JP4544140B2

JP4544140B2 - Ｍｅｍｓ素子

Info

Publication number: JP4544140B2
Application number: JP2005331437A
Authority: JP
Inventors: 正吾稲葉; 彰佐藤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-02-16
Filing date: 2005-11-16
Publication date: 2010-09-15
Anticipated expiration: 2025-11-16
Also published as: EP1693339A1; JP2006255879A; US20060180882A1

Description

本発明は半導体基板に構造体を備えた、ＭＥＭＳ素子およびＭＥＭＳ素子の製造方法に
関する。

近年、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を利用し、半導体基板に
ＭＥＭＳ素子を備えたセンサや共振器、通信用デバイスなどが注目されている。ＭＥＭＳ
素子は半導体製造プロセスを用い、半導体基板上に製作された微小な構造体からなる機能
素子である。この構造体は、電気的な力、または加速度などの外力で変形する片持ち梁あ
るいは両持ち梁構造の可動部（可動電極）と、固定部（固定電極）を備えている。例えば
、特許文献１に示すような櫛歯状可動電極と櫛歯状固定電極を備えたＭＥＭＳ素子が知ら
れている。

特開２００４−２７６２００号公報

このようなＭＥＭＳ素子において、構造体の電気信号を取り出すための配線、あるいは
回路素子を同じ半導体基板に形成する場合には、構造体の周辺部に配線層を積層すること
が行われる。
具体的には図１４を用いて説明する。図１４は上記のような構成を備えたＭＥＭＳ素子
の製造工程の一部を示す断面図である。

図１４（ａ）に示すように、ＭＥＭＳ素子１００は、半導体基板１０１に下部電極１０
２を形成し、その上に形成した絶縁膜１０３の一部を除去して構造体１１０が形成される
。そして、構造体１１０の上に層間絶縁膜１０４、下部電極１０２に接続する配線１０５
、層間絶縁膜１０６、パッシベーション膜１０７を順次積層して形成する。その後、構造
体１１０上部のパッシベーション膜１０７、層間絶縁膜１０６，１０４を構造体１１０の
表面まで異方性エッチング（ドライエッチング）し、開口部１１１を形成する。そして、
最後に図１４（ｂ）に示すように、層間絶縁膜１０４の一部と絶縁膜１０３を等方性エッ
チング（ウェットエッチング）して、構造体１１０をリリースしている。

しかしながら、このような製造工程において、構造体１１０をリリースするための等方
性エッチングで層間絶縁膜１０４，１０６も同時にエッチングが進行し、配線１０５にま
で達して配線１０５に損傷を与えることがある。この場合、配線１０５の配置をエッチン
グが進行しない位置に遠ざけることも考えられるが、ＭＥＭＳ素子１００の集積度を低下
させることになる。また、このような構成のＭＥＭＳ素子１００の開口部１１１は、層間
絶縁膜１０４，１０６が露出されているため耐湿性が悪く、ＭＥＭＳ素子１００の信頼性
を著しく低下させている。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は構造体のリリース
工程で配線への損傷を与えることがなく、また耐湿性が良好で信頼性の向上した、ＭＥＭ
Ｓ素子およびＭＥＭＳ素子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、本発明のＭＥＭＳ素子は、半導体基板に配線が層間絶縁膜
を介して積層され、前記層間絶縁膜の一部が前記半導体基板上方まで開口され、この開口
部内に構造体が配置されたＭＥＭＳ素子であって、前記構造体に対向する前記開口部に露
出する前記層間絶縁膜の側壁および前記層間絶縁膜の最上層表面にシリコンナイトライド
膜が形成されたことを特徴とする。

この構成によれば、構造体に対向する層間絶縁膜の側壁および層間絶縁膜の最上層表面
にシリコンナイトライド膜が形成されることにより、層間絶縁膜が露出することがなく、
耐湿性が良好となり、ＭＥＭＳ素子の信頼性を向上させることができる。

また、本発明のＭＥＭＳ素子は、前記構造体に対向する前記層間絶縁膜の最下層の下に
その層間絶縁膜より突出し前記構造体と同層に位置するベース部が形成されていることが
好ましい。

この構成によれば、構造体のリリース工程の等方性エッチングで、エッチング液が層間
絶縁膜に侵入することを防ぐことができ、また、耐湿性を向上させることができる。

また、本発明のＭＥＭＳ素子の製造方法は、半導体基板に絶縁膜を形成する工程と、前
記半導体基板に下部電極を形成する工程と、前記絶縁膜の一部を除去し前記絶縁膜の上に
構造体形成膜を形成する工程と、前記構造体形成膜をエッチングし構造体の形状を形成す
る工程と、前記構造体形成膜の上方に層間絶縁膜と配線とを形成する工程と、前記構造体
の上方の前記層間絶縁膜を少なくとも前記構造体表面までエッチングし開口部を形成する
工程と、前記構造体の上と前記層間絶縁膜の表面および前記開口部の側壁にシリコンナイ
トライド膜を形成する工程と、前記構造体の上の前記シリコンナイトライド膜をエッチン
グする工程と、前記構造体に接する前記層間絶縁膜および前記絶縁膜をエッチングし前記
構造体をリリースする工程と、を少なくとも備えることを特徴とする。

