(57)【要約】【課題】ＭＥＭＳ装置内の積層構造の接続部が熱膨張することを抑制する。【解決手段】実施形態に係わるＭＥＭＳ装置は、下地層１０に固定された第１電極（下電極）２０と、第１電極２０の上方に設けられた可動な第２電極（上電極）４０とを含む可変キャパシタ１００と、複数の層を含み、第２電極４０に接続された接続部（アンカー部）５５を有し、可変キャパシタ１００を覆い、その内側にキャビティ６０を形成する積層構造５０と、を備え、複数の層の中の所定の層（中間層）５２は、接続部５５の少なくとも一部を含む第１の領域５６には設けられていない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地層に固定された第１電極と、前記第１電極の上方に設けられた可動な第２電極と
を含む可変キャパシタと、
複数の層を含み、前記第２電極に接続された接続部を有し、前記可変キャパシタを覆い、その内側にキャビティを形成する積層構造と、を備え、
前記複数の層の中の所定の層は、前記接続部の少なくとも一部を含む第１の領域には設けられていないことを特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項２】
前記所定の層は、熱膨張係数の大きい材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項３】
前記所定の層は、有機物で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項４】
前記所定の層は、塗布層であることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項５】
前記複数の層の中の、最下層は前記接続部で凹んでいることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項６】
前記複数の層は、最下層と最上層とを含み、前記所定の層は、前記最下層と前記最上層との間に位置することを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項７】
前記複数の層は、前記第１の領域で前記最下層と前記最上層との間に位置し、前記第１の領域以外の領域で前記所定の層と前記最上層との間に位置する補助層をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項８】
前記第１の領域は、前記接続部が設けられた領域の全体を含むことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、ＭＥＭＳ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ技術を用いた可変キャパシタが提案されている。この可変キャパシタは、通常、複数の層で形成された積層構造で覆われている。積層構造は、接続部で可変キャパシタの上電極に接続されており、積層構造の変位に応じて可変キャパシタの上電極が変位する。
【０００３】
ところが、積層構造の接続部が熱膨張すると、可変キャパシタの電極間距離が広がり、キャパシタンスの変化が小さくなる。
【０００４】
したがって、積層構造の接続部が熱膨張することを抑制することが可能なＭＥＭＳ装置が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１０３２８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
実施形態は、ＭＥＭＳ装置内の積層構造の接続部が熱膨張することを抑制することが可能な技術を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態によれば、ＭＥＭＳ装置は、下地層に固定された第１電極と、前記第１電極の上方に設けられた可動な第２電極とを含む可変キャパシタと、複数の層を含み、前記第２電極に接続された接続部を有し、前記可変キャパシタを覆い、その内側にキャビティを形成する積層構造と、を備える。前記複数の層の中の所定の層は、前記接続部の少なくとも一部を含む第１の領域には設けられていない。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係るＭＥＭＳ装置の構成を模式的に示した断面図。
【図２】第１の実施形態に係るＭＥＭＳ装置の構成を模式的に示した平面図。
【図３】第１の実施形態に係るＭＥＭＳ装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図。
【図４】第１の実施形態に係るＭＥＭＳ装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図。
【図５】第１の実施形態に係るＭＥＭＳ装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図。
【図６】第２の実施形態に係るＭＥＭＳ装置の構成を模式的に示した断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら実施形態を説明する。  
（実施形態１）
図１は、第１の実施形態に係るＭＥＭＳ装置の構成を模式的に示した断面図である。図２は、第１の実施形態に係るＭＥＭＳ装置の構成を模式的に示した平面図（平面パターン図）である。本実施形態のＭＥＭＳ装置は、可変キャパシタ（圧力センサー）に適用される。
【００１０】
