(57)【要約】【課題】信頼性に優れたＭＥＭＳ素子、このＭＥＭＳ素子を備えた電子機器および移動体を提供する。【解決手段】ＭＥＭＳ素子１は、基板としてのＳＯＩ基板１０と蓋部５とで構成されるキャビティー７，８内に、可動部２２と基部２１とを有する素子２０を具備し、ＳＯＩ基板１０に、素子２０を駆動するための素子電極としての第１の電極４２および第２の電極４４に接続する２つの貫通電極５９と、ＳＯＩ基板１０を貫通する貫通孔６０と、貫通孔６０を封止する封止膜５６ａと、を配設し、貫通孔６０は、基部２１に対し可動部２２に対向する側に配設されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と蓋部とで構成されるキャビティー内に、可動部と基部とを有する素子を具備し、
前記基板に、
前記素子を駆動するための素子電極に接続する２つの貫通電極と、
前記基板を貫通する貫通孔と、
前記貫通孔を封止する封止膜と、を配設し、
前記貫通孔は、平面視で前記基部に対し前記可動部に対向する側に配設されていることを特徴とするＭＥＭＳ素子。
【請求項２】
前記蓋部と前記基板との接合面は、複数の角部を有し、
前記２つの貫通電極は、平面視で対向する２つの前記角部に接する領域の一部に各々配設され、
前記貫通孔は、平面視で前記２つの貫通電極が配設される前記２つの角部以外の前記角部に接する領域の一部に配設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】
前記貫通孔は、第１の孔部と第２の孔部とからなり、
前記第２の孔部の開口幅は、前記第１の孔部の開口幅より狭く、
前記第１の孔部と前記第２の孔部との連通部が、前記第１の孔部側に配設された前記封止膜により封止されていることを特徴とする請求項２に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項４】
前記素子が、振動子であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項５】
請求項１乃至請求項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】
請求項１乃至請求項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移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ素子、ＭＥＭＳ素子を備えた電子機器および移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリコン基板上にＭＥＭＳ技術を用いて作動素子を形成したＭＥＭＳ振動子が知られている。例えば、下記の特許文献１には、作動素子を形成したシリコン基板の作動素子の作動空間（内部空間）を、同じくシリコン基板で形成され、外部接続用の貫通孔電極（ＴＳＶ：Through Silicon Via）が設けられた蓋基板を接合して真空封止（減圧封止）し、個片化することでＭＥＭＳ振動子を製造する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１７１３９３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振動子では、作動空間を真空封止するために、貫通孔電極が設けられた蓋基板の接合面を凹凸の無い均一な面に加工する高度な加工方法が必要となるという課題があった。
また、シリコン基板と蓋基板とを一括して真空雰囲気（減圧雰囲気）で封止するためには、技術難度が高く、装置が大掛かりとなり、製造コストが高くなるという課題もあった。
【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、以下の適用例又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、基板と蓋部とで構成されるキャビティー内に、可動部と基部とを有する素子を具備し、前記基板に、前記素子を駆動するための素子電極に接続する２つの貫通電極と、前記基板を貫通する貫通孔と、前記貫通孔を封止する封止膜と、を配設し、前記貫通孔は、平面視で前記基部に対し前記可動部に対向する側に配設されていることを特徴とする。
【０００７】
本適用例によれば、基板と蓋部とで構成されるキャビティーに連通する貫通孔を封止膜で封止することにより、素子を内包するキャビティー内を容易に気密封止することができる。そのため、高度な加工方法を必要とせずに信頼性に優れたＭＥＭＳ素子を得ることができる。また、封止用の貫通孔が素子の基部に対し可動部に対向する側に配設されているため、貫通孔を封止する際に、封止膜がキャビティー内に入り込み素子の可動部に付着するのを低減することができ、安定な特性を有するＭＥＭＳ素子を得ることができる。更に、基部付近に貫通孔が配設されていることで、可動部の振動が貫通孔で緩和され、可動部の振動が基板全体に漏洩するのを低減することができ、高いＱ値を有するＭＥＭＳ素子を得ることができる。
【０００８】
［適用例２］上記適用例に記載のＭＥＭＳ素子において、前記蓋部と前記基板との接合面は、複数の角部を有し、前記２つの貫通電極は、平面視で対向する２つの前記角部に接する領域の一部に各々配設され、前記貫通孔は、平面視で前記２つの貫通電極が配設される前記２つの角部以外の前記角部に接する領域の一部に配設されていることが好ましい。
【０００９】
