４シード層が形成された状態とする第１２工程と、
前記第４シード層の上に、メッキ法により複数の開口を備える第６金属パターンが形成された状態とし、この後、露出している前記第４シード層が選択的に除去された状態とする第１３工程と、
前記第６金属パターンの開口部を介して前記有機樹脂膜を除去するエッチング手段を作用させることで、前記第１犠牲層，第２犠牲層，及び第３犠牲層が除去された状態とする第１４工程と、
前記第６金属パターンの上に有機樹脂膜を貼り合わせて前記第６金属パターンの開口部が塞がれた状態とする第１５工程と
を少なくとも備える
ことを特徴とする可変容量素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロマシン技術により半導体基板の上に作製される可変容量素子及びその製造方法に関するものであり、特に、半導体集積回路と一体で製造することが可能で、かつ封止するための構造が、可変容量素子と一体化された容量素子構造とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリコン基板上に作製された種々のマイクロマシンが、様々な応用分野において広く利用されている（非特許文献１参照）。シリコンは大量に安価に入手でき、また、ＬＳＩの製造技術を基本としたマイクロマシン加工技術により、非常に高い寸法精度や加工精度を維持した状態で小型化が容易であり、加えて、量産が可能であるため、シリコンを用いたマイクロマシンの開発が盛んに行われている。
【０００３】
近年では、ＭＥＭＳ（MicroElectro Mechanical System）技術と呼ばれる技術分野を作り上げるまでになり、非特許文献１に記載されている応用分野以外にも、各種センサー，医療，光通信，無線通信などの分野にも応用が広がっている。中でも、無線信号などの高周波信号を処理するＭＥＭＳ（ＲＦＭＥＭＳと呼ばれている）は、幅広い研究開発が進められている。ＲＦＭＥＭＳ素子には、インダクタ，スイッチ，可変容量，共振子，フィルタ，伝送線路，アンテナなど非常に多くの種類がある。
【０００４】
例えば、特許文献１に示されているＭＥＭＳ可変容量素子は、図１１（ａ）に概略構成を示すように、シリコンからなる基板１１０１の上に、マイクロマシン加工技術により形成された凹部１１０２を備え、凹部１１０２の底面に基準電極１１０３を備えている。また、図１１（ａ）に示すＭＥＭＳ可変容量素子は、基準電極１１０３の上部を通り凹部１１０２を跨ぐように可動電極１１０４が設けられ、基準電極１１０３と可動電極１１０４とにより容量が形成されている。基準電極１１０３と可動電極１１０４との間に直流のバイアス電圧を印加すると、静電力により可動電極１１０４が基準電極１１０３の側にたわみ変形し、電極間の距離が変化する。従って、基準電極１１０３と可動電極１１０４との間の静電容量が、両電極間に印加したバイアス電圧によって変化することになる。このように、図１１（ａ）に示す素子は、バイアス電圧によって制御される可変容量素子として機能する。
【０００５】
また、特許文献１には、図１１（ｂ）に示す可変容量素子も示されている。図１１（ｂ）に示す可変容量素子は、図１１（ａ）に示す素子に加え、基板１１０１の上に、凹部１１０６を備えた基板１１０５が固定され、凹部１１０６の底部に駆動電極１１０７を備えている。可動電極１１０４は基準電極１１０３に対向配置し、駆動電極１１０７は可動電極１１０４に対向配置している。
【０００６】
図１１（ｂ）に示す可変容量素子では、可動電極１１０４と駆動電極１１０７との間に直流のバイアス電圧を印加することで、静電力により可動電極１１０４がたわみ変形し、可動電極１１０４と基準電極１１０３との間の距離が変化する。従って、基準電極１１０３と可動電極１１０４との間の静電容量が、可動電極１１０４と駆動電極１１０７との間に印加したバイアス電圧によって変化することになる。このように、図１１（ｂ）に示す素子も、バイアス電圧によって制御される可変容量素子として機能する。
【０００７】
これらの特許文献１に記載されている可変容量では、凹部１１０２もしくは凹部１１０６による空間により、可動電極１１０４の変位を可能としているが、可変容量素子としての特性・品質を保証するためには、上記空間が封止された状態とすることが必要となる。なお、特許文献１には、上記素子の封止に関する記載はない。
【０００８】
また、図１２に示す可変容量素子も提案されている（非特許文献２参照）。図１２に示されている素子は、絶縁されたシリコン基板１２０１上にポリシリコンからなる固定電極１２０２と駆動電極１２０３を備えている。また、これら電極の上方には、所定距離離間して配置された可動電極１２０４を備え、可動電極１２０４は、ばね梁１２０５を介してアンカー１２０６によりシリコン基板１２０１の上に支持されている。可動電極１２０４は、弾性体であるばね梁１２０５により貼着され、上下方向に変位可能とされている。この素子では、駆動電極１２０３と可動電極１２０４の間に直流のバイアス電圧を印加すると、可動電極１２０４に働く静電力とばね梁１２０５の復元力とが平衡する位置に可動電極１２０４が変位し、固定電極１２０２と可動電極１２０４の間の静電容量がバイアス電圧によって変化する可変容量素子として働く。
【０００９】
図１２に示す素子においても、少なくとも可動電極１２０４の下方に可動空間１２０７を備え、可動電極１２０４の変位を可能としている。従って、この素子においても、可変容量素子としての特性や品質を保証するためには、可動空間１２０７が封止された状態とすることが必要となる。なお、非特許文献２には、上記素子の封止に関する記載はない。
【００１０】
次に、ＭＥＭＳ素子を封止する従来技術について説明する。ＭＥＭＳ素子の封止方法については既にいくつか提案されており、大別すると、シリコンウェハからＭＥＭＳ素子を切り出した後に素子毎に封止する方法と、シリコンウェハの状態でＭＥＭＳ素子を一括で封止した後に個別のチップとして切り出す方法がある。
【００１１】
前者の素子毎に封止する方法は、公知の気密封止（ハーメチックシール）と類似の方法によりＭＥＭＳ素子をパッケージに実装する方法である。この場合、ＭＥＭＳ素子をウェハ上に作製した後、実装のために素子を切り出す工程や、切り出した素子のハンドリングにおいて、可動部に加わる振動などにより可動部が破損する危険性がある。ＭＥＭＳ素子の実装工程では、微細な可動部の破損を防止するために細心の取り扱いが必要であり、実装後の検査工程では１つ１つの素子について品質を保証することが必要となる。
【００１２】
次に、後者のウェハの状態で一括して封止する方法の従来技術について説明する（非特許文献３，４，５参照）。非特許文献３では、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）共振子のパッケージを形成するために、ガラス基板に空間を作製し、この中にＳＡＷチップを収容し、最後に２枚のガラス基板を貼り合わせてＳＡＷチップを封止する方法が示されている。また、非特許文献４では、ウェハ上にＭＥＭＳ素子を作製した後に、封止するための別の基板（封止チップ）を用意し、封止チップの上にＭＥＭＳ素子の周囲を囲むような形状のＢＣＢ（Benzocycrobutene:ベンゾシクロブテン）膜による枠パターンを形成し、ＭＥＭＳ素子を作製したウェハに、この封止チップをフリップチップで貼り付けることで封止する方法が示されている。また、非特許文献５では、ウェハ上に作製したＭＥＭＳ素子を素子サイズよりわずかに大きい程度の小型容器（マイクロキャップ）で覆い、この上からＬＣＰ（Liquid Crystal Polymer）と呼ばれる材料を堆積して固化させ、封止する方法が示されている。
【００１３】
非特許文献３に示されている封止方法は、種々のＭＥＭＳ素子の封止方法として利用可能である。また、非特許文献４に示されている封止方法は、中に封止するＭＥＭＳ素子については限定しておらず、種々のＭＥＭＳ素子の封止方法として利用可能である。また、非特許文献５には、３×３に正方配列したＭＥＭＳ可変容量を封止した結果が示されているが、ＭＥＭＳ可変容量１個を封止することを含み、種々のＭＥＭＳ素子の封止方法としても利用可能である。
【００１４】
なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
【特許文献１】特許第３３８９７６９号公報
【非特許文献１】K.E.Petersen,"Silicon as a mechanical materia1", Proc. IEEE, Vol.70, No.5, pp.420-457, May 1982.