図１に示すように、下地層１０上に可変キャパシタ１００が設けられている。下地層１０は、主として層間絶縁層で形成されている。層間絶縁層は、トランジスタが設けられた半導体基板上に形成され、層間絶縁層内には配線が形成されている。可変キャパシタ１００は、下地層１０に固定された下電極（第１電極）２０と、下電極２０の上方に設けられた可動な上電極（第２電極）４０とを含む。下電極２０及び上電極４０は、金属材料によって形成されている。下地層１０上及び下電極２０上には絶縁層３０が設けられている。
【００１１】
可変キャパシタ１００は、複数の層で形成された積層構造５０で覆われている。複数の層は、最下層５１と最上層５３を含み、最下層５１と最上層５３との間に中間層（所定の層）５２が位置する。可変キャパシタ１００を覆う積層構造５０の内側にはキャビティ６０が形成されており、このキャビティ６０は密閉空間となっている。積層構造５０は、圧力感知部として機能する。
【００１２】
積層構造５０は、上電極４０に接続されたアンカー部（接続部）５５を含む。また、可変キャパシタ１００を覆う複数の層のうち、最下層５１は、アンカー部５５で凹んでいる。また、中間層５２は、アンカー部５５の少なくとも一部を含む第１の領域５６で除去されている。つまり、第１の領域５６には中間層５２は設けられておらず、第１の領域５６は、最下層５１および最上層５３によって形成されている。本実施形態では、第１の領域５６は、アンカー部５５が設けられた領域の全体を含んでいる。したがって、中間層５２は、第１の領域５６全体に形成されていない。尚、中間層５２は、第１の領域５６以外でさらに除去さていても良い。
【００１３】
積層構造５０に積層構造５０の外側から圧力が加わると、積層構造５０は加えられた圧力に応じて変位する。積層構造５０が変位すると、アンカー部５５を介して上電極４０が変位する。上電極４０が変位すると、上電極４０と下電極２０との距離が変化し、可変キャパシタ１００のキャパシタンスが変化する。したがって、可変キャパシタ１００のキャパシタンスを測定することにより、積層構造５０に加えられる圧力を検出することができる。
【００１４】
可変キャパシタ１００は、最下層５１と最上層５３の間、および、最上層５３を覆う層間絶縁層（不図示）内に設けられた配線（不図示）を介して、周辺回路に電気的に接続される。例えば、可変キャパシタ１００は、中間層５２と最上層５３との間、最下層５１と中間層５２、および、最上層５３を覆う層間絶縁層内に設けられた配線に下および上電極２０、４０を接続することで、周辺回路に電気的に接続される。
【００１５】
最下層５１は、ＭＥＭＳ装置に含まれる層のうち、最も下層に配置された層である。最下層５１は、単層でも良いし、複数の層でも良い。最下層５１には、最下層５１に含まれる層の数に関係なく、最下層５１を貫通する複数の穴が設けられている。
【００１６】
最下層５１は絶縁層であり、例えば、シリコン酸化物やシリコン窒化物等の無機物で形成されている。中間層５２は絶縁層であり、例えば、ポリイミド等の有機物で形成されている。この中間層５２は、塗布層であることが望ましい。
【００１７】
最上層５３は、ＭＥＭＳ装置に含まれる層のうち、最も上層に配置された層である。最上層５３は、単層でも良いし、複数の層でも良い。最上層５３は、中間層５２よりも水分などのガス透過率が低い。例えば、最上層５３に含まれる層のうち、可変キャパシタから最も遠い位置にある層（最も外側の層）は、中間層５２より水分などのガス透過率が低い。
【００１８】
最上層５３は絶縁層であり、例えば、シリコン窒化物等の無機物で形成されている。
【００１９】
中間層５２の熱膨張係数は、可変キャパシタを覆う複数の層の中で最も大きい。例えば、ポリイミドの熱膨張係数は、シリコン酸化物、および、シリコン窒化物に比べて一桁程度大きい。例えば、シリコン酸化物の熱膨張係数は０．７ｐｐｍ／℃であり、ポリイミドの熱膨張係数は１０〜４０ｐｐｍ／℃である。
【００２０】
上述したように、中間層５２の熱膨張係数は大きい、そのため、仮に第１の領域５６にも中間層５２が設けられているとすると、熱処理の際に中間層５２が熱膨張し、上電極４０が上方に移動する。また、積層構造５０の最下層５１はアンカー部５５で凹んでいる。そのため、この凹んだ部分に中間層５２が形成され、アンカー部５５で中間層の体積が大きくなる。特に、中間層５２が塗布層である場合は、アンカー部５５での中間層５２の体積は非常に大きくなる。そのため、アンカー部５５での中間層５２の熱膨張もより大きくなり、上電極の上方への移動もより増大する。結果的に、可変キャパシタ１００の上電極と下電極との電極間距離が広がるため、キャパシタンスの変化が小さくなり、圧力の変化を正確に検出できなくなる。
【００２１】
本実施形態では、アンカー部５５を含む第１の領域５６において、中間層５２が除去されている。すなわち、第１の領域５６で、中間層５２は不連続であり、第１の領域５６は、最下層５１および最上層５３の２層によって構成されている。第１の領域５６に中間層５２を配置しないことで、熱処理（例えば、最上層５３を形成する時の熱処理）時に中間層５２が熱膨張することによって上電極が上方向に移動することを防止することができる。その結果、積層構造５０の外側の空間の圧力を正確に検出することが可能となる。
【００２２】
次に、本実施形態に係るＭＥＭＳ装置の製造方法を、図１、図２及び図３〜図５を参照して説明する。
【００２３】
