ＭＥＭＳ素子およびそれを用いた電気機器
【課題】真空の空洞内にＭＥＭＳ構造体が封止されたＭＥＭＳ素子において、封止の気密性が長期間安定に保持されるようにする。
【解決手段】ＭＥＭＳ構造体２０１が、基板３０１および積層構造体１２０により、空洞１１０内に気密封止されているＭＥＭＳ素子５００において、積層構造体１２０を構成する、２つの層の間に界面封止層１０１、１０２、１０３を設けて、気体が基板３０１の表面と平行な方向において、２つの層の界面を通過して空洞１１０内に侵入することを抑制する。
【解決手段】ＭＥＭＳ構造体２０１が、基板３０１および積層構造体１２０により、空洞１１０内に気密封止されているＭＥＭＳ素子５００において、積層構造体１２０を構成する、２つの層の間に界面封止層１０１、１０２、１０３を設けて、気体が基板３０１の表面と平行な方向において、２つの層の界面を通過して空洞１１０内に侵入することを抑制する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ素子およびそれを用いた電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ素子（MEMS：Micro Electro Mechanical Systems：微小電気機械システムまたは微小電気機械装置）は、高周波／無線、光、加速度センサ、バイオ、およびパワーなど、多くの分野において応用が期待されている。例えば、発振器などに用いられるMEMS素子として、MEMS共振器が開発されている。MEMS共振器の利点は、従来の水晶共振器などと比較して、半導体製造方法と親和性を有する方法で製造可能であり、小型化、集積化、および低コスト化が実現可能であることである。このため、MEMS共振器の開発は、発振器の小型化に大きく貢献する技術として期待されている。
【０００３】
MEMS素子を実用化する上において、封止技術が重要な開発要素の一つとなっている。封止技術はMEMS素子の高信頼性化に貢献する技術であり、封止内部の雰囲気制御、および外界の汚染物質からのMEMS素子の保護のために重要である。例えば、MEMS共振器においては、気体粘性により振動エネルギーの減衰（Squeeze film dumping）が発生し、共振の尖鋭度を示すQ値（Quality factor）が減少する。そのため、高Q値特性を実現するためにMEMS共振器を真空封止する、即ち、MEMS共振器の周囲を真空にすることが求められる。
【０００４】
このように、MEMS素子は空洞を有する特有な構造をしているものが多く、MEMS素子専用の封止技術が開発されている。封止技術は、接合した蓋基板により封止する接合封止、および薄膜プロセスにより薄膜を覆い被せて封止する薄膜封止に大別される。薄膜封止は、MEMS素子を製造するプロセスと連続する薄膜プロセスにより実現可能であり、封止技術の低コスト化を実現する技術として期待されている。
【０００５】
特許文献１には、シリコン窒化膜などの耐酸性の膜の開口部からエッチング液を接触させて空洞を形成し、その後に開口部を樹脂または板状部材で塞ぐ封止技術が開示されている。
【０００６】
特許文献２には、空洞形成膜の貫通孔からエッチング液を用いて空洞を形成し、空洞形成膜の全体にＳｉＯ２またはＳｉＮ等からなる封止膜を形成して封止する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２２２９５６号公報
【特許文献２】特開２００８−１３７１３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、長期間にわたって気密状態を保持でき、それにより寿命が長くなるＭＥＭＳ素子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】
【０００９】
本発明の一実施形態に係る微小電気機械素子は、
基板と、
前記基板上に配置された可動部を含むＭＥＭＳ構造体と、
前記基板上に積層され、前記ＭＥＭＳ構造体を内部に含む空洞を形成する複数の層を含む積層構造体と、
を有し、
前記ＭＥＭＳ構造体は前記基板および前記積層構造体により、空洞内に気密封止されている、
ＭＥＭＳ素子であって、
前記積層構造体が、
前記空洞の前記基板の表面と平行な方向の形状および寸法を規定する支持層、
前記支持層の表面に配置され、前記空洞を形成するために用いられたエッチングホールを有する封止層、
前記封止層の表面に配置された蓋層
前記封止層と前記蓋層との間に配置され、前記エッチングホールを覆う多孔質層、および
前記封止層と前記多孔質層との間に、前記封止層と前記多孔質層に接して配置されている、前記封止層および前記多孔質層のいずれよりも緻密である、界面封止層
を有する、
ＭＥＭＳ素子である
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一実施形態によれば、封止された空洞を有するＭＥＭＳ素子において、高い気密性を長期間にわたって維持することができ、したがって、ＭＥＭＳ素子の長寿命化を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１におけるＭＥＭＳ素子の構成を示す横断面図
【図２Ａ】実施の形態１におけるＭＥＭＳ素子において、封止層１０５、界面封止層１０１および多孔質層１０６の部分を拡大して示す横断面図
【図２Ｂ】実施の形態１の変形例におけるＭＥＭＳ素子において、封止層１０５、界面封止層１０１および多孔質層１０６の部分を拡大して示す横断面図
【図３】実施の形態２におけるＭＥＭＳ素子の構成を示す横断面図
【図４】実施の形態３におけるＭＥＭＳ素子の構成を示す横断面図
【図５】実施の形態４におけるＭＥＭＳ素子の構成を示す横断面図
【図６】実施の形態５におけるＭＥＭＳ素子の構成を示す横断面図
【図６Ｂ】実施の形態６におけるＭＥＭＳ素子の構成を示す横断面図
【図７】実施の形態７におけるＭＥＭＳ素子の構成を示す横断面図
【図８】実施の形態１のＭＥＭＳ素子のＱ値の経時変化を示すグラフ
【図９（ａ）】実施の形態７のＭＥＭＳ素子の製造方法の工程を示す横断面図
【図９（ｂ）】実施の形態７のＭＥＭＳ素子の製造方法の工程を示す横断面図
【図９（ｃ）】実施の形態７のＭＥＭＳ素子の製造方法の工程を示す横断面図
【図９（ｄ）】実施の形態７のＭＥＭＳ素子の製造方法の工程を示す横断面図
【図９（ｅ）】実施の形態７のＭＥＭＳ素子の製造方法の工程を示す横断面図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（本発明に係る一実施形態を得るに至った経緯）
前記背景技術の欄に記載した技術によれば、短期間であれば気密状態を保持できるが、長期間にわたって気密状態を保持することは困難である。例えば、空洞を規定する膜を積層構造体として、その厚さを大きくし、基板の厚さ方向と平行な方向における気体の流れが空洞に進入することを防止しようとしても、気密状態を十分に保持することは困難である。その理由について発明者らが鋭意検討した結果、複数の層からなる積層構造体によって空洞が形成されている場合に、積層構造体の層間の界面が、気体のリーク経路となることを見出した。すなわち、積層構造体を構成する層の表面粗さが、当該層が形成された時点で大きいことがあり、あるいは層を形成した後でエッチング処理に付されることによって大きくなることがある。そのような表面粗さの大きい層の上に別の層が形成された場合、その界面には微小な空間が形成され、それが気体のリーク経路となる。
【００１３】
本発明の一実施形態は、上記した新たな知見に基づいてなされたものであり、長期間にわたって気密状態を保持でき、それにより寿命が長くなるＭＥＭＳ素子を提供することを目的とする。
【００１４】
（態様１）
態様１は、
基板と、
前記基板上に配置された可動部を含むＭＥＭＳ構造体と、
前記基板上に積層され、前記ＭＥＭＳ構造体を内部に含む空洞を形成する複数の層を含む積層構造体と、
を有し、
前記ＭＥＭＳ構造体は前記基板および前記積層構造体により、空洞内に気密封止されている、
ＭＥＭＳ素子であって、
前記積層構造体が、
前記空洞の前記基板の表面と平行な方向の形状および寸法を規定する支持層、
前記支持層の表面に配置され、前記空洞を形成するために用いられたエッチングホールを有する封止層、
前記封止層の表面に配置された蓋層
前記封止層と前記蓋層との間に配置され、前記エッチングホールを覆う多孔質層、および
前記封止層と前記多孔質層との間に、前記封止層と前記多孔質層に接して配置されている、前記封止層および前記多孔質層のいずれよりも緻密である、界面封止層
を有する、
ＭＥＭＳ素子である。
【００１５】
態様１のＭＥＭＳ素子は、封止構造である積層構造体が、封止層、蓋層、および多孔質層を有し、封止層と多孔質層の界面に界面封止層が配置されていることを特徴とする。この界面封止層は、気体が、封止層と多孔質層との界面を経由して、真空にされた空洞内に入り込むことを防止または軽減し、積層構造体による高い気密性を長期間維持することを可能にする。よって、態様１によれば、ＭＥＭＳ素子の長寿命化を実現することが可能となる。
【００１６】
（態様２）
態様２は、前記界面封止層が、前記基板に垂直な方向から見て、前記封止層において前記空洞と連通している部分の外縁または前記空洞と連通している部分を内部に含む領域の外縁を囲んでいる、態様１のＭＥＭＳ素子である。
【００１７】
（態様３）
態様３は、前記封止層および前記多孔質層がシリコンを含む層である、態様１または２のＭＥＭＳ素子である。
【００１８】
シリコンを含む層と層との間にて、気体の漏れが生じやすいから、封止層および多孔質層がともにシリコンを含む場合には界面封止層による効果がより顕著に得られる。シリコンを含む層は、シリコンを単体として含んでよく、あるいはシリコンを化合物の形態で含んでよい。
【００１９】
（態様４）
態様４は、前記界面封止層が、酸化チタン、酸化タンタル、酸化アルミニウム、酸化シリコン、窒化チタン、窒化タンタル、チタン、シリコンカーバイド、アルミニウムとシリコンゲルマニウムの合金、および窒化シリコンから選択される１または複数の材料を含む、態様１または２のＭＥＭＳ素子である。これらの材料は緻密な膜を形成する。
【００２０】
（態様５）
態様５は、別の界面封止層をさらに有し、前記別の界面封止層が前記支持層と前記封止層との間に配置されており、前記支持層と前記封止層のいずれよりも緻密である、態様１〜４のいずれかのＭＥＭＳ素子である。
【００２１】
（態様６）
態様６は、
前記封止層が、前記支持層の表面の一部に配置されて、前記支持層の表面が前記封止層で覆われていない領域を有し、
前記別の界面封止層が、前記支持層と前記封止層との間の界面から延在して、前記封止層で覆われていない前記支持層の表面を覆っている、
態様５のＭＥＭＳ素子である。
【００２２】
（態様７）
態様７は、
前記封止層が２以上の層からなり、
