(57)【要約】【課題】可動電極の機械的強度を向上させ、固定電極および可動電極間の静電容量値のバラツキを低減させる。【解決手段】固定電極（１７）と可動電極（２１）との間には空洞（２０）が形成されており、可動電極（２１）は、導電性樹脂で構成されており、空洞（２０）は、可動電極（２１）によって密閉されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
上記基板上に形成された電子回路部と、
上記電子回路部の上記基板の側とは反対の側に固定配置された固定電極と、
上記固定電極の上記基板の側とは反対の側に配置され、上記固定電極に対して相対変位可能に設けられた可動電極と、を備え、
上記固定電極と上記可動電極との間には空洞が形成されており、
上記可動電極は、導電性樹脂で構成されており、
上記空洞は、上記可動電極によって密閉されていることを特徴とする機能素子。
【請求項２】
上記導電性樹脂は、π電子共役系導電性高分子であることを特徴とする請求項１に記載の機能素子。
【請求項３】
上記基板から最も離れた位置に配置された電極のうち上記可動電極および上記固定電極と異なる電極と、上記可動電極と、を電気的に接続する複数の接続部を備え、
上記複数の接続部のそれぞれは、上記可動電極および上記固定電極と異なる電極の上記可動電極の側の表面上に林立していることを特徴とする請求項１または２に記載の機能素子。
【請求項４】
基板と、
上記基板上に形成された電子回路部と、
上記電子回路部の上記基板の側とは反対の側に固定配置された固定電極と、
上記固定電極の上記基板の側とは反対の側に配置され、上記固定電極に対して相対変位可能に設けられた可動電極と、を備えた機能素子の製造方法であって、
上記固定電極の上記基板の側とは反対の側に配置される絶縁層の一部を除去することで空洞を形成する絶縁層除去工程と、
上記固定電極に対して相対変位可能に配置される、導電性樹脂で構成された可動電極によって上記空洞を密閉する可動電極配置工程と、を含むことを特徴とする機能素子の製造方法。
【請求項５】
上記可動電極配置工程で、上記固定電極の上記基板の側とは反対の側から、ロール形状の上記導電性樹脂をロール・ツー・ロール方式で塗布することによって上記空洞を密閉することを特徴とする請求項４に記載の機能素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ部と電子回路部とが混載された機能素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力を検出する圧力センサは、様々な分野で用いられているセンサである。その中でも、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の製造技術や、半導体の微細加工技術を用いて形成された小型圧力センサは、その需要が急速に拡大している。例えば、産業用途では、各種プラント機器の圧力制御や監視などに適用されている。また、民生用途では、ガスメータ、流量計、および血圧計などに用いられている。自動車向けでは、エンジンやブレーキの制御、およびタイヤ空気圧の監視などに用いられている。
【０００３】
小型圧力センサを、圧力を検知する手段で分類すると、圧力によるダイヤフラムのたわみをダイヤフラムに埋め込まれたピエゾ抵抗素子によって検出する歪ゲージ型、圧力により変化する２枚の電極間の距離を静電容量の変化として検出する静電容量型、および、圧力の変化による振動子の共振周波数の変化を検出する振動子型などがある。
【０００４】
特に、自動車向けの小型圧力センサでは、一般に、小型化、高性能化および低コスト化に対する要求が強い。中でも、タイヤ空気圧の監視システム（ＴＰＭＳ；Tire Pressure Monitoring System）に用いる小型圧力センサは、タイヤ中に長時間設置される特殊性のため、特に小型軽量化が重要である。また、給電は、ボタン電池による場合が多いため、低電力化も求められる。実用化当初は、ピエゾ抵抗型などの単体圧力センサ、信号処理用半導体装置、無線用半導体装置、およびボタン電池などの部品を小型のプリント基板上に実装する方法が取られていたが、コストが高く、消費電力が大きいため電池寿命が短いという問題点もあり、広く普及するには至っていない。
【０００５】
小型化、低消費電力化および低コスト化のためには、圧力センサ単体に加えて、センサからの信号を処理し、伝達するために必要な周辺の半導体装置をも同一パッケージ、さらには同一チップ内に収容することが有効であり、盛んに検討されている。
【０００６】
このような圧力センサに関する技術の一例として特許文献１に開示された圧力センサ混載半導体装置の製造方法がある。この方法では、フォトリソグラフィーおよびドライエッチングにより、可動電極としてのタングステンシリサイド膜に複数の孔が形成される。その後、この孔からフッ酸を流し込むウェットエッチングにより、絶縁層の一部が除去され、下部電極（固定電極）と上部電極（可動電極）との間に空洞が形成される。
