ＭＥＭＳデバイスとその製造方法
【課題】中空のドーム構造内に可動素子が形成されたＭＥＭＳデバイスに、外部からの横揺れや衝撃が加えられた場合でも内部に配置された可動素子の破損を防止することができるＭＥＭＳデバイスを提供する。
【解決手段】基板１０上にアンカー２２を介して形成され、第１の方向に伸長した振動子２１を有するＭＥＭＳ可動素子２０と、ＭＥＭＳ可動素子２０を覆うように基板１０上に設けられる、中空の薄膜ドーム構造の第２の絶縁膜４０と、基板１０上に設けられ、第２の絶縁膜４０の内側であって、ＭＥＭＳ可動素子２０の外側に設けられ、一部が振動子２１のON時の基板１０からの高さ位置とOFF時の基板１０からの高さ位置との間の高さ位置にある絶縁膜からなる立脚部３１と、備える。
【解決手段】基板１０上にアンカー２２を介して形成され、第１の方向に伸長した振動子２１を有するＭＥＭＳ可動素子２０と、ＭＥＭＳ可動素子２０を覆うように基板１０上に設けられる、中空の薄膜ドーム構造の第２の絶縁膜４０と、基板１０上に設けられ、第２の絶縁膜４０の内側であって、ＭＥＭＳ可動素子２０の外側に設けられ、一部が振動子２１のON時の基板１０からの高さ位置とOFF時の基板１０からの高さ位置との間の高さ位置にある絶縁膜からなる立脚部３１と、備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ（Micro ElectroMechanical System）デバイスとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＭＥＭＳデバイスとして、半導体基板上の第１の方向に延在する第１の電極と、第１の電極と所定の距離をおいて、第１の電極に直交する第２の方向の両側に配置される第２の電極と、第２の電極の第１の電極側端部に設けられる導電性材料からなる一対の柱状部と、一対の柱状部間を接続する導電性材料が帯状に形成されたビーム部と、が、窒化膜などの絶縁膜からなるドーム構造の内部に設けられたものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、このような中空のドーム構造のＭＥＭＳデバイスに、外部からの横揺れや衝撃が加えられると、ドーム構造内部に配置されたビーム部などの可動素子が大きく変動し、破壊される虞があるという問題点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６，９３６，４９４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、中空のドーム構造内に可動素子が形成されたＭＥＭＳデバイスに、外部からの横揺れや衝撃が加えられた場合でも内部に配置された可動素子の破損を防止することができるＭＥＭＳデバイスとそ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】
【０００６】
本願発明の一態様によれば、基板上に支持部材を介して形成された振動子を有する可動素子と、前記可動素子を覆うように前記基板上に設けられる中空の薄膜ドーム構造のキャップ膜と、前記基板上に設けられ、前記キャップ膜の内側であって、前記可動素子の外側に設けられ、一部が前記振動子のON時の前記基板からの高さ位置とOFF時の前記基板からの高さ位置との間の高さ位置にある絶縁膜からなる立脚部と、を備えることを特徴とするＭＥＭＳデバイスが提供される。
【０００７】
また、本願発明の一態様によれば、所定形状の配線層を形成した基板上にパッシベーション膜を形成する工程と、前記パッシベーション膜上のＭＥＭＳデバイス形成領域に、基板面に垂直な断面がほぼ台形状の有機膜からなる第１の犠牲層を形成する工程と、前記第１の犠牲層の厚さ方向に貫通する貫通孔を、第１の方向に沿って形成する工程と、前記貫通孔を埋めるとともに、前記第１の犠牲層上に金属膜を形成し、前記貫通孔の形成位置を含むように前記金属膜のパターニングを行って、第１の方向に伸長した振動子と、前記振動子を前記基板上に支持する支持部材と、を有する可動素子を形成する工程と、前記可動素子を形成した基板上の全面に、第１の絶縁膜を形成する工程と、前記第１の絶縁膜上にレジストを塗布し、前記振動子の形成位置とその周辺の領域の一部が露出するように開口部を設けるとともに、前記開口部の端部が前記第１の犠牲層の上面から側面の間に位置するように第１のレジストパターンを形成する工程と、前記第１のレジストパターンをマスクとして、前記第１の絶縁膜をエッチングする工程と、前記可動素子を形成した前記第１の犠牲層を覆うように、基板面に垂直な断面がほぼ台形状の有機膜からなる第２の犠牲層を形成する工程と、前記第２の犠牲層を形成した基板上の全面に、第２の絶縁膜を形成する工程と、前記第２の絶縁膜上にレジストを塗布し、前記第２の犠牲層の上面内の所定の位置が露出するように第２のレジストパターンを形成する工程と、前記第２のレジストパターンをマスクとして、前記第２の絶縁膜をエッチングして、前記第２の絶縁膜に犠牲層除去用貫通孔を形成する工程と、前記第２のレジストパターンと、前記犠牲層除去用貫通孔から前記第２および第１の犠牲層と、を除去する工程と、前記第２の絶縁膜上に前記犠牲層除去用貫通孔を塞ぐオーバシール層を形成する工程と、を含むことを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、中空のドーム構造内に可動素子が形成されたＭＥＭＳデバイスに、外部からの横揺れや衝撃が加えられた場合でも内部に配置された可動素子の破損を防止することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態によるＭＥＭＳデバイスの構造の一例を模式的に示す平面図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態によるＭＥＭＳデバイスの構造の一例を模式的に示す断面図である。
【図３】図３は、ＭＥＭＳデバイスの構造の他の例を模式的に示す断面図である。
【図４】図４は、第１の実施の形態によるＭＥＭＳデバイスの製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である（その１）。
【図５】図５は、第１の実施の形態によるＭＥＭＳデバイスの製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である（その２）。
【図６】図６は、第１の実施の形態によるＭＥＭＳデバイスの製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である（その３）。
【図７】図７は、第１の実施の形態によるＭＥＭＳデバイスの製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である（その４）。
【図８】図８は、第２の実施の形態によるＭＥＭＳデバイスの構造の一例を模式的に示す断面図である。
【図９】図９は、第３の実施の形態によるＭＥＭＳデバイスの構造の一例を模式的に示す平面図である。
【図１０】図１０は、図９のＭＥＭＳデバイスの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に添付図面を参照して、本発明の実施の形態にかかるＭＥＭＳデバイスとその製造方法を詳細に説明する。なお、これらの実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の実施の形態で用いられるＭＥＭＳデバイスの断面図は模式的なものであり、層の厚みと幅との関係や各層の厚みの比率などは現実のものとは異なる。さらに、以下で示す膜厚は一例であり、これに限定されるものではない。
【００１１】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態によるＭＥＭＳデバイスの構造の一例を模式的に示す平面図であり、（ａ）は第１の実施の形態によるＭＥＭＳデバイスの構造の一例を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は薄膜ドーム構造内の構造の一例を模式的に示す平面図である。また、図２は、本発明の第１の実施の形態によるＭＥＭＳデバイスの構造の一例を模式的に示す断面図であり、（ａ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ断面に対応する断面図であり、（ｂ）は図１（ｂ）のＢ−Ｂ断面に対応する断面図である。
