JP2014184536A - 電気部品およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の特性を含む構造を備えたＭＥＭＳデバイスを含む電気部品を提供すること。
【解決手段】実施形態の電気部品は、基板と、前記基板上に設けられたＭＥＭＳデバイスとを含む。前記ＭＥＭＳデバイスは、前記基板上に固定された第１電極と、前記第１電極の上方に対向して配置され、上下方向に可動である第２電極と、前記基板上に設けられ、前記第２電極を支持するためのアンカー部と、前記第２電極の上面上から前記アンカー部の上面上まで連接して形成され、前記第２電極と前記アンカー部とを接続するためのばね部とを含む。実施形態の電気部品は、さらに、前記ばね部の下面に設けられ、前記ばね部の強度を補強するための補強部材２４とを含む。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、ＭＥＭＳデバイスを含む電気部品およびその製造に関する。

可動電極と固定電極とで形成されたＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical Systems）デバイスは、低損失、高線形性の特徴を有することから次世代の携帯電話のキーデバイスとして着目されている。このため、電極部分にアルミニウム（Ａｌ）等の低抵抗の金属材料を用いることが望ましい。

ＭＥＭＳデバイスでは、電極構造を上下駆動させる必要がある。可動電極に用いられるＡｌ等は延性材料である。そのため、Ａｌ等が用いられた可動電極を繰り返して駆動させると、クリープ現象（応力による形状の変化）によって、可動電極は初期の構造を保てなく、可動電極の構造は変形する。このような構造変形は所望の特性を有する構造を備えたＭＥＭＳデバイスの実現を困難にする。

上記の構造変形の問題の発生を防止するために、Ａｌより塑性変形の小さい、例えばＷ（タングステン）等の材料を可動電極に用いることも可能である。しかし、Ｗは抵抗値が高いために、低抵抗というＭＥＭＳの特性は失われてしまう。

さらに、上記の構造変形の問題を解決するために、延性材料で構成される可動電極とそれを支える支持部（アンカー部）とを接続するばね部の材料として、脆性材料を用いる方法が提案されている。

この方法によれば、可動電極に接続されるばね部の材料は脆性材料であるため、可動電極を駆動させても、構造変形の原因であるクリープ現象は発生しないと考えられている。しかし、この方法を採用しても、構造変形の問題は発生することがある。

米国特許第７，２９９，５３８号明細書 特開２０１１−０６６１５０号公報

所望の特性を有する構造を備えたＭＥＭＳデバイスを含む電気部品およびその製造方法を提供する。

実施形態の電気部品は、基板と、前記基板上に設けられたＭＥＭＳデバイスとを具備している。前記ＭＥＭＳデバイスは、前記基板上に固定された第１電極と、前記第１電極の上方に対向して配置され、上下方向に可動である第２電極と、前記基板上に設けられ、前記第２電極を支持するためのアンカー部と、前記第２電極の上面上から前記アンカー部の上面上まで連接して形成され、前記第２電極と前記アンカー部とを接続するためのばね部とを具備している。実施形態の電気部品は、さらに、前記ばね部の下面に設けられ、前記ばね部の強度を補強するための補強部材を具備している。

実施形態の電気部品の製造方法は、基板上にＭＥＭＳデバイスを製造する方法を含む電気部品の製造方法である。前記ＭＥＭＳデバイスを製造する方法は、前記基板上に固定された第１電極を形成する工程と、全面に第１犠牲層を形成する工程と、前記第１犠牲層上に、金属層を形成する工程と、前記金属層上に、ばね部を形成する工程とを具備している。実施形態の電気部品の製造方法は、さらに、前記金属層をエッチングすることにより、前記ばね部により接続される第２電極およびアンカー部を形成し、かつ、前記ばね部の強度を補強するための補強部材を前記ばね部の下面に形成する工程を具備している。

図１は、実施形態に係るＭＥＭＳデバイスを模式的に示す平面図である。 図２は、図１の矢視II−II方向における断面図である。 図３は、実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造法を説明するための断面図である。 図４は、図３に続く実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造法を説明するための断面図である。 図５は、図４に続く実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造法を説明するための断面図である。 図６は、図５に続く実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造法を説明するための断面図である。 図７は、図６に続く実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造法を説明するための断面図である。 図８は、図７に続く実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造法を説明するための断面図である。 図９は、図８に続く実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造法を説明するための断面図である。 図１０は、図９に続く実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造法を説明するための断面図である。 図１１は、図１０に続く実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造法を説明するための断面図である。 図１２は、図１１に続く実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造法を説明するための断面図である。 図１３は、図１２に続く実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造法を説明するための断面図である。 図１４は、実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの第２アンカー部の変形例を模式的に示す断面図である。 図１５は、比較例のＭＥＭＳデバイスの製造方法の問題点を説明するための断面図である。 図１６は、図１５に続く比較例のＭＥＭＳデバイスの製造方法の問題点を説明するための断面図である。 図１７は、図１６に続く比較例のＭＥＭＳデバイスの製造方法の問題点を説明するための断面図である。 図１８は、実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの第２ばね部の他の平面パターンを模式的に示す平面図である。 図１９は、実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの第２ばね部のさらに別の平面パターンを模式的に示す平面図である。 図２０は、実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの補強部材の他のレイアウトの例を模式的に示す平面図である。 図２１は、実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの補強部材のさらに別のレイアウトの例を模式的に示す平面図である。 図２２は、実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法における金属層の等方性エッチングの条件を説明するための図。 図２３は、実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法における金属層の等方性エッチングの条件を説明するための図。 図２４は、実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの孔部の変形例を模式的に示す平面図である。