【０００７】
一方、圧力センサに関する技術の別の例として特許文献２に開示された圧力センサの製造方法がある。この方法では、第１の基板と、圧力センサ部としての素子部を備える第２の基板と、の２枚の基板を陽極接合で張り合わせることによって静電容量方式の圧力センサを構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−１２６１８２号公報（２００６年５月１８日公開）
【特許文献２】特開２０１２−１４１１６０号公報（２０１２年７月２８日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１に開示された方法では、可動電極となるタングステンシリサイド膜に複数の孔を設けるため、引張り強度および曲げ強度など可動電極の機械的強度の劣化が懸念される。また、タングステンシリサイド膜の複数の孔および空洞の形成後に、窒化シリコン膜を形成するため、複数の孔だけでなく、空洞内にも窒化シリコン膜が形成される可能性があり下部電極と上部電極間の静電容量値のバラツキが大きくなる可能性もある。
【００１０】
一方、上記特許文献２に開示された方法では、２枚の基板の用いるため、機能素子を１枚の基板で製造する方法に比べで工程数が増加してしまうという問題点がある。
【００１１】
本発明は、以上の問題点に鑑みて為されたものであって、その第１の目的は、可動電極の機械的強度を向上させ、固定電極および可動電極間の静電容量値のバラツキを低減させることができる機能素子を提供することにある。また、第２の目的は、上記第１の目的を達成できる機能素子を製造することができ、該機能素子の製造時の工程数の増加を抑制することができる機能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】
【００１２】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る機能素子は、基板と、上記基板上に形成された電子回路部と、上記電子回路部の上記基板の側とは反対の側に固定配置された固定電極と、上記固定電極の上記基板の側とは反対の側に配置され、上記固定電極に対して相対変位可能に設けられた可動電極と、を備え、上記固定電極と上記可動電極との間には空洞が形成されており、上記可動電極は、導電性樹脂で構成されており、上記空洞は、上記可動電極によって密閉されていることを特徴としている。
【００１３】
また、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る機能素子の製造方法は、基板と、上記基板上に形成された電子回路部と、上記電子回路部の上記基板の側とは反対の側に固定配置された固定電極と、上記固定電極の上記基板の側とは反対の側に配置され、上記固定電極に対して相対変位可能に設けられた可動電極と、を備えた機能素子の製造方法であって、上記固定電極の上記基板の側とは反対の側に配置される絶縁層の一部を除去することで空洞を形成する絶縁層除去工程と、上記固定電極に対して相対変位可能に配置される、導電性樹脂で構成された可動電極によって上記空洞を密閉する可動電極配置工程と、を含むことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の一態様によれば、可動電極の機械的強度を向上させ、固定電極および可動電極間の静電容量値のバラツキを低減させることができるという効果を奏する。また、本発明の一態様によれば、機能素子の製造時の工程数の増加を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の一形態に係る機能素子の要部の構成を示す図であり、（ａ）は、上記機能素子の要部の構成を示す縦断面図であり、（ｂ）は、上記機能素子の要部の構成を示す横断面図である。
【図２】上記機能素子の製造工程（前半）を示す図であり、（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ上記製造工程の各工程における機能素子の要部の構成を示す縦断面図である。
【図３】上記機能素子の製造工程（後半）を示す図であり、（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ上記製造工程の各工程における機能素子の要部の構成を示す縦断面図である。
【図４】比較例の機能素子の製造工程を示す図であり、（ａ）〜（ｆ）は、それぞれ上記比較例の機能素子の製造工程の各工程における機能素子の要部の構成を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係る実施の形態について図１〜図４に基づいて説明すれば以下の通りである。以下、特定の項目で説明する構成以外の構成については、必要に応じて説明を省略する場合があるが、他の項目で説明されている場合は、その構成と同じである。また、説明の便宜上、各項目に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。
