(57)【要約】【課題】封止層の厚さに応じて封止可能なリリースホールを設けることにより、リリースホールを封止するために封止層が必要以上に厚くなることを回避して、電子装置を小型化する。【解決手段】この電子装置は、基板と、基板上に直接又は絶縁膜を介して配置されて空洞を形成する側壁と、空洞内に配置された機能素子と、側壁上に配置されて空洞を覆うと共に、空洞に通じる貫通孔を有する第１の層と、第１の層上に配置されて貫通孔を封止する金属層とを備え、第１の層の基板と反対側の面における貫通孔の直径をｄ（μｍ）とし、第１の層上における金属層の厚さをＴ（Å）としたときに、ｄ≦５．０×１０−５Ｔ−０．０５５の条件を満たす。【選択図】図１
2017143091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に直接又は絶縁膜を介して配置されて空洞を形成する側壁と、
前記空洞内に配置された機能素子と、
前記側壁上に配置されて前記空洞を覆うと共に、前記空洞に通じる貫通孔を有する第１の層と、
前記第１の層上に配置されて前記貫通孔を封止する金属層と、
を備え、前記第１の層の前記基板と反対側の面における前記貫通孔の直径をｄ（μｍ）とし、前記第１の層上における前記金属層の厚さをＴ（Å）としたときに、ｄ≦５．０×１０−５Ｔ−０．０５５の条件を満たす電子装置。
【請求項２】
前記金属層が、前記第１の層上において、７５００Å以上かつ２００００Å以下の厚さを有する、請求項１記載の電子装置。
【請求項３】
前記機能素子、前記側壁、前記第１の層、及び、前記金属層が、前記基板の溝内に配置されている、請求項１又は２記載の電子装置。
【請求項４】
前記溝が、前記基板の第１の領域に配置され、ＭＯＳトランジスターが、前記基板の第２の領域に配置されている、請求項３記載の電子装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載の電子装置を備える発振器。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項記載の電子装置を備える電子機器。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれか１項記載の電子装置を備える移動体。
【請求項８】
基板上に直接又は絶縁膜を介して、空洞を形成する側壁及び前記空洞内に配置される機能素子を形成する工程（ａ）と、
前記空洞内に、犠牲膜を形成する工程（ｂ）と、
前記側壁上に、前記犠牲膜を覆う第１の層を形成する工程（ｃ）と、
前記第１の層に、前記犠牲膜に通じる貫通孔を形成する工程（ｄ）と、
前記貫通孔を通して前記犠牲膜をリリースエッチングして除去する工程（ｅ）と、
前記第１の層上に金属層を形成し、前記貫通孔を封止する工程（ｆ）と、
を備え、前記第１の層の前記基板と反対側の面における前記貫通孔の直径をｄ（μｍ）とし、前記第１の層上における前記金属層の厚さをＴ（Å）としたときに、ｄ≦５．０×１０−５Ｔ−０．０５５の条件を満たす電子装置の製造方法。
【請求項９】
工程（ｆ）が、スパッタリング法によって金属の封止材を前記第１の層上に堆積させる工程を含む、請求項８記載の電子装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レゾネーター、センサー、又は、アクチュエーター等の機能素子を備える電子装置及びその製造方法に関する。さらに、本発明は、そのような電子装置を用いた発振器、電子機器、及び、移動体等に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、機能素子として静電容量タイプのレゾネーターを備えるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイス等の電子装置において、レゾネーターは、密閉構造内に真空状態又は不活性ガスを封入した状態で密閉される。また、真空状態等を必要としない電子装置においても、塵埃や水分等の影響を避けるために、機能素子は密閉構造内に密閉される。
【０００３】
そのような電子装置において密閉構造を形成するためには、例えば、機能素子が設けられたキャビティー内に犠牲膜が形成され、貫通孔（リリースホール）を有する蓋部でキャビティーを覆った後に、リリースホールを介してリリースエッチングを行うことにより、犠牲膜が除去される。さらに、リリースホールを封止する封止層が蓋部上に形成される。その際に、封止層を厚くすれば、リリースホールを容易に封止することができる。
【０００４】
しかしながら、リリースホールを封止するために厚い封止層を形成すると、電子装置の厚さも増加してしまう。特に、基板のトレンチ（溝）内に機能素子、側壁、蓋部、及び、封止層が配置される電子装置の場合に、封止層がトレンチからはみださないようにするには、トレンチを深く形成する必要が生じるが、トレンチを深く形成することは、製造プロセス的に非常に困難である。
【０００５】
関連する技術として、特許文献１の図１には、基板上に形成された空洞内に機能素子が配置された電子装置が開示されている。この電子装置は、基板１０と、開口２２を有して基板上に形成された下地層２０と、下地層上に設けられた機能素子３０と、機能素子を収容する空洞１を形成する包囲壁であって、少なくとも一部が開口内に配置された包囲壁４０と、包囲壁の上方に空洞を覆うように形成された蓋体５０とを含んでいる。
【０００６】