本適用例によれば、貫通孔が２つの貫通電極が配設される２つの角部以外の角部に接する領域の一部に配設されているため、つまり、貫通孔が２つの貫通電極から離れた位置に配設されているため、貫通孔を封止する際の封止膜がキャビティー内に配設された貫通電極に接続する配線や電極パッドに付着することで生じる絶縁抵抗値の変動を低減することができる。従って、安定な特性を有するＭＥＭＳ素子を得ることができる。
【００１０】
［適用例３］上記適用例に記載のＭＥＭＳ素子において、前記貫通孔は、第１の孔部と第２の孔部とからなり、前記第２の孔部の開口幅は、前記第１の孔部の開口幅より狭く、前記第１の孔部と前記第２の孔部との連通部が、前記第１の孔部側に配設された前記封止膜により封止されていることが好ましい。
【００１１】
本適用例によれば、第２の孔部の開口幅が第１の孔部の開口幅より狭いので、第１の孔部側に配設された封止膜によって、第１の孔部と第２の孔部との連通部が塞がれ、素子を内包するキャビティー内を容易に気密封止することができる。
【００１２】
［適用例４］上記適用例に記載のＭＥＭＳ素子において、前記素子が、振動子であることが好ましい。
【００１３】
本適用例によれば、素子が振動子であるため、振動子を内包するキャビティー内を気密封止することで、外乱の影響を低減することができるため、安定な特性を有する振動子を得ることができる。
【００１４】
［適用例５］本適用例に係る電子機器は、上記適用例に記載の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、電子機器に信頼性に優れたＭＥＭＳ素子が活用されることにより、より高性能の電子機器を提供することができる。
【００１６】
［適用例６］本適用例に係る移動体は、上記適用例に記載のＭＥＭＳ素子を備えていることを特徴とする。
【００１７】
本適用例によれば、移動体に信頼性に優れたＭＥＭＳ素子が活用されることにより、より高性能の移動体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態に係るＭＥＭＳ素子の構成を示す概略平面図。
【図２Ａ】図１のＰ１−Ｐ１線における概略断面図。
【図２Ｂ】図２ＡのＱ１部を示す拡大図。
【図２Ｃ】図２ＡのＱ２部を示す拡大図。
【図３Ａ】本実施形態に係るＭＥＭＳ素子の製造工程を示す図１のＰ１−Ｐ１線の位置に相当する概略断面図。
【図３Ｂ】本実施形態に係るＭＥＭＳ素子の製造工程を示す図１のＰ１−Ｐ１線の位置に相当する概略断面図。
【図３Ｃ】本実施形態に係るＭＥＭＳ素子の製造工程を示す図１のＰ１−Ｐ１線の位置に相当する概略断面図。
【図３Ｄ】本実施形態に係るＭＥＭＳ素子の製造工程を示す図１のＰ１−Ｐ１線の位置に相当する概略断面図。
【図３Ｅ】本実施形態に係るＭＥＭＳ素子の製造工程を示す図１のＰ１−Ｐ１線の位置に相当する概略断面図。
【図３Ｆ】本実施形態に係るＭＥＭＳ素子の製造工程を示す図１のＰ１−Ｐ１線の位置に相当する概略断面図。
【図３Ｇ】本実施形態に係るＭＥＭＳ素子の製造工程を示す図１のＰ１−Ｐ１線の位置に相当する概略断面図。
【図３Ｈ】本実施形態に係るＭＥＭＳ素子の製造工程を示す図１のＰ１−Ｐ１線の位置に相当する概略断面図。
【図３Ｉ】本実施形態に係るＭＥＭＳ素子の製造工程を示す図１のＰ１−Ｐ１線の位置に相当する概略断面図。
【図３Ｊ】本実施形態に係るＭＥＭＳ素子の製造工程を示す図１のＰ１−Ｐ１線の位置に相当する概略断面図。
【図３Ｋ】本実施形態に係るＭＥＭＳ素子の製造工程を示す図１のＰ１−Ｐ１線の位置に相当する概略断面図。
【図３Ｌ】本実施形態に係るＭＥＭＳ素子の製造工程を示す図１のＰ１−Ｐ１線の位置に相当する概略断面図。
【図３Ｍ】本実施形態に係るＭＥＭＳ素子の製造工程を示す図１のＰ１−Ｐ１線の位置に相当する概略断面図。
【図３Ｎ】本実施形態に係るＭＥＭＳ素子の製造工程を示す図１のＰ１−Ｐ１線の位置に相当する概略断面図。
【図３Ｏ】本実施形態に係るＭＥＭＳ素子の製造工程を示す図１のＰ１−Ｐ１線の位置に相当する概略断面図。
【図３Ｐ】本実施形態に係るＭＥＭＳ素子の製造工程を示す図１のＰ１−Ｐ１線の位置に相当する概略断面図。
【図３Ｑ】本実施形態に係るＭＥＭＳ素子の製造工程を示す図１のＰ１−Ｐ１線の位置に相当する概略断面図。
【図４】第２実施形態に係るＭＥＭＳ素子の構成を示す図１のＰ１−Ｐ１線の位置に相当する概略断面図。
【図５】本発明のＭＥＭＳ素子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を示す斜視図。
【図６】本発明のＭＥＭＳ素子を備える電子機器としての携帯電話機の構成を示す斜視図。
【図７】本発明のＭＥＭＳ素子を備える電子機器としてのデジタルカメラの構成を示す斜視図。
【図８】本発明のＭＥＭＳ素子を備える移動体としての自動車の構成を示す斜視図。
【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】
（第１実施形態）
［ＭＥＭＳ素子］
先ず、第１実施形態に係るＭＥＭＳ素子１について、図１、図２Ａ、図２Ｂおよび図２Ｃを参照して説明する。
図１は、第１実施形態に係るＭＥＭＳ素子１の構成を示す概略平面図であり、図２Ａは、図１に示すＰ１−Ｐ１線における概略断面図であり、図２Ｂは、図２ＡのＱ１部の拡大図であり、図２Ｃは、図２ＡのＱ２部の拡大図である。なお、図１において、ＭＥＭＳ素子１の内部の構成を説明する便宜上、蓋部５を取り外した状態を図示している。また、図２Ａ、図２Ｂおよび図２Ｃにおいて、断面の背景を示す線は省略されている。
【００２１】
