(57)【要約】【課題】カプセル封止の電気機械素子の高信頼性化を図る。【解決手段】下部電極６２、６３と可動子３５を有する電気機械素子本体６４と、電気機械素子本体６４を空間３７を保持して封止したオーバーコート膜３８とを備え、オーバーコート膜３８と可動子３５との間に支柱５２が設けられていることを特徴とする。【選択図】図２
2007276089.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部電極と可動子を有する電気機械素子本体と、
前記電気機械素子本体を、空間を保持して封止したオーバーコート膜とを備え、
前記オーバーコート膜と前記可動子との間に支柱が設けられている
ことを特徴とする電気機械素子。
【請求項２】
前記支柱は、前記可動子の１箇所以上の位置に対応して設けられている
ことを特徴とする請求項１記載の電気機械素子。
【請求項３】
前記支柱は、前記可動子の支持部に対応する位置に設けられている
ことを特徴とする請求項１記載の電気機械素子。
【請求項４】
下部電極と可動子を有する共振器本体と、
前記共振器本体を、空間を保持して封止したオーバーコート膜とを備え、
前記オーバーコート膜と前記可動子との間に支柱が設けられている
ことを特徴とする共振器。
【請求項５】
前記支柱は、前記可動子の１箇所以上の位置に対応して設けられている
ことを特徴とする請求項４記載の共振器。
【請求項６】
前記支柱は、前記可動子の支持部内側端から０．５μｍ離れた位置と支持部外側端との間の任意の位置から前記外側端を含んで連続した幅を有している
ことを特徴とする請求項４記載の共振器。
【請求項７】
前記支柱は、一定の幅を有し、前記可動子の支持部内側端から１．０μｍ離れた位置と支持部外側端との間の任意の位置に設けられている
ことを特徴とする請求項４記載の共振器。
【請求項８】
電気機械素子本体の可動子を覆う犠牲層を形成し、前記犠牲層に前記可動子に達する支柱形成用の開口部を形成する工程と、
前記開口部を含んで前記犠牲層上にオーバーコート膜と支柱を形成する工程と、
前記オーバーコート膜に形成した貫通口を介して前記犠牲層を除去し、前記支柱に支持された前記オーバーコート膜を形成する工程と、
前記オーバーコート膜の貫通口を封止する工程とを有する
ことを特徴とする電気機械素子の製造方法。
【請求項９】
前記支柱を前記可動子の１箇所上の位置に対応するように形成する
ことを特徴とする請求項８記載の電気機械素子の製造方法。
【請求項１０】
前記支柱を、前記可動子の支持部に対応した位置に設ける
ことを特徴とする請求項８記載の電気機械素子の製造方法。
【請求項１１】
共振器本体の可動子を覆う犠牲層を形成し、前記犠牲層に前記可動子に達する支柱形成用の開口部を形成する工程と、
前記開口部を含んで前記犠牲層上にオーバーコート膜と支柱を形成する工程と、
前記オーバーコート膜に形成した貫通口を介して前記犠牲層を除去し、前記支柱に支持された前記オーバーコート膜を形成する工程と、
前記オーバーコート膜の貫通口を封止する工程とを有する
ことを特徴とする共振器の製造方法。
【請求項１２】
前記支柱を前記可動子の１箇所上の位置に対応するように形成する
ことを特徴とする請求項１１記載の共振器の製造方法。
【請求項１３】
前記支柱を、前記可動子支持部内側端から０．５μｍ離れた位置と支持部外側端との間の任意の位置から前記外側端を含んで連続した幅を有するように形成する
ことを特徴とする請求項１１記載の共振器の製造方法。
【請求項１４】
前記支柱を、一定の幅で前記可動子の支持部内側端から１．０μｍ離れた位置と支持部外側端との間の任意の位置に存するように形成する。
ことを特徴とする請求項１１記載の共振器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械素子とその製造方法、並びに共振器とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、基板上の微細化製造技術の進展に伴い、電気機械素子、いわゆるマイクロマシン（超小型電気的・機械的複合体：Micro Electro  Mechanical  Systems，以下、ＭＥＭＳという）や、そのＭＥＭＳ素子を組み込んだ小型機器等が注目されている。ＭＥＭＳ素子は、可動構造体である振動子と、その振動子の駆動を制御する半導体集積回路等とを、電気的・機械的に結合させた素子である。そして振動子が素子の一部に組み込まれており、その振動子の駆動を電極間のクーロン引力等を応用して電気的に行うようにしている。
【０００３】
このようなＭＥＭＳ素子のうち、特に半導体プロセスを用いて形成されたものは、デバイスの占有面積が小さいこと、高いＱ値（振動系の共振の鋭さを表す量）を実現できること、他の半導体デバイスとのインテグレーション（統合）が可能であること等の特徴を有することから、無線通信用の高周波フィルタとしての利用が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、ＭＥＭＳ素子を他の半導体デバイスとインテグレーションする場合には、そのＭＥＭＳ素子における振動子の部分をカプセル封止して、これによりさらに上層に配線等の配置を可能とすることが提案されている（例えば、特許文献１の第７頁、第１０頁参照）。ただし、振動子のカプセル封止にあたっては、その振動子の可動部周囲に空間を確保して、振動子を可動し得る状態にすることが必要である。この可動部周囲の空間確保は、通常、いわゆる犠牲層エッチングによって行われる（特許文献１参照）。
