JP2015112703A - Ｍｅｍｓデバイスおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の温度の上昇に伴う空洞内のガスの膨張を抑制できるＭＥＭＳデバイスを提供することにある。【解決手段】ＭＥＭＳデバイスは、基板と、前記基板上に設けられたＭＥＭＳ素子とを含む。ＭＥＭＳデバイスは、さらに、前記基板とともに前記ＭＥＭＳ素子を収納する空洞を形成し、複数の第１の貫通孔を有する第１の膜１０９と、前記第１の膜１０９上に設けられ、前記複数の第１の貫通孔の一部の第１の貫通孔に連通する第２の貫通孔を有する第２の膜１１１を含む。ＭＥＭＳデバイスは、さらに、前記第２の膜１１１上に設けられ、前記第２の貫通孔に連通する前記第１の貫通孔を塞ぐように形成された第３の膜１１１を含む。【選択図】 図１１

Description

本発明の実施形態は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子を含むデバイス（ＭＥＭＳデバイス）およびその製造方法に関する。

ＭＥＭＳデバイスは、基板、固定電極（下部電極）、可動電極（上部電極）およびダイヤフラムを備えている。基板およびダイヤフラムは、固定電極および可動電極を収容する空洞を形成する。ダイヤフラムは、貫通孔を有するキャップ膜と、このキャップ膜上に形成され、前記貫通孔を塞ぐためのキャップ膜とを含む。

特開２００９−１９６０７８号公報

本発明の目的は、基板の温度の上昇に伴う空洞内の圧力の増加に伴うダイヤフラムの変形を抑制できるＭＥＭＳデバイスおよびその製造方法を提供することにある。

実施形態のＭＥＭＳデバイスは、基板と、前記基板上に設けられたＭＥＭＳ素子とを含む。前記ＭＥＭＳデバイスは、さらに、前記基板とともに前記ＭＥＭＳ素子を収納する空洞を形成し、複数の第１の貫通孔を有する第１の膜と、前記第１の膜上に設けられ、前記複数の第１の貫通孔の一部の第１の貫通孔に連通する第２の貫通孔を有する第２の膜を含む。ＭＥＭＳデバイスは、さらに、前記第２の膜上に設けられ、前記第２の貫通孔に連通する前記第１の貫通孔を塞ぐように形成された第３の膜を含む。

実施形態のＭＥＭＳデバイスの製造方法は、基板上にＭＥＭＳ素子を形成する工程と、前記基板上に前記ＭＥＭＳ素子を覆う犠牲層を形成する工程と、前記犠牲層上に複数の第１の貫通孔を有する第１の膜を形成する工程と、前記複数の第１の貫通孔を通して前記犠牲層を除去することにより、前記基板と前記第１の膜とにより前記ＭＥＭＳ素子を収納する空洞を形成する工程とを含む。前記ＭＥＭＳデバイスの製造方法は、さらに、前記第１の膜上に、前記複数の第１の貫通孔を塞ぐように、第２の膜を形成する工程と、前記第２の膜中に、前記複数の第１の貫通孔の一部の第１の貫通孔に連通する第２の貫通孔を形成する工程とを含む。前記ＭＥＭＳデバイスの製造方法は、さらに、前記第２の膜上に、前記第２の貫通孔に連通する前記第１の貫通孔を塞ぐように第３の膜を形成する工程を含む。

図１は、第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法を説明するための断面図である。 図２は、図１に続く第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法を説明するための断面図である。 図３は、図２に続く第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法を説明するための断面図である。 図４は、図３に続く第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法を説明するための断面図である。 図５は、図４に続く第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法を説明するための断面図である。 図６は、図５に続く第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法を説明するための断面図である。 図７は、図６に続く第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法を説明するための断面図である。 図８は、図７に続く第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法を説明するための断面図である。 図９は、図８に続く第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法を説明するための断面図である。 図１０は、図９に続く第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法を説明するための断面図である。 図１１は、図１０に続く第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法を説明するための断面図である。 図１２は、第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの他の製造方法を説明するための断面図である。 図１３は、図１２に続く第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの他の製造方法を説明するための断面図である。 図１４は、図１３に続く第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの他の製造方法を説明するための断面図である。 図１５は、第２の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法を説明するための断面図である。 図１６は、図１５に続く第２の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法を説明するための断面図である。 図１７は、図１６に続く第２の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法を説明するための断面図である。 図１８は、図１７に続く第２の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法を説明するための断面図である。 図１９は、図１８に続く第２の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法を説明するための断面図である。 図１９は、第２の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの他の製造方法を説明するための断面図である。 図２０は、図１９に続く第２の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの他の製造方法を説明するための断面図である。 図２１は、図２０に続く第２の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの他の製造方法を説明するための断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。図面において、同一符号は同一符号または相当部分を付してあり、重複した説明は必要に応じて行う。

