JP7408764B2 - Ｍｅｍｓ素子およびｍｅｍｓモジュール - Google Patents

Ｍｅｍｓ素子およびｍｅｍｓモジュール Download PDF

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Description

本発明は、ＭＥＭＳ素子およびＭＥＭＳモジュールに関する。
半導体集積回路の製造に用いられる微細加工技術を利用して、機械要素部品と電子回路とを集積化したデバイスであるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）素子が知られている。特許文献１には、ＭＥＭＳ素子の一例であるＭＥＭＳ素子が記載されている。
前記ＭＥＭＳ素子は、空洞部と当該空洞部を塞ぐ可動部とを有する。特許文献１に開示された構成においては、凹部が形成されたＳｉ基板の裏側にガラス基板を接合することにより、空洞部が形成されている。この接合は、空洞部が密閉される場合、微細な隙間が生じないようにすることが求められる。また、可動部が比較的薄肉の部位として仕上げる場合、前記凹部を形成するためにＳｉ基板を深く掘り込む必要がある。
再表２０１１－０１０５７１号公報
本開示の一実施形態は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、空洞部を形成するための接合処理が不要であるＭＥＭＳ素子の製造方法、ＭＥＭＳ素子およびＭＥＭＳモジュールを提供することをその課題とする。
本開示の第１の側面によって提供されるＭＥＭＳ素子の製造方法は、半導体を含む基板材料に、主面から凹む複数の穴部を形成する穴部形成工程と、前記複数の穴部を連結する連結空洞部を形成する連結空洞部形成工程と、前記複数の穴部の少なくとも一部を塞ぐように前記基板材料の前記半導体を部分的に移動させることにより、前記基板材料の内部に存在する空洞部および前記基板材料の厚さ方向視において前記空洞部と重なる可動部とを形成する可動部形成工程と、を備えることを特徴としている。
本開示の好ましい実施の形態においては、前記半導体は、Ｓｉである。
本開示の好ましい実施の形態においては、前記可動部形成工程においては、前記基板材料を加熱することにより前記半導体を部分的に移動させる。
本開示の好ましい実施の形態においては、前記可動部形成工程においては、前記複数の穴部のすべてを塞ぐことにより、前記空洞部を密閉状態とする。
本開示の好ましい実施の形態においては、前記ＭＥＭＳ素子は、ＭＥＭＳ素子として構成されている。
本開示の好ましい実施の形態においては、前記基板材料は、前記半導体のみからなる。
本開示の好ましい実施の形態においては、前記穴部形成工程においては、前記厚さ方向奥側に向かうほど前記厚さ方向と直角である断面積が大となるような深掘りエッチングにより前記複数の穴部を形成し、前記連結空洞部形成工程においては、前記深掘りエッチングを継続することで、隣り合う前記穴部どうしを繋げることにより前記連結空洞部を形成する。
本開示の好ましい実施の形態においては、前記穴部形成工程の後、前記可動部形成工程の前に、前記主面と前記複数の穴部の内側面および底面を覆う保護膜を形成する保護膜形成工程と、前記保護膜のうち前記複数の穴部の底面を覆う部分のみを除去することにより、前記保護膜に複数の貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、をさらに備え、前記連結空洞部形成工程においては、前記保護膜の複数の前記貫通孔を通じてエッチングを行うことにより、前記連結空洞部を形成する。
本開示の好ましい実施の形態においては、前記連結空洞部形成工程の後、前記可動部形成工程の前に、前記保護膜をすべて除去する保護膜除去工程をさらに備える。
本開示の好ましい実施の形態においては、前記穴部形成工程においては、前記厚さ方向と直角である断面積が一定となるように前記複数の穴部を形成する。
本開示の好ましい実施の形態においては、前記穴部形成工程においては、半導体からなり前記主面を構成する第１層および半導体からなる第３層と、これらの第１層および第３層の間に介在する半導体とは異なる材質からなる第２層とを具備する前記基板材料を用いて、前記第１層を貫通し且つ前記第２層を底面とする前記複数の穴部を形成し、前記穴部形成工程の後、前記連結空洞部形成工程の前に、前記主面と前記複数の穴部の内側面および底面を覆う保護膜を形成する保護膜形成工程と、前記保護膜のうち前記複数の穴部の底面を覆う部分のみと前記第２層のうち前記底面を構成する部分とを除去することにより、前記保護膜および前記第２層を貫通する複数の貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、をさらに備え、前記連結空洞部形成工程においては、複数の前記貫通孔を通じてエッチングを行うことにより、前記連結空洞部を形成する。
本開示の好ましい実施の形態においては、前記第１層および第３層は、Ｓｉからなり、前記第２層は、ＳｉＯ２からなる。
本開示の好ましい実施の形態においては、前記穴部形成工程においては、前記厚さ方向と直角である断面積が一定となるように前記複数の穴部を形成する。
本開示の第２の側面によって提供されるＭＥＭＳ素子は、厚さ方向視において互いに重なる可動部および空洞部と、前記可動部を支持する固定部と、を有する基板を備えるＭＥＭＳ素子であって、前記可動部と前記固定部とは、互いの境界に接合部を有さない、同一且つ単一の半導体からなることを特徴としている。
本開示の好ましい実施の形態においては、前記半導体は、Ｓｉである。
本開示の好ましい実施の形態においては、前記基板は、前記可動部の表面を含む主面を有し、前記主面は、前記厚さ方向視において前記可動部と重なる凹部を有する。
本開示の好ましい実施の形態においては、前記空洞部は、前記厚さ方向に起立する側面、側面と交差する方向に広がる底面、および前記側面および前記底面を繋ぐ曲面を有する。
本開示の好ましい実施の形態においては、前記空洞部は、密閉されている。
本開示の好ましい実施の形態においては、ＭＥＭＳ素子として構成されている。
本開示の第３の側面によって提供されるＭＥＭＳモジュールは、本開示の第２の側面によって提供されるＭＥＭＳ素子と、前記ＭＥＭＳ素子からの電気信号を処理する電子部品と、を備えることを特徴としている。
本開示の一実施形態によれば、空洞部を形成するための接合処理が不要である。
本開示のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
本発明の第１実施形態に基づくＭＥＭＳモジュールを示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に基づくＭＥＭＳモジュールを示す要部斜視図である。 本発明の第１実施形態に基づくＭＥＭＳモジュールを示す要部平面図である。 本発明の第１実施形態に基づくＭＥＭＳモジュールを示す要部平面図である。 図１のＶ－Ｖ線に沿う断面図である。 図１のＭＥＭＳモジュールのブロック図である。 図１のＭＥＭＳモジュールのＭＥＭＳ素子の一例を示す平面図である。 図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿う要部拡大断面図である。 本発明の第１実施形態に基づくＭＥＭＳ素子の製造方法を示す要部断面図である。 本発明の第１実施形態に基づくＭＥＭＳ素子の製造方法を示す要部平面図である。 本発明の第１実施形態に基づくＭＥＭＳ素子の製造方法を示す要部断面図である。 発明の第１実施形態に基づくＭＥＭＳ素子の製造方法を示す要部断面図である。 本発明の第１実施形態に基づくＭＥＭＳ素子の製造方法を示す要部断面図である。 本発明の第１実施形態に基づくＭＥＭＳ素子の製造方法の変形例を示す要部断面図である。 本発明の第２実施形態に基づくＭＥＭＳ素子の製造方法を示す要部断面図である。 