【０００５】
犠牲層エッチングとは、振動子の可動部周囲に予め薄膜を形成しておき、その後、この薄膜をエッチングにより取り除いて、当該可動部周囲に空間（隙間）を形成することをいう。また、犠牲層エッチングを行うために、可動部周囲に形成した薄膜を犠牲層という。
【０００６】
ＭＥＭＳ素子の研究開発は、高周波フィルタ以外にも、各種センサ、アクチュエータ、光学素子、その他のＭＥＭＳ素子など様々な分野に展開されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−９４３２８号公報
【非特許文献１】C.T.-C.Nguyen,“ Micromechanical components for miniaturized low-power communications(invited plenary)，“proceedings,1999 IEEE MTT-S  International Microwave Symposium RFMEMS Workshop,june，18,1999,pp.48-77.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ＭＥＭＳ素子と他の半導体デバイスとのインテグレーションは、幾つかの課題を抱えている。一般に、当該インテグレーションは、他の半導体デバイスについての製造プロセス（例えば、ＣＭＯＳプロセス）の最終工程に、ＭＥＭＳ素子（特に、その振動子）の製造プロセスを付加する形で行われる。従って、ＭＥＭＳ素子の製造プロセスにおいては、既に形成されている半導体デバイスへの悪影響を回避するために、高温での加工を行うことができない。つまり、低温で振動子を形成する必要があり、その加工が容易でないものとなってしまう虞れがある。
【０００９】
これに対して、ＭＥＭＳ素子における振動子の部分をカプセル封止した場合には、これによりさらに上層に配線層等の配置が可能となるので、高温で振動子を形成しても、その高温加工の悪影響が配線層等に及ぶのを回避することができる。ところが、その場合には、犠牲層エッチングにより形成した振動子の可動部周囲の空間を真空封止するために、絶縁材料等による特殊なパッケージング技術が必要となる（例えば、特許文献１参照）。つまり、真空封止のためのパッケージング工程が必要となるため、既存の半導体プロセス（例えば、ＣＭＯＳプロセス）の過程において行うことが困難である。結果としてＭＥＭＳ素子を含むデバイスの生産効率低下を招いてしまうことが考えられる。
【００１０】
図１３に、カプセル封止した電気機械素子の比較例を示す。図１３は無線通信用の高周波フィルタとして利用される共振器に適用した例である。この共振器１は、例えばシリコン基板２表面にシリコン酸化膜３とシリコン窒化膜４の積層膜からなる絶縁膜５を形成して成る基板上６に、下部電極７となる出力電極７と、この出力電極７に空間８を介して対向する振動子となる帯状のビーム９とを有して構成される。ビーム９は導電材料からなり、入力側の電極となる。ビーム９は、基板６上に形成した下部配線１１Ａ，１１Ｂに支持部１２Ａ，１２Ｂを介して支持され両持ち梁構造に形成される。下部配線１１Ａ，１１Ｂの外側上には絶縁膜の例えばシリコン酸化膜１３が形成され、その開口部１４を通じてスパッタ膜による外部配線層１５が形成される。
【００１１】
一方、出力電極７及びビーム９からなる共振器本体１６は、全体が空間１７を保持して例えばシリコン窒化膜によるオーバーコート膜１８によって被覆され気密封止される。このオーバーコート膜１８は、製造上、空間８及び１７に犠牲層が形成されている状態で全体にわたって成膜される。オーバーコート膜１８の成膜後に貫通口１９を形成し、貫通口１９を通じて犠牲層を選択的にエッチング除去し、空間８及び１７が形成される。貫通口１９はスパッタ膜による封止膜２０にて封止される。
【００１２】
この共振器１では、振動子となるビームに直流バイアス電圧が印加されると共に、特定の周波数電圧が印加されると、ビーム９が固有振動周波数で振動し、出力電極７とビーム９との間の空間８で構成されるキャパシタの容量が変化し、出力電極７から特定の周波数信号が出力されるようになる。
【００１３】
一方、図１３に示したカプセル封止された共振器１においては、カプセル封止するための屋根となるオーバーコート膜１８の剛性が弱いと振動子となるビーム９の上部にオーバーコート膜１８が接触してしまい、共振周波数が変化したり、最悪の場合は、共振しないことも考えられる。
【００１４】
このカプセル封止に関するオーバーコート膜１８の問題は、前述した高周波フィルタ以外のＭＥＭＳデバイスにおいても、可動子となるビームにオーバーコート膜が接触することによって動作不良などの不具合を生じることが考えられる。
【００１５】
本発明は、上述の点に鑑み、カプセル封止における不具合を回避して信頼性の向上を図った電気機械素子とその製造方法、さらに電気機械素子による共振器とその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る電気機械素子は、下部電極と可動子を有する電気機械素子本体を封止するオーバーコート膜と前記可動子との間に支柱を設けて構成することを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る共振器は、下部電極と可動子を有する共振器本体を封止するオーバーコート膜と前記可動子との間に支柱を設けて構成することを特徴とする。