蓋体５０は、貫通孔５２を有する第１封止層５４と、第１封止層に積層されて貫通孔５２を封止する第２封止層５６とによって構成されている。しかしながら、特許文献１においては、第１封止層５４の貫通孔５２の径に関しては、特に特定されていない。貫通孔５２の径が大きいと、貫通孔５２を封止するために第２封止層５６を厚くしなければならず、電子装置の小型化の障害になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１４−１９２４３５号公報（段落０００６〜０００８、００３６、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の幾つかの態様は、封止層の厚さに応じて封止可能な貫通孔（リリースホール）を設けることにより、リリースホールを封止するために封止層が必要以上に厚くなることを回避して、電子装置を小型化することに関連している。また、本発明の幾つかの態様は、基板のトレンチ内に機能素子、側壁、蓋部、及び、封止層が配置される電子装置において、トレンチをあまり深くすることがないようにすることに関連している。さらに、本発明の幾つかの態様は、そのような電子装置を用いた発振器、電子機器、及び、移動体等を提供することに関連している。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様に係る電子装置は、基板と、基板上に直接又は絶縁膜を介して配置されて空洞を形成する側壁と、空洞内に配置された機能素子と、側壁上に配置されて空洞を覆うと共に、空洞に通じる貫通孔を有する第１の層と、第１の層上に配置されて貫通孔を封止する金属層とを備え、第１の層の基板と反対側の面における貫通孔の直径をｄ（μｍ）とし、第１の層上における金属層の厚さをＴ（Å）としたときに、ｄ≦５．０×１０−５Ｔ−０．０５５の条件を満たす。
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、金属層（封止層）の厚さに応じて封止可能な貫通孔（リリースホール）が第１の層に設けられているので、リリースホールを封止するために封止層が必要以上に厚くなることを回避して、電子装置を小型化することができる。
【００１１】
ここで、金属層が、第１の層上において、７５００Å以上かつ２００００Å以下の厚さを有することが望ましい。そのような範囲においては、金属層（封止層）の厚さに応じて封止可能な貫通孔（リリースホール）の径を規定する条件を、線形近似によって高い精度で求めることができる。
【００１２】
また、機能素子、側壁、第１の層、及び、金属層が、基板の溝内に配置されていても良い。その場合には、封止層の上層を平坦化し易くなり、配線等を配置することができる。例えば、溝が基板の第１の領域に配置され、ＭＯＳトランジスターが基板の第２の領域に配置されていても良い。機能素子とＭＯＳトランジスターとを同一基板に搭載することによって、電子装置を小型化することができる。
【００１３】
本発明の第２の態様に係る発振器は、上記いずれかの電子装置を備える。本発明の第２の態様によれば、封止層の厚さに応じて封止可能なリリースホールが第１の層に設けられ、リリースホールを封止するために封止層が必要以上に厚くなることを回避して小型化された電子装置を用いて、小型化された発振器を提供することができる。
【００１４】
本発明の第３の態様に係る電子機器は、上記いずれかの電子装置を備える。また、本発明の第４の態様に係る移動体は、上記いずれかの電子装置を備える。本発明の第３又は第４の態様によれば、封止層の厚さに応じて封止可能なリリースホールが第１の層に設けられ、リリースホールを封止するために封止層が必要以上に厚くなることを回避して小型化された電子装置を用いることにより、クロック信号を生成する発振器等が小型化された電子機器又は移動体を提供することができる。
【００１５】
本発明の第５の態様に係る電子装置の製造方法は、基板上に直接又は絶縁膜を介して、空洞を形成する側壁及び空洞内に配置される機能素子を形成する工程（ａ）と、空洞内に、犠牲膜を形成する工程（ｂ）と、側壁上に、犠牲膜を覆う第１の層を形成する工程（ｃ）と、第１の層に、犠牲膜に通じる貫通孔を形成する工程（ｄ）と、貫通孔を通して犠牲膜をリリースエッチングして除去する工程（ｅ）と、第１の層上に金属層を形成し、貫通孔を封止する工程（ｆ）とを備え、第１の層の基板と反対側の面における貫通孔の直径をｄ（μｍ）とし、第１の層上における金属層の厚さをＴ（Å）としたときに、ｄ≦５．０×１０−５Ｔ−０．０５５の条件を満たす。
【００１６】
本発明の第５の態様によれば、金属層（封止層）の厚さに応じて封止可能な貫通孔（リリースホール）が第１の層に形成されるので、リリースホールを封止するために封止層が必要以上に厚くなることを回避して、電子装置を小型化することができる。
【００１７】
ここで、工程（ｆ）が、スパッタリング法によって金属の封止材を第１の層上に堆積させる工程を含むようにしても良い。スパッタリング法によれば、キャビティー内部への封止材の侵入を抑えながら、第１の層上に堆積した封止材によって貫通孔を封止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る電子装置を示す側面断面図。
【図２】図１に示すＩＩ−ＩＩにおける平面断面図。
【図３】貫通孔の穴底径と封止可能性との関係を示す図。
【図４】貫通孔の間口径と封止可能性との関係を示す図。
【図５】貫通孔の深さ及び間口径と封止可能性との関係を示す図。
【図６】封止層の厚さ及び貫通孔の直径と封止可能性との関係を示す図。
【図７】封止を可能にする封止層の厚さと貫通孔の直径との関係を示す図。