【００１７】
〔従来技術の問題点について〕
上記特許文献１には、小型化、低消費電力化、および低コスト化を目的として、シリコン基板上に、ＭＯＳトランジスタおよび該トランジスタと電気的に接続された多数の配線層を有する電子回路部と、圧力検知部の要部である固定電極および可動電極と、を混載させた圧力センサ混載半導体装置が開示されている。同文献の製造方法では、多数の配線層の最上部の配線層（シリコン基板から最も離れた位置に配置された配線層）を、圧力センサの下部電極とし、その上部（基板から遠ざかる向きが「上」）に酸化シリコン膜を成膜し、次に、上部電極となるタングステンシリサイド膜が成膜される。その後、フォトリソグラフィーおよびドライエッチングにより、上記タングステンシリサイド膜に複数の孔が形成される。次に、フッ酸によるウェットエッチングにより、上記酸化シリコン膜を除去し、上記下部電極と上部電極との間に空洞が形成される。
【００１８】
次に、上記タングステンシリサイド膜上にはプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によって形成された窒化シリコン膜が形成され、上記タングステンシリサイド膜の複数の孔を塞ぐと共に、外部から装置への水分の浸入を抑える役割を有する。この装置では、窒化シリコン膜／タングステンシリサイド膜の積層膜が可動電極となって外部からの圧力によって変形し、上記下部電極と上記上部電極間の静電容量を測定することにより、圧力を検知する。しかしながら、この装置では、可動電極となるタングステンシリサイド膜に複数の孔を設けるために、引張り強度および曲げ強度など機械的強度の劣化が懸念される。また、上記複数の孔および上記空洞の形成後に、窒化シリコン膜を形成するために上記複数の孔だけでなく、上記空洞の内部にも窒化シリコン膜が形成される可能性があり、上記下部電極および上記上部電極間の静電容量値のバラツキが大きくなる可能性がある。
【００１９】
次に、上記特許文献２では、２枚の基板を張り合わせて形成する静電容量方式の圧力センサの製造方法が提案されている。この方法では、第１の基板は、高抵抗なシリコン材料およびガラス材料を用い、可動電極としてはＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の材料を用いる。また、第２の基板は、シリコン基板上にＭＯＳトランジスタと多数の配線層とを備える電子回路を有し、多数の配線層の最上部の電極を固定電極とする。また、上記第１の基板と第２の基板とは、陽極接合で張り合わせられる。しかしながら、この方法では、２枚の基板を用いるため、１枚の基板で作成する場合に比べで工程数が増加するという課題がある。以下で説明する本発明を具現化した形態は、以上の問題点（または課題）を解決すべく考案されたものである。
【００２０】
〔実施形態１：機能素子３０の構成について〕
まず、図１に基づき、本発明の実施の一形態である機能素子３０の要部の構成について説明する。図１は、機能素子３０の要部の構成を示す図である。図１の（ａ）は、機能素子３０の要部の構成を示す縦断面図であり、図１の（ｂ）は、機能素子３０の要部の構成を示す横断面図である。機能素子３０は、デジタル回路、センサ信号を増幅するアンプや無線送受信回路などのアナログ回路、および静電容量型の圧力センサ等を１チップに混載した圧力センサ混載半導体装置である。
【００２１】
図１の（ａ）および（ｂ）に示すように、機能素子３０は、パッド部３１、圧力検知・電子回路部３２、および電子回路部３３の３つの部分に大別される。
【００２２】
（圧力検知・電子回路部３２）
圧力検知・電子回路部３２は、シリコン基板１１、シリコン基板１１上に形成された図示しないポリサイド膜からなるＭＯＳ（Metal Oxide Silicon）トランジスタのゲート電極１３を含む電子回路部２５、ならびに、固定電極１７および可動電極２１を含む圧力検知部などで構成されている。なお、本実施形態では、図１の（ａ）に示す、ＭＯＳトランジスタのゲート電極１３、４段からなるプラグ１４、および３段からなる配線層１６を含む部分を電子回路部２５と称する。
【００２３】
シリコン基板１１の表面には、ＳｉＯ２からなるフィールド部１２が形成され、ゲート電極１３が形成されている。また、図示しないＭＯＳトランジスタの上部〔見かけ上は図１の（ａ）に示すゲート電極１３の上部〕にはコンタクトホールが形成され、コンタクトホールの内部には、チタン膜とタングステン膜とからなるプラグ１４が形成されている。
【００２４】
ゲート電極１３の上部のコンタクトホール（プラグ１４）の上部には、合計３段からなる複数の配線層１６と、各段の配線層１６どうしを電気的に接続する合計４段のプラグ１４が形成されている。各段の配線層１６どうしを電気的に接続するプラグ１４は、図示しないビアホールの内部に形成されており、チタン膜およびタングステン膜からなる。各段の配線層１６は、上から窒化チタン膜／アルミニウム合金膜／窒化チタン膜／チタン膜からなる。
