(57)【要約】【課題】第１可動部と固定電極との貼り付き（スティッキング）を低減することのできるＭＥＭＳ構造体の製造方法およびＭＥＭＳ構造体を提供する。【解決手段】ＭＥＭＳ構造体１は、基板２と、基板２に配置されている振動素子３と、を有し、振動素子３は、固定電極３１と、固定電極３１と離間して配置されている固定部３２１および固定部３２１に離間して対向配置されている可動部３２３を有する可動電極３２と、を有し、可動部３２３は、固定電極３１と離間して対向配置されている第１可動部３２３ａと、固定部３２１と離間して対向配置されている第２可動部３２３ｂと、を有し、平面視で、第２可動部３２３ｂは、第１可動部３２３ａよりも面積が大きい。【選択図】図１
2015213967.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定電極と、前記固定電極と離間して設けられている固定部と、前記固定電極および前記固定部上に配置されている犠牲層と、を有する基板を準備する工程と、
少なくとも一部が前記固定電極と対向する第１可動部と、少なくとも一部が前記固定部と対向する第２可動部と、を有する可動部連結体を前記犠牲層上に形成する工程と、
前記犠牲層を除去する工程と、
前記第２可動部と前記固定部との距離を小さくする工程と、
を含んでいることを特徴とするＭＥＭＳ構造体の製造方法。
【請求項２】
前記形成する工程では、前記可動部の前記第１可動部と前記第２可動部との境界部を支持する支持部をさらに形成する請求項１に記載のＭＥＭＳ構造体の製造方法。
【請求項３】
前記距離を小さくする工程では、前記第２可動部と前記固定部との間に電位差を与える請求項１または２に記載のＭＥＭＳ構造体の製造方法。
【請求項４】
前記距離を小さくする工程では、前記第２可動部と前記固定部との間に液体を供給し、前記液体を蒸発して除去する請求項１または２に記載のＭＥＭＳ構造体の製造方法。
【請求項５】
平面視で、前記第２可動部は、前記第１可動部よりも面積が大きい請求項１ないし４のいずれか１項に記載のＭＥＭＳ構造体の製造方法。
【請求項６】
前記第２可動部と前記固定部との離間距離は、前記第１可動部と前記固定電極との離間距離よりも短い請求項１ないし５のいずれか１項に記載のＭＥＭＳ構造体の製造方法。
【請求項７】
前記固定電極と前記第１可動部とで静電容量型の振動素子の少なくとも一部が構成されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載のＭＥＭＳ構造体の製造方法。
【請求項８】
前記ＭＥＭＳ構造体は、物理量を検知する物理量センサーである請求項１ないし７のいずれか１項に記載のＭＥＭＳ構造体の製造方法。
【請求項９】
基板と、
前記基板に配置されている振動素子と、を有し、
前記振動素子は、
前記基板に配置されている固定電極と、
前記基板に前記固定電極と離間して配置されている固定部と、前記固定電極および前記固定部に離間して対向配置されている可動部と、を備える可動電極と、を有し、
前記可動部は、
少なくとも一部が前記固定電極と離間して対向配置されている第１可動部と、少なくとも一部が前記固定部と離間して対向配置されている第２可動部と、を有し、
平面視で、前記第２可動部は、前記第１可動部よりも面積が大きいことを特徴とするＭＥＭＳ構造体。
【請求項１０】
基板と、
前記基板に配置されている振動素子と、を有し、
前記振動素子は、
前記基板に配置されている固定電極と、
前記基板に前記固定電極と離間して配置されている固定部と、前記固定電極および前記固定部に離間して対向配置されている可動部と、を備える可動電極と、を有し、
前記可動部は、
少なくとも一部が前記固定電極と離間して対向配置されている第１可動部と、少なくとも一部が前記固定部と離間して対向配置されている第２可動部と、を有し、
前記第２可動部と前記固定部との離間距離は、前記第１可動部と前記固定電極との離間距離よりも短いことを特徴とするＭＥＭＳ構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ構造体の製造方法およびＭＥＭＳ構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に記載のＭＥＭＳ構造体は、固定電極と、固定電極と離間して対向配置された可動部を有する可動電極と、を有する振動素子を備えており、固定電極および可動電極の間に所定周波数の電圧を印加することで、可動部が振動するようになっている。また、特許文献１には、ＭＥＭＳ構造体の製造方法として、まず、基板上に固定電極を形成し、次に、固定電極の表面に犠牲層を形成し、次に、基板および犠牲層上に可動電極を形成し、最期に、犠牲層を除去して可動電極を固定電極からリリースする方法が記載されている。しかしながら、特許文献１に記載のＭＥＭＳ構造体では、以下のような理由から、製造時において、可動電極が固定電極に張り付いてしまう「スティッキング」が顕著に生じてしまう。
【０００３】
すなわち、特許文献１では、犠牲層の除去がウェットエッチングを用いて行われるため、犠牲層を除去した後にエッチング液を洗い流す洗浄工程が必要となる。この洗浄工程は、水等の洗浄液を用いてエッチング液を除去する工程と、乾燥によって洗浄液を除去する工程とで構成されている。そして、乾燥工程において、固定電極と可動部との間に入り込んだ洗浄液が徐々に蒸発（体積が減少）していくことで、洗浄液の表面張力によって可動部が固定電極側に引き付けられ、可動部が固定電極に接触する。可動部が固定電極に接触すると、分子間力や、表面の凹凸の係合（引っ掛かり）等の各種要因によって、可動部がそのまま固定電極に張り付いてしまい、スティッキングが発生してしまう。特許文献１のＭＥＭＳ構造体では、可動部が片持ち支持され、先端側が自由端になっているため、可動部が撓み易く、このようなスティッキングが顕著に発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
