WO2004050545A1 - マイクロマシンおよびその製造方法 - Google Patents

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WO2004050545A1
WO2004050545A1 PCT/JP2003/014976 JP0314976W WO2004050545A1 WO 2004050545 A1 WO2004050545 A1 WO 2004050545A1 JP 0314976 W JP0314976 W JP 0314976W WO 2004050545 A1 WO2004050545 A1 WO 2004050545A1
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hole pattern
insulating film
electrode
micromachine
interlayer insulating
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PCT/JP2003/014976
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Masahiro Tada
Takashi Kinoshita
Shun Mitarai
Yasuyuki Ito
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Sony Corporation
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
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    • B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
    • H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • H03H9/2405—Constructional features of resonators of material which is not piezoelectric, electrostrictive, or magnetostrictive of microelectro-mechanical resonators
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    • H03H9/02—Details
    • H03H9/02244—Details of microelectro-mechanical resonators
    • H03H2009/02488—Vibration modes
    • H03H2009/02511—Vertical, i.e. perpendicular to the substrate plane

Definitions

  • the high-frequency filter composed of the micro-vibrator 100 having such a configuration achieves a higher Q value than a high-frequency filter using a surface acoustic wave (S AW) or a thin film elastic wave (F BAR). Can be.
  • S AW surface acoustic wave
  • F BAR thin film elastic wave
  • an output electrode 102 a made of polysilicon, an input electrode 102 b, and a support electrode 102 are formed on a substrate 101 whose surface is covered with an insulating film. Form c. In these electrodes 102a to 102c, an input electrode 102b and a support electrode 102c are arranged on both sides of the output electrode 102a.
  • a sacrificial layer 105 made of silicon oxide is formed on the substrate 101 so as to cover the electrodes 102a to 102c.
  • both end portions of the vibrator electrode located on both sides of the hole pattern are sandwiched between the interlayer insulating film and the insulating film provided thereon. It is characterized by:
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the micromachine of the fifth embodiment.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of the micro machine according to the sixth embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram showing the configuration of a conventional micromachine (micro vibrator).
  • FIGS. 15A to 15C are cross-sectional process diagrams showing a conventional manufacturing method.
  • FIG. 1A is a cross-sectional view showing the configuration of the micromachine of the first embodiment
  • FIG. 1B is a plan view showing the configuration of the micromachine of the first embodiment.
  • FIG. 1A corresponds to the section taken along line XX ′ of FIG. 1B.
  • a wiring 15 connected to the vibrator electrode 11 is provided on the interlayer insulating film 9.
  • the wiring 15 may be formed in the same layer as the transducer electrode 11.
  • a substrate 5 is formed by covering a semiconductor substrate 3 of single crystal silicon or the like with an insulating film 4. It is preferable that the outermost surface of the insulating film 4 is made of a material having etching resistance to etching of a sacrificial layer (for example, silicon oxide) to be performed later.
  • a sacrificial layer for example, silicon oxide
  • the silicon oxide film 4a and the silicon nitride film 4b are formed by, for example, a low pressure CVD method.
  • the interlayer insulating film 9 has a flat surface
  • the output electrode 7 does not need to be formed so as to be embedded, and may be formed so as to cover the output electrode 7 with a surface shape following the arrangement of the output electrode 7.
  • the interlayer insulating film 9 made of silicon nitride is formed by, for example, a low pressure CVD method.
  • a hole pattern 9 a reaching the output electrode 7 is formed in the interlayer insulating film 9.
  • the hole pattern 9a is formed in an opening shape so as to be completely disposed only on the output electrode 7, whereby the bottom of the hole pattern 9a is connected to the output electrode 7. I do.
  • the second conductive layer 12 is patterned to form a pattern of the transducer electrode 11 on the sacrificial layer 10 and the interlayer insulating film 9.
  • the vibrator electrode 11 is patterned in a strip shape traversing the sacrificial layer 10 and exposing a part of the hole pattern 9a and a part of the sacrificial layer 10 formed in the hole pattern 9a. I do.
  • the hole pattern 9a may be exposed from both sides of the transducer electrode 11.
  • the hole pattern 9a and the sacrificial layer 10 may be exposed only from one side in the width W direction (the direction perpendicular to the beam length L) of the transducer electrode 11.
  • a wiring 15 connected to the vibrator electrode 11 is formed on the interlayer insulating film 9.