【図８】図１に示す電子装置の一部を拡大して示す側面断面図。
【図９】図７に示す測定値とそれらを線形近似して得られた直線とを示す図。
【図１０】本発明の一実施形態に係る電子装置の製造工程における側面断面図。
【図１１】本発明の一実施形態に係る電子装置の製造工程における側面断面図。
【図１２】本発明の一実施形態に係る電子装置の製造工程における側面断面図。
【図１３】本発明の一実施形態に係る発振器の構成例を示す回路図。
【図１４】本発明の一実施形態に係る電子機器の第１の構成例を示すブロック図。
【図１５】本発明の一実施形態に係る電子機器の第２の構成例を示すブロック図。
【図１６】本発明の一実施形態に係る移動体の構成例を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。
本発明の一実施形態に係る電子装置は、密閉構造内に密閉されたレゾネーター、センサー、又は、アクチュエーター等の機能素子を備える電子装置である。以下においては、一例として、機能素子として静電容量タイプのレゾネーターと、回路素子としてＭＯＳ電界効果トランジスターとが、１つの基板に搭載された電子装置について説明する。レゾネーターは、例えば、基板のトレンチ（溝）内に設けられたキャビティー（空洞）内に密閉される。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態に係る電子装置を示す側面断面図であり、図２は、図１に示すＩＩ−ＩＩにおける平面断面図である。図１に示すように、この電子装置は、基板１０と、キャビティーを形成する側壁３０と、キャビティー内に配置されたレゾネーター４０と、側壁３０上に配置されてキャビティーを覆うと共に、キャビティーに通じる貫通孔５０ａを有する蓋部５０と、蓋部５０上に配置されて貫通孔５０ａを封止する封止層（金属層）６０とを含んでいる。
【００２１】
基板１０は、例えば、シリコン単結晶等の半導体材料で構成される。基板１０の主面（図中の上面）の第１の領域Ａ１には、トレンチが形成されており、基板１０の主面の第２の領域Ａ２には、ＭＯＳトランジスターの不純物拡散領域が形成されている。基板１０のトレンチ内には、例えば、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）等で構成された絶縁膜２０が配置されている。
【００２２】
側壁３０は、基板１０のトレンチ内に絶縁膜２０を介して配置されている。レゾネーター４０は、基板１０のトレンチ内に絶縁膜２０を介して配置された下部電極４１と、下部電極４１に対向して配置された上部電極４２とを含んでいる。なお、側壁３０は、基板１０のトレンチの底面上に直接配置されても良い。また、ガラス、セラミックス、又は、樹脂等の絶縁性の高い基板を用いる場合には、レゾネーター４０の下部電極４１は、基板１０のトレンチの底面上に直接配置されても良い。
【００２３】
側壁３０、及び、レゾネーター４０の下部電極４１及び上部電極４２は、例えば、不純物がドープされて導電性を有するポリシリコン等で構成される。レゾネーター４０の上部電極４２は、カンチレバー（片持ち梁）状の構造体を含み、構造体の一端が固定され、構造体の他端が可動となっている。下部電極４１及び上部電極４２は、それぞれの外部接続電極（図示せず）に電気的に接続される。
【００２４】
側壁３０によって囲まれたキャビティー内の空間は、真空状態又は不活性ガスを封入した状態とされる。キャビティー内に設けられたレゾネーター４０において、下部電極４１と上部電極４２との間に交流電圧を印加することにより、静電力によって上部電極４２の機械的振動が励起される。この機械的振動に起因して、下部電極４１と上部電極４２との間の静電容量が変化する。
【００２５】
蓋部５０は、レゾネーター４０との間に間隙を伴ってキャビティーを覆っている。蓋部５０は、例えば、機械的強度及びリリースエッチングに対する耐性が高い窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）等の第１の層で構成される。あるいは、蓋部５０は、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）等の第１の層と、エッチングが比較的容易なポリシリコン等の第２の層とを含む２層以上の積層構造を有しても良い。
【００２６】
また、蓋部５０は、キャビティーに通じる貫通孔５０ａを有している。貫通孔５０ａは、キャビティー内に形成された犠牲膜をリリースエッチングによって除去する際に使用されるリリースホールに相当する。犠牲膜が除去された後に、キャビティー内を真空状態又は不活性ガスを封入した状態として、蓋部５０上に封止材で封止層６０が形成される。それにより、封止層６０が、蓋部５０上に配置されて貫通孔５０ａを封止する。
【００２７】
封止材としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、コバルト（Ｃｏ）、及び、ニッケル（Ｎｉ）からなる群から選ばれた１種の金属又は２種以上の合金が用いられる。
【００２８】
基板１０のトレンチ内において、側壁３０の外側の領域には、例えば、ニ酸化ケイ素（ＳｉＯ２）等で構成される絶縁膜７０が配置されている。封止層６０及び絶縁膜７０等が配置された基板１０上には、例えば、ニ酸化ケイ素（ＳｉＯ２）又はＢＰＳＧ（Boron Phosphorus Silicon Glass）等で構成された層間絶縁膜８１及び８２が配置されている。層間絶縁膜８１及び８２は、回路素子が形成される基板１０の第２の領域Ａ２にも延在している。
