JP2008119792A - Ｍｅｍｓデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ＭＥＭＳ構造体をリリースするときのエッチング領域の平面方向の大きさを軽減することを可能とし、小型化が図れて製造効率が良好なＭＥＭＳデバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】シリコン基板１上に形成された犠牲層１５上に可動電極２０を形成し、可動電極２０上に、第一層間絶縁膜１６、第一配線層２３、第二層間絶縁膜１７、第二配線層２４を、この順に一部をパターニングしながら積層させた配線積層部を形成する。次に、可動電極２０の全面が第一層間絶縁膜１６の一部で覆われるように残して配線積層部の一部をドライエッチングにより除去し予備開口部Ｃ１ａを形成する。次に、保護膜１９を形成した後、選択比を有するエッチング液により、第一層間絶縁膜１６の残った一部および犠牲層１５を除去するリリースエッチングを行なって可動電極２０をリリースする。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体製造プロセスを用いて、半導体基板上に機械的に可動な状態で形成される可動電極を備えたＭＥＭＳデバイスの製造方法に関するものである。

一般に、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）と呼ばれる微細加工技術を利用して形成された機械的に可動な可動電極等を備えた電気機械系構造体、例えば、共振器、フィルタ、センサ、モータ等が知られている。そして、この電気機械系構造体を、シリコン基板などの半導体基板上に形成してなるＭＥＭＳデバイスが提案されている。このようなＭＥＭＳデバイスは、半導体製造プロセスを利用して形成されることにより、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の半導体回路と一体化することが可能であり、携帯電話機等といった小型化および高機能化が要求される通信機器に用いられる高周波回路などへの応用が期待されている。

例えば特許文献１に、デジタル回路やアナログ回路などのＣＭＯＳと、静電容量型圧力センサとを１チップに混載したＭＥＭＳデバイス（圧力センサ混載型半導体装置）が提案されている。このＭＥＭＳデバイスにＭＥＭＳ構造体として搭載される静電容量型圧力センサ部は、圧力検知部である下部電極（固定電極）と参照用キャパシタ部、およびダイヤフラムとを有している。このうち、シリサイド膜により形成されたダイヤフラムは、下部電極上に積層された酸化シリコン（ＳｉＯ₂）膜の上に形成されていて、酸化シリコン膜の一部に形成された空洞内に配置されることにより、機械的に可動な状態な可動電極として機能するようになっている。

ここで、可動電極を有するＭＥＭＳデバイスの一般的な構成とその製造方法について、図７を用いて説明する。図７に示すＭＥＭＳデバイス１３０は、半導体基板としてのシリコン基板１０１上に、絶縁膜１０２と窒化膜１０３がこの順に積層され、この上に固定された状態で設けられた固定電極１１０を有している。固定電極１１０の上には、犠牲層１１５が積層され、さらにその上に、第一層間絶縁膜１１６、第一配線層１２３、第二層間絶縁膜１１７、第二配線層１２４、保護膜１１９がこの順に積層されて形成された配線積層部を有している。なお、保護膜１１９は、酸化シリコンなどの酸化膜層１１８ａと窒化膜層１１８ｂがこの順に積層された二層構造となっている。また、配線積層部の略中央の一部が除去されて開口部Ｃ３が形成されている。そして、この開口部Ｃ３内には、一部が窒化膜１０３上に支持され、犠牲層１１５が除去されていることにより、窒化膜１０３および固定電極１１０と所定の隙間を有して可動な状態で設けられた可動電極１２０が備えられている。