このＭＥＭＳ素子の製造方法によれば、構造体に対向する層間絶縁膜の側壁にシリコン
ナイトライド膜が形成されることにより、シリコンナイトライド膜がエッチングの保護膜
として利用でき、構造体をリリースするための等方性エッチングで層間絶縁膜がさらにエ
ッチングされて、配線に損傷を与えることがない。さらに、シリコンナイトライド膜が層
間絶縁膜の表面から側壁にかけて覆われているため、耐湿性が良好で信頼性の向上した、
ＭＥＭＳ素子の製造方法を提供することができる。

また、本発明のＭＥＭＳ素子の製造方法は、前記構造体形成層をエッチングし構造体の
形状を形成する工程において、前記シリコンナイトライド膜の台座となるベース部を同工
程で形成することが望ましい。

このＭＥＭＳ素子の製造方法によれば、シリコンナイトライド膜の台座となるベース部
を構造体の形状を形成する工程で同時に形成することにより、工程を削減できる。また、
このベース部を設けることにより、構造体のリリース工程の等方性エッチングで、エッチ
ング液が層間絶縁膜に侵入することを防ぐことができ、また、耐湿性を向上させることが
できる。

また、本発明のＭＥＭＳ素子の製造方法において、前記構造体の上方の前記層間絶縁膜
をエッチングする工程は、最初に等方性エッチングを行い、次に異方性エッチングを行う
工程であることが望ましい。

このＭＥＭＳ素子の製造方法によれば、層間絶縁膜を最初に等方性エッチングを行うこ
とにより、エッチングされた層間絶縁膜の側壁を斜面状に形成でき、シリコンナイトライ
ド膜の形成において、ステップカバレッジ（段差被覆性）の向上を図ることができる。特
に、配線を多層に積層した場合には、ステップカバレッジを向上させる効果は大きい。

また、本発明のＭＥＭＳ素子は、半導体基板に配線が層間絶縁膜を介して積層され、前
記層間絶縁膜の一部が前記半導体基板上方まで開口され、この開口部内に構造体が配置さ
れたＭＥＭＳ素子であって、少なくとも前記構造体に対向する前記開口部に露出する前記
層間絶縁膜の側壁に耐食膜が形成されたことを特徴とする。

この構成によれば、構造体に対向する開口部における層間絶縁膜の側壁に耐食膜が形成
されることで、層間絶縁膜が露出することがなく耐湿性が良好となり、ＭＥＭＳ素子の信
頼性を向上させることができる。

上記発明のＭＥＭＳ素子において、前記耐食膜がＴｉＮ、Ｗ、Ｍｏ、ポリシリコンから
選択される材料の膜で形成されたことが望ましい。

この構成によれば、構造体に対向する開口部における層間絶縁膜の側壁に耐食膜として
、ＴｉＮ、Ｗ、Ｍｏ、ポリシリコンから選択される材料の膜で形成されることで、従来の
ように層間絶縁膜が露出した状態に比べ、耐湿性が良好となり、ＭＥＭＳ素子の信頼性を
向上させることができる。
また、これらＴｉＮ、Ｗ、Ｍｏ、ポリシリコンの材料は半導体プロセスで使用される材
料であり、容易に用いることが可能である。

また、本発明のＭＥＭＳ素子の製造方法は、半導体基板に絶縁膜を形成する工程と、前
記絶縁膜の上に下部構造体形成膜を形成する工程と、前記下部構造体形成膜をエッチング
し下部構造体の形状を形成する工程と、前記下部構造体の上に層間絶縁膜を形成する工程
と、前記層間絶縁膜の上に上部構造体形成膜を形成する工程と、前記上部構造体形成膜を
エッチングし上部構造体の形状を形成する工程と、前記上部構造体の上方に層間絶縁膜と
配線とを形成する工程と、前記上部構造体の上方の前記層間絶縁膜をエッチングし開口部
を形成する工程と、前記開口部における前記上部構造体の上方と前記層間絶縁膜の側壁に
耐食膜を形成する工程と、前記上部構造体の上方に位置する前記耐食膜をエッチングする
工程と、前記上部構造体および前記下部構造体に接する前記層間絶縁膜をエッチングし前
記上部構造体および下部構造体をリリースする工程と、を少なくとも備えることを特徴と
する。

このＭＥＭＳ素子の製造方法によれば、構造体に対向する開口部における層間絶縁膜の
側壁に耐食膜が形成されることにより、この耐食膜がエッチングの保護膜として利用でき
、構造体をリリースするための等方性エッチングで層間絶縁膜がさらにエッチングされて
、配線に損傷を与えることがない。さらに、耐食膜が開口部の側壁に覆われているため、
従来のように層間絶縁膜が露出した状態に比べ、耐湿性が良好で信頼性の向上した、ＭＥ
ＭＳ素子の製造方法を提供することができる。

また、本発明のＭＥＭＳ素子の製造方法は、半導体基板に絶縁膜を形成する工程と、前
記半導体基板に下部電極を形成する工程と、前記絶縁膜の一部を除去し前記絶縁膜の上に
構造体形成膜を形成する工程と、前記構造体形成膜をエッチングし構造体の形状を形成す
る工程と、前記構造体形成膜の上方に層間絶縁膜と配線とを形成する工程と、前記構造体
の上方の前記層間絶縁膜をエッチングし開口部を形成する工程と、前記開口部における前
記構造体の上方と前記層間絶縁膜の側壁に耐食膜を形成する工程と、前記構造体の上方の
前記耐食膜をエッチングする工程と、前記構造体に接する前記層間絶縁膜をエッチングし
前記構造体をリリースする工程と、を少なくとも備えることを特徴とする。