本発明の第２実施形態に基づくＭＥＭＳ素子の製造方法を示す要部断面図である。 本発明の第２実施形態に基づくＭＥＭＳ素子の製造方法を示す要部断面図である。 本発明の第２実施形態に基づくＭＥＭＳ素子の製造方法を示す要部断面図である。 本発明の第２実施形態に基づくＭＥＭＳ素子の製造方法を示す要部断面図である。 本発明の第２実施形態に基づくＭＥＭＳ素子の製造方法を示す要部断面図である。 本発明の第３実施形態に基づくＭＥＭＳ素子を示す要部拡大断面図である。 本発明の第３実施形態に基づくＭＥＭＳ素子の製造方法を示す要部断面図である。 本発明の第３実施形態に基づくＭＥＭＳ素子の製造方法を示す要部断面図である。 発明の第３実施形態に基づくＭＥＭＳ素子の製造方法を示す要部断面図である。 本発明の第３実施形態に基づくＭＥＭＳ素子の製造方法を示す要部断面図である。 本発明の第３実施形態に基づくＭＥＭＳ素子の製造方法を示す要部断面図である。 本発明の第３実施形態に基づくＭＥＭＳ素子の製造方法を示す要部断面図である。 本発明の第３実施形態に基づくＭＥＭＳ素子の製造方法を示す要部断面図である。 本発明の第４実施形態に基づくＭＥＭＳ素子の製造方法を示す要部断面図である。 本発明の第４実施形態に基づくＭＥＭＳ素子の製造方法を示す要部断面図である。 本発明の第４実施形態に基づくＭＥＭＳ素子の製造方法を示す要部断面図である。 電極パッドの構造（第１形態）を説明するための要部平面図である。 図３２のXXXIII－XXXIII断面を示す断面図である。 電極パッドの外周部を示す要部断面図である。 電極パッドの形成に関連する工程を説明するための図である。 図３５Ａの次の工程を示す図である。 図３５Ｂの次の工程を示す図である。 図３５Ｃの次の工程を示す図である。 図３５Ｄの次の工程を示す図である。 図３５Ｅの次の工程を示す図である。 電極パッドの構造（第２形態）を説明するための要部断面図である。 電極パッドの構造（第３形態）を説明するための要部断面図である。 電極パッドの形成に関連する工程を説明するための図である。 図３８Ａの次の工程を示す図である。 図３８Ｂの次の工程を示す図である。 図３８Ｃの次の工程を示す図である。 図３８Ｄの次の工程を示す図である。
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
図１～図８に基づき、本発明の第１実施形態に基づくＭＥＭＳモジュールＡ１について説明する。ＭＥＭＳモジュールＡ１は、基板１、電子部品２、ＭＥＭＳ素子３、複数のボンディングワイヤ４、カバー６および接合材７を備えている。本実施形態のＭＥＭＳモジュールＡ１は、気圧を検出するものであり、例えば携帯端末などの各種電子機器の回路基板に表面実装される。例えば携帯端末においては、ＭＥＭＳモジュールＡ１は大気圧を検出する。検出された大気圧は、高度を演算するための情報として用いられる。なお、本発明にかかるＭＥＭＳモジュールの用途は、気圧検出に限定されない。
図１は、ＭＥＭＳモジュールＡ１を示す斜視図である。図２は、カバー６、接合材７および後述する配線部１Ｂおよび絶縁層１Ｃを省略した要部斜視図である。図３は、カバー６を省略したＭＥＭＳモジュールＡ１を示す要部平面図であり、図４は、さらに接合材７を省略した要部平面図である。図５は、図１のＶ－Ｖ線に沿う断面図である。図６は、ＭＥＭＳモジュールＡ１のブロック図である。図７は、ＭＥＭＳモジュールＡ１のＭＥＭＳ素子３の一例を示す平面図である。図８は、図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿う要部拡大断面図である。
これらの図において、ＭＥＭＳモジュールＡ１の厚さ方向（平面視方向）をｚ方向（ｚ１－ｚ２方向）とし、ｚ方向に直交するＭＥＭＳモジュールＡ１の一方の辺に沿う方向をｘ方向（ｘ１－Ｘ２方向）、ｚ方向およびｘ方向に直交する方向をｙ方向（ｙ１-ｙ２方向）として説明する（以下の図においても同様）。本実施形態においては、ＭＥＭＳモジュールＡ１は、ｘ方向およびｙ方向寸法が例えば２ｍｍ程度、ｚ方向寸法が０．８ｍｍ～１ｍｍ程度とされる。
基板１は、図１～図５に示すように、電子部品２を搭載し、ＭＥＭＳモジュールＡ１を各種電子機器の回路基板に実装するための部材である。本実施形態においては、基材１Ａ、配線部１Ｂおよび絶縁層１Ｃを有する。なお、本発明の基板１の具体的構成は、本実施形態の構成に限定されず、電子部品２およびＭＥＭＳ素子３等の電子素子を適切に支持しうるものであればよい。
基材１Ａは、電気絶縁体からなり、基板１の主要構成部材である。基材１Ａは、例えばガラスエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、セラミックスなどであり限定されない。基材１Ａは、例えば平面視矩形状の板状であり、搭載面１ａ、実装面１ｂおよび側面１ｃを有する。搭載面１ａおよび実装面１ｂは、基板１の厚さ方向（ｚ方向）において互いに反対側を向いている。搭載面１ａは、ｚ１方向を向く面であり、電子部品２が搭載される面である。実装面１ｂは、ｚ２方向を向く面であり、ＭＥＭＳモジュールＡ１を各種電子機器の回路基板に実装する際に利用される面である。側面１ｃは、搭載面１ａおよび実装面１ｂを繋ぐ面であり、ｘ方向またはｙ方向を向いており、ｚ方向に平行である。本実施形態においては、基板１のｚ方向の寸法は１００～２００μｍ程度であり、ｘ方向およびｙ方向の寸法はそれぞれ２ｍｍ程度である。
配線部１Ｂは、電子部品２およびＭＥＭＳ素子３とＭＥＭＳモジュールＡ１外の回路等とを導通させるための導通経路をなすものである。配線部１Ｂは、例えばＣｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｕ等の単種類または複数種類の金属からなり、例えばメッキによって形成される。本実施形態においては、配線部１Ｂは、複数の搭載面部１００および裏面パッド１９を有するが、これは配線部１Ｂの具体的構成の一例であり、その具体的構成は特に限定されない。
図３および図４に示すように、複数の搭載面部１００は、基材１Ａの搭載面１ａに形成されており、互いに離間した複数の独立領域である。本実施形態においては、複数の搭載面部１００は、複数の第１搭載面部１０１、第２搭載面部１０２および第３搭載面部１０３を含む。
第１搭載面部１０１は、図３および図４に示すように、電極パッド１１のみからなるものであり、図示された様に例えば楕円形状、矩形状等の形状とされる。電極パッド１１は、ボンディングワイヤ４の端部がボンディングされるものである。本実施形態においては、複数の第１搭載面部１０１が、ｙ方向に沿って配置されている。また、複数の第１搭載面部１０１が、第２搭載面部１０２および第３搭載面部１０３とともに、ｘ方向に沿って配置されている。
第２搭載面部１０２は、図３および図４に示すように、電極パッド１１および延出部１２を有する。電極パッド１１は、上述した通りボンディングワイヤ４の端部がボンディングされるものである。延出部１２は、電極パッド１１から延出しており基材１Ａの外端縁に到達している。本実施形態においては、ｘ方向に沿って２つの第２搭載面部１０２が配置されている。延出部１２は、ｙ方向に沿って延びている。延出部１２は、例えば、ＭＥＭＳモジュールＡ１の製造方法において基板材料を用いて複数の基板１を一括して形成する際に、配線部１Ｂとなる導電膜を電解めっきによって形成するための導通経路であった部位が残存したものである。
第３搭載面部１０３は、図３および図４に示すように、電極パッド１１、連結部１３および枝部１４を有する。電極パッド１１は、上述した通りボンディングワイヤ４の端部がボンディングされるものである。連結部１３は、電極パッド１１から外方に向かって延出している。枝部１４は、連結部１３に繋がっており、連結部１３とは異なる方向に延びている。本実施形態においては、連結部１３は、電極パッド１１からｙ２方向に延びている。枝部１４は、連結部１３のｙ２方向の端部からｘ方向に沿って延びている。図示された例においては、枝部１４は、連結部１３のｙ２方向の端部からｘ１方向およびｘ２方向の双方に延びている。また、枝部１４の長さは、ｘ方向に並べられた複数の第１搭載面部１０１と、ｙ方向視において重なる程度の長さとされている。枝部１４は、基材１Ａの外端縁に沿って延びており、基材１Ａの外端縁からｙ１方向に離間している。
