(57)【要約】【課題】特性の低下を抑制できるＭＥＭＳ素子を提供すること。【解決手段】ＭＥＭＳ素子は、基板１００と、基板１００上に設けられた第１の電極１０３と、第１の電極１０３の上方に配置された第２の電極１０５とを含む。前記素子は、さらに、第２の電極１０５に接続された配線１０６を含む。配線１０６は、接続孔４０１内に配置された部分を含む。【選択図】      図１Ａ
2016055395.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられた第１の電極と、
前記第１の電極の上方に配置された第２の電極と、
前記基板とともに前記第１および第２の電極を収容する空洞を形成し、かつ、前記第２の電極に連通する接続孔を有する膜と、
前記接続孔内に配置された部分を具備し、前記部分が前記第２の電極に接続された配線と
を具備してなることを特徴とするＭＥＭＳ素子。
【請求項２】
前記膜は、複数の貫通孔を有する第１の膜と、前記第１の膜上に設けられ、前記複数の貫通孔に面する第２の膜とを具備することを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項３】
前記第１の膜は前記第２の電極に連通する前記接続孔を有し、前記配線は前記第１の膜上に設けられていることを特徴とする請求項２に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項４】
前記第２の膜および前記配線は、前記接続孔に面することを特徴とする請求項３に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項５】
前記配線の下には前記第２の膜に面する前記複数の貫通孔が存在しないことを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項６】
前記第１および第２の膜は前記第２の電極に連通する前記接続孔を有し、前記配線は前記第２の膜上に設けられていることを特徴とする請求項２に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項７】
前記配線の下には前記第２の膜に面する前記複数の貫通孔が存在することを特徴とする請求項６に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項８】
前記膜は、前記第２の膜上に設けられた第３の膜をさらに具備してなることを特徴とする請求項２ないし７のいずれか１項に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項９】
前記第３の膜は前記第２の膜よりも水分ガスの透過率が低く、前記第２の膜は前記第１の膜よりも水分ガスの透過率が高いことを特徴とする請求項８に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項１０】
前記第１の膜、前記第２の膜および前記第３の膜はそれぞれ絶縁膜であることを特徴とする請求項８または９に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項１１】
前記配線の平面パターンは、前記接続孔の外側において、第１の方向に沿って延在する第１の領域を有することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項１２】
前記配線の平面パターンは、前記接続孔の外側において、前記第１の方向と反対の方向に沿って延在する第２の領域をさらに有することを特徴とする請求項１１に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項１３】
前記第２の膜は、前記複数の貫通孔を埋めるように設けられていることを特徴とする請求項２ないし１２のいずれか１項に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項１４】
前記第１の電極は前記基板上に固定された固定電極であり、前記第２の電極は前記膜の変形に応じて上方向または下方向に可動する可動電極であることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項１５】
基板上に第１の電極を形成する工程と、
前記基板上に前記第１の電極を覆う第１の犠牲層を形成する工程と、
前記第１の犠牲層上に第２の電極を形成する工程と、
前記第１の犠牲層および前記第２の電極を覆う第２の犠牲層を形成する工程と、
前記第２の犠牲層中に前記第２の電極に連通する接続孔を形成する工程と、
前記第２の犠牲層上に、前記第２の犠牲層に連通する複数の貫通孔を有し、かつ、前記接続孔内に前記第２の電極が露出するように、前記接続孔の側面を覆う第１の膜を形成する工程と、
前記接続孔内に配置された部分を具備し、前記部分が前記第２の電極に接続された配線を前記第１の膜上に形成する工程と、
前記複数の貫通孔を通して前記第１および第２の犠牲層を除去することにより、前記基板と前記第１の膜とにより前記第１および第２の電極を収納する空洞を形成する工程と、
前記第１の膜上に前記複数の貫通孔に面する第２の膜を形成する工程と
を具備してなることを特徴とするＭＥＭＳ素子の製造方法。
【請求項１６】
前記配線の下には前記第２の膜に面する前記複数の貫通孔が存在しないことを特徴とする請求項１５に記載のＭＥＭＳ素子の製造方法。
【請求項１７】
前記配線および前記第２の膜は前記接続孔に面するように形成されていることを特徴とする請求項１５または１６に記載のＭＥＭＳ素子の製造方法。
【請求項１８】
基板上に第１の電極を形成する工程と、
前記基板上に前記第１の電極を覆う第１の犠牲層を形成する工程と、
前記第１の犠牲層上に第２の電極を形成する工程と、