【００２９】
第２の領域Ａ２においては、例えば、基板１０内に、ＭＯＳトランジスターのソース及びドレインとなる不純物拡散領域９１及び９２が形成され、基板１０上に、ゲート絶縁膜を介してゲート電極９３が配置されている。ゲート電極９３は、タングステン（Ｗ）等のコンタクトプラグ（電極）１０１を介して、層間絶縁膜８１上に配置されたアルミニウム（Ａｌ）等の配線１０２に電気的に接続されている。さらに、配線１０２は、タングステン（Ｗ）等のコンタクトプラグ（電極）１０３を介して、層間絶縁膜８２上に配置されたアルミニウム（Ａｌ）等の配線１０４に電気的に接続されている。
【００３０】
図１及び図２に示すような電子装置において、封止層６０を厚くすれば、貫通孔５０ａを容易に封止することができる。しかしながら、貫通孔５０ａを封止するために厚い封止層６０を形成すると、電子装置の厚さも増加してしまう。特に、基板１０のトレンチ内に機能素子、側壁３０、蓋部５０、及び、封止層６０が配置される電子装置の場合に、封止層６０がトレンチからはみださないようにするには、トレンチを深く形成する必要が生じるが、トレンチを深く形成することは、製造プロセス的に非常に困難である。そこで、貫通孔５０ａを封止可能とするための条件を求めるために、幾つかの実験が行われた。封止層６０は、真空チャンバー内において、スパッタリング法（高真空成膜法）によってアルミニウム（Ａｌ）の封止材を蓋部５０上に堆積させて形成された。処理条件としては、ＤＣパワーを９ｋＷ、基板温度を０℃とした。なお、ＤＣパワーは、１．５ｋＷ〜１５ｋＷでも良く、基板温度は０℃〜４００℃でも良い。
【００３１】
図３は、貫通孔の穴底径と封止可能性との関係を示しており、図４は、貫通孔の間口径と封止可能性との関係を示している。なお、「穴底径」とは、図１に示す蓋部５０の基板１０側の面（図中の下面）における貫通孔５０ａの直径であり、「間口径」とは、図１に示す蓋部５０の基板１０と反対側の面（図中の上面）における貫通孔５０ａの直径である。また、「テーパー小」とは、穴底径と間口径との差が小さい（略ゼロ）ことを意味しており、「テーパー大」とは、穴底径と間口径との差が大きいことを意味している。
【００３２】
図３に示すように、テーパー小の場合には、貫通孔の穴底径が０．５０μｍ以上であると、貫通孔の封止が不可能（×印）になり、貫通孔の穴底径が０．４０μｍ未満であると、貫通孔の封止が可能（○印）になる。なお、貫通孔の穴底径が０．４０μｍ以上かつ０．５０μｍ未満であると、貫通孔の封止が不完全（△印）になる。
【００３３】
一方、テーパー大の場合には、貫通孔の穴底径が０．２０μｍ以上であると、貫通孔の封止が不可能（×印）になり、貫通孔の穴底径が０．１０μｍ以上かつ０．２０μｍ未満であると、貫通孔の封止が不完全（△印）になる。このことは、貫通孔の封止可能性が、テーパーの影響、即ち、間口径の影響を受けることを表している。
【００３４】
また、図４に示すように、テーパー小の場合には、貫通孔の間口径が０．５０μｍ以上であると、貫通孔の封止が不可能（×印）になり、貫通孔の間口径が０．４０μｍ未満であると、貫通孔の封止が可能（○印）になる。なお、貫通孔の間口径が０．４０μｍ以上かつ０．５０μｍ未満であると、貫通孔の封止が不完全（△印）になる。
【００３５】
一方、テーパー大の場合には、貫通孔の間口径が０．５０μｍ以上であると、貫通孔の封止が不可能（×印）になり、貫通孔の間口径が０．５０μｍ未満であると、貫通孔の封止が可能（○印）になる。このことは、貫通孔の封止可能性が、テーパーの影響、即ち、穴底径の影響を殆ど受けないことを表している。
【００３６】
図５は、貫通孔の深さ及び間口径と封止可能性との関係を示している。ここで、貫通孔の深さは、蓋部（第１の層）の厚さと同じである。図５に示すように、貫通孔の深さが浅い（３０００Å）場合にも深い（６０００Å）場合にも、貫通孔の間口径が０．５０μｍ以上であると、貫通孔の封止が不可能（×印）になり、貫通孔の間口径が０．４０μｍ未満であると、貫通孔の封止が可能（○印）になる。なお、貫通孔の間口径が０．４０μｍ以上かつ０．５０μｍ未満であると、貫通孔の封止が不完全（△印）になる。このことは、貫通孔の封止可能性が、貫通孔の深さの影響を殆ど受けないことを表している。
【００３７】
図６は、封止層の厚さ及び貫通孔の直径と封止可能性との関係を示しており、図７は、封止を可能にする封止層の厚さと貫通孔の直径との関係を示している。また、図８は、図１に示す電子装置の一部を拡大して示す側面断面図である。図６及び図７においては、図８に示すように、蓋部５０上における封止層６０の厚さがＴ（Å）で表され、蓋部５０の基板１０（図１）と反対側の面（図中の上面）における貫通孔５０ａの直径（間口径）がｄ（μｍ）で表されている。
【００３８】
図６に示すように、封止層の厚さＴが２００００Åである場合には、貫通孔の間口径が０．９７μｍ以上であると、貫通孔の封止が不可能（×印）になり、貫通孔の間口径が０．９４μｍ以下であると、貫通孔の封止が可能（○印）になる。また、封止層の厚さＴが１５０００Åである場合には、貫通孔の間口径が０．７４μｍ以上であると、貫通孔の封止が不可能（×印）になり、貫通孔の間口径が０．６９μｍ以下であると、貫通孔の封止が可能（○印）になる。
【００３９】
さらに、封止層の厚さＴが１００００Åである場合には、貫通孔の間口径が０．４８μｍ以上であると、貫通孔の封止が不可能（×印）になり、貫通孔の間口径が０．４１μｍ以下であると、貫通孔の封止が可能（○印）になる。また、封止層の厚さＴが７５００Åである場合には、貫通孔の間口径が０．４１μｍ以上であると、貫通孔の封止が不可能（×印）になり、貫通孔の間口径が０．３４μｍ以下であると、貫通孔の封止が可能（○印）になる。