裏面パッド１９は、実装面１ｂに設けられており、ＭＥＭＳモジュールＡ１を回路基板等に実装する際に、導通接合される電極として用いられるものである。裏面パッド１９は、搭載面部１００の適所と導通している。
絶縁層１Ｃは、配線部１Ｂの適所を覆うことにより、当該部位を絶縁保護するためのものである。絶縁層１Ｃは、絶縁材料からなるものであり、例えばレジスト樹脂によって構成される。図３および図４に示すように、本実施形態においては、絶縁層１Ｃは、平面視矩形環状に形成されている。
絶縁層１Ｃは、絶縁層内側端縁１１１および開口１１２を有する。絶縁層内側端縁１１１は、矩形環状とされた絶縁層１Ｃの内側の端縁であり、電子部品２およびＭＥＭＳ素子３を囲んでいる。開口１１２は、貫通孔であり、平面視において第３搭載面部１０３の枝部１４の一部と重なっている。図示された例においては、絶縁層１Ｃの外端縁は、基材１Ａの外端縁と一致している。
接合材７は、基板１とカバー６とを接合するものであり、例えばＡｇ等の金属を含むペースト接合材からなる。本実施形態においては、接合材７は、平面視において矩形環状に設けられており、そのすべてが絶縁層１Ｃと重なる領域に形成されている。接合材７は、接合材内側端縁７１を有する。接合材内側端縁７１は、矩形環状とされた接合材７の内側の端縁である。図示された例においては、接合材７の外端縁は、絶縁層１Ｃおよび基材１Ａの外端縁と概ね一致しているが、絶縁層１Ｃおよび基材１Ａの外端縁とずれたものであってもよい。
図３および図４に示すように、電極パッド１１のみからなる第１搭載面部１０１は、絶縁層１Ｃの絶縁層内側端縁１１１および接合材７の接合材内側端縁７１から平面視において内側に離間している。また、絶縁層１Ｃおよび接合材７のうち第１搭載面部１０１と対向する部位においては、平面視において絶縁層内側端縁１１１と接合材内側端縁７１とが一致している。
図３および図４に示すように、電極パッド１１および延出部１２を有する第２搭載面部１０２は、電極パッド１１が絶縁層１Ｃの絶縁層内側端縁１１１および接合材７の接合材内側端縁７１から平面視において内側に離間しており、延出部１２の少なくとも一部が絶縁層１Ｃおよび接合材７によって覆われている。また、絶縁層１Ｃおよび接合材７のうち第２搭載面部１０２と対向する部位においては、平面視において絶縁層内側端縁１１１が接合材内側端縁７１よりも第２搭載面部１０２側の内側に位置している。
図３および図４に示すように、電極パッド１１、連結部１３および枝部１４を有する第３搭載面部１０３は、電極パッド１１が絶縁層１Ｃの絶縁層内側端縁１１１および接合材７の接合材内側端縁７１から平面視において内側に離間している。一方、連結部１３および枝部１４は、少なくとも一部ずつが、絶縁層１Ｃおよび接合材７によって覆われている。図示された例においては、連結部１３の一部が、絶縁層１Ｃおよび接合材７によって覆われており、枝部１４のすべてが、絶縁層１Ｃおよび接合材７によって覆われている。また、絶縁層１Ｃおよび接合材７のうち第３搭載面部１０３と対向する部位においては、平面視において絶縁層内側端縁１１１が接合材内側端縁７１よりも第３搭載面部１０３側の内側に位置している。
また、絶縁層１Ｃの開口１１２が枝部１４の一部と平面視において重なっていることにより、枝部１４と接合材７とが、開口１１２を通じて互いに接している。すなわち、第３搭載面部１０３と接合材７とは、互いに導通している。
電子部品２は、センサが検出した電気信号を処理するものであり、いわゆるＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）素子として構成されている。図１２に示すように、本実施形態においては、電子部品２は、温度センサ２２を備えており、当該温度センサ２２が検出した電気信号、および、ＭＥＭＳ素子３が検出した電気信号の処理を行う。電子部品２は、温度センサ２２が検出した電気信号とＭＥＭＳ素子３が検出した電気信号とをマルチプレクサ２３で多重化して、アナログ／デジタル変換回路２４でをデジタル信号に変換する。そして、信号処理部２５が、クロック２６のクロック信号に基づいて、記憶部２７の記憶領域を利用しながら、増幅やフィルタリング、論理演算などの処理を行う。信号処理後の信号は、インターフェイス２８を介して出力される。これにより、ＭＥＭＳモジュールＡ１は、気圧および気温を検出した信号を適切な信号処理を行った上で、出力することができる。
電子部品２は、基板上に各種素子を搭載してパッケージングした制御のためのものである。電子部品２は、平面視矩形状の板状であり、搭載面２ａ、実装面２ｂおよび側面２ｃを有する。搭載面２ａおよび実装面２ｂは、電子部品２の厚さ方向（ｚ方向）において互いに反対側を向いている。搭載面２ａは、ｚ１方向を向く面であり、ＭＥＭＳ素子３が搭載される面である。実装面２ｂは、ｚ２方向を向く面であり、電子部品２を基板１の搭載面１ａに実装する際に利用される面である。側面２ｃは、搭載面２ａおよび実装面２ｂを繋ぐ面であり、ｘ方向またはｙ方向を向いており、ｚ方向に平行である。本実施形態においては、電子部品２のｚ方向の寸法は８０μｍ程度であり、ｘ方向およびｙ方向の寸法はそれぞれ１～１．２ｍｍ程度である。
電子部品２は、基板１の搭載面１ａのｘ１方向およびｙ１方向寄りに搭載されている。電子部品２と基板１とは、図示しないダイアタッチフィルムなどによって接合されている。
電子部品２の搭載面２ａには、複数の電極パッド２１が設けられている。電極パッド２１は、基板１の電極パッド１１に導通接合される電極として用いられるものである。電極パッド２１には、ボンディングワイヤ４がボンディングされる。電極パッド２１は、例えばＡｌやアルミ合金などの金属からなり、例えばメッキによって形成される。電極パッド２１は、搭載面２ａの配線パターンに接続しており、ＭＥＭＳ素子３が搭載される領域を囲むように配置されている。
ＭＥＭＳ素子３は、本発明の第１実施形態に基づくＭＥＭＳ素子である。本発明に係るＭＥＭＳ素子の機能は特に限定されず、本実施形態においては、ＭＥＭＳ素子３は、気圧を検出するための気圧センサとして構成されている。ＭＥＭＳ素子３は、気圧を検出し、その検出結果を電気信号として電子部品２に出力する。図５、図７および図８に示すように、ＭＥＭＳ素子３は、立方体形状であり、主面３１０、実装面３ｂおよび側面３ｃを有する基板３０を具備する。主面３１０および実装面３ｂは、ＭＥＭＳ素子３の厚さ方向（ｚ方向）において互いに反対側を向いている。主面３１０は、ｚ１方向を向く面である。実装面３ｂは、ｚ２方向を向く面であり、ＭＥＭＳ素子３を電子部品２に実装する際に利用される面である。側面３ｃは、主面３１０および実装面３ｂを繋ぐ面であり、ｘ方向またはｙ方向を向いており、ｚ方向に平行である。本実施形態においては、ＭＥＭＳ素子３のｚ方向の寸法は２００～３００μｍ程度であり、ｘ方向およびｙ方向の寸法はそれぞれ０．７～１．０ｍｍ程度である。
基板３０は、半導体からなり、本実施形態においては、Ｓｉからなる。基板３０は、空洞部３４０、可動部３６０および固定部３７０を有する。空洞部３４０は、基板３０内に形成された空洞であり、本実施形態においては、密閉されている。本実施形態においては、空洞部３４０は、絶対真空に近い真空とされている。また、本実施形態においては、空洞部３４０は、ｚ方向視矩形状である。空洞部３４０のｚ方向寸法は、例えば５μｍ～１０μｍである。