本発明の目的は、第１可動部と固定電極との貼り付き（スティッキング）を低減することのできるＭＥＭＳ構造体の製造方法およびＭＥＭＳ構造体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、以下の適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
本適用例のＭＥＭＳ構造体の製造方法は、固定電極と、前記固定電極と離間して設けられている固定部と、前記固定電極および前記固定部上に配置されている犠牲層と、を有する基板を準備する工程と、
少なくとも一部が前記固定電極と対向する第１可動部と、少なくとも一部が前記固定部と対向する第２可動部と、を有する可動部連結体を前記犠牲層上に形成する工程と、
前記犠牲層を除去する工程と、
前記第２可動部と前記固定部との距離を小さくする工程と、
を含んでいることを特徴とする。
【０００８】
これにより、第１可動部と固定電極との貼り付き（スティッキング）を低減することができる。
【０００９】
［適用例２］
本適用例のＭＥＭＳ構造体の製造方法では、前記形成する工程では、前記可動部の前記第１可動部と前記第２可動部との境界部を支持する支持部をさらに形成することが好ましい。
【００１０】
これにより、支持部によって可動部をシーソーのように支持することができるため、第２可動部を第２固定部側へ変位させ易くなる。
【００１１】
［適用例３］
本適用例のＭＥＭＳ構造体の製造方法では、前記距離を小さくする工程では、前記第２可動部と前記固定部との間に電位差を与えることが好ましい。
これにより、より確実に、第２可動部を第２固定部に変位させることができる。
【００１２】
［適用例４］
本適用例のＭＥＭＳ構造体の製造方法では、前記距離を小さくする工程では、前記第２可動部と前記固定部との間に液体を供給し、前記液体を蒸発して除去することが好ましい。
これにより、簡単な方法で、第２可動部を固定部側に変位させることができる。
【００１３】
［適用例５］
本適用例のＭＥＭＳ構造体の製造方法では、平面視で、前記第２可動部は、前記第１可動部よりも面積が大きいことが好ましい。
これにより、より確実に、第２可動部を固定部に変位させることができる。
【００１４】
［適用例６］
本適用例のＭＥＭＳ構造体の製造方法では、前記第２可動部と前記固定部との離間距離は、前記第１可動部と前記固定電極との離間距離よりも短いことが好ましい。
これにより、より確実に、第２可動部を固定部側に変位させることができる。
【００１５】
［適用例７］
本適用例のＭＥＭＳ構造体の製造方法では、前記固定電極と前記第１可動部とで静電容量型の振動素子の少なくとも一部が構成されていることが好ましい。
【００１６】
これにより、振動素子の構成が簡単となる。また、半導体プロセスで製造し易いＭＥＭＳ構造体となる。
【００１７】
［適用例８］
本適用例のＭＥＭＳ構造体の製造方法では、前記ＭＥＭＳ構造体は、物理量を検知する物理量センサーであることが好ましい。
これにより、物理量を検知することのできるＭＥＭＳ構造体が得られる。
【００１８】
［適用例９］
本適用例のＭＥＭＳ構造体は、基板と、
前記基板に配置されている振動素子と、を有し、
前記振動素子は、
前記基板に配置されている固定電極と、
前記基板に前記固定電極と離間して配置されている固定部と、前記固定電極および前記固定部に離間して対向配置されている可動部と、を備える可動電極と、を有し、
前記可動部は、
少なくとも一部が前記固定電極と離間して対向配置されている第１可動部と、少なくとも一部が前記固定部と離間して対向配置されている第２可動部と、を有し、
平面視で、前記第２可動部は、前記第１可動部よりも面積が大きいことを特徴とする。
【００１９】
これにより、第１可動部と固定電極との貼り付き（スティッキング）が起きにくいＭＥＭＳ構造体となる。
【００２０】
［適用例１０］
本適用例のＭＥＭＳ構造体は、基板と、
前記基板に配置されている振動素子と、を有し、
前記振動素子は、
前記基板に配置されている固定電極と、
前記基板に前記固定電極と離間して配置されている固定部と、前記固定電極および前記固定部に離間して対向配置されている可動部と、を備える可動電極と、を有し、
前記可動部は、
少なくとも一部が前記固定電極と離間して対向配置されている第１可動部と、少なくとも一部が前記固定部と離間して対向配置されている第２可動部と、を有し、
前記第２可動部と前記固定部との離間距離は、前記第１可動部と前記固定電極との離間距離よりも短いことを特徴とする。
【００２１】
これにより、第１可動部と固定電極との貼り付き（スティッキング）が起きにくいＭＥＭＳ構造体となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＭＥＭＳ構造体を示す断面図である。
【図２】図１に示すＭＥＭＳ構造体が有する振動素子を示す斜視図である。
【図３】図２に示す振動素子にスティッキングが生じた状態を示す斜視図である。
【図４】図３に示すＭＥＭＳ構造体の製造方法を説明するための断面図である。
【図５】図３に示すＭＥＭＳ構造体の製造方法を説明するための断面図である。
【図６】図３に示すＭＥＭＳ構造体の製造方法を説明するための断面図である。
【図７】図３に示すＭＥＭＳ構造体の製造方法を説明するための断面図である。
【図８】図３に示すＭＥＭＳ構造体の製造方法を説明するための断面図である。
【図９】図３に示すＭＥＭＳ構造体の製造方法を説明するための断面図である。
【図１０】図３に示すＭＥＭＳ構造体の製造方法を説明するための断面図である。
【図１１】図３に示すＭＥＭＳ構造体の製造方法を説明するための断面図である。
【図１２】図３に示すＭＥＭＳ構造体の製造方法を説明するための断面図である。
【図１３】図３に示すＭＥＭＳ構造体の製造方法を説明するための断面図である。
【図１４】図３に示すＭＥＭＳ構造体の製造方法を説明するための断面図である。