ＭＥＭＳデバイス１３０は、半導体製造プロセスを用いて製造される。まず、シリコンからなる半導体基板１０１上に、熱酸化膜である絶縁膜１０２とエッチングストップ膜である窒化膜１０３をこの順に積層させ、その上に多結晶シリコンからなる構造体形成膜を形成してパターニングすることにより構造体としての固定電極１１０を形成する。次に、犠牲層１１５を積層させ、その上に多結晶シリコンからなる構造体形成膜を形成してパターニングすることにより、構造体としての可動電極１２０を形成する。次に、第一層間絶縁膜１１６、第一配線層１２３、第二層間絶縁膜１１７、第二配線層１２４を、一部をパターニングしながらこの順に積層させて、固定電極１１０から配線を引き出す配線積層部を形成する。配線積層部の最上層には、酸化シリコンなどの酸化膜層１１８ａと窒化膜層１１８ｂを順次積層させた二層構造の保護膜１１９を形成する。そして、可動電極１２０の上方の保護膜１１９からリリースエッチングを行なって開口部Ｃ３を形成する。リリースエッチングは、まず、保護膜１１９上面に開口部Ｃ３を形成するためのフォトレジストパターンを形成し、このフォトレジストパターンをエッチングマスクとして、フッ化水素系のエッチング液によりウェットエッチングする。すると、保護膜１１９、第二層間絶縁膜１１７、可動電極１２０の上面および側面を覆っている第一層間絶縁膜１１６と、可動電極１２０の下面部分の犠牲層１１５が除去され、エッチングストップ層として機能する窒化膜１０３によってエッチングが止まる。また、リリースエッチングでは、固定電極１０がエッチングされずに残り、可動電極１２０が、窒化膜１０３および固定電極１１０と所定の隙間を設けてリリースされて可動な状態となる。

特開２００６−１２６１８２号公報

しかしながら、前述の製造方法では、可動電極１２０をリリースするリリースエッチング工程では、可動電極２０などの構造体上に形成された保護膜１１９を含む配線積層部と、可動電極２０周辺の第一層間絶縁膜１１６および犠牲層１１５を一度に除去している。上層側の配線積層部の除去に時間がかかるために、可動電極１２０をリリースするまでのトータル時間が長くなる。このとき、ウェットエッチングが等方性エッチングであることから、エッチングレートの高い酸化膜層１１８ａや第一層間絶縁膜１１６および第二層間絶縁膜１１７のサイドエッチングが進行することから、開口部Ｃ３の平面サイズが大きくなってしまう。また、エッチングが第一配線層１２３や第二配線層１２４などの機能部に達して、それらの機能不良を起こす虞があった。また、こうした機能部へのエッチングの悪影響を回避するために、機能部をリリースエッチング領域から遠ざけて配置する設計が必要となって、ＭＥＭＳデバイスの小型化が困難になるという問題があった。

本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その目的は、ＭＥＭＳ構造体をリリースするときのエッチング領域の平面方向の大きさを軽減することを可能とし、小型化が図れて製造効率が良好なＭＥＭＳデバイスの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、半導体基板上に積層されたエッチングストップ膜と、エッチングストップ膜上に隙間を設けて機械的に可動な状態で配置された可動電極と、可動電極の周囲に形成された層間絶縁膜と配線とを含む配線積層部と、配線積層部上に形成される保護膜と、を有するＭＥＭＳデバイスの製造方法であって、半導体基板上にエッチングストップ膜を形成する工程と、エッチングストップ膜上に犠牲層を形成する工程と、一部が犠牲層上に形成された態様で可動電極を形成する工程と、可動電極を形成した後に層間絶縁膜を形成し、該層間絶縁膜上に配線を形成して配線積層部を形成する工程と、保護膜を形成する工程と、層間絶縁膜の一部を除去して予備開口部を形成する工程と、層間絶縁膜および犠牲層を除去して可動電極をリリースするリリースエッチング工程と、を有し、予備開口部形成工程で、可動電極の全面が層間絶縁膜に覆われるように残して層間絶縁膜の一部を除去することを特徴とする。

ＭＥＭＳデバイスの製造方法においては、通常、可動電極をリリースするリリースエッチングは、可動電極やエッチングストップ膜以外の、犠牲層などを選択的にエッチングすることが可能な選択比を有するエッチング液を用いてウェットエッチング法により行なわれる。等方性エッチングであるウェットエッチング法では、エッチングを望まない部分のサイドエッチングも進むので、それを考慮して配線などの配置を設計する必要がある。
上記構成のＭＥＭＳデバイスの製造方法によれば、予備開口部形成工程にて、配線層積層部のリリースエッチング領域の一部を除去して予備開口部を形成してから、リリースエッチングを行なうので、リリースエッチング工程でのエッチング時間が短縮される。これにより、従来のように、配線積層部とリリースされる可動電極周辺部分とを一度にエッチングしてリリースエッチングする方法に比べて、リリースエッチング時の配線積層部のサイドエッチング量を抑えることができる。従って、リリースエッチングにより形成される開口部の大きさが軽減されるので、小型化が可能なＭＥＭＳデバイスの製造方法を提供することができる。