可動部３６０は、ｚ方向視において空洞部３４０と重なる部位であり、気圧を検出すべくｚ方向に可動とされている。本実施形態においては、可動部３６０は、ｚ方向視矩形状である。可動部３６０の厚さは、例えば５μｍ～１０μｍである。
固定部３７０は、可動部３６０を支持する部位であり、可動部３６０が動作する際に、基板１や電子部品２に対して固定された部位である。本実施形態においては、基板３０のうち空洞部３４０および可動部３６０以外の部分が、固定部３７０とされている。
本実施形態においては、可動部３６０と固定部３７０とは、互いの境界に接合部を有さない、同一且つ単一の半導体からなる。本実施形態においては、可動部３６０および固定部３７０（基板３０）は、Ｓｉからなる。
主面３１０は、凹部３１１を有している。凹部３１１は、主面３１０のうちｚ方向視において空洞部３４０と重なる領域に位置し、ｚ方向になだらかに凹んでいる。
また、本実施形態においては、図８に示すように、空洞部３４０は、ｚ方向に起立する側面とｚ方向と交差する方向（ｘ方向およびｙ方向）に広がる底面を有する。また、空洞部３４０は、前記側面と前記底面とを繋ぐ曲面を有する。
なお、可動部３６０および空洞部３４０の形状は限定されない。例えば、可動部３６０を平面視円形状としてもよい。この場合、空洞部３４０は円柱形状になる。
ＭＥＭＳ素子３は、空洞部３４０内の気圧と空洞部３４０外部の気圧との差で変形する可動部３６０の形状（歪み具合）に応じた電気信号を生成して、電子部品２に出力する。
図７および図８に示すように、基板３０の主面３１０には、不純物の拡散によって拡散抵抗３７が形成され、不純物の拡散によって拡散配線３６が形成されている。拡散抵抗３７は、可動部３６０の主面３１０に形成されており、可動部３６０の変形に応じて抵抗値が変化するゲージ抵抗である。また、固定部３７０の主面３１０には、スパッタにより金属配線３５が形成され、金属配線３５の所定の位置に、電極パッド３４が形成されている。図７においては、拡散抵抗３７および拡散配線３６を破線で示している。
図７に示すように、ＭＥＭＳ素子３の可動部３６０内には、４つの拡散抵抗３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄが配置されている。４つの拡散抵抗３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄは、金属配線３５および拡散配線３６によって接続されて、ブリッジ回路を構成している。また、ＭＥＭＳ素子３の可動部３６０を囲む固定部３７０には、４つの電極パッド３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄが配置されている。
電極パッド３４ａは、拡散抵抗３７ａと拡散抵抗３７ｃとを接続する金属配線３５に接続されている。電極パッド３４ｂは、拡散抵抗３７ａと拡散抵抗３７ｂとを接続する金属配線３５に接続されている。電極パッド３４ｃは、拡散抵抗３７ｃと拡散抵抗３７ｄとを接続する金属配線３５に接続されている。電極パッド３４ｄは、拡散抵抗３７ｂと拡散抵抗３７ｄとを接続する金属配線３５に接続されている。電極パッド３４ａと電極パッド３４ｄとの間には、例えば５Ｖの基準電圧が印加され、電極パッド３４ｂと電極パッド３４ｃとの間の電圧が電気信号として、電子部品２に出力される。拡散抵抗３７ｂおよび拡散抵抗３７ｃは、可動部３６０が歪むことによって、電流の流れる方向（図７では長手方向）に延びるので、抵抗値が大きくなる。一方、拡散抵抗３７ａおよび拡散抵抗３７ｄは、可動部３６０が歪むことによって、電流の流れる方向に直交する方向（図７では短手方向）に延びるので、抵抗値が小さくなる。これにより、可動部３６０の歪み具合に応じて、電極パッド３４ｂと電極パッド３４ｃとの間の電圧が変化する。なお、図７は、配線パターンの一例であり、電極パッド３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ、拡散抵抗３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄ、拡散配線３６および金属配線３５の配置位置および接続方法は限定されない。
図３および図４に示すように、ＭＥＭＳ素子３は、電子部品２の搭載面２ａのｘ１方向およびｙ１方向寄りに搭載されている。ＭＥＭＳ素子３と電子部品２とは、図示しないシリコーン樹脂などの接合部材によって接合されている。ＭＥＭＳ素子３の電極パッド３４（３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ）は、基板１の電極パッド１１に導通接合されている。電極パッド３４には、ボンディングワイヤ４がボンディングされる。電極パッド３４は、例えばＡｌやアルミ合金などの金属からなる。各電極パッド３４は、基板１の電極パッド１１および配線パターンを介して、電子部品２の電極パッド２１と電気的に接続されている。なお、ＭＥＭＳ素子３の電極パッド３４と電子部品２の電極パッド２１とを、ボンディングワイヤ４で接続してもよい。
ボンディングワイヤ４は、基板１の電極パッド１１と、電子部品２の電極パッド２１またはＭＥＭＳ素子３の電極パッド３４とを導通させるためのものであり、例えばＡｕ等の金属からなる。なお、ボンディングワイヤ４の素材は限定されず、例えばＡｌ，Ｃｕなどであってもよい。ボンディングワイヤ４の一端は電極パッド１１にボンディングされており、他端は電極パッド２１または電極パッド３４にボンディングされている。
カバー６は、金属製の箱形状の部材であり、電子部品２、ＭＥＭＳ素子３およびボンディングワイヤ４を囲うようにして、基板１の搭載面１ａに接合材７によって接合されている。図示された例においては、カバー６は、平面視矩形状である。なお、カバー６は金属以外の素材であってもよい。また、カバー６の製造方法は限定されない。カバー６と基板１の間の空間は、樹脂が充填されているのではなく、中空になっている。
カバー６は、図１および図５に示すように、開口部６１および延出部６２を有する。開口部６１は、内部に外気を取り入れるためのものである。開口部６１が設けられ、中空になっていることで、ＭＥＭＳ素子３はＭＥＭＳモジュールＡ１の周囲の気圧（例えば大気圧）を検出することができ、電子部品２の温度センサはＭＥＭＳモジュールＡ１の周囲の気温を検出することができる。本実施形態では、開口部６１は、電子部品２の電極パッド２１のｚ１方向側の位置に１つだけ配置されている（図１参照）。なお、開口部６１の数は限定されない。延出部６２は、開口部６１の端縁から延出しており、平面視において開口部６１の少なくとも一部と重なる。延出部６２は、先端に向かうほどｚ２方向に位置しており、先端に向かうほど基板１に近づくように傾斜している。また、図示された構成においては、延出部６２の先端は、平面視において電子部品２およびＭＥＭＳ素子３を回避した位置に設けられている。また、延出部６２の根元は、電子部品２およびＭＥＭＳ素子３と重なる位置に設けられている。
次に、ＭＥＭＳ素子３の製造方法について、図９～図１３を参照しつつ以下に説明する。
まず、図９に示すように、基板材料３００を用意する。基板材料３００は、基板３０を形成するための材料であり、例えば複数の基板３０を形成可能なウエハである。以降の図においては、基板材料３００のうち１つの基板３０に対応する領域が示されている。基板材料３００の厚さは、例えば７２５μｍ程度である。
次に、穴部形成工程を行う。基板材料３００の主面３１０にボッシュ法等の深掘りエッチングを施す。これにより、図１０および図１１に示す複数の穴部３２０を形成する。複数の穴部３２０の配置は特に限定されず、本実施形態においては、図１０に示すように、平面視矩形状の領域にマトリクス状に形成されている。また、本実施形態においては、図１１に示すように、穴部３２０のｚ方向に直角である断面積が、ｚ方向奥側に向かうほど大となるような深掘りエッチング（ボッシュ法等）を行う。なお、複数の穴部３２０の寸法等の一例を挙げると、ｚ方向視円形状とされた穴部３２０の主面３１０における直径が０．２μｍ～０．８μｍ、隣り合う穴部３２０のピッチ（中心間距離）が０．４μｍ～１．４μｍである。また、本実施形態においては、複数の穴部３２０のｚ方向視寸法は、略同一である。