（第１の実施形態）
図１−図１１は、第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法を説明するための断面図である。

［図１］
基板１００上に絶縁膜１０１が形成される。基板１００は、例えば、シリコン基板（半導体基板）である。絶縁膜１０１は、例えば、シリコン酸化膜である。基板１００の代わりに、ＳＯＩ基板などの基板を用いても構わない。

次に、絶縁膜１０１上に、第１の配線（固定電極）１０２およびパッド１０３となる導電膜が形成される。フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いて、上記導電膜を加工することにより、第１の配線１０２およびパッド１０３が形成される。上記エッチング法は、例えば、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法である。ＲＩＥ法の代わりに、ウエットエッチング法を用いても構わない。前記導電膜は、例えば、アルミニウム膜である。このアルミニウム膜は、例えば、スパッタリング法を用いて形成される。第１の配線１０２の厚さは、例えば、数百ｎｍ〜数μｍである。

次に、絶縁膜１０１、第１の配線１０２およびパッド１０３を含む領域上にパッシベーション膜１０４が形成され、そして、フォトリソグラフィ法よびＲＩＥ法を用いて第１の配線１０２およびパッド１０３に対しての接続孔がパッシベーション膜１０４中に開口される。パッシベーション膜１０４は、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により形成される。パッシベーション膜１０４は、例えば、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等の絶縁膜である。パッシベーション膜１０４の厚さは、例えば、数十ｎｍ〜数μｍである。

［図２］
第１の配線１０２およびパッシベーション膜１０４の上に、所定の形状を有する第１の犠牲層１０５が形成される。第１の犠牲層１０５は、第１の配線１０２の接続孔に連通する貫通孔を有する。第１の犠牲層１０５は、例えば、ポリイミド等の有機物を材料とする絶縁膜である。第１の犠牲層１０５の厚さは、例えば、数百ｎｍ〜数μｍである。

第１の犠牲層１０５を形成するためには、例えば、以下の三つの方法がある。

第１の方法は、塗布法により第１の犠牲層１０５となる絶縁膜（塗布膜）が数百ｎｍ〜数μｍの厚さでもって全面に形成され、その後、露光および現像により上記塗布膜の不要な部分が除去されることにより、所望形状を有する第１の犠牲層１０５が形成される。

第２の方法は、上記塗布膜が形成された後、リソグラフィ法を用いて上記塗布膜上にレジストパターンが形成され、このレジストパターンをマスクにして上記塗布膜がＲＩＥ法を用いてエッチングされることにより、所定の形状を有する第１の犠牲層１０５が形成される。

第３の方法は、上記塗布膜が形成され、その後、上記塗布膜上にハードマスクが形成され、これをマスクにして塗布膜がＲＩＥ法またはウエットプロセスによりエッチングされることにより、所定の形状を有する第１の犠牲層１０５が形成される。上記ハードマスクを形成する工程は、上記塗布膜上にシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜等の絶縁膜を形成する工程と、この絶縁膜上にレジストパターンを形成する工程と、このレジストパターンをマスクにして上記絶縁膜をＲＩＥプロセスによりエッチングする工程とを含む。