【非特許文献２】T.K.K.Tsang, M.N.El-Gamal, "Very wide tuning micro-electromechanical capacitors in the MUMPs process for RF applications", 2003 Symp. VLSI Circuits, pp.33-36, June 2003.
【非特許文献３】D.Ando, K.Oishi, T.Nakamura, and S.Umeda,"Glass direct bonding technology for hermetic seal package", IEEE 10th Int. Wiorkshop on Micro Electro Mechanical Systems, pp.186-190, Jan.1997.
【非特許文献４】A.Jourdain, P.De Moor, S.Pamidighantam, and A.C.Tilmans, "Investigation of the hermeticity of BCB-sealed cavities for housing (RF-) MEMS devices", 15th IEEE Int.Conf. Micro Electro Mechanical Systems, pp.677-680, Jan.2002.
【非特許文献５】F.F.Faheem, K.C.Gupta, and Y.-C.Lee, "Flip-chip assembly and liquid crystal polymer encapsulation for variable MEMS capacitors", IEEE Trans. Microwave Theory and Tech., Vol.51, No.12, pp.2562-2567, Dec.2003.
【非特許文献６】N.Sato, H.Ishii, S.Shigematu, H.Morimura, T.Kamei, K.Kudou, M.Yano, K.Machida, H.Kyuragi, "A sealing technique for stacking MEMS on LSI using spin-coating film transfer and hot pressing",Jpn.J.App1.Phys., Vol.42, Part 1, No.4B, pp.2462-2467, Apr.2003.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上述した各文献に示されているいずれの封止方法においても、ＭＥＭＳ素子を製造するための製造プロセス以外に、ＭＥＭＳ素子を封止するために特殊な専用プロセスや封止後の追加検査工程などが必要となり、実装も含めたＭＥＭＳ素子の製造コストを下げることが非常に困難であった。また、いずれの封止方法においても、少なくとも、支持基板と封止するための構造体を精度よく位置合わせして、お互いを固着させることが必要であり、機械的な位置合わせが必要となる。この結果、従来の技術では、封止に必要な構造体を含むＭＥＭＳ素子全体の平面寸法を小さくすること、及び全体の厚さを薄層化することが、非常に困難であった。
【００１６】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、ＭＥＭＳ素子である可動部分を備えた可変容量素子を、容易に封止した状態に形成できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明に係る可変容量素子は、半導体基板の上に形成されて、半導体基板の上の所望の領域の外周を取り囲むように形成された側壁枠、及び側壁枠に支持されて半導体基板の面と対向する板状の天井壁から構成された容器構造と、半導体基板の上の領域の内部に形成されて容器構造の内部に封止された容量素子とを少なくとも備え、容量素子は、半導体基板の上に固定された固定電極と、固定電極の上に所定距離離間して対向配置された板状の可動電極と、この可動電極を半導体基板の上に支持する支持構造体とを少なくとも備え、固定電極及び可動電極とで平行平板容量が形成されているようにしたものである。
【００１８】
上記可変容量素子において、側壁枠及び天井壁は、金属材料から構成されていてもよい。また、半導体基板に形成された半導体集積回路と、半導体基板の上に形成された絶縁層とを備え、可変容量素子は、絶縁層により半導体集積回路と分離され、可変容量素子は、絶縁層に形成された開口部を介して半導体集積回路に接続されているようにしてもよい。また、固定電極の可動電極との対向面に形成された絶縁膜を備えるようにしてもよい。また、可動電極の固定電極との対向面に形成された第１絶縁膜と、可動電極の対向面とは反対側の面に形成された第２絶縁膜とを備えるようにしてもよい。
【００１９】
また、本発明に係る可変容量素子の製造方法は、半導体基板の上に所望領域の外周を取り囲むように側壁枠が形成された状態とする工程と、側壁枠の内側の半導体基板の上に容量素子が形成され、また、側壁枠の内側の領域の空間を埋めるように犠牲層が形成された状態とする工程と、側壁枠及び犠牲層の上に、複数の開口を備えて半導体基板の面と対向する天井壁が形成された状態とする工程と、天井壁の開口を介したエッチングにより犠牲層を除去する工程とを少なくとも備え、容量素子は、半導体基板上に固定された固定電極と、固定電極と所定距離離間して対向配置された平板状の可動電極と、可動電極を半導体基板上に支持する支持構造体とから構成され、固定電極及び可動電極とで平行平板容量が形成されているようにしたものである。
【００２０】
上記製造方法において、例えば、半導体基板の上に第１シード層が形成された状態とする第１工程と、第１シード層の上に、メッキ法により第１金属パターンとこれより厚い第２金属パターンが形成された状態とし、この後、露出している第１シード層が選択的に除去された状態とする第２工程と、有機樹脂膜が形成された状態とし、かつこの有機樹脂膜の表面で第２金属パターンの上部が露出した状態とすることで、第１金属パターンを覆い第２金属パターンの上部が露出した第１犠牲層が形成された状態とする第３工程と、第１犠牲層の上に第２シード層が形成された状態とする第４工程と、第２シード層の上に、メッキ法により第３金属パターンとこれより厚い第４金属パターンとが形成された状態とし、この後、露出している第２シード層が選択的に除去された状態とする第５工程と、有機樹脂膜が形成された状態とし、かつこの有機樹脂膜の表面で第４金属パターンの上部が露出した状態とすることで、第３金属パターンを覆い第４金属パターンの上部が露出した第２犠牲層が形成された状態とする第６工程と、第２犠牲層の上に第３シード層が形成された状態とする第７工程と、第３シード層の上に、メッキ法により複数の開口を備える第５金属パターンが形成された状態とし、この後、露出している第３シード層が選択的に除去された状態とする第８工程と、第５金属パターンの開口部を介して有機樹脂膜を除去するエッチング手段を作用させることで、第１犠牲層及び第２犠牲層が除去された状態とする第９工程と、第５金属パターンの上に有機樹脂膜を貼り合わせて第５金属パターンの開口部が塞がれた状態とする第１０工程とを少なくとも備えるようにしてもよい。