前記第１の犠牲層および前記第２の電極を覆う第２の犠牲層を形成する工程と、
前記第２の犠牲層中に前記第２の電極に連通する第１の接続孔を形成する工程と、
前記第２の犠牲層上に、前記第２の犠牲層に連通する複数の貫通孔を有し、かつ、前記第１の接続孔内に前記第２の電極が露出するように、前記第１の接続孔の側面を覆う第１の膜を形成する工程と、
前記複数の貫通孔を通して前記第１および第２の犠牲層を除去することにより、前記基板と前記第１の膜とにより前記第１および第２の電極を収納する空洞を形成する工程と、
前記第１の膜上に前記第１の接続孔および前記複数の貫通孔に面する第２の膜を形成する工程と、
前記第１の接続孔の底面上の前記第２の膜を加工し、前記第２の電極に連通する第２の接続孔を前記第２の膜中に形成する工程と、
前記第２の接続孔内に配置された部分を具備し、前記部分が前記第２の電極に接続された配線を前記第２の膜上に形成する工程と
を具備してなることを特徴とするＭＥＭＳ素子の製造方法。
【請求項１９】
前記配線の下には前記第２の膜に面する前記複数の貫通孔が存在することを特徴とする請求項１８に記載のＭＥＭＳ素子の製造方法。
【請求項２０】
前記配線は前記第２の接続孔に面するように形成されていることを特徴とする請求項１８または１９に記載のＭＥＭＳ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ素子は、基板と、基板上に形成された固定電極（下部電極）と、固定電極の上方に形成された可動電極（上部電極）とを備えている。ＭＥＭＳ素子は、さらに基板上に形成されたダイヤフラムを備えている。ダイヤフラムおよび基板は、固定電極および可動電極を収容する空洞を形成する。ダイヤフラムは、複数の貫通孔を有する第１のキャップ膜と、第１のキャップ膜上に形成され、前記複数の貫通孔を塞ぐための第２のキャップ膜とを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【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】
【０００４】
本発明の目的は、特性の低下を抑制できるＭＥＭＳ素子およびそ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】
【０００５】
実施形態のＭＥＭＳ素子は、基板と、基板上に設けられた第１の電極と、第１の電極の上方に配置された第２の電極とを含む。前記素子は、さらに、第２の電極に接続された配線を含む。前記配線は、接続孔内に配置された部分を含む。
【０００６】
実施形態のＭＥＭＳ素子の製造方法は、基板上に第１の電極を形成する工程と、前記基板上に前記第１の電極を覆う第１の犠牲層を形成する工程と、前記第１の犠牲層上に第２の電極を形成する工程と、前記第１の犠牲層および前記第２の電極を覆う第２の犠牲層を形成する工程と、前記第２の犠牲層中に前記第２の電極に連通する接続孔を形成する工程とを含む。前記方法は、さらに、前記第２の犠牲層上に、前記第２の犠牲層に連通する複数の貫通孔を有し、かつ、前記接続孔内に前記第２の電極が露出するように、前記接続孔の側面を覆う第１の膜を形成する工程と、前記接続孔内に配置された部分を具備し、前記部分が前記第２の電極に接続された配線を前記第１の膜上に形成する工程とを含む。前記方法は、さらに、前記複数の貫通孔を通して前記第１および第２の犠牲層を除去することにより、前記基板と前記第１の膜とにより前記第１および第２の電極を収納する空洞を形成する工程と、前記第１の膜上に、前記配線とともに前記接続孔を塞ぎ、かつ、前記複数の貫通孔を塞ぐ第２の膜を形成する工程とを含む。
【０００７】
実施形態の他のＭＥＭＳ素子の製造方法は、基板上に第１の電極を形成する工程と、前記基板上に前記第１の電極を覆う第１の犠牲層を形成する工程と、前記第１の犠牲層上に第２の電極を形成する工程と、前記第１の犠牲層および前記第２の電極を覆う第２の犠牲層を形成する工程と、前記第２の犠牲層中に前記第２の電極に連通する第１の接続孔を形成する工程とを含む。前記方法は、さらに、前記第２の犠牲層上に、前記第２の犠牲層に連通する複数の貫通孔を有し、かつ、前記第１の接続孔内に前記第２の電極が露出するように、前記第１の接続孔の側面を覆う第１の膜を形成する工程と、前記複数の貫通孔を通して前記第１および第２の犠牲層を除去することにより、前記基板と前記第１の膜とにより前記第１および第２の電極を収納する空洞を形成する工程とを含む。前記方法は、さらに、前記第１の膜上に前記第１の接続孔および前記複数の貫通孔を塞ぐ第２の膜を形成する工程と、前記第１の接続孔の底面上の前記第２の膜を加工し、前記第２の電極に連通する第２の接続孔を前記第２の膜中に形成する工程と、前記第２の接続孔内に配置された部分を具備し、前記部分が前記第２の電極に接続された配線を前記第２の膜上に形成する工程とを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】図１Ａは、第１の実施形態に係るＭＥＭＳ素子を模式的に示す断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、第１の実施形態に係るＭＥＭＳ素子を模式的に示す平面図である。