以下、図面を参照しながら実施形態を説明する。図面において、同一部分には同一の参照符号を付してあり、重複した説明は必要に応じて行う。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの構造を示す平面図である。図２は、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの構造を示す断面図であり、図１の矢視II−II方向における断面図である。

本実施形態に係るＭＥＭＳデバイスは、上部電極２０と第２アンカー部２１とを接続する第２ばね部３０が、上部電極２０の上面上から第２アンカー部２１の上面上まで連接して形成され、その間において、第２ばね部３０の下面は、なだらかに形成され、好ましくは段差なく水平に形成され、さらに、製造時（犠牲層のキュア時、犠牲層の除去時）における第２ばね部３０の変形に伴う上部電極２０の変形を抑制するために、第２ばね部３０の強度を補強するための補強部材２４が、第２ばね部３０の下面に形成されている。これにより、ＭＥＭＳデバイスにおいて、所望の特性を備えた形状の上部電極２０を形成することができる。以下に、本実施形態について詳説する。

図１および図２に示すように、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイスは、支持基板１０上の層間絶縁層１１上に設けられた下部電極１２および上部電極２０を備えている。

支持基板１０は、例えば、シリコン基板である。層間絶縁層１１は、例えば、その寄生容量を小さくするために、誘電率の低い材料で構成される。この材料は、例えば、ＳｉＨ₄ やＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate）を原料とした酸化シリコン（ＳｉＯＸ）である。また、寄生容量を小さくするためには、層間絶縁層１１は厚いほうがよく、層間絶縁層１１の厚さは、例えば、１０μｍ以上である。

支持基板１０の表面には、電界効果トランジスタなどの素子が設けられてもよい。それらの素子は、ロジック回路や記憶回路を構成する。層間絶縁層１１は、それらの回路を覆うように、支持基板１０上に設けられる。それゆえ、ＭＥＭＳデバイスは、支持基板１０上の回路の上方に設けられる。

オシレータのようなノイズの発生源になる回路は、ＭＥＭＳデバイスの動作に影響を与える。このようなノイズの影響を避けるには、例えば、ＭＥＭＳデバイスの下方に、ノイズの発生源になる回路を配置しなければよい。また、支持基板１０および層間絶縁層１１の代わりに、ガラス基板などの絶縁性基板が用いられてもよい。以下の説明において、支持基板１０および層間絶縁層１１を基板と称する場合がある。

下部電極１２は、基板上に形成され、固定される。下部電極１２は、例えば、基板の表面に平行な平板形状を有する。下部電極１２は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、Ａｌを主成分とする合金、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、または白金（Ｐｔ）で構成される。下部電極１２は、下部電極１２と同じ材料で構成された配線１４に接続されている。下部電極１２は、配線１４を介して種々の回路に接続される。下部電極１２の表面には、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ_x ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、またはｈｉｇｈ−ｋ材料で構成される絶縁層１６が形成される。

上部電極２０は、下部電極１２の上方に形成され、中空状態に支持され、上下方向（基板に対して垂直方向）に可動である。上部電極２０は、第１孔部６１および第２孔部６２を有する点を除いて、基板の表面に平行した平板形状である。

第１孔部６１は、矩形形状を有し、上部電極２０の長手方向（第１方向）に延在している。第１孔部６１は、上部電極２０の短手方向（第２の方向）における略中心部に設けられている。上部電極２０の長手方向と、第１孔部６１の長手方向（第１の方向）とは、略平行である。そのため、上部電極２０は、長手方向よりも短手方向において撓みやすい。これにより、ＭＥＭＳデバイスのプルイン電圧を低減することができる。

各第２孔部６２は、矩形形状を有し、上部電極２０の短手方向に延在している。また、複数の第２孔部６２は、第１孔部６１を挟むように、上部電極２０の周縁部と第１孔部６１との間に設けられ、そして、第１孔部６１に対して略線対称に配置されている。第２の孔部６２の長手方向と上部電極２０の長手方向とは、略直交している。

第１孔部６１および第２孔部６２のレイアウトは図１に示しされるレイアウトには限定されず、例えば、図２４に示すように、複数の第２孔部６２の一部が第１孔部６１につながっていても構わない。図２４では、上下方向に合い対する二つの第２孔部６２が一つおきに第１孔部６１につながっている。

上部電極２０は、下部電極１２に対向して配置される。すなわち、上部電極２０は、その長手方向である第１方向（図１における左右方向）およびその短手方向である第１方向に直交する第２方向（図１における上下方向）に広がる平面（基板の表面に平行した平面、以下、単に平面と称す）において、下部電極１２にオーバーラップしている。

上部電極２０は、例えばＡｌ、Ａｌを主成分とする合金、Ｃｕ、Ａｕ、またはＰｔで構成される。すなわち、上部電極２０は、延性材料で構成される。延性材料とは、その材料からなる部材に応力を与えて破壊する場合に、その部材が大きな塑性変化（延び）を生じてから破壊される材料のことである。