【００２１】
また、上記製造方法において、半導体基板の上に第１シード層が形成された状態とする第１工程と、第１シード層の上に、メッキ法により第１金属パターンとこれより厚い第２金属パターンが形成された状態とし、この後、露出している第１シード層が選択的に除去された状態とする第２工程と、第１金属パターンを覆うように半導体基板の上に絶縁層が形成された状態とする第３工程と、絶縁層の上に第２シード層が形成された状態とする第４工程と、第２シード層の上に、メッキ法により第２金属パターンが形成された状態とし、この後、露出している第２シード層が選択的に除去された状態とする第５工程と、有機樹脂膜が形成された状態とし、かつこの有機樹脂膜の表面で第２金属パターンの上部が露出した状態とすることで、第２金属パターンの上部が露出した第１犠牲層が形成された状態とする第６工程と、第１犠牲層の上に第３シード層が形成された状態とする第７工程と、第３シード層の上に、メッキ法により第３金属パターンとこれより厚い第４金属パターンとが形成された状態とし、この後、露出している第３シード層が選択的に除去された状態とする第８工程と、有機樹脂膜が形成された状態とし、かつこの有機樹脂膜の表面で第４金属パターンの上部が露出した状態とすることで、第３金属パターンを覆い第４金属パターンの上部が露出した第２犠牲層が形成された状態とする第９工程と、第２犠牲層の上に第４シード層が形成された状態とする第１０工程と、第４シード層の上に、メッキ法により複数の開口を備える第５金属パターンが形成された状態とし、この後、露出している第４シード層が選択的に除去された状態とする第１１工程と、第５金属パターンの開口部を介して有機樹脂膜を除去するエッチング手段を作用させることで、第１犠牲層及び第２犠牲層が除去された状態とする第１２工程と、第５金属パターンの上に有機樹脂膜を貼り合わせて第５金属パターンの開口部が塞がれた状態とする第１３工程とを少なくとも備えるようにしてもよい。
【００２２】
また、上記可変容量素子の製造方法において、半導体基板の上に第１シード層が形成された状態とする第１工程と、第１シード層の上に、メッキ法により第１金属パターンとこれより厚い第２金属パターンが形成された状態とし、この後、露出している第１シード層が選択的に除去された状態とする第２工程と、有機樹脂膜が形成された状態とし、かつこの有機樹脂膜の表面で第２金属パターンの上部が露出した状態とすることで、第１金属パターンを覆い第２金属パターンの上部が露出した第１犠牲層が形成された状態とする第３工程と、第１犠牲層の上の第１金属パターンの上部に当たる所定領域に第１無機絶縁膜が形成された状態とする第４工程と、第１犠牲層の上に第２シード層が形成された状態とする第５工程と、第２シード層の上に、メッキ法により第３金属パターンが形成された状態とし、この後、露出している第２シード層が選択的に除去された状態とする第６工程と、有機樹脂膜が形成された状態とし、かつこの有機樹脂膜の表面で第３金属パターンの上部が露出した状態とすることで、第１無機絶縁膜を覆い第３金属パターンの上部が露出した第２犠牲層が形成された状態とする第７工程と、第２犠牲層の上に第３シード層が形成された状態とする第８工程と、第３シード層の上に、メッキ法により第４金属パターンとこれより厚い第５金属パターンとが形成された状態とし、この後、露出している第３シード層が選択的に除去された状態とする第９工程と、第４金属パターンの上に第２無機絶縁膜が形成された状態とする第１０工程と、有機樹脂膜が形成された状態とし、かつこの有機樹脂膜の表面で第５金属パターンの上部が露出した状態とすることで、第４金属パターン及び第２無機絶縁膜を覆い第５金属パターンの上部が露出した第３犠牲層が形成された状態とする第１１工程と、第３犠牲層の上に第４シード層が形成された状態とする第１２工程と、第４シード層の上に、メッキ法により複数の開口を備える第６金属パターンが形成された状態とし、この後、露出している第４シード層が選択的に除去された状態とする第１３工程と、第６金属パターンの開口部を介して有機樹脂膜を除去するエッチング手段を作用させることで、第１犠牲層，第２犠牲層，及び第３犠牲層が除去された状態とする第１４工程と、第６金属パターンの上に有機樹脂膜を貼り合わせて第６金属パターンの開口部が塞がれた状態とする第１５工程とを少なくとも備えるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明によれば、半導体基板の上に、所望の領域の外周を取り囲むように形成された側壁枠、及び側壁枠に支持されて半導体基板の面と対向する板状の天井壁から構成された容器構造を形成し、この容器構造の内部に、可動電極を備える可変容量素子が封止されているようにした。この結果、半導体基板の上に作成された容器構造の中に、静電力により動作する平行平板容量を封止した可変容量素子が容易に実現され、また封止まで終了しているので、例えば、製造の後には通常の半導体装置、電子部品などと同様に取り扱うことができる。また、可変容量素子を封止するための構造体の機械的な位置合わせが不要となり、高い寸法精度を有する汎用的な半導体製造プロセスのみで素子を封止することができるので、従来と比較して、より小型、より薄型の可変容量素子が、実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における可変容量素子の構成例を示す平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。図１（ａ）は、第１の実施の形態に係わる可変容量素子を上面から見た平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ’断面である。図１（ａ），（ｂ）に示す可変容量素子は、一方の電極を可動とした平行平板構造による可変容量素子と、この可変容量素子を封止する容器構造とにより構成される。
【００２５】
まず、可変容量素子の構造について説明する。可変容量素子は、シリコンなどの半導体基板１０１の上に絶縁層１０２を介して備えられ、固定電極１０３と、固定電極１０３の上に所定距離離れて対向配置された板状の可動電極１０４と、可動電極１０４に一端が接続された複数のばね梁１０５と、固定電極１０３の周囲の絶縁層１０２の上に形成されてばね梁１０５の他端に接続する複数のアンカー１０６とを備える。ばね梁１０５とアンカー１０６とで、可動電極１０４を基板１０１の上に支持する支持構造体が形成されている。なお、図１に示す可変容量素子では、固定電極１０３と可動電極１０４とは、法線の方向を同一としている。
【００２６】
なお、固定電極１０３には、パッド端子１０７が接続され、可動電極１０４には、ばね梁１０５及びアンカー１０６を介してパッド端子１０８が接続されている。パッド端子１０７とパッド端子１０８は、例えば、コンタクトホールを介して絶縁層１０２の下に設けた配線層に接続し、接続した配線層により側壁枠１１０の外と接続することができる。ばね梁１０５及びアンカー１０６は、可動電極１０４とパッド端子１０８を電気的に接続するものであり、電気抵抗の小さい金属材料により形成されることが望ましい。なお、ばね梁１０５及びアンカー１０６は、金属材料以外の、例えばポリシリコンや無機絶縁膜などで形成されていてもよい。例えば、低抵抗のポリシリコンを用いることで、電気的な接続が可能となる。また、絶縁材料からばね梁１０５及びアンカー１０６を構成しても、これらに金属材料からなる配線を備えるようにすることで、上述した電気的な接続をとるようにしてもよい。