［図３］
第１の犠牲層１０５の貫通孔が埋められるようにアルミニウム膜等の導電膜が全面に形成され、その後、前記導電膜を加工することにより、複数の第２の配線（可動電極）１０６が形成される。上記導電膜の加工は、例えば、フォトリソグラフィ法およびＲＩＥ法を用いて行われる。ＲＩＥ法の代わりにウエットエッチング法を用いても構わない。第２の配線１０６の厚さは、例えば、数百ｎｍ〜数μｍである。外側の二つの第２の配線１０６は第１の犠牲層１０５の貫通孔を介して第１の配線１０２に接続される。

［図４］
厚さ数百ｎｍ〜数μｍのシリコン窒化膜等の絶縁膜がＣＶＤ法により堆積され、その後、上記絶縁膜をフォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いて加工することにより、第２の配線１０６同士を接続する絶縁性の接続部１０７が形成される。これでＭＥＭＳ素子１０２，１０６，１０７が完成する。ここでは、絶縁性の接続部とする例を示しているが、金属で形成された接続部、つまり、導電性の接続部を用いても構わない。

［図５］
続いて、ＷＬＰ（Wafer Level Package）の工程に入る。

ＭＥＭＳ素子の固定電極１０２および可動電極（１０６，１０７）を含む領域を覆う所定の形状を有する第２の犠牲層１０８が形成される。第２の犠牲層１０８は平坦な上面を有する。第２の犠牲層１０８は、例えば、塗布法により、ポリイミド等の有機物を材料とする厚さ数百ｎｍ〜数μｍの膜（塗布膜）を形成し、その後、この塗布膜をパターニングすることによる得られる。

上記塗布膜のパターニング方法については、第２の犠牲層１０８の塗布後に、露光および現像により第２の犠牲層１０８の不要な部分を除去する方法、または、リソグラフィ法を用いて第２の犠牲層１０８上にレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクにして第２の犠牲層１０８をＲＩＥ法を用いてエッチングすることにより、第２の犠牲層１０８の不要な部分を除去する方法、または、第２の犠牲層１０８上にハードマスクを形成し、このハードマスクをマスクにして第２の犠牲層１０８をＲＩＥ法またはウエットプロセスによりエッチングすることにより、第２の犠牲層１０８の不要な部分を除去する方法がある。

［図６］
第２の犠牲層１０８上に複数の第１の貫通孔を有する第１のキャップ膜１０９が形成される。本実施形態では、上記複数の第１の貫通孔は、第１のキャップ膜１０９の上面（天井）の平坦な領域（第１の領域）に形成されている。複数の第１の貫通孔とは別の一つまたは複数の貫通孔が、第１のキャップ膜１０９の上記第１の領域とは別の領域に形成されていても構わない。複数の第１の貫通孔は、第１および第２の犠牲層１０５，１０８を除去するためのガスを第１のキャップ膜１０９内に供給するために利用される。第１のキャップ膜１０９は数百ｎｍ〜数μｍの無機薄膜（例えば、シリコン酸化膜）である。第１のキャップ膜１０９は、例えば、ＣＶＤプロセスにより形成される。

上記複数の第１の貫通孔は、例えば、上記無機薄膜上に複数の貫通孔を有するレジストパターン（不図示）を形成し、このレジストパターンをマスクにして上記無機薄膜をＲＩＥ法またはウエットエッチング法を用いて加工することにより得られる。

複数の第１の貫通孔のサイズ（例えば、直径または開口面積）は、全て同じでも構わないし、あるいは、複数の第１の貫通孔のうち、後述する第２の貫通孔１１３（図１０）に連通する第１の貫通孔のサイズ（Ｓ）（例えば、直径または開口面積）が、残りの第１の貫通孔のサイズ（Ｓ’）と異なっていても構わない。例えば、Ｓ＜Ｓ’、または、Ｓ＜Ｓ’／２であり、Ｓ’は具体的には１０μｍである。サイズＳは、基板温度の上昇によるドーム内の圧力の増加を抑制できる程度であれば特に限定はない。ドーム内の圧力は、例えば、１０ｋＰａ以下である。

［図７］
酸素（Ｏ₂ ）ガス等を用いたアッシングにより、上記複数の貫通孔を有するレジストパターン、第１の犠牲層１０５、第２の犠牲層１０８が除去される。これにより、ＭＥＭＳ素子がリリースされ、基板１００と第１のキャップ膜１０９とにより、ＭＥＭＳ素子の動作空間である空洞（キャビティ）１１０が形成される。