【００１２】
半導体基板や絶縁体基板などの基板１０は、ＭＥＭＳ部１３が形成されるＭＥＭＳ部形成領域ＲMと、ＭＥＭＳ部１３以外の配線部が形成される配線部形成領域ＲLと、を有するが、ここではＭＥＭＳ部形成領域ＲMとその周辺の配線部形成領域ＲLのみを図示して、その説明を行う。
【００１３】
基板１０上の所定の位置には、ＭＥＭＳ部１３を駆動するためのＡｌなどの材料からなる厚さ数百ｎｍ〜数μｍの配線層１１がパターニングされている。この配線層１１が形成された基板１０上のほぼ全面にはシリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）やシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）などからなる厚さ数百ｎｍ〜数μｍのパッシベーション膜１２が形成されている。
【００１４】
配線部形成領域ＲLのパッシベーション膜１２上には、第１の絶縁膜３０と第２の絶縁膜４０がさらに積層されている。第１の絶縁膜３０は、たとえば厚さ数百ｎｍ〜数μｍのシリコン酸化膜やシリコン窒化膜などで構成され、第２の絶縁膜４０は、たとえば厚さ数百ｎｍ〜数μｍのシリコン窒化膜やシリコン酸化膜などで構成される。第１の絶縁膜３０がシリコン酸化膜の場合には第２の絶縁膜４０はシリコン窒化膜であることが望ましく、第１の絶縁膜３０がシリコン窒化膜の場合には第２の絶縁膜４０はシリコン酸化膜であることが望ましい。なお、図示していないが、配線部形成領域ＲLでは、配線の一部が露出するように、パッシベーション膜１２と第１および第２の絶縁膜３０，４０とからなる積層膜に開口部が設けられており、この部分で外部の配線と接続される。
【００１５】
また、ＭＥＭＳ部形成領域ＲMのパッシベーション膜１２上には、ＭＥＭＳ可動素子２０が形成され、このＭＥＭＳ可動素子２０の周囲を覆うように薄膜ドーム構造が、第２の絶縁膜４０とオーバシール層５０とで形成されている。具体的には、ＭＥＭＳ可動素子２０は、第１の方向に所定の間隔をおいて、パッシベーション膜１２の上面から所定の高さで第１の方向に直交する第２の方向に延在した２つの振動子２１と、各振動子２１を支持する支持部材としてのアンカー２２（２２Ａ，２２Ｂ）と、を備える。ここでは、１つの振動子２１に対して２本のアンカー２２Ａ，２２Ｂが設けられており、そのうちの１本のアンカー２２Ａの下部は、ＭＥＭＳ部形成領域ＲMに形成された配線層１１と接続されている。また、この例では、２つの振動子２１には、第１の絶縁膜３０で接続される構成となっている。
【００１６】
第２の絶縁膜４０は、ＭＥＭＳ可動素子２０を覆うようなドーム状の構造を有し、基板面とほぼ平行な上面部４１と、上面部４１と基板面とを接続する側面部４２と、を有する。これによって、第２の絶縁膜４０と基板１０とで囲まれる領域は、中空構造となる。
【００１７】
この第２の絶縁膜４０内では、配線部形成領域ＲLから延びる第１の絶縁膜３０が、振動子２１の第１の方向の大きな変位に対するストッパの役割を有している。つまり、第１の絶縁膜３０は、振動子２１の側面と所定の間隔をおいて、振動子２１の上下方向の可動領域内に位置するように形成される立脚部３１を構成する。なお、この図１と図２の例では、立脚部３１は、基板面に平行な方向に形成される上面部３１と、上面部３１１と基板１０との間を接続する側面部３１２と、を有する構造となっている。
【００１８】
第２の絶縁膜４０の上面部４１には、第２の絶縁膜４０を貫通する犠牲層除去用貫通孔４５が形成されており、この犠牲層除去用貫通孔４５を覆うように第２の絶縁膜４０の上面にはオーバシール層５０が設けられている。このオーバシール層５０は、たとえば、ポリイミドなどの有機材料膜、またはシリコン酸化膜やシリコン窒化膜などの絶縁膜によって形成される。なお、第２の絶縁膜４０とオーバシール層５０とが、ＭＥＭＳ可動素子２０を覆うキャップ膜としての役割を果たしている。
【００１９】
このような構造のＭＥＭＳデバイスにおいて、たとえばＭＥＭＳ可動素子２０（振動子２１）が上にある状態をオフとし、下に変位した状態をオンとすると、ＭＥＭＳ可動素子２０への信号の入力を切り替えることによって、ＭＥＭＳ可動素子２０が上下方向（第１と第２の方向の両方に垂直な方向、高さ方向）に振動することになる。
【００２０】
ここで、薄膜ドーム構造内が真空ではなく、気体が封入されている場合で、第１の絶縁膜３０による立脚部３１が形成されていない場合には、ＭＥＭＳ可動素子２０への信号をオフにした後も、振動子２１はしばらく上下方向に振動することになる。しかし、第１の実施の形態では、第１の絶縁膜３０で構成される立脚部３１が、ＭＥＭＳ可動素子２０の周囲を覆うように存在するため、第１の絶縁膜３０とＭＥＭＳ可動素子２０とで形成される空間内に存在する気体の動き（移動）を抑制する働きを有する。その結果、信号がオフにされた後、第１の絶縁膜３０による立脚部３１が存在しない場合に比して速く振動子２１の残留振動を抑制することが可能となる。
【００２１】
また、このＭＥＭＳデバイスに第１の方向の振動（横揺れ）や衝撃が加わった場合に、振動子２１が第１の方向に大きく変位してしまうが、第１の絶縁膜３０による立脚部３１が存在することによって、振動子２１の第１の方向への必要以上の変位が抑制されることになる。
【００２２】
なお、振動子２１には、アンカー２２が第２の方向に沿って形成されているため、第１の方向に比べて第２の方向には振動子２１は大きく変位することがない。そのため、ＭＥＭＳデバイスの第２の方向の端部側には、第１の絶縁膜３０の立脚部３１を設けない構造としてもよい。また、ここでは、ＭＥＭＳ可動素子２０は、２つの振動子２１が並列して設けられる場合を示しているが、１つの振動子２１からなるものでもよいし、３つ以上の振動子２１が並列して設けられるものでもよい。
【００２３】
なお、この図１と図２の例では、立脚部３１は、基板面に平行な方向に形成される上面部３１１と、上面部３１１と基板１０との間を接続する側面部３１２と、を有する構造となっているが、これに限定されるものではない。図３は、ＭＥＭＳデバイスの構造の他の例を模式的に示す断面図である。この図３において、図２と同一の構成要素には同一の符号を付している。
【００２４】
この図３では、第２の絶縁膜４０とオーバシール層５０とからなるキャップ膜内に、第１の絶縁膜３０からなる立脚部３１が設けられている。しかし、この立脚部３１は、図２で示した基板面に平行な方向に形成される上面部３１１は形成されておらず、側面部３１２のみから構成される構造となっている。ただし、この側面部３１２は、振動子２１の上下方向の可動範囲内に位置するように形成されている。このような構造の立脚部３１であっても、蒸気のような振動子２１の第１の方向への必要以上の変位を抑制することが可能である。
【００２５】
つぎに、このような構造のＭＥＭＳデバイスの製造方法について説明する。図４〜図７は、第１の実施の形態によるＭＥＭＳデバイスの製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図であり、図４〜図６は、図１（ｂ）のＡ−Ａ断面に対応する断面図であり、図７は、図１（ｂ）のＢ−Ｂ断面に対応する断面図である。
【００２６】
