(57)【要約】【課題】可動部のスティッキングを防止しつつ狭小ギャップを安定して形成することができる微小電気機械システムおよび微小電気機械システムの製造方法を提供する。【解決手段】半導体基板の主面上に設けられた固定電極と、主面上に設けられかつ主面および固定電極の双方から離間しかつ、これらに対して可動な可動部を含む可動電極と、を有する微小電気機械システムの製造方法であって、主面上に犠牲膜を形成する犠牲膜形成工程と、犠牲膜を覆うように主面上に電極層を形成する電極層形成工程と、電極層をパターンを介してエッチングして可動電極および固定電極を形成するエッチング工程と、犠牲膜を除去する犠牲膜除去工程と、可動電極および固定電極の表面に導電膜を形成する導電膜形成工程と、を含む。【選択図】図４
2008221398.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の主面上に設けられた固定電極と、前記主面上に設けられかつ前記主面および前記固定電極の双方から離間しかつ、これらに対して可動な可動部を含む可動電極と、を有する微小電気機械システムの製造方法であって、
前記主面上に犠牲膜を形成する犠牲膜形成工程と、
前記犠牲膜を覆うように前記主面上に電極層を形成する電極層形成工程と、
前記電極層をパターンを介してエッチングして前記可動電極および前記固定電極を形成するエッチング工程と、
前記犠牲膜を除去する犠牲膜除去工程と、
前記可動電極および前記固定電極の表面に導電膜を形成する導電膜形成工程と、を含むことを特徴とする微小電気機械システムの製造方法。
【請求項２】
前記電極層はポリシリコンからなることを特徴とする請求項１に記載の微小電気機械システムの製造方法。
【請求項３】
前記電極層はＰｏｌｙ−ＳｉＧｅからなることを特徴とする請求項１に記載の微小電気機械システムの製造方法。
【請求項４】
前記電極層は導電性を有する金属膜と絶縁膜の積層膜であることを特徴とする請求項１に記載の微小電気機械システムの製造方法。
【請求項５】
前記導電膜はタングステンであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の微小電気機械システムの製造方法。
【請求項６】
前記犠牲膜除去工程の後、前記可動電極の共振周波数を測定し、得られた共振周波数と目標共振周波数との差に基づいて堆積すべき導電膜の膜厚を算出する膜厚算出工程をさらに含み、
前記導電膜形成工程は、前記膜厚算出工程で得られた算出値に応じた膜厚の導電膜を形成する工程であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１に記載の微小電気機械システムの製造方法。
【請求項７】
半導体基板の主面上に設けられた固定電極と、前記主面上に設けられかつ前記主面および前記固定電極の双方から離間しかつ、これらに対して可動な可動部を含む可動電極と、を有する微小電気機械システムの製造方法であって、
前記主面上に犠牲膜を形成する犠牲膜形成工程と、
前記犠牲膜を覆うように前記主面上に電極層を形成する電極層形成工程と、
前記電極層をパターンを介してエッチングして前記可動電極および前記固定電極を形成するエッチング工程と、
前記犠牲膜を除去する犠牲膜除去工程と、
前記可動電極の共振周波数を測定し、得られた共振周波数と目標共振周波数との差に基づいて前記可動電極および前記固定電極の表面に堆積すべき導電膜の膜厚を算出する膜厚算出工程と、
前記膜厚算出工程において得られた算出値に応じた膜厚の導電膜を前記可動電極および前記固定電極の表面に形成する導電膜形成工程と、を含むことを特徴とする微小電気機械システムの製造方法。
【請求項８】
半導体基板の主面上に設けられた固定電極と、前記主面上に設けられかつ前記主面および前記固定電極の双方から離間しかつ、これらに対して可動な可動部を含む可動電極と、を有する微小電気機械システムであって、
前記可動電極および前記固定電極の露出表面全体を覆う導電膜を有することを特徴とする微小電気機械システム。
【請求項９】
前記可動電極および前記固定電極はポリシリコンからなることを特徴とする請求項８に記載の微小電気機械システム。
【請求項１０】
前記可動電極および前記固定電極はＰｏｌｙ−ＳｉＧｅからなることを特徴とする請求項８に記載の微小電気機械システム。
【請求項１１】
前記可動電極および前記固定電極は導電性を有する金属膜と絶縁膜の積層膜からなることを特徴とする請求項８に記載の微小電気機械システム。
【請求項１２】