【図１５】図３に示すＭＥＭＳ構造体の製造方法を説明するための断面図である。
【図１６】図３に示すＭＥＭＳ構造体の製造方法を説明するための断面図である。
【図１７】図３に示すＭＥＭＳ構造体の製造方法を説明するための断面図である。
【図１８】本発明の第２実施形態に係るＭＥＭＳ構造体が有する振動素子を示す部分拡大断面図である。
【図１９】本発明の第２実施形態に係るＭＥＭＳ構造体が有する振動素子を示す部分拡大断面図である。
【図２０】本発明の第３実施形態に係るＭＥＭＳ構造体が有する振動素子を示す平面図および断面図である。
【図２１】本発明の第４実施形態に係るＭＥＭＳ構造体が有する振動素子を示す部分拡大断面図である。
【図２２】スティッキング工程を説明するための断面図である。
【図２３】本発明の第５実施形態に係るＭＥＭＳ構造体を示す断面図である。
【図２４】本発明のＭＥＭＳ構造体を備えるモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。
【図２５】本発明のＭＥＭＳ構造体を備える携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。
【図２６】本発明のＭＥＭＳ構造体を備えるディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。
【図２７】本発明のＭＥＭＳ構造体を備える移動体を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明のＭＥＭＳ構造体の製造方法およびＭＥＭＳ構造体を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２４】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るＭＥＭＳ構造体を示す断面図である。図２は、図１に示すＭＥＭＳ構造体が有する振動素子を示す斜視図である。図３は、図２に示す振動素子にスティッキングが生じた状態を示す斜視図である。図４ないし図１７は、それぞれ、図３に示すＭＥＭＳ構造体の製造方法を説明するための断面図である。なお、以下の説明では、図１中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
【００２５】
１．ＭＥＭＳ構造体
図１に示すＭＥＭＳ構造体１は、所定周波数の信号を発振することのできる発振器として用いられる。このようなＭＥＭＳ構造体１は、図１に示すように、基板２と、振動素子３と、素子周囲構造体４と、空洞部５と、半導体回路（回路）６と、を有している。
【００２６】
基板２は、シリコン基板である半導体基板２１上に、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）で構成された第１絶縁膜２２と、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）で構成された第２絶縁膜２３と、をこの順に積層することで構成されている。ただし、第１絶縁膜２２および第２絶縁膜２３の材料としては、製造時に半導体基板２１を保護することと、半導体基板２１、振動素子３を絶縁することができれば、特に限定されない。また、基板２の平面視形状としては、特に限定されず、例えば、略正方形または略長方形等の矩形や、円形とすることができ、本実施形態では、略正方形となっている。
【００２７】
また、半導体基板２１上およびその上方には半導体回路６が作り込まれている。この半導体回路６には、例えば、振動素子３を励振させるための発振回路が含まれており、その他にも、位相同期回路（ＰＬＬ回路）や、発振回路からの出力周波数を整数倍にする逓倍回路や、信号を所定の出力形式（ＣＭＯＳ、ＬＶ−ＰＥＣＬ、ＬＶＤＳ等）に変換して出力する出力回路等を含んでいてもよい。このような半導体回路６には、必要に応じて形成されたＭＯＳトランジスタ６１等の能動素子、キャパシタ、インダクタ、抵抗、ダイオード、配線等の回路要素が含まれている。このように、基板２に半導体回路６を作り込むことで、例えば、半導体回路６を別体として設ける場合と比較して、ＭＥＭＳ構造体１の小型化を図ることができる。なお、図１では、説明の便宜上、ＭＯＳトランジスタ６１のみを図示している。このトランジスタ６１は、ゲート電極６１１と、ゲート絶縁膜６１２と、ソース電極６１３と、ドレイン電極６１４と、を有している。
【００２８】
また、振動素子３は、静電容量型（静電駆動型）の振動素子であり、図１および図２に示すように、基板２の上面に設けられている固定電極３１および可動電極３２を有している。また、可動電極３２は、基板２の上面に設けられている固定部３２１と、固定電極３１および固定部３２１と空隙を隔てて対向配置されている可動部３２３と、可動部３２３と固定部３２１との間に位置し、固定部３２１に対して可動部３２３を支持する支持部３２２と、を有している。
【００２９】
また、可動部３２３は、一端側に位置し、少なくとも一部が固定電極３１と離間して対向配置されている第１可動部３２３ａと、他端側に位置し、少なくとも一部が固定部３２１と離間して対向配置されている第２可動部３２３ｂと、を有している。このような可動部３２３は、第１可動部３２３ａと第２可動部３２３ｂとの境界部において、支持部３２２によって固定部３２１に支持されている。言い換えると、可動部３２３は、その両端部を除く部分において、支持部３２２を介して固定部３２１にシーソーのように支持されており、この支持されている部分よりも固定電極３１側の部分が第１可動部３２３ａを構成し、反対側の部分が第２可動部３２３ｂを構成している。
【００３０】