【００１８】
本発明では、オーバーコート膜と可動子との間に支柱が設けられるので、オーバーコート膜が撓み可動子に接触するのを防止することができる。
【００１９】
本発明に係る電気機械素子の製造方法は、電気機械素子本体の可動子を覆う犠牲層を形成し、犠牲層に可動子に達する支柱形成用の開口部を形成する工程と、開口部を含んで犠牲層上にオーバーコート膜と支柱を形成する工程と、オーバーコート膜に形成した貫通口を介して犠牲層を除去し、支柱に支持されたオーバーコート膜を形成する工程と、オーバーコート膜の貫通口を封止する工程とを有することを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る共振器の製造方法は、共振器本体の可動子を覆う犠牲層を形成し、犠牲層に可動子に達する支柱形成用の開口部を形成する工程と、開口部を含んで犠牲層上にオーバーコート膜と支柱を形成する工程と、オーバーコート膜に形成した貫通口を介して犠牲層を除去し、支柱に支持されたオーバーコート膜を形成する工程と、オーバーコート膜の貫通口を封止する工程とを有することを特徴とする。
【００２１】
本発明の製造方法では、可動子を覆う犠牲層に可動子に達する支柱形成用の開口部を形成し、開口部を含んで犠牲層上にオーバーコート膜と支柱を形成した後、犠牲層を除去するので、オーバーコート膜の形成と同時に、可動子に接する支柱を形成することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る電気機械素子あるいは共振器によれば、オーバーコート膜が支柱によって可動子に接触することがないので、カプセル封止における不具合が回避され、信頼性の向上を図ることができる。
【００２３】
本発明に係る電気機械素子あるいは共振器の製造方法によれば、オーバーコート膜の形成と同時に可動子に接する支柱が同時に形成されるので、カプセル封止における不具合が回避され信頼性を向上した電気機械素子あるいは共振器を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。本発明で対象とする電気機械素子は、マイクロスケール、ナノスケールの素子である。
【００２５】
図１に、本発明に係る電気機械素子の第１実施の形態を示す。本実施の形態は、無線通信用の高周波フィルタとして利用される共振器に適用した場合である。本実施の形態に係る電気機械素子３１は、基板３２上に下部電極となる出力電極３３と、この出力電極３３に空間３４を介して対向する可動子、本例では振動子となる帯状のビーム３５とからなる電気機械素子本体（本例では共振器本体）３６を有し、さらに、この電気機械素子本体３５を被覆するように空間３７を介してオーバーコート膜３８を形成して構成される。
【００２６】
基板３２は、例えば半導体基板上に絶縁膜を形成した基板、石英基板やガラス基板のような絶縁性基板を用いることができるが、本例では、他の半導体デバイスとのインテグレーションを可能にするために、単結晶シリコンからなる半導体基板４１上にシリコン酸化（ＳｉＯ２）膜４２及びシリコン窒化（ＳｉＮ）膜４３の積層膜による絶縁膜４４を形成した基板３２を用いる。
【００２７】
ビーム３５は、入力側の電極となるもので、導電材として例えば多結晶シリコン膜で形
成される。ビーム３５は、基板３２上に形成した下部配線３９Ａ，３９Ｂに支持部４０Ａ，４０Ｂを介して支持され、いわゆる両持ち梁構造に形成される。出力電極３３、下部配線３９Ａ，３９Ｂ及び支持部４０Ａ，４０Ｂも、例えば多結晶シリコン膜で形成される。下部配線３９Ａ，３９Ｂの外側上には絶縁膜の例えばシリコン酸化膜４６が形成され、そのシリコン酸化膜４６上に開口部４７を介して下部配線３９Ａに接続された例えばスパッタ膜による外部配線４８が形成される。
【００２８】
オーバーコート膜３８は、前述と同様に、製造上、空間３４、３７に犠牲層が形成されている状態で全体にわたって成膜される。オーバーコート膜３８の成膜後に貫通口４９が形成され、貫通口４９を通じて犠牲層が選択エッチングで除去され、空間３４、３７が形成される。その後、貫通口４９が例えばスパッタ膜による封止膜５０により気密封止される。スパッタ膜としては、例えばＡｌ−Ｃｕ（アルミニウム−銅）膜またはＡｌ−Ｓｉ（アルミニウム−シリコン）膜などによるスパッタ膜を用いることができる。
【００２９】
そして、本実施の形態においては、特に、オーバーコート膜３８と振動子であるビーム３５との間にオーバーコート膜３８の撓みを防ぐための支柱５２が設けられる。この支柱５２は、ビーム３５の１箇所以上の位置に対応して設けられる。支柱５２としては、オーバーコート膜３８と一体に形成し、１箇所以上の位置でビーム３５に接触するように、あるいは接触しないように、あるいはビームと一体化するようにして形成することができる。本例では、支柱５２がビーム３５の両端部分、すなわちビーム３５の共振周波数に寄与する可動部の長さで規定される部分よりも外側のいわゆる支持部４０Ａ，４０Ｂに対応する部分の２箇所で接触するように形成される。