本実施形態に係るＭＥＭＳ素子１は、図１、図２Ａ、図２Ｂおよび図２Ｃに示すように、素子２０を気密封止するための蓋部５と、素子２０が形成されたＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板１０と、を含み構成されている。なお、本実施形態において、ＳＯＩ基板１０は基板に相当する。
蓋部５は、単結晶シリコン等で構成され、ＳＯＩ基板１０側に開口するキャビティー７を有している。蓋部５のキャビティー７が設けられた側の面がＳＯＩ基板１０の素子２０が形成されている側の面に接合されている。また、蓋部５とＳＯＩ基板１０（表面シリコン層１３）との接合面３には、４つの角部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを有している。
【００２２】
ＳＯＩ基板１０は、シリコン層１１と、ＢＯＸ（Buried Oxide）層１２と、表面シリコン層１３とが、この順で積層された基板である。例えば、シリコン層１１および表面シリコン層１３は、単結晶シリコンで構成され、ＢＯＸ層１２は、酸化ケイ素層（ＳｉＯ2等）で構成される。なお、本実施形態において、シリコン層１１およびＢＯＸ層１２は支持基板に、表面シリコン層１３は素子基板に相当する。
【００２３】
ＳＯＩ基板１０には、表面シリコン層１３のシリコンで構成された素子２０と、表面シリコン層１３上に形成された電極パッド５０と、素子２０を駆動するための素子電極と電極パッド５０とを接続する配線４６（図２Ａ参照、図１では図示せず）と、電極パッド５０と接続し素子２０が形成されている側とは反対側の面に電極を引き出す貫通電極５９と、貫通電極５９を形成するための第１の貫通孔５４および第２の貫通孔５５とで構成される電極用貫通孔５２と、蓋部５のキャビティー７とＳＯＩ基板１０に形成されたキャビティー８とにより構成される内部空間を気密封止するための第１の孔部６２および第２の孔部６４とで構成される貫通孔６０と、第２の孔部６４を塞ぎキャビティー７，８を気密封止する封止膜５６ａと、が配設されている。
【００２４】
素子２０は、ＢＯＸ層１２によって支持された基部２１と、ＢＯＸ層１２が除去された領域上において溝１３ａによって基部２１以外の周囲のシリコンから分離された可動部２２と、を有している。本実施形態で例示する素子２０は、３つの可動部２２を有している。可動部２２に対向する位置におけるシリコン層１１およびＢＯＸ層１２には、内部空間を構成するキャビティー８が設けられている。よって、ＳＯＩ基板１０と蓋部５とで構成されるキャビティー７，８内に、可動部２２と基部２１とを有する素子２０を具備している。
また、素子２０の蓋部５側の面には、素子２０の所定の領域に配設されたシリコン酸化膜である素子調整層３０と、素子調整層３０の少なくとも一部を覆う圧電駆動部４０と、が設けられている。
【００２５】
素子調整層３０は、可動部２２の共振周波数の温度特性を補正するために設けられている。シリコンは、温度が高くなるにつれて低下する共振周波数を有しており、一方、シリコン酸化膜は、温度が高くなるにつれて上昇する共振周波数を有している。従って、シリコンの素子２０上にシリコン酸化膜である素子調整層３０を配設することにより、素子２０の可動部２２と素子調整層３０とで構成される複合体の共振周波数の温度特性をフラットに近付けることができる。
【００２６】
圧電駆動部４０は、ポリシリコン膜４１と、第１の電極４２と、圧電体層４３と、第２の電極４４と、を含んでいる。なお、本実施形態において、第１の電極４２および第２の電極４４は素子電極に相当する。
ポリシリコン膜４１は、不純物がドープされていないポリシリコンで構成され、例えば、アモルファスシリコンで構成されても良い。本実施形態において、ポリシリコン膜４１は、素子２０上に配設されている素子調整層３０を覆うように設けられている。このように、ポリシリコン膜４１と素子２０との間に素子調整層３０があることによって、ポリシリコン膜４１が、圧電駆動部４０の周囲のシリコン酸化膜のエッチングから素子調整層３０を保護することができる。
【００２７】
第１の電極４２および第２の電極４４は、圧電体層４３を挟むように配設されている。本実施形態に示す例においては、３つの可動部２２に対応して、３組の第１の電極４２、圧電体層４３および第２の電極４４が配設されている。
【００２８】
配線４６は、隣り合う可動部２２を逆相で振動させるように、第１の電極４２および第２の電極４４に電気的に接続されている。また、複数の配線は電極パッド５０と電気的に接続されており、２つの電極パッド５０間に貫通電極５９を介して外部から電圧を印加することにより、隣り合う可動部２２を逆相で振動させることができる。
【００２９】
２つの電極パッド５０を介して、第１の電極４２と第２の電極４４との間に電圧が印加されると、それによって圧電体層４３が伸縮して可動部２２が振動する。なお、可動部２２の振動方向は、平面視と交差する方向であり、３つの可動部２２において、中央の可動部２２が蓋部５方向に変位すると、両端の可動部２２は、シリコン層１１方向に変位し、逆に、中央の可動部２２がシリコン層１１方向に変位すると、両端の可動部２２は、蓋部５方向へ変位する。従って、本実施形態で例示する素子２０は、隣り合う可動部２２が逆相で振動する振動子である。その振動は固有の共振周波数において大きく励起されて、インピーダンスが最小となる。その結果、このＭＥＭＳ素子１を発振回路に接続することで、主に可動部２２の共振周波数によって決定される発振周波数で発振する。
【００３０】