次に、連結空洞部形成工程を行う。本実施形態においては、上述した穴部形成工程において行った深掘りエッチング（ボッシュ法等）をさらに継続することにより、連結空洞部形成工程を行う。すなわち、図１１に示す状態から、さらに断面積を拡大する深掘りエッチング（ボッシュ法等）を継続する。図１２に示すように、断面積の直径が隣り合う穴部３２０のピッチ（中心間距離）以上となると、隣り合う穴部３２０の底部分どうしが互いに繋がる。これにより、複数の穴部３２０を互いに連結する連結空洞部３３０が形成される。
次に、可動部形成工程を行う。本工程においては、基板３０のうち複数の穴部３２０を構成する部分の半導体を移動させることにより、図１３に示すように、複数の穴部３２０を塞ぐ。この半導体（Ｓｉ）を移動させる手法としては、例えば、基板３０を加熱することにより、Ｓｉにいわゆる熱マイグレーション現象を生じさせる手法が挙げられる。この手法においては、基板３０を例えば１１００℃～１２００℃に加熱する。Ｓｉの移動により、複数の穴部３２０が埋められると、可動部３６０が形成される。また、連結空洞部３３０が密閉され、空洞部３４０となる。なお、本手法においては、複数の穴部３２０を埋めるために、他の材料を追加する等の処理を行っていない。このため、図１２に示す穴部３２０のｚ方向寸法よりも、図１３における可動部３６０のｚ方向寸法が小となる。これにより、主面３１０には、凹部３１１が形成される。
この後は、拡散配線３６、拡散抵抗３７、金属配線３５および電極パッド３４等の形成を行い、基板材料３００を適宜分割することにより、基板３０を有するＭＥＭＳ素子３が得られる。なお、基板材料３００を主面３１０とは反対側から研削することにより、基板材料３００の厚さを減じた後に、基板３０を形成してもよい。
そして、基板１への電子部品２の搭載、電子部品２へのＭＥＭＳ素子３の搭載、ボンディングワイヤ４のボンディングおよびカバー６の基板１への接合等を経ることにより、ＭＥＭＳモジュールＡ１が得られる。
次に、ＭＥＭＳ素子３の製造方法、ＭＥＭＳ素子３およびＭＥＭＳモジュールＡ１の作用について説明する。
本実施形態によれば、図１１に示す穴部形成工程および図１２に示す連結空洞部形成工程を経て、複数の穴部３２０を塞ぐことにより可動部形成工程を行う。このため、可動部３６０や空洞部３４０を形成するために、異なる複数の部材を接合する工程が不要である。これにより、接合箇所において密閉性が低下するおそれがないという利点がある。また、空洞部３４０を形成するために、例えば基板材料３００を貫通するような過大な穴部を設ける必要がないという利点がある。
可動部形成工程においては、熱マイグレーションを用いて半導体であるＳｉを部分的に移動させることにより複数の穴部３２０を塞ぐ。このため、形成された可動部３６０は、Ｓｉのみからなる部位であり、同じくＳｉからなる固定部３７０と、接合部を介することなく一体的に繋がった構成となる。これは、空洞部３４０の密閉性を高めるのに好ましい。また、Ｓｉのみからなる可動部３６０は、拡散抵抗３７や拡散配線３６を形成するのに適している。
穴部形成工程においては、ｚ方向と直角である断面積が徐々に大きくなるように深掘りエッチング（ボッシュ法等）を行う。そして、この深堀りエッチングを継続することにより、連結空洞部形成工程を行い、連結空洞部３３０を形成する。これにより、穴部形成工程と連結空洞部形成工程とを同一の処理によって連続して行うことが可能であり、効率向上に好ましい。また、深堀りエッチングによれば、アスペクト比（深さと直径の比）が顕著に大である穴部３２０を形成可能である。このアスペクト比が大きいほど、可動部３６０の厚さを厚くするのに有利である。可動部３６０が厚ければ、気圧の大きさと気圧による撓み量がより線形的な関係となり、気圧センサとして好ましい。
なお、図１３に示す工程の後に、図１４に示す変形例ように、主面３１０に追加層３８０を積層させる手法を採用してもよい。追加層３８０は、例えばＳｉからなる層であり、具体的な積層手法は、例えばＥＰＩ成長等様々な手法を採用可能である。これにより、可動部３６０の厚さを調整することができる。このような変形例は、後述の実施形態においても適宜採用できる。
図１５～図３１は、本発明の他の実施形態を示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。
図１５～図２０は、本発明の第２実施形態に基づくＭＥＭＳ素子の製造方法を示している。
図９に示す基板材料３００を用意した後に、図１５に示すように穴部形成工程を行う。本実施形態においては、複数の穴部３２０のｚ方向と直角である断面積が一定となるように深堀りエッチング（ボッシュ法等）を行う。
次いで、図１６に示すように、保護膜形成工程を行う。例えば、ＣＶＤ等の手法により、基板材料３００の主面３１０と複数の穴部３２０の内側面および底面をＳｉＯ２によって覆う。これにより、ＳｉＯ２からなる保護膜３５０を形成する。
次いで、図１７に示すように貫通孔形成工程を行う。例えば、エッチング等の手法により、保護膜３５０のうち複数の穴部３２０の底面を覆う部分のみを除去する。これにより、複数の貫通孔３５１が形成される。
次いで、図１８に示すように、連結空洞部形成工程を行う。本実施形態においては、例えば等方性エッチングの手法を用いて、エッチングガスを複数の貫通孔３５１を通じて基板材料３００の露出部分に作用させる。これにより、連結空洞部３３０が得られる。なお、等方性エッチングの手法を用いる場合、連結空洞部３３０のｚ方向上端は、保護膜３５０のｚ方向下端よりも若干上方に位置する。
次いで、図１９に示すように、保護膜除去工程を行う。この工程は、例えば、ＳｉＯ２を選択的に除去しうるエッチングを施すことによって行う。これにより、ＳｉＯ２からなる保護膜３５０のすべてが除去される。
次いで、図２０に示すように、可動部形成工程を行う。この工程は、上述した実施形態と同様に、熱マイグレーションの現象を利用した手法によって行う。これにより、空洞部３４０および可動部３６０が得られる。
この後は、上述した実施形態と同様に工程を経ることにより、ＭＥＭＳ素子３が得られ、さらにはＭＥＭＳモジュールＡ１が得られる。
本実施形態によっても、空洞部３４０や可動部３６０を形成するために異なる部材を接合する必要がないという利点がある。また、複数の穴部３２０の断面積が一定であることから、例えば上述した実施形態と比べて穴部３２０の断面積を小さくすることが可能である。これは、空洞部３４０を確実に密閉するのに好ましい。また、本実施形態において形成されうる凹部３１１の深さを上述した実施形態における凹部３１１の深さよりも浅くすることができる。
図２１は、本発明の第３実施形態に基づくＭＥＭＳ素子３を示している。本実施形態においては、基板３０は、第１層３０１、第２層３０２および第３層３０３からなる。第１層３０１は、Ｓｉからなる層であり、厚さが例えば５μｍ～１０μｍである。第２層３０２は、第１層３０１と第３層３０３との間に介在しており、例えばＳｉＯ２からなる層である。第２層３０２の厚さは例えば０．５μｍ～１．５μｍである。第３層３０３は、第１層３０１と同様にＳｉからなる層であり、厚さが例えば７２５μｍである。
本実施形態においては、第１層３０１によって可動部３６０が形成されている。また、固定部３７０は、第１層３０１の一部、第２層３０２および第３層３０３によって形成されている。空洞部３４０は、第３層３０３の凹部が第１層３０１によって塞がれた格好となっている。
図２２～図２８は、本実施形態におけるＭＥＭＳ素子３の製造方法を示している。
まず、図２２に示す基板材料３００を用意する。基板材料３００は、上述した第１層３０１、第２層３０２および第３層３０３からなる。