本発明では、保護膜を形成する工程の前に、予備開口部形成工程を実施する構成としてもよい。

この製造方法によれば、保護膜がない状態で予備開口部を形成するため、予備開口部形成工程のエッチング量が少なくなるので、配線積層部のサイドエッチング量が軽減する。これにより、後で実施するリリースエッチング工程も含めて、開口部の大きさをより軽減することができ、より小型化の図られたＭＥＭＳデバイスの製造方法を提供することができる。また、予備開口部形成工程において、ウェットエッチング法のような等方性エッチングを用いることもでき、工程設計の自由度が上がる。
さらに、サイドエッチングが配線などの機能部に達して機能不良を起こすなどの不具合を抑制することができる。

本発明は、予備開口部形成工程で、ドライエッチング法が用いられていることが好ましい。

一般に、ドライエッチングはエッチング異方性に優れているので、サイドエッチング量が抑えられ、予備開口部の平面方向の面積が広がるのを抑えることができる。これにより、リリースエッチング後の開口部も小さくなることから、より小型化を図ることが可能なＭＥＭＳデバイスの製造方法を提供できるという顕著な効果を奏する。しかも、エッチング選択比を有するエッチング液によるウェットエッチングにより、配線積層部を含めて一度にリリースエッチングを行なう従来法に比して、可動電極をリリースするための開口部の形成時間を大幅に短縮することができる。従って、ＭＥＭＳデバイス製造のスループットが向上し、それに伴って製造コストを軽減することができる。

以下、本発明のＭＥＭＳデバイスおよびその製造方法の実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
まず、ＭＥＭＳデバイスの一実施形態について図面に沿って説明する。図１（ａ）は、本発明に係るＭＥＭＳデバイスの好適な実施形態の構成を示す平面図であり、図１（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

図１に示すＭＥＭＳデバイス３０は、半導体基板としてのシリコン基板１上に、固定された状態で設けられた固定電極１０と、後述する第一層間絶縁膜１６および第二層間絶縁膜１７をそれぞれ介して形成された第一配線層２３および第二配線層２４を含む配線積層部とを有している。また、配線積層部の略中央の一部を除去することによって形成された開口部Ｃ１内に、犠牲層１５が除去されることにより可動な状態で設けられた可動電極２０が備えられている。

シリコン基板１上には、酸化シリコン膜（例えば、熱酸化膜）である絶縁膜２と、窒化シリコン（ＳｉＮ）などからなる窒化膜３が、この順に積層されている。窒化膜３上には、多結晶シリコン膜を積層させてパターニングすることにより形成された固定電極１０が設けられている。固定電極１０は、開口部Ｃ１に露出された部分と、開口部Ｃ１周辺に積層されて形成された犠牲層１５に覆われた部分とを有している。また、固定電極１０の開口部Ｃ１に露出された部分の略中央はパターニングされることにより一部が除去されている。なお、固定電極１０は、パターニングされる前の多結晶シリコン膜が積層された段階で、導電性を付与するためにリンイオンなどの不純物イオンのイオン打ち込みが施されている。

固定電極１０上に形成された犠牲層１５の上には、第一層間絶縁膜１６、第一配線層２３、第二層間絶縁膜１７、第二配線層２４がこの順に積層された配線積層部を有している。第一層間絶縁膜１６の一部がパターニングされ、固定電極１０と第一配線層２３とが導通されている。また、第二層間絶縁膜１７の一部がパターニングされ、第一配線層２３と第二配線層２４とが導通されている。なお、本実施形態では、第一層間絶縁膜１６上に、第二層間絶縁膜１７を挟んで第一配線層２３と第二配線層２４との二つの配線層が形成された構成を説明するが、これに限らず、一つまたは三つ以上の配線層を形成する構成とすることも可能である。
また、第二配線層２４上には、酸化シリコンなどからなる酸化膜層１８ａと窒化膜層１８ｂとがこの順に積層された二層からなる保護膜（パッシベーション膜）１９が形成されている。保護膜１９は、前述した開口部Ｃ１が形成された後で積層されて形成されるので、開口部Ｃ１の内側壁上の一部にも形成されている。