【００４０】
以上の結果をまとめると、図７に示すように、封止層の厚さＴが、２００００Å、１５０００Å、１００００Å、７５００Åである場合に、封止を可能にする貫通孔の直径（最大値）ｄは、それぞれ、０．９４μｍ、０．６９μｍ、０．４１μｍ、０．３４μｍになる。
【００４１】
図９は、図７に示す測定値と、それらの測定値を線形近似して得られた直線とを示している。近似直線は、次式（１）で表される。
ｄ＝５．０×１０−５Ｔ−０．０５５  ・・・（１）
図９において、近似直線よりも上側の領域においては貫通孔の封止が不可能であり、近似直線よりも下側の領域においては貫通孔の封止が可能である。
【００４２】
従って、貫通孔の封止を可能にするためには、貫通孔の直径ｄ（μｍ）と封止層の厚さＴ（Å）とが、次式（２）で表される条件を満たせば良い。
ｄ≦５．０×１０−５Ｔ−０．０５５  ・・・（２）
あるいは、１Å＝１０−１０ｍ＝０．１ｎｍであるので、貫通孔の直径ｄ（μｍ）と封止層の厚さＴ（ｎｍ）とが、次式（３）で表される条件を満たせば良い。
ｄ≦５．０×１０−４Ｔ−０．０５５  ・・・（３）
ただし、貫通孔の直径ｄ（μｍ）及び封止層の厚さＴ（Å）は、０より大きい。
【００４３】
図１等に示す貫通孔５０ａ及び封止層６０は、式（２）又は式（３）によって表される条件を満たすように設けられている。例えば、まず、目標とする電子装置の小型化を達成するために必要な封止層６０の厚さが設定され、次に、式（２）又は式（３）に従って、その厚さを有する封止層６０によって封止可能な貫通孔５０ａの径が設定される。
【００４４】
その場合に、封止層６０が、蓋部５０上において、７５００Å以上かつ２００００Å以下（７５０ｎｍ以上かつ２０００ｎｍ以下）の厚さを有することが望ましい。そのような範囲においては、封止層６０の厚さに応じて封止可能な貫通孔５０ａの径を規定する条件を、図９に示すような線形近似によって高い精度で求めることができる。
【００４５】
本実施形態によれば、封止層６０の厚さに応じて封止可能な貫通孔（リリースホール）５０ａが蓋部５０に設けられているので、貫通孔５０ａを封止するために封止層６０が必要以上に厚くなることを回避して、電子装置を小型化することができる。特に、図１等に示すように、基板１０のトレンチ内に機能素子、側壁３０、蓋部５０、及び、封止層６０が配置される電子装置の場合には、封止層６０の上層である層間絶縁膜８１を平坦化し易くなり、層間絶縁膜８１上に配線１０２等を配置することができる。また、機能素子とＭＯＳトランジスターとを同一基板に搭載することによって、電子装置を小型化することができる。
【００４６】
次に、本発明の一実施形態に係る電子装置の製造方法について説明する。
図１０（Ａ）〜図１２（Ｎ）は、本発明の一実施形態に係る電子装置の製造工程における側面断面図である。まず、図１０（Ａ）に示すように、例えば、シリコン単結晶等で構成された基板１０の主面の一部にフォトリソグラフィー法によってレジストを設けて、レジストをマスクとしてドライエッチングを行うことにより、基板１０の主面の第１の領域Ａ１にトレンチ１０ａが形成される。その後、レジストが除去される。
【００４７】
次に、図１０（Ｂ）に示すように、基板１０のトレンチの底面を含む領域に、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）等の絶縁膜２０が形成される。また、基板１０のトレンチの底面に絶縁膜２０を介して、不純物がドープされて導電性を有するポリシリコン等を形成し、レジストをマスクとしたドライエッチングによってパターニングすることにより、キャビティーを形成する側壁３０及びレゾネーターの下部電極４１が形成される。
【００４８】
さらに、下部電極４１上にギャップ犠牲膜を形成した後、導電性を有するポリシリコン等を形成し、レジストをマスクとしたドライエッチングによってパターニングすることにより、レゾネーターの上部電極４２が形成される。その後、ギャップ犠牲膜が、ウエットエッチングによって除去される。
【００４９】
それにより、基板１０のトレンチの底面に、絶縁膜２０を介して、キャビティーを形成する側壁３０及びキャビティー内に配置されるレゾネーター４０が形成される。なお、側壁３０は、基板１０のトレンチの底面上に直接設けても良い。また、ガラス、セラミックス、又は、樹脂等の絶縁性の高い基板を用いる場合には、レゾネーター４０の下部電極４１を、基板１０のトレンチの底面上に直接設けても良い。
【００５０】
次に、側壁３０及びレゾネーター４０等が形成された基板１０上に、プラズマＣＶＤ法等によってニ酸化ケイ素（ＳｉＯ２）等の絶縁膜が堆積された後、その絶縁膜が、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学機械研磨）によって研磨され、ドライエッチングによってパターニングされる。その結果、図１０（Ｃ）に示すように、基板１０のトレンチ内における側壁３０の外側に、ニ酸化ケイ素（ＳｉＯ２）等の絶縁膜７０が形成されると共に、側壁３０の内側のキャビティー内に、ニ酸化ケイ素（ＳｉＯ２）等の犠牲膜７１が形成される。
【００５１】
次に、絶縁膜７０及び犠牲膜７１等を覆うように、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）等の絶縁膜が形成された後、絶縁膜が、レジストをマスクとしたドライエッチングによってパターニングされる。その結果、図１０（Ｄ）に示すように、側壁３０上に、犠牲膜７１を覆う蓋部（第１の層）５０が形成される。