【００２７】
可動電極１０４には、所望の間隔毎に、可動電極１０４の面積と比較して十分小さい複数の開口１０９を設けることが望ましい。可動電極１０４の周囲に中空構造を形成するためには、例えば、犠牲層を用いる技術がある。犠牲層を用いる場合、可動電極１０４を形成した後、犠牲層を除去する必要がある。この除去を容易にするために、開口１０９を備える。なお、可動電極１０４の側方が開放し、可動電極１０４の大きさが横方向エッチング量の２倍以内であれば、開口１０９を設けなくともよい。
【００２８】
次に、可変容量素子を取り囲む容器について説明する。前述の可変容量素子の外周を取り囲むような形で側壁枠１１０が形成され、この側壁枠１１０の上に、天井壁１１１が形成されている。これら側壁枠１１０と天井壁１１１とにより、可変容量素子を取り囲む容器が形成されている。なお、図１（ａ）では、平面構造を見やすくするために、天井壁１１１は省略して示している。
【００２９】
従来技術においては、基板の上に作製したＭＥＭＳ素子を封止するために、立体的な形状を有する容器構造、例えばＭＥＭＳ素子全体を覆う箱状の構造を上から被せる封止方法を用いている。これに対し、図１に示す側壁枠１１０と天井壁１１１とによる容器の構造は、側壁枠１１０を絶縁層１０２の上に形成し、側壁枠１１０の上に天井壁１１１を形成しており、容器構造が、側壁枠１１０と天井壁１１１との２つに分けた構造を有している。側壁枠１１０は、汎用的な半導体プロセスにより絶縁層１０２の上に容易に形成することが可能である。また、天井壁１１１は、平板状の形状であるので、汎用的な薄膜形成プロセスなどで容易に形成することができる。加えて、天井壁１１１は平板状であるため、これを貼り合わせ技術などにより形成する場合にも、従来方法よりも容器構造の形成が容易である。
【００３０】
この容器により、希ガスなどの不活性ガス雰囲気中や減圧された雰囲気中に、可変容量素子を封止することが可能となる。また、金属材料により側壁枠１１０及び天井壁１１１が構成されれば、容器構造の内部に形成された可変容量素子を電気的に遮蔽でき、素子への外部雑音などの影響や外部への不要放射を遮断することが可能となる。容器の平面形状について、図１（ａ）では長方形として示しているが、これに限るものではなく、内部の可変容量素子の構造により、平面形状が三角形や六角形などの多角形であってもよい。また、容器（側壁枠１１０）の平面形状は、凹部を備える多角形であってもよい。
【００３１】
次に、容器内部の可変容量素子の動作について説明する。パッド端子１０７（固定電極１０３）とパッド端子１０８（可動電極１０４）との間に電圧Ｖを印加すると、静電力によって可動電極１０４は固定電極１０３に引き付けられる。可動電極１０４が固定電極１０３側に変位すると、ばね梁１０５がたわみ、変位量に比例したばね梁１０５の復元力により、可動電極１０４を逆方向に戻そうとする力が働く。なお、復元力は、ばね梁１０５の弾性限界の範囲内で働くものである。可動電極１０４は、上記静電力と復元力がつり合う位置まで変位し、電圧Ｖを印加している限り、つり合う位置で保持される。
【００３２】
静電力と復元力がつり合う条件は、可動電極１０４の元の位置からの変位量をｘとすると、「０．５×ε×Ｓ×Ｖ2÷（ｄ−ｘ）2＝ｋｘ」で表すことができる。ここで、εは固定電極１０３と可動電極１０４の間のギャップの誘電率、Ｓは固定電極１０３と可動電極１０４が重なる部分の面積、Ｖは印加する電圧、ｄは初期のギャップ距離、ｋはばね梁１０５のばね定数を表している、また、上記式は、電圧印加に伴う変化が線形で可逆的であるとして式を導出している。この式から、電圧Ｖを大きくすると変位量ｘが大きくなり、固定電極１０３と可動電極１０４とで構成される平行平板容量の静電容量が大きくなることが分かる。電圧Ｖをゼロにすると、可動電極１０４は元の位置に戻る。従って、固定電極１０３と可動電極１０４で構成される容量素子は、静電容量を印加電圧Ｖによって制御できる可変容量素子として機能する。
【００３３】
次に、本実施の形態における可変容量素子の他の構成例について説明する。図２は、本発明の実施の形態における他の可変容量素子の構成例を示す断面図である。図２に示す可変容量素子について説明すると、まず、シリコンなどの半導体基板１０１上に絶縁層１０２を備え、絶縁層１０２の上に固定電極１０３を備え、固定電極１０３を覆うように絶縁層１０２の上に絶縁層１１２を備える。また、絶縁層１１２の上に所定距離離れて固定電極１０３に対向配置された板状の可動電極１０４と、可動電極１０４に一端が接続された複数のばね梁１０５と、固定電極１０３の周囲の絶縁層１１２の上に形成されてばね梁１０５の他端に接続する複数のアンカー１０６とを備える。図２に示す可変容量素子においても、固定電極１０３と可動電極１０４とは、法線の方向を同一としている。
【００３４】
また、可変容量素子を取り囲む容器は、可変容量素子の外周を取り囲む側壁枠１１０と、この上に形成された天井壁１１１とから構成されている。なお、可動電極１０４，ばね梁１０５，アンカー１０６，側壁枠１１０，天井壁１１１は、図１に示す構成と同様である。図２に示す可変容量素子では、固定電極１０３が絶縁層１１２に覆われている点で、図１に示す可変容量素子と異なっている。
【００３５】
図２に示す可変容量素子では、固定電極１０３が絶縁層１１２で覆われているため、固定電極１０３と可動電極１０４との接触（ショート）や貼り付き（スティッキング）が抑制できるようになる。前述したように、本可変容量素子は、固定電極１０３と可動電極１０４の間に電圧Ｖを印加することで、電極間の静電容量を制御する。しかしながら、所定の閾値を越える電圧Ｖが印加されると、静電力が復元力より大きくなり、つり合いの条件が成り立たなくなる。この電圧Ｖの閾値はｐｕｌｌ−ｉｎ電圧として知られており、「Ｖ＝｛８÷２７×ｋ×ｄ3÷（εＳ）｝1/2」で表すことができる。電圧Ｖがｐｕｌｌ−ｉｎ電圧を越えると、可動電極１０４が固定電極１０３に貼り付く。しかしながら、図２に示す可変容量素子では、固定電極１０３の表面が絶縁層１１２で覆われているので、電極同士のショートやスティッキングが抑制できるようになる。
【００３６】
また、固定電極１０３に接続されたパッド端子（図示せず）と、可動電極１０４にばね梁１０５及びアンカー１０６を介して接続されたパッド端子（図示せず）は、固定電極１０３と同様に絶縁層１１２に覆われている。これらのパッド端子は、必要に応じて絶縁層１１２の上に露出させてもよく、側壁枠１１０の下を通過して側壁枠１１０の外に設けてもよい。絶縁層１０２の下に半導体集積回路が備えられている場合には、絶縁層１０２にコンタクトホールを形成し、上述した各パッド端子が、半導体集積回路の配線層と接続されていてもよい。
【００３７】