【００３０】
オーバーコート膜３８は電気機械素子本体３６を外部から保護するために気密封止されるが、オーバーコート膜３８とビーム３５との間にはビーム３５の振動に支障を来さない空間３７が必要である。支柱５２は、この空間３７を確保するためのものである。支柱５２の好ましい設置位置については、後述する。
【００３１】
第１実施の形態に係る電気機械素子３１では、前述と同様に、振動子となるビーム３５に直流バイアス電圧が印加されると共に、特定の周波数電圧が印加されると、ビーム３５が固有振動周波数で振動し、出力電極３３とビーム３５との間の空間３４で構成されるキャパシタの容量が変化し、この特定の周波数信号が出力電極３３から出力される。この電気機械素子３１のビーム３５は、一次振動モードで振動する。
【００３２】
この第１実施の形態の電気機械素子３１は、高周波フィルタとして利用した場合、表面弾性波（ＳＡＷ）や薄膜弾性波（ＦＢＡＲ）を利用した高周波フィルタと比較して、高いＱ値を実現することができる。
【００３３】
図２に、本発明に係る電気機械素子の第２実施の形態を示す。本実施の形態は、上述と同様に、無線通信用の高周波フィルタとして利用される共振器に適用した場合である。本実施の形態に係る電気機械素子６１は、基板３２上に下部電極となる入力電極６２及び出力電極６３と、この入出力電極６２、６３に空間３４を介して対向する可動子、本例では振動子となる帯状のビーム３５とからなる電気機械素子本体（本例では共振器本体）６４を有し、さらにこの電気機械素子本体６４を被覆するように空間３７を介してオーバーコート膜３８を形成して構成される。
【００３４】
基板３２は、本例では単結晶シリコンからなる半導体基板４１上にシリコン酸化（ＳｉＯ２ ）膜４２及びシリコン窒化（ＳｉＮ）膜４３の積層膜による絶縁膜４４を形成した基板が用いられる。ビーム３５は、両端部分を支持部３９Ａ，３９Ｂで支持した両持ち梁構造に形成される。入出力電極６２、６３は、例えば多結晶シリコン膜で形成される。
【００３５】
そして、本実施の形態においては、第１実施の形態と同様に、オーバーコート膜３８と振動子であるビーム３５との間にオーバーコート膜３８の撓みを防ぐための支柱５２が設けられる。支柱５２は、オーバーコート膜３８と一体に形成し、ビーム３５に１箇所以上、本例では図１と同様にビーム３５の両端部分の２箇所で接触するように形成される。支柱５２の好ましい設置位置については、後述する。
【００３６】
その他の構成は、図１の第１実施の形態で説明したと同様であるので、対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００３７】
第２実施の形態に係る電気機械素子６１では、振動子となるビーム３５に直流バイアス電圧が印加される。そして、入力電極６２に特定の周波数電圧が印加されると、ビーム３５の可動部分（いわゆる支持部に支持された両端部を除くビーム部分）が固有振動周波数で振動し、出力電極６３とビーム３５との間に空間３４で構成されるキャパシタの容量が変化し、出力電極６３からビーム３５の固有振動周波数に対応した特定周波数の信号（高周波信号）が出力される。この電気機械素子６１のビーム３５は、２次振動モードで振動する。
【００３８】
この第２実施の形態の電気機械素子６１においても、高周波フィルタとして利用した場合、表面弾性波（ＳＡＷ）や薄膜弾性波（ＦＢＡＲ）を利用した高周波フィルタと比較して、高いＱ値を実現することができる。
【００３９】
次に、支柱５２の大きさ及び設置位置について説明する。支柱５２は、ビーム３５の振動を損なうことなく、オーバーコート膜３８がビーム３５に接触しないようにビーム３５間との空間３７を維持できるように形成する必要がある。図３は支柱５２のサイズとビーム３５の共振周波数の関係を示すグラフである。曲線Ｉは、支柱５２をビーム３５の支持部４０〔４０Ａ，４０Ｂ〕に対応する位置に設けた場合、図４に示すように、支持部４０内端位置Ｘ０１より支持部４０外端側へ向って支柱５２のサイズ（すなわち幅）を広げて行ったときの特性である。曲線IIは、図５に示すように、同じように支柱５２をビーム３５の支持部４０に対応する位置に設けた場合に、支持部４０外端位置Ｘ０２から支持部４０内端側へ向って支柱５２のサイズ（すなわち幅）を広げて行ったときの特性である。ここで、支持部４０の幅Ｄは３．０μｍとした。また、オーバーコート膜３８とビーム３５間の空間３７間隔ｔ２は０．１μｍとした。
【００４０】
図４の場合に対応する曲線Ｉでは、支柱５２が無い支柱サイズがＸ＝０の点ではビーム３５の共振周波数（７０ＭＨｚ近傍）が得られるが、支柱５２を設けた瞬間から７８ＭＨｚに変動している。これに対して、図５の場合に対応する曲線IIでは、支持部４０外端位置Ｘ０２から内側に向って支柱サイズ（幅）を広げて行った場合に、支柱サイズ（幅）Ｘを支持部外端位置Ｘ０２から２．５μｍまで広げてもビームの共振周波数（７０ＭＨｚ近傍）が得られるも、２．５μｍを越えると共振周波数は大きく変動する。
【００４１】
この図３のグラフから、支柱５２をビーム３５の支持部外端位置Ｘ０２から内端に向って連続的に形成する場合には、支持部外端位置Ｘ０２から２．５μｍまでの間であれば、ビーム３５の振動を損なうことがない。また、図６に示すように、支柱５２が支持部外端位置Ｘ０２を越えて連続して形成された場合も、ビーム３５の振動を損なうことがない。従って、支柱５２としては、ビーム３５の支持部内端位置Ｘ０１から０．５μｍ離れた位置と支持部外端との間の位置から支持部外端を含んで連続した幅を有して設けることが好ましい。