まず、基板１０上にＡｌなどの金属膜を数百ｎｍ〜数μｍの厚さで形成し、リソグラフィ技術とエッチング技術とを用いて、所定形状にパターニングして配線層１１を形成する。また、配線層１１を形成した基板１０上にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などの成膜法を用いて、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜などのパッシベーション膜１２を形成する。このパッシベーション膜１２の厚さは、数百ｎｍ〜数μｍ程度である。さらに、パッシベーション膜１２上にポリイミドなどの有機材料を用いて、断面が台形状となるようにパターニングを行って、第１の犠牲層６１をＭＥＭＳ部形成領域ＲM上に形成する（図４（ａ））。この第１の犠牲層６１は、たとえば、目的とする部分にポリイミド膜を塗布成膜した後、感光性パターニングを行うことによって、または、リソグラフィ技術で所定形状に露光、現像し、ドライエッチング法でエッチングすることによって、形成される。第１の犠牲層６１の厚さは、数百ｎｍ〜数μｍである。また、図７に示されるように、この第１の犠牲層６１の振動子２１を形成する部分には、第１の犠牲層６１を厚さ方向に貫通する貫通孔６２が、１つの振動子２１に対して少なくとも２つ形成される。そのうちの１つの貫通孔６２は、さらにパッシベーション膜１２を貫通して、下層の配線層１１の上面が露出する状態となる。
【００２７】
ついで、第１の犠牲層６１を形成したパッシベーション膜１２上に、スパッタ法などの成膜法によって、Ａｌなどの金属膜を形成する。このとき、貫通孔６２内にも金属膜が埋め込まれるように金属膜を形成する。その後、リソグラフィ技術とエッチング技術を用いて、第２の方向に延在し、第１の方向に所定の間隔をおいて配置されるＭＥＭＳ可動素子２０の振動子２１を形成する（図４（ｂ））。この振動子２１の厚さは、数百ｎｍ〜数μｍである。また、貫通孔６２内に形成された金属膜は、ＭＥＭＳ可動素子２０のアンカー２２となる。
【００２８】
その後、パッシベーション膜１２上と、振動子２１を形成した第１の犠牲層６１上に、ＣＶＤ法などの成膜法によって第１の絶縁膜３０を形成する（図４（ｃ））。この第１の絶縁膜３０は、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜などからなり、数百ｎｍ〜数μｍの厚さで形成される。これによって、配線部形成領域ＲL上と、ＭＥＭＳ部形成領域ＲMの第１の犠牲層６１と振動子２１の露出された面を覆うように、第１の絶縁膜３０が形成される。
【００２９】
ついで、第１の絶縁膜３０上にレジストを塗布し、リソグラフィ技術によって露光、現像を行って、所定の形状のレジストパターン６３を形成する（図４（ｄ））。ここでは、振動子２１の上面と外側の側面が露出するようにパターニングを行う。ここで、振動子２１の外側の側面とは、薄膜ドーム構造を構成する第２の絶縁膜４０の側面部４２と対向する振動子２１の第１の方向の側面のことをいう。なお、このとき、後のエッチング工程によって、振動子２１の外側の側面と第１の絶縁膜３０との間の距離が所定の距離だけ開くように、レジストパターン６３が形成される。また、このとき、ＭＥＭＳ部形成領域ＲMに形成するレジストパターン６３の開口部の端部の位置は、第１の犠牲層６１上の側面（第１の絶縁膜３０の側面部３１２）以上の位置となるようにパターニングされることが望ましい。これは、ＭＥＭＳ部形成領域ＲMに形成するレジストパターン６３の開口部の端部の位置が、たとえば露光パターンの重ね合わせずれの影響などによって、基板１０上に位置してしまった場合には、後の第１の絶縁膜３０のエッチング工程で、開口の太い部分よりも細い部分の方が深くエッチングされるので、露出した基板１０上の第１の絶縁膜３０のほかに、パッシベーション膜１２およびその下の配線層１１や基板１０までエッチングされてしまう可能性が高いからである。
【００３０】
その後、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法やウエットエッチング法などの方法で、レジストパターン６３をマスクとして第１の絶縁膜３０をエッチングする（図４（ｅ））。これによって、振動子２１の上面と、外側の側面と、第１の犠牲層６１の上面の一部が露出する。さらに、Ｏ2ガスなどを用いたアッシングまたは薬液による処理などの手法でレジストパターン６３を除去する（図５（ａ））。なお、この第１の絶縁膜３０のエッチング時において、基板１０上にはパッシベーション膜１２と第１の絶縁膜３０が積層して形成されているので、局所的にエッチングが進行しても、パッシベーション膜１２下の基板１０または配線層１１をエッチングしてしまう可能性を低下させることができる。
【００３１】
ついで、ポリイミドなど有機材料を用いて、第１の犠牲層６１を覆うように断面形状が台形状となるようにパターニングを行って、第２の犠牲層６４を形成する（図５（ｂ））。この第２の犠牲層６４は、たとえば、目的とする部分にポリイミド膜を塗布成膜した後、感光性パターニングを行うことによって、または、リソグラフィ技術で所定形状に露光、現像し、ドライエッチング法でエッチングすることによって、形成される。第２の犠牲層６４の厚さは、数百ｎｍ〜数μｍである。
【００３２】
その後、第１の絶縁膜３０上と第２の犠牲層６４上に、ＣＶＤ法などの成膜法によって、第２の絶縁膜４０を形成する（図５（ｃ））。この第２の絶縁膜４０は、シリコン窒化膜やシリコン酸化膜などからなり、数百ｎｍ〜数μｍの厚さで形成される。これによって、配線部形成領域上と、ＭＥＭＳ部形成領域の第２の犠牲層６４を覆うように、第２の絶縁膜４０が形成される。
【００３３】
ついで、第２の絶縁膜４０上にレジストを塗布し、リソグラフィ技術によって、露光、現像を行って、所定の形状のレジストパターン６５を形成する（図５（ｄ））。これは、第２の絶縁膜４０に犠牲層除去用貫通孔４５を形成するためのレジストパターン６５である。そして、このレジストパターン６５をマスクとして、ＲＩＥ法やウエットエッチング法などの方法で、第２の絶縁膜４０をエッチングする（図５（ｅ））。このとき、第２の犠牲層６４の一部をエッチングしても構わない。これによって、第２の絶縁膜４０を厚さ方向に貫通する犠牲層除去用貫通孔４５が形成される。
【００３４】
その後、Ｏ2ガスなどを用いたアッシングによって、第２の絶縁膜４０上に形成されたレジストパターン６５、第２および第１の犠牲層６４，６１の除去を行う（図６（ａ））。第２の犠牲層６４は、犠牲層除去用貫通孔４５を介して流入したＯ2ガスによってアッシングが行われ、また、第１の犠牲層６１よりも上面に形成された第２の犠牲層６４がアッシングされると、第１の犠牲層６１上に形成された第１の絶縁膜３０の端部と振動子２１との間に設けられた間隙を介して流入したＯ2ガスによって第１の犠牲層６１のアッシングが行われる。これによって、第２の絶縁膜４０内が中空となる。また、ＭＥＭＳ可動素子２０の周りに形成されていた第１の犠牲層６１が除去される。さらに、ＭＥＭＳ可動素子２０の第１の方向の側面から所定の距離だけ離れた位置に、第１の絶縁膜３０からなる立脚部３１の端部が位置するように形成される。この図の例では、基板面に平行な上面部３１１と、上面部３１１と基板１０との間を結ぶ側面部２１２とを有する立脚部３１が形成される。
【００３５】
そして、第２の絶縁膜４０に形成された犠牲層除去用貫通孔４５を塞ぐように、第２の絶縁膜４０上に、オーバシール層５０を形成する（図６（ｂ））。このオーバシール層５０は、ポリイミドなどの有機材料を塗布して成膜することによって、あるいは、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜などの絶縁膜をＣＶＤ法などの成膜法によって成膜することによって形成される。これによって、中空部分が封止され、ＭＥＭＳ部形成領域ＲMに薄膜ドーム構造が完成し、ＭＥＭＳデバイスの製造方法が終了する。
【００３６】
この第１の実施の形態によれば、第２の絶縁膜４０によって形成される薄膜ドーム構造内に形成されたＭＥＭＳ可動素子２０の振動子２１から所定の距離を隔てて、振動子２１のオン時とオフ時の可動範囲内の高さに第１の絶縁膜３０からなる立脚部３１を設けた。これによって、ＭＥＭＳデバイスの横方向の振動（揺れ）が生じた場合に、通常の可動範囲を大きく超えて振動しようとする振動子２１の動きが抑制される。その結果、振動子２１の破損を防止することができ、ＭＥＭＳデバイスがモバイル製品に使用されていく上で、可動部分の信頼性を向上することができるという効果を有する。
【００３７】
また、薄膜ドーム構造内で、立脚部３１を構成する第１の絶縁膜３０が振動子２１の周囲に形成されることで、第１の絶縁膜３０とＭＥＭＳ可動素子２０とで囲まれる空間内の気体の動きを抑制するので、信号がオフにされたときの振動子２１の残留振動を早く収束させることができるという効果も有する。