犠牲層１５、第一層間絶縁膜１６、第一配線層２３、第二層間絶縁膜１７、第二配線層２４、酸化膜層１８ａと窒化膜層１８ｂからなる保護膜１９、が、この順に積層された配線積層部の略中央に形成された円筒形状もしくは矩形状の凹部である開口部Ｃ１の凹底部分には、多結晶シリコンからなる可動電極２０が形成されている。可動電極２０は、一部が窒化膜３上に支持され、犠牲層１５が除去されていることにより、窒化膜３および固定電極１０と所定の隙間を有して可動な状態で設けられている。

次に、上記の構成を有するＭＥＭＳデバイス３０の動作の一例について説明する。本実施形態では、固定電極１０において、可動電極２０を挟んだ両側に形成された一方を駆動電極、他方を検出電極として説明する。また、可動電極２０には直列バイアス電圧が印加されているものとする。
ＭＥＭＳデバイス３０の固定電極１０の駆動電極側に駆動電圧を注入すると、固定電極１０と可動電極２０との間に電位差が生じ、これに伴って電荷が蓄電される。この電位の時間変化、若しくは蓄電される電荷の時間変化により、通常のキャパシタと同様に固定電極１０の駆動電極側と可動電極２０との間には交流電流が流れる。これは固定電極１０の検出電極側と可動電極２０との間においても同様であり、ＭＥＭＳデバイス３０全体には２つのキャパシタを直列に接続した場合の静電容量値に相当した交流電流が流れる。
一方で、可動電極２０は特定の周波数において固有の振動周波数を有し、特定の周波数において厚み方向へ屈曲が生じる。この場合、前述した固定電極１０の駆動電極側および検出電極側と可動電極２０との間の静電容量に変位が生じ、各構造体間に形成されるキャパシタには電圧に相当した電荷が蓄電されているが、静電容量が変動した場合、キャパシタへの蓄電量Ｑ＝ＣＶを満足させるために電荷の移動が生ずる。この結果、可動電極２０の固有振動周波数においては、静電容量の変化に伴い電流が流れる。可動電極２０からの出力電流は、固定電極１０の検出電極側から検出される。

次に、上記のＭＥＭＳデバイス３０の製造方法について説明する。図２、図３、図４は、ＭＥＭＳデバイス３０の製造工程を説明する概略断面図である。なお、図２、図３、図４は、図１（ｂ）と同じ位置のＭＥＭＳデバイス３０の断面を図示している。

ＭＥＭＳデバイス３０の製造においては、半導体製造プロセスが用いられる。
図２（ａ）において、シリコン基板１表面を熱酸化させるなどしてシリコン酸化膜からなる絶縁膜２を形成した上に、スパッタリングリング法やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などにより窒化シリコン（ＳｉＮ）などで構成される窒化膜３を形成する。この窒化膜３は、後述するリリースエッチングを行なう際のエッチングストップ層として機能するベース層となる。

次に、図２（ｂ）に示すように、窒化膜３上に、ＣＶＤ法などにより多結晶シリコン膜を積層させ、導電性を付与するためにリンイオン（例えば、³¹Ｐ⁺）などの不純物イオンのイオン注入を施してから、フォトリソグラフィなどによりパターニングすることによって固定電極１０を形成する。

次に、固定電極１０上に、スパッタリングリング法などにより酸化シリコンなどの酸化膜からなる犠牲層１５を形成する。そして、犠牲層１５上に、ＣＶＤ法などにより多結晶シリコン膜を積層させてからリンイオンなどの不純物イオンのイオン注入を行なって導電性を付与した後、フォトリソグラフィによりパターニングすることによって可動電極２０を形成する（図２（ｃ））。

次に、図３（ａ）において、ＣＶＤ法やスパッタリングなどの方法により、第一層間絶縁膜１６を形成する。このとき、第一層間絶縁膜１６を積層させる下地層は凹凸を有するが、後の工程で第一層間絶縁膜１６上に積層される配線層などの形成を容易にするために、第一層間絶縁膜１６の上面は平坦になるようにすることが望ましい。このため、第一層間絶縁膜１６には、リフローすることにより平坦化することが可能なＢＰＳＧ（Boron Phosphorus Silicon Glass）やＰＳＧ（Phosphorus Silicon Glass）を用いることが好ましい。この他にも、液状の絶縁性ガラス材料をスピンコート法により塗布して成膜するＳＯＧ（Spin On Glass）を層間絶縁膜として用いたり、酸化シリコンなどをスパッタリングした後に化学的および機械的に研磨するＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）などの平坦化技術を用いたりして層間絶縁膜の上面を平坦化する構成としてもよい。