前記導電膜はタングステンであることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１に記載の微小電気機械システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本発明は微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微小電気機械システム（Micro Electro Mechanical System以下ＭＥＭＳと称する）は、電気回路（制御部）と微細な機械構造（可動部）を一つの基板上に集積させた部品をいい、半導体製造技術やレーザー加工技術等の各種微細加工技術を用いて製造される。情報通信、医療・バイオ、自動車など多様な分野における小型・高精度で省エネルギー性に優れた高性能なキーデバイスとして期待されている。ＭＥＭＳ技術を利用したＭＥＭＳ共振器は、シリコン微細加工技術によって振動子を形成し、静電力や電磁力で該振動子を駆動し共振させるデバイスである。ＭＥＭＳ共振器の振動子は、温度、圧力等の周囲環境のわずかな変動で、その物理的特性が変化し共振周波数が変化するため各種の振動型センサに応用されている。 例えば、ＭＥＭＳ共振器は赤外線の吸収、熱膨張により振動子の応力が緩和され共振周波数が変化することを利用した赤外線センサや、圧力により振動子がひずんで共振周波数が変化することを利用した圧力センサなどに応用されている。
【０００３】
図１（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、特許文献１に記載されたＭＥＭＳ共振器を適用した力変換器の斜視図および断面図である。この力変換器は、キャビティ３２が形成されたシリコン基板３１上にポリシリコンからなる振動子としてのビーム（梁）３４が設けられ、ビーム３４は、同じくポリシリコンによって形成されたアウターシェル４０に覆われる。すなわち、ビーム３４の上方と下方には空間が設けられ、その両端部がシリコン基板３１に接続され支持される構造となっている。ビーム３４の一方の端部に形成された電極４３およびアウターシェル４０上に形成された金属パッド４２によってキャパシタが形成される。また、ビーム３４の他方の端部に設けられた電極４４は、ビーム３４を振動させるための励起信号の供給のために使用される。ビーム３４に加えられた外力は、ビーム３４の共振周波数の変化をもたらすこととなる。ビーム３４を取り囲む空間は、犠牲膜の形成後アウターシェル４０が成膜、パターニングされ、その後犠牲膜をエッチングにより除去することによって形成される。
【０００４】
ＭＥＭＳ共振器の構造としては、上記特許文献１に記載されたものの他、静電容量型ＭＥＭＳ共振器の典型的な構造例が図２（Ａ）〜（Ｃ）に示されている。図２（Ａ）は、カンチレバー型構造の共振器であり、振動子としての可動電極１と固定電極２が設けられ、これらによってキャパシタが形成されている。可動電極１は図中において上下方向に振動し、固定電極２とのギャップ長変化に基づく容量変化が出力信号として取り出される。図２（Ｂ）は櫛歯型構造の共振器であり、同じく可動電極１および固定電極２を有し、これらによってキャパシタが形成されている。可動電極１は図中において左右方向に振動し、キャパシタの面積変化に基づく容量変化が出力信号として取り出される。かかる構造をとることにより振動時の電極面積の変化が増大し、容量変動も大きくなるため、検出感度が向上するが、構造体の質量が大きく起振に大きなエネルギーを要する。図２（Ｃ）は音叉型共振器であり、上記した他の構造と同じく可動電極１および固定電極２を有し、これらによってキャパシタが形成されている。可動電極１は図中において左右方向に振動し、固定電極１とのギャップ長変化に基づく容量変化が出力信号として取り出される。このタイプの共振器は電極間のギャップ長を狭く形成することによって検出感度を向上させている。
【特許文献１】米国特許５１８８９８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した如き各構造体において可動電極等の可動部を形成するためには、一般的には特許文献１に記載されたように犠牲膜を形成し、これをエッチングすることにより可動部を基板から切り離す方法が用いられている。犠牲膜のエッチング方法として一般的にはウェットエッチング法が多く用いられるが、可動部と固定部の間に形成されるギャップは非常に狭く、犠牲膜エッチング後の乾燥工程においてエッチング液の表面張力によって可動部が固定部に吸着してしまうスティッキングが生じる可能性がある。スティッキングは可動部と固定部との間ギャップ長が狭くなる程発生しやすくなるため、上記した音叉型ＭＥＭＳ共振器をはじめとして狭小ギャップの形成が要求されるＭＥＭＳを安定した歩留まりで製造するのは困難であった。
【０００６】