なお、これらを構成する材料としては、例えば、圧電体層４３は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等で構成され、第１の電極４２および第２の電極４４は、窒化チタン（ＴｉＮ）等で構成され、配線４６および電極パッド５０は、アルミニウム（Ａｌ）又は銅（Ｃｕ）等で構成されている。
【００３１】
貫通電極５９は、電極用貫通孔５２内に配設され、電極層５６と電極層５８とが積層されて構成されている。２つの貫通電極５９は、図１に示すように、平面視で、蓋部５のキャビティー７の領域で、各々、素子２０を挟み対向する２つの角部３ａ，３ｃに接する領域の一部に配設され、つまり、一方の貫通電極５９は、素子２０より角部３ａに近い領域に、また、他方の貫通電極５９は、素子２０より角部３ｃに近い領域に配設されている。
貫通電極５９が配設されている電極用貫通孔５２は、支持基板に相当するシリコン層１１およびＢＯＸ層１２に配設された第１の貫通孔５４と素子基板に相当する表面シリコン層１３に配設された第２の貫通孔５５とで構成され、第１の貫通孔５４と第２の貫通孔５５とは連通している。
【００３２】
電極パッド５０は、平面視で、貫通電極５９と重なる位置に配設されており、貫通電極５９と重なる位置では、電極用貫通孔５２に配設された貫通電極５９と、配線４６を介して電気的に接続されるよう配設され、貫通電極５９と重ならない位置では、表面シリコン層１３上に素子調整層３０、ポリシリコン膜４１および配線４６を介して配設されている。そのため、電極パッド５０と貫通電極５９とが電気的に接続され、素子電極である第１の電極４２および第２の電極４４を、ＳＯＩ基板１０の素子２０が形成されている側とは反対側の面に引き出すことができる。
【００３３】
なお、貫通電極５９を構成する材料としては、チタニウム（Ｔｉ）やタングステン（Ｗ）や銅（Ｃｕ）等で構成されており、電極層５６はスパッタ法により成膜したスパッタ層で、電極層５８はメッキ法により形成されたメッキ層であり、スパッタ層（電極層５６）にメッキ層（電極層５８）が積層されている。
【００３４】
貫通孔６０は、図１に示すように、平面視で、蓋部５のキャビティー７の領域で、２つの貫通電極５９が配設される２つの角部３ａ，３ｃ以外の角部３ｂに接する領域の一部に配設されている。つまり、基部２１の可動部２２が設けられている側と対向する側で、素子２０より角部３ｂに近い領域に配設されている。また、貫通孔６０は、支持基板に相当するシリコン層１１およびＢＯＸ層１２に配設された第１の孔部６２と、素子基板に相当する表面シリコン層１３に配設された第２の孔部６４と、で構成され、第１の孔部６２と第２の孔部６４とは連通している。
【００３５】
第２の孔部６４は、開口幅Ｗ２が第１の孔部６２の開口幅Ｗ１より狭く、第１の孔部６２と重なる位置に複数配設されている。なお、本実施形態において、第２の孔部６４の形状が長方形なので、開口幅の長さが短い方を開口幅Ｗ２としている。また、第１の孔部６２と第２の孔部６４との連通部６６（図２Ｃ参照）には、封止膜５６ａ、つまり、貫通電極５９の一部を構成する電極層５６と同じ金属層が配設され、蓋部５のキャビティー７とＳＯＩ基板１０に形成されたキャビティー８とにより構成される内部空間を気密封止している。
第１の孔部６２内には、スパッタ層からなる電極層５６（封止膜５６ａ）が配設され、電極層５６に積層するメッキ層からなる電極層５８が配設されている。なお、本実施形態において、２つの第２の孔部６４を配設しているが、これに限定されることはなく、１つ以上であれば良い。
【００３６】
以上述べたように、本実施形態に係るＭＥＭＳ素子１によれば、ＳＯＩ基板１０と蓋部５とで構成されるキャビティー７，８に連通する貫通孔６０を封止膜５６ａで封止することにより、素子２０を内包するキャビティー７，８内を容易に気密封止することができる。そのため、高度な加工方法を必要とせずに信頼性に優れたＭＥＭＳ素子１を得ることができる。また、封止用の貫通孔６０が素子２０の基部２１に対し可動部２２に対向する側に配設されているため、貫通孔６０を封止する際に、封止膜５６ａがキャビティー７，８内に入り込み素子２０の可動部２２に付着するのを低減することができ、安定な特性を有するＭＥＭＳ素子１を得ることができる。更に、基部２１付近に貫通孔６０が配設されていることで、可動部２２の振動が貫通孔６０で緩和され、可動部２２の振動がＳＯＩ基板１０全体に漏洩するのを低減することができ、高いＱ値を有するＭＥＭＳ素子１を得ることができる。
【００３７】
また、貫通孔６０が２つの貫通電極５９が近接する２つの角部３ａ，３ｃ以外の角部３ｂに近接して配設されているため、つまり、貫通孔６０が２つの貫通電極５９から離れた位置に配設されているため、貫通孔６０を封止する際の封止膜５６ａがキャビティー７，８内に配設された貫通電極５９に接続する配線４６や電極パッド５０に付着することで生じる絶縁抵抗値の変動を低減することができる。従って、安定な特性を有するＭＥＭＳ素子１を得ることができる。
【００３８】
また、第２の孔部６４の開口幅Ｗ２が第１の孔部６２の開口幅Ｗ１より狭いので、第１の孔部６２側に配設された封止膜５６ａによって、第１の孔部６２と第２の孔部６４との連通部６６が塞がれ、素子２０を内包するキャビティー７，８内を容易に気密封止することができる。
【００３９】
また、素子２０が振動子であるため、振動子を内包するキャビティー７，８内を気密封止することで、外乱の影響を低減することができるため、安定な特性を有する振動子を得ることができる。
【００４０】
［製造方法］
次に、本実施形態に係るＭＥＭＳ素子１の製造工程について、図３Ａ〜図３Ｑを参照して説明する。