また、このような可動部３２３では、平面視で、第２可動部３２３ｂの面積が、第１可動部３２３ａの面積よりも大きくなっている。より具体的には、第１可動部３２３ａと第２可動部３２３ｂの幅がほぼ等しく、第２可動部３２３ｂの長さが第１可動部３２３ａの長さよりも長くなっている。このように、第２可動部３２３ｂの面積を第１可動部３２３ａの面積よりも大きくすることで、ＭＥＭＳ構造体１の製造時において、第２可動部３２３ｂが優先的に固定部３２１に張り付くようになり、よって、第２可動部３２３ｂとは反対側に位置する第１可動部３２３ａの固定電極３１への貼り付き（スティッキング）を効果的に抑制することができる。すなわち、このようなＭＥＭＳ構造体１では、その製造時に、第２可動部３２３ｂが固定部３２１に張り付つかなければ、図２に示すような状態となり、反対に、第２可動部３２３ｂが固定部３２１に貼り付けば、図３に示すような状態となる。
【００３１】
これら固定電極３１および可動電極３２は、それぞれ、ポリシリコンを主材料（主成分）として含んでおり、ポリシリコンにリン、ボロン等の不純物をドープ（拡散または注入）することで構成されている。このような振動素子３は、半導体回路６と電気的に接続されており、半導体回路６から固定電極３１および可動電極３２間に、所定周波数の交番電圧を印加することで第１可動部３２３ａが振動するようになっている。振動素子３をこのような構成とすることで、後述するように、振動素子３を半導体プロセスで形成することができ、ＭＥＭＳ構造体１の製造が容易となる。
【００３２】
また、素子周囲構造体４は、振動素子３を収容する空洞部５を画成するように形成されている。この素子周囲構造体４は、図１に示すように、層間絶縁膜４１と、層間絶縁膜４１上に形成された配線層４２と、配線層４２および層間絶縁膜４１上に形成された層間絶縁膜４３と、層間絶縁膜４３上に形成された配線層４４と、配線層４４および層間絶縁膜４３上に形成された表面保護膜４５と、封止層４６と、を有している。また、配線層４４は、空洞部５の内外を連通する複数の細孔４４２を備えた被覆層４４１を有しており、被覆層４４１上に配置されている封止層４６が細孔４４２を封止することで、空洞部５が真空状態（減圧状態）に維持されている。また、配線層４２、４４は、空洞部５を囲むように形成されている配線層４２ａ、４４ａと、半導体回路６の配線を構成する配線層４２ｂ、４４ｂと、を含んでいる。そのため、半導体回路６は、配線層４２ｂ、４４ｂによってＭＥＭＳ構造体１の上面に引き出され、配線層４４ｂの一部が外部接続端子４４ｂ’となっている。
【００３３】
層間絶縁膜４１、４３としては、特に限定されないが、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）等の絶縁膜を用いることができる。また、配線層４２、４４としては、特に限定されないが、例えば、アルミニウム膜等の金属膜を用いることができる。また、封止層４６としては、特に限定されないが、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ｔｉ、ＴｉＮ等の金属膜を用いることができる。また、表面保護膜４５としては、特に限定されないが、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ポリイミド膜、エポキシ樹脂膜等、ＭＥＭＳ構造体１を水分、ゴミ、傷などから保護するための耐性を有するものを用いることができる。
【００３４】
２．ＭＥＭＳ構造体１の製造方法
次に、ＭＥＭＳ構造体１の製造方法について説明する。
【００３５】
図４ないし図１７は、それぞれ、図１ないし図３に示すＭＥＭＳ構造体１の製造方法を説明するための断面図である。以下、ＭＥＭＳ構造体１の製造方法について、これらの図に基づいて説明する。
【００３６】
ＭＥＭＳ構造体１の製造方法は、固定電極３１と、固定電極３１と離間して設けられている固定部３２１と、固定電極３１および固定部３２１上に配置されている犠牲層９０とを有する基板２を準備する準備工程と、犠牲層９０上に、少なくとも一部が固定電極３１と対向する第１可動部３２３ａと、少なくとも一部が固定部３２１と対向する第２可動部３２３ｂとを有する可動部３２３を形成する形成工程と、犠牲層９０を除去する除去工程と、第２可動部３２３ｂと固定部３２１との距離を小さくするスティッキング工程と、を含んでいる。以下、これら各工程について順に詳述する。
【００３７】
［準備工程］
まず、図４に示すように、シリコン基板からなる半導体基板２１を用意する。次に、図５に示すように、半導体基板２１の上面（表面）を熱酸化することで、第１絶縁膜（シリコン酸化膜）２２を選択的に形成し、後に振動素子３を形成するためのＭＥＭＳ領域Ｓ１と、後に半導体回路６を形成するための半導体領域Ｓ２と、を形成する。次に、図６に示すように、ＭＥＭＳ領域Ｓ１において、第１絶縁膜２２上に、第２絶縁膜（シリコン窒化膜）２３をスパッタリング法、ＣＶＤ法等により形成する。以上により、基板２が得られる。
【００３８】
次に、図７に示すように、第２絶縁膜２３上に固定電極３１および固定部３２１を形成する。具体的には、まず、第２絶縁膜２３の上面にポリシリコンの膜をスパッタリング法、ＣＶＤ法等を用いて形成しつつ、同時に、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）等の不純物を注入することで、導電性のポリシリコン膜を形成し、このポリシリコンの膜をフォトリソグラフィー技法とエッチング技法を用いてパターニングすることで、固定電極３１および固定部３２１の形状とする。これにより、第２絶縁膜２３上に、固定電極３１および固定部３２１が形成される。ただし、例えば、前記パターニングを終えてから、リン、ボロン等の不純物をドープ（イオン注入）して導電性を付与してもよい。
【００３９】
次に、ＣＶＤ法により、図８に示すように、固定電極３１および固定部３２１の表面を覆うシリコン酸化膜からなる犠牲層９０を形成する。なお、犠牲層９０は、ＣＶＤ法ではなく、熱酸化法、スパッタリング法等により形成してもよい。
【００４０】
次に、図９に示すように、犠牲層９０の、支持部３２２を形成する領域を除去して貫通孔９０１を形成する。除去工程は、例えば、フォトリソグラフィー技法とエッチング技法を用いて行うことができる。