このＭＥＭＳ素子の製造方法によれば、構造体に対向する開口部における層間絶縁膜の
側壁に耐食膜が形成されることにより、この耐食膜がエッチングの保護膜として利用でき
、構造体をリリースするための等方性エッチングで層間絶縁膜がさらにエッチングされて
、配線に損傷を与えることがない。さらに、耐食膜が開口部の側壁に覆われていることで
、従来のように層間絶縁膜が露出した状態に比べ、耐湿性が良好で信頼性の向上した、Ｍ
ＥＭＳ素子の製造方法を提供することができる。

また、ＭＥＭＳ素子の製造方法において、前記耐食膜がＴｉＮ、Ｗ、Ｍｏ、ポリシリコ
ンから選択される材料の膜であることが望ましい。

このように、これらＴｉＮ、Ｗ、Ｍｏ、ポリシリコンの材料は半導体プロセスで使用さ
れる材料であり、容易に形成することが可能である。そして、これらの膜は耐湿性に優れ
、信頼性の向上したＭＥＭＳ素子を提供することができる。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。
（第１の実施形態）

図１は本発明に係るＭＥＭＳ素子としてのＭＥＭＳ共振器の実施形態を示す概略構成図
である。図１（ａ）は、ＭＥＭＳ素子の平面図、図１（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断線に
沿う断面図である。

図１において、ＭＥＭＳ素子１は、シリコンからなる半導体基板１０上に、ポリシリコ
ンからなる可動電極１５および固定電極１６ａ，１６ｂで構成される構造体１８が形成さ
れている。半導体基板１０にはｎ型の下部電極１３が形成され、構造体１８との電気的接
続がなされている。また、構造体１８に対向する周辺部には、半導体基板１０の上に形成
された熱酸化膜である絶縁膜１１が形成され、その上に層間絶縁膜２０、配線２１、層間
絶縁膜２２が順次積層されている。配線２１はＡｌまたはＣｕなどからなり、下部電極１
３あるいは半導体基板１０に形成される回路素子と接続されている（図示せず）。

絶縁膜１１と層間絶縁膜２０の間には、ポリシリコンからなるベース部１７が形成され
ている。このベース部１７は構造体１８と同層に位置し、層間絶縁膜２０，２２よりも構
造体１８側に突出し、構造体１８を囲むような形状に形成されている。そして、層間絶縁
膜２２の上面から層間絶縁膜２０の側壁を覆い、ベース部１７に至るまで、シリコンナイ
トライド（Ｓｉ₃Ｎ₄）膜３０が形成されている。また、層間絶縁膜２２の側壁は上面から
斜面状に形成され、シリコンナイトライド膜３０が被覆しやすいように構成されている。
このように、ＭＥＭＳ素子１は半導体基板１０に構造体１８と配線２１を有し、構造体
１８の上部を開口させ、その周辺部に配線２１が層間絶縁膜２０，２２を介して積層され
た構成となっている。

以上の構成のＭＥＭＳ素子１は、一方の固定電極１６ａと接地電極（図示せず）との間
に交流電圧を印加することにより、櫛歯状の固定電極１６ａと可動電極１５との間に静電
力を発生させて可動電極１５を平面的に振動させ、この振動の共振周波数を他方の固定電
極１６ｂから取り出している。

このように、本実施形態のＭＥＭＳ素子１は、構造体１８に対向する層間絶縁膜２０，
２２の側壁および層間絶縁膜２２の表面にシリコンナイトライド膜３０が形成されること
により、層間絶縁膜２０，２２が露出することがない。また、絶縁膜（ＳｉＯ₂膜）１１
は層間絶縁膜２０，２２と異なり熱酸化膜のため、耐湿性の高い膜であることから、ＭＥ
ＭＳ素子１は耐湿性が良好となり、信頼性を向上させることができる。
また、ポリシリコンのベース部１７を絶縁膜１１と層間絶縁膜２０の間に配置すること
により、ＭＥＭＳ素子１の製造工程において、エッチング液が層間絶縁膜２０に進入する
ことを防ぐことができ、また、耐湿性を向上させることができる。
（第２の実施形態）

次に、ＭＥＭＳ素子１の製造方法について説明する。このＭＥＭＳ素子の製造において
は、半導体ＣＭＯＳプロセスを用いている。
図２、図３、図４はＭＥＭＳ素子１の製造工程を示す概略断面図である。

まず、図２（ａ）においてシリコンからなる半導体基板１０上に熱酸化膜（ＳｉＯ₂膜
）である絶縁膜１１を形成し、その上にフォトレジストを塗布し、フォトレジスト膜１２
を形成する。そして、フォトレジスト膜１２を所定の形状にパターニングする。その後、
図２（ｂ）に示すように、パターニングされた半導体基板１０の上からＰイオンを注入し
半導体基板１０にｎ型の下部電極１３を形成する。次に、フォトレジスト膜１２を除去し
、再度フォトレジストを塗布し、下部電極１３の上方の絶縁膜１１の一部を除去するため
にパターニングを行う。そして、図２（ｃ）に示すようにエッチングにより絶縁膜１１の
一部を下部電極１３までエッチングし、フォトレジストを除去する。次に、その上から図
２（ｄ）に示すように、ポリシリコンからなる構造体形成膜１４を形成する。このとき、
絶縁膜１１の一部を除去した部分にもポリシリコンが回り込んでいる。