なお、図面において、下部電極１２および上部電極２０の平面における形状は、長方形であるが、これに限らず、正方形、円形、または楕円形であってもよい。また、平面における下部電極１２の面積は、上部電極２０の面積よりも大きいが、これに限らない。本実施形態では、簡単のために、第２ばね部３０の平面パターンはライン状としたが、これには限定されず、例えば、図１８や図１９の平面パターンでも構わない。

中空に支持された可動な上部電極２０には、第１ばね部２３および複数の第２ばね部３０が接続される。これら第１ばね部２３および第２ばね部３０は、異なる材料で構成される。第２ばね部３０の下面（底面）には第１キャップ膜２５が形成されている。

第１ばね部２３は、上部電極２０と上部電極２０を支持する第１アンカー部２２とを接続する。

より具体的には、第１ばね部２３の一端は、上部電極２０の第１方向の一端（端部）に接続される。第１ばね部２３は、例えば、上部電極２０と一体に形成される。すなわち、上部電極２０と第１ばね部２３とは、１つに繋がった単層構造であり、同レベルに形成される。第１ばね部２３は、例えば、メアンダ状の平面形状を有する。言い換えると、第１ばね部２３は、平面において、細くかつ長く形成され、曲がりくねった形状を有する。

第１ばね部２３は、例えば導電性を有する延性材料から構成され、上部電極２０と同じ材料で構成される。すなわち、第１ばね部２３は、例えばＡｌ、Ａｌを主成分とする合金、Ｃｕ、ＡｕまたはＰｔなどの金属材料で構成される。

第１ばね部２３の他端は、第１アンカー部２２に接続される。この第１アンカー部２２によって、上部電極２０が支持される。第１アンカー部２２は、例えば、第１ばね部２３と一体に形成される。このため、第１アンカー部２２は、例えば、導電性を有する延性材料から構成され、上部電極２０および第１ばね部２３と同じ材料で構成される。第１アンカー部２２は、例えばＡｌ、Ａｌを主成分とする合金、Ｃｕ、ＡｕまたはＰｔなどの金属材料で構成される。なお、第１アンカー部２２は、上部電極２０および第１ばね部２３と異なる材料で構成されてもよい。

第１アンカー部２２は、配線１５上に設けられる。配線１５は、層間絶縁層１１上に設けられる。配線１５表面は、図示せぬ絶縁層によって、覆われている。絶縁層は、例えば絶縁層１６と一体に形成される。この絶縁層には開口部が設けられ、この開口部を経由して第１アンカー部２２は、配線１５に直接接触する。すなわち、上部電極２０は、第１ばね部２３および第１アンカー部２２を介して配線１５に電気的に接続され、種々の回路に接続される。これにより、上部電極２０には、配線１５、第１アンカー部２２、および第１ばね部２３を介して電位（電圧）が供給される。

また、長方形状の上部電極２０の四隅（第１方向および第２方向の端部のそれぞれ）には、第２ばね部３０が１つずつ接続される。なお、本例では、第２ばね部３０が４個設けられているが、この個数に限定されない。第２ばね部３０は、上部電極２０と上部電極２０を支持する第２アンカー部２１とを接続する。本実施形態に係る第２ばね部３０の詳細については、後述する。

第２アンカー部２１は、ダミー層１３上に設けられる。第２アンカー部２１は、例えば導電性を有する延性材料から構成され、上部電極２０および第１ばね部２３と同じ材料で構成される。第２アンカー部２１は、例えばＡｌ、Ａｌを主成分とする合金、Ｃｕ、ＡｕまたはＰｔなどの金属材料で構成される。なお、第２アンカー部２１は、上部電極２０および第１ばね部２３と異なる材料で構成されてもよい。

ダミー層１３は、層間絶縁層１１上に設けられる。ダミー層１３表面は、例えば、絶縁層１６と一体に形成される絶縁層によって、覆われている。この絶縁層には開口部が設けられ、この開口部を経由して第２アンカー部２１は、ダミー層１３に接する。第２アンカー部２１はダミー層１３に直接接触しているが、第２アンカー部２１はダミー層１３に直接接触していなくても構わない。

なお、配線１５およびダミー層１３は、例えば下部電極１２と同じ材料で構成される。また、配線１５およびダミー層１３の厚さは、下部電極１２の厚さと同程度である。

本実施形態における第２ばね部３０は、上部電極２０の上面上から第２アンカー部２１の上面上まで連接して形成され、そして、上部電極２０の上面から第２アンカー部２１の（上部電極２０側の）エッジ部２１ｅの上面までの領域Ａにおいては段差なく水平に形成される。なお、ここは、ＭＥＭＳデバイスの動作初期状態の構造を例に説明する。

より具体的には、第２ばね部３０の一端は、第１キャップ膜２５を介して、上部電極２０上に設けられる。このため、第２ばね部３０は第１キャップ膜２５を介して上部電極の上面上に接して形成され、第２ばね部３０と上部電極２０との接合部は積層構造になっている。第２ばね部３０の他端は、第１キャップ膜２５を介して、第２アンカー部２１上に設けられる。このため、第２ばね部３０は第１キャップ膜２５を介して第２アンカー部２１の凹部を含む上面上に接して形成され、第２ばね部３０と第２アンカー部２１との接合部は積層構造になっている。この第２アンカー部２１によって、上部電極２０が支持される。