前記封止層の前記基板の表面と平行な２つの面の間に位置する、前記封止層の側面が、気体遮蔽層で覆われている、態様１〜６のいずれかのＭＥＭＳ素子である。
（態様８）
態様８は、態様１〜７のいずれかのＭＥＭＳ素子を含む電気機器である。
【００２３】
次に、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図面において、同じ要素または部材には同じ番号を付し、以下の説明において、同じ要素または部材について重複する説明を省略することがある。
【００２４】
（実施の形態１）
実施の形態１として、基板３０１とともに積層構造体１２０がＭＥＭＳ構造体２０１を封止し、積層構造体１２０が、支持層１０８、１０９、封止層１０５、多孔質層１０６および蓋層１０７を含む構成を説明する。本実施の形態において、界面封止層１０１は、封止層１０５と、多孔質層１０６との間に形成されている。
【００２５】
図１は、本実施の形態におけるＭＥＭＳ素子の一部を示し、具体的にはＭＥＭＳ素子用封止の構成を示す横断面図である。図１に示すＭＥＭＳ素子１００は、積層構造体１２０と、基板３０１上に形成されたＭＥＭＳ構造体２０１と、電極パッド２０２がその表面に形成されたコンタクト構造体１３０とを具備する。図示した形態において、ＭＥＭＳ構造体は、機械的振動を行う、断面が略三角形である梁構造体の可動部、および可動部に近接して位置する電極を有する。この可動部は、断面のおよそ重心を回転中心としてねじり振動を行う。
【００２６】
ＭＥＭＳ構造体２０１は、支持層１０９、支持層１０８、封止層１０５、および蓋層１０７の薄膜に覆われる形で封止されており、封止内部には空洞１１０が形成されている。支持層１０８および支持層１０９は、ＭＥＭＳ構造体２０１の可動部および電極を支持する役割をし、基板３０１の表面に平行な方向において、空洞１１０の形状および寸法を規定している。支持層１０８および１０９はともに、封止層１０５が形成されていない状態で、基板３０１側と反対の側に開いた空間を形成する。封止層１０５は、支持層１０８および１０９により形成された空間を、基板３０１の厚さ方向で封止するために設けられる。封止層１０５は、図示するように空洞１１０と連通しているスルーホール１４０を有している。このスルーホール１４０は、空洞１１０を犠牲層エッチングにより形成する際に用いられた孔である。封止層１０５は、例えば、シリコンを含む材料からなり、具体的には、シリコンゲルマニウム、窒化シリコン等からなる。
【００２７】
多孔質層１０６は、封止層１０５の表面であって、スルーホール１４０が形成された領域を覆う領域に設けられている。蓋層１０７は、封止層１０５の表面であって、かつ多孔質層１０６の表面を覆う領域に配置されている。図示するように、蓋層１０７は二層構成を有し、下側層１０７Ａは、多孔質層１０６の表面に設けられ、上側層１０７Ｂは、多孔質層１０６よりも広い領域に設けられて、一部は封止層１０５の表面と接している。
【００２８】
多孔質層１０６は、空洞１１０を形成する前に形成される。エッチングガスは、この多孔質層１０６およびスルーホール１４０を経由し、支持層１０８、１０９の材料と反応して、空洞１１０を形成する。蓋層１０７は、空洞１１０を形成した後に形成される。蓋層１０７を形成する際に、蓋層１０７を構成する材料（またはそれを構成する原子）が、空洞１１０内に入ると、当該材料がＭＥＭＳ構造体２０１に付着し、ＭＥＭＳ素子１００の機能を阻害することがある。多孔質層１０６は蓋層１０７の材料の空洞１１０内への進入を防止するために設けられる。したがって、多孔質層１０６は、空洞１１０形成用のエッチングガスを通し、かつ蓋層１０７の材料を通さないように、材料および成膜方法を選択して形成される。多孔質層１０６は、例えば、シリコンゲルマニウム等のシリコンを含む材料からなる多孔質膜であり、あるいは、酸化アルミニウムなどを含む材料からなる、多孔質膜である。
【００２９】
多孔質層１０６は、その多孔性のために、封止層１０５の表面に直接形成されると、封止層１０５に密に接触せず、それらの界面には、基板３０１の表面に平行な方向において気体が通過する、気体の通路（リーク経路）が形成されやすい。そのような通路を介して気体が空洞１１０内に進入すると、空洞１１０内の真空度が低下して、例えば、ＭＥＭＳ素子を共振器として用いる場合、Ｑ値が低下する。そこで、この実施の形態においては、封止層１０５と多孔質層１０６との間に、界面封止層１０１が形成されて、気体の通路を排除している。界面封止層１０１が形成された、封止層１０５と多孔質層１０６との界面を図２Ａに拡大して示す。界面封止層１０１のスルーホール１４０の直上に位置する箇所には、エッチングガスが通過できる微小な孔１５０が設けられる（この微小な孔１５０は、図１には示しておらず、図２Ａに示している）。より具体的には、界面封止層１０１を形成してから、あるいは形成する際に、微小な孔１５０が設けられる。そのため、多孔質層１０６を半導体製造等において用いられている薄膜形成プロセスで形成すると、微小な孔１５０の全部または一部が多孔質層１０６の材料で充填されることがある（図２Ａにおいては、微小な孔１５０全体に多孔質層１０６の材料が充填されている。）
【００３０】
あるいは、実施の形態１の変形例において、界面封止層１０１は、スルーホール１４０の直上だけでなく、その周辺を含む領域を除く部分にて、封止層１０５と接するように形成されてよい。即ち、界面封止層１０１は、基板３０１の表面に垂直な方向から見て、空洞１１０と連通するスルーホール１４０を含む領域の外縁を囲むように形成されてよい。例えば、図２Ｂに示すように、界面封止層１０１は、基板３０１の表面と平行な方向において、封止層１０５と多孔質層１０６とが重なりあっている領域の周縁部にのみ位置するように形成されている。これは、スルーホールが通常、封止層１０５の中央領域に形成されることによる。気体のリークは、界面封止層１０１がスルーホール１４０を内部に含む中央領域の外縁を囲むように位置していても防止され得る。界面封止層１０１が形成されていない領域の一部または全部には、多孔質層１０６の材料が充填されていてよい。
【００３１】
界面封止層１０１は、封止層１０５および多孔質層１０６のいずれよりも緻密な層である。ここで「封止層１０５および多孔質層１０６のいずれよりも緻密な層」とは、それを封止層１０５と多孔質層１０６との間に、それらの層に接して配置したときに、それを封止層１０５と多孔質層１０６との間に配置しなかったときよりも、気体の空洞内への進入を抑制する層である。緻密な層は、膜を形成したときに結晶欠陥が形成されにくい、および膜を形成したときに粒子と粒子との界面で空隙が形成されにくい等、膜を形成したときに欠陥が形成されにくい材料からなる。
【００３２】
界面封止層１０１は、具体的には、酸化チタン、酸化タンタル、酸化アルミニウム、酸化シリコン、窒化チタン、窒化タンタル、チタン、シリコンカーバイド、アルミニウムとシリコンゲルマニウムの合金、および窒化シリコンから選択される１または複数の材料を含む、または当該１または複数の材料から実質的になる層であってよい。「実質的になる」という用語は、不純物程度の他の元素を含んでよい意味で用いられる。複数の材料を用いる場合、それらは積層された形態で使用されてよい。これらの材料は、緻密な層を形成しやすく、特にシリコンを含む層よりも緻密な層を与えやすい。したがって、封止層１０５および多孔質層１０６がともにシリコン（Ｓｉ）を含む層である場合、界面封止層１０１はこれらの材料から選択された１または複数の材料を含む、または当該材料から実質的になる層としてよく、例えば、チタン／窒化チタンの積層膜であってよい。チタン／窒化チタンの積層膜は、緻密であり、かつ強度が高い。
【００３３】
界面封止層１０１の厚さは特に限定されず、例えば、1nm〜1μｍとしてよく、特に10nm〜100nmとしてよい。この範囲内の厚さの界面封止層１０１は、気体の空洞１１０への進入を有効に防止する。
【００３４】
図８は、本実施の形態１で採用するＭＥＭＳ素子用封止の気密性を示すグラフである。図８は、図１に示す構成のＭＥＭＳ素子を、相対湿度85%、温度85℃の雰囲気中で保存したときの、Ｑ値の経時変化を示す試験データである。気密性が低下して気体が空洞内に進入すると、Ｑ値が低下するので、Ｑ値の経時変化から気密性の経時変化が分かる。このＭＥＭＳ素子は、約1箇月間、高Q値（150,000）を維持しており、高い気密性を長期間維持することが可能である。したがって、かかる構成によれば、ＭＥＭＳ素子の長寿命化を実現することが可能となる。
【００３５】
試験は、図１において、封止層１０５を厚さ4μｍのシリコンゲルマニウムからなる層とし、多孔質層１０６をシリコンゲルマニウムからなる層とし、界面封止層１０１として、厚さ5nm／10nmのチタン／窒化チタンの積層膜を設けた構成のＭＥＭＳ素子を用いて実施した。ＭＥＭＳ素子において、ＭＥＭＳ構造体２０１は、断面が約6.4μｍ２である略三角形の可動部を有し、空洞１１０の容積は、約13200μｍ３である。また、同じ構成を有するが、界面封止層１０１が設けられていないＭＥＭＳ素子を同じ条件で保存すると、30日経過時では特性が劣化し、Q値の見積もりが困難となる。
【００３６】
図１に示す構成のＭＥＭＳ素子１００は、半導体製造等において用いられている薄膜形成プロセス（スパッタリング法、ＣＶＤ法、または蒸着法等）およびパターニングプロセスにより、製造することができる。その手順は、図９（ａ）〜図９（ｅ）に示すとおりである。但し、図９（ａ）〜図９（ｅ）は、封止層１０５と多孔質層１０６との間だけでなく、他の層と層との間にも界面封止層が設けられた構成（具体的には後述する実施の形態７）のＭＥＭＳ素子を製造する方法を示しており、図１に示されない要素を含む。図１に示す構成のＭＥＭＳ素子の製造においては、図９（ａ）〜図９（ｅ）において、符号１０２、１０３、および１０４で示される層は形成されない。また、図９（ａ）〜（ｅ）において、符号１０５１は、封止層１０５を２層構成とするときに形成される界面を示す。
【００３７】
具体的には、まず、基板３０１上に、支持層１０９、ＭＥＭＳ構造体２０１、および支持層１０８をこの順形成した後、フォトリソグラフィー、およびエッチングなどのプロセスにより、支持層１０８、１０９をパターニングする。パターニングにより、ＭＥＭＳ構造体２０１を外部の要素と電気的に接続するコンタクト構造体を形成するための開口部を形成する。基板３０１は、シリコン等からなり、支持層１０８、および１０９は、酸化シリコン等からなる。
【００３８】
次に、封止層１０５を形成する。封止層１０５は、単層構造であってもよく、あるいは積層構造であってもよい。封止層１０５が積層構造である場合、同じ材料からなる２以上の層が積層されていてよい。例えば、封止層１０５を厚い層として形成する場合には、薄膜形成プロセスを繰り返し実施してよい。薄膜形成プロセスを繰り返して形成した層は、１回のプロセスで形成した同じ厚さの層よりも、一般に良質である。続いて、封止層１０５にスルーホールを形成し、スルーホールを、支持層１０８および１０９と同質の材料で充填する。図９（ｂ）は、スルーホールに支持層１０８および１０９と同質の材料が充填された状態を示す。