次に、図３（ａ）に示すように、構造体形成膜１４をパターニングして、構造体１８（
可動電極１５、固定電極１６ａ，１６ｂ）、ベース部１７の形状を分離する。図５は、構
造体１８とベース部１７の形状と配置を示す概略平面図である。構造体１８を構成する可
動電極１５および固定電極１６ａ，１６ｂは、櫛歯状の突起を有しそれぞれがかみ合うよ
うに配置している。また、ベース部１７は、構造体１８を囲むように形成する。

そして、図３（ｂ）に示すように、構造体１８とベース部１７の上に、ＳｉＯ₂膜など
の層間絶縁膜２０を形成し、さらにその上に配線２１をパターニングして形成する。配線
２１はＡｌまたはＣｕなどからなり、半導体基板１０に設けた下部電極１３あるいは、半
導体基板１０に設けられた回路素子と接続している。

次に、図３（ｃ）に示すように、配線２１の上からＳｉＯ₂膜などの層間絶縁膜２２を
形成する。そして、図３（ｄ）に示すように、層間絶縁膜２２表面のフォトレジスト膜２
３をマスクにして、構造体１８およびベース部１７の上方に位置する層間絶縁膜２２を等
方性エッチング（ウェットエッチング）する。このエッチングした層間絶縁膜２２の側壁
は、等方性エッチングのため斜面状の側壁２４となっている。

次に、図４（ａ）に示すように層間絶縁膜２０を異方性エッチング（ドライエッチング
）する。このときのエッチングは、少なくとも構造体１８およびベース部１７の表面が露
出するまで行われる。このエッチングした層間絶縁膜２０の側壁は、異方性エッチングの
ためほぼ垂直の側壁２５となっている。

その後、図４（ｂ）に示すように、層間絶縁膜２２の上面から層間絶縁膜２０の側壁を
覆い、構造体１８表面に至るまで、プラズマＣＶＤを用いシリコンナイトライド（Ｓｉ₃
Ｎ₄）膜３０を形成する。

続いて、図４（ｃ）に示すように、構造体１８およびベース部１７の上方に位置するシ
リコンナイトライド膜３０を、少なくとも構造体１８およびベース部１７の表面が露出す
るまで異方性エッチングする。

最後に、図４（ｄ）に示すように、構造体１８表面より下の層間絶縁膜２０および絶縁
膜１１を犠牲層として等方性エッチングし構造体１８をリリースする。
なお、層間絶縁膜２０，２２および絶縁膜１１の等方性エッチングにはフッ酸系のエッ
チング液が用いられ、異方性エッチングにはフッ素系あるいは塩素系のエッチングガスが
用いられている。また、シリコンナイトライド膜３０の異方性エッチングにはＣＦ₄など
のエッチングガスが用いられている。

以上のように、本実施形態のＭＥＭＳ素子の製造方法によれば、構造体１８に対向する
層間絶縁膜２０，２２の側壁にシリコンナイトライド膜３０が形成されることにより、シ
リコンナイトライド膜３０がエッチングの保護膜として利用できる。このことから、構造
体１８をリリースするための等方性エッチングで、層間絶縁膜２０，２２がさらにエッチ
ングされて配線２１に損傷を与えることがなくなる。さらに、シリコンナイトライド膜３
０が層間絶縁膜２２の表面から側壁２４，２５にかけて覆われているため、耐湿性が良好
で信頼性の向上した、ＭＥＭＳ素子１の製造方法を提供することができる。

また、このＭＥＭＳ素子１の製造方法によれば、シリコンナイトライド膜３０の台座と
なるベース部１７を構造体１８の形状を形成する工程で同時に形成することにより、工程
を削減できる。そして、このベース部１７を設けることにより、構造体１８のリリース工
程の等方性エッチングで、エッチング液が層間絶縁膜２０に侵入することを防ぐことがで
き、また、ＭＥＭＳ素子１の耐湿性を向上させることができる。

さらに、このＭＥＭＳ素子１の製造方法によれば、層間絶縁膜２２を最初に等方性エッ
チングを行うことにより、エッチングされた層間絶縁膜２２の側壁を斜面状に形成でき、
シリコンナイトライド膜３０の形成において、ステップカバレッジ（段差被覆性）の向上
を図ることができる。

また、このＭＥＭＳ素子１の製造方法によれば、配線２１に接続し外部端子との接続を
なす電極パッドの開口を、構造体１８をリリースするエッチング工程の後に行えば、構造
体１８をリリースするエッチング工程で電極パッド部をレジストで保護する必要がなく、
効率的にＭＥＭＳ素子１を製造できる。
（第３の実施形態）

図６は本発明に係るＭＥＭＳ素子として、ＭＥＭＳ共振器の他の実施形態を示す概略構
成図である。図６（ａ）は、ＭＥＭＳ素子の平面図、図６（ｂ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ断
線に沿う断面図である。

図６において、ＭＥＭＳ素子２は、シリコンからなる半導体基板４０上に、窒化膜４１
を介してポリシリコンからなる上部構造体４９および下部構造体４４で構成される構造体
５０が形成されている。上部構造体４９および下部構造体４４はそれぞれ電極として機能
し、下部構造体４４の上方に一定の間隔を保って上部構造体４９の一部が厚み方向に重な
るように配置されている。
また、構造体５０に対向する周辺部には、窒化膜４１の上に層間絶縁膜４５，５１、配
線５２，５３、層間絶縁膜５４が順次積層され、最上層にはシリコンナイトライド膜など
のパッシベーション膜５５が形成されている。配線５２，５３はＡｌまたはＣｕなどから
なり、層間絶縁膜４５，５１を貫通するビアにて下部構造体４４および上部構造体４９に
接続されている。なお、半導体基板４０に回路素子（図示せず）を形成して、周辺回路を
構成しても良い。