第２ばね部３０は、上部電極２０と第２アンカー部２１との間において、中空状態である。そして、第２ばね部３０は、上部電極２０の上面上、第２アンカー部２１のエッジ部２１ｅの上面上、および中空状態において、水平に形成される。言い換えると、第２ばね部３０は、上部電極２０の上面上、第２アンカー部２１のエッジ部２１ｅの上面上、および中空状態において、その下面が平坦に形成される。すなわち、上部電極２０の上面および第２アンカー部２１のエッジ部２１ｅの上面は同レベル（同等の高さ）であるため、第２ばね部３０は上部電極２０の上面上、第２アンカー部２１のエッジ部２１ｅの上面上、および中空状態において、同レベルに形成される。このため、第２ばね部３０の下面は、上部電極２０および第２アンカー部２１のエッジ部２１ｅの上面と同レベルである。言い換えると、第２ばね部３０は、上部電極２０の上面上と中空状態との界面、および第２アンカー部２１のエッジ部２１ｅの上面上と中空状態の界面において段差を有さない。なお、第２ばね部３０は、その下面のみならず、上面も平坦に形成されてもよい。この第２ばね部３０は、上部電極２０と第２アンカー部２１との間において、例えば、メアンダ状の平面形状を有している。

なお、図１４に示すように、第２アンカー部２１をプラグ状に形成すれば、第２ばね部３０の下面下の第２アンカー部２１の表面は平坦になるので、第２ばね部３０の下面は、上部電極２０の上面上、第２アンカー部２１の上面上、および、中空状態において平坦に形成される。すなわち、上部電極２０と第２アンカー部２１とを接続する第２ばね部３０は、上部電極２０の上面上から第２アンカー部２１の上面上まで連接して形成され、その間において段差なく水平に形成される。

上記構造を備えていることにより、第２ばね部３０の段差の程度は従来よりも小さくなり、段差部に起因する膜質の劣化は抑制される。したがって、第２ばね部３０が切断されたり、細く形成されることによって耐久性が劣化したりすることを抑制できる。これは、所望の特性を備えた形状の第２ばね部３０を備えたＭＥＭＳデバイスの提供に寄与する。

また、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイスは、第２ばね部３０の下面に、第２ばね部３０の強度を補強するための補強部材２４が形成されている。そのため、後述するように、第２ばね部３０の上面側を中空状態にする工程における、第２ばね部３０の湾曲等の変形を抑制することができる。これも所望の特性を備えた形状の第２ばね部３０を備えたＭＥＭＳデバイスの提供に寄与する。

また、第２ばね部３０は、例えば、脆性材料で構成される。脆性材料とは、その材料からなる部材に応力を与えて破壊する場合に、その部材が塑性変化（形状の変化）をほとんど生じないで破壊される材料のことである。脆性材料としては、例えば酸化シリコン（ＳｉＯＸ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、または酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）等が挙げられる。

脆性材料を用いた第２ばね部３０のばね定数ｋ２は、例えば、第２ばね部３０の線幅、第２ばね部３０の厚さ、および第２ばね部３０の湾曲部（フレクチャー（Flexure））のうち、少なくともいずれか１つを適宜設定することによって、延性材料を用いた第１ばね部２３のばね定数ｋ１よりも大きく設定される。なお、第２ばね部３０の脆性材料として、弾性定数が比較的大きなＳｉＮを用いることが望ましい。

本例のように、延性材料の第１ばね部２３および脆性材料の第２ばね部３０が可動な上部電極２０に接続されている場合、上部電極２０が上方に引き上げられた状態（以下、up-stateと称す）における容量電極間の間隔は、脆性材料を用いた第２ばね部３０のばね定数ｋ２によって、実質的に決定される。

脆性材料で構成される第２ばね部３０は、クリープ現象が起こりにくい。そのため、ＭＥＭＳデバイスの駆動を複数回繰り返しても、up-state時における容量電極間（上部電極２０および下部電極１２間）の間隔の変動は少ない。なお、材料のクリープ現象とは、経年変化、または、ある部材に応力が与えられたときに、部材の歪み（形状の変化）が増大する現象のことである。

延性材料で構成される第１ばね部２３は、複数回の駆動によって、クリープ現象が生じる。しかし、第１ばね部２３のばね定数ｋ１は、脆性材料を用いた第２ばね部３０のばね係数ｋ２に比較して小さく設定されている。よって、up-state時における容量電極間の間隔に、延性材料を用いた第１ばね部２３の形状の変化（たわみ）が、大きな影響を与えることはない。

このため、本例では、可動な上部電極（可動構造）２０に、導電性を有する延性材料を用いることができる。すなわち、クリープ現象を考慮せずに、抵抗率の低い材料を可動な上部電極２０に用いることができるため、ＭＥＭＳデバイスの損失を、低減できる。

［製造方法］
次に、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法について説明する。

図３乃至図１３は、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法を説明するための断面図であり、図１の矢視II−II方向における断面図である。

まず、図３に示すように、例えば、Ｐ−ＣＶＤ（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）法により、支持基板１０上に、層間絶縁層１１が形成される。層間絶縁層１１は、例えば、ＳｉＨ₄ やＴＥＯＳを原料としたＳｉＯＸで構成される。その後、例えば、スパッタ法により、層間絶縁層１１上に金属層が一様に形成される。金属層は、例えばＡｌ、Ａｌを主成分とする合金、Ｃｕ、Ａｕ、またはＰｔで構成される。