【００３９】
次に、図９（ｃ）に示すように、界面封止層１０１、および多孔質層１０６を形成した後、犠牲層エッチングにより支持層１０８および１０９の一部を除去して、空洞１１０を形成する。支持層１０８および１０９の一部を除去すること（除去される部分が空洞１１０を形成する犠牲層である）は、エッチャントを、多孔質層１０６を介してエッチングホールから導入し、ＭＥＭＳ構造体２０１の周囲の支持層１０８および１０９をエッチングする方法で実施する。
【００４０】
空洞１１０を形成した後、蓋層１０７の下側層１０７Ａを形成する。下側層１０７Ａを形成した後、フォトリソグラフィー、およびエッチングなどのプロセスにより、界面封止層１０１、多孔質層１０６、および下側層１０７Ａをパターニングする。空洞１１０の雰囲気は、蓋層１０７（図では蓋層１０７の下側層１０７Ａ）の形成方法により制御される。蓋層１０７は、アルミニウム等の金属からなり、スパッタリング法により形成される。この場合、空洞１１０において、アルゴン約1Paの高い真空度を達成することが可能であり、この状態でＭＥＭＳ構造体２０１は空洞１１０内に封止される。パターニングにより、界面封止層１０１は、封止層１０５と多孔質層１０６との間の界面以外の他の領域からは除去される。界面封止層１０１および多孔質層１０６が除去された領域の一部は、後述するようにコンタクト構造体１３０を構成し、電極パッド２０２との間で良好な接触を形成する。
【００４１】
次に、封止層１０５を、フォトリソグラフィー、およびエッチングなどのプロセスによりパターニングして、封止部材である積層構造体１２０と、電極パッドが形成されるコンタクト構造体１３０とを分離する。図９（ｄ）は、パターニング後の状態を示す。
【００４２】
次に、電極パッド２０２を、導電性材料を用いた薄膜形成プロセス、フォトリソグラフィープロセスおよびエッチングプロセスにより形成する。図９（ｅ）は、電極パッド２１０が形成された状態を示す。電極パッド２０２の形成と同時に、蓋層１０７の上側層１０７Ｂが形成される。蓋層１０７の上側層１０７Ｂは下側層１０７Ａよりも広い領域に形成される。図１に示す構成のＭＥＭＳ素子は、前述のとおり、図９（ｅ）に示す符号１０４の要素（後述する気体遮蔽層）を有しておらず、したがって、この要素は形成されない。
【００４３】
（実施の形態２）
実施の形態２として、基板３０１とともに積層構造体１２０がＭＥＭＳ構造体２０１を封止し、積層構造体１２０が、支持層１０８、１０９、封止層１０５、多孔質層１０６および蓋層１０７を含む構成を説明する。本実施の形態は、封止層１０５と多孔質層１０６との間に形成された界面封止層１０１に加えて、封止層１０５と蓋層１０７との間に形成された界面封止層１０１１を有する。
【００４４】
図３は、本実施の形態におけるＭＥＭＳ素子２００の一部を示し、具体的にはＭＥＭＳ素子用封止の構成を示す横断面図である。図３に示すＭＥＭＳ素子２００は、図１に示すＭＥＭＳ素子１００と、界面封止層１０１に加えて、界面封止層１０１１が設けられている点を除いては同じ構成を有する。界面封止層１０１１は、封止層１０５と蓋層１０７の界面に形成されて、封止層１０５と蓋層１０７との間で、基板３０１の表面に平行な方向において気体の通路（リーク経路）が形成されることを防止する。界面封止層１０１１は、後述のように、蓋層の下側層１０７Ａを形成してから、蓋層の上側層１０７Ｂを形成する前に形成されるので、下側層１０７Ａと上側層１０７Ｂとの間にも位置する。
【００４５】
界面封止層１０１１は、封止層１０５および蓋層１０７のいずれよりも緻密な層であり、実施の形態１で界面封止層１０１の材料として例示した１または複数の材料を含む、または当該１または複数の材料から実質的になるものであってよい。例えば、界面封止層１０１１は、封止層１０５がシリコンゲルマニウムで形成され、蓋層１０７がアルミニウムで形成されている場合、緻密で強度が高いチタン／窒化チタンの積層膜であってよい。
【００４６】
界面封止層１０１１の厚さは特に限定されず、例えば、1nm〜1μｍとしてよく、特に10nm〜100nmとしてよい。この範囲内の厚さの界面封止層１０１１は、気体の空洞１１０への進入を有効に防止する。
【００４７】
図３に示す構成のＭＥＭＳ素子２００は、半導体製造等において用いられている薄膜形成プロセスおよびパターニングプロセスにより、製造することができる。具体的には、ＭＥＭＳ素子２００は、実施の形態１で説明した手順とほぼ同じ手順に従って製造することができる。界面封止層１０１１は、蓋層１０７の下側層１０７Ａを形成し、フォトリソグラフィー、およびエッチングなどのプロセスにより、界面封止層１０１、多孔質層１０６、および下側層１０７Ａをパターニングした後に形成される。界面封止層１０１１の形成直後において、界面封止層１０１１は、図９（ｄ）において、蓋層１０７の下側層１０７Ａの表面、封止層１０５の表面、およびコンタクト構造体１３０の表面に形成されている。蓋層１０７の上側層１０７Ｂを形成する前に、界面封止層１０１１はパターニングされて、所望の領域のみを覆うようにする。
【００４８】
（実施の形態３）
実施の形態３として、基板３０１とともに積層構造体１２０がＭＥＭＳ構造体２０１を封止し、積層構造体１２０が支持層１０８、１０９、および封止層１０５を含む構成を説明する。本実施の形態は、封止層１０５と多孔質層１０６との間に形成された界面封止層１０１に加えて、支持層１０８と、封止層１０５との間に形成された界面封止層１０２を有する。
【００４９】
図４は、本実施の形態におけるＭＥＭＳ素子３００の一部を示し、具体的にはＭＥＭＳ素子用封止の構成を示す横断面図である。図４に示すＭＥＭＳ素子３００は、図１に示すＭＥＭＳ素子１００と、界面封止層１０１に加えて、界面封止層１０２が設けられている点を除いては同じ構成を有する。界面封止層１０２は、支持層１０８と封止層１０５の界面に形成されて、支持層１０８と封止層１０５との間で、基板３０１の表面に平行な方向において、気体の通路（リーク経路）が形成されることを防止する。界面封止層１０２は、後述のように、支持層１０８、１０９を形成した後、コンタクト構造体１３０を形成するための開口部を形成した後に形成されるので、コンタクト構造体１３０と支持層１０８との間にも位置する。
【００５０】
界面封止層１０２は、支持層１０８および封止層１０５のいずれよりも緻密な層であり、実施の形態１で界面封止層１０１の材料として例示した１または複数の材料を含む、または当該１または複数の材料から実質的になるものであってよい。界面封止層１０２は、図示するように、ＭＥＭＳ構造体２０１の電極およびコンタクト構造体１３０と接するので、導電体で形成してよい。例えば、界面封止層１０２の材料は、支持層１０８が酸化シリコンで形成され、封止層１０５がシリコンゲルマニウムで形成されている場合、緻密で強度が高いチタン／窒化チタンの積層膜としてよい。
【００５１】
界面封止層１０２の厚さは特に限定されず、例えば、1nm〜1μｍとしてよく、特に10nm〜100nmとしてよい。この範囲内の厚さの界面封止層１０２は、気体の空洞１１０への進入を有効に防止する。
【００５２】
図４に示す構成のＭＥＭＳ素子３００は、半導体製造等において用いられている薄膜形成プロセスおよびパターニングプロセスにより、製造することができる。具体的には、ＭＥＭＳ素子３００は、実施の形態１で説明した手順とほぼ同じ手順に従って製造することができる。界面封止層１０２は、コンタクト構造体１３０を形成するための開口部を形成してから形成される。界面封止層１０２は、封止層１０５をパターニングする際に、積層構造体１２０とコンタクト構造体１３０との間の支持層１０８の表面から除去されて、図９（ｄ）に示すように、２つの層の界面にのみ位置する。
【００５３】
（実施の形態４）
実施の形態４として、ＭＥＭＳ構造体２０１を基板３０１とともに封止する積層構造体１２０が、支持層１０８、１０９、および封止層１０５を含み、界面封止層１０３が、支持層１０８と封止層１０５との間に設けられ、かつ支持層１０８の表面を被覆した構成を説明する。本実施の形態は、封止層１０５と多孔質層１０６との間に形成された界面封止層１０１に加えて、支持層１０８と、封止層１０５との間に形成された界面封止層１０３を有する。
【００５４】
図５は、本実施の形態におけるＭＥＭＳ素子４００の一部を示し、具体的にはＭＥＭＳ素子用封止の構成を示す横断面図である。図５に示すＭＥＭＳ素子４００は、図１に示すＭＥＭＳ素子１００と、界面封止層１０１に加えて、界面封止層１０３が設けられている点を除いては同じ構成を有する。界面封止層１０３は、支持層１０８と封止層１０５の界面に形成されて、支持層１０８と封止層１０５との間で、基板３０１の表面に平行な方向において、気体の通路（リーク経路）が形成されることを防止する。さらに、界面封止層１０３は、支持層１０８と封止層１０５との間の界面から延在して、封止層１０５で覆われていない支持層１０８の表面を覆っている。
【００５５】
基板３０１の表面に平行な方向における空洞１１０の寸法および形状を規定する支持層１０８、１０９においては、気体が支持層それ自体の内部を通過することがある。即ち、気体が、支持層１０８の表面から入り、支持層１０８、１０９の内部を通過して、空洞１１０に至ることがある。その場合にも、空洞１１０の気密性が減じることはいうまでもない。支持層１０８の表面に位置する界面封止層１０３は、このような気体の進入を有効に抑制する役割をも果たす。
【００５６】
界面封止層１０３は、実施の形態１で界面封止層１０１の材料として例示した１または複数の材料を含む、または当該１または複数の材料から実質的になるものであってよい。界面封止層１０３は、図示するように、積層構造体１２０とコンタクト構造体１３０との間で、連続することがある。その場合、界面封止層１０３は、積層構造体とコンタクト構造体１３０とを電気的に分離するために、絶縁体で形成してよく、例えば、絶縁体の中でも緻密で強度が高いシリコンカーバイドで形成してよい。
【００５７】
界面封止層１０３の厚さは特に限定されず、例えば、1nm〜1μｍとしてよく、特に10nm〜500nmとしてよい。この範囲内の厚さの界面封止層１０３は、気体の空洞１１０への進入を有効に防止する。
【００５８】
図５に示す形態のＭＥＭＳ素子４００は、半導体製造等において用いられている薄膜形成プロセスおよびパターニングプロセスにより、製造することができる。具体的には、ＭＥＭＳ素子４００は、実施の形態１で説明した手順とほぼ同じ手順に従って製造することができる。界面封止層１０３は、支持層１０８を形成した後に形成される。図９（ａ）に示すように、界面封止層１０３を形成した後に、コンタクト構造体１３０を形成するための開口部が形成される。
【００５９】
（実施の形態５）