次に、第一層間絶縁膜１６上に、スパッタリング法やＣＶＤ法、およびフォトリソグラフィなどにより、第一配線層２３、第二層間絶縁膜１７、第二配線層２４をこの順に積層させて形成する。第一配線層２３および第二配線層２４は、スパッタリング法や蒸着法などによりアルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）などの金属材料を積層し、フォトリソグラフィによりパターニングすることによって形成される。また、第一層間絶縁膜１６および第二層間絶縁膜１７にはそれぞれビアホールを形成する。このビアホール内をスルーホールとして、固定電極１０と第一配線層２３とが導通され、第一配線層２３と第二配線層２４とが導通される。
なお、本実施形態では、第一配線層２３および第二配線層２４の二層の配線層を形成する例を説明した。ここで、配線層は単層でもよく、また、必要に応じて三層以上設ける構成としてもよい。

次に、図３（ｂ）において、第二配線層２４を形成した積層体上にスピンコートなどの方法によりフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィにより後述する予備開口部Ｃ１ａ形成用のフォトレジストパターン９１を形成する。そして、このフォトレジストパターン９１を介して、ドライエッチングなどの方法により、第二層間絶縁膜１７と第一層間絶縁膜１６を、可動電極２０が露出しない深さまでエッチングして予備開口部Ｃ１ａを形成する。
予備開口部Ｃ１ａを形成するエッチングには、例えばＣＨＦ₃などの反応性ガスを用いたＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法を用いることが好ましい。ＲＩＥ法によるドライエッチングは異方性に優れており、フォトレジストパターン９１の端部直下から水平方向に進んでいくサイドエッチングが起こりにくいので、略鉛直方向にエッチングを進めることができる。

予備開口部Ｃ１ａは、後述する、可動電極２０をリリースするためのリリースエッチングのエッチング量を軽減するために形成されるものなので、なるべく可動電極２０上面付近までエッチングすることが望ましい。また、本実施形態で、可動電極２０が露出しないように第一層間絶縁膜１６の厚みの一部を残すのは、後述するリリースエッチングまでの工程において、可動電極２０が各工程の処理液や外気などに曝されることによる損傷や汚染を防止する保護膜とするためである。従って、可動電極２０上に残す第一層間絶縁膜１６の厚さは、予備開口部Ｃ１ａを形成するときのエッチングばらつきと、以降のリリースエッチングまでの工程の各処理で除去される量とを考慮してなるべく薄く設定することが好ましい。なお、予備開口部Ｃ１ａを形成するときのエッチングは、本実施形態では可動電極２０を覆う第一層間絶縁膜１６の一部まで行なったが、必要に応じて、それより上層の絶縁膜（例えば、本実施形態では第二層間絶縁膜１７）の一部まで行なう構成としてもよい。

次に、図３（ｃ）に示すように、第二配線層２４上に、酸化シリコンなどの酸化膜層１８ａと窒化シリコンなどの窒化膜層１８ｂを順次積層してなる保護膜（パッシベーション膜）１９を形成する。保護膜１９は、ＣＶＤ法やスパッタリングリング法などにより形成できる。この他、シリコンナイトライド（Ｓｉ₃Ｎ₄）で構成される保護膜１９は、例えばプラズマＣＶＤを用いて形成することが好ましい。なお、ＣＶＤ法やスパッタリング法などにより形成された保護膜１９は形成面に沿うように積層されるので、予備開口部Ｃ１ａの内側壁上および凹底部上にも形成される。

次に、保護膜１９上に、スピンコートなどによりフォトレジスト膜を塗布してから、フォトリソグラフィを用いて予備開口部Ｃ１ａの大きさと略同一開口を有するフォトレジストパターン９２を形成する（図４（ａ））。