【００３８】
さらに、第１の絶縁膜３０をエッチングする際のレジストパターン６３を形成する際に、レジストパターン６３の開口の端部は、第１の犠牲層６１上にあることが望ましいが、露光時のずれによって、レジストパターン６３の開口の端部が第１の犠牲層６１が形成されていない基板１０上にずれてしまうことがある。このような場合でも、第１の絶縁膜３０のエッチング時に、基板１０上にはパッシベーション膜１２と第１の絶縁膜３０とが存在するので、パッシベーション膜１２よりも下層の基板１０または配線層１１がエッチングされる虞を低減できるという効果も有する。
【００３９】
さらにまた、薄膜ドーム構造を形成する第２の絶縁膜４０と、パッシベーション膜１２または基板１０との間の接着性が悪い場合がある。このような場合でも、ＭＥＭＳ部形成領域ＲM以外の配線部形成領域ＲLにも第１の絶縁膜３０と第２の絶縁膜４０を積層したので、第１の絶縁膜３０として両者の接着性を高めるような材料を選択することで、第２の絶縁膜４０と基板１０との間の密着性を高めることもできる。また、第２の絶縁膜４０を基板１０上に形成することによって生じる応力を、第２の絶縁膜４０と基板１０との間に第１の絶縁膜３０を形成することによって、緩和することもできる。
【００４０】
（第２の実施の形態）
図８は、第２の実施の形態によるＭＥＭＳデバイスの構造の一例を模式的に示す断面図である。この図に示されるように、このＭＥＭＳデバイスは、第１の実施の形態の薄膜ドーム構造内における第１の絶縁膜３０で構成される立脚部３１の側面部３１２が第２の絶縁膜４０の側面部４２と接触した構造を有している。なお、その他の構成は第１の実施の形態で説明したものと同じであるので、その説明を省略する。また、このような構造のＭＥＭＳデバイスの製造方法も、第１の実施の形態で説明したものと同様であるので、その説明を省略する。なお、この第２の実施の形態でも、立脚部３１は、図３に示されるような構造であってもよい。
【００４１】
この第２の実施の形態によれば、薄膜ドーム構造内における第１の絶縁膜３０で構成される立脚部３１の側面部３１２が、薄膜ドーム構造を形成する第２の絶縁膜４０の側面部４２に密着して形成されるので、薄膜ドーム構造の側面部の強度を高めることができるという効果を、第１の実施の形態の効果に加えて有する。また、第１の絶縁膜３０と第２の絶縁膜４０の側面間の距離がなくなるので、ＭＥＭＳ部１３の面積を小さくすることができるという効果も有する。
【００４２】
（第３の実施の形態）
図９は、第３の実施の形態によるＭＥＭＳデバイスの構造の一例を模式的に示す平面図であり、図１０は、図９のＭＥＭＳデバイスの断面図であり、図１０（ａ）は、図９のＣ−Ｃ断面に対応する断面図であり、図９（ｂ）は、図９のＤ−Ｄ断面に対応する断面図である。このＭＥＭＳデバイスは、第１の実施の形態の薄膜ドーム構造内において、第１の絶縁膜３０の立脚部３１がひだ状に形成された構造を有している。
【００４３】
たとえば、図９のＣ−Ｃ線上のＭＥＭＳデバイスの構造を見ると、図１０（ａ）に示されるように、その断面は、第１の実施の形態と同様の構造となっている。つまり、この部分においては、第１の絶縁膜３０によって上面部３１１と上面部３１１を支持する役目を有する側面部３１２と、を有する立脚部３１が設けられている。
【００４４】
一方、図９のＤ−Ｄ線上のＭＥＭＳデバイスの構造を見てみると、図１０（ｂ）に示されるように、その断面は、第１の実施の形態と異なり、第１の絶縁膜３０による立脚部３１が形成されていない構造となっている。
【００４５】
このように、第３の実施の形態のＭＥＭＳデバイスでは、薄膜ドーム構造の各辺よりも短い長さの、第１の絶縁膜３０によって形成される立脚部３１が、所定の間隔で薄膜ドーム構造の辺に沿って形成される。
【００４６】
なお、この説明では、第１と第２の絶縁膜３０，４０の側面部３１２，４２の位置関係が第１の実施の形態の場合を例に挙げたが、第１と第２の絶縁膜３０，４０の側面部３１２，４２の位置関係が第２の実施の形態の場合であってもよい。また、この第３の実施の形態でも、立脚部３１は、図３に示されるような構造であってもよい。
【００４７】
この第３の実施の形態によれば、横揺れが生じたときに、通常の可動範囲を大きく超えて振動しようとする振動子２１が、立脚部３１で制止されるときに、立脚部３１が振動子２１と接触する面積を小さくすることができるという効果を第１の実施の形態の効果に加えて得ることができる。
【符号の説明】
【００４８】
１０…基板、１１…配線層、１２…パッシベーション膜、１３…ＭＥＭＳ部、２０…ＭＥＭＳ可動素子、２１…振動子、２２，２２Ａ，２２Ｂ…アンカー、３０…第１の絶縁膜、３１…立脚部、３１１…上面部、３１２…側面部、４０…第２の絶縁膜、４１…上面部、４２…側面部、４５…犠牲層除去用貫通孔、５０…オーバシール層、６１…第１の犠牲層、６２…貫通孔、６３，６５…レジストパターン、６４…第２の犠牲層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ（Micro ElectroMechanical System）デバイスとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＭＥＭＳデバイスとして、半導体基板上の第１の方向に延在する第１の電極と、第１の電極と所定の距離をおいて、第１の電極に直交する第２の方向の両側に配置される第２の電極と、第２の電極の第１の電極側端部に設けられる導電性材料からなる一対の柱状部と、一対の柱状部間を接続する導電性材料が帯状に形成されたビーム部と、が、窒化膜などの絶縁膜からなるドーム構造の内部に設けられたものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、このような中空のドーム構造のＭＥＭＳデバイスに、外部からの横揺れや衝撃が加えられると、ドーム構造内部に配置されたビーム部などの可動素子が大きく変動し、破壊される虞があるという問題点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６，９３６，４９４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、中空のドーム構造内に可動素子が形成されたＭＥＭＳデバイスに、外部からの横揺れや衝撃が加えられた場合でも内部に配置された可動素子の破損を防止することができるＭＥＭＳデバイスとそ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】
【０００６】
本願発明の一態様によれば、基板上に支持部材を介して形成された振動子を有する可動素子と、前記可動素子を覆うように前記基板上に設けられる中空の薄膜ドーム構造のキャップ膜と、前記基板上に設けられ、前記キャップ膜の内側であって、前記可動素子の外側に設けられ、一部が前記振動子のON時の前記基板からの高さ位置とOFF時の前記基板からの高さ位置との間の高さ位置にある絶縁膜からなる立脚部と、を備えることを特徴とするＭＥＭＳデバイスが提供される。
【０００７】