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、可動部のスティッキングを防止しつつ狭小ギャップを安定して形成することができる微小電気機械システムおよび微小電気機械システムの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の微小電気機械システムの製造方法は、半導体基板の主面上に設けられた固定電極と、前記主面上に設けられかつ前記主面および前記固定電極の双方から離間しかつ、これらに対して可動な可動部を含む可動電極と、を有する微小電気機械システムの製造方法であって、前記主面上に犠牲膜を形成する犠牲膜形成工程と、前記犠牲膜を覆うように前記主面上に電極層を形成する電極層形成工程と、前記電極層をパターンを介してエッチングして前記可動電極および前記固定電極を形成するエッチング工程と、前記犠牲膜を除去する犠牲膜除去工程と、前記可動電極および前記固定電極の表面に導電膜を形成する導電膜形成工程と、を含むことを特徴としている。
【０００８】
また、本発明の微小電気機械システムの他の製造方法は、半導体基板の主面上に設けられた固定電極と、前記主面上に設けられかつ前記主面および前記固定電極の双方から離間しかつ、これらに対して可動な可動部を含む可動電極と、を有する微小電気機械システムの製造方法であって、前記主面上に犠牲膜を形成する犠牲膜形成工程と、前記犠牲膜を覆うように前記主面上に電極層を形成する電極層形成工程と、前記電極層をパターンを介してエッチングして前記可動電極および前記固定電極を形成するエッチング工程と、前記犠牲膜を除去する犠牲膜除去工程と、前記可動電極の共振周波数を測定し、得られた共振周波数と目標共振周波数との差に基づいて前記可動電極および前記固定電極の表面に堆積すべき導電膜の膜厚を算出する膜厚算出工程と、前記膜厚算出工程において得られた算出値に応じた膜厚の導電膜を前記可動電極および前記固定電極の表面に形成する導電膜形成工程と、を含むことを特徴としている。
【０００９】
また、本発明の微小電気機械システムは、半導体基板の主面上に設けられた固定電極と、前記主面上に設けられかつ前記主面および前記固定電極の双方から離間しかつ、これらに対して可動な可動部を含む可動電極と、を有する微小電気機械システムであって、前記可動電極および前記固定電極の露出表面全体を覆う導電膜を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のＭＥＭＳの製造方法によれば可動部を形成する際に固定部とのギャップは広め目にとっておき犠牲膜の除去後に可動部に新たな導電膜を成膜し所望のギャップを得るようにしたのでスティッキングの発生を防止しつつ狭いギャップを安定して形成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。尚、以下に示す図において、実質的に同一又は等価な構成要素、部分には同一の参照符を付している。
（第１実施例）
図３（Ａ）は本発明の第１実施例であるＭＥＭＳ共振器１０の上面図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）における３Ｂ−３Ｂ線断面図である。ＭＥＭＳ共振器１０は、いわゆる音叉型構造を有しており、アンカー部１２０と、アンカー部１２０に接続された可動電極１０９と、可動電極１０９の両側にギャップ１０７を隔てて形成された固定電極１１０とを含む。断面構造においては、シリコン基板１００上に例えばタングステンＷ等の導電性の材料によって形成される配線層１０１およびＳｉＯ2等の絶縁膜１０２が形成される。固定電極１１０および可動電極１０９は、振動を励起するための電力を供給する必要があることから導電性を有している必要があり、例えば不純物をドープしたポリシリコン又はｐｏｌｙ−ＳｉＧｅによって形成される。固定電極１１０は下地の配線層１０１に電気的に接続される。可動電極１０９は、固定電極１１０および絶縁膜１０２との間にギャップ１０７を隔てて形成され、シリコン基板１００に接続されたアンカー部１２０によって支持される。固定電極１１０および可動電極１０９の表面には例えばタングステン等の導電膜１１１が形成され、この導電膜１１１の膜厚によってギャップ１０７のギャップ長が規定される。ＭＥＭＳ共振器１０には可動電極１０９と固定電極１１０との間にＤＣバイアス電圧に高周波信号が重畳された入力信号が供給される。特定周波数の高周波信号が入力されると、可動電極１０９は、固定電極１１０との間に生じる静電力によって共振する。可動電極１０９の共振周波数ｆ0は、可動電極１０９の材料、構造、応力、形状やギャップ長、印加電圧等の種々のパラメータによって変動する。
【００１２】
次に、上記した構造を有するＭＥＭＳ共振器１０の製造方法について図面を参照しつつ説明する。図４（Ａ）〜（Ｈ）は、ＭＥＭＳ共振器１０の製造工程を説明するための工程毎の断面図である。図５（Ａ）〜（Ｅ）は、図４に示された断面図に対応する上面図である。すなわち、図５（Ａ）の４Ａ−４Ａ線断面図が図４（Ａ）であり、図５（Ｂ）の４Ｄ−４Ｄ線断面図が図４（Ｄ）であり、図５（Ｃ）の４Ｆ−４Ｆ線断面図が図４（Ｆ）であり、図５（Ｄ）の４Ｇ−４Ｇ線断面図が図４（Ｇ）であり、図５（Ｅ）の４Ｈ−４Ｈ線断面図が図４（Ｈ）である。尚、図４（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｅ）に対応するＭＥＭＳ共振器１０の上面図は省略されている。