【００２５】
シリコン基板１１の紙面に対して下から３段目の配線層１６の上部には、固定電極１７および電極１８のそれぞれが形成されており、固定電極１７および電極１８は、ともにシリコン基板１１から同程度の距離だけ離れた位置に形成されている。
【００２６】
また、固定電極１７および電極１８のそれぞれは、プラグ１４を介して下から３段目の配線層１６と電気的に接続されている。なお、固定電極１７（および固定電極１７と電気的に接続されるプラグ１４および配線層１６）と、電極１８（および電極１８と電気的に接続されるプラグ１４および配線層１６）のそれぞれは、絶縁層１５を介して絶縁されている。
【００２７】
上記ＭＯＳトランジスタおよび各段の配線層１６および各段のプラグ１４を含む電子回路部２５は、デジタル回路を構成している。また、下から３段目の配線層１６の一部は、可動電極２１と電気的に接続される電極１８と、固定電極１７とに接続されているため、アナログ回路の一部となっているが、この一部を除いては、圧力検知部は、アナログ回路上になく、デジタル回路上に形成されている。これは、圧力検知部のキャパシタに蓄えられる電荷が、アナログ回路のノイズの原因となるのを防止し、高精度の圧力検知を可能にするためである。
【００２８】
次に、固定電極１７は、電子回路部２５のシリコン基板１１の側とは反対の側に固定配置された電極である。一方、可動電極２１は、固定電極１７のシリコン基板１１の側とは反対の側に配置され、固定電極１７に対して相対変位可能に設けられた電極である。固定電極１７のシリコン基板１１の側とは反対の側には絶縁層１５の一部が存在しており、さらに固定電極１７および可動電極２１の間には、空洞２０が形成されている。常圧で空洞２０を形成するため、充填されている気体は空気（＝窒素を主成分とするほぼ１気圧の気体）である。このため、可動電極２１の上部から圧力が加わると、固定電極１７および可動電極２１の間の距離が変化する。すなわち、本実施形態の固定電極１７および可動電極２１は、圧力により変化する２枚の電極間の距離を静電容量の変化として検出する静電容量型の圧力検知部の一部となっている。なお、可動電極２１の上部には、感光性ポリイミド２２が配置されている。
【００２９】
本実施形態の可動電極２１は、シート状の導電性樹脂フィルムによって構成されており、空洞２０は、可動電極１７によって密閉されている。このため、上記特許文献１に記載の方法と異なり、可動電極２１に孔などの隙間が設けられることなく固定電極１７と可動電極２１との間の空洞２０が密閉されている。このため、可動電極に孔などの隙間が設けられることによる可動電極の機械的強度の劣化を抑制することができる。また、一般的な電極に使用される薄膜金属膜の材料であるアルミニウム膜のスパッタリングまたは蒸着方式などで形成できる膜厚は、せいぜい１μｍ程度が最大である。しかしながら、可動電極２１の材料である導電性樹脂は、数十μｍ程度の膜厚とすることが可能であり、アルミニウム膜などの薄膜金属膜に対し、引張り強度などの機械的強度に優れている。このため、薄膜金属膜と比較して、可動電極２１の機械的強度を向上させることができる。
【００３０】
ここで、導電性樹脂とは、電気を通す高分子（ポリマー）の総称であり、通常のポリマーは絶縁材料であるが、１９７０年代に炭素−炭素の２重結合と単結合が交互に結合したポリアセチレンにハロゲンを添加（ドーピング）することによって、金属並みの導電性が発見されたことから研究が活発化した。ポリアセチレンの発見者は、筑波大学名誉教授の白川英樹氏で、２０００年度のノーベル化学賞を受賞した。ポリアセチレンの導電メカニズムは高分子の主鎖に沿ってπ電子が広がるためであり、こうした構造をπ電子共役系という。ポリアセチレンに続いてポリパラフェニレン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、およびポリアセンなどの多様なπ電子共役系導電性高分子が合成されている。π電子共役系導電性高分子は、軽量で加工しやすく、形状の自由度が高く柔軟性を持つなど金属にはない特徴を持つことから、金属系電子材料を置き換えられないかと検討が進められてきたが、今までに実用化した用途としては、リチウムイオン電池やアルミ電解コンデンサー、帯電防止フィルムなどがある。今回の用途としては、導電率および耐薬品性などの安定性は必要であるが、透明性は不要であるため、本実施形態の可動電極２１では、ポリピロール系樹脂を採用した。
【００３１】
ポリピロール系樹脂の特性としては、導電率は１０００（Ｓ／ｍ；ジーメンス／メートル）程度、引張り強度は、７６６（ｋｇ／ｃｍ２）程度であり、水およびアルコール類に不溶である。一般的な電極に使用されるアルミニウム膜の引張り強度は、５００〜１０００（ｋｇ／ｃｍ２）程度であり、ポリピロール系樹脂と同等であるが、上記特許文献１に記載の方法では、可動電極に複数の孔を形成し、その後、窒化シリコン膜などの絶縁膜を埋め込むために、単一のアルミニウム膜の引張り強度より劣化する。また、半導体でのスパッタリングまたは蒸着方式などで形成できるアルミニウム膜の膜厚は、１μｍ程度が最大であるが、ポリピロール系樹脂などの導電性樹脂では、数十μｍの膜厚まで形成することが可能であり、薄膜金属膜に対し、引張り強度などの機械的強度に優れている。