【図２】図２は、第１の実施形態に係るＭＥＭＳ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３】図３は、図２に続く第１の実施形態に係るＭＥＭＳ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図４】図４は、図３に続く第１の実施形態に係るＭＥＭＳ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図５】図５は、図４に続く第１の実施形態に係るＭＥＭＳ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図６】図６は、図５に続く第１の実施形態に係るＭＥＭＳ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図７】図７は、図６に続く第１の実施形態に係るＭＥＭＳ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図８Ａ】図８Ａは、図７に続く第１の実施形態に係るＭＥＭＳ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、第１の実施形態に係るＭＥＭＳ素子の第１のキャップ膜の他の断面形状を示す断面図である。
【図８Ｃ】図８Ｂは、図７に続く第１の実施形態に係るＭＥＭＳ素子の製造方法を説明するための平面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、図８Ａに続く第１の実施形態に係るＭＥＭＳ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図８Ｃに続く第１の実施形態に係るＭＥＭＳ素子の製造方法を説明するための平面図である。
【図１０】図１０は、図９Ａに続く第１の実施形態に係るＭＥＭＳ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図１１】図１１は、図１０に続く第１の実施形態に係るＭＥＭＳ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、第２の実施形態に係るＭＥＭＳ素子を模式的に示す断面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、第２の実施形態に係るＭＥＭＳ素子を模式的に示す平面図である。
【図１３】図１３は、第３の実施形態に係るＭＥＭＳ素子を模式的に示す断面図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、第３の実施形態に係るＭＥＭＳ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、第３の実施形態に係るＭＥＭＳ素子の製造方法を説明するための平面図である。
【図１５】図１５は、図１４Ａに続く第３の実施形態に係るＭＥＭＳ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図１６】図１６は、図１５に続く第３の実施形態に係るＭＥＭＳ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図１７】図１７は、図１６に続く第３の実施形態に係るＭＥＭＳ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図１８】図１８は、図１７に続く第３の実施形態に係るＭＥＭＳ素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図１９Ａ】図１９Ａは、基準圧力が印加された状態にある比較例のＭＥＭＳ素子を模式的に示す断面図である。
【図１９Ｂ】図１９Ｂは、基準圧力よりも高い圧力が印加された状態にある比較例のＭＥＭＳ素子を模式的に示す断面図である。
【図１９Ｃ】図１９Ｃは、比較例のＭＥＭＳ素子を模式的に示す平面図である。
【図２０】図２０は、他の比較例のＭＥＭＳ素子を模式的に示す平面図である。
【図２１Ａ】図２１Ａは、他の実施形態に係るＭＥＭＳ素子を模式的に示す断面図である。
【図２１Ｂ】図２１Ｂは、他の実施形態に係るＭＥＭＳ素子を模式的に示す平面図である。
【図２２Ａ】図２２Ａは、別の実施形態に係るＭＥＭＳ素子を模式的に示す断面図である。
【図２２Ｂ】図２２Ｂは、別の実施形態に係るＭＥＭＳ素子を模式的に示す平面図である。
【図２３】図２３は、さらに別の実施形態に係るＭＥＭＳ素子を模式的に示す平面図である。
【図２４】図２４は、他の実施形態に係るＭＥＭＳ素子を模式的に示す平面図である。
【図２５】図２５は、第２のキャップ膜が貫通孔および接続孔に面する構造の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。図面において、同一符号は同一または相当部分を付してあり、重複した説明は必要に応じて行う。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１Ａおよび図１Ｂはそれぞれ本実施形態のＭＥＭＳ素子を模式的に示す断面図および平面図である。図１Ａの断面図は図１Ｂの平面図の１Ａ−１Ａ断面に対応する。
【００１１】
本実施形態のＭＥＭＳ素子は、基板１００と、基板１００上に設けられた固定電極（第１の電極）１０３と、固定電極１０３の上方に設けられた可動電極（第２の電極）１０５と、可動電極１０５の上面に接続された配線１０６と、基板１００とともに固定電極１０３および可動電極１０５を収納するキャビティ（空洞）１１１を形成するダイヤフラム（ドーム状薄膜）３００とを備えている。
【００１２】
基板１００は、半導体基板１０１と、半導体基板１０１上に形成された絶縁膜１０２とを備えている。半導体基板１０１は、例えば、シリコン基板である。シリコン基板の代わりに、ＳＯＩ基板などの半導体基板を用いても構わない。絶縁膜１０２は、例えば、シリコン酸化膜である。
【００１３】
固定電極１０３は基板１００上に固定され、可動電極１０５はダイヤフラム３００の変形に応じて上方向または下方向に可動するように構成されている。ダイヤフラム３００の変形は外気の圧力の変化によって生じる。
【００１４】