【００５２】
次に、図１０（Ｅ）に示すように、蓋部５０等が形成された基板１０上に、フォトリソグラフィー法によってレジスト５１が形成される。さらに、レジスト５１をマスクとして蓋部５０をドライエッチングした後に、レジスト５１が剥離される。それにより、図１１（Ｆ）に示すように、蓋部５０に、犠牲膜７１に通じる貫通孔（リリースホール）５０ａが形成される。
【００５３】
次に、蓋部５０等が形成された基板１０上に、プラズマＣＶＤ法等によってニ酸化ケイ素（ＳｉＯ２）等の絶縁膜７２が堆積された後、堆積された絶縁膜７２及び先に形成された絶縁膜２０がＣＭＰ等によって研磨されて、図１１（Ｇ）に示すように、基板１０の表面の平坦化が行われる。
【００５４】
その後、図１１（Ｈ）に示すように、基板１０の第２の領域Ａ２に、回路素子として、例えば、ＭＯＳトランジスターが形成される。即ち、基板１０上に、ゲート絶縁膜を介してゲート電極９３が形成され、ゲート電極９３の両側の基板１０内に、ソース及びドレインとなる不純物拡散領域９１及び９２が形成される。その際に、ゲート絶縁膜及びゲート電極９３の側壁に、絶縁性を有するサイドウォールを形成しても良い。
【００５５】
次に、図１１（Ｉ）に示すように、ニ酸化ケイ素（ＳｉＯ２）等の絶縁膜７２が、レジストをマスクとしてドライエッチングされて、蓋部５０の一部が露出する。さらに、蓋部５０の貫通孔５０ａを通して、犠牲膜７１が、エッチング液としてフッ酸等を用いたウエットエッチングによってリリースエッチングされて除去される。その結果、図１１（Ｊ）に示す構造が得られる。
【００５６】
次に、図１２（Ｋ）に示すように、蓋部５０上に、封止層（金属層）６０が形成され、蓋部５０の貫通孔５０ａが封止される。本実施形態において、貫通孔５０ａ及び封止層６０は、先に説明した式（２）又は式（３）によって表される条件を満たすように形成される。それにより、封止層６０の厚さに応じて封止可能な貫通孔（リリースホール）５０ａが蓋部５０に形成されるので、貫通孔５０ａを封止するために封止層６０が必要以上に厚くなることを回避して、電子装置を小型化することができる。
【００５７】
また、封止層６０を形成する工程は、真空チャンバー内において、スパッタリング法（高真空成膜法）によってアルミニウム（Ａｌ）等の金属の封止材を蓋部５０上に堆積させる工程を含むようにしても良い。スパッタリング法によれば、キャビティー内部への封止材の侵入を抑えながら、蓋部５０上に堆積した封止材によって貫通孔５０ａを封止することができる。蓋部５０上に堆積した封止材は、レジストをマスクとしたドライエッチングによってパターニングされる。
【００５８】
次に、図１２（Ｌ）に示すように、封止層６０等が形成された基板１０上に、ニ酸化ケイ素（ＳｉＯ２）又はＢＰＳＧ等の層間絶縁膜８１が形成されて平坦化される。また、図１２（Ｍ）に示すように、レジストをマスクとしたドライエッチングによって層間絶縁膜８１に開口が形成され、回路素子に電気的に接続されるタングステン（Ｗ）等のコンタクトプラグ１０１が開口に埋め込まれる。さらに、層間絶縁膜８１上に、コンタクトプラグ１０１に電気的に接続されるアルミニウム（Ａｌ）等の配線１０２が形成される。
【００５９】
次に、図１２（Ｎ）に示すように、配線１０２等が形成された基板１０上に、ニ酸化ケイ素（ＳｉＯ２）又はＢＰＳＧ等の層間絶縁膜８２が形成されて平坦化される。また、レジストをマスクとしたドライエッチングによって層間絶縁膜８２に開口が形成され、配線１０２に電気的に接続されるタングステン（Ｗ）等のコンタクトプラグ１０３が開口に埋め込まれる。さらに、層間絶縁膜８２上に、コンタクトプラグ１０３に電気的に接続されるアルミニウム（Ａｌ）等の配線１０４が形成される。
【００６０】
＜発振器＞
次に、本発明の一実施形態に係る電子装置を用いた発振器について説明する。
図１３は、本発明の一実施形態に係る発振器の構成例を示す回路図である。図１３に示すように、本発明の一実施形態に係る発振器１１０は、本発明の一実施形態に係る電子装置に機能素子として設けられたレゾネーター４０に加えて、ＰチャネルＭＯＳトランジスターＱＰ１と、ＮチャネルＭＯＳトランジスターＱＮ１と、帰還抵抗Ｒ１と、キャパシターＣ１及びＣ２とを含んでいる。トランジスターＱＰ１及びＱＮ１、帰還抵抗Ｒ１、又は、キャパシターＣ１及びＣ２は、本発明の一実施形態に係る電子装置に設けられても良いし、電子装置の外部に設けられても良い。
【００６１】
トランジスターＱＰ１のソースには高電位側の電源電位ＶＤＤが供給され、トランジスターＱＮ１のソースには低電位側の電源電位ＶＳＳが供給されて、トランジスターＱＰ１及びＱＮ１は、インバーターとして動作する。トランジスターＱＰ１及びＱＮ１のゲートは、インバーターの入力端子に相当し、トランジスターＱＰ１及びＱＮ１のドレインは、インバーターの出力端子に相当する。
【００６２】
キャパシターＣ１は、インバーターの入力端子と電源電位ＶＳＳの配線との間に接続され、キャパシターＣ２は、インバーターの出力端子と電源電位ＶＳＳの配線との間に接続されている。レゾネーター４０及び帰還抵抗Ｒ１は、インバーターの出力端子と入力端子との間に並列に接続されている。
【００６３】