【００４１】
［形成工程］
次に、図１０に示すように、ＭＥＭＳ領域Ｓ１において、固定部３２１上に可動部３２３および支持部３２２を形成して可動電極３２を得る。具体的には、第２絶縁膜２３および犠牲層９０上にポリシリコンの膜をスパッタリング法、ＣＶＤ法等を用いて形成しつつ、同時に、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）等の不純物を注入することで、導電性のポリシリコン膜を形成し、このポリシリコンの膜をフォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いてパターニングすることで、可動部３２３および支持部３２２の形状とする。これにより、固定部３２１上に、可動部３２３および支持部３２２が形成されて可動電極３２が得られる。
【００４２】
次に、図１１に示すように、基板２の上面に、層間絶縁膜４１、配線層４２、層間絶縁膜４３および配線層４４を順に形成する。これにより、振動素子３等が層間絶縁膜４１、４３および配線層４２、４４で覆われた状態となる。
【００４３】
層間絶縁膜４１、４３の形成は、シリコン酸化膜をスパッタリング法、ＣＶＤ法等により形成し、そのシリコン酸化膜をフォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いてパターニングすることにより行う。また、配線層４２、４４の形成は、層間絶縁膜４１、４３上に、例えばアルミニウムよりなる層をスパッタリング法、ＣＶＤ法等により形成した後、フォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いてパターニングすることにより行う。ここで、配線層４２ａ、４４ａは、平面視で振動素子３を囲むように環状をなしている。また、配線層４２ｂ、４４ｂは、半導体基板２１上およびその上方に形成された配線等に電気的に接続される。
【００４４】
このような層間絶縁膜４１、４３と配線層４２、４４との積層構造は、通常のＣＭＯＳプロセスにより形成され、その積層数は、必要に応じて適宜に設定される。すなわち、必要に応じてさらに多くの配線層が層間絶縁膜を介して積層される場合もある。
【００４５】
［除去工程］
図１２に示すように、スパッタリング法、ＣＶＤ法等により表面保護膜４５を形成した後、エッチングにより空洞部５を形成し、これとともに振動素子３をリリースする。表面保護膜４５は、一種類以上の材料を含む複数の膜層で構成され、被覆層４４１の細孔４４２を封止してしまわないように形成する。なお、表面保護膜４５の構成材料としては、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ポリイミド膜、エポキシ樹脂膜など、素子を水分、ゴミ、傷などから保護するための耐性を有するもので形成される。
【００４６】
また、空洞部５の形成や振動素子３のリリースは、被覆層４４１に形成された複数の細孔４４２を通じたエッチングにより、層間絶縁膜４１、４３および犠牲層９０の一部（配線層４２ａ、４４ａで囲まれた部分）を除去することにより行う。ここで、本工程のエッチングとして、ウェットエッチングを用いる場合、複数の細孔４４２からフッ酸、緩衝フッ酸等のエッチング液を供給し、ドライエッチングを用いる場合、複数の細孔４４２からフッ化水素酸ガス等のエッチングガスを供給する。
【００４７】
［スティッキング工程］
次に、空洞部５内を洗浄液（液体）Ｃによって洗浄し、エッチングガスやエッチング液を除去する。具体的には、細孔４４２から空洞部５内に洗浄液Ｃを導入し、十分に洗浄した後、空洞部５内に残存している洗浄液Ｃを蒸発（乾燥）により除去することで空洞部５内からエッチングガスやエッチング液を除去する。洗浄液Ｃとしては、特に限定されないが、例えば、水や各種有機溶剤（メタノール、エタノール等のアルコール類、エーテル類、トルエン、ベンゼン、アセトン等）を用いることができる。
【００４８】
ここで、図１３（ａ）に示すように、従来のような形状の可動電極の場合（すなわち第１可動部３２３ａよりも大きな第２可動部３２３ｂを有していない場合）には、乾燥によって洗浄液Ｃを除去する際に、第１可動部３２３ａが固定電極３１に張り付く「スティッキング」と呼ばれる現象が生じやすい。具体的に説明すれば、固定電極３１と第１可動部３２３ａとの間に入り込んでいる洗浄液Ｃが蒸発（乾燥）により徐々に除去されていく（体積が減少していく）と、図１３（ｂ）に示すように、洗浄液Ｃの表面張力によって第１可動部３２３ａの先端部が下方に引きつけられ、最終的に、図１３（ｃ）に示すように、第１可動部３２３ａの自由端部が固定電極３１に接触する。このように、第１可動部３２３ａが固定電極３１に接触すると、分子間力や、表面の凹凸の係合（引っ掛かり）等の各種要因によって、第１可動部３２３ａがそのまま固定電極３１に張り付いてしまい、スティッキングが発生してしまう。
【００４９】
これに対して、図１４（ａ）に示す本実施形態のＭＥＭＳ構造体１のように、第１可動部３２３ａと反対側に、第１可動部３２３ａよりも大きな第２可動部３２３ｂを設けることにより、上述した第１可動部３２３ａのスティッキングを抑制することができる。具体的に説明すれば、図１４（ｂ）に示すように、蒸発によって、第１可動部３２３ａと固定電極３１との間に入り込んでいる洗浄液Ｃ１が徐々に除去させていくと共に、第２可動部３２３ｂと固定部３２１との間に入り込んでいる洗浄液Ｃ２が徐々に除去されていくと、第２可動部３２３ｂが第１可動部３２３ａよりも面積が大きく第１可動部３２３ａよりも撓み易いことから、洗浄液Ｃ１の表面張力によって第１可動部３２３ａが固定電極３１に引き付けられるよりも優先して、洗浄液Ｃ２の表面張力によって第２可動部３２３ｂが固定部３２１に引き付けられ（すなわち、第２可動部３２３ｂが第１可動部３２３ａよりも強い力で下方へ引き付けられ）、可動部３２３が支持部３２２を支点にしてシーソーのように第２可動部３２３ｂ側に傾く。そして、最終的に、図１４（ｃ）および図１５に示すように、第２可動部３２３ｂの自由端部が固定部３２１に接触し、分子間力や、表面の凹凸の係合（引っ掛かり）等の各種要因によって、第２可動部３２３ｂがそのまま固定部３２１に張り付く。このように、第２可動部３２３ｂを優先的にスティッキングさせることで、第１可動部３２３ａのスティッキングを抑制することができる。