次に、例えば、リソグラフィおよびＲＩＥ（Reactive Ion Etching）により、金属層がパターニングされる。これにより、層間絶縁層１１上に、下部電極１２が形成される。また、同時に層間絶縁層１１上に、ダミー層１３、配線１４，１５が形成される。

その後、例えばＰ−ＣＶＤ法により、全面に絶縁層１６が形成される。これにより、下部電極１２、ダミー層１３、および配線１４，１５の表面が、絶縁層１６によって覆われる。絶縁層１６は、例えば、ＳｉＯＸ、ＳｉＮ、またはｈｉｇｈ−ｋ材料で構成される。

次に、図４に示すように、絶縁層１６上に、第１犠牲層１７が塗布される。第１犠牲層１７は、例えばポリイミドなどの有機材料で構成される。次に、第１犠牲層１７（塗布膜）をキュアして硬化した後、例えばリソグラフィおよびＲＩＥにより、第１犠牲層１７がパターニングされ、絶縁層１６の一部が露出する。その後、例えばＲＩＥにより、露出した絶縁層１６がエッチングされる。これにより、第１アンカー部２２および第２アンカー部２１となる箇所（配線１５およびダミー層１３の上部）に位置する第１犠牲層１７および絶縁層１６に開口部が形成され、配線１５およびダミー層１３が露出する。なお、このとき、ダミー層１３は露出されなくてもよい。

次に、図５に示すように、例えばスパッタ法により、全面に、金属層１８が形成される。より具体的には、金属層１８は、開口部外の第１犠牲層１７の上面上、開口部内の第１犠牲層１７（および絶縁層１６）の側面上、ならびに、開口部内のダミー配線１３の上面に形成される。金属層１８は、開口部の底面において、配線１５およびダミー層１３に接して形成される。金属層１８は、例えばＡｌ、Ａｌを主成分とする合金、Ｃｕ、Ａｕ、またはＰｔで構成される。この金属層１８は、後の工程において、上部電極２０、第２アンカー部２１、第１アンカー部２２、および第１ばね部２３となる層である。

次に、図６に示すように、金属層１８上に、第１キャップ膜（例えば、シリコン酸化膜）２５が形成され、その後、第１キャップ膜２５上に、例えばＰ−ＣＶＤ法により、後に第２ばね部３０となる層３０ａが形成される。層３０ａは、例えば、脆性材料で構成される。脆性材料としては、例えば、ＳｉＯＸ、ＳｉＮ、またはＳｉＯＮ等が挙げられる。

次に、図７に示すように、層３０ａ上にレジスト４０が形成された後、例えばリソグラフィによりレジスト４０がパターニングされる。このとき、第２ばね部３０が形成される領域に、レジスト４０が残存する。

次に、図８に示すように、例えばレジスト４０をマスクとしたＲＩＥにより、脆性材料で構成される層３０ａがエッチングされ、その後、第１キャップ膜２５がエッチングされる。これにより、後に形成される上部電極２０と第２アンカー部２１とを接続する第２ばね部３０が形成される。

このとき、後に上部電極２０、第２アンカー部２１、第１アンカー部２２、および第１ばね部２３を形成する金属層１８は、加工されていなく、一面に形成されている。このため、その上部に形成される第２ばね部３０の領域Ａにおいては、段差なく、一定の厚さで水平に形成される。言い換えると、第２ばね部３０の領域Ａの下面が平坦に形成される。なお、第２ばね部３０の領域Ａは、その下面のみならず、上面も平坦に形成されてもよい。

次に、図９に示すように、全面にレジスト４１が形成された後、例えばリソグラフィによりレジスト４１がパターニングされる。このとき、上部電極２０、第１アンカー部２２、第２アンカー部２１、配線２３、および補強部材２４が形成される領域に、レジスト４１が残存する。なお、後述するように、金属層１８は等方性エッチングによりエッチングされるため、レジスト４１は上部電極２０、第１アンカー部２２、第２アンカー部２１、および配線２３が形成される領域よりも大きくなるように形成される。

次に、図１０に示すように、等方性エッチング、例えばウェットエッチングにより、金属層１８、第１キャップ膜２５がパターニングされる。これにより、第１犠牲層１７上に下部電極１２に対向する上部電極２０が形成される。また、開口部のダミー層１３上に、第２アンカー部２１が形成される。また、上部電極２０と第２アンカー部２１との間の第１犠牲層１７上には、補強部材２４が形成される。言い換えれば、上部電極２０と第２アンカー部２１との間の第２ばね部３０の下面には補強部材２４が形成される。また、開口部の配線１５上に第１アンカー部２２が形成され、第１犠牲層１７上に上部電極２０と第１アンカー部２２とを接続する第１ばね部２３が形成される。

このとき、上部電極２０、第２アンカー部２１、補強部材２４、第１アンカー部２２、および第１ばね部２３が形成される領域以外の金属層１８は、不要である。すなわち、第２ばね部３０の下部に位置する金属層１８（第２ばね部２０の陰に位置する金属層１８）は補強部材２４となる部分を除いて除去する必要がある。このため、上述したように、金属層１８は、異方性エッチングではなく、等方性エッチングによりエッチングされる。第２ばね部３０の幅（短手方向の寸法）は細いので、第２ばね部３０のレジスト４１で覆われていない部分から、その下の金属層１８にエッチング液７０は供給され、金属層１８は等方性エッチングされる。