次に、本実施の形態における可変容量素子の他の構成例について説明する。図３は、本発明の実施の形態における他の可変容量素子の構成例を示す断面図である。図３に示す可変容量素子について説明すると、シリコンなどの半導体基板１０１の上に絶縁層１０２を介して備えられ、固定電極１０３と、固定電極１０３の上に所定距離離れて対向配置された板状の可動電極１０４と、可動電極１０４に一端が接続された複数のばね梁１０５と、固定電極１０３の周囲の絶縁層１０２の上に形成されてばね梁１０５の他端に接続する複数のアンカー１０６とを備える。図３に示す可変容量素子では、固定電極１０３と可動電極１０４とは、法線の方向を同一としている。
【００３８】
また、可変容量素子を取り囲む容器は、可変容量素子の外周を取り囲む側壁枠１１０と、この上に形成された天井壁１１１とから構成されている。なお、可動電極１０４，ばね梁１０５，アンカー１０６，側壁枠１１０，天井壁１１１は、図１に示す構成と同様である。図３に示す可変容量素子では、上述した構成に加え、可動電極１０４の両面に各々膜厚の等しい絶縁膜１１３を備える。図３に示す可変容量素子では、可動電極１０４の上下両面に絶縁膜１１３が備えられているので、可動電極１０４の反りが抑制できるようになる。
【００３９】
図２を用いて説明したように、電極間のショート及びスティッキング防止のためには、例えば、可動電極１０４の固定電極１０３と対向する面（下面）に絶縁膜を備えていればよいことになる。しかしながらこの構成では、可動電極１０４の面積を大きくした場合、可動電極１０４と下面に形成されている絶縁膜との内部応力の差により、可動電極１０４が反るという問題が発生する。一般に、異なる種類の材料からなる薄膜を貼り合わせた構造では、材料によって薄膜の内部応力が異なることから、反りが発生する。これらに対し、図３に示した可変容量素子では、可動電極１０４の両面に等しく絶縁膜１１３を備えるようにしたので、上述した内部応力の効果が互いに打ち消され、可動電極１０４の反りが抑制されるようになる。
【００４０】
ところで、例えば、側壁枠１１０及び天井壁１１１を金属材料により形成した場合には、可動電極１０４と天井壁１１１の間に電圧Ｖ’を印加し、静電容量を制御することも可能である。静電容量の制御は、前述した固定電極１０３と可動電極１０４に夜制御と同様である。この場合における可動電極１０４と天井壁１１１の間におけるショートやスティッキングの問題も、本実施例に示す構造とすることにより効果的に防止することが可能となる。
【００４１】
次に、上述した可変容量素子の製造方法について説明する。はじめに、図１に示した可変容量素子の製造方法例について説明する。まず、図４（ａ）に示すように、例えばシリコンからなる半導体基板１０１の上に、例えば酸化シリコンもしくは窒化シリコンからなる絶縁層１０２が形成された状態とする。半導体基板１０１の上には、複数のトランジスタ、抵抗、容量、配線などから構成された集積回路が作成されていてもよい。この場合、絶縁層１０２は層間絶縁層となり、上記集積回路の配線と可変容量素子とを電気的に接続するために、所定の箇所にコンタクトホールを形成してもよい。
【００４２】
ついで、絶縁層１０２の上に、シード層４０１が形成された状態とする。シード層４０１は、以降に説明する各金属パターンをメッキ法により形成するために必要となる層であり、スパッタ法や蒸着法などにより形成すればよい。また、シード層４０１は、絶縁層１０２との密着性を確保するために、絶縁層１０２の側にチタンの層を備え、この上に金層を備える積層構造とすればよい。このように積層構造とする場合、チタン層の膜厚は０．１μｍ程度、金層の膜厚は０．１μｍ程度とすればよい。
【００４３】
次に、シード層４０１の上にレジスト材料を塗布して塗布膜が形成された状態とし、所望のパターンを備えるマスクを用いて露光して現像することにより塗布膜をパターニングし、所望箇所に開口部を備えたレジストパターンが形成された状態とする。ついで、形成されたレジストパターンの開口部に露出するシード層４０１の上に、メッキ法により金のパターンを形成し、この後、レジストパターンを除去することで、図４（ｂ）に示すように、第１金属パターン４０２が形成された状態とする。ついで、上述したレジストパターンの形成，メッキ，レジストパターン除去の工程を繰り返すことにより、第２金属パターン４０３が形成された状態とする。
【００４４】
なお、第１金属パターン４０２を形成するためのメッキの膜厚より、第２金属パターン４０３を形成するためのメッキの膜厚を厚くする。例えば、膜厚１μｍ程度のレジストパターンを形成し、メッキ厚を０．３μｍ程度することで、第１金属パターン４０２が形成された状態とすればよい。また、膜厚１μｍ程度のレジストパターンを形成し、メッキ厚を０．６μｍ程度することで、第２金属パターン４０３が形成された状態とすればよい。
【００４５】
次に、第１金属パターン４０２及び第２金属パターン４０３をマスクとしてシード層４０１をエッチングにより除去することにより、第１金属パターン４０２及び第２金属パターン４０３が絶縁層１０２の上で分離した状態とする。例えば、シード層４０１の上層の金層は、ヨウ素、ヨウ化アンモニウム、水、エタノールからなるエッチング液を用いたウェットエッチングにより除去できる。また、金層を除去することで露出したシード層４０１の下層のチタン層は、フッ化水素水溶液を用いたウェットエッチングにより除去できる。
【００４６】
この後、第２金属パターン４０３の側部を樹脂などで充填し、図４（ｃ）に示すように、第１金属パターン４０２が覆われ、第２金属パターン４０３の上面が露出した状態に、第１犠牲層４０４が形成された状態とする。第１犠牲層４０４の形成について詳述すると、例えば、ＰＢＯ（ポリベンザオキサゾール）により構成された感光性を有する有機樹脂を塗布し、第１金属パターン４０２及び第２金属パターン４０３を覆うように塗布膜が形成された状態とする。この塗布膜を、前処理として１２０℃のプリベークを４分程度行った後、公知のリソグラフィ技術によりパターニングすることで、第２金属パターン４０３の所望の箇所に開口が形成された状態とする。この後、パターニングされた樹脂膜に３１０℃程度の加熱処理を加えることで、第１犠牲層４０４が形成できる。なお、上記有機樹脂としては、住友ベークライト社製のＣＲＣ８３００を用いればよい。
【００４７】
次に、シード層４０１と同様にして第１犠牲層４０４の上にシード層４０５が形成された状態とし、また、第１金属パターン４０２及び第２金属パターン４０３の形成と同様にし、レジスト塗布，パターン露光、メッキ，レジスト除去を２回繰り返し、図５（ｄ）に示すように、第３金属パターン４０６とこれより厚い第４金属パターン４０７が形成された状態とする。第３金属パターンを形成するためのメッキ厚は０．３μｍ程度とし、第４金属パターン４０７を形成するためのメッキ厚は０．６μｍ程度とすればよい。第３金属パターン４０６は、図１に示す可動電極１０４及びばね梁１０５となる構造体である。
【００４８】