【００１３】
まず、シリコン基板１００上にスパッタ法により例えば膜厚１ｕｍ程度のタングステンを堆積する。その後、フォトマスク形成およびエッチング処理によりパターニングを施し、配線層１０１形成する（図４（Ａ）、図５（Ａ））。配線層１０１は、図５（Ａ）に示す如く固定電極１１０およびアンカー部１２０が形成される領域に対応して形成される。この配線層１０１は、図示しない外部入出力端子に接続されており、各電極への電圧印加および出力信号の取り出しができるようになっている。
【００１４】
続いて、配線層１０１が形成されたシリコン基板１００上にＡＰ−ＣＶＤ法等によって例えば膜厚２ｕｍ程度のＳｉＯ2からなる絶縁膜１０２を形成し、ＣＭＰ法によって絶縁膜１０２を平坦化する（図４（Ｂ））。
【００１５】
次に、絶縁膜１０２上に、ＬＰ−ＣＶＤ法等によって例えば膜厚１ｕｍ程度のゲルマニウム又はタングステンを成膜し、ＣＦ4等のエッチングガスを使用した異方性ドライエッチング処理によってパターニングを施し犠牲膜１０３を形成する。かかるパターニングにより犠牲膜１０３は後の工程で形成される可動電極１０９の直下に位置する部分を残し除去される（図４（Ｃ））。
【００１６】
次に、絶縁膜１０２上にフォトマスクを形成し、ＣＦ4等エッチングガスを使用した異方性ドライエッチング処理によって開孔１０４を形成し、固定電極１１０およびアンカー部１２０に対応する領域に形成された配線層１０１を露出させる（図４（Ｄ）、図５（Ｂ））。
【００１７】
次に、ＬＰ−ＣＶＤ法等によって例えばリンやボロン等の不純物をドープすることにより抵抗値が制御されたポリシリコンまたはＰｏｌｙ−ＳｉＧｅ等の電極材料１０６を１〜５ｕｍ程度、構造体の全面に堆積する（図４（Ｅ））。続いて成膜された電極材料１０６上にフォトマスクを形成し、ＣＦ4等のエッチングガスを使用した異方性ドライエッチング処理によって可動電極１０９、固定電極１１０、アンカー部１２０をパターニングするとともに、可動電極１０９の略中央部にスリット１０８を形成する（図４（Ｆ）、図５（Ｃ））。電極材料１０６のパターニングに際しては端面が垂直かつ平滑となるようにエッチングされることが要求される。かかる電極材料１０６のパターニングによって、固定電極１１０と可動電極１０９の間に形成されるギャップ１０７のギャップ長は例えば０．３〜１．０ｕｍ程度であり、製品完成時の最終的なギャップ長よりも広めに形成される。この段階でギャップ１０７を広めに形成することより犠牲膜除去後のスティッキングの発生を防止することが可能となる。一方、可動電極１０９の略中央部に形成されるスリット１０８の幅寸法は例えばギャップ１０７よりも０．１ｕｍ以上細く形成される。このスリット１０８は、可動電極１０９の直下に形成された犠牲膜１０３を後の工程においてエッチングする際にエッチング液の侵入を容易にするために形成されるものである。尚、スリット１０８のスリットパターンとしては、例えば図５（Ｃ）に示す如く可動電極１０９の略中央部に複数のスリットが所定間隔で一列に並ぶ形態であってもよく、また可動電極１０９とアンカー部１２０との接続部から可動電極１０９の先端部に亘って伸長する１本のスリットが形成される形態であってもよい。
【００１８】
次にこの構造体を過酸化水素水Ｈ2Ｏ2に浸漬し犠牲膜１０３をエッチングする。エッチング液は、ギャップ１０７およびスリット１０８から侵入し犠牲膜を除去する。これにより可動電極１０８は、シリコン基板１００から分離され、可動電極１０８の周囲にはその振動を許容する空間が形成されることとなる。続いて犠牲膜が除去された構造体を洗浄、乾燥させる（図４（Ｇ）、図５（Ｄ））。
【００１９】
次に、例えば６フッ化タングステンＷＦ6、水素Ｈ2を反応ガスとして使用したＬＰ−ＣＶＤ法等によってタングステン等からなる導電膜１１１を構造体に成膜する（図４（Ｈ）、図５（Ｅ））。タングステンＣＶＤ膜は、４５０℃以下の低温で成膜する場合、導電性材料上にのみに選択的に成膜される性質があることから、電極材料上にのみ導電膜１１１が形成される。すなわち、固定電極１１０の上面および側面と、可動電極１０９の表面全体が導電膜１１１によって覆われる。そして、この導電膜１１１の膜厚によって固定電極１１０と可動電極１０９の間に形成されるギャップ１０７のギャップ長が規定されることとなる。つまり、本工程において、導電膜１１１の膜厚を調整することによって、ギャップ１０７のギャップ長を制御することが可能となる。例えば、導電膜１１１成膜前のギャップ１０７のギャップ長が０．５ｕｍであった場合、０．２ｕｍの導電膜１１１を均一に構造体に成膜することによって、最終的なギャップ長は０．１ｕｍとなる。尚、導電膜１１１として使用される材料は、タングステン以外にもモリブデンやチタン等の他の金属であってもよい。