ダイヤフラム３００は、第１のキャップ膜３０１、第２のキャップ膜３０２および第３のキャップ膜３０３を含む。第２のキャップ膜３０２は第１のキャップ膜３０１上に形成され、第３のキャップ膜３０３は第２のキャップ膜３０２上に形成されている。
【００１５】
第１のキャップ膜３０１は複数の貫通孔４００を有する。複数の貫通孔４００は第２のキャップ膜３０２によって塞がれている。第１のキャップ膜３０１はさらに接続孔４０１を有する。接続孔４０１は、例えば、第１のキャップ膜３０１（ドーム状薄膜）の上面の中央に配置される。また、接続孔４０１は配線１０６および第２のキャップ膜３０２によって塞がれている。
【００１６】
ここで、第２のキャップ膜３０２と第３のキャップ膜３０３との間に、少なくとも一つ以上の図示しないキャップ膜(以下、中間キャップ膜という。)が設けられていても構わない。中間キャップ膜の目的は、例えば、ダイヤフラムの補強である。
【００１７】
また、第３のキャップ膜３０３の外側に少なくとも一つ以上の図示しないキャップ膜（以下、外側キャップ膜という。）が設けられていても構わない。外側キャップ膜の目的は、例えば、ダイヤフラムの補強である。
【００１８】
すなわち、キャップ膜の数は三つには限定されず、その数は四つ以上でも構わない。
【００１９】
また、図１Ａには、貫通孔４００が第２のキャップ膜３０２で塞がれた構造が示されているが、貫通孔４００は第２のキャップ膜３０２および第３のキャップ膜３０３で塞がれていても構わない。
【００２０】
また、貫通孔４００は、第２のキャップ膜３０２および少なくとも一つの中間キャップ膜（不図示）で塞がれていても構わない。
【００２１】
さらに、貫通孔４００は、第２のキャップ膜３０２、少なくとも一つの中間キャップ膜および第３のキャップ膜３０３で塞がれていても構わない。
【００２２】
さらにまた、貫通孔４００は、第２のキャップ膜３０２、少なくとも一つの中間キャップ膜、第３のキャップ膜３０３および少なくとも一つの外側キャップ膜で塞がれていても構わない。
【００２３】
すなわち、第２のキャップ膜３０２を含む少なくとも一つ以上のキャップ膜が貫通孔４００に面している場合、貫通孔４００は第２のキャップ膜３０２を含む少なくとも一つ以上のキャップ膜で塞がれていても構わない。
【００２４】
配線１０６の一端部は、接続孔４０１内に配置され、かつ、可動電極１０５の上面に接続されている。配線１０６の他端は基板１００内の配線（不図示）に接続されている。配線１０６の他端と基板１００内の配線とはビアプラグ（不図示）を介して接続されている。図中、１０４はパッシベーション膜を示している。
【００２５】
以下、本実施形態のＭＥＭＳ素子をその製造方法に従いながらさらに説明する。
【００２６】
本実施形態では、前工程（front-end process）でウェハ上の複数のＭＥＭＳ素子を薄膜によって一括封止する場合（インラインＷＬＰ（Wafer Level Package））について説明するが、以下の説明では、簡単のために、一つのＭＥＭＳ素子について説明する。本実施形態のＭＥＭＳ素子は、例えば、圧力センサに用いられる。
【００２７】
［図２］
半導体基板１０１上に絶縁膜１０２が形成される。絶縁膜１０２上に、ＭＥＭＳ素子の固定電極１０３となる導電膜が形成され、その後、フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いて、上記導電膜を加工することにより、固定電極１０３が形成される。
【００２８】
上記エッチング法は、例えば、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法である。ＲＩＥ法の代わりに、ウエットエッチング法を用いても構わない。上記導電膜は、例えば、アルミニウム膜である。アルミニウム膜は、例えば、スパッタリング法を用いて形成される。固定電極１０３の厚さは、例えば、数百ｎｍ〜数μｍである。
【００２９】
［図３］
絶縁膜１０２および固定電極１０３を含む領域上にパッシベーション膜１０４が形成される。パッシベーション膜１０４は、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により形成される。パッシベーション膜１０４は、例えば、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等の絶縁膜である。パッシベーション膜１０４の厚さは、例えば、数十ｎｍ〜数μｍである。
【００３０】
固定電極１０３およびパッシベーション膜１０４の上に、所定の形状を有する第１の犠牲層２０１が形成される。固定電極１０３はパッシベーション膜１０４を介して第１の犠牲層２０１で覆われる。第１の犠牲層２０１は、例えば、ポリイミド等の有機物を材料とする絶縁膜である。第１の犠牲層２０１の厚さは、例えば、数百ｎｍ〜数μｍである。
【００３１】
第１の犠牲層２０１を形成するためには、例えば、以下の三つの方法がある。
【００３２】
第１の方法は、塗布法により第１の犠牲層２０１となる絶縁膜（塗布膜）が数百ｎｍ〜数μｍの厚さでもって全面に形成され、その後、露光および現像により上記塗布膜の不要な部分が除去されることにより、所望形状を有する第１の犠牲層２０１が形成される。
【００３３】
第２の方法は、上記塗布膜が形成された後、リソグラフィ法を用いて上記塗布膜上にレジストパターンが形成され、このレジストパターンをマスクにして上記塗布膜がＲＩＥ法を用いてエッチングされることにより、所定の形状を有する第１の犠牲層２０１が形成される。
【００３４】
第３の方法は、上記塗布膜が形成され、その後、塗布膜上にハードマスクが形成され、これをマスクにして塗布膜がＲＩＥ法またはウエットプロセスによりエッチングされることにより、所定の形状を有する第１の犠牲層２０１が形成される。ハードマスクを形成する工程は、上記塗布膜上にシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜等の絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜上にレジストパターンを形成する工程と、レジストパターンをマスクにして絶縁膜をＲＩＥ法によりエッチングする工程とを含む。