【００５０】
なお、本工程（スティッキング工程）では、図１５に示すように、第２可動部３２３ｂをスティッキングさせることが好ましいが、第２可動部３２３ｂと固定部３２１との距離が一時的に小さくなれば、結果的に、第２可動部３２３ｂがスティッキングしなくてもよい。すなわち、洗浄液Ｃを除去する過程で、第２可動部３２３ｂが第１可動部３２３ａよりも優先的に下方に引きつけられ、これにより、第１可動部３２３ａのスティッキングが抑制されれば、図１６に示すように、第２可動部３２３ｂのスティッキングが起こらなくてもよい。
【００５１】
次に、空洞部５を真空状態とし、図１７に示すように、被覆層４４１上に、ＡＬ、Ｃｕ、Ｗ、Ｔｉ、ＴｉＮ等の金属膜等からなる封止層４６をスパッタリング法、ＣＶＤ法等により形成し、各細孔４４２を封止する。これより、空洞部５が封止層４６により封止され、真空状態が維持される。
【００５２】
これにより、図３に示すＭＥＭＳ構造体１が得られる。なお、スティッキング工程において、第２可動部３２３ｂのスティッキングが発生しなかった場合には、図１および図２に示す状態のＭＥＭＳ構造体１が得られる。
【００５３】
なお、半導体回路６に含まれるＭＯＳトランジスタ６１等の能動素子、コンデンサ、インダクタ、抵抗、ダイオード、配線等の回路要素は、上述した適宜の工程中において作り込んでおくことができる。例えば、第１絶縁膜２２とともに回路素子間分離膜を形成したり、固定電極３１や可動電極３２とともにゲート電極、配線等を形成したり、犠牲層９０、層間絶縁膜４１、４３とともにゲート絶縁膜、容量誘電体層、層間絶縁膜を形成したり、配線層４２、４４とともに回路内配線を形成したりすることができる。
【００５４】
＜第２実施形態＞
次に、本発明のＭＥＭＳ構造体の第２実施形態について説明する。
【００５５】
図１８および図１９は、本発明の第２実施形態に係るＭＥＭＳ構造体が有する振動素子を示す部分拡大断面図である。
【００５６】
以下、本発明の第２実施形態に係るＭＥＭＳ構造体について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
【００５７】
第２実施形態のＭＥＭＳ構造体は、振動素子の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
【００５８】
図１８に示すように、本実施形態のＭＥＭＳ構造体１の振動素子３では、第２可動部３２３ｂと固定部３２１との離間距離Ｇ２が、第１可動部３２３ａと固定電極３１との離間距離Ｇ１よりも短くなっている。そのため、ＭＥＭＳ構造体１の製造中における第１可動部３２３ａのスティッキングを効果的に防止することができる。具体的には、離間距離Ｇ２が離間距離Ｇ２よりも短いことから、洗浄液Ｃを乾燥して除去する際に、第２可動部３２３ｂは、第１可動部３２３ａが固定電極３１に接触するよりも小さい変位量で、固定部３２１に接触する。そのため、第２可動部３２３ｂを、第１可動部３２３ａよりも優先的にスティッキングさせることができ、その結果、第１可動部３２３ａのスティッキングを効果的に抑制することができる。
【００５９】
なお、図１８では、製造工程にて第２可動部３２３ｂがスティッキングを起こさなかった場合の構成を図示しているが、製造工程にて第２可動部３２３ｂがスティッキングを起こした場合は、図１９のように、第２可動部３２３ｂが固定部３２１に固定された状態となる。
【００６０】
このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００６１】
＜第３実施形態＞
次に、本発明のＭＥＭＳ構造体の第３実施形態について説明する。
【００６２】
図２０は、本発明の第３実施形態に係るＭＥＭＳ構造体が有する振動素子を示す平面図および断面図である。
【００６３】
以下、本発明の第３実施形態に係るＭＥＭＳ構造体について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
【００６４】
第３実施形態のＭＥＭＳ構造体は、振動素子の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
【００６５】
図２０に示すように、本実施形態のＭＥＭＳ構造体１の振動素子３では、可動部３２３が、第１可動部３２３ａおよび第２可動部３２３ｂを有し、これらの境界に開口を有している可動部本体３２３ｃと、可動部本体３２３ｃの開口の内側に配置され、支持部３２２に支持されている基部３２３ｄと、基部３２３ｄと可動部本体３２３ｃとを連結する一対の軸部３２３ｅと、を有している。このような構成の可動部３２３は、一対の軸部３２３ｅを捩り変形させることで、可動部本体３２３ｃを軸部３２３ｅまわりに回動させることができる。これにより、可動部本体３２３ｃがシーソーのように変位し、第２可動部３２３ｂをより少ない力で、より確実にスティッキングさせることができる。
【００６６】
このような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００６７】
＜第４実施形態＞
次に、本発明のＭＥＭＳ構造体の第４実施形態について説明する。
【００６８】
図２１は、本発明の第４実施形態に係るＭＥＭＳ構造体が有する振動素子を示す部分拡大断面図である。図２２は、スティッキング工程を説明するための断面図である。
【００６９】
以下、本発明の第４実施形態に係るＭＥＭＳ構造体について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
【００７０】