【００２０】
このように本実施例に係るＭＥＭＳ共振器の製造方法においては、可動電極と固定電極との間に形成されるギャップの間隔を当初は広めに形成しておき、乾燥工程を含む犠牲膜の除去工程の後にこれらの電極表面に均一に導電膜を成膜し、ギャップ長を狭めるようにしたので、犠牲膜のエッチング時に狭小ギャップを形成する従来の製造方法に比べ、スティッキングの発生を効果的に防止することが可能となる。すなわち、本製造方法を用いることにより、スティッキングの発生を回避しつつ０．１ｕｍ程度の狭小ギャップを安定して形成することが可能となり、例えば電極間の距離を縮小し容量変化量の大きい高感度な静電容量型ＭＥＭＳを容易に製造することが可能となる。
（変形例）
次に、上記第１実施例において示したＭＥＭＳ共振器１０の製造方法の変形例について説明する。本実施例に係る製造方法においては、主に犠牲膜除去後、固定電極および可動電極の表面に導電膜を形成する工程が上記した第１実施例とは異なる。ここで、ＭＥＭＳ共振器の可動電極の共振周波数ｆ0は電極材料、構造、応力、形状、印加電圧等の種々のパラメータにより変化するものであるが、一般的には
ｆ0＝（ｍ／ｋ）1/2／２π・・・（１）
と表すことができる。ここでｍは有効質量であり、ｋはばね定数である。ばね定数ｋは一定ではなく印加電圧Ｖｐ、可動電極と固定電極とのギャップ長ｄ、可動電極の膜厚や幅寸法等の影響を受けるパラメータである。従って、ＭＥＭＳ共振器の構造を設計する際には、経験則やシミュレーションに基づいて、所望の共振周波数が得られるように電極間のギャップ長や可動電極の形状等が決定される。しかしながら、実際の製造工程においては構造体の膜厚のばらつき、膜質（密度、組成、応力等）のばらつき、ギャップ長ｄのばらつきに起因して共振周波数が設計値からずれる場合がある。特に、バッチ式のＬＰ−ＣＶＤ等で犠牲膜や構造体を形成する場合にはバッチ内のウエハの位置によって膜厚、膜質等の出来映えが異なったり、バッチ間においても膜厚や膜質が異なってくる場合がある。そこで、本実施例においてはかかる点に鑑み、途中工程で可動電極の共振周波数を測定し、その測定結果と目標共振周波数とのずれに応じて可動電極および固定電極表面に導電膜を追加的に形成することによって、可動電極のばね定数ｋおよび有効質量ｍを変化させ、共振周波数を目標値に近づける調整工程を含めることとした。
【００２１】
図６（Ａ）〜（Ｈ）は、本実施例に係るＭＥＭＳ共振器２０の製造工程を説明するための工程毎の断面図である。以下図６を参照しつつ本実施例に係るＭＥＭＳ共振器の製造方法について説明する。
【００２２】
まず、シリコン基板１００上にスパッタ法により例えば膜厚１ｕｍ程度のタングステンを堆積する。その後、フォトマスク形成およびエッチング処理によりパターニングを施し、配線層１０１形成する（図６（Ａ））。配線層１０１は、固定電極１１０およびアンカー部１２０が形成される領域に対応して形成される。この配線層１０１は、図示しない外部入出力端子に接続されており、各電極への電圧印加および出力信号の取り出しができるようになっている。
【００２３】
続いて、配線層１０１が形成されたシリコン基板１００上にＡＰ−ＣＶＤ法等によって例えば膜厚２ｕｍ程度のＳｉＯ2等からなる絶縁膜１０２を形成し、ＣＭＰ法によって絶縁膜１０２を平坦化する（図６（Ｂ））。
【００２４】
次に、絶縁膜１０２上に、ＬＰ−ＣＶＤ法等によって例えば１ｕｍ程度のゲルマニウム又はタングステンを成膜し、ＣＦ4等のエッチングガスを使用した異方性ドライエッチング処理によってパターニングを施し、犠牲膜１０３を形成する。かかるパターニングにより犠牲膜１０３は後の工程で形成される可動電極１０９の直下に位置する部分を残し除去される（図６（Ｃ））。
【００２５】
次に、絶縁膜１０２上にフォトマスクを形成し、例えばＣＦ4等のエッチングガスを使用した異方性ドライエッチング処理によって開孔１０４を形成し、固定電極１１０およびアンカー部１２０に対応する領域に形成された配線層１０１を露出させる（図６（Ｄ））。
【００２６】
次に、ＬＰ−ＣＶＤ法等によって例えばリンやボロン等の不純物をドープすることにより抵抗値が制御されたポリシリコンまたはＰｏｌｙ−ＳｉＧｅ等の電極材料１０６を１〜５ｕｍ程度、構造体の全面に堆積する（図６（Ｅ））。続いて成膜された電極材料１０６上にフォトマスクを形成し、例えばＣＦ4等のエッチングガスを使用した異方性ドライエッチング処理によって可動電極１０９、固定電極１１０、アンカー部１２０をパターニングする（図６（Ｆ））。電極材料１０６のパターニングに際しては端面が垂直かつ平滑となるようにエッチングされることが要求される。かかる電極材料１０６のパターニングによって、固定電極１１０と可動電極１０９の間に形成されるギャップ１０７のギャップ長は例えば０．３〜１．０ｕｍ程度であり、製品完成時の最終的なギャップ長よりも広めに形成される。この段階でギャップ１０７を広めに形成することより犠牲膜除去後のスティッキングの発生を防止することが可能となる。