このように、ＭＥＭＳ素子２は半導体基板４０に構造体５０と配線５２，５３を有し、
構造体５０の上部を開口させ、その周辺部に配線５２，５３が層間絶縁膜５１，５４を介
して積層された構成となっている。
さらに、構造体５０の上部を開口させた開口部の側壁６２を囲みパッシベーション膜５
５の一部にかけて耐食膜６１が形成されている。耐食膜６１は、ＴｉＮ、Ｗ、Ｍｏ、ポリ
シリコンから選択される材料の膜で形成されている。これらの材料はフッ酸系のエッチン
グ液に対して耐食性を有する材料である。

このようなＭＥＭＳ素子２では、上部構造体４９に直流電圧が印加されると、この上部
構造体４９に対する下部構造体４４との間に静電力が働く。ここで、さらに上部構造体４
９に交流電圧が印加されると静電力が大きくなったり小さくなったり変動し、上部構造体
４９が下部構造体４４に近づいたり遠ざかったりするように変位して振動する。このとき
、下部構造体４４表面で電荷の移動が生じ、下部構造体４４に電流が流れる。そして、振
動が繰り返されることから、下部構造体４４から固有の共振周波数が出力される。

このように、本実施形態のＭＥＭＳ素子２は、構造体５０の上部を開口させることによ
り開口部の側壁６２に露出する層間絶縁膜５４および層間絶縁膜５１の一部を耐食膜６１
が覆う構成になっている。この耐食膜６１は、ＴｉＮ、Ｗ、Ｍｏ、ポリシリコンから選択
される材料の膜で構成され耐湿性に優れており、従来のように層間絶縁膜が露出する状態
に比べて、耐湿性が良好となり、ＭＥＭＳ素子２の信頼性を向上させることができる。
また、開口部の側壁６２にフッ酸系のエッチング液に対して耐食性を有する耐食膜６１
が設けられていることから、ＭＥＭＳ素子２の製造工程における構造体５０のリリース工
程で、この耐食膜６１が保護膜となりエッチング液が層間絶縁膜５４を侵食して内部にま
で及び配線５２，５３に損傷を与えることがない。
（第４の実施形態）

次に、上記ＭＥＭＳ素子２の製造方法について説明する。このＭＥＭＳ素子２の製造方
法においては、半導体ＣＭＯＳプロセスを用いている。
図７〜図１０は、ＭＥＭＳ素子２の製造工程を示す概略断面図である。

図７（ａ）において、シリコンからなる半導体基板４０上にＳｉ₃Ｎ₄などの窒化膜４１
を形成し、その上にポリシリコンからなる下部構造体形成膜４２を形成する。そして、下
部構造体形成膜４２の上にフォトレジスト膜４３を形成して、下部構造体の形状にパター
ニングする。その後、図７（ｂ）に示すように、パターニングしたフォトレジスト膜４３
をマスクとして、下部構造体形成膜４２をエッチングして下部構造体４４の形状を形成す
る。その後、図７（ｃ）に示すようにフォトレジスト膜４３を除去して、下部構造体４４
および窒化膜４１の上にＳｉＯ₂などの層間絶縁膜４５を形成する。
続いて、層間絶縁膜４５の上にフォトレジスト膜４６を形成して、下部構造体４４の上
方部分を残すようにフォトレジスト膜４６をパターニングする。そして、図７（ｄ）に示
すように、パターニングしたフォトレジスト膜４６をマスクとして、層間絶縁膜４５をエ
ッチングする。その後、図７（ｅ）に示すように、フォトレジスト膜４６を除去して、そ
の上からポリシリコンからなる上部構造体形成膜４７を形成する。

次に、上部構造体形成膜４７の上にフォトレジスト膜４８を形成して、上部構造体の形
状にパターニングする。その後、図８（ａ）に示すように、パターニングしたフォトレジ
スト膜４８をマスクとして、上部構造体形成膜４７をエッチングして上部構造体４９の形
状を形成する。そして、図８（ｂ）に示すようにフォトレジスト膜４８を除去して、その
上にＳｉＯ₂などの層間絶縁膜５１を形成する。
続いて、図８（ｃ）に示すように、下部構造体４４および上部構造体４９との接続のた
めに層間絶縁膜５１，４５を貫通してビア５７，５８を形成し、層間絶縁膜５１の上に配
線５２，５３をパターニングして形成する。そして、図８（ｄ）に示すように、配線５２
，５３を形成した上から、ＳｉＯ₂などの層間絶縁膜５４およびＳｉ₃Ｎ₄などのパッシベ
ーション膜５５をそれぞれ形成する。

次に、図９（ａ）に示すように、パッシベーション膜５５の上にフォトレジスト膜５６
を形成し、構造体５０の上方のフォトレジスト膜５６を除くようにパターニングする。そ
して、図９（ｂ）に示すように、パターニングしたフォトレジスト膜５６をマスクとして
、パッシベーション膜５５、層間絶縁膜５４および層間絶縁膜５１の一部まで異方性エッ
チング（ドライエッチング）して、開口部を形成する。
その後、図９（ｃ）に示すように、フォトレジスト膜５６を除去して、その上から耐食
膜６１を形成する。耐食膜６１はパッシベーション膜５５表面から開口部の側壁６２およ
び開口部の底面６３を覆うように形成している。また、この耐食膜６１は、ＴｉＮ、Ｗ、
Ｍｏ、ポリシリコンから適宜選択した材質の膜を用いている。
続いて、耐食膜６１の上にフォトレジスト膜６４を形成し、図９（ｄ）に示すように、
開口部の側壁６２からパッシベーション膜５５の上に形成した耐食膜６１にかけてフォト
レジスト膜６４が残るようにパターニングする。