次に、上述と同様の方法により、第３金属パターン４０６，第４金属パターン４０７をマスクとして不要なシード層４０５を除去する。ついで、第３金属パターン４０６と第４金属パターン４０７を覆うようにＰＢＯにより構成された感光性を有する有機樹脂を塗布して塗布膜が形成された状態とする。ついで、フォトリソグラフィにより塗布膜をパターニングし、第４金属パターン４０７の所望の箇所に開口を備えた状態とし、図５（ｅ）に示すように、第２犠牲層４０８が形成された状態とする。第３金属パターン４０６及び第４金属パターン４０７は、第１犠牲層４０４の開口部を介し、いずれかの第２金属パターン４０３と接続されている。また、第３金属パターン４０６は第２犠牲層４０８に覆われている。
【００４９】
次に、シード層４０１やシード層４０５と同様の方法により、第２犠牲層４０８の上にシード層４０９が形成された状態とした後、図５（ｆ）に示すように、メッキ法により天井の一部となる金属層４１０が形成された状態とし、また、金属層４１０をマスクとして不要なシード層４０９が除去された状態とする。金属層４１０には、１つ以上の開口部４１１を、例えば複数の開口が正方配列された状態に設けておくことが望ましい。天井となる金属層４１０のメッキ厚は１μｍ程度とすればよい。
【００５０】
次に、例えばオゾンアッシャー装置を用いてオゾン（エッチング手段）を金属層４１０の開口部４１１から第１犠牲層４０４及び第２犠牲層４０８に作用させ、第１犠牲層４０４及び第２犠牲層４０８を除去し、図５（ｇ）に示すように、金属層４１０の下部に空間が形成された状態とする。なお、オゾンに限らず、酸素プラズマなど、各犠牲層を構成している有機樹脂膜がエッチングされる他のエッチング手段を用いて犠牲層を除去するようにしてもよい。
【００５１】
続いて、非特許文献６に記載されているＳＴＰ法（Spin-coating Film Transfer and hot Pressing）により、金属層４１０の上面に有機材料からなる膜厚５μｍ程度の封止膜４１２が貼り付けられた状態とする。金属層４１０と封止膜４１２とにより、図１に示す天井壁１１１が構成される。なお、天井壁となる封止膜４１２は、他の手法により形成してもよい。例えば、樹脂を塗布することで形成してもよく、化学的気相成長法により絶縁膜を堆積することで形成してもよい。また、封止膜４１２は金属などの導電性膜から構成してもよい。
【００５２】
以上の工程により、図１に示した可変容量素子、すなわち、金属製の側壁枠と金属製の天井壁とから構成される容器構造が形成され、容器構造の中に、半導体基板上に固定された固定電極と、ばね梁により半導体基板上に支持された平板状の可動電極が形成され、固定電極及び可動電極とで平行平板容量を構成していることを特徴とする可変容量素子が製造できる。また、以上の工程により、ウェハ状態のままの一貫した製造プロセスにより、固定電極と可動電極からなる平行平板容量が、容器構造の中に密閉されて封止された状態が得られる。
【００５３】
次に、図２に示した可変容量素子の製造方法例について説明する。まず、例えばシリコンからなる半導体基板１０１の上に、例えば酸化シリコンもしくは窒化シリコンからなる絶縁層１０２が形成された状態とする。半導体基板１０１の上には、複数のトランジスタ、抵抗、容量、配線などから構成された集積回路が作成されていてもよい。この場合、絶縁層１０２は層間絶縁層となり、上記集積回路の配線と可変容量素子とを電気的に接続するために、所定の箇所にコンタクトホールを形成してもよい。
【００５４】
ついで、絶縁層１０２の上に、シード層６０１が形成された状態とする。シード層６０１は、以降に説明する各金属パターンをメッキ法により形成するために必要となる層であり、スパッタ法や蒸着法などにより形成すればよい。また、シード層６０１は、絶縁層１０２との密着性を確保するために、絶縁層１０２の側にチタンの層を備え、この上に金層を備える積層構造とすればよい。このように積層構造とする場合、チタン層の膜厚は０．１μｍ程度、金層の膜厚は０．１μｍ程度とすればよい。
【００５５】
次に、シード層６０１の上にレジスト材料を塗布して塗布膜が形成された状態とし、所望のパターンを備えるマスクを用いて露光して現像することにより塗布膜をパターニングし、所望箇所に開口部を備えたレジストパターンが形成された状態とする。ついで、形成されたレジストパターンの開口部に露出するシード層６０１の上に、メッキ法により金のパターンを形成し、この後、レジストパターンを除去することで、図６（ａ）に示すように、第１金属パターン６０２が形成された状態とする。例えば、膜厚１μｍ程度のレジストパターンを形成し、メッキ厚を０．３μｍ程度することで、第１金属パターン６０２が形成された状態とすればよい。
【００５６】
次に、第１金属パターン６０２をマスクとしてシード層６０１をエッチングにより除去することにより、第１金属パターン６０２が絶縁層１０２の上で分離した状態とする。例えば、シード層６０１の上層の金層は、ヨウ素、ヨウ化アンモニウム、水、エタノールからなるエッチング液を用いたウェットエッチングにより除去できる。また、金層を除去することで露出したシード層６０１の下層のチタン層は、フッ化水素水溶液を用いたウェットエッチングにより除去できる。
【００５７】
この後、第１金属パターン６０２を含む絶縁層１０２の上に、例えばスパッタ法により酸化シリコンを堆積して酸化シリコン膜が形成された状態とし、ついで、公知の等速エッチバック法により酸化シリコン膜を平坦化し、図６（ｂ）に示すように、膜厚１μｍ程度の絶縁層１１２が形成された状態とする。ついで、公知のフォトリソグラフィ技術により形成したマスクパターンを用いて絶縁層１１２を選択的にエッチング加工することで、図６（ｃ）に示すように、第１金属パターン６０２の一部上面が露出するように、コンタクトホール６０３が形成された状態とする。
【００５８】
次に、シード層６０１と同様にして絶縁層１１２の上にシード層６０４が形成された状態とし、また、第１金属パターン６０２の形成と同様にし、レジスト塗布，パターン露光、メッキ，レジスト除去の工程により、図６（ｄ）に示すように、第２金属パターン６０５が形成された状態とする。第２金属パターン６０５を形成するためのメッキ厚は０．３μｍ程度とすればよい。ついで、第２金属パターン６０５をマスクとしてシード層６０４をエッチングにより除去することにより、第２金属パターン６０５が絶縁層１１２の上で分離した状態とする。
【００５９】
次に、図６（ｅ）に示すように、第２金属パターン６０５の側方が充填された状態に、第１犠牲膜６０６が形成された状態とする。第１犠牲層６０６の形成について詳述すると、例えば、ＰＢＯ（ポリベンザオキサゾール）により構成された感光性を有する有機樹脂を塗布し、第２金属パターン６０５を覆うように塗布膜が形成された状態とする。この塗布膜を、前処理として１２０℃のプリベークを４分程度行った後、公知のリソグラフィ技術によりパターニングすることで、第２金属パターン６０５の所望の箇所に開口が形成された状態とする。この後、パターニングされた樹脂膜に３１０℃程度の加熱処理を加えることで、第１犠牲層６０６が形成できる。なお、上記有機樹脂としては、住友ベークライト社製のＣＲＣ８３００を用いればよい。
【００６０】