次いで、図２３に示すように、穴部形成工程を行う。本実施形態においては、深堀りエッチング（ボッシュ法等）によって、第１層３０１に複数の穴部３２０を形成する。本実施形態の穴部３２０は、第１層３０１を貫通する一方、第２層３０２を貫通していない。このため、穴部３２０の内側面は、第１層３０１からなり、穴部３２０の底面は、第２層３０２からなる。
次いで、図２４に示すように、保護膜形成工程を行う。本工程においては、ＣＶＤ等の手法により、第１層３０１の主面３１０、複数の穴部３２０の内側面および底面をＳｉＯ２によって覆う。これにより、ＳｉＯ２からなる保護膜３５０を形成する。
次いで、図２５に示すように、貫通孔形成工程を行う。例えば、エッチング等の手法により、保護膜３５０のうち複数の穴部３２０の底面を覆う部分のみと、第２層３０２のうち穴部３２０の底面を構成する部分のみと、を除去する。これにより、複数の貫通孔３５１が形成される。
次いで、図２６に示すように、連結空洞部形成工程を行う。本実施形態においては、例えば等方性エッチングの手法を用いて、エッチングガスを複数の貫通孔３５１を通じて基板材料３００の露出部分に作用させる。これにより、連結空洞部３３０が得られる。なお、本実施形態においては、複数の貫通孔３５１以外の領域の第１層３０１は、第２層３０２によって覆われている。このため、連結空洞部３３０のｚ方向上端は、第２層３０２の下面によって規定される。
次いで、図２７に示すように、保護膜除去工程を行う。この工程は、例えば、ＳｉＯ２を選択的に除去しうるエッチングを施すことによって行う。これにより、ＳｉＯ２からなる保護膜３５０のすべてが除去される。また、第２層３０２のうち第１層３０１および第３層３０３から露出する部分が除去される。
次いで、図２８に示すように、可動部形成工程を行う。この工程は、上述した実施形態と同様に、熱マイグレーションの現象を利用した手法によって行う。これにより、空洞部３４０および可動部３６０が得られる。
この後は、上述した実施形態と同様に工程を経ることにより、ＭＥＭＳ素子３が得られ、さらにはＭＥＭＳモジュールＡ１が得られる。
本実施形態によっても、空洞部３４０や可動部３６０を形成するために異なる部材を接合する必要がないという利点がある。また、穴部形成工程や連結空洞部形成工程において、第２層３０２がエッチングストッパ層として機能する。これにより、穴部３２０や連結空洞部３３０（空洞部３４０）の深さをより正確に設定することができる。
図２９～図３１は、本発明の第４実施形態に基づくＭＥＭＳ素子の製造方法を示している。本実施形態においては、上述した第１実施形態の製造方法と類似の方法を採用しているが、第２実施形態および第３実施形態と類似の方法を採用してもよい。
図２９は、本実施形態における穴部形成工程を示している。本実施形態においては、複数の穴部３２０に加えて複数の穴部３２１を形成する。穴部３２１は、断面積（ｚ方向視円形状の場合は直径）が穴部３２０の断面積（ｚ方向視円形状の場合は直径）よりも大である。
図３０は、連結空洞部形成工程を示している。本工程により、複数の穴部３２０と複数の穴部３２１とが、連結空洞部３３０によって互いに連結される。
図３１は、本実施形態の可動部形成工程を示している。本実施形態においても、上述した熱マイグレーションを利用した手法により、複数の穴部３２０を塞ぐ。ただし、穴部３２１の断面積（直径）が穴部３２０の断面積（直径）よりも大であることから、複数の穴部３２１は、熱マイグレーションによって塞がれず残存している。このため、本実施形態においては、空洞部３４０は、穴部３２１を通じて外部と繋がっている。
このような実施形態によっても、異なる部材を接合する工程が不要であるという利点がある。また、本実施形態によって形成されるＭＥＭＳ素子３は、可動部３６０が外力や慣性力等によって動かされることによって機能する各種センサ素子として用いることができる。
図３２は、電極パッド３４の構造（第１形態）を説明するための要部平面図である。図３３は、図３２のXXXIII－XXXIII断面を示す断面図であり、電極パッド３４を斜め上方から見た図である。図３４は、電極パッド３４の外周部を示す要部断面図である。なお、図３２では、構造を明瞭化するため、第１金属層４６のパッド部４８および外周部４９にクロスハッチングを付している。
次に、図８に示した電極パッド３４およびその周辺部の構造を、図３２～図３７Ｅを参照して、より具体的に説明する。
図３２～図３４を参照して、基板３０上には、第１絶縁層４１が形成されている。この実施形態では、第１絶縁層４１は、基板３０の主面３１０に接するように形成されている。第１絶縁層４１は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）等の絶縁材料からなっていてもよい。この実施形態では、第１絶縁層４１は、酸化シリコンからなる。また、第１絶縁層４１の厚さは、例えば、１０００Å～５０００Åであってもよい。
第１絶縁層４１上には、金属配線３５が形成されている。金属配線３５は、第１絶縁層４１上に所定パターンで形成されていてもよい。金属配線３５は、例えばＡｌやアルミ合金などの金属からなっていてもよい。
金属配線３５を覆うように、第１絶縁層４１上には、第２絶縁層４２が形成されている。第２絶縁層４２は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）等の絶縁材料からなっていてもよい。この実施形態では、第２絶縁層４２は、窒化シリコンからなる。また、第２絶縁層４２の厚さは、第１絶縁層４１よりも厚くてもよく、例えば、５０００Å～２００００Åであってもよい。また、第２絶縁層４２は、この実施形態では、ＭＥＭＳ素子３の最表面に露出する絶縁膜であることから、表面絶縁膜と称してもよい。
第２絶縁層４２には、コンタクト孔４３が形成されている。コンタクト孔４３から、金属配線３５の一部が、露出している。金属配線３５の露出した部分は、露出部４４と称してもよく、金属配線３５の露出部４４以外の、第２絶縁層４２で覆われた部分は、被覆部４５と称してもよい。
第２絶縁層４２上には、電極パッド３４が形成されている。電極パッド３４は、第１金属層４６と、第１金属層４６を覆うように形成された第２金属層４７とを含む。
第１金属層４６は、例えばＡｌ、アルミ合金（例えば、ＡｌＳｉ、ＡｌＳｉＣｕ、ＡｌＣｕ等）、Ｃｕなどの金属からなっていてもよい。
第１金属層４６は、パッド部４８と、パッド部４８を取り囲む外周部４９とを含む。
パッド部４８は、コンタクト孔４３上に形成され、コンタクト孔４３内で金属配線３５（露出部４４）に接続されている。また、パッド部４８は、コンタクト孔４３から外側に張り出し、第２絶縁層４２上に配置された部分５０を有している。部分５０は、この実施形態では、図３２を参照して、コンタクト孔４３の周縁から均等に張り出した鍔状の部分である。
外周部４９は、パッド部４８の部分５０から外側に間隔を空けた位置に、パッド部４８から独立して（物理的に分離されて）形成されている。ただし、外周部４９は、第２金属層４７を介して、パッド部４８に電気的に接続されている。
外周部４９は、この実施形態では、図３２に示すように、パッド部４８を取り囲む環状（より具体的には、四角環状）に形成されているが、パッド部４８を取り囲み、後述するパッド部４８の腐食を防止する効果を奏することができるのであれば、一部に分断された領域を有していてもよい。
また、外周部４９は、図３３および図３４を参照して、第２絶縁層４２を挟んで、金属配線３５の被覆部４５に対向していてもよい。
ここで、パッド部４８および外周部４９の寸法を説明する。まず、外周部４９の外径Ｗ１は、例えば、９０μｍ程度であってもよい。外周部４９の幅Ｗ２は、例えば、８μｍ程度であってもよい。また、外周部４９とパッド部４８との間隔Ｗ３（例えば、外周部４９の内周とパッド部４８の外周との距離）は、幅Ｗ２よりも狭く、例えば、２μｍ程度であってもよい。また、パッド部４８の部分５０の幅Ｗ４（コンタクト孔４３からの張り出し量）は、例えば、５μｍ程度であってもよい。また、コンタクト孔４３の径（パッド部４８と金属配線３５との接続領域の幅）Ｗ５は、例えば、６０μｍ程度であってもよい。