次に、可動電極２０をリリースするためのリリースエッチングを行なう。リリースエッチングには、多結晶シリコンからなる固定電極１０および可動電極２０と、窒化シリコンからなる窒化膜３以外の、単結晶の酸化シリコンなどからなる各層をエッチングする選択比を有する例えばフッ化水素（ＨＦ）系のエッチング液を用いる。このエッチング液により、フォトレジストパターン９２を介してウェットエッチングすると、図４（ｂ）に示すように、可動電極２０の上面および側面を覆っている第一層間絶縁膜１６と、可動電極２０の下面部分の犠牲層１５が除去されて開口部Ｃ１が形成される。このとき、エッチングストップ層として機能する窒化膜３によって厚み方向のエッチングが止まり、また固定電極１０がエッチングされずに残る。また、可動電極２０が、窒化膜３および固定電極１０と所定の隙間を設けてリリースされて可動な状態となる。

そして、リリースエッチング後にフォトレジストパターン９２を剥離することにより、図４（ｃ）に示すＭＥＭＳデバイス３０が得られ、一連のＭＥＭＳデバイス３０の製造工程を終了する。

次に、上記第１の実施形態の効果を述べる。
（１）上記のＭＥＭＳデバイス３０の製造方法によれば、まず、第二層間絶縁膜１７と第一層間絶縁膜１６を、可動電極２０が露出しない深さまでドライエッチングによりエッチングして予備開口部Ｃ１ａを形成した。そして、固定電極１０および可動電極２０とエッチングストップ膜としての窒化膜３以外の、単結晶の酸化シリコンなどからなる各層をエッチングする選択比を有するフッ化水素系のエッチング液によりリリースエッチングを行なって可動電極２０をリリースする構成とした。
この構成によれば、従来の、配線積層部とリリースされる可動電極２０周辺部分とを一度にエッチングしてリリースエッチングする方法に比べて、リリースエッチング時間が短縮され、配線積層部のサイドエッチング量を抑えることができる。これにより、リリースエッチングにより形成される開口部Ｃ１を比較的小さくすることができるので、小型化が可能なＭＥＭＳデバイスの製造方法を提供することができる。

（２）上記のＭＥＭＳデバイス３０の製造方法では、第二層間絶縁膜１７と第一層間絶縁膜１６を、可動電極２０が露出しない深さまでエッチングして予備開口部Ｃ１ａを形成するときに、ＲＩＥ法などのドライエッチング法を用いる構成とした。
ドライエッチングは異方性に優れており、フォトレジストパターン９１の端部直下の第二層間絶縁膜１７がエッチングされる所謂アンダーカットや、配線積層部のサイドエッチングが抑制でき、略鉛直方向にエッチングが進むという特徴を有する。これにより、予備開口部Ｃ１ａの大きさをより軽減することが可能となり、より小型化が図れるＭＥＭＳデバイスの製造方法に寄与することができる。

（３）上記のＭＥＭＳデバイス３０の製造方法によれば、保護膜１９を形成する前に、予備開口部Ｃ１ａを形成している。そして、酸化膜層１８ａと窒化膜層１８ｂをこの順に積層させた二層構造の保護膜１９を形成した後に、リリースエッチングを行なう構成とした。
この構成によれば、保護膜１９がない状態で予備開口部Ｃ１ａを形成することにより、予備開口部Ｃ１ａ形成工程でのエッチング量が少なくなるので、配線積層部のサイドエッチング量がより軽減される。これにより、後で実施するリリースエッチング工程を経た後に形成される開口部Ｃ１の大きさがより軽減される。従って、より小型化の図れた固定電極１０の製造方法を提供することができる。また、サイドエッチングが配線などの機能部に達して機能不良を起こすなどの不具合を抑制することができるので、固定電極１０の信頼性および製造歩留りの向上が可能となる。
さらに、二層構造の保護膜１９の上層である窒化膜層１８ｂは、リリースエッチングで用いるフッ化水素系のエッチング液に溶け難いので、リリースエッチング時のバリア層となって配線積層部のサイドエッチを抑制する効果を奏する。また、予備開口部Ｃ１ａ形成工程において、ウェットエッチング法のような等方性エッチングを用いることもできるので、工程設計の自由度が上がる。

（第２の実施形態）
上記第１の実施形態におけるＭＥＭＳデバイス３０の製造方法では、保護膜１９を形成する前の段階で予備開口部Ｃ１ａを形成し、その後保護膜１９を形成したが、これに限らない。保護膜までの全ての積層工程を終えてから予備開口部を形成してＭＥＭＳデバイスを製造することも可能である。