図３Ａ〜図３Ｑは、本実施形態に係るＭＥＭＳ素子１の製造工程を示す図１のＰ１−Ｐ１線の位置に相当する概略断面図である。なお、断面の背景を示す線は省略されている。
【００４１】
先ず、準備工程として、シリコン層１１と、ＢＯＸ層１２と、表面シリコン層１３とが、この順で積層されたＳＯＩ基板１０とキャビティー７を有する蓋部５を用意する（図２Ａ参照）。なお、ＳＯＩ基板１０は、シリコン層１１上にＢＯＸ層１２を形成し、ＢＯＸ層１２上に表面シリコン層１３を形成して作製しても良い。
【００４２】
第１の工程において、図３Ａに示すように、ＳＯＩ基板１０の表面シリコン層１３に、素子２０の可動部２２となる領域を素子２０の基部２１となる領域以外の周囲のシリコンから分離するトレンチ１３ｂおよび第２の孔部６４を形成する。その際に、ＳＯＩ基板１０の表面シリコン層１３のトレンチ１３ｂによって素子２０の可動部２２から分離される領域に、スリット１３ｃが形成されても良い。それにより、溝１３ａ（図１参照）の幅が広い領域において、後に行われる可動部２２の周囲のシリコンのリリースエッチングを容易にすることができる。
【００４３】
トレンチ１３ｂおよび第２の孔部６４の形成は、表面シリコン層１３上にレジスト１４を塗布し、フォトリソグラフィー法によってマスクパターンを形成し、レジスト１４をマスクとして表面シリコン層１３をエッチングすることにより、図３Ａに示すように、表面シリコン層１３に、素子２０の可動部２２となる領域を素子２０の基部２１となる領域以外の周囲のシリコンから分離するトレンチ１３ｂおよび第２の孔部６４を形成する。なお、ＳＯＩ基板１０の表面シリコン層１３の表面を熱酸化することにより、シリコン酸化膜を形成し、フォトリソグラフィー法によってシリコン酸化膜によるマスクを形成し、表面シリコン層１３をエッチングすることで、トレンチ１３ｂおよび第２の孔部６４を形成しても構わない。
【００４４】
第２の工程において、図３Ｂに示すように、表面シリコン層１３の上面、トレンチ１３ｂ内の側壁および第２の孔部６４内の側壁に、シリコン酸化膜である素子調整層３０を形成する。例えば、ＳＯＩ基板１０の表面シリコン層１３を熱酸化することにより、表面シリコン層１３の上面、トレンチ１３ｂ内の側壁および第２の孔部６４内の側壁に、熱酸化膜（シリコン酸化膜）が形成される。熱酸化膜の厚さは、例えば、０．３μｍ〜１．２μｍ程度であり、所望の温度特性により調整しても良い。この熱酸化膜は、後に行われる可動部２２の周囲のシリコンのリリースエッチングから可動部２２および圧電駆動部４０を保護する保護壁となる。
【００４５】
次に、表面シリコン層１３のトレンチ１３ｂおよび第２の孔部６４を埋めるシリコン酸化膜を、ＣＶＤ（化学蒸着）法によって形成する。その際に、トレンチ１３ｂおよび第２の孔部６４内のシリコン酸化膜に「す」が発生しても、熱酸化膜が強固なので問題はない。また、加工によって形成された表面シリコン層１３のトレンチ１３ｂおよび第２の孔部６４がシリコン酸化膜によって埋められて表面がほぼ平坦となるため、この後のフォトリソグラフィー工程への段差による悪影響を排除することができる。
【００４６】
従って、表面シリコン層１３を熱酸化することにより形成された熱酸化膜と、ＣＶＤ法によって形成されたシリコン酸化膜と、が図２Ａに示す素子調整層３０となる。なお、第２の工程において、素子調整層３０は、平坦性の程度により熱酸化膜のみで形成しても良い。又は、熱酸化膜を形成せずに、熱ＣＶＤ法によってシリコン酸化膜を形成しても良いし、更には、熱ＣＶＤ法とプラズマＣＶＤ法との２段階のＣＶＤ法によってシリコン酸化膜を形成しても良い。
【００４７】
第３の工程において、素子調整層３０の上にレジストを塗布し、フォトリソグラフィー法によって、第２の孔部６４および可動部２２を含む素子２０等の所定の領域を保護するマスクパターンを形成し、レジストをマスクとして素子調整層３０をエッチングすることにより、表面シリコン層１３に達するトレンチを形成する。その後、図３Ｃに示すように、素子調整層３０の上面とトレンチの側壁を覆うポリシリコン膜４１をＣＶＤ法により形成する。
【００４８】
第４の工程において、ポリシリコン膜４１上にレジストを塗布し、フォトリソグラフィー法によってマスクパターンを形成し、レジストをマスクとしてポリシリコン膜４１をエッチングする。それにより、図３Ｄに示すように、可動部２２を含む素子２０の所定の領域に形成された素子調整層３０の側面を含む領域にポリシリコン膜４１が形成される。
【００４９】
ポリシリコン膜４１は、素子２０との間で素子調整層３０を覆っており、ポリシリコン膜４１の厚さは、例えば、０．２μｍ程度である。ＣＶＤ法によるポリシリコン膜４１の埋め込み性は良好なので、後に行われる可動部２２および圧電駆動部４０の周囲のシリコン酸化膜のリリースエッチングから素子調整層３０を保護する強固なポリシリコン膜４１の壁を、小さい厚さで形成することができる。
【００５０】
第５の工程において、図３Ｅに示すように、素子２０の所定の領域に形成されたポリシリコン膜４１上に第１の電極４２、圧電体層４３、および第２の電極４４を、この順でフォトリソグラフィー法により形成する。なお、ポリシリコン膜４１〜第２の電極４４は、圧電駆動部４０を構成する。また、第１の電極４２および第２の電極４４を形成する際は、第１の電極４２と電極パッド５０とを接続するための配線４６および第２の電極４４と電極パッド５０とを接続するための配線４６も同時に形成する。
【００５１】