第２金属層４７は、第１金属層４６のパッド部４８および外周部４９を一括して覆うように形成されている。これにより、第２金属層４７は、パッド部４８と外周部４９との間の領域５１に入り込み、パッド部４８の外周縁および外周部４９の内周縁を覆う部分５３と、外周部４９よりも外側の領域５２に配置され、外周部４９の外周縁を覆う部分５４とを有している。第２金属層４７の部分５３および部分５４は、いずれも、領域５１および領域５２において第２絶縁層４２に接触している。
また、第２金属層４７は、第２金属層４７の下方の構造に形成された段差に応じた部分に、複数の凹部を有している。この実施形態では、第２金属層４７は、コンタクト孔４３の高低差に応じた凹部５５、領域５１における第２絶縁層４２と第１金属層４６との高低差に応じた凹部５６、および領域５２における第２絶縁層４２と第１金属層４６との高低差に応じた凹部５７を有している。
図３３を参照して、凹部５５は、電極パッド３４の中央部に形成され、凹部５６は、凹部５５を取り囲む環状（この実施形態では、四角環状）に形成され、凹部５７は、さらに凹部５６を取り囲む環状（この実施形態では、四角環状）に形成されている。
また、第２金属層４７は、この実施形態では、後述するように、めっき成長によって形成されていてもよい。この場合、第２金属層４７は、例えば、めっき層と称してもよいく、図３４を参照して、第１金属層４６側から順に、Ｎｉ層５８、Ｐｄ層５９およびＡｕ層６０を有していてもよい。例えば、Ｎｉ層５８の厚さは３μｍ程度であり、Ｐｄ層５９の厚さは０．１μｍ程度であり、Ａｕ層６０の厚さは０．０３μｍ程度であってもよい。むろん、第２金属層４７は、めっき成長によって形成される必要はなく、例えば、スパッタ法等の成膜技術によって形成されていてもよい。例えば、Ａｕ等の耐食性を有する金属をスパッタ法で形成する方法が例示できる。
図３５Ａ～図３５Ｆは、電極パッド３４の形成に関連する工程を説明するための図である。図３５Ａ～図３５Ｆに示す工程は、例えば、前述の図１３に示す工程の後、拡散配線３６および拡散抵抗３７が形成された後に行われてもよい。
例えば、まず、図３５Ａに示すように、基板材料３００の主面３１０に、第１絶縁層４１が形成される。第１絶縁層４１は、例えば、半導体結晶表面の熱酸化やＣＶＤ法によって形成されてもよい。
次に、図３５Ｂに示すように、第１絶縁層４１上に、金属配線３５が形成される。金属配線３５は、例えば、スパッタ法によって第１絶縁層４１上に金属膜を形成した後、パターニングすることによって形成されてもよい。
次に、図３５Ｃに示すように、金属配線３５を覆うように、第１絶縁層４１上に第２絶縁層４２が形成される。第２絶縁層４２は、例えば、ＣＶＤ法によって形成されてもよい。
次に、図３５Ｄに示すように、第２絶縁層４２にコンタクト孔４３が形成される。コンタクト孔４３は、例えば、ドライエッチング等のエッチングによって形成されてもよい。
次に、図３５Ｅに示すように、第２絶縁層４２上に、第１金属層４６が形成される。第１金属層４６は、例えば、スパッタ法によって第２絶縁層４２およびコンタクト孔４３内の金属配線３５上に金属膜を形成した後、パターニングすることによって形成されてもよい。このパターニングによって、パッド部４８と外周部４９とに分離されてもよい。
次に、図３５Ｆに示すように、第１金属層４６を覆うように、第２絶縁層４２上に第２金属層４７が形成される。これにより、図３２～図３４に示す電極パッド３４が形成される。第２金属層４７は、例えば、第１金属層４６からのめっき成長（例えば、無電解めっき）によって形成されてもよい。
ここで、図３４を参照して、電極パッド３４の外周において第２金属層４７（この実施形態では、めっき層）と第２絶縁層４２との間には、隙間４０が生じることがある。隙間４０が生じる要因の一つは、例えば、第２金属層４７が、めっき成長によって形成されることである。第２金属層４７（この実施形態では、Ｎｉ層５８）は、前述のように、第１金属層４６のパッド部４８および外周部４９を核として、第２絶縁層４２の厚さ方向（縦方向、この実施形態では上方向）およびその方向に直交する方向（横方向）にめっき成長する。横方向においては、単に第２絶縁層４２の表面に沿ってめっきが進行していくだけであるため、第２金属層４７と第２絶縁層４２との間に接合が形成されるわけではない。そのため、例えば、Ｎｉ層５８上にＰｄ層５９やＡｕ６０が形成された後、Ｎｉ層５８に応力（層間応力等）が加わると、Ｎｉ層５８に反り等が発生し、隙間４０が生じるというメカニズムである。
一方、第１金属層４６と第２金属層４７との間は、金属同士によって接合されているため、隙間が生じることはない。したがって、領域５１では、第２金属層４７と第２絶縁層４２との界面が存在するが、領域５１内の第２金属層４７は、領域５１の内側および外側の両側に形成された金属－金属接合（第２金属層４７とパッド部４８との接合、および第２金属層４７と外周部４９との接合）によって支持されるため、当該界面に隙間が生じることを防止することもできる。
そし、第２金属層４７の外周部に上記のような隙間４０が形成されていると、当該隙間４０を介して、電極パッド３４の内部に水分や塩分（例えば、塩水）が侵入するおそれがある。特に、ＭＥＭＳ素子３（気圧センサ）の他、圧力センサ、湿度センサおよびこれらの集積化されたデバイス等、外気に晒される形態で使用される製品では、水分等の侵入の課題が顕著になる。
しかしながら、この実施形態の電極パッド３４の構造であれば、ＭＥＭＳ素子３の内部配線である金属配線３５に直接接続される第１金属層４６のパッド部４８の周囲に、パッド部４８から物理的に分離された外周部４９が設けられている。
そのため、第２金属層４７と第２絶縁層４２との間に隙間４０が生じ、隙間４０を介して電極パッド３４の内部へ水分や塩分（例えば、塩水）が侵入しても、ガードリングとしての外周部４９でブロックすることができる。すなわち、当該水分等で外周部４９が腐食しても、外周部４９とパッド部４８とが物理的に分離されているので、その腐食がパッド部４８に伝播することを防止することができる。その結果、内部配線に繋がるパッド部４８を、水分や塩分から守ることができる。
なお、図３６を参照して、第１金属層４６と第２絶縁層４２との間には、例えば、Ｔｉ等からなるバリア層３９が形成されていてもよい。バリア層３９は、例えば、図３５Ｅの工程において、第１金属層４６の形成に先立って、例えばスパッタ法でバリア層３９の材料膜を形成し、その後、第１金属層４６と同じパターニング工程でパターニングされることによって形成されてもよい。また、以上説明した電極パッド３４の構造は、ＭＥＭＳ素子以外の半導体装置に設けられた各種電極パッドに適用することもできる。
図３７は、電極パッド３４の構造（第３形態）を説明するための要部断面図である。
この第３形態では、金属配線３５は、第２絶縁層４２のコンタクト孔４３の内方領域に、コンタクト孔４３の内面から内側に間隔を隔てて形成されている。これにより、金属配線３５とコンタクト孔４３の内面との間には、第１絶縁層４１の一部からなる領域３８が露出している。
第１金属層４６は、金属配線３５を取り囲むように、第１絶縁層４１の領域３８に形成されている。この実施形態では、第１金属層４６は、コンタクト孔４３の内外に跨って形成され、コンタクト孔４３の内方領域へ延びる第１部分６３と、コンタクト孔４３の外方領域へ延び、第２絶縁層４２で覆われた第２部分６４とを一体的に有している。
第２金属層４７は、第１金属層４６および金属配線３５を一括して覆うように形成されている。これにより、第２金属層４７は、コンタクト孔４３内で、第１金属層４６および金属配線３５に接続されている。