  • a gold (Au) seed layer (not shown) is formed on the entire surface of the substrate 5, and then the wiring forming part is exposed and other parts are exposed.
  • a covering resist pattern (not shown) is formed.
  • a wiring layer is formed by growing a plating layer on the seed layer in the opening of the resist pattern by a plating method. After the formation of the wiring 15, the resist pattern is removed, and then the entire surface is etched to remove the seed layer. When the wiring 15 is formed in the same layer as the vibrator electrode 11, there is no need to perform this step.
  • the sacrificial layer 10 is selectively removed by etching with respect to the wiring 15, the vibrator electrode 11, the interlayer insulating film 9 and the output electrode 7. At this time, the sacrificial layer 10 made of silicon oxide below the vibrator electrode 11 is reliably removed by performing a wet etching using buffered hydrofluoric acid.
  • both ends of the vibrator electrode 11, that is, a part of the anchor supporting the vibrating part 11 a extends over the entire surface with respect to the interlayer insulating film 9. In addition to being fixed, the side surface of the vibrating portion 11a is supported by the side wall portion of the hole pattern 9a.
  • the length of the vibrating portion 11a is reduced by the thickness of the vibrator electrode 11 arranged along the side wall of the hole pattern 9a. For this reason, the length of the vibrating portion that substantially vibrates is shorter than the opening width of the hole pattern 9a. This also makes it easier to achieve higher frequencies.
  • the micromachine 1 having this configuration, it becomes possible to realize a high-frequency filter having a high Q value and a higher frequency band.
  • the parasitic capacitance generated between the output electrode 7 and the vibrator electrode 11 via the interlayer insulating film 9 (for vibration) (The capacity of the part that does not contribute) can be minimized.
  • the case where the line width W of the vibrator electrode 11 is the same as shown in FIG.
  • the vibrator electrode 11 is formed of an interlayer insulating film. 9 may have a shape in which a large line width is provided at both ends, and such a shape further ensures the support of the beam (vibration portion) 11a. It becomes possible.
  • micromachine 20 of the second embodiment shown in these figures is the configuration of the vibrator electrode 11 ′. And other configurations are the same.
  • the vibrating electrode 1 1 ′ has a vibrating portion 1 la ′ provided along the side wall of the hole pattern 9 a in a concave shape on the hole pattern 9 a side.
  • the surface of the portion that is concave on the side of the hole pattern 9 a of the transducer electrode 11 1 ′ (the central portion of the vibrating portion 11 a ′) is lower than the surface of the interlayer insulating film 9 by an arbitrary value (d) Preferably, it is provided.
  • the vibrator electrode is patterned using FIG. 3B in the micromachine manufacturing method of the first embodiment.
  • an oscillator electrode covering the hole pattern 9a and having a hole reaching the sacrificial layer 10 in the hole pattern 9a is formed, and then the sacrificial layer 10 is selectively formed through the hole.
  • the method of removing is adopted.
  • the inside of the hole pattern 9a is defined as 1 ′ is arranged, and the resonator electrode 11 ′ is provided with a hole 11 b communicating with the space A. Therefore, when a voltage of a specific frequency is applied to vibrate the vibrator electrode 11 ′, the vibrator electrode 11 ′ that blocks the hole pattern 9 a vibrates, and this portion vibrates. The vibrating part of 1 'is 1 1 a'. Therefore, the beam length L of the vibrating portion 11a 'is set according to the size of the hole pattern 9a.
  • the beam (vibrating portion) 11a' is supported by the interlayer insulating film 9 over the entire circumference.
  • both ends of the vibrator electrode 11 ′ that is, a part of the anchor supporting the beam (vibrating part) 11 a ′ are fixed to the interlayer insulating film 9 over the entire surface.
  • the support state of the vibrator electrode 11 ′ is further ensured, and the natural vibration frequency can be further increased.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing the configuration of the micro machine of the third embodiment.
  • the difference between the micromachine 30 of the third embodiment shown in this figure and the micromachine described in FIGS. 1A to 1B in the first embodiment is that the structure of the interlayer insulating film 31 is different. Yes, other configurations are the same.
  • an interlayer insulating film 31 provided on the substrate 5 so as to cover the output electrode 7 is composed of a first layer 32 and a second layer 33 above the first layer 32. ing.
  • the first layer 32 has a thickness sufficient to bury the output electrode 7.