また、図２２に示すように、等方性エッチングの場合、レジスト４１でカバーされてい領域の第２ばね部３０の下部に位置する不要な金属層１８は、そのサイドからエッチングされる。このため、第２ばね部３０の下部に位置する不要な金属層１８を十分に除去するためには、例えば、等方性エッチングによるエッチング量を少なくとも第２ばね部３０の幅Ｗ１の半分（Ｗ１／２）以上とする。

一方、図２３に示すように、金属層１８の最小幅を有する金属層パターン（例えば第１ばね部２３）は、その上部にレジスト４１が形成され、等方性エッチングによりサイドからエッチングされることで、形成される。このとき、第１ばね部２３のサイドからのエッチング量は、第２ばね部３０のエッチング量（Ｗ１／２）と同程度である。このため、第１ばね部２３を形成（残存）するために、その上部のレジスト４１の幅Ｗ２を第２ばね部３０の幅Ｗ１よりも大きくする。

なお、等方性エッチングを行う前に、レジスト４１および第２ばね部３０をマスクとした異方性エッチング、例えばＲＩＥにより金属層１８をエッチングしてもよい。すなわち、ＲＩＥによりレジスト４１および第２ばね部３０の下部以外に位置する金属層１８を除去した後、等方性エッチングにより第２ばね部３０の下部に位置する金属層１８を除去する。通常、等方性エッチングよりもＲＩＥ（異方性エッチング）のほうが制御しやすい。このため、事前にＲＩＥによるエッチングを行うことにより、等方性エッチングによるエッチング量を小さくすることができ、エッチングの制御性を向上させることができる。

次に、図１１に示すように、レジスト４１が除去され、ＭＥＭＳ素子の可動部を覆うように第２犠牲層２６が塗布され、そして、第２犠牲層２６（塗布膜）はキュアされて硬化される。第２犠牲層２６は、例えばポリイミドなどの有機材料で構成される。

その後、第２犠牲層２６上に絶縁性の第２キャップ膜２７（ドーム構造）が形成される。第２キャップ膜２７は、例えば、数百ｎｍ〜数μｍの無機薄膜（例えば、シリコン酸化膜）である。第２キャップ膜２７は、例えば、ＣＶＤ法を用いて形成される。

次に、図１２に示すように、図示しないレジストパターンをマスクにして、ＲＩＥまたはウエット処理により第２キャップ膜２７をエッチングすることにより、第２キャップ膜２７に複数の貫通孔２８が形成される。上記図示しないレジストパターンは、通常のフォトリソグラフィプロセスにより形成される。

次に、レジスト４１が除去された後、等方的なドライエッチング、例えばＯ₂ 系およびＡｒ系のアッシング処理により、第１犠牲層１７および第２犠牲層２６が除去され、これにより、第１ばね部２３、第２ばね部３０、および上部電極２０は、中空状態となる結果になる。このようにして、図２に示したような、下部電極１２と上部電極２０との間（上部電極２０の下および上）に、上部電極２０の可動領域が形成され、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイスが得られる。

図１５は、図１１の断面図（第２犠牲層２６の塗布およびキュアの工程）に対応する比較例の断面図である。比較例の場合、上部電極２０と第２アンカー部２１との間の第２ばね部３０の下面下には、補強部材は存在しない。そのため、第２犠牲層２６のキュアによって、第２ばね部３０には下向きの力Ｆ１がかかり、第２ばね部３０は弾性変形する。

このような状態で、図１６に示すように、第１犠牲層１７および第２犠牲層２６を除去すると、弾性変形していた第２ばね部３０は元の形に戻ろうとする。このとき、第２ばね部３０には上向きの力Ｆ２、横方向の力Ｆ３，Ｆ４がかかる。第２ばね部３０は上部電極２０に接しているので、上部電極２０にも力がかかる。

その結果、上部電極２０には、例えば、図１７に示すように、Ｖ字変形が生じる。すなわち、所望の特性を備えた形状の上部電極２０を形成することができくなる。また、上部電極２０の変形としては、孔部（例えば部、第１孔部６１）の変形もある。

しかし、本実施形態の場合、第２ばね部３０の強度を補強するための補強部材２４が存在するので、犠牲層の除去時における第２ばね部３０の変形は抑制される。その結果、上部電極第２０の弾性変形は抑制されるので、所望の特性を備えた形状の上部電極２０を形成することができる。

犠牲層の除去が終わった後は、補強部材２４は必ずしも必要ではないが、犠牲層の除去が終わった後も補強部材２４による第２ばね部３０の補強効果は期待できるので、補強部材２４は残しておいても構わない。

本実施形態では、補強部材２４は、第２アンカー部２１と上部電極２０との中央部に位置する、第２ばね部３０の下面に設けられているが、図２０（ａ）に示すように、補強部材２４は、第２アンカー部２１側に位置する第２ばね部３０の下面、または、図２０（ｂ）に示すように、上部電極２０に位置する第２ばね部３０の下面に設けても構わない。さらに、補強部材２４は、上記三つの下面の二つ以上の下面に設けられても構わない。