【００４２】
図７は、支柱５２の幅Ｗを一定にしたときの、支柱５２の位置とビーム３５の共振周波数の関係を示すグラフである。支持部４０の幅Ｄ及び空間３７の間隔ｔ２は図４及び図５と同じである。本例では、支柱５２の幅Ｗを０．５μｍ（空間間隔ｔ２の５倍）とした。図８に示すように、支柱５２をビーム３５の支持部内端位置Ｘ０１に合わせた状態から支持部外端側へ移動した。図７の曲線IIIに示すように、支持部内端位置Ｘ０１から０．５μｍ（つまり幅０．５μｍの支柱５２を内端位置Ｘ０１に合わせて形成した場合）では、ビーム３５の共振周波数が７８ＭＨｚに変動されており、これより支柱５２を外端側に移動するにつれて共振周波数の変動が低減するも、少なくとも内端位置Ｘ０１から１．０μｍより内側では共振周波数が急激に上昇する。支柱５２の位置が内端位置Ｘ０１から１．０μｍ以上、好ましくは１．５μｍ離れれば、本来のビーム３５の共振周波数（７０ＭＨｚ近傍）が得られる。
【００４３】
この図７のグラフから、一定の幅Ｗで支柱５２を設けるときは、支柱５２をビーム３５の支持部内端位置Ｘ０１から１．０μｍ以上離れた位置に設けることが好ましい。
【００４４】
上述の第１実施の形態及び第２実施の形態に係る電気機械素子３１及び６１によれば、オーバーコート膜３８とビーム３５との間に支柱５２を形成することにより、オーバーコート膜３８の強度を確保しオーバーコート膜３８が撓んでビーム３５に接触することがない。このため、電気機械素子本体３６、６４を所要の空間３７を介してオーバーコート膜３８による気密封止を確実に行うことができる。支柱５２を図３及び図７で説明した条件で形成することにより、ビーム３５の振動を損なうことなく、すなわち本来のビーム３５の共振周波数を維持して気密封止ざれたオーバーコート膜３８内で電気機械素子本体３６、６４の駆動を行うことができる。
【００４５】
また、本実施の形態の電気機械素子３１、６１は、他の半導体デバイスとのインテグレーションを可能にする。
【００４６】
次に、図９〜図１１を参照して本発明に係る電気機械素子の製造方法の一実施の形態を説明する。本実施の形態の製造方法は、図２に示す電気機械素子６１の製造に適用した場合である。
【００４７】
先ず、図９Ａに示すように、基板、本例では単結晶シリコンによる半導体基板４１上に、絶縁膜４４としてシリコン酸化膜４２及びシリコン窒化膜４３を減圧ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により積層形成してなる基板３２を用意する。
【００４８】
次に、図９Ｂに示すように、基板３２上に選択エッチング可能な導電性膜、本例では不純物、例えば燐（Ｐ）を含有した多結晶シリコン膜６６を形成する。この多結晶シリコン膜６６を周知のリソグラフィ技術及びドライエッチング技術を利用してパターニングし、下部電極となる入力電極６２及び出力電極６３と、下部配線３９〔３９Ａ，３９Ｂ〕を形成する。
【００４９】
次に、図９Ｃに示すように、入出力電極６２、６３及び下部配線３９〔３９Ａ，３９Ｂ〕を埋めるように、且つ少なくとも入出力電極６２、６３上に所要の膜厚ｔ１が形成されるように、全面に例えばシリコン酸化膜６７を形成する。このシリコン酸化膜６７の一部は、後述する犠牲層となるものである。
【００５０】
次に、図９Ｄに示すように、下部配線３９上の犠牲層となるシリコン酸化膜６７の一部を周知のリソグラフィ技術及びドライエッチング技術を利用して選択的にエッチング除去して開口部６８〔６８Ａ，６８Ｂ〕を形成する。この開口部６８は後の振動子となるビームの支持部（いわゆるアンカー部）を形成するためのものである。
【００５１】
次に、図９Ｅに示すように、開口部６８〔６８Ａ，６８〕を含んでシリコン酸化膜６７上に、例えば減圧ＣＶＤ法により不純物、例えば燐（Ｐ）を含有した多結晶シリコン膜を形成し、周知のリソグラフィ技術及びドライエッチング技術を利用してパターン加工し、多結晶シリコン膜からなる帯状のビーム３５と、このビーム３５の両端を支持する支持部４０〔４０Ａ，４０Ｂ〕とを形成する。支持部４０〔４０Ａ，４０Ｂ〕はそれぞれ下部配線３９〔３９Ａ，３９Ｂ〕に接続される。
【００５２】
次に、図１０Ｆに示すように、ビーム３５上を被覆するように例えば減圧ＣＶＤ法によりシリコン酸化膜６９を全面に形成する。このシリコン酸化膜６９も一部が犠牲層として機能し、少なくともビーム３５上に所要の膜厚ｔ２で形成される。
【００５３】
次に、図１０Ｇに示すように、シリコン酸化膜６９を周知のリソグラフィ技術及びドライエッチング技術を利用してパターン加工し、支持部４０Ａ，４０Ｂに対応する部分に開口部７１〔７１Ａ，７１Ｂ〕を形成すると共に、下部配線３９Ａ，３９Ｂみに対応する部分に開口７２〔７２Ａ，７２Ｂ〕を形成する。開口部７１〔７１Ａ，７１Ｂ〕は、後の支柱形成用の開口部となるもので、前述の図３及び図７で説明したビームの共振周波数を変動しない位置に形成する。
【００５４】
ビーム３５は、その周囲、すなわち側壁部を含めた断面の上下左右面の全てが犠牲層として機能するシリコン酸化膜６７及び６９によって覆われることになる。つまり、ビーム３５の断面下方向にはシリコン酸化膜６７が存在し、断面左右及び上方向にはシリコン酸化膜６９が存在する。