次に、シード層６０１と同様にして第１犠牲層６０６の上にシード層６０７が形成された状態とし、また、第２金属パターン６０５の形成と同様にし、レジスト塗布，パターン露光、メッキ，レジスト除去を２回繰り返し、図６（ｆ）に示すように、第３金属パターン６０８とこれより厚い第４金属パターン６０９が形成された状態とする。第３金属パターンを形成するためのメッキ厚は０．３μｍ程度とし、第４金属パターン６０９を形成するためのメッキ厚は０．６μｍ程度とすればよい。第３金属パターン６０８は、図２に示す可動電極１０４及びばね梁１０５となる構造体である。
【００６１】
次に、上述と同様の方法により、第３金属パターン６０８，第４金属パターン６０９をマスクとして不要なシード層６０７を除去する。ついで、第３金属パターン６０８と第４金属パターン６０９を覆うようにＰＢＯにより構成された感光性を有する有機樹脂を塗布して塗布膜が形成された状態とする。ついで、フォトリソグラフィにより塗布膜をパターニングし、第４金属パターン６０９の所望の箇所に開口を備えた状態とし、図７（ｇ）に示すように、第２犠牲層６１０が形成された状態とする。第３金属パターン６０８と第４金属パターン６０９は、第１犠牲層６０６の開口部を介していずれかの第２金属パターン６０５と接続されている。また、第３金属パターン６０８は第２犠牲層６１０に覆われている。
【００６２】
次に、シード層６０１などと同様の方法により、第２犠牲層６１０の上にシード層６１１が形成された状態とした後、図７（ｈ）に示すように、メッキ法により天井の一部となる金属層６１２が形成された状態とし、また、金属層６１２をマスクとして不要なシード層６１１が除去された状態とする。金属層６１２には、１つ以上の開口部６１３を、例えば複数の開口が正方配列された状態に設けておくことが望ましい。天井となる金属層６１２のメッキ厚は１μｍ程度とすればよい。
【００６３】
次に、例えばオゾンアッシャー装置を用いてオゾンを金属層６１２の開口部６１３から第１犠牲層６０６及び第２犠牲層６１０に作用させ、第１犠牲層６０６及び第２犠牲層６１０を除去し、図７（ｉ）に示すように、金属層６１２の下部に空間が形成された状態とする。続いて、非特許文献６に記載されているＳＴＰ法により、金属層６１２の上面に有機材料からなる膜厚５μｍ程度の封止膜６１４が貼り付けられた状態とする。金属層６１２と封止膜６１４とにより、図２に示す天井壁１１１が構成される。なお、天井壁となる封止膜６１４は、他の手法により形成してもよい。例えば、樹脂を塗布することで形成してもよく、化学的気相成長法により絶縁膜を堆積することで形成してもよい。また、封止膜６１４は金属などの導電性膜から構成してもよい。
【００６４】
以上に説明した工程により、図２に示した可変容量素子、すなわち、金属製の側壁枠と金属製の天井壁とから構成される容器構造が形成され、容器構造の中に、半導体基板上に固定された固定電極と、ばね梁により半導体基板上に支持された平板状の可動電極が形成され、固定電極の表面が絶縁膜により覆われていることを特徴とする可変容量素子が製造できる。また、以上の工程により、ウェハ状態のままの一貫した製造プロセスにより、固定電極と可動電極からなる平行平板容量が、容器構造の中に密閉されて封止された状態が得られる。
【００６５】
次に、図３に示した可変容量素子の製造方法例について説明する。可変容量素子の製造方法例について、図８，図９，図１０を用いて説明する。まず、図４（ａ）の説明と同様に、例えばシリコンからなる半導体基板１０１の上に、例えば酸化シリコンもしくは窒化シリコンからなる絶縁層１０２が形成された状態とする。半導体基板１０１の上には、複数のトランジスタ、抵抗、容量、配線などから構成された集積回路が作成されていてもよい。この場合、絶縁層１０２は層間絶縁層となり、上記集積回路の配線と可変容量素子とを電気的に接続するために、所定の箇所にコンタクトホールを形成してもよい。
【００６６】
ついで、絶縁層１０２の上に、シード層８０１が形成された状態とする。シード層８０１は、以降に説明する各金属パターンをメッキ法により形成するために必要となる層であり、スパッタ法や蒸着法などにより形成すればよい。また、シード層８０１は、絶縁層１０２との密着性を確保するために、絶縁層１０２の側にチタンの層を備え、この上に金層を備える積層構造とすればよい。このように積層構造とする場合、チタン層の膜厚は０．１μｍ程度、金層の膜厚は０．１μｍ程度とすればよい。
【００６７】
次に、シード層８０１の上にレジスト材料を塗布して塗布膜が形成された状態とし、所望のパターンを備えるマスクを用いて露光して現像することにより塗布膜をパターニングし、所望箇所に開口部を備えたレジストパターンが形成された状態とする。ついで、形成されたレジストパターンの開口部に露出するシード層８０１の上に、メッキ法により金のパターンを形成し、この後、レジストパターンを除去することで、第１金属パターン８０２が形成された状態とする。ついで、上述したレジストパターンの形成，メッキ，レジストパターン除去の工程を繰り返すことにより、第２金属パターン８０３が形成された状態とする。
【００６８】
なお、第１金属パターン８０２を形成するためのメッキの膜厚より、第２金属パターン８０３を形成するためのメッキの膜厚を厚くする。例えば、膜厚１μｍ程度のレジストパターンを形成し、メッキ厚を０．３μｍ程度することで、第１金属パターン８０２が形成された状態とすればよい。また、膜厚１μｍ程度のレジストパターンを形成し、メッキ厚を０．６μｍ程度することで、第２金属パターン８０３が形成された状態とすればよい。
【００６９】
次に、第１金属パターン８０２及び第２金属パターン８０３をマスクとしてシード層８０１をエッチングにより除去することにより、第１金属パターン８０２及び第２金属パターン８０３が絶縁層１０２の上で分離した状態とする。例えば、シード層８０１の上層の金層は、ヨウ素、ヨウ化アンモニウム、水、エタノールからなるエッチング液を用いたウェットエッチングにより除去できる。また、金層を除去することで露出したシード層８０１の下層のチタン層は、フッ化水素水溶液を用いたウェットエッチングにより除去できる。
【００７０】
この後、第２金属パターン８０３の側部を樹脂などで充填し、図８（ａ）に示すように、第１金属パターン８０２が覆われ、第２金属パターン８０３の上面が露出した状態に、第１犠牲層８０４が形成された状態とする。第１犠牲層８０４の形成について詳述すると、例えば、ＰＢＯ（ポリベンザオキサゾール）により構成された感光性を有する有機樹脂を塗布し、第１金属パターン８０２及び第２金属パターン８０３を覆うように塗布膜が形成された状態とする。この塗布膜を、前処理として１２０℃のプリベークを４分程度行った後、公知のリソグラフィ技術によりパターニングすることで、第２金属パターン８０３の所望の箇所に開口が形成された状態とする。この後、パターニングされた樹脂膜に３１０℃程度の加熱処理を加えることで、第１犠牲層８０４が形成できる。なお、上記有機樹脂としては、住友ベークライト社製のＣＲＣ８３００を用いればよい。
【００７１】