また、図１９に示した平面パターンの場合、補強部材２４は、例えば、図２１（ａ）に示すように、第２アンカー部２１と上部電極２０との中央部に位置する、第２ばね部３０の下面、図２１（ｂ）に示すように、第２アンカー部２１側に位置する第２ばね部３０の下面、および、図２１（ｃ）に示すように、上部電極２０に位置する第２ばね部３０の下面の少なくとも一つに設けても構わない。

なお、本実施形態におけるＭＥＭＳデバイスは上記構造および製造方法に限定されない。

本実施形態において、例えば、脆性材料からなる第２ばね部３０は、単層構造でなくてもよい。例えば、上部電極２０および第２アンカー部２１との密着性の観点から、第２ばね部３０は下層をＳｉＯＸ、上層をＳｉＮとした積層構造でもよい。この場合、ＳｉＮ層をエッチングした後、ＳｉＯＸ層をエッチングすることで第２ばね部３０のパターニングを行うことができる。

また、本実施形態において、上部電極２０および下部電極１２間に電圧を印可して静電力で駆動させる方式に適用できるが、上部電極２０および下部電極１２を異種金属の積層構造に形成してその圧電力で駆動させる方式にも適用できる。

また、本実施形態は、可変容量だけではなく、ＭＥＭＳスイッチにも適用可能である。この場合、下部電極１２上に形成されるキャパシタ絶縁層（絶縁層１６）の一部、例えば上部電極２０と接触する箇所をエッチングにより除去することで下部電極１２表面を露出させる。これにより、上部電極２０と下部電極１２によるスイッチが形成され、上部電極２０が駆動することによりスイッチが動作する。

また、本実施形態において、可動な上部電極２０と固定された下部電極１２の２つの電極を含む場合について説明したが、どちらも可動な場合でも適用可能であり、また、３つ以上の電極（例えば、固定された上部電極、固定された下部電極、可動な中間電極）を含む場合にも適用可能である。

また、平面における上部電極２０および下部電極１２の面積は適宜設定可能である。また、上部電極２０および下部電極１２からなるＭＥＭＳ構造をＣＭＯＳ等のトランジスタ回路上に配置することも可能である。さらに、ＭＥＭＳ構造を覆い、保護するドーム構造を形成することも可能である。

以上述べた実施形態の上位概念、中位概念および下位概念の一部または全ては、例えば以下のような付記１−２０で表現できる。

［付記１］
基板と、
前記基板上に設けられたＭＥＭＳデバイスとを具備してなる電気部品であって、
前記ＭＥＭＳデバイスは、
前記基板上に固定された第１電極と、
前記第１電極の上方に対向して配置され、上下方向に可動である第２電極と、
前記基板上に設けられ、前記第２電極を支持するためのアンカー部と、
前記第２電極の上面上から前記アンカー部の上面上まで連接して形成され、前記第２電極と前記アンカー部とを接続するためのばね部と、
前記ばね部の下面に設けられ、前記ばね部の強度を補強するための補強部材と
を具備してなることを特徴とする電気部品。

［付記２］
前記ばね部の前記下面は、前記第２電極の上面上から前記アンカー部の上面上までの間において、平坦であることを特徴とする付記１に記載の電気部品。

［付記３］
前記ばね部は、脆性材料を具備してなることを特徴とする付記１または２に記載の電気部品。

［付記４］
前記脆性材料は、絶縁体であることを特徴とする付記３に記載の電気部品。

［付記５］
前記脆性材料は、酸化シリコン、窒化シリコン、または酸窒化シリコンを含むことを特徴とする付記４に記載の電気部品。

［付記６］
前記基板上に設けられ、前記第２電極を支持するための、延性材料を具備してなるばね部をさらに具備してなることを特徴とする付記３乃至５のいずれか１項に記載の電気部品。

［付記７］
前記脆性材料を具備してなる前記ばね構造のばね定数は、前記延性材料を具備してなる前記第１のばね構造のばね定数よりも大きいことを特徴とする付記６に記載の電気部品。

［付記８］
前記延性材料は、導電体であることを特徴とする付記６または７に記載の電気部品。

［付記９］
前記延性材料は、Ａｌ、Ａｌを主成分とする合金、Ｃｕ、Ａｕ、またはＰｔを含むことを特徴とする付記８に記載の電気部品。

［付記１０］
前記第２電極は、第１方向に延在する第１孔部を有し、
前記第１方向は、前記第２電極の長手方向であることを特徴とする付記１乃至９のいずれか１項に記載の電気部品。

［付記１１］
前記第１孔部は、前記第２電極の短手方向における中心部に設けられたことを特徴とする付記１０に記載の電気部品。

［付記１２］
前記第２電極は、第２方向に延在する第２孔部をさらに有し、
前記第２方向と前記第２電極の長手方向とは、直交していることを特徴とする付記１０または１１に記載の電気部品。

［付記１３］
前前記第２孔部は、前記第１孔部と前記第１電極の周縁部との間に設けられていることを特徴とする付記１２に記載の電気部品。

［付記１４］
前記補強部材は、前記アンカー部側に位置する前記ばね部の下面、前記第２電極側に位置する前記ばね部の下面、および、前記アンカー部と前記第２電極との中央部に位置する前記ばね部の下面の少なくとも一箇所に設けられていることを特徴とする付記１乃至１３のいずれか１項に記載の電気部品。

［付記１５］
前記第２電極の上方に設けれた絶縁膜をさらに具備してなり、前記絶縁膜は前記基板とともに前記ＭＥＭＳデバイスを収納するように構成されていることを特徴とする付記１乃至１４のいずれか１項に記載の電気部品。