［図８］
第１のキャップ膜１０９上に第２のキャップ膜１１１が塗布法により形成される。本実施形態では、第２のキャップ膜１１１は、ポリイミド系樹脂等の有機物を材料とする有機膜（絶縁膜）とする。この場合、第２のキャップ膜１１１は、第１のキャップ膜１０９の複数の貫通孔を埋めるように形成でき、そして、第２のキャップ膜１１１は第１のキャップ膜１０９よりもガス透過率が高くなる。第２のキャップ膜１１１は、第１のキャップ膜１０９の複数の第１の貫通孔を埋めていなくても、上記複数の貫通孔を塞いでいればよい。

［図９］
第２のキャップ膜１１１上に開口部を有するレジストパターン１１２を形成する。レジストパターン１１２の開口部は、後述する第２の貫通孔１１３（図１０）上に位置する。

本実施形態では、レジストパターン１１２の開口部の径は、上記第１の貫通孔の径よりも大きいが、レジストパターン１１２の開口部の径は、上記第１の貫通孔の径以下でも構わない。

本実施形態では、レジストパターン１１２の開口部の数は一つであるが、開口部の数は第１の貫通孔の数よりも少なければ、二つ以上でも構わない。レジストパターン１１２の二つ以上の開口部は、それぞれ、二つ以上の第１の貫通孔上に位置する。

［図１０］
レジストパターン１１２をマスクにして第２のキャップ膜１１１をエッチングして、第１のキャップ膜１０９の貫通孔を埋めている第２のキャップ膜１１１を除去する。その結果、第２のキャップ膜１１１には第２の貫通孔１１３が形成され、この第２の貫通孔１１３はその下の第１のキャップ膜１０９の第１の貫通孔に連通する。すなわち、第２のキャップ膜１１３は、第２の貫通孔１１３と連通する第１の貫通孔を除いた、前記複数の第１の貫通孔を塞ぐように形成されている。第２のキャップ膜１１３は、複数の第１の貫通孔のうち、一部の第１の貫通孔と連通した第２の貫通孔１１３を有している。

本実施形態では、レジストパターン１１２の開口部の径が、上記第１の貫通孔の径よりも大きいので、第２の貫通孔１１２のサイズ（例えば、直径または開口面積）は、第１の貫通孔のそれよりも大きくなる。

なお、本実施形態では、第２のキャップ膜１１１の第２の貫通孔１１３の数は一つであるが、第２の貫通孔１１３の数は第１の貫通孔の数よりも少なければ、二つ以上でも構わない。この場合、第２のキャップ膜１１１の二つ以上の第２の貫通孔１１３は、それぞれ、第１のキャップ膜１０９の二つ以上の第１の貫通孔に連通する。

本実施形態では、第２の貫通孔１１３およびその下の第１の貫通孔は、第１および第２のキャップ膜１０９，１１１で構成される薄膜ドームの天井（上面）の平坦な部分に形成される。

本実施形態では、レジストパターン１１２の開口部の径は、第１のキャップ膜１０９の第１の貫通孔の径よりも大きいので、第１のキャップ膜１０９の貫通孔を埋めている第２のキャップ膜１１１は容易にエッチングにより除去される。また、第１のキャップ膜１０９と第２のキャップ膜１１１とは材料が異なるので、第２のキャップ膜１１１は選択的にエッチングすることも可能である。

［図１１］
レジストパターン１１２を除去した後、第２のキャップ膜１１１上に、第２の貫通孔１１３下の第１の貫通孔を塞ぐように、第３のキャップ膜１１４を形成することにより、ＷＬＰの薄膜ドーム（第１−第３のキャップ膜１０９，１１１，１１４）が完成する。第３のキャップ膜１１４は防湿膜としての役割を果たす。そのためには、第３のキャップ膜１１４は、第２のキャップ膜１１１よりもガス透過率が低いことが好ましい。このようなガス透過率の関係は、例えば、第３のキャップ膜１１４はＣＶＤ法による堆積膜とし、第２のキャップ膜１１１はスピンコート法による塗布膜とすることで、実現できる。