【００５５】
次に、図１０Ｈに示すように、開口部７１〔７１Ａ，７１Ｂ〕及び開口部７２〔７２Ａ，７２Ｂ〕を含んで、犠牲層として機能するシリコン酸化膜６９上の全面に例えば減圧ＣＶＤ法によりシリコン窒化膜３８を形成する。このシリコン窒化膜３８は、オーバーコート膜として機能するものである。開口部７１Ａ，７１Ｂを通じてビーム３５の支持部４０Ａ，４０Ｂに対応する部分に接続されるように形成されたシリコン窒化膜は、支柱５２として機能する。
【００５６】
次に、図１０Ｉに示すように、開口部７２Ａ，７２Ｂ内に対応するオーバーコート膜として機能するシリコン窒化膜３８の一部を、周知のリソグラフィ技術及びドライエッチング技術を利用して、選択的にエッチング除去し、犠牲層（シリコン酸化膜６７またはシリコン酸化膜６９のいずれか、もしくは両方、本例では両シリコン酸化膜６７及び６９）へ通じる貫通口４９を形成する。その後、貫通口４９を用いて犠牲層６７及び６９を選択的にエッチング除去し、ビーム３５の上下部に空間３７及び３４を形成する。
【００５７】
すなわち、例えばフッ酸水溶液（ＤＨＦ溶液）といったシリコン酸化膜を選択的に除去するエッチング溶液を用いて、ビーム３５を囲む上下左右の周囲領域に形成されている犠牲層（シリコン酸化膜）６７及び６９を選択的に除去する。これにより、ビーム３５と下部電極である入出力電極６２、６３との間に空間３４が形成される共に、ビーム３５とオーバーコート膜３８との間に空間３７が形成される。この空間３４、３７により、ビーム３５の支持部４０Ａ，４０Ｂで支持されている両端部分を除く、実質的な可動部分がビーム３５の固有振動周波数で振動し得るようになる。ここに、オーバーコート膜３８で覆われるように、下部電極の入出力電極６２、６３とビーム３５とからなる電気機械素子本体（本例では共振器本体）６４が形成される。
【００５８】
次に、図１１Ｊに示すように、減圧下における成膜処理で貫通口４９に封止膜５０を形成して電気機械素子本体６４を気密封止する。すなわち、例えば真空中にてスパッタリングにより成膜処理を行い貫通口４９を封止するスパッタ膜による封止膜５０を形成する。このとき用いる反応ガスとしてはスパッタリングによる成膜処理であることから、不活性ガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスが挙げられる。また、スパッタ膜５０としては、ＡｌーＣｕ膜、Ａｌ−Ｓｉ膜等といった、金属または金属化合物による薄膜が挙げられる。スパッタ膜を形成したら、周知のリソグラフィ技術及びドライエッチング技術を利用して、封止膜５０を残すパターニング処理を行う。なお、このスパッタ膜のパターニング工程で、封止膜と同時に他の配線層等を形成することもできる。
【００５９】
他の配線等を同時に形成しない場合は図１１Ｋに示すように、更に絶縁膜（シリコン酸化膜）３８Ｂで表面を保護する。
【００６０】
次に、図１１Ｌに示すように、下部配線３９Ａに達するように絶縁膜（シリコン酸化膜）３８Ｂ、シリコン窒化膜３８及びその下のシリコン酸化膜６９、６７を、周知のリソグラフィ技術及びドライエッチング技術を利用して開口４７を形成し、その後、例えば上記と同様のスパッタ膜を形成し、これを周知のリソグラフィ技術及びドライエッチング技術を利用してパターニングし、下部配線３９Ａに接続した外部配線４８を形成する。なお、電気機械素子本体６４の周囲に形成されたシリコン酸化膜６９，６７は、図２で説明した絶縁膜４６に相当する。このようにして、電気機械素子本体６４がオーバーコート膜３８で気密封止される共に、オーバーコート膜３８とビーム３５との間に支柱５２が形成された目的の電気機械素子６１を得る。
【００６１】
本実施の形態に係る電気機械素子の製造方法によれば、電気機械素子本体６４を気密封止するオーバーコート膜３８の形成と同時にオーバーコート膜３８からビーム３５に接続された支柱５２を形成することにより、オーバーコート膜３８の強度を確保してオーバーコート膜３８の撓みを防止し、ビーム３５の可動範囲を確保した信頼性の高いカプセル封止構造の電気機械素子６１を製造することができる。
【００６２】
ビーム３５の周囲に犠牲層として機能するシリコン酸化膜６７及びシリコン酸化膜６９を形成する工程、その犠牲層６９上をオーバーコート膜であるシリコン窒化膜３８で覆う工程および犠牲層エッチングを行う工程を有するので、そのオーバーコート膜３８のさらに上層に配線層等の配置が可能となる。すなわち、これらの工程の後に、配線層等の形成工程を行い得る。したがって、その前工程にてビーム３５を形成することで、そのビーム３５をメタル配線等よりも下層に形成できるため、このビーム３５を高温で形成しても、その高温加工の悪影響が配線層等に及ぶことがなく、結果としてビーム３５の形成の容易化を図ることができる。
【００６３】
しかも、犠牲層エッチングの後にスパッタリングによる成膜処理を行って貫通口４９を封止する工程を有するので、その工程にてビーム３５の実質的な可動部分周囲、いわゆる可動部周囲の空間３４、３７が封止される。したがって、絶縁材料等による特殊なパッケージ技術を必要とすることがない。すなわち、真空封止のためのパッケージング工程を要せずに、犠牲層エッチングにより形成したビーム３５の可動部周囲の空間３４、３７を封止することができる。