  • This first layer 32 has a flat surface. It is preferable, but not limited to such a shape, that the output electrode 7 may be covered with a surface shape having a convex portion following the arrangement of the output electrode 7.
  • the first layer 32 is provided with a hole pattern 32 a reaching the output electrode 7. It is preferable that the hole pattern 32 a be disposed only on the output electrode 7 without protruding from the output electrode 7, but is not limited to this.
  • the second layer 33 has a sufficiently smaller thickness than the first layer 32, and covers the inner surface of the hole layer 32a of the first layer 32 along the inner wall thereof. It is provided on the first layer 32. Further, the thickness of the second layer 33 is set to be equal to or greater than the height of the space A disposed below the vibrator electrode 11 so as to protect the first layer 32. .
  • the second layer 33 is provided with a hole pattern 33 a reaching the output electrode 7.
  • the hole pattern 33 a is formed inside the hole pattern 32 a of the first layer 32, is arranged only on the output electrode 7 without protruding from the output electrode 7, and the first layer 32 is exposed. It is provided so as not to be performed.
  • the output electrode 7 is covered with a second layer 33 having a predetermined width (length).
  • the transducer electrode 11 provided on the interlayer insulating film 31 composed of the first layer 32 and the second layer 33 is connected to the first layer 32 via the second layer 33.
  • the hole pattern 32a is provided in a concave shape on the side of the hole pattern 32a.
  • the vibrator electrode 11 is provided so as to traverse the space A with the inside of the hole pattern 33 a of the second layer 33 as the space A. Therefore, the portion on the space A, that is, the portion arranged so as to overlap the hole pattern 33a becomes the vibrating portion (beam) 11a.
  • the vibrator electrode 11 may be provided along the side wall of the hole pattern 33 a of the second layer 33 in a concave shape on the hole plate 33 a side (that is, the space A side). good.
  • the vibrator electrode 1 1 has two stages toward the output electrode 7 side. It is configured in a concave shape. Therefore, the side surface of the vibrating portion 11a is supported in a step-like manner. It should be noted that it is preferable that the surface of the central portion of the vibrating portion 11a is provided at an arbitrary value (d) lower than the surface of the interlayer insulating film 31 (second layer 33). Same as the form.
  • a substrate 5 formed by covering a semiconductor substrate 3 with an insulating film 4 is formed. This is performed in the same manner as described with reference to FIG.
  • the substrate 5 is covered with a first layer 32 of an interlayer insulating film while covering the output electrode 7.
  • the first layer 32 is formed on the substrate 5 with a thickness larger than the thickness of the output electrode 7 so that the output electrode 7 is embedded, and the surface of the first layer 32 is flattened.
  • the first layer 32 is formed using, for example, silicon oxide. Thereafter, a hole pattern 32 a reaching the output electrode 7 is formed in the first layer 32.
  • a second layer 33 which is sufficiently thinner than the first layer 32, is formed while covering the inner wall of the hole pattern 32a of the first layer 32. I do.
  • the second layer 33 is made of an insulating material having an etching resistance against etching removal of the sacrificial layer performed later. At this time, for example, when the above-described sacrificial layer is formed of silicon oxide, the second layer 33 of silicon nitride is formed.
  • this hole pattern 33 It is formed in an opening shape that is arranged only on the upper surface 7, whereby the bottom of the hole pattern 33 a is used as the output electrode 7.
  • the surface of the output electrode 7 exposed at the bottom of the hole pattern 33a is covered with the sacrificial layer 10.
  • the sacrificial layer 10 is made of a material that can be selectively removed from the second layer 33 and the output electrode 7, for example, silicon oxide.
  • the sacrificial layer 10 is formed in the same manner as described with reference to FIG. 2D in the first embodiment.
  • FIGS. 8A to 8C are performed in the same manner as described with reference to FIGS. 3A to 3C in the first embodiment.
  • the sacrificial layer 10 is removed in the step shown in FIG. 8C, the sacrificial layer 1 is selectively formed with respect to the wiring 15, the vibrator electrode 11, the second layer 33 and the output electrode 7. 0 shall be removed by etching.
  • a space A formed by removing the sacrificial layer is formed below the transducer electrode 11, and the output electrode 7 at the bottom of the hole pattern 33a is exposed. Then, a micromachine 30 having the band-shaped vibrator electrode 11 provided on the second layer 33 so as to cross the upper portion of the hole pattern 33 a as the space A is obtained.