【００３２】
次に、上記のように、固定電極１７と可動電極２１との間に形成された空洞２０は、可動電極２１によって密閉されているため、空洞２０内に異物が浸入することを防止することができる。このため、空洞２０内に異物が浸入することに起因する固定電極１７および可動電極２１の両電極間の静電容量値のバラツキを抑制することができる。
【００３３】
以上により、機能素子３０によれば、可動電極２１の機械的強度を向上させ、固定電極１７および可動電極２１間の静電容量値のバラツキを低減させることができる。
【００３４】
次に、図１の（ａ）に示す複数のプラグ（接続部）１９の機能について説明する。プラグ１９は、絶縁層１５が存在する領域において、シリコン基板１１から最も離れた位置に配置された可動電極２１以外の電極のうち固定電極１７とは異なる電極１８と、可動電極２１と、を電気的に接続するものである。なお、固定電極１７は、絶縁層１５が存在する領域において、シリコン基板１１から最も離れた位置に配置された電極のうちの一つである。
【００３５】
図１の（ａ）に示すように、複数のプラグ１９のそれぞれは、電極１８の可動電極２１の側の表面上において林立させている（または、電極１８のシリコン基板１１の反対側の表面から隆起させている）。これにより、可動電極２１を、固定電極１７のシリコン基板１１とは反対側に配置する場合に、プラグ１９の先端部が、可動電極２１の内部に埋設されるので、可動電極２１と複数のプラグ１９との接触面積が大きくなり、可動電極２１とシリコン基板１１との密着性を向上させることができる。
【００３６】
（電子回路部３３）
電子回路部３３は、アナログ回路部の断面であり、ゲート電極１３を有する図示しないＭＯＳトランジスタおよび３段の配線層１６および電極１８のそれぞれは、アナログ回路を構成している。電極１８の上部には、可動電極２１の一部と、感光性ポリイミド２２が配置されている。
【００３７】
（パッド部３１）
パッド部３１は、ワイヤボンディングを行うための領域であり、図１の（ａ）に示すように、シリコン基板１１には、フィールド部１２およびポリサイド膜からなるＭＯＳトランジスタのゲート電極１３が形成されている。
【００３８】
シリコン基板１１のゲート電極１３の上部には、３段からなる複数の配線層１６と、４段からなるプラグ１４が形成されている。絶縁層１５が存在する領域において、パッド部３１のシリコン基板１１から最も離れた位置には、電極１８が形成されており、電極１８は、プラグ１４を介して下から３段目の配線層１６と電気的に接続されている。電極１８の上部には、さらにプラグ１４が設けられており、プラグ１４の上部には、感光性ポリイミド２２が存在しておらず露出している。本実施形態のパッド部３１の製造に当たっては、要所でＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）を用いている。このため、３段の配線層１６および電極１８のそれぞれは、概ね平坦に形成されている。
【００３９】
〔比較例の機能素子の製造方法とその問題点について〕
次に、図４に基づき、比較例の機能素子の製造方法とその問題点について説明する。図４の（ａ）〜（ｆ）に、比較例の機能素子の製造方法の各工程における機能素子の縦断面図を示す。
【００４０】
図４の（ａ）に示す工程では、まず、シリコン基板１１からなる半導体ウエハーに、ＳｉＯ２からなるフィールド部１２とＰｏｌｙ−Ｓｉ（ポリシリコン）からなるゲート電極１３を形成する。次に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により絶縁層１５（その一部の層間絶縁膜）を堆積し、フォトリソグラフィー、ドライエッチング、金属膜の成膜、およびＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）のそれぞれを行い、プラグ１４を形成する。次に、アルミニウムやアルミニウム合金、あるいはチタンやタングステンなどの高融点金属をスパッタ法により単層あるいは複層形成する。その後、フォトリソグラフィー、およびドライエッチングを行い、配線層１６を形成する。次に、絶縁層１５（その一部の層間絶縁膜）を堆積し、ＣＭＰにより平坦化した後、再度、下から２段目以降のプラグ１４および配線層１６を繰り返し形成する。
【００４１】
図４の（ｂ）に示す工程では、電極１８および固定電極１７の上部に絶縁層１５（その一部の層間絶縁膜）を堆積し、可動電極２１と電気的に接合されている電極１８上のみフォトリソグラフィー、およびドライエッチングを行い、ビアホールを形成した後、タングステンシリサイド膜４１を成膜する。