第６の工程において、圧電駆動部４０が形成されたＳＯＩ基板１０上に、シリコン酸化膜３３をＣＶＤ法により形成する。その後、図３Ｆに示すように、電極パッド５０を形成する位置が開口したマスクパターンをフォトリソグラフィー法によって形成し、シリコン酸化膜３３をマスクとしてスパッタ法によりアルミニウム（Ａｌ）又は銅（Ｃｕ）等を電極パッド５０を形成する位置に成膜し、電極パッド５０を形成する。
【００５２】
第７の工程において、図３Ｇに示すように、電極パッド５０やシリコン酸化膜３３が形成されたＳＯＩ基板１０上に、ＣＶＤ法によりシリコン酸化膜３４を形成する。その後、シリコン酸化膜３４上にレジストを塗布し、フォトリソグラフィー法によってマスクパターンを形成し、レジストをマスクとしてシリコン酸化膜３４をエッチングする。それにより、図３Ｇに示すように、表面シリコン層１３に達するトレンチ１３ｂに対応する所定の領域が開口するシリコン酸化膜３４が形成される。
【００５３】
第８の工程において、図３Ｈに示すように、シリコン酸化膜３４上にレジスト１６を塗布し、フォトリソグラフィー法によってマスクパターンを形成し、レジスト１６をマスクとして、トレンチ１３ｂに対応するシリコン酸化膜３４、素子調整層３０、ＢＯＸ層１２の順でエッチングする。それにより、可動部２２、圧電駆動部４０および電極パッド５０を保護するシリコン酸化膜３４や素子調整層３０を残しつつ、可動部２２の周囲を囲むような形状で、シリコン層１１に達する深さの開口を形成する。
【００５４】
第９の工程において、図３Ｉに示すように、レジスト１６を剥離した後に、シリコン酸化膜３４、素子調整層３０、表面シリコン層１３およびＢＯＸ層１２の開口を通して、可動部２２の周囲のシリコンをエッチングする（リリースエッチング）。その際に、シリコン層１１のシリコンの一部をエッチングして、可動部２２の下方におけるシリコン層１１にキャビティー８を形成する。第９の工程においては、ウエットエッチングが行われ、エッチング液としては、例えば、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）が用いられる。
【００５５】
第１０の工程において、図３Ｊに示すように、可動部２２、圧電駆動部４０、電極パッド５０、第２の孔部６４の周囲のシリコン酸化膜３４、素子調整層３０およびＢＯＸ層１２がエッチングされる（リリースエッチング）。それにより、可動部２２上に素子調整層３０が残る。第１０の工程においては、ウエットエッチングが行われ、エッチング液としては、例えば、ＢＨＦ（バッファードフッ酸）が用いられる。その後、ＳＯＩ基板１０の素子２０が形成された面（表面シリコン層１３上面）に蓋部５のキャビティー７を有する面を配置し、接合する。なお、接合方法としては、接合面３を活性化させて行う直接接合や低融点ガラス等の接合部材を用いた方法、および陽極接合等を用いても良い。
【００５６】
第１１の工程において、図３Ｋに示すように、ＳＯＩ基板１０のシリコン層１１およびＢＯＸ層１２に第１の貫通孔５４と第１の孔部６２を形成する。第１の貫通孔５４および第１の孔部６２の形成は、エッチング用のマスク層３６を形成した後、フォトリソグラフィー法によってＳＯＩ基板１０のシリコン層１１をエッチングして行う。マスク層３６としては、レジスト膜を用いるが、シリコン層１１の表面を熱酸化することによるシリコン酸化膜でも良い。
【００５７】
第１２の工程において、図３Ｌに示すように、フイルムレジスト１８をマスク層３６上に貼り、フォトリソグラフィー法によって第１の貫通孔５４を開口するパターンを形成し、表面シリコン層１３をエッチングして、第２の貫通孔５５を形成する。
【００５８】
第１３の工程において、図３Ｍに示すように、フイルムレジスト１８およびマスク層３６を除去した後、第２の貫通孔５５と第２の孔部６４に露出した素子調整層３０をエッチングする。
【００５９】
第１４の工程において、図３Ｎに示すように、ＣＶＤ法によりシリコン層１１の表面と、第１の貫通孔５４、第２の貫通孔５５、第１の孔部６２および第２の孔部６４内の側壁と、にシリコン酸化膜３２を成膜する。その後、第２の貫通孔５５および第２の孔部６４のポリシリコン膜４１に成膜されたシリコン酸化膜３２を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等の異方性ドライエッチングにより除去する。
【００６０】
第１５の工程において、図３Ｏに示すように、スパッタ装置等の前処理室で、真空（減圧）雰囲気において、第２の貫通孔５５および第２の孔部６４に露出したポリシリコン膜４１をエッチングし、第２の貫通孔５５および第２の孔部６４上のポリシリコン膜４１に貫通孔を作成する。その後、キャビティー７，８で構成される内部空間を前処理室と同等の圧力とし、連続処理にて電極層５６となるチタニウム（Ｔｉ）やタングステン（Ｗ）や銅（Ｃｕ）等の金属層をスパッタする。
【００６１】
本工程により、素子２０が形成されている側とは反対側の面に第１の電極４２および第２の電極４４と接続する貫通電極５９の一部となる電極層５６を形成することができる。また、本工程では、電極層５６が封止膜５６ａとして作用し、第２の孔部６４を塞ぐため、素子２０が形成されているキャビティー７，８で構成される内部空間を真空雰囲気（減圧雰囲気）に封止することができる。従って、第１の貫通孔５４および第２の貫通孔５５に貫通電極５９の一部となる電極層５６を形成する工程と、電極層５６を封止膜５６ａとして第２の孔部６４を塞ぎ内部空間を気密封止する工程と、を同時に行うことができる。
【００６２】