  • FIG. 9A is a cross-sectional view showing the configuration of the micromachine of the fourth embodiment
  • FIG. 9B is a plan view showing the configuration of the micromachine of the fourth embodiment. Note that FIG. 9A corresponds to the XX ′ section of FIG. 9B.
  • the difference between the micromachine 40 of the fourth embodiment shown in these figures and the micromachine described in FIGS. 1A to 1B in the first embodiment is that the output electrode 7 ′ is formed as a groove wiring.
  • the configuration is the same, and other configurations are the same.
  • the output electrode 7 ′ of the micromachine 40 shown in FIGS. 9A and 9B is provided as a groove wiring in the hole pattern 9 a ′ formed in the interlayer insulating film 9 ′.
  • the entire upper surface of the output electrode 7 ' is exposed from the insulating film 9'. Therefore, it is assumed that the hole pattern 9a 'formed in the interlayer insulating film 9' is formed as a groove wiring pattern that also exposes a wiring portion drawn from the output electrode 7 '.
  • FIG. 1OA the steps up to the formation of a substrate 5 having a semiconductor substrate 3 covered with an insulating film 4 are performed in the same manner as described with reference to FIG. 2A in the first embodiment.
  • an interlayer insulating film 9 ′ is formed on the substrate 5, and a hole pattern for groove wiring reaching the substrate 5 (the insulating film 4) is formed on the interlayer insulating film 9.
  • the output electrode is placed in the hole pattern 9a '.
  • Form 7 ' a first conductive layer (polysilicon layer) forming the output electrode 7 ′ is formed on the interlayer insulating film 9 ′ so as to fill the hole pattern 9 a ′, and then the interlayer insulating film 9 ′ First conductive layer on top for CMP More polishing removal. Thereafter, by etching back the first conductive layer in the hole pattern 9 a ′, the output electrode 7 ′ made of the first conductive layer is formed with a thickness sufficiently lower than the interlayer insulating film 9 ′. .
  • a sacrificial layer 10 is selectively formed on the exposed surface of the output electrode 7 '. This step is performed in the same manner as described with reference to FIG. 2D in the first embodiment. Then, the subsequent steps are performed in the same manner as described with reference to FIGS. 3A to 3C in the first embodiment, whereby the configuration described with reference to FIGS. 9A to 9B is performed. To obtain 40 micromachines. '
  • the vibrator electrode 11 is disposed so as to cross the upper part of the hole pattern 9 a ′ as the space part A.
  • the side surface of the beam (vibrating portion) 11a of the electrode 11 is supported by the side wall of the hole pattern 9a '. Therefore, similarly to the micromachine of the first embodiment, it is possible to realize a high-frequency filter having a high Q value and a higher frequency band.
  • FIG. 11 is a sectional view showing the configuration of the micro machine of the fifth embodiment.
  • the difference between the micromachine 50 of the fifth embodiment shown in this figure and the micromachine described in FIGS. 1A to 1B in the first embodiment is a state in which the vibrator electrode 11 is covered.
  • the insulating film 51 is provided on the interlayer insulating film 9, and the other configuration is the same.
  • the portion of the vibrator electrode 11 supported on the interlayer insulating film 9, that is, both sides of the vibrating portion 11a of the vibrator electrode 11 is formed by the interlayer insulating film 9. And the upper insulating film 51.
  • the wiring 15 is also sandwiched between the interlayer insulating film 9 and the insulating film 51.
  • the hole pattern 9a of the interlayer insulating film 9 is the first hole pattern 9a
  • the insulating film 51 laminated on the interlayer insulating film 9 is located at substantially the same position as the first hole pattern 9a.
  • the second hole pattern 51a has substantially the same shape.
  • the second hole pattern 51 a may be any size as long as it does not hinder the vibration of the vibrating portion 11 a in the vibrator electrode 11.
  • the transducer electrode 11 and the wiring are formed on the interlayer insulating film 9 in the same procedure as described with reference to FIGS. 2A to 2D and 3A to 3C in the first embodiment. Repeat until 15 is formed.
  • an insulating film 51 is formed on the interlayer insulating film 9 so as to cover the resonator electrode 11 and the wiring 15.
  • This insulating film 51 is made of an insulating material having etching resistance to etching and removal of the sacrificial layer 10 to be performed later.
  • the insulating film 51 made of silicon nitride is formed.