第３のキャップ膜１１４を形成するためのプロセスは、例えば、数百ｎｍ〜数μｍのシリコン窒化膜等の絶縁膜をＣＶＤ法により形成すること、前記絶縁膜上にフォトリソグラフィ法を用いてレジストパターンを形成すること、前記レジストパターンをマスクにして前記絶縁膜をＲＩＥ法またはウエットエッチング法を用いて加工することを含む。

ここで、周知のＭＥＭＳデバイスの場合において、空洞内の圧力が大気圧に近いときには、基板の温度が高くなると、空洞内の圧力も高くなる。そのため、空洞内の圧力は大気圧を超える場合がある。また、このような圧力の増加によって、空洞内の空気が膨らみ、ダイヤフラムが押し上げられる場合がある。

図１１に示される本実施形態のＭＥＭＳデバイスの場合、第２のキャップ膜１１１で埋められた第１の貫通孔と、第３のキャップ膜１１４で塞がれた第１の貫通孔（圧力調整部）とが存在する。そのため、本実施形態では、圧力調整部により空洞内を低圧化することができるため、基板温度の変化による空洞の圧力の上昇やダイヤフラムの変形を抑制することが可能になる。

圧力調整部の数が多いほど、一般には、空洞内の圧力の増加は抑制される。圧力調整部のサイズ（例えば、直径または開口面積）が大きいほど、一般には、空洞内の圧力の増加は抑制される。

図１２−図１４は、本実施形態のＭＥＭＳデバイスの他の製造方法を説明するための断面図である。この製造方法では、レジストパターン１１２の代わりに、ハードマスク２００を用いて第２の貫通孔１１３を形成する。

まず、図１−図８の工程が行われる。

［図１２］
第２のキャップ膜１１１上にハードマスク２００が形成される。ハードマスク２００は、例えば、シリコン酸化物等の絶縁物で構成される。ハードマスク２００の開口部は、第１のキャップ膜１０９の貫通孔上に位置する。

ハードマスク２００の開口部径は、第１のキャップ膜１０９の貫通孔の径よりも大きくても構わない。本実施形態では、ハードマスク２００の開口部の数は一つであるが、開口部の数は二つ以上でも構わない。ハードマスク２００の二つ以上の開口部は、それぞれ、第１のキャップ膜１０９の二つ以上の貫通孔上に位置する。

［図１３］
ハードマスク２００をマスクにして第２のキャップ膜１１１をエッチングして、第１のキャップ膜１０９の貫通孔を埋めている第２のキャップ膜１１１を除去する。その結果、第２のキャップ膜１１１には第２の貫通孔１１３が形成され、この第２の貫通孔１１３はその下の第１のキャップ膜１０９の第１の貫通孔に連通する。

［図１４］
ハードマスク２００上に、第２の貫通孔１１３下の第１の貫通孔を塞ぐように、第３のキャップ膜１１４を形成することにより、ＷＬＰの薄膜ドーム（第１−第３のキャップ膜１０９，１１１，１１４）が完成する。

（第２の実施形態）
図１５−図１９は、第２の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法を説明するための断面図である。なお、以下の図において、既出の図と対応する部分には既出の図と同一符号を付してあり、その詳細な説明は省略する。

第１の実施形態では、犠牲層を除去するための酸素ガスを供給するための、第１のキャップ膜１０９の第１の貫通孔を、大気が通りにくい部分（第３のキャップ膜１１４で塞がれた貫通孔）に利用した。本実施形態では、犠牲層の第１の貫通孔とは別に、第１および第２のキャップ膜１０９，１１１を貫通する貫通孔（第１の貫通孔＋第２の貫通孔）を、大気が通りにくい部分（第３のキャップ膜１１４で塞がれた貫通孔）に利用する。より詳細には以下の通りである。

第１の実施形態では、第１のキャップ膜１０９の複数の第１の貫通孔を、犠牲層１０５，１０８を除去するための酸素ガスを供給するための貫通孔として利用している（図７）。そして、第１の実施形態では、上記酸素ガスを供給するために用いた複数の第１の貫通孔の一つ、および、その上の第２のキャップ膜１１に形成した一つの第２の貫通孔（連通する第１および第２の貫通孔）を、圧力調整部に利用している。