また、本願発明の一態様によれば、所定形状の配線層を形成した基板上にパッシベーション膜を形成する工程と、前記パッシベーション膜上のＭＥＭＳデバイス形成領域に、基板面に垂直な断面がほぼ台形状の有機膜からなる第１の犠牲層を形成する工程と、前記第１の犠牲層の厚さ方向に貫通する貫通孔を、第１の方向に沿って形成する工程と、前記貫通孔を埋めるとともに、前記第１の犠牲層上に金属膜を形成し、前記貫通孔の形成位置を含むように前記金属膜のパターニングを行って、第１の方向に伸長した振動子と、前記振動子を前記基板上に支持する支持部材と、を有する可動素子を形成する工程と、前記可動素子を形成した基板上の全面に、第１の絶縁膜を形成する工程と、前記第１の絶縁膜上にレジストを塗布し、前記振動子の形成位置とその周辺の領域の一部が露出するように開口部を設けるとともに、前記開口部の端部が前記第１の犠牲層の上面から側面の間に位置するように第１のレジストパターンを形成する工程と、前記第１のレジストパターンをマスクとして、前記第１の絶縁膜をエッチングする工程と、前記可動素子を形成した前記第１の犠牲層を覆うように、基板面に垂直な断面がほぼ台形状の有機膜からなる第２の犠牲層を形成する工程と、前記第２の犠牲層を形成した基板上の全面に、第２の絶縁膜を形成する工程と、前記第２の絶縁膜上にレジストを塗布し、前記第２の犠牲層の上面内の所定の位置が露出するように第２のレジストパターンを形成する工程と、前記第２のレジストパターンをマスクとして、前記第２の絶縁膜をエッチングして、前記第２の絶縁膜に犠牲層除去用貫通孔を形成する工程と、前記第２のレジストパターンと、前記犠牲層除去用貫通孔から前記第２および第１の犠牲層と、を除去する工程と、前記第２の絶縁膜上に前記犠牲層除去用貫通孔を塞ぐオーバシール層を形成する工程と、を含むことを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、中空のドーム構造内に可動素子が形成されたＭＥＭＳデバイスに、外部からの横揺れや衝撃が加えられた場合でも内部に配置された可動素子の破損を防止することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態によるＭＥＭＳデバイスの構造の一例を模式的に示す平面図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態によるＭＥＭＳデバイスの構造の一例を模式的に示す断面図である。
【図３】図３は、ＭＥＭＳデバイスの構造の他の例を模式的に示す断面図である。
【図４】図４は、第１の実施の形態によるＭＥＭＳデバイスの製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である（その１）。
【図５】図５は、第１の実施の形態によるＭＥＭＳデバイスの製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である（その２）。
【図６】図６は、第１の実施の形態によるＭＥＭＳデバイスの製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である（その３）。
【図７】図７は、第１の実施の形態によるＭＥＭＳデバイスの製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である（その４）。
【図８】図８は、第２の実施の形態によるＭＥＭＳデバイスの構造の一例を模式的に示す断面図である。
【図９】図９は、第３の実施の形態によるＭＥＭＳデバイスの構造の一例を模式的に示す平面図である。
【図１０】図１０は、図９のＭＥＭＳデバイスの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に添付図面を参照して、本発明の実施の形態にかかるＭＥＭＳデバイスとその製造方法を詳細に説明する。なお、これらの実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の実施の形態で用いられるＭＥＭＳデバイスの断面図は模式的なものであり、層の厚みと幅との関係や各層の厚みの比率などは現実のものとは異なる。さらに、以下で示す膜厚は一例であり、これに限定されるものではない。
【００１１】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態によるＭＥＭＳデバイスの構造の一例を模式的に示す平面図であり、（ａ）は第１の実施の形態によるＭＥＭＳデバイスの構造の一例を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は薄膜ドーム構造内の構造の一例を模式的に示す平面図である。また、図２は、本発明の第１の実施の形態によるＭＥＭＳデバイスの構造の一例を模式的に示す断面図であり、（ａ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ断面に対応する断面図であり、（ｂ）は図１（ｂ）のＢ−Ｂ断面に対応する断面図である。
【００１２】
半導体基板や絶縁体基板などの基板１０は、ＭＥＭＳ部１３が形成されるＭＥＭＳ部形成領域ＲMと、ＭＥＭＳ部１３以外の配線部が形成される配線部形成領域ＲLと、を有するが、ここではＭＥＭＳ部形成領域ＲMとその周辺の配線部形成領域ＲLのみを図示して、その説明を行う。
【００１３】
基板１０上の所定の位置には、ＭＥＭＳ部１３を駆動するためのＡｌなどの材料からなる厚さ数百ｎｍ〜数μｍの配線層１１がパターニングされている。この配線層１１が形成された基板１０上のほぼ全面にはシリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）やシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）などからなる厚さ数百ｎｍ〜数μｍのパッシベーション膜１２が形成されている。
【００１４】
配線部形成領域ＲLのパッシベーション膜１２上には、第１の絶縁膜３０と第２の絶縁膜４０がさらに積層されている。第１の絶縁膜３０は、たとえば厚さ数百ｎｍ〜数μｍのシリコン酸化膜やシリコン窒化膜などで構成され、第２の絶縁膜４０は、たとえば厚さ数百ｎｍ〜数μｍのシリコン窒化膜やシリコン酸化膜などで構成される。第１の絶縁膜３０がシリコン酸化膜の場合には第２の絶縁膜４０はシリコン窒化膜であることが望ましく、第１の絶縁膜３０がシリコン窒化膜の場合には第２の絶縁膜４０はシリコン酸化膜であることが望ましい。なお、図示していないが、配線部形成領域ＲLでは、配線の一部が露出するように、パッシベーション膜１２と第１および第２の絶縁膜３０，４０とからなる積層膜に開口部が設けられており、この部分で外部の配線と接続される。
【００１５】
また、ＭＥＭＳ部形成領域ＲMのパッシベーション膜１２上には、ＭＥＭＳ可動素子２０が形成され、このＭＥＭＳ可動素子２０の周囲を覆うように薄膜ドーム構造が、第２の絶縁膜４０とオーバシール層５０とで形成されている。具体的には、ＭＥＭＳ可動素子２０は、第１の方向に所定の間隔をおいて、パッシベーション膜１２の上面から所定の高さで第１の方向に直交する第２の方向に延在した２つの振動子２１と、各振動子２１を支持する支持部材としてのアンカー２２（２２Ａ，２２Ｂ）と、を備える。ここでは、１つの振動子２１に対して２本のアンカー２２Ａ，２２Ｂが設けられており、そのうちの１本のアンカー２２Ａの下部は、ＭＥＭＳ部形成領域ＲMに形成された配線層１１と接続されている。また、この例では、２つの振動子２１には、第１の絶縁膜３０で接続される構成となっている。
【００１６】
第２の絶縁膜４０は、ＭＥＭＳ可動素子２０を覆うようなドーム状の構造を有し、基板面とほぼ平行な上面部４１と、上面部４１と基板面とを接続する側面部４２と、を有する。これによって、第２の絶縁膜４０と基板１０とで囲まれる領域は、中空構造となる。
【００１７】
この第２の絶縁膜４０内では、配線部形成領域ＲLから延びる第１の絶縁膜３０が、振動子２１の第１の方向の大きな変位に対するストッパの役割を有している。つまり、第１の絶縁膜３０は、振動子２１の側面と所定の間隔をおいて、振動子２１の上下方向の可動領域内に位置するように形成される立脚部３１を構成する。なお、この図１と図２の例では、立脚部３１は、基板面に平行な方向に形成される上面部３１と、上面部３１１と基板１０との間を接続する側面部３１２と、を有する構造となっている。
【００１８】
第２の絶縁膜４０の上面部４１には、第２の絶縁膜４０を貫通する犠牲層除去用貫通孔４５が形成されており、この犠牲層除去用貫通孔４５を覆うように第２の絶縁膜４０の上面にはオーバシール層５０が設けられている。このオーバシール層５０は、たとえば、ポリイミドなどの有機材料膜、またはシリコン酸化膜やシリコン窒化膜などの絶縁膜によって形成される。なお、第２の絶縁膜４０とオーバシール層５０とが、ＭＥＭＳ可動素子２０を覆うキャップ膜としての役割を果たしている。
【００１９】
このような構造のＭＥＭＳデバイスにおいて、たとえばＭＥＭＳ可動素子２０（振動子２１）が上にある状態をオフとし、下に変位した状態をオンとすると、ＭＥＭＳ可動素子２０への信号の入力を切り替えることによって、ＭＥＭＳ可動素子２０が上下方向（第１と第２の方向の両方に垂直な方向、高さ方向）に振動することになる。