【００２７】
次に、この構造体を過酸化水素水Ｈ2Ｏ2に浸漬し、犠牲膜１０３をエッチングする。エッチング液はギャップ１０７から侵入し犠牲膜を除去する。これにより可動電極１０８は、シリコン基板１００から分離され、可動電極１０８の周囲にはその振動を許容する空間が形成されることとなる。続いて犠牲膜が除去された構造体を洗浄、乾燥させる（図６（Ｇ））。
【００２８】
次に、上記したステップまで進んだウエハを取り出して、可動電極１０９の共振周波数を測定する。かかる測定は、例えばウエハの所定箇所に設けられたプロセスモニタ用のチップを用いることとしてもよい。そして、この測定された共振周波数と目標共振周波数とのずれ量に基づいて可動電極１０９および固定電極１１０の表面に堆積すべき導電膜１１１の膜厚を算出する。つまり、共振周波数のずれ量に応じた膜厚の導電膜１１１を可動電極１０９および固定電極１１０に形成することにより、可動電極１０９のばね定数ｋおよび有効質量ｍを変化させ、共振周波数を目標値に近づけることが可能となる。導電膜１１１を構造体に堆積することによりばね定数ｋが小さくなり、また有効質量ｍは大きくなるため、結果として式（１）から共振周波数ｆ0を小さくする方向で調整することが可能となる。尚、堆積すべき膜厚の算出に際しては、導電膜１１１の膜厚と共振周波数との関係を予め実験により明らかにしておくか、必要なパラメータが入力されたシミュレータを使用して算出する等の方法を用いることができる。
【００２９】
次に、算出された膜厚の導電膜１１１を例えばＡＬＤ（Atomic Layer deposition）法により可動電極１０９および固定電極１１０上に堆積する（図４（Ｈ））。ＡＬＤ法は通常のＣＶＤ法に比べ低温で行われ、材料ガスの吸着で反応が律速されるため、２種類のガスを交互にパルスで流すことにより１原子層ずつ正膜することが可能となる。例えば導電膜１１１としてタングステンを成膜する場合にはＳｉＨ4とＷＦ6を交互に流すことにより、一旦表面に吸着したＳｉＨ4がＷＦ6と反応し、タングステンが１原子層形成される。このＡＬＤ法を用いて導電膜１１１を形成することにより、高精度な膜厚制御が可能となる。尚、高精度の膜厚制御が要求されない場合には、通常のＣＶＤ法を用いて導電膜１１１を堆積することも可能である。また、かかる共振周波数の調整処理は、製造ばらつきの発生要因等に応じて１ウエハ毎に堆積すべき導電膜１１１の膜厚を算出して行うこととしてもよく、又は処理バッチ毎若しくは製造ロット毎に堆積すべき導電膜１１１の膜厚を算出して行うこととしてもよい。
【００３０】
このように、本実施例に係るＭＥＭＳ共振器の製造方法よれば、第１実施例同様可動電極と固定電極との間に形成されるギャップの間隔を当初は広めに形成しておき、乾燥工程を含む犠牲膜除去工程後にこれらの電極表面に均一に導電膜を成膜し、ギャップ長を狭めるようにしたので、スティッキングの発生を効果的に防止することが可能となる。すなわち、本製造方法を用いることにより、スティッキングの発生を回避しつつ０．１ｕｍ程度の狭小ギャップを安定して形成することが可能となり、例えば電極間の距離を縮小し容量変化量の大きい高感度な静電容量型ＭＥＭＳを容易に製造することが可能となる。更に本実施例においては構造体の膜厚や膜質ばらつきに起因して可動電極の共振周波数が目標値からずれた場合でも、そのずれ量に応じた分の導電膜が可動電極および固定電極表面に堆積され、共振周波数の調整がなされるので、ウエハ間、バッチ間、ロット間での共振周波数のばらつきを最小限に抑えることができる。
（第２実施例）
次に、本発明の第２実施例のＭＥＭＳ共振器について図面を参照しつつ以下に説明する。図７（Ａ）は第２実施例であるＭＥＭＳ共振器２０の上面図、図７（Ｂ）は図７（Ａ）における７Ｂ−７Ｂ線断面図である。第２実施例のＭＥＭＳ共振器２０の基本構造は第１実施例のＭＥＭＳ共振器１０と同一であるが、可動電極および固定電極の電極材料および電極構造が第１実施例とは異なる。ここで可動電極および固定電極は、導電性を確保するべく第１実施例に示したように不純物をドープしたポリシリコンやＰｏｌｙ−ＳｉＧｅ等によって形成されるのが一般的である。このようにポリシリコン等が電極材料として用いられるのは、電極材料として金属単体を用いた場合、硬さが不十分であり、熱膨張係数が大きく温度特性が良好でないことから使いにくいというのが主な理由である。しかし、ポリシリコンやＰｏｌｙ−ＳｉＧｅは通常、高温長時間の熱処理を伴うＬＰ−ＣＶＤ法等によって成膜されるため、回路部分を構成する半導体デバイス上にＭＥＭＳを混載するのは困難である。そこで、第２実施例においては、可動電極および固定電極の電極構造を絶縁膜と導電性を有する金属膜の積層構造とすることにより、導電性を確保しつつ、比較的低温プロセスで成膜できる高抵抗材料や絶縁材料を電極構成材料として使用することとした。