本実施形態でも、第１のキャップ膜１０９の複数の第１の貫通孔は、後述するように（図１７）、犠牲層１０５，１０８を除去するための酸素ガスを供給するために利用される。本実施形態では、犠牲層１０５，１０８を除去した後に、第１のキャップ膜１０９と第２のキャップ膜１１１との積層膜に貫通孔１１５（１１５−１，１１５−２）を形成し（図２１）、この積層膜に形成した貫通孔１１５（１１５−１，１１５−２）を圧力調整部に利用する。積層膜に形成した貫通孔のうち、第１のキャップ膜１０９に形成された第１の貫通孔１１５−１は、上記酸素ガスを供給するために用いた複数の第１の貫通孔とは別の第１の貫通孔である。この別の第１の貫通孔は、上記酸素ガスの供給には利用されない。

このような構成を有する本実施形態のＭＥＭＳデバイスは、例えば、以下のようにして製造される。

まず、図１−図４の工程が行われる。

［図１５］
ＭＥＭＳ素子の可動部を含む領域を覆う所定の形状を有する第２の犠牲層１０８が形成される。第２の犠牲層１０８は平坦な上面Ｓ１，Ｓ２を有する。上面Ｓ２は、上面Ｓ１の外側にあり、そして、上面Ｓ１よりも低い。

［図１６］
フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いて、第２の犠牲層１０８上に、複数の第１の貫通孔を有する第１のキャップ膜１０９が形成される。第１のキャップ膜１０９は第１の領域およびその外側の第２の領域を有する。本実施形態では、第１のキャップ膜１０９の第１の領域は上面Ｓ１上の領域であり、第１のキャップ膜１０９の第２の領域は、上面Ｓ２上の領域である。第２の領域は、さらに、第２の犠牲層１０８のテーパ状の側面上の領域を含んでいても構わない。

［図１７］
酸素（Ｏ₂ ）ガス等を用いたアッシングにより、第１の犠牲層１０５、第２の犠牲層１０８が除去され、その後、第１のキャップ膜１０９上に第２のキャップ膜１１１が形成される。第１のキャップ膜１０９の複数の第１の貫通孔は、第２のキャップ膜１１１によって塞がれる。第２のキャップ膜１１１がポリイミド系樹脂等の有機物を材料とする有機膜の場合、図１７に示すように、第１のキャップ膜１０９の複数の第１の貫通孔は、第２のキャップ膜１１１によって埋めることができる。

［図１８］
第２のキャップ膜１１１上に、開口部を有する図示しないレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクにして第２のキャップ膜１１１をエッチングして、第１のキャップ膜１０９と第２のキャップ膜１１１との積層膜中に貫通孔１１５（１１５−１，１１５−２）を形成する。

以下、貫通孔１１５のうち、第１のキャップ膜１０９を貫通する部分を第１の貫通孔１１５−１という。第１の貫通孔１１５−１は、図１６の工程で形成された複数の第１の貫通孔とは別の第１の貫通孔である。また、貫通孔１１５のうち、第１の貫通孔１１５−１に連通し、第２のキャップ膜１１１を貫通する部分を第２の貫通孔１１５−２という。第１の貫通孔１１５−１のサイズ（例えば、直径または開口面積）は、第２の貫通孔１１５−２のそれと同じでも、または、異なっていても構わない。

第１の貫通孔１１５−１は、図１６に示した犠牲層１０８の平坦な上面Ｓ２上の、第１のキャップ膜１０９の平坦な第１の領域に形成される。第２の貫通孔１１５−２は、第１の領域上の第２のキャップ膜の平坦な領域に形成される。このように貫通孔１１５（１１５−１，１１５−２）が形成される領域は平坦な領域であるので、貫通孔１１５は容易に形成することができる。

ＭＥＭＳデバイスの製造後の複数の第１の貫通孔に関して考えると、第２の貫通孔１１５−２に連通する第１の貫通孔１１５−１を除いた、前記複数の第１の貫通孔は、第１のキャップ膜１０９の前記第１の領域に設けられ、第２の貫通孔１１５−２に連通する第１の貫通孔１１５−１は、第１のキャップ膜の前記第２の領域に設けられている。