  • a second hole pattern 51 a is formed in the insulating film 51 so as to overlap the first hole pattern 9 a of the interlayer insulating film 9.
  • the sacrificial layer 10 is selectively removed by etching with respect to the oscillator electrode 11, the interlayer insulating film 9, the output electrode 7, and the insulating film 51.
  • the sacrificial layer 10 made of silicon oxide below the vibrator electrode 11 is reliably removed.
  • a space A formed by removing the sacrificial layer is formed below the transducer electrode 11, and the output electrode 7 at the bottom of the first hole pattern 9a is exposed. . Then, a micromachine 50 having the band-shaped vibrator electrode 11 provided on the interlayer insulating film 9 so as to cross the upper portion of the first hole pattern 9a as the space portion A is obtained.
  • the vibrator electrode 11 is disposed so as to cover the upper part of the hole pattern 9a as a space A, and the vibrator electrode 11
  • the beam (vibrating part) 11a is in a state where the side surface of 11a is supported by the side wall portion of the hole pattern 9a.
  • both sides of the vibrating portion 11a of the vibrator electrode 11 are sandwiched between the interlayer insulating film 9 and the insulating film 51 provided thereon, the first embodiment As compared with the above, the support of the vibrator electrode 11 is further ensured. Therefore, it is possible to more reliably realize a high-frequency filter having a higher Q value and a higher frequency band than in the first embodiment.
  • FIG. 13 is a sectional view showing the configuration of the micro machine of the sixth embodiment.
  • the micro machine 60 of the sixth embodiment shown in this figure is a modification of the micro machine of the fifth embodiment described with reference to FIG.
  • the difference between the micromachine 60 of the sixth embodiment and the micromachine described with reference to FIG. 11 lies in the configuration of the vibrator electrode 61, and the other configurations are the same.
  • the vibrator electrode 61 does not have a concave portion toward the output electrode 7 side, and has a flat shape including the vibrating portion 61a. Further, both sides of the vibrating portion 6 la in the vibrator electrode 61 are sandwiched between the interlayer insulating film 9 and the insulating film 51 above this. The wiring 15 is also sandwiched between the interlayer insulating film 9 and the insulating film 51.
  • the sacrificial layer 10 described with reference to FIG. 2D is formed in the micromachine manufacturing method according to the first embodiment.