実施の形態５として、実施の形態１の変形例であって、界面封止層１０１が封止層１０５と多孔質層１０６との間に形成されており、封止層１０５が２つの層から構成されており、かつ、封止層１０５の側面が気体遮蔽層１０４で被覆されている構成を説明する。
【００６０】
図６は、本実施の形態におけるＭＥＭＳ素子５００の一部を示し、具体的にはＭＥＭＳ素子用封止の構成を示す横断面図である。図６に示すＭＥＭＳ素子５００は、図１に示す素子において、封止層１０５が２つの層から構成され、かつ封止層１０５の側面に気体遮蔽層１０４が設けられている点を除いては同じ構成を有する。封止層１０５の側面は、基板３０１の表面に平行な方向で封止層１０５を規定する２つの面の間に位置する面である。封止層１０５は、厚さが大きく、かつ良好な質の膜となるように、同じ材料からなる２つの層で形成されている。
【００６１】
封止層１０５が同じ材料からなる複数の層で形成される場合、層と層との間の界面１０５１に他の材料からなる層を形成すると、膜としての同一性を保持して、厚い膜を形成することが困難となることがある。したがって、封止層１０５を複数の層で形成する場合に、層と層との間に界面封止層を形成するよりは、むしろ界面が露出している部分を気体が通過しにくい材料で覆うことが好ましい場合もある。また、封止層１０５の内部を通過して、気体が空洞１１０に進入することもある。気体遮蔽層１０４は、封止層１０５の界面１０５１、および封止層１０５の内部を通過して、気体が空洞１１０に進入することを防止している。気体遮蔽層１０４を設けることにより、空洞１１０の気密封止がより良好に保持され、ＭＥＭＳ素子５００の寿命をより長くすることができる。
【００６２】
この形態においては、図示したように、封止層１０５の側面が傾斜していてよい。その場合、気体遮蔽層１０４を形成するときに均一な層が形成される。
【００６３】
気体遮蔽層１０４は、外部からの気体の進入を防止または軽減する材料からなってよい。具体的には、気体遮蔽層１０４は、実施の形態１において、界面封止層１０１の材料として例示した１もしくは複数の材料、または金属系材料（例えば、アルミニウム、もしくはアルミニウムとシリコンゲルコニウムとの合金）を含む、または当該１もしくは複数の材料から実質的になる層であってよい。電極パッド２０２が例えば、アルミニウムからなる場合、気体遮蔽層１０４もまた、アルミニウムからなってよい。電極パッド２０２および気体遮蔽層１０４の材料を共通にすることによって、電極パッド２０２および気体遮蔽層１０４を同一のプロセスで形成することができ、製造プロセスを簡素化できる。気体遮蔽層１０４は、他の形態（例えば、前述の実施の形態１〜４）のＭＥＭＳ素子においても形成してよい。
【００６４】
図６に示す形態のＭＥＭＳ素子５００は、半導体製造等において用いられている薄膜形成プロセスおよびパターニングプロセスにより、製造することができる。具体的には、ＭＥＭＳ素子５００は、実施の形態１で説明した手順とほぼ同じ手順に従って製造することができる。気体遮蔽層１０４は、蓋層の上側層１０７Ｂおよび電極パッド２０２を形成するときに、同時に形成することができる。
【００６５】
（実施の形態６）
実施の形態６として、界面封止層１０１に加えて、界面封止層１０５５が形成されたＭＥＭＳ素子を説明する。具体的には、実施の形態６においては、図６Ｂに示すように、ＭＥＭＳ構造体２０１を基板３０１とともに封止する積層構造体１２０が、支持層１０８、１０９、および封止層１０５を含み、封止層１０５が２つの層１０５Ａ、１０５Ｂから構成されており、界面封止層１０５５が、封止層１０５を構成する２つの層１０５Ａ、１０５Ｂの間に設けられている。
【００６６】
図６Ｂは、本実施の形態におけるＭＥＭＳ素子５００Ｂの一部を示し、具体的にはＭＥＭＳ素子用封止の構成を示す横断面図である。図６に示すＭＥＭＳ素子は、図１に示す素子において、封止層１０５が２つの層１０５Ａ、および１０５Ｂからなる点、ならびに界面封止層１０１に加えて界面封止層１０５５が設けられている点を除いては同じ構成を有する。界面封止層１０５５は、封止層１０５を構成する２つの層１０５Ａおよび１０５Ｂの界面に形成されて、これらの層の間で、基板３０１の表面に平行な方向において、気体の通路（リーク経路）が形成されることを防止する。界面封止層１０５５は、封止層１０５を異なる材料からなる複数の層で形成する場合に特に有効である。
【００６７】
界面封止層１０５５は、封止層１０５を構成する２つの層１０５Ａおよび１０５Ｂのいずれよりも緻密な層であり、実施の形態１で界面封止層１０１の材料として例示した１または複数の材料を含む、または当該１または複数の材料から実質的になるものであってよい。例えば、封止層１０５を構成する２つの層がいずれもシリコンゲルマニウムで形成されている場合、緻密で強度が高いチタン／窒化チタンの積層膜としてよい。
【００６８】
界面封止層１０５５の厚さは特に限定されず、例えば、1nm〜1μｍとしてよく、特に10nm〜100nmとしてよい。この範囲内の厚さの界面封止層１０５５は、気体の空洞１１０への進入を有効に防止する。
【００６９】
図６Ｂに示す形態のＭＥＭＳ素子５００Ｂは、半導体製造等において用いられている薄膜形成プロセスおよびパターニングプロセスにより、製造することができる。具体的には、ＭＥＭＳ素子５００Ｂは、実施の形態１で説明した手順とほぼ同じ手順に従って製造することができる。界面封止層１０５５は、下側の封止層を形成した後に形成される。
【００７０】
（実施の形態７）
実施の形態７として、実施の形態１、実施の形態３、実施の形態４および実施の形態５で説明した界面封止層１０１、１０２、および１０３、ならびに気体遮蔽層１０４を具備した構成を説明する。図７は、本実施の形態におけるＭＥＭＳ素子６００の一部を示し、ＭＥＭＳ素子用封止の構成を示す横断面図である。
【００７１】
各界面封止層１０１、１０２、および１０３、ならびに気体遮蔽層１０４は実施の形態１、３、４および５で説明したとおりであるから、ここではその説明を省略する。この実施の形態は、より多くの界面封止層を有するので、空洞１１０の気密封止をより良好に保持し、ＭＥＭＳ素子の寿命をより長くすることができる。
【００７２】
図７に示すＭＥＭＳ素子６００は、半導体製造等において用いられている薄膜形成プロセスおよびエッチングプロセスにより、製造することができる。具体的には、図９（ａ）〜図９（ｅ）に示す手順に従って製造される。各層の形成方法は、実施の形態１、３、４および５で説明したとおりであるから、ここではその説明を省略する。
【００７３】
本発明は実施の形態１〜７に限定されない。他の形態において、ＭＥＭＳ構造体は、基板の厚さ方向に振動する可動部と、この可動部に近接して位置する電極を有するものであってよい。また、実施の形態１〜６を２以上組み合わせてよい。
【００７４】
実施の形態１〜７のＭＥＭＳ素子は、例えば、スイッチ素子、共振器、フィルタ、発振器、ジャイロスコープ、圧力センサ、および質量検出素子等のデバイス、ならびにそれらを用いた電機機器に広く適用され得る。電気機器は、例えば、携帯電話などである。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明の実施形態はいずれも、高度に気密封止された空洞にＭＥＭＳ構造体が配置されるＭＥＭＳ素子に適用することができ、例えば、ＭＥＭＳ共振器、ＭＥＭＳ発振器、およびＭＥＭＳ圧力センサとして有用である。
【符号の説明】
【００７６】
１００、２００、３００、４００、５００、６００ ＭＥＭＳ素子
１０１、１０１１、１０２、１０３ 界面封止層
１０４ 気体遮蔽層
１０５ 封止層
１０５１ 界面
１０６ 多孔質層
１０７ 蓋層
１０８、１０９ 支持層
１１０ 空洞
１４０ スルーホール
１５０ 微小な孔
２０１ ＭＥＭＳ構造体
２０２ 電極パッド
３０１ 基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ素子およびそれを用いた電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ素子（MEMS：Micro Electro Mechanical Systems：微小電気機械システムまたは微小電気機械装置）は、高周波／無線、光、加速度センサ、バイオ、およびパワーなど、多くの分野において応用が期待されている。例えば、発振器などに用いられるMEMS素子として、MEMS共振器が開発されている。MEMS共振器の利点は、従来の水晶共振器などと比較して、半導体製造方法と親和性を有する方法で製造可能であり、小型化、集積化、および低コスト化が実現可能であることである。このため、MEMS共振器の開発は、発振器の小型化に大きく貢献する技術として期待されている。
【０００３】
MEMS素子を実用化する上において、封止技術が重要な開発要素の一つとなっている。封止技術はMEMS素子の高信頼性化に貢献する技術であり、封止内部の雰囲気制御、および外界の汚染物質からのMEMS素子の保護のために重要である。例えば、MEMS共振器においては、気体粘性により振動エネルギーの減衰（Squeeze film dumping）が発生し、共振の尖鋭度を示すQ値（Quality factor）が減少する。そのため、高Q値特性を実現するためにMEMS共振器を真空封止する、即ち、MEMS共振器の周囲を真空にすることが求められる。
【０００４】
このように、MEMS素子は空洞を有する特有な構造をしているものが多く、MEMS素子専用の封止技術が開発されている。封止技術は、接合した蓋基板により封止する接合封止、および薄膜プロセスにより薄膜を覆い被せて封止する薄膜封止に大別される。薄膜封止は、MEMS素子を製造するプロセスと連続する薄膜プロセスにより実現可能であり、封止技術の低コスト化を実現する技術として期待されている。
【０００５】
特許文献１には、シリコン窒化膜などの耐酸性の膜の開口部からエッチング液を接触させて空洞を形成し、その後に開口部を樹脂または板状部材で塞ぐ封止技術が開示されている。
【０００６】
特許文献２には、空洞形成膜の貫通孔からエッチング液を用いて空洞を形成し、空洞形成膜の全体にＳｉＯ２またはＳｉＮ等からなる封止膜を形成して封止する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２２２９５６号公報
【特許文献２】特開２００８−１３７１３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、長期間にわたって気密状態を保持でき、それにより寿命が長くなるＭＥＭＳ素子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】
【０００９】
本発明の一実施形態に係る微小電気機械素子は、
基板と、
前記基板上に配置された可動部を含むＭＥＭＳ構造体と、
前記基板上に積層され、前記ＭＥＭＳ構造体を内部に含む空洞を形成する複数の層を含む積層構造体と、
を有し、
前記ＭＥＭＳ構造体は前記基板および前記積層構造体により、空洞内に気密封止されている、