貫通孔１１５のサイズ（Ｓ）は、図１６の工程で形成された第１の貫通孔のサイズ（Ｓ’）と異なっていても構わない。例えば、Ｓ＜Ｓ’、または、Ｓ＜Ｓ’／２であり、Ｓ’は具体的には１０μｍである。サイズＳは、基板温度の上昇によるドーム内の圧力の増加を抑制できる程度であれば特に限定はない。ドーム内の圧力は、例えば、１０ｋＰａ以下である。

［図１９］
上記レジストパターンを除去した後、第２のキャップ膜１１１上に貫通孔１１５（１１５−１，１１５−２）を塞ぐように第３のキャップ膜１１４を形成することにより、ＷＬＰの薄膜ドーム（第１−第３のキャップ膜１０９，１１１，１１４）が完成する。

本実施形態でも第１の実施形態と同様の効果が得られる。

図２０−図２２は、本実施形態のＭＥＭＳデバイスの他の製造方法を説明するための断面図である。この製造方法では、レジストパターンの代わりに、ハードマスク２００を用いて第２の貫通孔１１３を形成する。

すなわち、図２０に示すように、第２のキャップ膜１１１上にハードマスク２００を形成し、図２１に示すように、ハードマスク２００をマスクに用いて第１および第２のキャップ膜１０９，１１１をエッチングして、貫通孔１１５を形成する。その後、図２２に示すように、ハードマスク２００上に貫通孔１１５を塞ぐように第３のキャップ膜１１４を形成する。

以上述べた実施形態のＭＥＭＳデバイスの製造方法の上位概念、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１−７で表現できる。

［付記１］
基板上にＭＥＭＳ素子を形成する工程と、
前記基板上に前記ＭＥＭＳ素子を覆う犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層上に複数の第１の貫通孔を有する第１の膜を形成する工程と、
前記複数の第１の貫通孔を通して前記犠牲層を除去することにより、前記基板と前記第１の膜とにより前記ＭＥＭＳ素子を収納する空洞を形成する工程と、
前記第１の膜上に、前記複数の第１の貫通孔を塞ぐように、第２の膜を形成する工程と、
前記第２の膜中に、前記複数の第１の貫通孔の一部の第１の貫通孔に連通する第２の貫通孔を形成する工程と、
前記第２の膜上に、前記第２の貫通孔に連通する前記第１の貫通孔を塞ぐように第３の膜を形成する工程と
を具備してなることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。

［付記２］
前記第１の膜は、第１の領域および前記第１の領域の外側の第２の領域を有し、前記複数の第１の貫通孔は、前記第１の領域に形成されることを特徴とする付記１に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。

［付記３］
前記第２の貫通孔を形成する工程は、
前記第２の膜上にレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクにして前記第２の膜をエッチングする工程とを具備してなり、
前記第３の膜を形成する工程は、前記レジストパターンを除去した後、前記第２の膜上に前記第３の膜を形成することを具備してなることを特徴する付記２に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。

［付記４］
前記第１の膜は、第１の領域および前記第１の領域の外側の第２の領域を有し、前記第２の貫通孔に連通する前記第１の貫通孔を除いた、前記複数の第１の貫通孔は、前記第１の膜の前記第１の領域に形成され、前記第２の貫通孔に連通する前記第１の貫通孔は、前記第１の膜の前記第２の領域に形成されていることを特徴とする付記１に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。

［付記５］
前記第２の貫通孔を形成する工程は、
前記第２の膜上にハードマスクを形成する工程と、
前記ハードマスクをマスクにして前記第２の膜および前記第１の膜をエッチングする工程とを具備してなり、
前記第３の膜を形成する工程は、前記第２の膜上に前記ハードマスクを介して前記第３の膜を形成することを具備してなることを特徴する付記４に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。

［付記６］
前記犠牲層は有機材料を具備してなることを特徴とする付記１に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。