第４実施形態のＭＥＭＳ構造体は、振動素子の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
【００７１】
図２１に示すように、本実施形態のＭＥＭＳ構造体１の振動素子３では、固定部３２１が、第１固定部３２１ａと、第２固定部３２１ｂと、を有している。これら第１固定部３２１ａと第２固定部３２１ｂは、互いに離間、絶縁して設けられており、それぞれが半導体回路６に電気的に接続されている。また、固定電極３１と第２固定部３２１ｂとに挟まれるようにして、これらの間に第１固定部３２１ａが配置されており、この第１固定部３２１ａに支持部３２２を介して可動部３２３が支持されている。また、第２固定部３２１ｂは、第２可動部３２３ｂと間隔を隔てて対向配置されている。このような構成によれば、洗浄液Ｃを乾燥により除去する際に、第２可動部３２３ｂがスティッキングを起こさなかった場合でも、その後に、簡単に、第２可動部３２３ｂをスティッキングさせることができる。そのため、第２可動部３２３ｂがスティッキングされた状態のＭＥＭＳ構造体１をより確実に得られることができる。
【００７２】
具体的に説明すると、前述した第１、第２実施形態と同様に、ＭＥＭＳ構造体１の製造中、洗浄液Ｃを乾燥により除去することで、第２可動部３２３ｂがスティッキングを起こす場合がある。すなわち、洗浄液Ｃを除去した時点では、第２固定部３２１ｂがスティッキングを起こしているものと、第２固定部３２１ｂがスティッキングを起こしていないものとが混在している可能性がある。そこで、例えば、封止層４６を形成し、空洞部５を真空封止した後に、図２２（ａ）に示すように、半導体回路６によって、第１固定部３２１ａと第２固定部３２１ｂとの間に電圧を印加し、第２可動部３２３ｂと第２固定部３２１ｂとの間に電位差を与え、図２２（ｂ）に示すように、静電引力によって第２可動部３２３ｂを第２固定部３２１ｂに引き付けてスティッキングを生じさせる。これにより、得られるＭＥＭＳ構造体１を、第２可動部３２３ｂがスティッキングしている構成に揃えることができ、スティッキングの有無による振動素子３の振動特性のバラつきを抑えることができる。
【００７３】
このような第４実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００７４】
＜第５実施形態＞
次に本発明のＭＥＭＳ構造体の第５実施形態について説明する。
図２３は、本発明の第５実施形態に係るＭＥＭＳ構造体を示す断面図である。
【００７５】
以下、本発明の第５実施形態に係るＭＥＭＳ構造体について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
【００７６】
第５実施形態のＭＥＭＳ構造体は、振動素子の下方にダイアフラムが設けられ、圧力センサーとして用いられること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
【００７７】
図２３に示すように、本実施形態のＭＥＭＳ構造体１’の基板２（半導体基板２１）には、周囲の部分よりも薄肉であり、受圧によって撓み変形するダイアフラム２４が設けられている。このダイアフラム２４は、半導体基板２１の下面に有底の凹部２５を設けることで形成され、その下面（凹部２５の底面）が受圧面２４１となっている。そして、このダイアフラム２４上に振動素子３が設けられている。
【００７８】
このような構成のＭＥＭＳ構造体１’では、ダイアフラム２４の受圧面２４１が受ける圧力に応じてダイアフラム２４が撓み変形し、これにより、固定電極３１と可動部３２３とのギャップが変化し、ギャップ変化に応じて振動素子３の共振周波数が変化する。そのため、この共振周波数の変化を検知することで、この検知結果から受圧面２４１が受けた圧力を検知することができる。すなわち、ＭＥＭＳ構造体１’は、圧力を検知する圧力センサーとして用いることができる。
【００７９】
このようなＭＥＭＳ構造体１の製造方法は、前述した第１実施形態で説明したＭＥＭＳ構造体１の製造工程に、基板２に凹部２５を形成してダイアフラム２４を得る工程を追加するだけであるため、その説明を省略する。なお、凹部２５を形成する工程の順番としては、特に限定されないが、例えば、封止層４６を形成した後であって、支持梁部７１、７２を切断する前に行うことが好ましい。
【００８０】
このような第５実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００８１】
次に、ＭＥＭＳ構造体１を備えた電子機器について説明する。
図２４は、本発明のＭＥＭＳ構造体を備えるモバイル型（またはノート型）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１１０８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には発振器としてＭＥＭＳ構造体１が内蔵されている。
【００８２】
図２５は、本発明のＭＥＭＳ構造体を備える携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成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１２０８が配置されている。このような携帯電話機１２００には発振器としてＭＥＭＳ構造体１が内蔵されている。
【００８３】
図２６は、本発明のＭＥＭＳ構造体を備えるディジタルスチルカメラの構成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。ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、ディジタルスチルカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）など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。