次に、図１０（ａ）に示すようにパターニングしたフォトレジスト膜６４をマスクとし
て、耐食膜６１をエッチングする。このようにして、開口部における底部に形成した耐食
膜６１およびパッシベーション膜５５表面に形成した耐食膜６１の一部が除去される。
そして、フォトレジスト膜６４を除去して、図１０（ｂ）に示すように、再度、フォト
レジスト膜６５を形成して開口部における構造体５０の上方のフォトレジスト膜６５を除
くようにパターニングする。
その後、フォトレジスト膜６５をマスクとして、構造体５０に接する層間絶縁膜５１，
４５を犠牲層として、等方性エッチング（ウェットエッチング）して、上部構造体４９と
下部構造体４４から構成される構造体５０をリリースする。
最後にフォトレジスト膜６５を除去して、図１０（ｃ）に示すＭＥＭＳ素子２が完成す
る。

なお、構造体５０上方の開口部を形成するための異方性エッチングにはフッ素系あるい
は塩素系のエッチングガスが用いられ、構造体５０に接する犠牲層の等方性エッチングに
はフッ酸系のエッチング液が用いられている。

以上のように、本実施形態のＭＥＭＳ素子２の製造方法によれば、構造体５０に対向す
る開口部の側壁６２に耐食膜６１を形成している。この耐食膜６１はＴｉＮ、Ｗ、Ｍｏ、
ポリシリコンから適宜選択した材質の膜を用いており、これらの材質の膜は、フッ酸系に
エッチング液に対して優れた耐食性を有することから、この耐食膜６１がエッチングの保
護膜として利用でき、構造体５０をリリースするための等方性エッチングで層間絶縁膜５
４がエッチングされて、配線５２，５３に損傷を与えることがない。
また、これら耐食膜６１に用いられる材質は、耐湿性を有し、耐食膜６１が開口部の側
壁６２に覆われているため、従来のように層間絶縁膜が露出した状態に比べ、耐湿性が良
好で信頼性の向上した、ＭＥＭＳ素子２の製造方法を提供することができる。
（第５の実施形態）

次に第５の実施形態として、半導体基板に第１の実施形態で説明した構成の構造体を備
え、開口部の側壁に耐食膜を設けたＭＥＭＳ素子について説明する。第１の実施形態と同
じ構成要素については同符号を付し説明する。
図１１は本発明に係るＭＥＭＳ素子として、ＭＥＭＳ共振器の他の実施形態を示す概略
構成図である。図１１（ａ）は、ＭＥＭＳ素子の平面図、図１１（ｂ）は同図（ａ）のＣ
−Ｃ断線に沿う断面図である。

図１１において、ＭＥＭＳ素子３は、シリコンからなる半導体基板１０上に、ポリシリ
コンからなる可動電極１５および固定電極１６ａ，１６ｂで構成される構造体１８が形成
されている。半導体基板１０にはｎ型の下部電極１３が形成され、構造体１８との電気的
接続がなされている。また、構造体１８に対向する周辺部には、半導体基板１０の上に形
成された熱酸化膜である絶縁膜１１が形成され、その上に層間絶縁膜２０、配線２１、層
間絶縁膜２２、パッシベーション膜７０が順次積層されている。配線２１はＡｌまたはＣ
ｕなどからなり、下部電極１３あるいは半導体基板１０に形成される回路素子と接続され
ている（図示せず）。
このように、ＭＥＭＳ素子３は半導体基板１０に構造体１８と配線２１を有し、構造体
１８の上部を開口させ、その周辺部に配線２１が層間絶縁膜２０，２２を介して積層され
た構成となっている。

また、絶縁膜１１と層間絶縁膜２０の間には、ポリシリコンからなるベース部１７が形
成されている。このベース部１７は構造体１８と同層に位置し、層間絶縁膜２０，２２よ
りも構造体１８側に突出し、構造体１８を囲むような形状に形成されている。
さらに、構造体１８の上部を開口させた開口部の側壁７４を囲みパッシベーション膜７
０の一部にかけて耐食膜７３が形成されている。耐食膜７３は、ＴｉＮ、Ｗ、Ｍｏ、ポリ
シリコンから選択される材料の膜で形成されている。

このように、本実施形態のＭＥＭＳ素子３は、構造体１８の上部を開口させることによ
り開口部の側壁７４に露出する層間絶縁膜２２および層間絶縁膜２０の一部を耐食膜７３
で覆う構成になっている。この耐食膜７３は、ＴｉＮ、Ｗ、Ｍｏ、ポリシリコンから選択
される材料の膜で構成され耐湿性に優れており、従来のように層間絶縁膜が露出する状態
に比べて、耐湿性が良好となり、ＭＥＭＳ素子３の信頼性を向上させることができる。
また、開口部の側壁７４にフッ酸系のエッチング液に対して耐食性を有する耐食膜７３
が設けられていることから、ＭＥＭＳ素子３の製造工程における、構造体１８のリリース
工程でこの耐食膜７３が保護膜となり、エッチング液が層間絶縁膜２２を侵食して内部に
まで及び配線２１に損傷を与えることがない。
（第６の実施形態）