［付記７］
前記第１の貫通孔から前記犠牲層に酸素を含むガスを供給することにより、前記犠牲層を除去することを特徴とする付記１に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１００…基板、１０１…絶縁膜、１０２…第１の配線（固定電極）、１０３…パッド、１０４…パッシベーション膜、１０５…第１の犠牲層、１０６…第２の配線（可動電極）、１０７…接続部、１０８…第２の犠牲層、１０９…第１のキャップ膜（第１の膜）、１１０…空洞（キャビティ）、１１１…第２のキャップ膜（第２の膜）、１１２…レジストパターン、１１３…第２の貫通孔、１１４…第３のキャップ膜（第３の膜）、１１５…貫通孔、１１５−１…第１の貫通孔、１１５−２…第２の貫通孔、２００…ハードマスク

Claims (14)

1. 基板と、
   前記基板上に設けられたＭＥＭＳ素子と、
   前記基板とともに前記ＭＥＭＳ素子を収納する空洞を形成し、複数の第１の貫通孔を有する第１の膜と、
   前記第１の膜上に設けられ、前記複数の第１の貫通孔の一部の第１の貫通孔に連通する第２の貫通孔を有する第２の膜と、
   前記第２の膜上に設けられ、前記第２の貫通孔に連通する前記第１の貫通孔を塞ぐように形成された第３の膜と
   を具備してなることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
2. 前記第１の膜は、第１の領域および前記第１の領域の外側の第２の領域を有し、前記複数の第１の貫通孔は、前記第１の領域に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
3. 前記第２の膜は、前記第２の貫通孔と連通する前記第１の貫通孔を除いた、前記複数の第１の貫通孔を塞ぐように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
4. 前記第２の膜は有機膜を含み、前記第２の膜は第１の貫通孔を埋めるように設けられていることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
5. 前記複数の第１の貫通孔のサイズは同じあることを特徴とする請求項２に記載のＭＥＭＳデバイス。
6. 前記第２の貫通孔のサイズは、前記第２の貫通孔と連通する前記第１の貫通孔のサイズよりも大きいことを特徴とする請求項２に記載のＭＥＭＳデバイス。
7. 前記第１の膜は、第１の領域および前記第１の領域の外側の第２の領域を有し、前記第２の貫通孔に連通する前記第１の貫通孔を除いた、前記複数の第１の貫通孔は、前記第１の膜の前記第１の領域に設けられ、前記第２の貫通孔に連通する前記第１の貫通孔は、前記第１の膜の前記第２の領域に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
8. 前記第１の領域に設けられた前記第１の貫通孔のサイズは、前記第２の領域に設けられた前記第１の貫通孔のサイズとは異なることを特徴とする請求項７に記載のＭＥＭＳデバイス。
9. 前記第２の膜と前記第３の膜との間に設けられ、前記第２の貫通孔と連通する開口部を有するハードマスクをさらに具備してなることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
10. 前記第１の膜、前記第２の膜および前記第３の膜はそれぞれ絶縁性の膜であることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
11. 前記第２の膜は、前記第１の膜よりもガス透過率が高いことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
12. 前記第３の膜は、前記第２の膜よりもガス透過率が低いことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
13. 基板上にＭＥＭＳ素子を形成する工程と、
    前記基板上に前記ＭＥＭＳ素子を覆う犠牲層を形成する工程と、
    前記犠牲層上に複数の第１の貫通孔を有する第１の膜を形成する工程と、
    前記複数の第１の貫通孔を通して前記犠牲層を除去することにより、前記基板と前記第１の膜とにより前記ＭＥＭＳ素子を収納する空洞を形成する工程と、
    前記第１の膜上に、前記複数の第１の貫通孔を塞ぐように、第２の膜を形成する工程と、
    前記第２の膜中に、前記複数の第１の貫通孔の一部の第１の貫通孔に連通する第２の貫通孔を形成する工程と、
    前記第２の膜上に、前記第２の貫通孔に連通する前記第１の貫通孔を塞ぐように第３の膜を形成する工程と
    を具備してなることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
14. 前記第２の膜は有機膜を含み、前記第２の膜は前記第１の貫通孔を埋めるように形成されることを特徴とする請求項１３に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。

Images