【００８４】
ディジタルスチルカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部１３１０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などを含む受光ユニット１３０４が設けられている。
【００８５】
撮影者が表示部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、このディジタルスチルカメラ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−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。このようなディジタルスチルカメラ１３００には、発振器としてＭＥＭＳ構造体１が内蔵されている。
【００８６】
なお、本発明のＭＥＭＳ構造体を備える電子機器は、図２４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２５の携帯電話機、図２６のディジタルスチルカメラの他にも、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、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャ、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、ワードプロセッサー、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に適用することができる。
【００８７】
次に、ＭＥＭＳ構造体１を備える移動体について説明する。
図２７は、本発明のＭＥＭＳ構造体を備える移動体を示す斜視図である。自動車（移動体）１５００には、ＭＥＭＳ構造体１が搭載されている。ＭＥＭＳ構造体１は、例えば、キーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）、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）に広く適用できる。
【００８８】
以上、本発明のＭＥＭＳ構造体の製造方法およびＭＥＭＳ構造体について、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よい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００８９】
１、１’……ＭＥＭＳ構造体
２……基板
２１……半導体基板
２２……第１絶縁膜
２３……第２絶縁膜
２４……ダイアフラム
２４１……受圧面
２５……凹部
３……振動素子
３１……固定電極
３２……可動電極
３２１……固定部
３２１ａ……第１固定部
３２１ｂ……第２固定部
３２２……支持部
３２３……可動部
３２３ａ……第１可動部
３２３ｂ……第２可動部
３２３ｃ……可動部本体
３２３ｄ……基部
３２３ｅ……軸
４……素子周囲構造体
４１……層間絶縁膜
４２、４２ａ、４２ｂ……配線層
４３……層間絶縁膜
４４、４４ａ、４４ｂ……配線層
４４ｂ’……外部接続端子
４４１……被覆層
４４２……細孔
４５……表面保護膜
４６……封止層
５……空洞部
６……半導体回路
６１……ＭＯＳトランジスタ
６１１……ゲート電極
６１２……ゲート絶縁膜
６１３……ソース電極
６１４……ドレイン電極
９０……犠牲層
９０１……貫通孔
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
１１０８……表示部
１２００……携帯電話機
１２０２……操作ボタン
１２０４……受話口
１２０６……送話口
１２０８……表示部
１３００……ディジタルスチルカメラ
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
１３１０……表示部
１３１２……ビデオ信号出力端子
１３１４……入出力端子
１４３０……テレビモニター
１４４０……パーソナルコンピューター
１５００……自動車
Ｃ、Ｃ１、Ｃ２……洗浄液
Ｇ１、Ｇ２……離間距離
Ｓ１……ＭＥＭＳ領域
Ｓ２……半導体領域
【図１】
2015213967.tif 000003
【図２】
2015213967.tif 000004
【図３】
2015213967.tif 000005
【図４】
2015213967.tif 000006
【図５】
2015213967.tif 000007
【図６】
2015213967.tif 000008
【図７】
2015213967.tif 000009
【図８】
2015213967.tif 000010
【図９】
2015213967.tif 000011
【図１０】
2015213967.tif 000012
【図１１】
2015213967.tif 000013
【図１２】
2015213967.tif 000014
【図１３】
2015213967.tif 000015
【図１４】
2015213967.tif 000016
【図１５】
2015213967.tif 000017
【図１６】
2015213967.tif 000018
【図１７】
2015213967.tif 000019
【図１８】
2015213967.tif 000020
【図１９】
2015213967.tif 000021
【図２０】
2015213967.tif 000022
【図２１】
2015213967.tif 000023
【図２２】
2015213967.tif 000024
【図２３】
2015213967.tif 000025
【図２４】
2015213967.tif 000026
【図２５】
2015213967.tif 000027
【図２６】
2015213967.tif 000028
【図２７】
2015213967.tif 000029