【００３５】
［図４］
パッシベーション膜１０４および第１の犠牲層２０１を含む領域上に、可動電極（上部電極）１０５となるアルミニウム膜等の導電膜が形成され、その後、導電膜を加工することにより、第１の犠牲層２０１上に可動電極１０５が形成される。上記導電膜の加工は、例えば、フォトリソグラフィ法およびＲＩＥ法を用いて行われる。ＲＩＥ法の代わりにウエットエッチング法を用いても構わない。可動電極１０５の厚さは、例えば、数百ｎｍ〜数μｍである。
【００３６】
［図５］
続いて、ＷＬＰ（Wafer Level Package）の工程に入る。
【００３７】
固定電極１０３、パッシベーション膜１０４、第１の犠牲層２０１および可動電極１０５を含む領域上に、所定の形状を有する第２の犠牲層２０２が形成される。第１の犠牲層２０１および可動電極１０５は第２の犠牲層２０２で覆われる。
【００３８】
第２の犠牲層２０２の上面は、例えば、平坦である。このような形状を有する第２の犠牲層２０２は、例えば、塗布法により、ポリイミド等の有機物を材料とする厚さ数百ｎｍ〜数μｍの膜（塗布膜）を形成し、この塗布膜をパターニングすることにより得られる。
【００３９】
上記塗布膜のパターニング方法については、第２の犠牲層２０２の塗布後に、露光および現像により第２の犠牲層２０２の不要な部分を除去する方法、または、リソグラフィ法を用いて第２の犠牲層２０２上にレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクにして第２の犠牲層２０２をＲＩＥ法を用いてエッチングすることにより、第２の犠牲層２０２の不要な部分を除去する方法、または、第２の犠牲層２０２上にハードマスクを形成し、このハードマスクをマスクにして第２の犠牲層２０２をＲＩＥ法またはウエットプロセスによりエッチングすることにより、第２の犠牲層２０２の不要な部分を除去する方法がある。
【００４０】
［図６］
フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いて、可動電極１０５の上面に連通する接続孔４０１が第２の犠牲層２０２中に形成される。接続孔４０１は第１のキャップ膜３０１中に形成されるものであるが、簡単のため、第２の犠牲層２０２中に形成される可動電極１０５の上面に連通する貫通孔も接続孔４０１という。第２の犠牲層２０２の上面が平坦な場合、接続孔４０１を形成するための上記フォトリソグラフィ法は容易に行うことができる。
【００４１】
［図７］
接続孔４０１の内面を覆うように全面（パッシベーション膜１０４、可動電極１０５および第２の犠牲層２０２の露出した表面）上に第１のキャップ膜３０１が形成される。
【００４２】
［図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃ］
第１のキャップ膜３０１を例えばフォトリソグラフィ法およびエッチングを用いて加工することにより、第１のキャップ膜３０１中に貫通孔４００および接続孔４０１が形成される。上記エッチング法は、ＲＩＥ法またはウエットエッチング法である。図８Ａの断面図は、図８Ｃの平面図の８Ａ−８Ａ断面図に対応する。
【００４３】
図８Ａに示される断面形状を有する接続孔４０１ではく、図８Ｂに示されるように、接続孔４０１の底面において横に凸の断面形状を有する第１のキャップ膜３０１であっても構わない。
【００４４】
本実施形態では、貫通孔４００は、第１のキャップ膜３０１の上面（天井）に形成されている。しかし、後述する配線１０６（図９Ｂ）が形成される、第１のキャップ膜３０１の上面の領域には、貫通孔４００は形成されていない。
【００４５】
貫通孔４００は、第１および第２の犠牲層２０１，２０２を除去するためのガスを第１のキャップ膜３０１内に供給するために利用される。
【００４６】
第１のキャップ膜３０１は数百ｎｍ〜数μｍの無機膜（例えば、シリコン酸化膜）である。第１のキャップ膜３０１は、例えば、ＣＶＤ法により形成される。このように本実施形態では第１のキャップ膜３０１として絶縁性キャップ膜を用いる。何故なら、絶縁性キャップ膜は一般に導電性キャップ膜よりも圧力の変化に対する変形の度合いが大きく、絶縁性キャップ膜を用いた方が感度を高くできるからである。同様の理由で、本実施形態では、第２および第３のキャップ膜３０２，３０３としても絶縁性キャップ膜を用いる。また、上述した少なくとも一つ以上の中間キャップ膜(不図示)および少なくとも一つ以上の外側キャップ膜(不図示)は、例えば、シリコン酸化膜等の無機膜である。
【００４７】
貫通孔４００は、例えば、上記無機薄膜上に複数の貫通孔を有するレジストパターン（不図示）を形成し、このレジストパターンをマスクにして上記無機薄膜をＲＩＥ法またはウエットエッチング法を用いて加工することにより得られる。
【００４８】
［図９Ａ、図９Ｂ］
第１のキャップ膜３０１上に、可動電極１０５に接続される配線１０６が形成される。配線１０６の材料は、例えば、アルミニウムである。配線１０６の平面パターンは、図９Ｂに示すように、例えば、ライン状である。配線１０６の一端部は、接続孔４０１内に配置され、かつ、可動電極１０５の上面に接続される。配線１０６の他端は、第２の犠牲層２０２の外側の第１のキャップ膜３０１の平坦な領域上にある。
【００４９】
配線１０６を形成するためのプロセスは、例えば、接続孔４０１の内面を覆うように第１のキャップ膜３０１上にアルミニウム膜等の導電膜を形成すること、フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いて上記導電膜を加工することを含む。