インバーターは反転増幅動作を行い、出力端子から出力される信号が、レゾネーター４０及び帰還抵抗Ｒ１を介して入力端子にフィードバックされる。その際に、レゾネーター４０は、インバーターによって印加される交流電圧によって振動する。その振動は固有の共振周波数において大きく励起されて、レゾネーター４０が、負性抵抗として動作する。その結果、発振器１１０は、主にレゾネーター４０の共振周波数によって決定される発振周波数で発振する。
【００６４】
本実施形態によれば、封止層の厚さに応じて封止可能なリリースホールが第１の層に設けられ、リリースホールを封止するために封止層が必要以上に厚くなることを回避して小型化された電子装置を用いて、小型化された発振器を提供することができる。特に、発振器を構成するトランジスターや抵抗等を電子装置に設けることにより、発振器をさらに小型化すると共に、安定した発振動作を行わせることができる。
【００６５】
＜電子機器＞
次に、本発明の一実施形態に係る電子装置を用いた電子機器について説明する。
図１４は、本発明の一実施形態に係る電子機器の第１の構成例を示すブロック図である。図１４に示すように、この電子機器は、本発明の一実施形態に係る電子装置を用いた発振器１１０を含み、さらに、ＣＰＵ１２０と、操作部１３０と、ＲＯＭ（リードオンリー・メモリー）１４０と、ＲＡＭ（ランダムアクセス・メモリー）１５０と、通信部１６０と、表示部１７０と、音声出力部１８０とを含んでも良い。なお、図１４に示す構成要素の一部を省略又は変更しても良いし、あるいは、図１４に示す構成要素に他の構成要素を付加しても良い。
【００６６】
発振器１１０は、機能素子としてレゾネーターが設けられた電子装置を含んでおり、主にレゾネーターの共振周波数によって決定される発振周波数で発振することにより、クロック信号を生成する。発振器１１０によって生成されるクロック信号は、ＣＰＵ１２０等を介して、電子機器の各部に供給される。
【００６７】
ＣＰＵ１２０は、発振器１１０から供給されるクロック信号に同期して動作し、ＲＯＭ１４０等に記憶されているプログラムに従って、各種の信号処理や制御処理を行う。例えば、ＣＰＵ１２０は、操作部１３０から供給される操作信号に応じて各種のデータ処理を行ったり、外部との間でデータ通信を行うために通信部１６０を制御する。あるいは、ＣＰＵ１２０は、表示部１７０に各種の画像を表示させるための画像信号を生成したり、音声出力部１８０に各種の音声を出力させるための音声信号を生成する。
【００６８】
操作部１３０は、例えば、操作キーやボタンスイッチ等を含む入力装置であり、ユーザーによる操作に応じた操作信号をＣＰＵ１２０に出力する。ＲＯＭ１４０は、ＣＰＵ１２０が各種の演算処理や制御処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶している。また、ＲＡＭ１５０は、ＣＰＵ１２０の作業領域として用いられ、ＲＯＭ１４０から読み出されたプログラムやデータ、操作部１３０を用いて入力されたデータ、又は、ＣＰＵ１２０がプログラムに従って実行した演算結果等を一時的に記憶する。
【００６９】
通信部１６０は、例えば、アナログ回路及びデジタル回路で構成され、ＣＰＵ１２０と外部装置との間のデータ通信を行う。表示部１７０は、例えば、ＬＣＤ（液晶表示装置）等を含み、ＣＰＵ１２０から供給される表示信号に基づいて各種の情報を表示する。また、音声出力部１８０は、例えば、スピーカー等を含み、ＣＰＵ１２０から供給される音声信号に基づいて音声を出力する。
【００７０】
上記の電子機器としては、例えば、携帯電話機等の移動端末、スマートカード、電卓、電子辞書、電子ゲーム機器、デジタルスチルカメラ、デジタルムービー、テレビ、テレビ電話、防犯用テレビモニター、ヘッドマウント・ディスプレイ、パーソナルコンピューター、プリンター、ネットワーク機器、カーナビゲーション装置、測定機器、及び、医療機器（例えば、電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、及び、電子内視鏡）等が該当する。
【００７１】
図１５は、本発明の一実施形態に係る電子機器の第２の構成例を示すブロック図である。この例においては、時計及びタイマーについて説明する。本発明の一実施形態に係る時計は、本発明の一実施形態に係る電子装置を用いた発振器１１０と、分周器１１１と、操作部１３０と、表示部１７０と、音声出力部１８０と、計時部１９０とを含んでいる。また、本発明の一実施形態に係るタイマーは、音声出力部１８０の替りに制御部２００を含んでいる。
【００７２】
分周器１１１は、例えば、複数のフリップフロップ等で構成され、発振器１１０から供給されるクロック信号を分周して、計時用の分周クロック信号を生成する。計時部１９０は、例えば、カウンター等で構成され、分周器１１１から供給される分周クロック信号に基づいて計時動作を行って、現在時刻やアラーム時刻を表す表示信号やアラームを発生するためのアラーム信号を生成する。
【００７３】
操作部１３０は、計時部１９０に現在時刻やアラーム時刻を設定するために用いられる。表示部１７０は、計時部１９０から供給される表示信号に従って、現在時刻やアラーム時刻を表示する。音声出力部１８０は、計時部１９０から供給されるアラーム信号に従って、アラーム音を発生する。
【００７４】
タイマーの場合には、アラーム機能の替りにタイマー機能が設けられる。即ち、計時部１９０は、現在時刻が設定時刻に一致したことを表すタイマー信号を生成する。制御部２００は、例えば、スイッチ回路等を含み、計時部１９０から供給されるタイマー信号に従って、タイマーに接続されている機器をオン又はオフさせる。
【００７５】