【００４２】
図４の（ｃ）に示す工程では、フォトリソグラフィー、およびドライエッチングを行い、固定電極１７上のタングステンシリサイド膜４１に複数の孔４２を形成する。
【００４３】
図４の（ｄ）に示す工程では、フッ酸を用いて、孔４２をマスクに絶縁層１５（その一部の層間絶縁膜）をウェットエッチングし、空洞４３を形成する。この段階の機能素子では、タングステンシリサイド膜４１には、孔４２が形成されており、その下には空洞４３が存在しているため、機械的強度が弱いという問題点がある。機械的強度を上げるためには、孔４２の大きさや数を小さくすることが必要であるが、反面、空洞４３内にフッ酸や水分が残存してしまうといった問題が発生する可能性もある。
【００４４】
図４の（ｅ）に示す工程では、タングステンシリサイド膜４１の上部に窒化シリコン膜４４を成膜し、孔４２の内部に窒化シリコン膜４４を充填し、空洞４３内に外部から水分等が浸入することを抑制する。タングステンシリサイド膜４１は、可動電極として外部からの圧力によって変形し、固定電極１７間との静電容量の変化を検知する。しかしながら、タングステンシリサイド膜４１と窒化シリコン膜４４の膜の応力差によっては、可動電極の機械的強度が劣化するといった問題点が発生する可能性がある。
【００４５】
図４の（ｆ）に示す工程では、空洞４３の上部を除く、窒化シリコン膜４４の上部に酸化シリコン膜４５および感光性ポリイミド４６を成膜し、可動電極（空洞４３）の上部と、図示しないパッド部の電極の上部のみ開口させる。
【００４６】
以下で説明する本発明を具現化した形態は、以上の問題点（または課題）を解決すべく考案されたものである。
【００４７】
〔実施形態２：機能素子３０の製造方法について〕
次に、図１の（ｂ）、図２および図３に基づき、上述した機能素子３０の製造方法について説明する。図１の（ｂ）は、機能素子３０の要部の構成を示す横断面図である。機能素子３０では、１つのチップ内（一枚のシリコン基板１１上）にパッド部３１と圧力検知・電子回路部３２と電子回路部３３が配置される。図２は、機能素子３０の製造工程（前半）を示す図であり、図２の（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ上記製造工程の各工程における機能素子３０の要部の構成を示す縦断面図である。
【００４８】
まず、図２の（ａ）に示す工程では、シリコン基板１１からなる半導体ウエハーに、ＳｉＯ２からなるフィールド部１２とＰｏｌｙ−Ｓｉからなるゲート電極１３を形成する。次に、ＣＶＤ法により絶縁層１５（その一部の層間絶縁膜）を堆積し、フォトリソグラフィー、ドライエッチング、金属膜の成膜、およびＣＭＰを行い、プラグ１４を形成する。次に、アルミニウムやアルミニウム合金、あるいはチタンやタングステンなどの高融点金属をスパッタ法により単層あるいは複層形成する。その後、フォトリソグラフィー、およびエッチングを行い、配線層１６を形成する。次に、絶縁層１５（その一部の層間絶縁膜）を堆積し、ＣＭＰにより平坦化した後、再度、プラグ１４、および配線層１６を繰り返し形成する。
【００４９】
図２の（ｂ）に示す工程では、最上層（下から４段目）の配線層としての電極（絶縁層１５の存在する領域において、シリコン基板１１から最も離れた位置にある電極）は、圧力検知部の一部としての固定電極１７、および、可動電極２１と電気的に接合されている電極１８に分類される。次に、絶縁層１５（その一部の層間絶縁膜）を堆積し、フォトリソグラフィー、ドライエッチング、金属膜の成膜、およびＣＭＰを行い、圧力検知・電子回路部３２の電極１８上のみにプラグ１９を形成し、パッド部３１の電極１８上のみにプラグ１４を形成する。
【００５０】
図２の（ｃ）に示す工程では、ドライエッチングによりウエハー全面の絶縁層１５を一部、除去する。この際、圧力検知・電子回路部３２の電極１８上のプラグ１９、およびパッド部３１の電極１８上のプラグ１４を露出させることが目的であるため、絶縁層１５のエッチングレートの方が上記プラグのエッチング量より早いことが必要である。今回は、絶縁層１５の材料としてＳｉＯ２、プラグ材料として、タングステンを使用し、エッチングガスとしてはＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、Ｃ２Ｆ６、およびＣ４Ｆ８等のガスを組み合わせて行った。エッチングレート比（選択比）としては、ＳｉＯ２／タングステン＝２０〜３０が必要である。
【００５１】
次に、図３は、機能素子３０の製造工程（後半）を示す図であり、図３の（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ上記製造工程の各工程における機能素子３０の要部の構成を示す縦断面図である。
【００５２】
図３の（ａ）に示す工程では、圧力検知・電子回路部３２のプラグ１９、およびパッド部３１のプラグ１４が露出されている側から、レジスト２３をスピン塗布により形成し、露光、および現像を行い、固定電極１７の上部のみレジストを開口させる。