まず、図３に示すように、下地層１０上に可変キャパシタ１００の下電極層を形成する。この下電極層には、例えば金属材料が用いられる。続いて、この下電極層をパターニングして下電極２０を形成する。
【００２４】
次に、下地層１０上および下電極２０上に絶縁層３０を形成する。
【００２５】
次に、ポリイミド等の有機絶縁層を用いて犠牲層７０を形成する。続いて、犠牲層７０上にフォトレジストパターン（不図示）を形成する。
【００２６】
次に、フォトレジストパターンをマスクとして用いて犠牲層７０をパターニングして、犠牲層７０のパターンを形成する。さらに、フォトレジストパターンを除去する。
【００２７】
次に、可変キャパシタ１００の上電極層を形成する。この上電極層には、例えば金属材料が用いられる。続いて、上電極層をパターニングして上電極４０を形成する。
【００２８】
次に、ポリイミド等の有機絶縁層を用いて犠牲層７１を形成する。さらに、この犠牲層７１をパターニングして、犠牲層７１のパターンを形成する。
【００２９】
次に、シリコン酸化物やシリコン窒化物等の絶縁層を用いて、積層構造５０の最下層５１を形成する。続いて、この最下層５１に複数の穴を形成する。この穴は、上電極４０の上方に位置する。
【００３０】
次に、最下層５１に形成された穴を通してアッシングを行い、犠牲層７０及び７１を除去する。このようにして、図４に示すように、最下層５１の内側にキャビティ６０を形成することができる。
【００３１】
次に、図５に示すように、最下層５１等が形成された構造上に、ポリイミド等の有機絶縁層を用いて、積層構造５０の中間層５２を形成する。この中間層５２により、最下層５１に形成された穴が封止される。中間層５２は、塗布層であることが望ましい。続いて、この中間層５２をパターニングする。このパターニングの時に、第１の領域５６から中間層５２を除去する。
【００３２】
次に、中間層５２等が形成された構造上に、シリコン窒化物等の絶縁層を用いて、積層構造５０の最上層５３を形成する。最上層５３は、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）などの成膜装置を用いて、１００℃〜５００℃程度の高温で形成される。ただし、最上層５３の一部または全てを、例えば、スパッタを用いて形成しても良い。
【００３３】
以上のようにして、図１および図２に示すような構造が形成される。
【００３４】
本実施例では、積層構造５０に含まれる第１の領域５６から中間層５２を除去しているため、最上層５３を形成する時の熱によってアンカー部５５に接続された上電極４０が上方に移動することを抑制することができる。
【００３５】
（実施形態２）
次に、第２の実施形態について説明する。本実施形態のＭＥＭＳ装置も、第１の実施形態と同様に可変キャパシタに適用されるものである。なお、本実施形態の基本的な構成や製造方法は、第１の実施形態と同様である。したがって、第１の実施形態で説明した事項の説明は省略する。
【００３６】
図６は、本実施形態に係るＭＥＭＳ装置の構成を模式的に示した断面図である。なお、図１及び図２で示した構成要素と対応する構成要素には、対応する参照番号を付し、それらの説明は省略する。
【００３７】
本実施形態でも、第１の領域５６内に中間層５２を設けていない。さらに、本実施形態では、アンカー部５５での凹みを埋めるために、補助層５４が設けられている。補助層５４は、第１の領域５６内で最下層５１と最上層５３との間に位置し、第１の領域５６以外の領域で中間層（所定の層）５２と最上層５３との間に位置する。つまり、積層構造５０は、最下層５１、中間層５２、補助層５４、および、最上層５３の４層によって構成されており、第１の領域５６は、最下層５１、補助層５４、および、最上層５３の３層によって構成されている。
【００３８】
補助層５４には、シリコン酸化物、および、シリコン窒化物などの熱膨張係数が小さい材料を用いる。補助層５４に熱膨張係数が小さい材料を用いることで、積層構造５０の熱膨張によって上電極４０が上方に移動することを防止できる。補助層５４には、例えば、ＳｉＯＮ、ＳｉＯＣ、ＳｉＯ、あるいは、ＳｉＮが用いられる。
【００３９】
補助層５４は、中間層５２を形成した構造上に、塗布などの方法を用いて形成される。補助層５４を塗布することで、アンカー部５５での凹みを効果的に埋めることが可能であり、補助層５４の上面が平坦になる。そのため、最上層５３を補助層５４の平坦な上面上に形成することが可能である。
【００４０】
以上より、本実施形態でも、第１の領域５６に中間層５２が設けられていないため、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態では、補助層５４を設けることで、積層構造５０の強度、特に、アンカー部５５での強度を高めることができる。
【００４１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４２】
１０：  下地層、  ２０：  下電極（第１電極）、  ３０：  絶縁層、  ７０/７１：  犠牲層、  ４０：上電極（第２電極）、  ５０：  積層構造、  ５１：最下層  ５２：  中間層（所定の層）、  ５３：  最上層、  ５４：  補助層、  ５５：  アンカー部（接続部）、  ５６：  第１の領域、  ６０：  キャビティ、  １００：  可変キャパシタ。
【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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