ＭＥＭＳ素子であって、
前記積層構造体が、
前記空洞の前記基板の表面と平行な方向の形状および寸法を規定する支持層、
前記支持層の表面に配置され、前記空洞を形成するために用いられたエッチングホールを有する封止層、
前記封止層の表面に配置された蓋層
前記封止層と前記蓋層との間に配置され、前記エッチングホールを覆う多孔質層、および
前記封止層と前記多孔質層との間に、前記封止層と前記多孔質層に接して配置されている、前記封止層および前記多孔質層のいずれよりも緻密である、界面封止層
を有する、
ＭＥＭＳ素子である
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一実施形態によれば、封止された空洞を有するＭＥＭＳ素子において、高い気密性を長期間にわたって維持することができ、したがって、ＭＥＭＳ素子の長寿命化を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１におけるＭＥＭＳ素子の構成を示す横断面図
【図２Ａ】実施の形態１におけるＭＥＭＳ素子において、封止層１０５、界面封止層１０１および多孔質層１０６の部分を拡大して示す横断面図
【図２Ｂ】実施の形態１の変形例におけるＭＥＭＳ素子において、封止層１０５、界面封止層１０１および多孔質層１０６の部分を拡大して示す横断面図
【図３】実施の形態２におけるＭＥＭＳ素子の構成を示す横断面図
【図４】実施の形態３におけるＭＥＭＳ素子の構成を示す横断面図
【図５】実施の形態４におけるＭＥＭＳ素子の構成を示す横断面図
【図６】実施の形態５におけるＭＥＭＳ素子の構成を示す横断面図
【図６Ｂ】実施の形態６におけるＭＥＭＳ素子の構成を示す横断面図
【図７】実施の形態７におけるＭＥＭＳ素子の構成を示す横断面図
【図８】実施の形態１のＭＥＭＳ素子のＱ値の経時変化を示すグラフ
【図９（ａ）】実施の形態７のＭＥＭＳ素子の製造方法の工程を示す横断面図
【図９（ｂ）】実施の形態７のＭＥＭＳ素子の製造方法の工程を示す横断面図
【図９（ｃ）】実施の形態７のＭＥＭＳ素子の製造方法の工程を示す横断面図
【図９（ｄ）】実施の形態７のＭＥＭＳ素子の製造方法の工程を示す横断面図
【図９（ｅ）】実施の形態７のＭＥＭＳ素子の製造方法の工程を示す横断面図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（本発明に係る一実施形態を得るに至った経緯）
前記背景技術の欄に記載した技術によれば、短期間であれば気密状態を保持できるが、長期間にわたって気密状態を保持することは困難である。例えば、空洞を規定する膜を積層構造体として、その厚さを大きくし、基板の厚さ方向と平行な方向における気体の流れが空洞に進入することを防止しようとしても、気密状態を十分に保持することは困難である。その理由について発明者らが鋭意検討した結果、複数の層からなる積層構造体によって空洞が形成されている場合に、積層構造体の層間の界面が、気体のリーク経路となることを見出した。すなわち、積層構造体を構成する層の表面粗さが、当該層が形成された時点で大きいことがあり、あるいは層を形成した後でエッチング処理に付されることによって大きくなることがある。そのような表面粗さの大きい層の上に別の層が形成された場合、その界面には微小な空間が形成され、それが気体のリーク経路となる。
【００１３】
本発明の一実施形態は、上記した新たな知見に基づいてなされたものであり、長期間にわたって気密状態を保持でき、それにより寿命が長くなるＭＥＭＳ素子を提供することを目的とする。
【００１４】
（態様１）
態様１は、
基板と、
前記基板上に配置された可動部を含むＭＥＭＳ構造体と、
前記基板上に積層され、前記ＭＥＭＳ構造体を内部に含む空洞を形成する複数の層を含む積層構造体と、
を有し、
前記ＭＥＭＳ構造体は前記基板および前記積層構造体により、空洞内に気密封止されている、
ＭＥＭＳ素子であって、
前記積層構造体が、
前記空洞の前記基板の表面と平行な方向の形状および寸法を規定する支持層、
前記支持層の表面に配置され、前記空洞を形成するために用いられたエッチングホールを有する封止層、
前記封止層の表面に配置された蓋層
前記封止層と前記蓋層との間に配置され、前記エッチングホールを覆う多孔質層、および
前記封止層と前記多孔質層との間に、前記封止層と前記多孔質層に接して配置されている、前記封止層および前記多孔質層のいずれよりも緻密である、界面封止層
を有する、
ＭＥＭＳ素子である。
【００１５】
態様１のＭＥＭＳ素子は、封止構造である積層構造体が、封止層、蓋層、および多孔質層を有し、封止層と多孔質層の界面に界面封止層が配置されていることを特徴とする。この界面封止層は、気体が、封止層と多孔質層との界面を経由して、真空にされた空洞内に入り込むことを防止または軽減し、積層構造体による高い気密性を長期間維持することを可能にする。よって、態様１によれば、ＭＥＭＳ素子の長寿命化を実現することが可能となる。
【００１６】
（態様２）
態様２は、前記界面封止層が、前記基板に垂直な方向から見て、前記封止層において前記空洞と連通している部分の外縁または前記空洞と連通している部分を内部に含む領域の外縁を囲んでいる、態様１のＭＥＭＳ素子である。
【００１７】
（態様３）
態様３は、前記封止層および前記多孔質層がシリコンを含む層である、態様１または２のＭＥＭＳ素子である。
【００１８】
シリコンを含む層と層との間にて、気体の漏れが生じやすいから、封止層および多孔質層がともにシリコンを含む場合には界面封止層による効果がより顕著に得られる。シリコンを含む層は、シリコンを単体として含んでよく、あるいはシリコンを化合物の形態で含んでよい。
【００１９】
（態様４）
態様４は、前記界面封止層が、酸化チタン、酸化タンタル、酸化アルミニウム、酸化シリコン、窒化チタン、窒化タンタル、チタン、シリコンカーバイド、アルミニウムとシリコンゲルマニウムの合金、および窒化シリコンから選択される１または複数の材料を含む、態様１または２のＭＥＭＳ素子である。これらの材料は緻密な膜を形成する。
【００２０】
（態様５）
態様５は、別の界面封止層をさらに有し、前記別の界面封止層が前記支持層と前記封止層との間に配置されており、前記支持層と前記封止層のいずれよりも緻密である、態様１〜４のいずれかのＭＥＭＳ素子である。
【００２１】
（態様６）
態様６は、
前記封止層が、前記支持層の表面の一部に配置されて、前記支持層の表面が前記封止層で覆われていない領域を有し、
前記別の界面封止層が、前記支持層と前記封止層との間の界面から延在して、前記封止層で覆われていない前記支持層の表面を覆っている、
態様５のＭＥＭＳ素子である。
【００２２】
（態様７）
態様７は、
前記封止層が２以上の層からなり、
前記封止層の前記基板の表面と平行な２つの面の間に位置する、前記封止層の側面が、気体遮蔽層で覆われている、態様１〜６のいずれかのＭＥＭＳ素子である。
（態様８）
態様８は、態様１〜７のいずれかのＭＥＭＳ素子を含む電気機器である。
【００２３】
次に、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図面において、同じ要素または部材には同じ番号を付し、以下の説明において、同じ要素または部材について重複する説明を省略することがある。
【００２４】
（実施の形態１）
実施の形態１として、基板３０１とともに積層構造体１２０がＭＥＭＳ構造体２０１を封止し、積層構造体１２０が、支持層１０８、１０９、封止層１０５、多孔質層１０６および蓋層１０７を含む構成を説明する。本実施の形態において、界面封止層１０１は、封止層１０５と、多孔質層１０６との間に形成されている。
【００２５】
図１は、本実施の形態におけるＭＥＭＳ素子の一部を示し、具体的にはＭＥＭＳ素子用封止の構成を示す横断面図である。図１に示すＭＥＭＳ素子１００は、積層構造体１２０と、基板３０１上に形成されたＭＥＭＳ構造体２０１と、電極パッド２０２がその表面に形成されたコンタクト構造体１３０とを具備する。図示した形態において、ＭＥＭＳ構造体は、機械的振動を行う、断面が略三角形である梁構造体の可動部、および可動部に近接して位置する電極を有する。この可動部は、断面のおよそ重心を回転中心としてねじり振動を行う。
【００２６】
ＭＥＭＳ構造体２０１は、支持層１０９、支持層１０８、封止層１０５、および蓋層１０７の薄膜に覆われる形で封止されており、封止内部には空洞１１０が形成されている。支持層１０８および支持層１０９は、ＭＥＭＳ構造体２０１の可動部および電極を支持する役割をし、基板３０１の表面に平行な方向において、空洞１１０の形状および寸法を規定している。支持層１０８および１０９はともに、封止層１０５が形成されていない状態で、基板３０１側と反対の側に開いた空間を形成する。封止層１０５は、支持層１０８および１０９により形成された空間を、基板３０１の厚さ方向で封止するために設けられる。封止層１０５は、図示するように空洞１１０と連通しているスルーホール１４０を有している。このスルーホール１４０は、空洞１１０を犠牲層エッチングにより形成する際に用いられた孔である。封止層１０５は、例えば、シリコンを含む材料からなり、具体的には、シリコンゲルマニウム、窒化シリコン等からなる。
【００２７】
多孔質層１０６は、封止層１０５の表面であって、スルーホール１４０が形成された領域を覆う領域に設けられている。蓋層１０７は、封止層１０５の表面であって、かつ多孔質層１０６の表面を覆う領域に配置されている。図示するように、蓋層１０７は二層構成を有し、下側層１０７Ａは、多孔質層１０６の表面に設けられ、上側層１０７Ｂは、多孔質層１０６よりも広い領域に設けられて、一部は封止層１０５の表面と接している。
【００２８】
多孔質層１０６は、空洞１１０を形成する前に形成される。エッチングガスは、この多孔質層１０６およびスルーホール１４０を経由し、支持層１０８、１０９の材料と反応して、空洞１１０を形成する。蓋層１０７は、空洞１１０を形成した後に形成される。蓋層１０７を形成する際に、蓋層１０７を構成する材料（またはそれを構成する原子）が、空洞１１０内に入ると、当該材料がＭＥＭＳ構造体２０１に付着し、ＭＥＭＳ素子１００の機能を阻害することがある。多孔質層１０６は蓋層１０７の材料の空洞１１０内への進入を防止するために設けられる。したがって、多孔質層１０６は、空洞１１０形成用のエッチングガスを通し、かつ蓋層１０７の材料を通さないように、材料および成膜方法を選択して形成される。多孔質層１０６は、例えば、シリコンゲルマニウム等のシリコンを含む材料からなる多孔質膜であり、あるいは、酸化アルミニウムなどを含む材料からなる、多孔質膜である。
【００２９】