【００６４】
また、封止のためのスパッタ膜は、配線等としても用いることが考えられる。つまり、配線等のためのスパッタ膜を利用して貫通口４９を封止することも考えられる。その場合には、封止と配線等の形成が同一の工程で実現され、製造工程の効率化を図る上で非常に有効である。
【００６５】
さらには、スパッタリングによる成膜処理で貫通口４９を封止するので、半導体プロセス、例えばＣＭＯＳプロセス、における成膜技術をそのまま利用して実現することが可能となり、この半導体プロセスにおける他の工程と連続的に行えるようになる。すなわち、いわゆるインライン中での封止が可能となる。したがって、ＣＭＯＳプロセス等へのインテグレーションが非常に容易であると共に、ウェハ状態での電気機械素子評価を行うことも可能となる。
【００６６】
これらのことから、本実施の形態で説明した製造方法を用いて電気機械素子を構成すれば、電気機械素子を他の半導体デバイスとインテグレーションする場合であっても、その電気機械素子の製造を既存の半導体プロセス、例えばＣＭＯＳプロセス、の過程において行うことができ、結果として電気機械素子を含むデバイスの生産効率を向上することができる。
【００６７】
特に、本実施の形態で説明したように、スパッタリングによる成膜処理で封止を行う場合には、不活性ガスであるＡｒガス中での封止となり、安全性、信頼性の点で非常に好適であると言える。
【００６８】
図９〜図１１で説明した手順による製造方法は、図２の構成の電気機械素子６１のみに限定されるものではなく、オーバーコート膜に設けた貫通口を用いて犠牲層エッチングを行うものであれば、他の電気機械素子にも適用可能である。
【００６９】
本実施の形態の電気機械素子及びその製造方法は、図１の電気機械素子３１にも適用できる。また、複数の電気機械素子本体（共振器本体）を並列化した電気機械素子、例えば入出力電極を共通として複数のビームを配列して構成するような電気機械素子にも適用できる。
【００７０】
本実施の形態の電気機械素子及びその製造方法は、高周波フィルタ等の共振器以外の、各種センサ、アクチュエータ、光学素子（光変調素子となるＧＬＶ素子を含む）、その他等の様々な分野に用いられる電気機械素子に適用できる。ビームを所要共振周波数の振動子として用いる以外の電気機械素子として適用する場合、支柱は、ビームの可動に変動を来さないようにビーム端部の支持部に対応した位置に設置するのがよい。
【００７１】
上述した実施の形態の電気機械素子、例えば共振器は、高周波（ＲＦ）フィルタ、中間周波数（ＩＦ）フィルタなどの帯域信号フィルタとして用いることができる。
また、本発明の他の実施の形態として、このような電気機械素子によるフィルタを用いた通信装置を提供できる。すなわち、上述の実施の形態に係る電気機械素子によるフィルタを用いて構成される携帯電話、無線ＬＡＮ機器、無線トランシーバ、テレビチューナ、ラジオチューナ等の電磁波を利用して通信する通信装置を提供することもできる。
【００７２】
次に、本例のフィルタを適用した通信装置の構成例を、図１２を参照して説明する。
まず送信系の構成について説明すると、Ｉチャンネルの送信データとＱチャンネルの送信データを、それぞれデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）２０１Ｉ及び２０１Ｑに供給してアナログ信号に変換する。変換された各チャンネルの信号は、バンド・パス・フィルタ２０２Ｉ及び２０２Ｑに供給して、送信信号の帯域以外の信号成分を除去し、バンド・パス・フィルタ２０２Ｉ及び２０２Ｑの出力を、変調器２１０に供給する。
【００７３】
変調器２１０では、各チャンネルごとにバッファアンプ２１１Ｉ及び２１１Ｑを介してミキサ２１２Ｉ及び２１２Ｑに供給して、送信用のＰＬＬ（phase-locked loop）回路２０３から供給される送信周波数に対応した周波数信号を混合して変調し、両混合信号を加算器２１４で加算して１系統の送信信号とする。この場合、ミキサ２１２Ｉに供給する周波数信号は、移相器２１３で信号位相を９０°シフトさせてあり、Ｉチャンネルの信号とＱチャンネルの信号とが直交変調されるようにしてある。
【００７４】
加算器２１４の出力は、バッファアンプ２１５を介して電力増幅器２０４に供給し、所定の送信電力となるように増幅する。電力増幅器２０４で増幅された信号は、送受信切換器２０５と高周波フィルタ２０６を介してアンテナ２０７に供給し、アンテナ２０７から無線送信させる。高周波フィルタ２０６は、この通信装置で送信及び受信する周波数帯域以外の信号成分を除去するバンド・パス・フィルタである。
【００７５】
受信系の構成としては、アンテナ２０７で受信した信号を、高周波フィルタ２０６及び送受信切換器２０５を介して高周波部２２０に供給する。高周波部２２０では、受信信号を低ノイズアンプ（ＬＮＡ）２２１で増幅した後、バンド・パス・フィルタ２２２に供給して、受信周波数帯域以外の信号成分を除去し、除去された信号をバッファアンプ２２３を介してミキサ２２４に供給する。そして、チャンネル選択用ＰＬＬ回路２５１から供給される周波数信号を混合して、所定の送信チャンネルの信号を中間周波信号とし、その中間周波信号をバッファアンプ２２５を介して中間周波回路２３０に供給する。
【００７６】