【００５０】
配線１０６が形成される領域（配線形成領域）の第１のキャップ膜３０１の上面には貫通孔４００は設けられていない。貫通孔４００は上述したように第１のキャップ膜３０１内にガスを供給するために利用される。貫通孔４００上に配線１０６があると、配線１０６によって貫通孔４００の一部または全てが塞がる。このような貫通孔４００は、第１のキャップ膜３０１内にガスを供給するための用途には向いていない。
【００５１】
［図１０］
第１および第２の犠牲層２０１，２０２を除去するためのガス、例えば、酸素（Ｏ2 ）ガスを、貫通孔４００を介して、第１のキャップ膜３０１内に供給すること（アッシング）により、第１の犠牲層２０１、第２の犠牲層２０２は除去される。これにより、基板１００と第１のキャップ膜１１０とにより、ＭＥＭＳ素子の動作空間であるキャビティ１１１が形成される。
【００５２】
［図１１］
第１のキャップ膜３０１および配線１０６を含む領域上に第２のキャップ膜３０２が塗布法により形成される。
【００５３】
本実施形態では、第２のキャップ膜３０２は、ポリイミド系樹脂等の有機物を材料とする有機膜（絶縁膜）とする。この場合、第２のキャップ膜３０２は、貫通孔４００および接続孔４０１を埋めるように形成でき、そして、第２のキャップ膜３０２は第１のキャップ膜３０１（シリコン酸化膜等の無機膜）よりも有毒ガス、例えば、気化した水分、水分ガスの透過率が高くなる。
【００５４】
第２のキャップ膜３０２として第１のキャップ膜３０１よりも有毒ガスの透過率が高い膜を用いると、第２のキャップ膜３０２の形成後から後述する第３のキャップ膜３０３の形成前の期間において、キャビティ１１１内の有害ガス（例えば気化した水分）は、第２のキャップ膜３０２を介して排出され、キャビティ１１１内を良好な雰囲気に保つことが可能となる。
【００５５】
第２のキャップ膜３０２は、貫通孔４００および接続孔４０１を埋めていなくても、貫通孔４００および接続孔４０１を塞いでいればよい。また、第２のキャップ膜３０２は、貫通孔４００および接続孔４０１を塞いでいなくても、貫通孔４００および接続孔４０１に面していればよい。図２５は、第２のキャップ膜３０２が貫通孔４００および接続孔４０１に面する構造の一例を示す断面図である。第２のキャップ膜３０２と貫通孔４００との間には空間（ギャップ）７００が存在し、同様に、第２のキャップ膜３０２と接続孔４０１との間には空間（ギャップ）７０１が存在する。
【００５６】
第２のキャップ膜３０２および第３のキャップ膜３０３は、貫通孔４００および接続孔４０１を埋めていなくても、貫通孔４００および接続孔４０１を塞ぐか、または、貫通孔４００および接続孔４０１に面していればよい。
【００５７】
また、第２のキャップ膜３０２および少なくとも一つの中間キャップ膜（不図示）は、貫通孔４００および接続孔４０１を埋めていなくても、貫通孔４００および接続孔４０１を塞ぐか、または、貫通孔４００および接続孔４０１に面していればよい。
【００５８】
さらに、第２のキャップ膜３０２、少なくとも一つの中間キャップ膜および第３のキャップ膜３０３は、貫通孔４００および接続孔４０１を埋めていなくても、貫通孔４００および接続孔４０１を塞ぐか、または、貫通孔４００および接続孔４０１に面していればよい。
【００５９】
さらにまた、第２のキャップ膜３０２、少なくとも一つの中間キャップ膜、第３のキャップ膜３０３および少なくとも一つの外側キャップ膜は、貫通孔４００および接続孔４０１を埋めていなくても、貫通孔４００および接続孔４０１を塞くか、貫通孔４００および接続孔４０１に面していればよい。
【００６０】
すなわち、第２のキャップ膜３０２を含む少なくとも一つ以上のキャップ膜は、貫通孔４００および接続孔４０１に面しているか、または、貫通孔４００および接続孔４０１を塞いでいるか、または、貫通孔４００および接続孔４０１を埋めていればよい。
【００６１】
その後、図１Ａに示されるように、第２のキャップ膜３０２上に第３のキャップ膜３０３が形成され、ＷＬＰのダイヤフラム（第１−第３のキャップ膜３０１，３０２，３０３）が完成される。このようにして図１Ａに示されたＭＥＭＳ素子が得られる。
【００６２】
第３のキャップ膜３０３は防湿膜としての役割を果たす。そのためには、第３のキャップ膜３０３は、第２のキャップ膜３０２よりも有毒ガスの透過率が低いことが好ましい。このような透過率の関係は、例えば、第３のキャップ膜３０３はＣＶＤ法による堆積膜とし、第２のキャップ膜３０２はスピンコート法による塗布膜とすることで、実現できる。
【００６３】
図１９Ａはダイヤフラム３００に圧力が印加されてない状態にある比較例のＭＥＭＳ素子を模式的に示す断面図であり、図１９Ｂはダイヤフラム３００に圧力６００が印加された状態にある比較例のＭＥＭＳ素子を模式的に示す断面図であり、図１９Ｃは比較例のＭＥＭＳ素子を模式的に示す平面図である。
【００６４】
図１９Ａはダイヤフラム３００に基準圧力（例えば、１気圧）が印加された状態にある比較例のＭＥＭＳ素子を模式的に示す断面図であり、図１９Ｂはダイヤフラム３００に基準圧力よりも高い圧力６００が印加された状態にある比較例のＭＥＭＳ素子を模式的に示す断面図  図１９Ａ−図１９Ｃにおいて、５００は配線を示しており、配線５００は実施形態の配線１０６に対応する。配線５００上には第１のアンカー部５０１が設けられている。可動電極１０５の上面上には第２のアンカー部５０２が設けられている。第２のアンカー部５０２の材料は絶縁体である。可動電極１０５は、第２のアンカー部５０２を介してダイヤフラム３００に接続されている。また、可動電極１０５は、ばね部５０３および第１のアンカー部５０１を介して配線５００に接続されている。ばね部５０３の平面パターンは、図１９Ｃに示されるように、例えば、ライン状である。