第１６の工程において、図３Ｐに示すように、貫通電極５９の一部となる電極層５６の表面にメッキ法等で電極層５６に用いた金属層と同等の金属層を積層し貫通電極５９の一部となる電極層５８を作成する。第１の貫通孔５４、第２の貫通孔５５および第１の孔部６２を完全に塞ぐことにより、導通性や機械的強度が向上し信頼性が向上する。なお、電極層５６はスパッタ層であり、電極層５８はメッキ層と言える。
【００６３】
第１７の工程において、図３Ｑに示すように、ＳＯＩ基板１０の蓋部５が接合された面とは反対側の面を研磨装置等で平坦化加工することで、信頼性に優れたＭＥＭＳ素子１が完成する。
【００６４】
（第２実施形態）
［ＭＥＭＳ素子］
次に、本発明の第２実施形態に係るＭＥＭＳ素子１ａについて、図４を参照して説明する。
図４は、第２実施形態に係るＭＥＭＳ素子１ａの構成を示す図１のＰ１−Ｐ１線の位置に相当する概略断面図である。なお、上述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の構成には、同一の符号を附してあり、同様の事項については、その説明を省略する。
【００６５】
第２実施形態に係るＭＥＭＳ素子１ａは、第１実施形態に係るＭＥＭＳ素子１と比較し、電極用貫通孔５２ａを構成する第１の貫通孔５４ａと貫通孔６０ａを構成する第１の孔部６２ａとの構造が異なる。
本実施形態のＭＥＭＳ素子１ａは、図４に示すように、シリコン層１１とＢＯＸ層１２とに配設された第１の貫通孔５４ａおよび第１の孔部６２ａがシリコン層１１およびＢＯＸ層１２の表面シリコン層１３を支持する面と対向する面に向かって広がるテーパー部を有している。本実施形態では、テーパー部がシリコン層１１とＢＯＸ層１２とに設けられているが、シリコン層１１だけでも構わない。また、シリコン層１１の途中から設けられていても構わない。
【００６６】
以上述べたように、本実施形態に係るＭＥＭＳ素子１ａによれば、第１の貫通孔５４ａに表面シリコン層１３と対向する面に向かって広がるテーパー部を有しているので、電極パッド５０と接続する配線４６に電極層５６を配設し易くなる。また、第１の孔部６２ａに同様のテーパー部を有しているので、第２の孔部６４を塞ぐ封止膜５６ａとなる電極層５６を到達させ封止し易くなる。
【００６７】
［電子機器］
次に、本発明の一実施形態に係るＭＥＭＳ素子１，１ａを適用した電子機器について、図５、図６および図７を参照して説明する。なお、以下では、ＭＥＭＳ素子１を適用した構成を例示して説明する。
【００６８】
図５は、本実施形態に係るＭＥＭＳ素子１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、ディスプレイ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、基準クロック等として機能するＭＥＭＳ素子１が内蔵されている。
【００６９】
図６は、本発明の一実施形態に係るＭＥＭＳ素子１を備える電子機器としての携帯電話機（ＰＨＳ（Personal Handyhone System）やスマートフォンも含む）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、ディスプレイ１０００が配置されている。このような携帯電話機１２００には、基準クロック等として機能するＭＥＭＳ素子１が内蔵されている。
【００７０】
図７は、本発明の一実施形態に係るＭＥＭＳ素子１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、ディスプレイ１０００が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行なう構成になっており、ディスプレイ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。
撮影者がディスプレイ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１３３０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１３４０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１３３０や、パーソナルコンピューター１３４０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、基準クロック等として機能するＭＥＭＳ素子１が内蔵されている。
【００７１】
上述したように、電子機器に、信頼性に優れたＭＥＭＳ素子１が活用されることにより、より高性能の電子機器を提供することができる。
【００７２】
なお、本発明の一実施形態に係るＭＥＭＳ素子１は、図５のパーソナルコンピューター１１００（モバイル型パーソナルコンピューター）、図６の携帯電話機１２００、図７のデジタルスチールカメラ１３００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（Point of Sale）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。
【００７３】
［移動体］
次に、本発明の一実施形態に係るＭＥＭＳ素子１，１ａを適用した移動体について、図８を参照して説明する。なお、以下では、ＭＥＭＳ素子１を適用した構成を例示して説明する。
図８は、本発明の移動体の一例としての自動車１４００を概略的に示す斜視図である。