中間周波回路２３０では、供給される中間周波信号をバッファアンプ２２５を介してバンド・パス・フィルタ２３２に供給して、中間周波信号の帯域以外の信号成分を除去し、除去された信号を自動ゲイン調整回路（ＡＧＣ回路）２３３に供給して、ほぼ一定のゲインの信号とする。自動ゲイン調整回路２３３でゲイン調整された中間周波信号は、バッファアンプ２３４を介して復調器２４０に供給する。
【００７７】
復調器２４０では、供給される中間周波信号をバッファアンプ２４１を介してミキサ２４２Ｉ及び２４２Ｑに供給して、中間周波用ＰＬＬ回路２５２から供給される周波数信号を混合して、受信したＩチャンネルの信号成分とＱチャンネルの信号成分を復調する。この場合、Ｉ信号用のミキサ２４２Ｉには、移相器２４３で信号位相を９０°シフトさせた周波数信号を供給するようにしてあり、直交変調されたＩチャンネルの信号成分とＱチャンネルの信号成分を復調する。
【００７８】
復調されたＩチャンネルとＱチャンネルの信号は、それぞれバッファアンプ２４４Ｉ及び２４４Ｑを介してバンド・パス・フィルタ２５３Ｉ及び２５３Ｑに供給して、Ｉチャンネル及びＱチャンネルの信号以外の信号成分を除去し、除去された信号をアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）２５４Ｉ及び２５４Ｑに供給してサンプリングしてデジタルデータ化し、Ｉチャンネルの受信データ及びＱチャンネルの受信データを得る。
【００７９】
ここまで説明した構成において、各バンド・パス・フィルタ２０２Ｉ，２０２Ｑ，２０６，２２２，２３２，２５３Ｉ，２５３Ｑの一部又は全てとして、本例の構成のフィルタを適用して帯域制限することが可能である。図１２の例では、各フィルタをバンド・パス・フィルタとして構成したが、所定の周波数よりも下の周波数帯域だけを通過させるロー・パス・フィルタや、所定の周波数よりも上の周波数帯域だけを通過させるハイ・パス・フィルタとして構成して、それらのフィルタに本例の構成のフィルタを適用してもよい。また、図１２の例では、無線送信及び無線受信を行う通信装置としたが、有線の伝送路を介して送信及び受信を行う通信装置が備えるフィルタに適用してもよく、さらに送信処理だけを行う通信装置や受信処理だけを行う通信装置が備えるフィルタに、本例の構成のフィルタを適用してもよい。
【００８０】
上述の実施の形態による通信装置によれば、帯域フィルタに本発明のカプセル封止した電気機械素子によるフィルタを用いることにより、信頼性の高い通信装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明に係る電気機械素子の第１実施の形態を示す構成図である。
【図２】本発明に係る電気機械素子の第２実施の形態を示す構成図である。
【図３】本発明の支柱の説明に供する第１のグラフである。
【図４】図３の曲線Ｉに係る第１の試料の要部の断面図である。
【図５】図３の曲線IIに係る第２の試料の要部の断面図である。
【図６】図３の曲線IIに係る第３の試料の要部の断面図である。
【図７】本発明の支柱の説明に供する第２のグラフである。
【図８】図７の曲線IIIに係る第４の試料の要部の断面図である。
【図９】Ａ〜Ｅ  本発明に係る電気機械素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その１）である。
【図１０】Ｆ〜Ｉ  本発明に係る電気機械素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その２）である。
【図１１】Ｊ〜Ｌ  本発明に係る電気機械素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その３）である。
【図１２】本発明に係る電気機械素子を帯域フィルタとして備えた通信装置の一実施の形態を示す回路図である。
【図１３】比較例に係る電気機械素子の構成図である。
【符号の説明】
【００８２】
３１、６１・・電気機械素子、３２・・基板、３３・・下部電極（出力電極）、３４・・空間、３５・・ビーム（可動子）、３６・・電気機械素子本体、３７・・空間、３８・・オーバーコート膜、３９〔３９Ａ，３９Ｂ〕・・下部配線、４０〔４０Ａ，４０Ｂ〕・・支持部、４９・・貫通口、５０・・封止膜、５２・・支柱、６２・・入力電極（下部電極）、６３・・出力電極（下部電極）、６４・・電気機械素子本体、６７・・犠牲層、６８Ａ，６８Ｂ・・開口部、６９・・犠牲層、７１Ａ，７１Ｂ・・開口部
【図１】
2007276089.tif 000003
【図２】
2007276089.tif 000004
【図３】
2007276089.tif 000005
【図４】
2007276089.tif 000006
【図５】
2007276089.tif 000007
【図６】
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【図７】
2007276089.tif 000009
【図８】
2007276089.tif 000010
【図９】
2007276089.tif 000011
【図１０】
2007276089.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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