【００６５】
比較例の場合、ばね部５０３はキャビティ１１１内に設けられ、そして、ばね部５０３の材料は導電体である。そのため、ばね部５０３は、固定電極１０３と可動電極１０５との間の静電容量に影響する。
【００６６】
一方、本実施形態の場合、キャビティ１１１内にはばね部５０３に対応する部材は存在しないので、上記の静電容量に関する影響を非常に小さくすることができる。
【００６７】
また、比較例の場合、図１９Ｂに示されるように、可動電極１０５を下方に移動させる圧力６００がダイヤフラム３００に印加された場合、ばね部５０３には上向きの力６０１がかかる。ばね部５０３にかかる力６０１の影響により、ばね部５０３側の可動電極１０５の端部にも上向きの力がかかる。その結果、ばね部５０３側においては、可動電極１０５と固定電極１０３との間の距離は所定値よりも大きくなりやすい。これは、感度（静電容量の圧力依存性）等の特性の低下をＭＥＭＳ素子に引き起こす原因となる。
【００６８】
ばね部５０３にかかる力６０１の影響により、可動電極１０５の端部にかかる力を小さくするためには、ばね部５０３のばね係数を小さくする必要がある。ばね部５０３のばね係数を小さくするためには、例えば、ばね部５０３を長くする。長いばね部５０３は、例えば、図２０の平面図に示すように、折れ曲がった形状を有するばね部５０３を空洞１１１内に配置することで実現できる。
【００６９】
図２０の折れ曲がったばね部５０３を用いたＭＥＭＳ素子は、図１９Ｃのライン状のばね部５０３を用いたＭＥＭＳ素子に比べて、ばね部５０３に要するスペースが広くなり、ダイヤフラム３００のサイズを大きくする必要があり、微細化に不向きである。また、ばね部形成後のプロセス、例えば、犠牲層の除去プロセスやダイヤフラム３００を構成する第３のキャップ膜（不図示）の成膜プロセスにおける熱の影響によって、折れ曲がったばね部５０３は変形する可能性がある。
【００７０】
一方、本実施形態の場合、可動電極１０５の端部には、はばね部５０３等の部材は接続されていないので、可動電極１０５を下方に移動させる圧力がダイヤフラム３００に印加されても、可動電極１０５の端部に上向きの力はかからない。これにより、感度（静電容量の圧力依存性）等の特性の低下は抑制される。
【００７１】
また、配線１０６の平面パターンは、図９Ｂに示されるように、ライン状であり、つまり、折れ曲がった形状ではないので、第１のキャップ膜３０１のサイズを大きくする必要はない。そのため、配線１０６はＭＥＭＳ素子の微細化の妨げにはならない。
【００７２】
（第２の実施形態）
図１２Ａおよび図１２Ｂはそれぞれ本実施形態のＭＥＭＳ素子を模式的に示す断面図および平面図である。図１２Ａの断面図は図１２Ｂの平面図の１２Ａ−１２Ａ断面に対応する。
【００７３】
本実施形態の場合、配線１０６の平面パターンは、図１２Ｂに示されるように、接続孔４０１の外側においては、第１の方向に沿って延在する第１の領域１０６1 と、接続孔４０１を起点にして第１の方向と反対の方向（第１の方向に対して−１８０度の方向）に沿って延在する第２の領域１０６2 とを含んでいる。
【００７４】
第１の領域１０６1 と第２の領域１０６2 とは、接続孔４０１内の配線１０６によって接続されている。第２の領域１０６2 の端部は、例えば、ビアプラグ（不図示）を介して基板１００内のダミー配線（不図示）に接続される。また、第２の領域１０６2 の端部は第１の領域１０６1 の端部と同様に、基板１００内の配線（不図示）に接続されていても構わない。
【００７５】
本実施形態の可動電極１０５は、接続孔４０１内の配線１０６、第１の領域１０６1 に対応する部分の配線１０６、および、第２の領域１０６2 に対応する部分の配線１０６によっても支持される。第１の領域１０６1 に対応する部分の配線１０６と、第２の領域１０６2 に対応する部分の配線１０６とは、接続孔４０１に関して対称的な位置に配置されている。
【００７６】
そのため、接続孔４０１内の配線１０６および第１の領域１０６1 に対応する部分の配線１０６だけによって可動電極１０５を支持する場合に比べて、例えば、図１２Ａのｘ軸（第１，第２の領域１０６1 ，１０６2 に平行な軸）に関しての可動電極１０５と固定電極１０３との間の距離のばらつきを小さくすることが可能となる。
【００７７】
本実施形態の場合、配線１０６は二つの異なる方向に延在する領域１０６1 ，１０６2 を備えているが、配線１０６は３つ以上の異なる方向に延在する領域を備えていても構わない。
【００７８】
本実施形態のＭＥＭＳ素子を製造するためには、例えば、第１の実施形態の図９Ａおよび図９Ｂの工程で、本実施形態の配線１０６の形状となるように、フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いて、配線１０６となる導電膜を加工する。この場合、第２の領域１０６2 下の第１のキャップ膜３０１には貫通孔４００は形成されない。
【００７９】
（第３の実施形態）
図１３は、本実施形態のＭＥＭＳ素子を模式的に示す断面図である。
【００８０】
本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、第２のキャップ膜３０２上に配線１０６が設けられていることにある。
【００８１】
第２のキャップ膜３０２はガスを供給するための貫通孔を持たない。そのため、配線１０６の設計は、貫通孔の位置や寸法を考慮せずに行うことができ、第２のキャップ膜３０２上における配線１０６の自由度は高くなる。
【００８２】
以下、本実施形態のＭＥＭＳ素子の製造方法の一例について説明する。
【００８３】
［図１４Ａ、図１４Ｂ］
第１の実施形態の図７の工程後、第１のキャップ膜３０１中に貫通孔４００および接続孔（第１の接続孔）４０１が形成される。