  • hole pattern 9A a method is employed in which a sacrificial layer 10 having the same height as that of the fifth embodiment is formed, and thereafter the same procedure as in the fifth embodiment is performed.
  • both ends of the vibrator electrode 61 that is, anchor portions supporting the vibrating portion 61a are provided.
  • the transducer electrode 61 can be reliably supported by the interlayer insulating film 9 and the insulating film 51. And only the vibrating part can contribute to the vibration.
  • the voltage of the predetermined frequency is applied to vibrate the vibrator electrode 61, only the beam (vibrating portion) 6la vibrates due to the vibration.

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Abstract

　Ｑ値が高く、かつ周波数帯域のより高い高周波フィルタ用のマイクロマシンである。基板（５）上に設けられた出力電極（７）と、基板（５）を覆う状態で設けられると共に出力電極（７）を底部とした孔パターン（９ａ）を備えた層間絶縁膜（９）と、孔パターン（９ａ）内を空間部（Ａ）としてこの上部を横切るように層間絶縁膜（９）上に設けられた帯状の振動子電極（１１）とを備えたマイクロマシン（１）であり、振動子電極（１１）は、孔パターン（９ａ）の側壁に沿って孔パターン（９ａ）側に凹状に設けられていることを特徴としている。

Description

明細書 マイクロマシンおよびその製造方法 技術分野
本発明はマイクロマシンおよびその製造方法に関し、 特には空間部を 介して出力電極上を横切るように振動子電極が設けられたマイクロマシ ンおよびその製造方法に関する。 背景技術
基板上における微細加工技術の進展に伴い、 シリコン基板、 ガラス基 板等の基板上に、 微細構造体とこの駆動を制御する電極および半導体集 積回路等を形成するマイクロマシン技術が注目されている。
その中の一つに、 下記非特許文献 1 ( T. - C. guyen, Micromechanical component s for miniaturized low - power communicat ions (invi ted plenary), "proceedings, 1999 IEEE MTT-S International Microwave Symposium RF MEMS Workshop, June, 18, 1999, pp.48-77. ) に示すように、 無線通信用の 高周波フィル夕としての利用が提案されている微小振動子がある。 第 1 4図に示すように、 微小振動子 1 0 0は、 基板 1 0 1上に設けられた出 力電極 1 0 2 aの上方に、 空間部 Aを介して振動子電極 1 0 3を配置し てなる。 この振動子電極 1 0 3は、 出力電極 1 0 2 aと同一の導電層で 構成された入力電極 1 0 2 bに一端部が接続されており、 入力電極 1 0 2 bに特定の周波数電圧が印加された場合に、 出力電極 1 0 2 a上に空 間部 Aを介して設けられた振動子電極 1 0 3のビーム （振動部） 1 0 3 aが固有振動周波数で振動し、 出力電極 1 0 2 aとビーム （振動部） 1 0 3 aとの間の空間部 Aで構成されるキャパシ夕の容量が変化し、 これ が出力電極 1 0 2 aから出力される。 このような構成の微小振動子 1 0 0からなる高周波フィル夕は、 表面弹性波 （S AW) や薄膜弾性波 （F BAR) を利用した高周波フィルタと比較して、 高い Q値を実現するこ とができる。
このような微小振動子の製造は、 次のように行う。 先ず、 第 1 5 A図 に示すように、 表面が絶縁膜で覆われた基板 1 0 1上に、 ポリシリコン からなる出力電極 1 0 2 a、 入力電極 1 0 2 b、 支持電極 1 0 2 cを形 成する。 これらの電極 1 0 2 a〜 1 0 2 cは、 出力電極 1 0 2 aを挟ん だ両側に入力電極 1 0 2 bと支持電極 1 0 2 cとが配置される。 次いで、 これらの電極 1 0 2 a〜 1 0 2 cを覆う状態で、 基板 1 0 1上に酸化シ リコンからなる犠牲層 1 0 5を形成する。
次に、 第 1 5 B図に示すように、 犠牲層 1 0 5に、 入力電極 1 0 2 b および支持電極 1 0 2 cに達する接続孔 1 0 5 b， 1 0 5 cを形成する。 その後、 これらの接続孔 1 0 5 b, 1 0 5 c内を含む犠牲層 1 0 5上に ポリシリコン層 1 0 6を形成する。
次いで、 第 1 5 C図に示すように、 このポリシリコン層 1 0 6をパタ ーンエッチングすることで、 出力電極 1 0 2 a上を通過する帯状の振動 子電極 1 0 3を形成する。 この際、 ポリシリコンからなる入力電極 1 0 2 bおよび支持電極 1 0 2 cのエッチングを防止するために、 接続孔 1 0 5 b, 1 0 5 cが完全に覆われるようにポリシリコン層 1 0 6のパ夕 ™ンエッチングを行う。