自動車１４００には、ＭＥＭＳ素子１が搭載されている。ＭＥＭＳ素子１は、キーレスエントリー、イモビライザー、ナビゲーションシステム、エアコン、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ：Antilock Brake System）、エアバック、タイヤプレッシャーモニタリングシステム（ＴＰＭＳ：Tire Pressure Monitoring System）、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム等の電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１４１０に広く適用できる。
【００７４】
上述したように、移動体に、信頼性に優れたＭＥＭＳ素子１が活用されることにより、より高性能の移動体を提供することができる。
【００７５】
以上、本発明のＭＥＭＳ素子１，１ａ、電子機器（１１００，１２００，１３００）、および移動体（１４００）について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていても良い。また、前述した各実施形態を適宜組み合わせても良い。
【００７６】
また、上述の実施形態では、矩形形状のＳＯＩ基板１０の一つの対角線の方向に沿って基部２１や可動部２２が延在するように素子２０が配設されている例で説明したが、これに限らない。他の配置例としては、矩形形状のＳＯＩ基板１０の外縁に沿って基部２１や可動部２２が延在するように素子２０が配設されている構成などであってもよい。
【００７７】
また、上述ではＭＥＭＳ素子の一例として、基部２１や可動部２２などを含む機能素子としての素子２０を備えているＭＥＭＳ素子１，１ａを示して説明したが、これに限らない。上述の封止構造を備えた他のＭＥＭＳ素子としては、機能素子として加速度の検出機能を備えている加速度センサー素子、角速度の検出機能を備えている角速度センサー素子、圧力検出機能を備えている圧力センサー素子、重量検出機能を備えている重量センサー素子や、これらの機能素子が複合した複合センサーなどを備えているＭＥＭＳ素子であってもよい。また、ＭＥＭＳ素子は、機能素子として振動素子を備えた振動子、発振器、周波数フィルターなどであってもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１，１ａ…ＭＥＭＳ素子、３…接合面、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ…角部、５…蓋部、７，８…キャビティー、１０…ＳＯＩ基板、１１…シリコン層、１２…ＢＯＸ層、１３…表面シリコン層、１３ａ…溝、１３ｂ…トレンチ、１３ｃ…スリット、１４，１６…レジスト、１８…フイルムレジスト、２０…素子、２１…基部、２２…可動部、３０…素子調整層、３２，３３，３４…シリコン酸化膜、３６…マスク層、４０…圧電駆動部、４１…ポリシリコン膜、４２…第１の電極、４３…圧電体層、４４…第２の電極、４６…配線、５０…電極パッド、５２…電極用貫通孔、５４，５４ａ…第１の貫通孔、５５…第２の貫通孔、５６，５８…電極層、５９…貫通電極、６０…貫通孔、６２，６２ａ…第１の孔部、６４…第２の孔部、６６…連通部、１０００…ディスプレイ、１１００…パーソナルコンピューター、１１０２…キーボード、１１０４…本体部、１１０６…表示ユニット、１２００…携帯電話機、１２０２…操作ボタン、１２０４…受話口、１２０６…送話口、１３００…デジタルスチールカメラ、１３０２…ケース、１３０４…受光ユニット、１３０６…シャッターボタン、１３０８…メモリー、１３１２…ビデオ信号出力端子、１３１４…入出力端子、１３３０…テレビモニター、１３４０…パーソナルコンピューター、１４００…自動車、１４１０…電子制御ユニット、Ｗ１，Ｗ２…開口幅。
【図１】
2018201185.tif 000003
【図２Ａ】
2018201185.tif 000004
【図２Ｂ】
2018201185.tif 000005
【図２Ｃ】
2018201185.tif 000006
【図３Ａ】
2018201185.tif 000007
【図３Ｂ】
2018201185.tif 000008
【図３Ｃ】
2018201185.tif 000009
【図３Ｄ】
2018201185.tif 000010
【図３Ｅ】
2018201185.tif 000011
【図３Ｆ】
2018201185.tif 000012
【図３Ｇ】
2018201185.tif 000013
【図３Ｈ】
2018201185.tif 000014
【図３Ｉ】
2018201185.tif 000015
【図３Ｊ】
2018201185.tif 000016
【図３Ｋ】
2018201185.tif 000017
【図３Ｌ】
2018201185.tif 000018
【図３Ｍ】
2018201185.tif 000019
【図３Ｎ】
2018201185.tif 000020
【図３Ｏ】
2018201185.tif 000021
【図３Ｐ】
2018201185.tif 000022
【図３Ｑ】
2018201185.tif 000023
【図４】
2018201185.tif 000024
【図５】
2018201185.tif 000025
【図６】
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【図７】
2018201185.tif 000027
【図８】
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