【００２０】
ここで、薄膜ドーム構造内が真空ではなく、気体が封入されている場合で、第１の絶縁膜３０による立脚部３１が形成されていない場合には、ＭＥＭＳ可動素子２０への信号をオフにした後も、振動子２１はしばらく上下方向に振動することになる。しかし、第１の実施の形態では、第１の絶縁膜３０で構成される立脚部３１が、ＭＥＭＳ可動素子２０の周囲を覆うように存在するため、第１の絶縁膜３０とＭＥＭＳ可動素子２０とで形成される空間内に存在する気体の動き（移動）を抑制する働きを有する。その結果、信号がオフにされた後、第１の絶縁膜３０による立脚部３１が存在しない場合に比して速く振動子２１の残留振動を抑制することが可能となる。
【００２１】
また、このＭＥＭＳデバイスに第１の方向の振動（横揺れ）や衝撃が加わった場合に、振動子２１が第１の方向に大きく変位してしまうが、第１の絶縁膜３０による立脚部３１が存在することによって、振動子２１の第１の方向への必要以上の変位が抑制されることになる。
【００２２】
なお、振動子２１には、アンカー２２が第２の方向に沿って形成されているため、第１の方向に比べて第２の方向には振動子２１は大きく変位することがない。そのため、ＭＥＭＳデバイスの第２の方向の端部側には、第１の絶縁膜３０の立脚部３１を設けない構造としてもよい。また、ここでは、ＭＥＭＳ可動素子２０は、２つの振動子２１が並列して設けられる場合を示しているが、１つの振動子２１からなるものでもよいし、３つ以上の振動子２１が並列して設けられるものでもよい。
【００２３】
なお、この図１と図２の例では、立脚部３１は、基板面に平行な方向に形成される上面部３１１と、上面部３１１と基板１０との間を接続する側面部３１２と、を有する構造となっているが、これに限定されるものではない。図３は、ＭＥＭＳデバイスの構造の他の例を模式的に示す断面図である。この図３において、図２と同一の構成要素には同一の符号を付している。
【００２４】
この図３では、第２の絶縁膜４０とオーバシール層５０とからなるキャップ膜内に、第１の絶縁膜３０からなる立脚部３１が設けられている。しかし、この立脚部３１は、図２で示した基板面に平行な方向に形成される上面部３１１は形成されておらず、側面部３１２のみから構成される構造となっている。ただし、この側面部３１２は、振動子２１の上下方向の可動範囲内に位置するように形成されている。このような構造の立脚部３１であっても、蒸気のような振動子２１の第１の方向への必要以上の変位を抑制することが可能である。
【００２５】
つぎに、このような構造のＭＥＭＳデバイスの製造方法について説明する。図４〜図７は、第１の実施の形態によるＭＥＭＳデバイスの製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図であり、図４〜図６は、図１（ｂ）のＡ−Ａ断面に対応する断面図であり、図７は、図１（ｂ）のＢ−Ｂ断面に対応する断面図である。
【００２６】
まず、基板１０上にＡｌなどの金属膜を数百ｎｍ〜数μｍの厚さで形成し、リソグラフィ技術とエッチング技術とを用いて、所定形状にパターニングして配線層１１を形成する。また、配線層１１を形成した基板１０上にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などの成膜法を用いて、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜などのパッシベーション膜１２を形成する。このパッシベーション膜１２の厚さは、数百ｎｍ〜数μｍ程度である。さらに、パッシベーション膜１２上にポリイミドなどの有機材料を用いて、断面が台形状となるようにパターニングを行って、第１の犠牲層６１をＭＥＭＳ部形成領域ＲM上に形成する（図４（ａ））。この第１の犠牲層６１は、たとえば、目的とする部分にポリイミド膜を塗布成膜した後、感光性パターニングを行うことによって、または、リソグラフィ技術で所定形状に露光、現像し、ドライエッチング法でエッチングすることによって、形成される。第１の犠牲層６１の厚さは、数百ｎｍ〜数μｍである。また、図７に示されるように、この第１の犠牲層６１の振動子２１を形成する部分には、第１の犠牲層６１を厚さ方向に貫通する貫通孔６２が、１つの振動子２１に対して少なくとも２つ形成される。そのうちの１つの貫通孔６２は、さらにパッシベーション膜１２を貫通して、下層の配線層１１の上面が露出する状態となる。
【００２７】
ついで、第１の犠牲層６１を形成したパッシベーション膜１２上に、スパッタ法などの成膜法によって、Ａｌなどの金属膜を形成する。このとき、貫通孔６２内にも金属膜が埋め込まれるように金属膜を形成する。その後、リソグラフィ技術とエッチング技術を用いて、第２の方向に延在し、第１の方向に所定の間隔をおいて配置されるＭＥＭＳ可動素子２０の振動子２１を形成する（図４（ｂ））。この振動子２１の厚さは、数百ｎｍ〜数μｍである。また、貫通孔６２内に形成された金属膜は、ＭＥＭＳ可動素子２０のアンカー２２となる。
【００２８】
その後、パッシベーション膜１２上と、振動子２１を形成した第１の犠牲層６１上に、ＣＶＤ法などの成膜法によって第１の絶縁膜３０を形成する（図４（ｃ））。この第１の絶縁膜３０は、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜などからなり、数百ｎｍ〜数μｍの厚さで形成される。これによって、配線部形成領域ＲL上と、ＭＥＭＳ部形成領域ＲMの第１の犠牲層６１と振動子２１の露出された面を覆うように、第１の絶縁膜３０が形成される。
【００２９】
ついで、第１の絶縁膜３０上にレジストを塗布し、リソグラフィ技術によって露光、現像を行って、所定の形状のレジストパターン６３を形成する（図４（ｄ））。ここでは、振動子２１の上面と外側の側面が露出するようにパターニングを行う。ここで、振動子２１の外側の側面とは、薄膜ドーム構造を構成する第２の絶縁膜４０の側面部４２と対向する振動子２１の第１の方向の側面のことをいう。なお、このとき、後のエッチング工程によって、振動子２１の外側の側面と第１の絶縁膜３０との間の距離が所定の距離だけ開くように、レジストパターン６３が形成される。また、このとき、ＭＥＭＳ部形成領域ＲMに形成するレジストパターン６３の開口部の端部の位置は、第１の犠牲層６１上の側面（第１の絶縁膜３０の側面部３１２）以上の位置となるようにパターニングされることが望ましい。これは、ＭＥＭＳ部形成領域ＲMに形成するレジストパターン６３の開口部の端部の位置が、たとえば露光パターンの重ね合わせずれの影響などによって、基板１０上に位置してしまった場合には、後の第１の絶縁膜３０のエッチング工程で、開口の太い部分よりも細い部分の方が深くエッチングされるので、露出した基板１０上の第１の絶縁膜３０のほかに、パッシベーション膜１２およびその下の配線層１１や基板１０までエッチングされてしまう可能性が高いからである。
【００３０】
その後、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法やウエットエッチング法などの方法で、レジストパターン６３をマスクとして第１の絶縁膜３０をエッチングする（図４（ｅ））。これによって、振動子２１の上面と、外側の側面と、第１の犠牲層６１の上面の一部が露出する。さらに、Ｏ2ガスなどを用いたアッシングまたは薬液による処理などの手法でレジストパターン６３を除去する（図５（ａ））。なお、この第１の絶縁膜３０のエッチング時において、基板１０上にはパッシベーション膜１２と第１の絶縁膜３０が積層して形成されているので、局所的にエッチングが進行しても、パッシベーション膜１２下の基板１０または配線層１１をエッチングしてしまう可能性を低下させることができる。
【００３１】
ついで、ポリイミドなど有機材料を用いて、第１の犠牲層６１を覆うように断面形状が台形状となるようにパターニングを行って、第２の犠牲層６４を形成する（図５（ｂ））。この第２の犠牲層６４は、たとえば、目的とする部分にポリイミド膜を塗布成膜した後、感光性パターニングを行うことによって、または、リソグラフィ技術で所定形状に露光、現像し、ドライエッチング法でエッチングすることによって、形成される。第２の犠牲層６４の厚さは、数百ｎｍ〜数μｍである。