多孔質層１０６は、その多孔性のために、封止層１０５の表面に直接形成されると、封止層１０５に密に接触せず、それらの界面には、基板３０１の表面に平行な方向において気体が通過する、気体の通路（リーク経路）が形成されやすい。そのような通路を介して気体が空洞１１０内に進入すると、空洞１１０内の真空度が低下して、例えば、ＭＥＭＳ素子を共振器として用いる場合、Ｑ値が低下する。そこで、この実施の形態においては、封止層１０５と多孔質層１０６との間に、界面封止層１０１が形成されて、気体の通路を排除している。界面封止層１０１が形成された、封止層１０５と多孔質層１０６との界面を図２Ａに拡大して示す。界面封止層１０１のスルーホール１４０の直上に位置する箇所には、エッチングガスが通過できる微小な孔１５０が設けられる（この微小な孔１５０は、図１には示しておらず、図２Ａに示している）。より具体的には、界面封止層１０１を形成してから、あるいは形成する際に、微小な孔１５０が設けられる。そのため、多孔質層１０６を半導体製造等において用いられている薄膜形成プロセスで形成すると、微小な孔１５０の全部または一部が多孔質層１０６の材料で充填されることがある（図２Ａにおいては、微小な孔１５０全体に多孔質層１０６の材料が充填されている。）
【００３０】
あるいは、実施の形態１の変形例において、界面封止層１０１は、スルーホール１４０の直上だけでなく、その周辺を含む領域を除く部分にて、封止層１０５と接するように形成されてよい。即ち、界面封止層１０１は、基板３０１の表面に垂直な方向から見て、空洞１１０と連通するスルーホール１４０を含む領域の外縁を囲むように形成されてよい。例えば、図２Ｂに示すように、界面封止層１０１は、基板３０１の表面と平行な方向において、封止層１０５と多孔質層１０６とが重なりあっている領域の周縁部にのみ位置するように形成されている。これは、スルーホールが通常、封止層１０５の中央領域に形成されることによる。気体のリークは、界面封止層１０１がスルーホール１４０を内部に含む中央領域の外縁を囲むように位置していても防止され得る。界面封止層１０１が形成されていない領域の一部または全部には、多孔質層１０６の材料が充填されていてよい。
【００３１】
界面封止層１０１は、封止層１０５および多孔質層１０６のいずれよりも緻密な層である。ここで「封止層１０５および多孔質層１０６のいずれよりも緻密な層」とは、それを封止層１０５と多孔質層１０６との間に、それらの層に接して配置したときに、それを封止層１０５と多孔質層１０６との間に配置しなかったときよりも、気体の空洞内への進入を抑制する層である。緻密な層は、膜を形成したときに結晶欠陥が形成されにくい、および膜を形成したときに粒子と粒子との界面で空隙が形成されにくい等、膜を形成したときに欠陥が形成されにくい材料からなる。
【００３２】
界面封止層１０１は、具体的には、酸化チタン、酸化タンタル、酸化アルミニウム、酸化シリコン、窒化チタン、窒化タンタル、チタン、シリコンカーバイド、アルミニウムとシリコンゲルマニウムの合金、および窒化シリコンから選択される１または複数の材料を含む、または当該１または複数の材料から実質的になる層であってよい。「実質的になる」という用語は、不純物程度の他の元素を含んでよい意味で用いられる。複数の材料を用いる場合、それらは積層された形態で使用されてよい。これらの材料は、緻密な層を形成しやすく、特にシリコンを含む層よりも緻密な層を与えやすい。したがって、封止層１０５および多孔質層１０６がともにシリコン（Ｓｉ）を含む層である場合、界面封止層１０１はこれらの材料から選択された１または複数の材料を含む、または当該材料から実質的になる層としてよく、例えば、チタン／窒化チタンの積層膜であってよい。チタン／窒化チタンの積層膜は、緻密であり、かつ強度が高い。
【００３３】
界面封止層１０１の厚さは特に限定されず、例えば、1nm〜1μｍとしてよく、特に10nm〜100nmとしてよい。この範囲内の厚さの界面封止層１０１は、気体の空洞１１０への進入を有効に防止する。
【００３４】
図８は、本実施の形態１で採用するＭＥＭＳ素子用封止の気密性を示すグラフである。図８は、図１に示す構成のＭＥＭＳ素子を、相対湿度85%、温度85℃の雰囲気中で保存したときの、Ｑ値の経時変化を示す試験データである。気密性が低下して気体が空洞内に進入すると、Ｑ値が低下するので、Ｑ値の経時変化から気密性の経時変化が分かる。このＭＥＭＳ素子は、約1箇月間、高Q値（150,000）を維持しており、高い気密性を長期間維持することが可能である。したがって、かかる構成によれば、ＭＥＭＳ素子の長寿命化を実現することが可能となる。
【００３５】
試験は、図１において、封止層１０５を厚さ4μｍのシリコンゲルマニウムからなる層とし、多孔質層１０６をシリコンゲルマニウムからなる層とし、界面封止層１０１として、厚さ5nm／10nmのチタン／窒化チタンの積層膜を設けた構成のＭＥＭＳ素子を用いて実施した。ＭＥＭＳ素子において、ＭＥＭＳ構造体２０１は、断面が約6.4μｍ２である略三角形の可動部を有し、空洞１１０の容積は、約13200μｍ３である。また、同じ構成を有するが、界面封止層１０１が設けられていないＭＥＭＳ素子を同じ条件で保存すると、30日経過時では特性が劣化し、Q値の見積もりが困難となる。
【００３６】
図１に示す構成のＭＥＭＳ素子１００は、半導体製造等において用いられている薄膜形成プロセス（スパッタリング法、ＣＶＤ法、または蒸着法等）およびパターニングプロセスにより、製造することができる。その手順は、図９（ａ）〜図９（ｅ）に示すとおりである。但し、図９（ａ）〜図９（ｅ）は、封止層１０５と多孔質層１０６との間だけでなく、他の層と層との間にも界面封止層が設けられた構成（具体的には後述する実施の形態７）のＭＥＭＳ素子を製造する方法を示しており、図１に示されない要素を含む。図１に示す構成のＭＥＭＳ素子の製造においては、図９（ａ）〜図９（ｅ）において、符号１０２、１０３、および１０４で示される層は形成されない。また、図９（ａ）〜（ｅ）において、符号１０５１は、封止層１０５を２層構成とするときに形成される界面を示す。
【００３７】
具体的には、まず、基板３０１上に、支持層１０９、ＭＥＭＳ構造体２０１、および支持層１０８をこの順形成した後、フォトリソグラフィー、およびエッチングなどのプロセスにより、支持層１０８、１０９をパターニングする。パターニングにより、ＭＥＭＳ構造体２０１を外部の要素と電気的に接続するコンタクト構造体を形成するための開口部を形成する。基板３０１は、シリコン等からなり、支持層１０８、および１０９は、酸化シリコン等からなる。
【００３８】
次に、封止層１０５を形成する。封止層１０５は、単層構造であってもよく、あるいは積層構造であってもよい。封止層１０５が積層構造である場合、同じ材料からなる２以上の層が積層されていてよい。例えば、封止層１０５を厚い層として形成する場合には、薄膜形成プロセスを繰り返し実施してよい。薄膜形成プロセスを繰り返して形成した層は、１回のプロセスで形成した同じ厚さの層よりも、一般に良質である。続いて、封止層１０５にスルーホールを形成し、スルーホールを、支持層１０８および１０９と同質の材料で充填する。図９（ｂ）は、スルーホールに支持層１０８および１０９と同質の材料が充填された状態を示す。
【００３９】
次に、図９（ｃ）に示すように、界面封止層１０１、および多孔質層１０６を形成した後、犠牲層エッチングにより支持層１０８および１０９の一部を除去して、空洞１１０を形成する。支持層１０８および１０９の一部を除去すること（除去される部分が空洞１１０を形成する犠牲層である）は、エッチャントを、多孔質層１０６を介してエッチングホールから導入し、ＭＥＭＳ構造体２０１の周囲の支持層１０８および１０９をエッチングする方法で実施する。
【００４０】
空洞１１０を形成した後、蓋層１０７の下側層１０７Ａを形成する。下側層１０７Ａを形成した後、フォトリソグラフィー、およびエッチングなどのプロセスにより、界面封止層１０１、多孔質層１０６、および下側層１０７Ａをパターニングする。空洞１１０の雰囲気は、蓋層１０７（図では蓋層１０７の下側層１０７Ａ）の形成方法により制御される。蓋層１０７は、アルミニウム等の金属からなり、スパッタリング法により形成される。この場合、空洞１１０において、アルゴン約1Paの高い真空度を達成することが可能であり、この状態でＭＥＭＳ構造体２０１は空洞１１０内に封止される。パターニングにより、界面封止層１０１は、封止層１０５と多孔質層１０６との間の界面以外の他の領域からは除去される。界面封止層１０１および多孔質層１０６が除去された領域の一部は、後述するようにコンタクト構造体１３０を構成し、電極パッド２０２との間で良好な接触を形成する。
【００４１】
次に、封止層１０５を、フォトリソグラフィー、およびエッチングなどのプロセスによりパターニングして、封止部材である積層構造体１２０と、電極パッドが形成されるコンタクト構造体１３０とを分離する。図９（ｄ）は、パターニング後の状態を示す。
【００４２】
次に、電極パッド２０２を、導電性材料を用いた薄膜形成プロセス、フォトリソグラフィープロセスおよびエッチングプロセスにより形成する。図９（ｅ）は、電極パッド２１０が形成された状態を示す。電極パッド２０２の形成と同時に、蓋層１０７の上側層１０７Ｂが形成される。蓋層１０７の上側層１０７Ｂは下側層１０７Ａよりも広い領域に形成される。図１に示す構成のＭＥＭＳ素子は、前述のとおり、図９（ｅ）に示す符号１０４の要素（後述する気体遮蔽層）を有しておらず、したがって、この要素は形成されない。
【００４３】
（実施の形態２）
実施の形態２として、基板３０１とともに積層構造体１２０がＭＥＭＳ構造体２０１を封止し、積層構造体１２０が、支持層１０８、１０９、封止層１０５、多孔質層１０６および蓋層１０７を含む構成を説明する。本実施の形態は、封止層１０５と多孔質層１０６との間に形成された界面封止層１０１に加えて、封止層１０５と蓋層１０７との間に形成された界面封止層１０１１を有する。
【００４４】
図３は、本実施の形態におけるＭＥＭＳ素子２００の一部を示し、具体的にはＭＥＭＳ素子用封止の構成を示す横断面図である。図３に示すＭＥＭＳ素子２００は、図１に示すＭＥＭＳ素子１００と、界面封止層１０１に加えて、界面封止層１０１１が設けられている点を除いては同じ構成を有する。界面封止層１０１１は、封止層１０５と蓋層１０７の界面に形成されて、封止層１０５と蓋層１０７との間で、基板３０１の表面に平行な方向において気体の通路（リーク経路）が形成されることを防止する。界面封止層１０１１は、後述のように、蓋層の下側層１０７Ａを形成してから、蓋層の上側層１０７Ｂを形成する前に形成されるので、下側層１０７Ａと上側層１０７Ｂとの間にも位置する。
【００４５】
界面封止層１０１１は、封止層１０５および蓋層１０７のいずれよりも緻密な層であり、実施の形態１で界面封止層１０１の材料として例示した１または複数の材料を含む、または当該１または複数の材料から実質的になるものであってよい。例えば、界面封止層１０１１は、封止層１０５がシリコンゲルマニウムで形成され、蓋層１０７がアルミニウムで形成されている場合、緻密で強度が高いチタン／窒化チタンの積層膜であってよい。
【００４６】