【００８４】
第１のキャップ膜３０１は、図１４Ｂの平面図に示されるように、複数の貫通孔４００を有する。図１４Ａの断面図は、図１４Ｂの平面図の１４Ａ−１４Ａ断面図に対応する。
【００８５】
本実施形態の場合、第１のキャップ膜３０１の上面上には配線１０６は形成されないので、第１の実施形態の配線１０６が形成される領域に対応する、第１のキャップ膜３０１の上面の領域にも貫通孔４００が形成されている。したがって、本実施形態の第１のキャップ膜３０１中に形成された貫通孔４００の数は、第１の実施形態の第１のキャップ膜３０１中に形成された貫通孔４００の数よりも多い。
【００８６】
［図１５］
第１および第２の犠牲層２０１，２０２を除去するためのガスを、貫通孔４００を介して、第１のキャップ膜３０１内に供給することにより、第１および第２の犠牲層２０１，２０２が除去され、キャビティ１１１が形成される。
【００８７】
上述の通り、本実施形態の貫通孔４００の数は、第１の実施形態の貫通孔４００の数よりも多いため、第１のキャップ膜３０１内にガスをより効率的に供給することが可能となる。これにより、第１および第２の犠牲層２０１，２０２をより効率的に除去することが可能となる。
【００８８】
［図１６］
第１のキャップ膜３０１上に第２のキャップ膜３０２が形成される。第２のキャップ膜３０２は、貫通孔４００および接続孔４０１を埋めるか、または、塞ぐように、形成される。図１６には、貫通孔４００および接続孔４０１を埋める第２のキャップ膜３０２が示されている。
【００８９】
［図１７］
接続孔４０１の底面上の第２のキャップ膜３０２を例えばフォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いて加工することにより、可動電極１０５の上面に連通する接続孔（第２の接続孔）４０２を第２のキャップ膜３０２中に形成する。上記エッチング法は、ＲＩＥ法またはウエットエッチング法である。
【００９０】
［図１８］
第２のキャップ膜３０２上に、可動電極１０５の上面に接続される配線１０６が形成される。本実施形態では、第２の接続孔４０２は配線１０６で埋める。配線１０６の一端部は、接続孔４０２内に配置され、かつ、可動電極１０５の上面に接続される。
【００９１】
第２のキャップ膜３０２上に第３のキャップ膜３０３が形成され、図１５に示されたＭＥＭＳ素子が得られる。第２の接続孔４０２が配線１０６で埋められていない領域（空隙）を有する場合、上記空隙は第３のキャップ膜３０３で埋められる。
【００９２】
本実施形態の配線１０６を第２の実施形態の配線（複数の方向に延在する領域を有する配線）に変更しても構わない。
【００９３】
第１、第２のおよび第３の実施形態では配線の一部が配置される接続孔(接続孔４０１または接続孔４０２)の数は一つであるが、上記接続孔(接続孔４０１または接続孔４０２)の数は二つ以上でも構わない。この場合、配線は可動電極に対しての少なくとも一つの接続部を備え、少なくとも一つの接続部は複数の接続孔の少なくとも一つの接続孔内に配置され、かつ、可動電極に接続される。
【００９４】
例えば、図２１Ａおよび図２１Ｂに示すように、接続孔４０１の数が二つであり、そして、配線１０６の一端部（一つの接続部）が二つの接続孔４０１の一方の接続孔４０１内に配置され、かつ、可動電極１０５に接続される。
【００９５】
また、図２２Ａおよび図２２Ｂに示すように、接続孔４０１の数が二つであり、そして、配線１０６が分岐した二つの一端部（複数の接続部）を備え、分岐した二つの一端部は、それぞれ別の接続孔４０１内に配置され、かつ、可動電極１０５に接続される。
【００９６】
さらに、図２３に示すように、接続孔４０１の数が四つであり、そして、配線１０６の一端部は、四つの接続孔４０１のうちの一つの接続孔４０１内に配置され、かつ、可動電極１０５に接続される。
【００９７】
さらにまた、図２４に示すように、接続孔４０１の数が四つであり、そして、配線１０６は端部以外の部分に二つの接続部を備え、二つの接続部は、それぞれ、別の接続孔４０１内に配置され、かつ、可動電極１０５に接続される。二つの接続部が配置される二つの接続孔４０１は、配線１０６の長手方向に沿って配置されている。
【００９８】
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】
【００９９】
１００…基板、１０１…半導体基板、１０２…絶縁膜、１０３…固定電極（第１の電極）、１０４…パッシベーション膜、１０５…可動電極（第２の電極）、１０６…配線、１０６1 …第１の領域、１０６2 …第２の領域、１１０…第１のキャップ膜、１１１…キャビティ（空洞）、２０１…第１の犠牲層、２０２…第２の犠牲層、２０２…第２の犠牲層、３００…ダイヤフラム、３０１…第１のキャップ膜（第１の膜）、３０２…第２のキャップ膜（第２の膜）、３０３…第３のキャップ膜（第３の膜）、４００…貫通孔、４０１…接続孔（第１の接続孔）、４０２…接続孔（第２の接続孔）、５００…配線、５０１…第１のアンカー部、５０２…第２のアンカー部、６００…圧力、６０１…力
【図１Ａ】
2016055395.tif 000003
【図１Ｂ】
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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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【図２０】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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