【００５３】
図３の（ｂ）に示す工程では、ドライエッチングを行い、絶縁層１５のうち固定電極１７の表面上に形成されたものの一部を除去することで、固定電極１７のシリコン基板１１の側とは反対の側に空洞２０を形成する（絶縁層除去工程）。
【００５４】
図３の（ｃ）に示す工程では、ポリピロール系樹脂の材料からなる導電性樹脂フィルムと剥離フィルムとが２層状態になったロール形状になったものを、加圧しながらシリコン基板１１上に全面に形成し、ロール・ツー・ロール方式で塗布（もしくは貼付）することにより、可動電極２１を形成する。その後、導電性樹脂フィルムのみをレーザー等によりシリコン基板１１側にダメージを与えることなく分離し、圧力検知・電子回路部３２および電子回路部３３の不要な箇所の導電性樹脂を機械的に除去する。その結果、固定電極１７上には空洞２０が形成され、空洞２０は、可動電極２１によって密閉される（可動電極配置工程）。
【００５５】
このとき、シリコン基板１１側の電極１８と可動電極２１（導電性樹脂）の密着性を向上させるために、電極１８のシリコン基板１１の側と反対側の表面に凹凸をつけ、導電性樹脂との接触面積を大きくすることが望ましい。より具体的には、電極１８の可動電極２１の側の表面上において、複数のプラグ１９のそれぞれを林立させる（または、電極１８の表面から隆起させる）。これにより、可動電極２１を、固定電極１７のシリコン基板１１とは反対側に配置する場合に、プラグ１９の先端部が、可動電極２１の内部に埋設されるので、可動電極２１と複数のプラグ１９との接触面積が大きくなり、可動電極２１とシリコン基板１１との密着性を向上させることができる。
【００５６】
その後、感光性ポリイミド２２を塗布した後、露光、および現像を行い、パッド部３１の電極１８の上部のみ感光性ポリイミド２２を開口させれば、図１に示す機能素子３０が得られる。なお、本実施形態では、保護膜の材料として感光性ポリイミドを用いたが、これに限定されず、保護膜として利用できるものであれば、どのような有機材料を用いても良い。
【００５７】
以上の製造方法によれば、一枚のシリコン基板１１上に、電子回路部３３、固定電極１７および可動電極２１のすべてを配置できるので、例えば、上記特許文献２の記載の機能素子の製造方法のように、２枚の基板を陽極接合で張り合わせる場合などよりも機能素子の製造時の工程数の増加を抑制することができる。
【００５８】
また、上記方法によれば、上記特許文献２に記載の張り合わせ手法では、高抵抗なシリコン材料およびガラス材料を用いた第１の基板上に、可動電極としてＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の材料を用いて、可動電極を形成する工程と、第１の基板と第２の基板を陽極接合で張り合わせる工程との、２つの工程が存在する。しかしながら、上記の本実施形態の方法によれば、これらの２つの工程を、固定電極１７のシリコン基板１１の側とは反対の側から、ロール状の導電性樹脂フィルムをロール・ツー・ロール方式で塗布する工程（可動電極配置工程）のみに置き換えて、可動電極２１を形成できるため、大幅な工程数の削減が可能になり、可動電極２１の形成にかかる製造費削減および納期の短縮が可能となる。
【００５９】
〔まとめ〕
本発明の態様１に係る機能素子（３０）は、基板（シリコン基板１１）と、上記基板上に形成された電子回路部（２５）と、上記電子回路部の上記基板の側とは反対の側に固定配置された固定電極（１７）と、上記固定電極の上記基板の側とは反対の側に配置され、上記固定電極に対して相対変位可能に設けられた可動電極（２１）と、を備え、上記固定電極と上記可動電極との間には空洞（２０）が形成されており、上記可動電極は、導電性樹脂で構成されており、上記空洞は、上記可動電極によって密閉されている構成である。
【００６０】
上記構成によれば、固定電極と可動電極との間に形成された空洞が、可動電極（導電性樹脂）によって密閉されている。すなわち、上記特許文献１に記載の技術と異なり、可動電極に孔などの隙間が設けられることなく空洞が密閉されている。このため、可動電極に孔などの隙間が設けられることによる可動電極の機械的強度の劣化を抑制することができる。また、一般的な電極に使用される薄膜金属膜の材料であるアルミニウム膜を、スパッタリングまたは蒸着方式などで形成できる膜厚は、せいぜい１μｍ程度が最大である。しかしながら、導電性樹脂は、数十μｍ程度の膜厚とすることが可能であり、アルミニウム膜などの薄膜金属膜に対し、引張り強度などの機械的強度に優れている。このため、薄膜金属膜と比較して、可動電極の機械的強度を向上させることができる。
【００６１】
また、上記のように、固定電極と可動電極との間に形成された空洞は、可動電極によって密閉されているため、空洞内に異物が浸入することを防止することができる。このため、空洞内に異物が浸入することに起因する固定電極および可動電極間の静電容量値のバラツキを抑制することができる。