界面封止層１０１１の厚さは特に限定されず、例えば、1nm〜1μｍとしてよく、特に10nm〜100nmとしてよい。この範囲内の厚さの界面封止層１０１１は、気体の空洞１１０への進入を有効に防止する。
【００４７】
図３に示す構成のＭＥＭＳ素子２００は、半導体製造等において用いられている薄膜形成プロセスおよびパターニングプロセスにより、製造することができる。具体的には、ＭＥＭＳ素子２００は、実施の形態１で説明した手順とほぼ同じ手順に従って製造することができる。界面封止層１０１１は、蓋層１０７の下側層１０７Ａを形成し、フォトリソグラフィー、およびエッチングなどのプロセスにより、界面封止層１０１、多孔質層１０６、および下側層１０７Ａをパターニングした後に形成される。界面封止層１０１１の形成直後において、界面封止層１０１１は、図９（ｄ）において、蓋層１０７の下側層１０７Ａの表面、封止層１０５の表面、およびコンタクト構造体１３０の表面に形成されている。蓋層１０７の上側層１０７Ｂを形成する前に、界面封止層１０１１はパターニングされて、所望の領域のみを覆うようにする。
【００４８】
（実施の形態３）
実施の形態３として、基板３０１とともに積層構造体１２０がＭＥＭＳ構造体２０１を封止し、積層構造体１２０が支持層１０８、１０９、および封止層１０５を含む構成を説明する。本実施の形態は、封止層１０５と多孔質層１０６との間に形成された界面封止層１０１に加えて、支持層１０８と、封止層１０５との間に形成された界面封止層１０２を有する。
【００４９】
図４は、本実施の形態におけるＭＥＭＳ素子３００の一部を示し、具体的にはＭＥＭＳ素子用封止の構成を示す横断面図である。図４に示すＭＥＭＳ素子３００は、図１に示すＭＥＭＳ素子１００と、界面封止層１０１に加えて、界面封止層１０２が設けられている点を除いては同じ構成を有する。界面封止層１０２は、支持層１０８と封止層１０５の界面に形成されて、支持層１０８と封止層１０５との間で、基板３０１の表面に平行な方向において、気体の通路（リーク経路）が形成されることを防止する。界面封止層１０２は、後述のように、支持層１０８、１０９を形成した後、コンタクト構造体１３０を形成するための開口部を形成した後に形成されるので、コンタクト構造体１３０と支持層１０８との間にも位置する。
【００５０】
界面封止層１０２は、支持層１０８および封止層１０５のいずれよりも緻密な層であり、実施の形態１で界面封止層１０１の材料として例示した１または複数の材料を含む、または当該１または複数の材料から実質的になるものであってよい。界面封止層１０２は、図示するように、ＭＥＭＳ構造体２０１の電極およびコンタクト構造体１３０と接するので、導電体で形成してよい。例えば、界面封止層１０２の材料は、支持層１０８が酸化シリコンで形成され、封止層１０５がシリコンゲルマニウムで形成されている場合、緻密で強度が高いチタン／窒化チタンの積層膜としてよい。
【００５１】
界面封止層１０２の厚さは特に限定されず、例えば、1nm〜1μｍとしてよく、特に10nm〜100nmとしてよい。この範囲内の厚さの界面封止層１０２は、気体の空洞１１０への進入を有効に防止する。
【００５２】
図４に示す構成のＭＥＭＳ素子３００は、半導体製造等において用いられている薄膜形成プロセスおよびパターニングプロセスにより、製造することができる。具体的には、ＭＥＭＳ素子３００は、実施の形態１で説明した手順とほぼ同じ手順に従って製造することができる。界面封止層１０２は、コンタクト構造体１３０を形成するための開口部を形成してから形成される。界面封止層１０２は、封止層１０５をパターニングする際に、積層構造体１２０とコンタクト構造体１３０との間の支持層１０８の表面から除去されて、図９（ｄ）に示すように、２つの層の界面にのみ位置する。
【００５３】
（実施の形態４）
実施の形態４として、ＭＥＭＳ構造体２０１を基板３０１とともに封止する積層構造体１２０が、支持層１０８、１０９、および封止層１０５を含み、界面封止層１０３が、支持層１０８と封止層１０５との間に設けられ、かつ支持層１０８の表面を被覆した構成を説明する。本実施の形態は、封止層１０５と多孔質層１０６との間に形成された界面封止層１０１に加えて、支持層１０８と、封止層１０５との間に形成された界面封止層１０３を有する。
【００５４】
図５は、本実施の形態におけるＭＥＭＳ素子４００の一部を示し、具体的にはＭＥＭＳ素子用封止の構成を示す横断面図である。図５に示すＭＥＭＳ素子４００は、図１に示すＭＥＭＳ素子１００と、界面封止層１０１に加えて、界面封止層１０３が設けられている点を除いては同じ構成を有する。界面封止層１０３は、支持層１０８と封止層１０５の界面に形成されて、支持層１０８と封止層１０５との間で、基板３０１の表面に平行な方向において、気体の通路（リーク経路）が形成されることを防止する。さらに、界面封止層１０３は、支持層１０８と封止層１０５との間の界面から延在して、封止層１０５で覆われていない支持層１０８の表面を覆っている。
【００５５】
基板３０１の表面に平行な方向における空洞１１０の寸法および形状を規定する支持層１０８、１０９においては、気体が支持層それ自体の内部を通過することがある。即ち、気体が、支持層１０８の表面から入り、支持層１０８、１０９の内部を通過して、空洞１１０に至ることがある。その場合にも、空洞１１０の気密性が減じることはいうまでもない。支持層１０８の表面に位置する界面封止層１０３は、このような気体の進入を有効に抑制する役割をも果たす。
【００５６】
界面封止層１０３は、実施の形態１で界面封止層１０１の材料として例示した１または複数の材料を含む、または当該１または複数の材料から実質的になるものであってよい。界面封止層１０３は、図示するように、積層構造体１２０とコンタクト構造体１３０との間で、連続することがある。その場合、界面封止層１０３は、積層構造体とコンタクト構造体１３０とを電気的に分離するために、絶縁体で形成してよく、例えば、絶縁体の中でも緻密で強度が高いシリコンカーバイドで形成してよい。
【００５７】
界面封止層１０３の厚さは特に限定されず、例えば、1nm〜1μｍとしてよく、特に10nm〜500nmとしてよい。この範囲内の厚さの界面封止層１０３は、気体の空洞１１０への進入を有効に防止する。
【００５８】
図５に示す形態のＭＥＭＳ素子４００は、半導体製造等において用いられている薄膜形成プロセスおよびパターニングプロセスにより、製造することができる。具体的には、ＭＥＭＳ素子４００は、実施の形態１で説明した手順とほぼ同じ手順に従って製造することができる。界面封止層１０３は、支持層１０８を形成した後に形成される。図９（ａ）に示すように、界面封止層１０３を形成した後に、コンタクト構造体１３０を形成するための開口部が形成される。
【００５９】
（実施の形態５）
実施の形態５として、実施の形態１の変形例であって、界面封止層１０１が封止層１０５と多孔質層１０６との間に形成されており、封止層１０５が２つの層から構成されており、かつ、封止層１０５の側面が気体遮蔽層１０４で被覆されている構成を説明する。
【００６０】
図６は、本実施の形態におけるＭＥＭＳ素子５００の一部を示し、具体的にはＭＥＭＳ素子用封止の構成を示す横断面図である。図６に示すＭＥＭＳ素子５００は、図１に示す素子において、封止層１０５が２つの層から構成され、かつ封止層１０５の側面に気体遮蔽層１０４が設けられている点を除いては同じ構成を有する。封止層１０５の側面は、基板３０１の表面に平行な方向で封止層１０５を規定する２つの面の間に位置する面である。封止層１０５は、厚さが大きく、かつ良好な質の膜となるように、同じ材料からなる２つの層で形成されている。
【００６１】
封止層１０５が同じ材料からなる複数の層で形成される場合、層と層との間の界面１０５１に他の材料からなる層を形成すると、膜としての同一性を保持して、厚い膜を形成することが困難となることがある。したがって、封止層１０５を複数の層で形成する場合に、層と層との間に界面封止層を形成するよりは、むしろ界面が露出している部分を気体が通過しにくい材料で覆うことが好ましい場合もある。また、封止層１０５の内部を通過して、気体が空洞１１０に進入することもある。気体遮蔽層１０４は、封止層１０５の界面１０５１、および封止層１０５の内部を通過して、気体が空洞１１０に進入することを防止している。気体遮蔽層１０４を設けることにより、空洞１１０の気密封止がより良好に保持され、ＭＥＭＳ素子５００の寿命をより長くすることができる。
【００６２】
この形態においては、図示したように、封止層１０５の側面が傾斜していてよい。その場合、気体遮蔽層１０４を形成するときに均一な層が形成される。
【００６３】
気体遮蔽層１０４は、外部からの気体の進入を防止または軽減する材料からなってよい。具体的には、気体遮蔽層１０４は、実施の形態１において、界面封止層１０１の材料として例示した１もしくは複数の材料、または金属系材料（例えば、アルミニウム、もしくはアルミニウムとシリコンゲルコニウムとの合金）を含む、または当該１もしくは複数の材料から実質的になる層であってよい。電極パッド２０２が例えば、アルミニウムからなる場合、気体遮蔽層１０４もまた、アルミニウムからなってよい。電極パッド２０２および気体遮蔽層１０４の材料を共通にすることによって、電極パッド２０２および気体遮蔽層１０４を同一のプロセスで形成することができ、製造プロセスを簡素化できる。気体遮蔽層１０４は、他の形態（例えば、前述の実施の形態１〜４）のＭＥＭＳ素子においても形成してよい。
【００６４】
図６に示す形態のＭＥＭＳ素子５００は、半導体製造等において用いられている薄膜形成プロセスおよびパターニングプロセスにより、製造することができる。具体的には、ＭＥＭＳ素子５００は、実施の形態１で説明した手順とほぼ同じ手順に従って製造することができる。気体遮蔽層１０４は、蓋層の上側層１０７Ｂおよび電極パッド２０２を形成するときに、同時に形成することができる。
【００６５】
（実施の形態６）
実施の形態６として、界面封止層１０１に加えて、界面封止層１０５５が形成されたＭＥＭＳ素子を説明する。具体的には、実施の形態６においては、図６Ｂに示すように、ＭＥＭＳ構造体２０１を基板３０１とともに封止する積層構造体１２０が、支持層１０８、１０９、および封止層１０５を含み、封止層１０５が２つの層１０５Ａ、１０５Ｂから構成されており、界面封止層１０５５が、封止層１０５を構成する２つの層１０５Ａ、１０５Ｂの間に設けられている。
【００６６】
図６Ｂは、本実施の形態におけるＭＥＭＳ素子５００Ｂの一部を示し、具体的にはＭＥＭＳ素子用封止の構成を示す横断面図である。図６に示すＭＥＭＳ素子は、図１に示す素子において、封止層１０５が２つの層１０５Ａ、および１０５Ｂからなる点、ならびに界面封止層１０１に加えて界面封止層１０５５が設けられている点を除いては同じ構成を有する。界面封止層１０５５は、封止層１０５を構成する２つの層１０５Ａおよび１０５Ｂの界面に形成されて、これらの層の間で、基板３０１の表面に平行な方向において、気体の通路（リーク経路）が形成されることを防止する。界面封止層１０５５は、封止層１０５を異なる材料からなる複数の層で形成する場合に特に有効である。