この構造においても、第２金属層４７と第２絶縁層４２との間の隙間４０（図３４参照）を介して電極パッド３４の内部へ水分や塩分（例えば、塩水）が侵入しても、コンタクト孔４３内において、ガードリングとしての第１金属層４６でブロックすることができる。すなわち、当該水分等で第１金属層４６が腐食しても、第１金属層４６と金属配線３５とが物理的に分離されているので、その腐食が金属配線３５に伝播することを防止することができる。その結果、金属配線３５を、水分や塩分から守ることができる。
図３８Ａ～図３８Ｅは、図３７の電極パッド３４の形成に関連する工程を説明するための図である。図３８Ａ～図３８Ｅに示す工程は、例えば、前述の図１３に示す工程の後、拡散配線３６および拡散抵抗３７が形成された後に行われてもよい。
例えば、まず、図３８Ａに示すように、基板材料３００の主面３１０に、第１絶縁層４１が形成される。第１絶縁層４１は、例えば、半導体結晶表面の熱酸化やＣＶＤ法によって形成されてもよい。
次に、図３８Ｂに示すように、第１絶縁層４１上に、金属配線３５および第１金属層４６が形成される。金属配線３５および第１金属層４６は、例えば、スパッタ法によって第１絶縁層４１上に金属膜を形成した後、パターニングすることによって形成されてもよい。
次に、図３８Ｃに示すように、金属配線３５および第１金属層４６を覆うように、第１絶縁層４１上に第２絶縁層４２が形成される。第２絶縁層４２は、例えば、ＣＶＤ法によって形成されてもよい。
次に、図３８Ｄに示すように、第２絶縁層４２にコンタクト孔４３が形成される。コンタクト孔４３は、例えば、ドライエッチング等のエッチングによって形成されてもよい。
次に、図３８Ｅに示すように、金属配線３５および第１金属層４６を覆うように、第２絶縁層４２上に第２金属層４７が形成される。これにより、図３７に示す電極パッド３４が形成される。
本開示に係るＭＥＭＳ素子の製造方法、ＭＥＭＳ素子およびＭＥＭＳモジュールは、上述した実施形態に限定されるものではない。本開示に係るＭＥＭＳ素子の製造方法、ＭＥＭＳ素子およびＭＥＭＳモジュールの具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
Ａ１ ：ＭＥＭＳモジュール
１ ：基板
１Ａ ：基材
１Ｂ ：配線部
１Ｃ ：絶縁層
１ａ ：搭載面
１ｂ ：実装面
１ｃ ：側面
２ ：電子部品
２ａ ：搭載面
２ｂ ：実装面
２ｃ ：側面
３ ：ＭＥＭＳ素子
３ｂ ：実装面
３ｃ ：側面
４ ：ボンディングワイヤ
６ ：カバー
７ ：接合材
１１ ：電極パッド
１２ ：延出部
１３ ：連結部
１４ ：枝部
１９ ：裏面パッド
２１ ：電極パッド
２２ ：温度センサ
２３ ：マルチプレクサ
２４ ：デジタル変換回路
２５ ：信号処理部
２６ ：クロック
２７ ：記憶部
２８ ：インターフェイス
３０ ：基板
３４ ：電極パッド
３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ：電極パッド
３５ ：金属配線
３６ ：拡散配線
３７，３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄ：拡散抵抗
６１ ：開口部
６２ ：延出部
７１ ：接合材内側端縁
１００ ：搭載面部
１０１ ：第１搭載面部
１０２ ：第２搭載面部
１０３ ：第３搭載面部
１１１ ：絶縁層内側端縁
１１２ ：開口
３００ ：基板材料
３０１ ：第１層
３０２ ：第２層
３０３ ：第３層
３１０ ：主面
３１１ ：凹部
３２０，３２１：穴部
３３０ ：連結空洞部
３４０ ：空洞部
３５０ ：保護膜
３５１ ：貫通孔
３６０ ：可動部
３７０ ：固定部
３８０ ：追加層

Claims (10)

  1. 主面を有する基板と、
    前記基板の前記主面側に形成され、厚さ方向視において互いに重なる可動部および空洞部と、前記可動部を支持する固定部と、
    前記基板の前記主面に形成された金属配線と、
    前記基板の前記主面に形成され、前記金属配線を露出させるコンタクト孔を有する絶縁層と、
    前記コンタクト孔から露出する前記金属配線の露出部分に電気的に接続された電極パッドとを含み、
    前記可動部と前記固定部とは、互いの境界に接合部を有さない、同一且つ単一の半導体からなり、
    前記主面は、前記厚さ方向視において前記可動部と重なる凹部を有し、
    前記空洞部は、前記厚さ方向に起立する側面、側面と交差する方向に広がる底面、および前記側面および前記底面を繋ぐ曲面を有し、前記側面が、前記厚さ方向における前記底面に向かうほど前記空洞部の外側に広がるように傾斜しており、
    前記電極パッドは、前記コンタクト孔上に形成され、前記コンタクト孔内で前記金属配線の露出部分に接続されたパッド部、および前記パッド部の外側であり、かつ前記絶縁層上において前記パッド部とは物理的に分離されて形成され、前記パッド部および前記金属配線の露出部分を取り囲む外周部を含む第１金属層と、前記パッド部および前記外周部を一括して覆うように形成された第２金属層とを含み、
    前記パッド部は、前記コンタクト孔から外側に張り出し、前記絶縁層上に配置された鍔部を有しており、
    前記第２金属層は、前記パッド部と前記外周部との間の第１領域に入り込み、前記パッド部の外周縁および前記外周部の内周縁を覆う第１部分と、前記外周部よりも外側の第２領域において前記絶縁層に接するように配置され、前記外周部の外周端面を含む前記外周部の外周縁を覆う第２部分とを有している、ＭＥＭＳ素子。
  2. 前記第２金属層は、前記コンタクト孔の高低差に応じた第１凹部、前記第１領域における前記絶縁層と前記第１金属層との高低差に応じた第２凹部、および前記第２領域における前記絶縁層と前記第１金属層との高低差に応じた第３凹部を有している、請求項１に記載のＭＥＭＳ素子。
  3. 前記第１凹部は、前記パッド部の中央部に形成され、前記第２凹部は、前記第１凹部を取り囲む環状に形成され、前記第３凹部は、さらに前記第２凹部を取り囲む環状に形成されている、請求項２に記載のＭＥＭＳ素子。
  4. 前記パッド部および前記外周部は、前記第２金属層を介して互いに電気的に接続されている、請求項１～３のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ素子。
  5. 前記第１金属層と前記絶縁層との間に形成されたバリア層をさらに含む、請求項１～４のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ素子。
  6. 前記第１金属層は、Ａｌ、アルミ合金またはＣｕからなる、請求項１～５のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ素子。
  7. 前記第２金属層は、前記第１金属層側から順に、Ｎｉ層、Ｐｄ層およびＡｕ層を含むめっき層からなる、請求項１～６のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ素子。
  8. 前記半導体は、Ｓｉである、請求項１～７のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ素子。
  9. 前記空洞部は、密閉されている、請求項１～８のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ素子。
  10. 請求項１～９のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ素子と、
    前記ＭＥＭＳ素子からの電気信号を処理する電子部品と、を備える、ＭＥＭＳモジュール。
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