次に、上記ＭＥＭＳ素子３の製造方法について説明する。このＭＥＭＳ素子３の製造方
法においては、半導体ＣＭＯＳプロセスを用いている。なお、本実施形態のＭＥＭＳ素子
３の製造方法は、第２の実施形態で説明した図２（ａ）〜図３（ｃ）まで同工程であるた
め、同構成要素は同符号を付して説明を省略し、図３（ｃ）以降の工程について図１２、
図１３を用いて説明する。

図３（ｃ）において、配線２１の上にＳｉＯ₂膜などの層間絶縁膜２２を形成している
。その後、層間絶縁膜２２の上にＳｉ₃Ｎ₄などのパッシベーション膜７０を形成する。そ
して、図１２（ａ）に示すように、パッシベーション膜７０の上にフォトレジスト膜７１
を形成し、構造体１８の上方のフォトレジスト膜７１を除くようにパターニングする。次
に、図１２（ｂ）に示すように、パターニングしたフォトレジスト膜７１をマスクとして
、パッシベーション膜７０、層間絶縁膜２２および層間絶縁膜２０の一部まで異方性エッ
チング（ドライエッチング）して、開口部を形成する。
その後、図１２（ｃ）に示すように、フォトレジスト膜７１を除去して、その上から耐
食膜７３を形成する。耐食膜７３はパッシベーション膜７０表面から開口部の側壁７４お
よび開口部の底面７５を覆うように形成している。また、この耐食膜７３は、ＴｉＮ、Ｗ
、Ｍｏ、ポリシリコンから適宜選択した材質の膜を用いている。
続いて、耐食膜７３の上にフォトレジスト膜７６を形成し、図１２（ｄ）に示すように
、開口部の側壁７４からパッシベーション膜７０の上に形成した耐食膜７３にかけてフォ
トレジスト膜７６が残るようにパターニングする。

次に、図１３（ａ）に示すようにパターニングしたフォトレジスト膜７６をマスクとし
て、耐食膜７３をエッチングする。このようにして、開口部における底部に形成した耐食
膜７３およびパッシベーション膜７０表面に形成した耐食膜７３の一部が除去される。
そして、フォトレジスト膜７６を除去して、図１３（ｂ）に示すように、再度、フォト
レジスト膜７７を形成して開口部における構造体１８の上方のフォトレジスト膜７７を除
くようにパターニングする。
その後、フォトレジスト膜７７をマスクとして、構造体１８に接する層間絶縁膜２０お
よび絶縁膜１１を犠牲層として、等方性エッチング（ウェットエッチング）して、可動電
極１５および固定電極１６ａ，１６ｂで構成される構造体１８をリリースする。
最後にフォトレジスト膜７７を除去して、図１３（ｃ）に示すＭＥＭＳ素子３が完成す
る。

なお、構造体１８上方の開口部を形成するための異方性エッチングにはフッ素系あるい
は塩素系のエッチングガスが用いられ、構造体１８に接する犠牲層の等方性エッチングに
はフッ酸系のエッチング液が用いられている。

以上のように、本実施形態のＭＥＭＳ素子３の製造方法によれば、構造体１８に対向す
る開口部の側壁７４に耐食膜７３を形成している。この耐食膜７３はＴｉＮ、Ｗ、Ｍｏ、
ポリシリコンから適宜選択した材質の膜を用いており、これらの材質の膜は、フッ酸系の
エッチング液に対して優れた耐食性を有することから、この耐食膜７３がエッチングの保
護膜として利用でき、構造体１８をリリースするための等方性エッチングで層間絶縁膜２
２がエッチングされて、配線２１に損傷を与えることがない。
また、これら耐食膜７３に用いられる材質は、耐湿性を有し、耐食膜７３が開口部の側
壁７４に覆われているため、従来のように層間絶縁膜が露出した状態に比べ、耐湿性が良
好で信頼性の向上した、ＭＥＭＳ素子３の製造方法を提供することができる。

なお、本実施形態で構造体およびベース部をポリシリコンで形成したが、ＣＭＯＳトラ
ンジスタにおけるシリサイド化された他のゲート電極材料を用いて実施することもできる
。また、半導体基板の材質としては、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＳｎ
、ＰｂＳ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＧａＮ、ＺｎＳｅなどを用いることができる。
さらに、本実施形態における耐食膜はフッ酸系のエッチング液に対して耐食性を有する
ＴｉＮ、Ｗ、Ｍｏ、ポリシリコンから適宜選択した材質の膜としたが、これらの材質に限
らず、構造体をリリースする際に用いられるエッチング液に対して耐食性を有する材質で
あれば良い。

本発明の実施形態において、ＭＥＭＳ共振器を例にとり説明したが、ＭＥＭＳ技術を利
用したアクチュエータ、ジャイロセンサ、加速度センサにおいても実施が可能であり、同
様の効果を享受することができる。