【００６２】
以上により、上記態様１に係る機能素子によれば、可動電極の機械的強度を向上させ、固定電極および可動電極間の静電容量値のバラツキを低減させることができる。
【００６３】
本発明の態様２に係る機能素子は、上記態様１において、上記導電性樹脂は、π電子共役系導電性高分子であっても良い。
【００６４】
上記構成によれば、薄膜金属膜よりも機械的強度に優れる可動電極を構成することができる。例えば、π電子共役系導電性高分子の一例であるポリピロール系樹脂の引張り強度は、７６６ｋｇ／ｃｍ２であり、一般的な電極に使用されるアルミニウム膜の引張り強度は、５００〜１０００ｋｇ／ｃｍ２程度である。このため、アルミニウム膜の引張り強度は、ポリピロール系樹脂と同等程度であると言える。しかしながら、上記特許文献１に記載の方法では、可動電極に複数の孔を形成し、その後、窒化シリコン膜などの絶縁膜が埋め込まれるために、アルミニウム膜のみで構成された可動電極の引張り強度よりも機械的強度が劣化する。また、スパッタリングまたは蒸着方式などで形成できるアルミニウム膜の膜厚は、１μｍ程度が最大であるが、ポリピロール系樹脂では、膜厚を数十μｍとすることが可能である。このため、ポリピロール系樹脂を用いれば、薄膜金属膜に対し、引張り強度などの機械的強度を向上させることができる。
【００６５】
本発明の態様３に係る機能素子は、上記態様１または２において、上記基板から最も離れた位置に配置された電極のうち上記可動電極および上記固定電極と異なる電極と、上記可動電極と、を電気的に接続する複数の接続部を備え、上記複数の接続部のそれぞれは、上記可動電極および上記固定電極と異なる電極の上記可動電極の側の表面上に林立していても良い。
【００６６】
上記構成によれば、複数の接続部のそれぞれは、可動電極および固定電極とは異なる電極の可動電極の側の表面に対して林立している。このため、可動電極を、固定電極の基板とは反対側に配置する場合に、接続部の先端部が、可動電極の内部に埋設されるので、可動電極と接続部との接触面積が大きくなり、可動電極と基板との密着性を向上させることができる。
【００６７】
本発明の態様４に係る機能素子の製造方法は、基板と、上記基板上に形成された電子回路部と、上記電子回路部の上記基板の側とは反対の側に固定配置された固定電極と、上記固定電極の上記基板の側とは反対の側に配置され、上記固定電極に対して相対変位可能に設けられた可動電極と、を備えた機能素子の製造方法であって、上記固定電極の上記基板の側とは反対の側に配置される絶縁層の一部を除去することで空洞を形成する絶縁層除去工程と、上記固定電極に対して相対変位可能に配置される、導電性樹脂で構成された可動電極によって上記空洞を密閉する可動電極配置工程と、を含む方法である。
【００６８】
上記方法によれば、上記態様１に係る機能素子を製造することができる。また、上記方法によれば、一枚の基板上に、電子回路部、固定電極および可動電極のすべてを配置できるので、例えば、上記特許文献２の記載の機能素子の製造方法のように、２枚の基板を陽極接合で張り合わせる場合などよりも機能素子の製造時の工程数の増加を抑制することができる。
【００６９】
本発明の態様５に係る機能素子の製造方法は、上記態様４において、上記可動電極配置工程で、上記固定電極の上記基板の側とは反対の側から、ロール形状の上記導電性樹脂をロール・ツー・ロール方式で塗布することによって上記空洞を密閉しても良い。
【００７０】
上記方法によれば、上記特許文献２に記載の２枚の基板を張り合わせる方法における、一枚の基板上に、可動電極を形成する工程と、２枚の基板を陽極接合で張り合わせる工程を、固定電極の上記基板の側とは反対の側から、ロール形状の上記導電性樹脂をロール・ツー・ロール方式で塗布する工程のみに置き換えて、可動電極を形成できるため、大幅な工程数の削減が可能になり、可動電極の形成にかかる製造費削減および納期の短縮が可能となる。
【００７１】
〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、センサ部と電子回路とが混載された機能素子およびその製造方法に適用することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１１  シリコン基板（基板）
１５  絶縁層
１７  固定電極
１８  電極
１９  プラグ（接続部）
２０  空洞
２１  可動電極
２５  電子回路部
３０  機能素子
３２  圧力検知・電子回路部
【図１】
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【図２】
2015087362.tif 000004
【図３】
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【図４】
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