図５および図６は、全ての積層工程を終えてから予備開口部を形成して製造されるＭＥＭＳデバイス７０の製造方法を説明する概略断面図である。なお、本第２の実施形態におけるＭＥＭＳデバイス７０の製造方法の説明のうち、上述した第１の実施形態と同様の構成については説明を省略する。

図５（ａ）において、上記の第１の実施形態と同様の方法により、まず、シリコン基板４１上に、絶縁膜４２、窒化膜４３を順次積層させた上に、多結晶シリコン膜を積層させてパターニングすることにより固定電極５０を形成する。次に、固定電極５０上に、犠牲層５５を形成した上に、多結晶シリコン膜を積層させてからパターニングすることにより可動電極６０を形成する。次に、第一層間絶縁膜５６、第一配線層６３、第二層間絶縁膜５７、第二配線層６４を、フォトリソグラフィなどによりパターニングしながらこの順に積層させて形成する。そして、酸化シリコンなどの酸化膜層５８ａと窒化シリコンなどの窒化膜層５８ｂを順次積層してなる保護膜５９を形成する。

次に、図５（ｂ）に示すように、保護膜５９上にフォトレジストを塗布してからパターニングすることにより予備開口部Ｃ２ａを形成するためのフォトレジストパターン９４を形成する。

次に、図５（ｃ）に示すように、フォトレジストパターン９４をマスクとして、反応性ドライエッチングにより、上記の保護膜５９、第二層間絶縁膜５７、第一層間絶縁膜５６を、可動電極６０が露出しない深さまでエッチングして予備開口部Ｃ２ａを形成する。本第２の実施形態では、エッチングガス種としてフロロカーボンガス、例えばｃ−Ｃ₄Ｆ₈、Ｃ₃Ｆ₆、Ｃ₄Ｆ₆、Ｃ₅Ｆ₆など、を用いて予備開口部Ｃ２ａを形成し、予備開口部Ｃ２ａの内側壁上に反応副生成物（ポリマー）からなるポリマー膜９９が形成される例を説明する。フロロカーボンガスを用いてエッチングすると、エッチングされて予備開口部Ｃ２ａが形成されていく過程で、エッチングガスの炭素の存在によって反応副生成物が生成されやすい。また、エッチング装置の内圧、ガス流量、ＩＣＰ（Inductive Coupling Plasma）電力、バイアス電力等のエッチング条件を制御することにより、反応副生成物が予備開口部Ｃ２ａの内側壁上に付着しやすくすることも可能である。このようにして形成された予備開口部Ｃ２ａの内側壁上のポリマー膜９９は、エッチングが進んでいく過程で、フォトレジストパターン９４端部直下の側からのサイドエッチングを抑制する保護膜として作用する効果がある。
なお、予備開口部Ｃ２ａを形成したときの可動電極６０上に残す第一層間絶縁膜５６の厚さは、上記第１の実施形態と同様に、以降のリリースエッチングまでの工程の各処理で除去される量とを考慮してなるべく薄く設定する。

次に、フォトレジストパターン９４およびポリマー膜９９を剥離してから、保護膜５９上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィにより後述するリリースエッチングのマスクとなるフォトレジストパターン９５を形成する（図６（ａ））。フォトレジストパターン９４およびポリマー膜９９の剥離には、酸素プラズマ処理やレジスト剥離液（例えば、アルキルベンゼンスルホン酸などを成分とした有機酸系のネガ型レジスト剥離液、またはエタノールアミン類を代表とした有機アミンと極性溶剤との混合液などを成分としたポジ型レジスト剥離液、など）、若しくはポリマー剥離液（例えば、フッ化アンモニウムを含む剥離液など）を用いて除去する。
なお、本第２の実施形態では、予備開口部Ｃ２ａの形成に用いたフォトレジストパターン９４を剥離して、次のリリースエッチング工程でのマスク効果を安定的に得るために、新たにフォトレジストパターン９５を形成する構成としたが、これに限らない。予備開口部Ｃ２ａ形成後のフォトレジストパターン９４の損傷度合いがリリースエッチングに耐え得る程度であれば、フォトレジストパターン９４をそのままリリースエッチングのマスクとして用いても構わない。