［付記１６］
基板上にＭＥＭＳデバイスを製造する方法を含む電気部品の製造方法であって、
前記ＭＥＭＳデバイスを製造する方法は、
前記基板上に固定された第１電極を形成する工程と、
全面に第１犠牲層を形成する工程と、
前記第１犠牲層上に、金属層を形成する工程と、
前記金属層上に、ばね部を形成する工程と、
前記金属層をエッチングすることにより、前記ばね部により接続される第２電極およびアンカー部を形成し、かつ、前記ばね部の強度を補強するための補強部材を前記ばね部の下面に形成する工程と、
を具備することを特徴とする電気部品の製造方法。

［付記１７］
前記金属層をエッチングすることは、ウエット処理を用いて行われることを特徴とする付記１６に記載の電気部品の製造方法。

［付記１８］
前記第２電極、前記アンカー部および前記補強部材を形成した後に、全面に第２犠牲層を形成する工程と、
前記第２犠牲層をキュアする工程と、
前記第２犠牲層上に絶縁膜を形成する工程と、
前記第１および第２犠牲層を除去する工程と
をさらに具備してなることを特徴とする付記１６または１７に記載の電気部品の製造方法。

［付記１９］
前記第２犠牲層は、塗布膜であることを含むことを特徴とする付記１８に記載の電気部品の製造方法。

［付記２０］
前記第１および第２犠牲層を除去する工程は、酸素を含むアッシング処理により行うことを特徴とする付記１８または１９に記載の電気部品の製造方法。

その他、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で、種々に変形することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

１０…支持基板、１１…層間絶縁膜、１２…下部電極、１３…ダミー層、１４，１５…配線、１６…絶縁層、１７…第１犠牲層、１８…金属層、２０…上部電極、２１…第２アンカー部、２２…第１アンカー部、２３…第１ばね部、２４…補強部材、２５…第１キャップ膜、２６…第２犠牲層、２７…第２キャップ膜、２８…貫通孔、３０…第２ばね部、３０ａ…層、４０，４１…レジスト、６１…第１孔部、６２…第２孔部、７０…エッチング液。

Claims (8)

1. 基板と、
   前記基板上に設けられたＭＥＭＳデバイスとを具備してなる電気部品であって、
   前記ＭＥＭＳデバイスは、
   前記基板上に固定された第１電極と、
   前記第１電極の上方に対向して配置され、上下方向に可動であり、第１方向に延在する第１孔部を有する第２電極であって、前記第１方向が前記第２電極の長手方向である前記第２電極と、
   前記基板上に設けられ、前記第２電極を支持するためのアンカー部と、
   前記第２電極の上面上から前記アンカー部の上面上まで連接して形成され、前記第２電極と前記アンカー部とを接続するためのものであって、前記第２電極の上面上から前記アンカー部の上面上までの間において平坦な下面を有し、絶縁体からなる脆性材料を具備してなる第１のばね部と、
   前記第１のばね部の下面に設けられ、前記ばね部の強度を補強するための補強部材と
   前記基板上に設けられ、前記第２電極を支持するための、延性材料を具備してなる第２のばね部と
   を具備してなることを特徴とする電気部品。
2. 基板と、
   前記基板上に設けられたＭＥＭＳデバイスとを具備してなる電気部品であって、
   前記ＭＥＭＳデバイスは、
   前記基板上に固定された第１電極と、
   前記第１電極の上方に対向して配置され、上下方向に可動である第２電極と、
   前記基板上に設けられ、前記第２電極を支持するためのアンカー部と、
   前記第２電極の上面上から前記アンカー部の上面上まで連接して形成され、前記第２電極と前記アンカー部とを接続するためのばね部と、
   前記ばね部の下面に設けられ、前記ばね部の強度を補強するための補強部材と
   を具備してなることを特徴とする電気部品。
3. 前記ばね部の前記下面は、前記第２電極の上面上から前記アンカー部の上面上までの間において、平坦であることを特徴とする請求項２に記載の電気部品。
4. 前記ばね部は、脆性材料を具備してなることを特徴とする請求項２または３に記載の電気部品。
5. 前記脆性材料は、絶縁体であることを特徴とする請求項４に記載の電気部品。
6. 前記基板上に設けられ、前記第２電極を支持するための、延性材料を具備してなるばね部をさらに具備してなることを特徴とする請求項４または５に記載の電気部品。
7. 前記第２電極は、第１方向に延在する第１孔部を有し、
   前記第１方向は、前記第２電極の長手方向であることを特徴とする請求項乃２至６のいずれか１項に記載の電気部品。
8. 基板上にＭＥＭＳデバイスを製造する方法を含む電気部品の製造方法であって、
   前記ＭＥＭＳデバイスを製造する方法は、
   前記基板上に固定された第１電極を形成する工程と、
   全面に第１犠牲層を形成する工程と、
   前記第１犠牲層上に、金属層を形成する工程と、
   前記金属層上に、ばね部を形成する工程と、
   前記金属層をエッチングすることにより、前記ばね部により接続される第２電極およびアンカー部を形成し、かつ、前記ばね部の強度を補強するための補強部材を前記ばね部の下面に形成する工程と、
   を具備することを特徴とする電気部品の製造方法。

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