本実施形態によれば、封止層の厚さに応じて封止可能なリリースホールが第１の層に設けられ、リリースホールを封止するために封止層が必要以上に厚くなることを回避して小型化された電子装置を用いることにより、クロック信号を生成する発振器等が小型化された電子機器を提供することができる。
【００７６】
＜移動体＞
次に、本発明の一実施形態に係る電子装置を用いた移動体について説明する。移動体としては、例えば、自動車、自走式ロボット、自走式搬送機器、列車、船舶、飛行機、又は、人工衛星等が該当する。
【００７７】
図１６は、本発明の一実施形態に係る移動体の構成例を示すブロック図である。図１６に示すように、この移動体は、本発明の一実施形態に係る電子装置を用いた発振器１１０を含み、さらに、電子制御式燃料噴射装置２１０、電子制御式ＡＢＳ装置２２０、又は、電子制御式一定速度走行装置２３０等の各種の電子制御式装置を搭載しても良い。なお、図１６に示す構成要素の一部を省略又は変更しても良いし、あるいは、図１６に示す構成要素に他の構成要素を付加しても良い。
【００７８】
発振器１１０は、機能素子としてレゾネーターが設けられた電子装置を含んでおり、主にレゾネーターの共振周波数によって決定される発振周波数で発振することにより、クロック信号を生成する。発振器１１０によって生成されるクロック信号は、電子制御式燃料噴射装置２１０、電子制御式ＡＢＳ装置２２０、又は、電子制御式一定速度走行装置２３０等に供給される。
【００７９】
電子制御式燃料噴射装置２１０は、発振器１１０から供給されるクロック信号に同期して動作し、ガソリンエンジン等の予混合燃焼機関において、所定のタイミングで液体の燃料を吸入空気に霧状に噴射する。電子制御式ＡＢＳ（アンチロック・ブレーキ・システム）装置２２０は、発振器１１０から供給されるクロック信号に同期して動作し、ブレーキをかけるように操作が行われた際に、ブレーキを徐々に強力に駆動して、移動体が滑り始めたらブレーキを一旦緩めてから再び駆動することを繰り返す。電子制御式一定速度走行装置２３０は、発振器１１０から供給されるクロック信号に同期して動作し、移動体の速度を監視しながら、移動体の速度が一定となるようにアクセル又はブレーキ等を制御する。
【００８０】
本実施形態によれば、封止層の厚さに応じて封止可能なリリースホールが第１の層に設けられ、リリースホールを封止するために封止層が必要以上に厚くなることを回避して小型化された電子装置を用いることにより、クロック信号を生成する発振器等が小型化された移動体を提供することができる。
【００８１】
上記の実施形態においては、キャビティーが半導体基板のトレンチ内に形成される電子装置について説明したが、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明は、キャビティーが基板上に形成される電子装置にも適用可能であり、当該技術分野において通常の知識を有する者によって、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。
【００８２】
なお、本願において、特定のＡ（以下「Ａ」という）の上（又は下）に特定のＢ（以下「Ｂ」という）を形成する（Ｂが形成される）という表現は、Ａの上（又は下）に直接Ｂを形成する（Ｂが形成される）場合に限定されない。Ａの上（又は下）に、本発明の作用効果を阻害しない範囲で、他のものを介してＢを形成する（Ｂが形成される）場合も含まれる。
【００８３】
また、上（又は下）との表現による構成は、必ずしも一方向に限定されるものではなく、例えば、Ａの上（又は下）にＢを形成する（Ｂが形成される）というときに、半導体装置が天地逆転して使用される際には、Ａの下（又は上）にＢを形成する（Ｂが形成される）という場合も含まれる。
【符号の説明】
【００８４】
１０…基板、１０ａ…トレンチ、２０…絶縁膜、３０…側壁、４０…レゾネーター、４１…下部電極、４２…上部電極、５０…蓋部、５０ａ…貫通孔、５１…レジスト、６０…封止層、７０、７２…絶縁膜、７１…犠牲膜、８１、８２…層間絶縁膜、９１、９２…不純物拡散領域、９３…ゲート電極、１０１、１０３…コンタクトプラグ、１０２、１０４…配線、Ａ１…第１の領域、Ａ２…第２の領域、１１０…発振器、１１１…分周器、１２０…ＣＰＵ、１３０…操作部、１４０…ＲＯＭ、１５０…ＲＡＭ、１６０…通信部、１７０…表示部、１８０…音声出力部、１９０…計時部、２００…制御部、２１０…電子制御式燃料噴射装置、２２０…電子制御式ＡＢＳ装置、２３０…電子制御式一定速度走行装置、ＱＰ１…ＰチャネルＭＯＳトランジスター、ＱＮ１…ＮチャネルＭＯＳトランジスター、Ｒ１…帰還抵抗、Ｃ１、Ｃ２…キャパシター。
【図１】
2017143091.tif 000003
【図２】
2017143091.tif 000004
【図３】
2017143091.tif 000005
【図４】
2017143091.tif 000006
【図５】
2017143091.tif 000007
【図６】
2017143091.tif 000008
【図７】
2017143091.tif 000009
【図８】
2017143091.tif 000010
【図９】
2017143091.tif 000011
【図１０】
2017143091.tif 000012
【図１１】
2017143091.tif 000013
【図１２】
2017143091.tif 000014
【図１３】
2017143091.tif 000015
【図１４】
2017143091.tif 000016
【図１５】
2017143091.tif 000017
【図１６】
2017143091.tif 000018