【００３１】
すなわち、第２実施例のＭＥＭＳ共振器２０は、シリコン基板１００上に例えばＡｌ合金やＣｕ等の導電性材料によって形成される配線層２０１およびＳｉＯ2等の絶縁膜１０２が形成される。固定電極１４２および可動電極１４１は例えばＡｌＮやＡＬ2Ｏ3等の絶縁膜１４０とその周囲を覆う金属膜１３０、１３１によって構成される。金属膜１３０は、導電性を有する例えばＴｉＮ膜からなり固定電極１４２および可動電極１４１の底面に形成される。固定電極１４２は金属膜１３０を介して下地の配線層２０１と電気的に接続される。一方、金属膜１３１は、導電性を有する例えばＴｉ／ＴｉＮの積層膜からなり固定電極１４２および可動電極１４１の側面および上面に形成され、底面に形成された金属膜１３０と電気的に接続している。可動電極１４１は、固定電極１４２および絶縁膜１０２との間にギャップ１０７を隔てて形成され、シリコン基板１００に接続するアンカー部１２０によって支持される。固定電極１４２および可動電極１４１の表面には、例えばタングステン等の導電膜１１１が形成され、導電膜１１１の膜厚によってギャップ１０７のギャップ長が規定される。
【００３２】
このように第２実施例の共振器２０は、第１実施例と同様に可動電極１４１および固定電極１４２の表面に導電膜１１１が形成され、最終的な電極形状および電極間ギャップ１０７が形成される構造となっている。また、可動電極１４１および固定電極１４２は絶縁膜１４０と金属膜１３０、１３１とが積層された積層構造を有している。
次に、上記構造を有するＭＥＭＳ共振器２０の製造方法について図面を参照しつつ説明する。図８（Ａ）〜（Ｊ）は、ＭＥＭＳ共振器２０の製造工程を説明するための工程毎の断面図である。
【００３３】
まず、シリコン基板１００上にスパッタ法により例えば膜厚１ｕｍ程度のアルミ合金を堆積する。その後、フォトマスク形成およびエッチング処理により堆積したアルミ合金にパターニングを施し、配線層２０１形成する（図８（Ａ））。尚、配線層としてはアルミ合金に限らず、ダマシン法によって形成された銅を使用することとしてもよい。
【００３４】
続いて、配線層２０１が形成されたシリコン基板１００上にＡＰ−ＣＶＤ法等によって例えば膜厚２ｕｍ程度のＳｉＯ2からなる絶縁膜１０２を形成し、これをＣＭＰ法によって平坦化する（図８（Ｂ））。
【００３５】
次に、絶縁膜１０２上にスパッタ法によって例えば１ｕｍ程度のゲルマニウムＧｅ又はタングステンＷを成膜し、ＣＦ4等のエッチングガスを使用した異方性ドライエッチング処理によってパターニングを施し、犠牲膜１０３を形成する。かかるパターニングによって犠牲膜１０３は、後の工程において形成される可動電極１０９の直下に位置する部分を残し除去される（図８（Ｃ））。
【００３６】
次に、絶縁膜１０２上にフォトマスクを形成し、ＣＦ4等エッチングガスを使用した異方性ドライエッチング処理によって開孔１０４を形成し、固定電極１４２およびアンカー部１４３に対応する領域に形成された配線層２０１を露出させる（図８（Ｄ））。次に、スパッタ法により構造体の全面にＴｉＮ等の金属膜１３０を例えば０．２ｕｍ程度堆積する（図８（Ｅ））。
【００３７】
続いて反応性スパッタ法により、固定電極および可動電極の構成材料であるＡｌＮまたはＡｌ2Ｏ3等の絶縁膜１４０を構造体の全面に１〜３ｕｍ程度堆積する（図８（Ｆ））。続いて成膜された絶縁膜１４０上にフォトマスクを形成し、ＣＦ4等のエッチングガスを使用した異方性ドライエッチング処理によって可動電極１４１、固定電極１４２、アンカー部１４３をパターニングするとともに、可動電極１４１の略中央部にスリット１０８を形成する（図８（Ｇ））。絶縁膜１４０のパターニングに際しては端面が垂直かつ平滑となるようにエッチングされることが要求される。かかる絶縁膜１４０のパターニングによって、固定電極１４２と可動電極１４１の間に形成されるギャップ１０７のギャップ長は例えば０．３〜１．０ｕｍ程度であり、製品完成時の最終的なギャップ長よりも広めに形成される。この段階でギャップ１０７を広めに形成することより犠牲膜除去後のスティッキングの発生を防止することが可能となる。一方、可動電極１４１の略中央部に形成されるスリット１０８のスリット幅は例えばギャップ１０７よりも０．１ｕｍ以上細く形成される。このスリット１０８は、可動電極１４１の直下に形成された犠牲膜１０３を後の工程においてエッチングする際にエッチング液の侵入を容易にするために形成されるものである。
【００３８】
次に例えばＴｉＣｌ4を用いたＣＶＤ法により、構造体の全面に、Ｔｉ／ＴｉＮ積層膜からなる金属膜１３１を例えば０．０５ｕｍ程度堆積し、全面エッチバックを行うことで、固定電極１４２および可動電極１４１の側面以外の金属膜１３１を除去する。これにより、固定電極１４２および可動電極１４１の底面および側面は、金属膜１３０および１３１によって覆われ、可動電極１４１および固定電極１４２の導電性が確保される（図８（Ｈ））。