本発明の第１の実施形態におけるＭＥＭＳ素子の概略構成図であり、（ａ）はＭＥＭＳ素子の平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断線に沿う断面図。第２の実施形態におけるＭＥＭＳ素子の製造工程を示す概略断面図。第２の実施形態におけるＭＥＭＳ素子の製造工程を示す概略断面図。第２の実施形態におけるＭＥＭＳ素子の製造工程を示す概略断面図。第２の実施形態における構造体とベース部の形状と配置を示す概略平面図。本発明の第３の実施形態におけるＭＥＭＳ素子の概略構成図であり、（ａ）はＭＥＭＳ素子の平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ断線に沿う断面図。第４の実施形態におけるＭＥＭＳ素子の製造工程を示す概略断面図。第４の実施形態におけるＭＥＭＳ素子の製造工程を示す概略断面図。第４の実施形態におけるＭＥＭＳ素子の製造工程を示す概略断面図。第４の実施形態におけるＭＥＭＳ素子の製造工程を示す概略断面図。本発明の第５の実施形態におけるＭＥＭＳ素子の概略構成図であり、（ａ）はＭＥＭＳ素子の平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＣ−Ｃ断線に沿う断面図。第６の実施形態におけるＭＥＭＳ素子の製造工程を示す概略断面図。第６の実施形態におけるＭＥＭＳ素子の製造工程を示す概略断面図。（ａ）、（ｂ）は発明が解決しようとする課題を説明する製造工程の概略断面図。

符号の説明

１，２，３…ＭＥＭＳ素子、１０…半導体基板、１１…絶縁膜、１２…フォトレジスト
膜、１３…下部電極、１４…構造体形成膜、１５…構造体を構成する可動電極、１６ａ，
１６ｂ…構造体を構成する固定電極、１７…ベース部、１８…構造体、２０…層間絶縁膜
、２１…配線、２２…層間絶縁膜、２３…フォトレジスト膜、２４…斜面状の側壁、４０
…半導体基板、４１…窒化膜、４４…下部構造体、４９…上部構造体、５０…構造体、５
２，５３…配線、６１…耐食膜、６２…開口部の側壁、７３…耐食膜、７４…開口部の側
壁。

Claims

半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された第１層間絶縁膜と、
前記第１層間絶縁膜上に形成された配線と、
前記第１層間絶縁膜上および前記配線上に形成された第２層間絶縁膜と、
前記第1層間絶縁膜および前記第２層間絶縁膜に形成された開口部と、
前記開口部の下方であって、前記半導体基板上に形成された構造体と、を含み、
前記第１層間絶縁膜は、前記開口部から露出する第１側壁を有し、
前記第２層間絶縁膜は、上面と、前記開口部から露出する第２側壁と、を有し、
前記第１側壁、前記第２側壁および前記上面に、シリコンナイトライド膜が形成されていることを特徴とするＭＥＭＳ素子。
請求項１において、
前記第２側壁は、斜面を有することを特徴とするＭＥＭＳ素子。
請求項１または２において、
前記半導体基板と前記第１層間絶縁膜との間に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜と前記第１層間絶縁膜との間に形成されたベース部と、を含み、
前記ベース部は、前記シリコンナイトライド膜に接しており、且つ、前記絶縁膜および前記第１層間絶縁膜から前記構造体に向かって突出する突出部を有していることを特徴とするＭＥＭＳ素子。
請求項３において、
前記ベース部は、ポリシリコンを有することを特徴とするＭＥＭＳ素子。
請求項３または４において、
前記絶縁膜は、熱酸化膜であることを特徴とするＭＥＭＳ素子。
請求項１ないし５のいずれかにおいて、
前記構造体は、固定電極と、前記固定電極から離間した可動電極とを有することを特徴とするＭＥＭＳ素子。
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された第１層間絶縁膜と、
前記第１層間絶縁膜上に形成された配線と、
前記第１層間絶縁膜上および前記配線上に形成された第２層間絶縁膜と、
前記第1層間絶縁膜および前記第２層間絶縁膜に形成された開口部と、
前記開口部の下方であって、前記半導体基板上に形成された構造体と、を含み、
前記第１層間絶縁膜は、前記開口部から露出する第１側壁を有し、
前記第２層間絶縁膜は、前記開口部から露出する第２側壁を有し、
前記第１側壁および前記第２側壁に、耐食膜が形成されていることを特徴とするＭＥＭＳ素子。
請求項７において、
前記第２層間絶縁膜上に形成されたパッシベーション膜を含み、
前記パッシベーション膜は、前記開口部から露出した第３側壁と、上面とを有し、
前記耐食膜は、さらに、前記第３側壁および前記上面に形成されていることを特徴とするＭＥＭＳ素子。
請求項７または８において、
前記耐食膜は、前記第１層間絶縁膜から前記開口部に向かって突出する第１突出部を有することを特徴とするＭＥＭＳ素子。
請求項７ないし９のいずれかにおいて、
前記耐食膜は、ＴｉＮ、Ｗ、Ｍｏまたはポリシリコンを有することを特徴とするＭＥＭＳ素子。
請求項７ないし１０のいずれかにおいて、
前記半導体基板と前記第１層間絶縁膜との間に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜と前記第１層間絶縁膜との間に形成されたベース部と、を含み、
前記ベース部は、前記絶縁膜および前記第１層間絶縁膜から前記構造体に向かって突出している第２突出部を有することを特徴とするＭＥＭＳ素子。
請求項１１において、
前記第２突出部は、前記開口部の一部を介して前記第１突出部と離間していることを特徴とするＭＥＭＳ素子。
請求項１１または１２において、
前記ベース部は、ポリシリコンを有することを特徴とするＭＥＭＳ素子。
請求項１１ないし１３のいずれかにおいて、
前記絶縁膜は、熱酸化膜であることを特徴とするＭＥＭＳ素子。
請求項７ないし１０のいずれかにおいて、
前記構造体は、下部構造体と、前記下部構造体から離間した上部構造体とを有することを特徴とするＭＥＭＳ素子。
請求項７ないし１４のいずれかにおいて、
前記構造体は、固定電極と、前記固定電極から離間した可動電極とを有することを特徴とするＭＥＭＳ素子。