【００３２】
その後、第１の絶縁膜３０上と第２の犠牲層６４上に、ＣＶＤ法などの成膜法によって、第２の絶縁膜４０を形成する（図５（ｃ））。この第２の絶縁膜４０は、シリコン窒化膜やシリコン酸化膜などからなり、数百ｎｍ〜数μｍの厚さで形成される。これによって、配線部形成領域上と、ＭＥＭＳ部形成領域の第２の犠牲層６４を覆うように、第２の絶縁膜４０が形成される。
【００３３】
ついで、第２の絶縁膜４０上にレジストを塗布し、リソグラフィ技術によって、露光、現像を行って、所定の形状のレジストパターン６５を形成する（図５（ｄ））。これは、第２の絶縁膜４０に犠牲層除去用貫通孔４５を形成するためのレジストパターン６５である。そして、このレジストパターン６５をマスクとして、ＲＩＥ法やウエットエッチング法などの方法で、第２の絶縁膜４０をエッチングする（図５（ｅ））。このとき、第２の犠牲層６４の一部をエッチングしても構わない。これによって、第２の絶縁膜４０を厚さ方向に貫通する犠牲層除去用貫通孔４５が形成される。
【００３４】
その後、Ｏ2ガスなどを用いたアッシングによって、第２の絶縁膜４０上に形成されたレジストパターン６５、第２および第１の犠牲層６４，６１の除去を行う（図６（ａ））。第２の犠牲層６４は、犠牲層除去用貫通孔４５を介して流入したＯ2ガスによってアッシングが行われ、また、第１の犠牲層６１よりも上面に形成された第２の犠牲層６４がアッシングされると、第１の犠牲層６１上に形成された第１の絶縁膜３０の端部と振動子２１との間に設けられた間隙を介して流入したＯ2ガスによって第１の犠牲層６１のアッシングが行われる。これによって、第２の絶縁膜４０内が中空となる。また、ＭＥＭＳ可動素子２０の周りに形成されていた第１の犠牲層６１が除去される。さらに、ＭＥＭＳ可動素子２０の第１の方向の側面から所定の距離だけ離れた位置に、第１の絶縁膜３０からなる立脚部３１の端部が位置するように形成される。この図の例では、基板面に平行な上面部３１１と、上面部３１１と基板１０との間を結ぶ側面部２１２とを有する立脚部３１が形成される。
【００３５】
そして、第２の絶縁膜４０に形成された犠牲層除去用貫通孔４５を塞ぐように、第２の絶縁膜４０上に、オーバシール層５０を形成する（図６（ｂ））。このオーバシール層５０は、ポリイミドなどの有機材料を塗布して成膜することによって、あるいは、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜などの絶縁膜をＣＶＤ法などの成膜法によって成膜することによって形成される。これによって、中空部分が封止され、ＭＥＭＳ部形成領域ＲMに薄膜ドーム構造が完成し、ＭＥＭＳデバイスの製造方法が終了する。
【００３６】
この第１の実施の形態によれば、第２の絶縁膜４０によって形成される薄膜ドーム構造内に形成されたＭＥＭＳ可動素子２０の振動子２１から所定の距離を隔てて、振動子２１のオン時とオフ時の可動範囲内の高さに第１の絶縁膜３０からなる立脚部３１を設けた。これによって、ＭＥＭＳデバイスの横方向の振動（揺れ）が生じた場合に、通常の可動範囲を大きく超えて振動しようとする振動子２１の動きが抑制される。その結果、振動子２１の破損を防止することができ、ＭＥＭＳデバイスがモバイル製品に使用されていく上で、可動部分の信頼性を向上することができるという効果を有する。
【００３７】
また、薄膜ドーム構造内で、立脚部３１を構成する第１の絶縁膜３０が振動子２１の周囲に形成されることで、第１の絶縁膜３０とＭＥＭＳ可動素子２０とで囲まれる空間内の気体の動きを抑制するので、信号がオフにされたときの振動子２１の残留振動を早く収束させることができるという効果も有する。
【００３８】
さらに、第１の絶縁膜３０をエッチングする際のレジストパターン６３を形成する際に、レジストパターン６３の開口の端部は、第１の犠牲層６１上にあることが望ましいが、露光時のずれによって、レジストパターン６３の開口の端部が第１の犠牲層６１が形成されていない基板１０上にずれてしまうことがある。このような場合でも、第１の絶縁膜３０のエッチング時に、基板１０上にはパッシベーション膜１２と第１の絶縁膜３０とが存在するので、パッシベーション膜１２よりも下層の基板１０または配線層１１がエッチングされる虞を低減できるという効果も有する。
【００３９】
さらにまた、薄膜ドーム構造を形成する第２の絶縁膜４０と、パッシベーション膜１２または基板１０との間の接着性が悪い場合がある。このような場合でも、ＭＥＭＳ部形成領域ＲM以外の配線部形成領域ＲLにも第１の絶縁膜３０と第２の絶縁膜４０を積層したので、第１の絶縁膜３０として両者の接着性を高めるような材料を選択することで、第２の絶縁膜４０と基板１０との間の密着性を高めることもできる。また、第２の絶縁膜４０を基板１０上に形成することによって生じる応力を、第２の絶縁膜４０と基板１０との間に第１の絶縁膜３０を形成することによって、緩和することもできる。
【００４０】
（第２の実施の形態）
図８は、第２の実施の形態によるＭＥＭＳデバイスの構造の一例を模式的に示す断面図である。この図に示されるように、このＭＥＭＳデバイスは、第１の実施の形態の薄膜ドーム構造内における第１の絶縁膜３０で構成される立脚部３１の側面部３１２が第２の絶縁膜４０の側面部４２と接触した構造を有している。なお、その他の構成は第１の実施の形態で説明したものと同じであるので、その説明を省略する。また、このような構造のＭＥＭＳデバイスの製造方法も、第１の実施の形態で説明したものと同様であるので、その説明を省略する。なお、この第２の実施の形態でも、立脚部３１は、図３に示されるような構造であってもよい。
【００４１】
この第２の実施の形態によれば、薄膜ドーム構造内における第１の絶縁膜３０で構成される立脚部３１の側面部３１２が、薄膜ドーム構造を形成する第２の絶縁膜４０の側面部４２に密着して形成されるので、薄膜ドーム構造の側面部の強度を高めることができるという効果を、第１の実施の形態の効果に加えて有する。また、第１の絶縁膜３０と第２の絶縁膜４０の側面間の距離がなくなるので、ＭＥＭＳ部１３の面積を小さくすることができるという効果も有する。
【００４２】
（第３の実施の形態）
図９は、第３の実施の形態によるＭＥＭＳデバイスの構造の一例を模式的に示す平面図であり、図１０は、図９のＭＥＭＳデバイスの断面図であり、図１０（ａ）は、図９のＣ−Ｃ断面に対応する断面図であり、図９（ｂ）は、図９のＤ−Ｄ断面に対応する断面図である。このＭＥＭＳデバイスは、第１の実施の形態の薄膜ドーム構造内において、第１の絶縁膜３０の立脚部３１がひだ状に形成された構造を有している。
【００４３】
たとえば、図９のＣ−Ｃ線上のＭＥＭＳデバイスの構造を見ると、図１０（ａ）に示されるように、その断面は、第１の実施の形態と同様の構造となっている。つまり、この部分においては、第１の絶縁膜３０によって上面部３１１と上面部３１１を支持する役目を有する側面部３１２と、を有する立脚部３１が設けられている。
【００４４】
一方、図９のＤ−Ｄ線上のＭＥＭＳデバイスの構造を見てみると、図１０（ｂ）に示されるように、その断面は、第１の実施の形態と異なり、第１の絶縁膜３０による立脚部３１が形成されていない構造となっている。
【００４５】
このように、第３の実施の形態のＭＥＭＳデバイスでは、薄膜ドーム構造の各辺よりも短い長さの、第１の絶縁膜３０によって形成される立脚部３１が、所定の間隔で薄膜ドーム構造の辺に沿って形成される。
【００４６】
なお、この説明では、第１と第２の絶縁膜３０，４０の側面部３１２，４２の位置関係が第１の実施の形態の場合を例に挙げたが、第１と第２の絶縁膜３０，４０の側面部３１２，４２の位置関係が第２の実施の形態の場合であってもよい。また、この第３の実施の形態でも、立脚部３１は、図３に示されるような構造であってもよい。
【００４７】
この第３の実施の形態によれば、横揺れが生じたときに、通常の可動範囲を大きく超えて振動しようとする振動子２１が、立脚部３１で制止されるときに、立脚部３１が振動子２１と接触する面積を小さくすることができるという効果を第１の実施の形態の効果に加えて得ることができる。
【符号の説明】
【００４８】