次に、図６（ｂ）に示すように、フッ化水素系のエッチング液などにより、可動電極６０の上面および側面を覆っている第一層間絶縁膜５６と、可動電極６０の下面部分の犠牲層５５とを除去するリリースエッチングを行なう。これにより、可動電極６０は、リリースエッチングにより形成された開口部Ｃ２において機械的に可動な状態にリリースされる。このとき、保護膜５９のうちリリースエッチング液に難溶な窒化膜層５８ｂはほとんどエッチングされず、酸化膜層５８ａ、第二層間絶縁膜５７、第一層間絶縁膜５６は若干サイドエッチングされる。

次に、フォトレジストパターン９５を剥離することにより、図６（ｃ）に示すように、第２の実施形態のＭＥＭＳデバイス７０が得られる。

上記第２の実施形態におけるＭＥＭＳデバイス７０の製造方法によれば、保護膜５９を含む配線積層部に予備開口部Ｃ２ａを形成してから、リリースエッチングを行なって可動電極６０をリリースする構成となっている。これにより、配線積層部とリリースされる可動電極６０周辺部分とを一度にエッチングしてリリースエッチングする方法に比べて、配線積層部のサイドエッチング量が抑えられるので、小型化のＭＥＭＳデバイス７０を製造することができる。

（ａ）は、本発明の第１の実施形態であるＭＥＭＳデバイスの概略構造を説明する平面図、（ｂ）は、同図（ａ）のＡ−Ａ線断面図。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態であるＭＥＭＳデバイスの製造方法を説明する概略断面図。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態であるＭＥＭＳデバイスの製造方法を説明する概略断面図。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態であるＭＥＭＳデバイスの製造方法を説明する概略断面図。 （ａ）〜（ｃ）は、ＭＥＭＳデバイスの製造方法の第２の実施形態を説明する概略断面図。 （ａ）〜（ｃ）は、ＭＥＭＳデバイスの製造方法の第２の実施形態を説明する概略断面図。 は、ＭＥＭＳデバイスの従来の概略構造を模式的に説明する断面図。

符号の説明

１，４１，１０１…半導体基板としてのシリコン基板、３，４３，１０３…エッチングストップ層としての窒化膜、１０，５０，１１０…固定電極、１５，５５，１１５…犠牲層、１６，５６，１１６…配線積層部の一つとしての第一層間絶縁膜、１７，５７，１１７…配線積層部の一つとしての第二層間絶縁層、２３，６３，１２３…配線が形成される第一配線層、２４，６４，１２４…配線が形成される第二配線層、１９，５９，１１９…保護膜、２０，６０，１２０…可動電極、３０，７０，１３０…ＭＥＭＳデバイス、Ｃ１ａ，Ｃ２ａ…予備開口部、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３…開口部。

Claims (3)

1. 半導体基板上に積層されたエッチングストップ膜と、エッチングストップ膜上に隙間を設けて機械的に可動な状態で配置された可動電極と、前記可動電極の周囲に形成された層間絶縁膜と配線とを含む配線積層部と、前記配線積層部上に形成される保護膜と、を有するＭＥＭＳデバイスの製造方法であって、
   前記半導体基板上に前記エッチングストップ膜を形成する工程と、
   前記エッチングストップ膜上に犠牲層を形成する工程と、
   一部が前記犠牲層上に形成された態様で前記可動電極を形成する工程と、
   前記可動電極を形成した後に前記層間絶縁膜を形成し、該層間絶縁膜上に前記配線を形成して前記配線積層部を形成する工程と、
   前記保護膜を形成する工程と、
   前記層間絶縁膜の一部を除去して予備開口部を形成する工程と、
   前記層間絶縁膜および前記犠牲層を除去して前記可動電極をリリースするリリースエッチング工程と、を有し、
   前記予備開口部形成工程で、前記可動電極の全面が前記層間絶縁膜に覆われるように残して前記層間絶縁膜の一部を除去することを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
2. 請求項１に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法であって、
   前記保護膜を形成する工程の前に、前記予備開口部形成工程を実施することを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
3. 請求項１または２に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法であって、
   前記予備開口部形成工程で、ドライエッチング法が用いられていることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。

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