【００６７】
界面封止層１０５５は、封止層１０５を構成する２つの層１０５Ａおよび１０５Ｂのいずれよりも緻密な層であり、実施の形態１で界面封止層１０１の材料として例示した１または複数の材料を含む、または当該１または複数の材料から実質的になるものであってよい。例えば、封止層１０５を構成する２つの層がいずれもシリコンゲルマニウムで形成されている場合、緻密で強度が高いチタン／窒化チタンの積層膜としてよい。
【００６８】
界面封止層１０５５の厚さは特に限定されず、例えば、1nm〜1μｍとしてよく、特に10nm〜100nmとしてよい。この範囲内の厚さの界面封止層１０５５は、気体の空洞１１０への進入を有効に防止する。
【００６９】
図６Ｂに示す形態のＭＥＭＳ素子５００Ｂは、半導体製造等において用いられている薄膜形成プロセスおよびパターニングプロセスにより、製造することができる。具体的には、ＭＥＭＳ素子５００Ｂは、実施の形態１で説明した手順とほぼ同じ手順に従って製造することができる。界面封止層１０５５は、下側の封止層を形成した後に形成される。
【００７０】
（実施の形態７）
実施の形態７として、実施の形態１、実施の形態３、実施の形態４および実施の形態５で説明した界面封止層１０１、１０２、および１０３、ならびに気体遮蔽層１０４を具備した構成を説明する。図７は、本実施の形態におけるＭＥＭＳ素子６００の一部を示し、ＭＥＭＳ素子用封止の構成を示す横断面図である。
【００７１】
各界面封止層１０１、１０２、および１０３、ならびに気体遮蔽層１０４は実施の形態１、３、４および５で説明したとおりであるから、ここではその説明を省略する。この実施の形態は、より多くの界面封止層を有するので、空洞１１０の気密封止をより良好に保持し、ＭＥＭＳ素子の寿命をより長くすることができる。
【００７２】
図７に示すＭＥＭＳ素子６００は、半導体製造等において用いられている薄膜形成プロセスおよびエッチングプロセスにより、製造することができる。具体的には、図９（ａ）〜図９（ｅ）に示す手順に従って製造される。各層の形成方法は、実施の形態１、３、４および５で説明したとおりであるから、ここではその説明を省略する。
【００７３】
本発明は実施の形態１〜７に限定されない。他の形態において、ＭＥＭＳ構造体は、基板の厚さ方向に振動する可動部と、この可動部に近接して位置する電極を有するものであってよい。また、実施の形態１〜６を２以上組み合わせてよい。
【００７４】
実施の形態１〜７のＭＥＭＳ素子は、例えば、スイッチ素子、共振器、フィルタ、発振器、ジャイロスコープ、圧力センサ、および質量検出素子等のデバイス、ならびにそれらを用いた電機機器に広く適用され得る。電気機器は、例えば、携帯電話などである。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明の実施形態はいずれも、高度に気密封止された空洞にＭＥＭＳ構造体が配置されるＭＥＭＳ素子に適用することができ、例えば、ＭＥＭＳ共振器、ＭＥＭＳ発振器、およびＭＥＭＳ圧力センサとして有用である。
【符号の説明】
【００７６】
１００、２００、３００、４００、５００、６００ ＭＥＭＳ素子
１０１、１０１１、１０２、１０３ 界面封止層
１０４ 気体遮蔽層
１０５ 封止層
１０５１ 界面
１０６ 多孔質層
１０７ 蓋層
１０８、１０９ 支持層
１１０ 空洞
１４０ スルーホール
１５０ 微小な孔
２０１ ＭＥＭＳ構造体
２０２ 電極パッド
３０１ 基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に配置された可動部を含むＭＥＭＳ構造体と、
前記基板上に積層され、前記ＭＥＭＳ構造体を内部に含む空洞を形成する複数の層を含む積層構造体と、
を有し、
前記ＭＥＭＳ構造体は前記基板および前記積層構造体により、空洞内に気密封止されている、
ＭＥＭＳ素子であって、
前記積層構造体が、
前記空洞の前記基板の表面と平行な方向の形状および寸法を規定する支持層、
前記支持層の表面に配置され、前記空洞を形成するために用いられたエッチングホールを有する封止層、
前記封止層の表面に配置された蓋層
前記封止層と前記蓋層との間に配置され、前記エッチングホールを覆う多孔質層、および
前記封止層と前記多孔質層との間に、前記封止層と前記多孔質層に接して配置されている、前記封止層および前記多孔質層のいずれよりも緻密である、界面封止層
を有する、
【請求項２】
前記界面封止層が、前記基板に垂直な方向から見て、前記封止層において前記空洞と連通している部分の外縁または前記空洞と連通している部分を内部に含む領域の外縁を囲んでいる、請求項１に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項３】
前記封止層および前記多孔質層はシリコンを含む層である、
請求項１または２に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項４】
前記界面封止層は、酸化チタン、酸化タンタル、酸化アルミニウム、酸化シリコン、窒化チタン、窒化タンタル、チタン、シリコンカーバイド、アルミニウムとシリコンゲルマニウムの合金、および窒化シリコンから選択される１または複数の材料を含む、請求項１または２に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項５】
別の界面封止層をさらに有し、前記別の界面封止層が前記支持層と前記封止層との間に配置されており、前記支持層と前記封止層のいずれよりも緻密である、
請求項１〜４のいずれか１項に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項６】
前記封止層が、前記支持層の表面の一部に配置されて、前記支持層の表面が前記封止層で覆われていない領域を有し、
前記別の界面封止層が、前記支持層と前記封止層との間の界面から延在して、前記封止層で覆われていない前記支持層の表面を覆っている、
請求項５に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項７】
前記封止層が２以上の層からなり、
前記封止層の前記基板の表面と平行な２つの面の間に位置する、前記封止層の側面が、気体遮蔽層で覆われている、請求項１〜６のいずれか１項に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のＭＥＭＳ素子を含む電気機器。
【請求項１】
基板と、
前記基板上に配置された可動部を含むＭＥＭＳ構造体と、
前記基板上に積層され、前記ＭＥＭＳ構造体を内部に含む空洞を形成する複数の層を含む積層構造体と、
を有し、
前記ＭＥＭＳ構造体は前記基板および前記積層構造体により、空洞内に気密封止されている、
ＭＥＭＳ素子であって、
前記積層構造体が、
前記空洞の前記基板の表面と平行な方向の形状および寸法を規定する支持層、
前記支持層の表面に配置され、前記空洞を形成するために用いられたエッチングホールを有する封止層、
前記封止層の表面に配置された蓋層
前記封止層と前記蓋層との間に配置され、前記エッチングホールを覆う多孔質層、および
前記封止層と前記多孔質層との間に、前記封止層と前記多孔質層に接して配置されている、前記封止層および前記多孔質層のいずれよりも緻密である、界面封止層
を有する、
【請求項２】
前記界面封止層が、前記基板に垂直な方向から見て、前記封止層において前記空洞と連通している部分の外縁または前記空洞と連通している部分を内部に含む領域の外縁を囲んでいる、請求項１に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項３】
前記封止層および前記多孔質層はシリコンを含む層である、
請求項１または２に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項４】
前記界面封止層は、酸化チタン、酸化タンタル、酸化アルミニウム、酸化シリコン、窒化チタン、窒化タンタル、チタン、シリコンカーバイド、アルミニウムとシリコンゲルマニウムの合金、および窒化シリコンから選択される１または複数の材料を含む、請求項１または２に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項５】
別の界面封止層をさらに有し、前記別の界面封止層が前記支持層と前記封止層との間に配置されており、前記支持層と前記封止層のいずれよりも緻密である、
請求項１〜４のいずれか１項に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項６】
前記封止層が、前記支持層の表面の一部に配置されて、前記支持層の表面が前記封止層で覆われていない領域を有し、
前記別の界面封止層が、前記支持層と前記封止層との間の界面から延在して、前記封止層で覆われていない前記支持層の表面を覆っている、
請求項５に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項７】
前記封止層が２以上の層からなり、
前記封止層の前記基板の表面と平行な２つの面の間に位置する、前記封止層の側面が、気体遮蔽層で覆われている、請求項１〜６のいずれか１項に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のＭＥＭＳ素子を含む電気機器。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９（ａ）】
【図９（ｂ）】
【図９（ｃ）】
【図９（ｄ）】
【図９（ｅ）】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９（ａ）】
【図９（ｂ）】
【図９（ｃ）】
【図９（ｄ）】
【図９（ｅ）】
【公開番号】特開２０１３−５９８５５（Ｐ２０１３−５９８５５Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１８１６７４（Ｐ２０１２−１８１６７４）
【出願日】平成２４年８月２０日（２０１２．８．２０）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【出願人】（５９１０６０８９８）アイメック (302)
【氏名又は名称原語表記】ＩＭＥＣ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年８月２０日（２０１２．８．２０）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【出願人】（５９１０６０８９８）アイメック (302)
【氏名又は名称原語表記】ＩＭＥＣ
【Ｆターム（参考）】
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