１０…基板、１１…配線層、１２…パッシベーション膜、１３…ＭＥＭＳ部、２０…ＭＥＭＳ可動素子、２１…振動子、２２，２２Ａ，２２Ｂ…アンカー、３０…第１の絶縁膜、３１…立脚部、３１１…上面部、３１２…側面部、４０…第２の絶縁膜、４１…上面部、４２…側面部、４５…犠牲層除去用貫通孔、５０…オーバシール層、６１…第１の犠牲層、６２…貫通孔、６３，６５…レジストパターン、６４…第２の犠牲層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に支持部材を介して形成された振動子を有する可動素子と、
前記可動素子を覆うように前記基板上に設けられる中空の薄膜ドーム構造のキャップ膜と、
前記基板上に設けられ、前記キャップ膜の内側であって、前記可動素子の外側に設けられ、一部が前記振動子のON時の前記基板からの高さ位置とOFF時の前記基板からの高さ位置との間の高さ位置にある絶縁膜からなる立脚部と、
を備えることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項２】
前記キャップ膜は、基板面にほぼ平行な上面部と、前記上面部の周縁部と前記基板との間を接続する側面部と、を有し、
前記ストッパ膜は、前記立脚部の上端に前記基板面にほぼ平行な上面部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項３】
前記キャップ膜は、基板面にほぼ平行な上面部と、前記上面部の周縁部と前記基板との間を接続する側面部と、を有し、
前記ストッパ膜の前記立脚部は、前記キャップ膜の側面部から距離をおいて配置または側面部に接して形成されることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項４】
前記ストッパ膜は、前記キャップ膜の長さよりも短い幅の前記立脚部を、前記キャップ膜に沿って所定の間隔で配置したひだ状構造を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項５】
所定形状の配線層を形成した基板上にパッシベーション膜を形成する工程と、
前記パッシベーション膜上のＭＥＭＳデバイス形成領域に、基板面に垂直な断面がほぼ台形状の有機膜からなる第１の犠牲層を形成する工程と、
前記第１の犠牲層の厚さ方向に貫通する貫通孔を、第１の方向に沿って形成する工程と、
前記貫通孔を埋めるとともに、前記第１の犠牲層上に金属膜を形成し、前記貫通孔の形成位置を含むように前記金属膜のパターニングを行って、第１の方向に伸長した振動子と、前記振動子を前記基板上に支持する支持部材と、を有する可動素子を形成する工程と、
前記可動素子を形成した基板上の全面に、第１の絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜上にレジストを塗布し、前記振動子の形成位置とその周辺の領域の一部が露出するように開口部を設けるとともに、前記開口部の端部が前記第１の犠牲層の上面から側面の間に位置するように第１のレジストパターンを形成する工程と、
前記第１のレジストパターンをマスクとして、前記第１の絶縁膜をエッチングする工程と、
前記可動素子を形成した前記第１の犠牲層を覆うように、基板面に垂直な断面がほぼ台形状の有機膜からなる第２の犠牲層を形成する工程と、
前記第２の犠牲層を形成した基板上の全面に、第２の絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の絶縁膜上にレジストを塗布し、前記第２の犠牲層の上面内の所定の位置が露出するように第２のレジストパターンを形成する工程と、
前記第２のレジストパターンをマスクとして、前記第２の絶縁膜をエッチングして、前記第２の絶縁膜に犠牲層除去用貫通孔を形成する工程と、
前記第２のレジストパターンと、前記犠牲層除去用貫通孔から前記第２および第１の犠牲層と、を除去する工程と、
前記第２の絶縁膜上に前記犠牲層除去用貫通孔を塞ぐオーバシール層を形成する工程と、
を含むことを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項１】
基板上に支持部材を介して形成された振動子を有する可動素子と、
前記可動素子を覆うように前記基板上に設けられる中空の薄膜ドーム構造のキャップ膜と、
前記基板上に設けられ、前記キャップ膜の内側であって、前記可動素子の外側に設けられ、一部が前記振動子のON時の前記基板からの高さ位置とOFF時の前記基板からの高さ位置との間の高さ位置にある絶縁膜からなる立脚部と、
を備えることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項２】
前記キャップ膜は、基板面にほぼ平行な上面部と、前記上面部の周縁部と前記基板との間を接続する側面部と、を有し、
前記ストッパ膜は、前記立脚部の上端に前記基板面にほぼ平行な上面部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項３】
前記キャップ膜は、基板面にほぼ平行な上面部と、前記上面部の周縁部と前記基板との間を接続する側面部と、を有し、
前記ストッパ膜の前記立脚部は、前記キャップ膜の側面部から距離をおいて配置または側面部に接して形成されることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項４】
前記ストッパ膜は、前記キャップ膜の長さよりも短い幅の前記立脚部を、前記キャップ膜に沿って所定の間隔で配置したひだ状構造を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項５】
所定形状の配線層を形成した基板上にパッシベーション膜を形成する工程と、
前記パッシベーション膜上のＭＥＭＳデバイス形成領域に、基板面に垂直な断面がほぼ台形状の有機膜からなる第１の犠牲層を形成する工程と、
前記第１の犠牲層の厚さ方向に貫通する貫通孔を、第１の方向に沿って形成する工程と、
前記貫通孔を埋めるとともに、前記第１の犠牲層上に金属膜を形成し、前記貫通孔の形成位置を含むように前記金属膜のパターニングを行って、第１の方向に伸長した振動子と、前記振動子を前記基板上に支持する支持部材と、を有する可動素子を形成する工程と、
前記可動素子を形成した基板上の全面に、第１の絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜上にレジストを塗布し、前記振動子の形成位置とその周辺の領域の一部が露出するように開口部を設けるとともに、前記開口部の端部が前記第１の犠牲層の上面から側面の間に位置するように第１のレジストパターンを形成する工程と、
前記第１のレジストパターンをマスクとして、前記第１の絶縁膜をエッチングする工程と、
前記可動素子を形成した前記第１の犠牲層を覆うように、基板面に垂直な断面がほぼ台形状の有機膜からなる第２の犠牲層を形成する工程と、
前記第２の犠牲層を形成した基板上の全面に、第２の絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の絶縁膜上にレジストを塗布し、前記第２の犠牲層の上面内の所定の位置が露出するように第２のレジストパターンを形成する工程と、
前記第２のレジストパターンをマスクとして、前記第２の絶縁膜をエッチングして、前記第２の絶縁膜に犠牲層除去用貫通孔を形成する工程と、
前記第２のレジストパターンと、前記犠牲層除去用貫通孔から前記第２および第１の犠牲層と、を除去する工程と、
前記第２の絶縁膜上に前記犠牲層除去用貫通孔を塞ぐオーバシール層を形成する工程と、
を含むことを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−２８００３５（Ｐ２０１０−２８００３５Ａ）
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３５３３９（Ｐ２００９−１３５３３９）
【出願日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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