【００３９】
次にこの構造体を過酸化水素水Ｈ2Ｏ2に浸漬し、犠牲膜１０３をエッチングする。エッチング液は、ギャップ１０７およびスリット１０８から侵入し犠牲膜を除去する。これにより可動電極１４１は、シリコン基板１００から分離され、可動電極１４１の周囲にはその振動を許容する空間が形成されることとなる。その後、犠牲膜が除去された構造体を洗浄、乾燥させる（図８（Ｉ））。
【００４０】
次に、例えば６フッ化タングステンＷＦ6および水素Ｈ2を反応ガスとして使用したＬＰ−ＣＶＤ法等によってタングステン等からなる導電膜１１１を選択的に成膜する（図８（Ｊ））。これにより、固定電極１４２の側面と、可動電極１４１の側面および底面が導電膜１１１によって覆われる。そして、この導電膜１１１の膜厚によって固定電極１４２と可動電極１４１との間に形成されるギャップ１０７のギャップ長が規定されることとなる。つまり、本工程において、導電膜１１１の膜厚を調整することによって、ギャップ１０７のギャップ長を制御することが可能となる。例えば、導電膜１１１の成膜前のギャップ１０７のギャップ長が０．５ｕｍであった場合、０．０５ｕｍの導電膜１３１（Ｔｉ／ＴｉＮ）と０．１５ｕｍの導電膜１１１（タングステン）を構造体に成膜することによって、ギャップ１０７の最終的なギャップ長は０．１ｕｍとなる。尚、導電膜１１１として使用される材料は、モリブデンやチタン等の他の金属を用いてもよい。
【００４１】
このように第２実施例に係るＭＥＭＳ共振器の製造方法においても第１実施例と同様、可動電極と固定電極との間に形成されるギャップの間隔を当初は広めに形成しておき、これらの電極の表面に均一に導電膜を成膜し、ギャップ長を狭めるようにしたので、０．１ｕｍ程度の狭小ギャップを安定して形成することができる。また、この電極間のギャップは当初広めに形成されることにより乾燥工程を含む犠牲膜除去工程におけるスティッキングの発生を効果的に防止することが可能となる。また、第２実施例に係るＭＥＭＳ共振器およびその製造方法によれば、可動電極および固定電極はともに表面が導電性を有する金属膜で覆われ導電性が確保されているので、比較的低温プロセスで成膜可能な高抵抗材料や絶縁材料をも可動部の構成材料として使用することができる。従って、回路部分を構成する半導体デバイスとのインテグレーションが容易となる。
【００４２】
尚、第１実施例の変形例として示した共振周波数の調整工程は、第２実施例のＭＥＭＳ共振器の製造方法にも適用可能である。また、上記各実施例においては音叉型のＭＥＭＳ共振器に本発明を適用した場合を例に説明したがこれに限定されるものではなく、本発明はカンチレバー型や櫛歯型等の他の構造を有するＭＥＭＳ共振器にも適用できることはもちろん、狭小ギャップを有するあらゆるＭＥＭＳに適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】従来のＭＥＭＳ共振器を適用した力変換器であり（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は断面図である。
【図２】従来のＭＥＭＳ共振器の典型的な構造例を示す図であり、（Ａ）はカンチレバー型共振器の側面図、（Ｂ）は櫛歯型共振器の上面図、（Ｃ）は音叉型共振器の上面図である。
【図３】（Ａ）は、本発明の第１実施例であるＭＥＭＳ共振器の上面図、（Ｂ）は図３（Ａ）における３Ｂ−３Ｂ線断面図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｈ）は本発明の第１実施例であるＭＥＭＳ共振器の製造方法を説明するための断面図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｅ）は本発明の第１実施例であるＭＥＭＳ共振器の製造方法を説明するための上面図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｈ）は本発明の第１実施例であるＭＥＭＳ共振器の他の製造方法を説明するための断面図である。
【図７】（Ａ）は、本発明の第２実施例であるＭＥＭＳ共振器の上面図、（Ｂ）は図７（Ａ）における７Ｂ−７Ｂ線断面図である。
【図８】（Ａ）〜（Ｊ）は本発明の第２実施例であるＭＥＭＳ共振器の製造方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０  ＭＥＭＳ共振器
２０  ＭＥＭＳ共振器
１００  シリコン基板
１０１  配線層
１０２  絶縁膜
１０３  犠牲膜
１０７  ギャップ
１０９  可動電極
１１０  固定電極
１１１  導電膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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