次に、露出している第２金属パターン８０３の上面を含む第１犠牲層８０４の上に、例えばスパッタ法によりクロムを堆積することで、膜厚０．１μｍ程度のクロム層８０５が形成された状態とした後、図８（ｂ）に示すように、膜厚０．３μｍ程度の第１無機絶縁膜８０６が形成された状態とする。例えば、クロム層８０５の上にスパッタ法により酸化シリコンを堆積して酸化シリコン膜が形成された状態とし、形成された酸化シリコン膜を、公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とによりパターニングすることで、第１無機絶縁膜８０６が形成できる。第１無機絶縁膜８０６が形成された後、これをマスクとしたフェリシアン化カリウム，水酸化ナトリウム，水からなるエッチング液によるウェットエッチングで、露出している不要なクロム層８０５が除去された状態とする。
【００７２】
ついで、シード層８０１と同様にしてシード層８０７が形成された状態とした後、第１金属パターン８０２と同様にして第３金属パターン８０８が形成された状態とし、また、第３金属パターン８０８をマスクとしてシード層８０７の露出している不要な部分を除去する。第３金属パターン８０８は、膜厚０．３μｍ程度に形成すればよい。この後、第１犠牲層８０４と同様にすることで、図９（ｃ）に示すように、第２犠牲層８０９が形成された状態とする。
【００７３】
次に、シード層８０１と同様にし、第３金属パターン８０８の上面，第１無機絶縁膜８０６の上面を含む第２犠牲層８０９の上に、シード層８１０が形成された状態とした後、図９（ｄ）に示すように、第４金属パターン８１１とこれより厚い第５金属パターン８１２とが形成された状態とする。これらは、第１金属パターン８０２及び第２金属パターン８０３と同様に形成すればよい。なお、第４金属パターン８１１は、膜厚０．３μｍ程度に形成され、第５金属パターン８１２は、膜厚１．０μｍ程度に形成されていればよい。第４金属パターン８１１は、図３に示す可動電極１０４及びばね梁１０５となる構造体である。
【００７４】
次に、図９（ｅ）に示すように、スパッタ法などによりチタン層８１３が形成された状態とした後、チタン層８１３の上に第２無機絶縁膜８１４が形成された状態とする。第２無機絶縁膜８１４は、例えばスパッタ法により堆積した酸化シリコン膜を所望の形状にパターニングすることで形成できる。なお、第２無機絶縁膜８１４と第４金属パターン８１１との間にチタン層８１３を挿入することで、これらの密着性が向上した状態が得られる。密着性が向上された状態とすることで、プロセス途中での酸化シリコン膜の変形や剥がれなどを防止することができる。なお、チタン層８１３の膜厚は０．１μｍ程度、第２無機絶縁膜８１４の膜厚は０．３μｍ程度とすればよい。次に、露出している不要なチタン層８１３を除去する。チタンは、フッ化水素水溶液を用いたウェットエッチングにより除去できる。
【００７５】
次に、前述した犠牲層の形成と同様にすることで、図９（ｆ）に示すように、第２無機絶縁膜８１４，第４金属パターン８１１が覆われ、第５金属パターン８１２の上面が露出して平坦な状態に、第３犠牲層８１５が形成された状態とする。ついで、図９（ｇ）に示すように、シード層８１０と同様にしてシード層８１６が形成された状態とした後、メッキ法により天井の一部となる金属層８１７が形成された状態とし、シード層８１０の不要な部分が除去された状態とする。金属層８１７には、正方配列された複数の開口部８１８が備えられている状態が望ましい。なお、天井壁となる金属層８１７のメッキ厚は１μｍ程度とすればよい。
【００７６】
次に、例えばオゾンアッシャー装置を用い、オゾンを金属層８１７の開口部８１８から第１犠牲層８０４，第２犠牲層８０９，第３犠牲層８１５に作用させ、第１犠牲層８０４，第２犠牲層８０９，第３犠牲層８１５が除去された状態とし、図１０（ｈ）に示すように、金属層８１７の下部に空間が形成された状態とする。この処理により、第１無機絶縁膜８０６に接して形成されていたクロム層８０５もエッチングされ、第１無機絶縁膜８０６の表面が露出した状態となる。なお、第１無機絶縁膜８０６の表面は、固定電極となる第１金属パターン８０２に対向している面である。
【００７７】
この後、ＳＴＰ法により金属層８１７の上面に有機材料からなる膜厚５μｍ程度の封止膜８１９が貼り付けられた状態とする。金属層８１７と封止膜８１９とにより、図３に示す天井壁１１１が構成される。なお、天井壁となる封止膜８１９は、他の手法により形成してもよい。例えば、樹脂を塗布することで形成してもよく、化学的気相成長法により絶縁膜を堆積することで形成してもよい。また、封止膜８１９は金属などの導電性膜から構成してもよい。
【００７８】
以上に説明した工程により、図３に示した可変容量素子、すなわち、金属製の側壁枠と金属製の天井壁とから構成される容器構造が形成され、容器構造の中に、半導体基板上に固定された固定電極と、ばね梁により半導体基板上に支持された平板状の可動電極が形成され、可動電極の両面に絶縁膜が形成されていることを特徴とする可変容量素子が製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の実施の形態における可変容量素子の構成例を示す平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
【図２】本発明の実施の形態における他の可変容量素子の構成例を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態における他の可変容量素子の構成例を示す断面図である。
【図４】図１に示した可変容量素子の製造方法例について説明する工程図である。
【図５】図１に示した可変容量素子の製造方法例について説明する工程図である。
【図６】図２に示した可変容量素子の製造方法例について説明する工程図である。
【図７】図２に示した可変容量素子の製造方法例について説明する工程図である。
【図８】図３に示した可変容量素子の製造方法例について説明する工程図である。
【図９】図３に示した可変容量素子の製造方法例について説明する工程図である。
【図１０】図３に示した可変容量素子の製造方法例について説明する工程図である。
【図１１】特許文献１に示されているＭＥＭＳ可変容量素子の構成例を示す模式的な断面図である。
【図１２】非特許文献２に示されているＭＥＭＳ可変容量素子の構成例を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００８０】
１０１…半導体基板、１０２…絶縁層、１０３…固定電極、１０４…可動電極、１０５…ばね梁、１０６…アンカー、１０７，１０８…パッド端子、１０９…開口、１１０…側壁枠、１１１…天井壁。
【図１】
2006147995.tif 000003
【図２】
2006147995.tif 000004
【図３】
2006147995.tif 000005
【図４】
2006147995.tif 000006
【図５】
2006147995.tif 000007
【図６】
2006147995.tif 000008
【図７】
2006147995.tif 000009
【図８】
2006147995.tif 000010
【図９】
2006147995.tif 000011
【図１０】
2006147995.tif 000012
【図１１】
2006147995.tif 000013
【図１２】
2006147995.tif 000014