以上の後、 犠牲層 1 0 5を選択的に除去し、 これによつて先の第 1 4 図に示すように、 出力電極 1 0 2 aと振動子電極 1 0 3との間に空間部 Aを形成して、 微小振動子 1 0 0を完成させる。 第 1 6図は、 上述した構成の微小振動子 1 0 0のビーム （振動部） 1 0 3 aの長さ （ビーム長） Lと固有振動周波数との関係を示す図である。 この図に示すように、 下記式 （1 ) に基づく理論上の固有振動周波数 (Theo ry)は、 （1 / L 2) に比例する。 このため、 高周波化を達成す ' るためには、 ビーム長 Lを縮小する必要がある。
Figure imgf000005_0001
κ P E h
膜厚
ヤング率
電磁カツプリング率
膜密度 ところが、 上述した微小振動子 1 0 0においては、 出力電極 1 0 2 a を跨ぐ様に空間部 Aおよび振動子電極 1 0 3が設けられるため、 出力電 極 1 0 2 aの線幅よりもビーム長 Lを短くすることはできない。
また、 高周波化のためにビーム長 Lを微細化しようとした場合、 出力 電極 1 0 2 aの線幅も微細化する必要があるため、 出力電極 1 0 2 aと 振動子電極 1 0 3との間の容量が小さくなり出力が低下してしまう。 以 上のことは、 ビーム長 Lの微細化による高周波化の達成を制限する要因 になっている。
そこで本発明は、 ビーム長の微細化による高周波化をさらに進めるこ とが可能な振動子電極を有するマイクロマシンおよびその製造方法を提 供することを目的とする。 発明の開示 このような目的を達成するための本発明のマイクロマシンは振動子電 極を備えたものであり、 基板上にパターン形成された出力電極を備えて おり、 この出力電極を底部とした孔パターンを備えた層間絶縁膜が基板 上に形成されている。 また、 この層間絶縁膜上には、 孔パターン内を空 間部としてこの上部を横切るように帯状の振動子電極が設けられている。 そして特に、 本発明の第 1のマイクロマシンは、 振動子電極が孔パター ンの側壁に沿って当該孔パターン側に凹状に設けられていることを特徴 としている。
このような構成の第 1のマイクロマシンにおいては、 孔パターン上を 横切る振動子電極部分が、 当該振動子電極のビーム （以下、 振動部と記 す） となる。 このため、 出力電極の幅に依存することなく、 孔パ夕一ン の大きさによって振動部の長さ （すなわちピ一ム長） が設定され、 出力 電極の幅よりも短い振動部を有する振動子電極が得られる。 しかも、 こ の振動子電極は、 その下面が層間絶縁膜の上面で支持されるだけではな く、 振動部の側面となる部分が孔パターンの側壁部分によって支持され た状態となる。 したがって、 層間絶縁膜に対する振動子電極の支持が確 実となり、 振動部のみを振動に寄与させることが可能になる。 また、 孔 パターンの側壁に沿って配置される振動子電極の膜厚分だけ振動部の長 さが短縮されるため、 実質的な振動部の長さは、 孔パターンの開口径よ りも短くなる。
また、 特に、 本発明の第 2のマイクロマシンは、 孔パターンの両脇に 位置する振動子電極の両端部分が、 層間絶縁膜とこの上部に設けられた 絶縁膜との間に狭持されていることを特徴としている。
このような構成の第 2のマイクロマシンにおいては、 第 1のマイクロ マシンと同様に、 孔パターン上を横切る振動子電極部分が当該振動子電 極の振動部となるため、 出力電極の幅よりも短い振動部を有する振動子 電極が得られる。 しかも、 この振動子電極は、 孔パターンの両脇、 すな わち振動部の両脇部分が、 層間絶縁膜とこの上部に設けられた絶縁膜と の間に狭持されているため、 層間絶縁膜と絶縁膜とで確実に支持され、 振動部のみを振動に寄与させることが可能になる。
また本発明は、 上述した構成の第 1のマイクロマシンの製造方法およ び第 2のマイクロマシンの製造方法でもある。 図面の簡単な説明
第 1 A図乃至第 1 B図は、 第 1実施形態のマイクロマシンの断面図お よび平面図である。
第 2 A図乃至第 2 D図は、 第 1実施形態の製造方法を示す断面工程図 (その 1 ) である。
第 3 A図乃至第 3 C図は、 第 1実施形態の製造方法を示す断面工程図 (その 2 ) である。
第 4図は、 ビーム長 （L ) に対する固有振動数のシミュレーション結 果を示すグラフである。
第 5 A図乃至第 5 B図は、 第 2実施形態のマイクロマシンの断面図お よび平面図である。
第 6図は、 第 3実施形態のマイクロマシンの断面図である。
第 7 A図乃至第 7 D図は、 第 3実施形態の製造方法を示す断面工程図 (その 1 ) である。 '
第 8 A図乃至第 8 C図は、 第 3実施形態の製造方法を示す断面工程図 (その 2 ) である。
第 9 A図乃至第 9 B図は、 第 4実施形態のマイクロマシンの断面図お よび平面図である。 第 1 O A図乃至第 1 0 D図は、 第 4実施形態の製造方法を示す断面ェ 程図である。
第 1 1図は、 第 5実施形態のマイクロマシの断面図である。
第 1 2 A図乃至第 1 2 B図は、 第 5実施形態の製造方法を示す断面ェ 程図である。
第 1 3図は、 第 6実施形態のマイクロマシンの断面図である。
第 1 4図は、 従来のマイクロマシン （微小振動子） の構成を示す図で あ 。
第 1 5 A図乃至第 1 5 C図は、 従来の製造方法を示す断面工程図であ る。
第 1 6図は、 従来のマイクロマシンの課題を説明するためのグラフで ある。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。 尚、 各 実施形態においては、 高周波フィル夕に好適な微小振動子としてのマイ クロマシンの構成およびその製造方法をこの順に説明する。
ぐ第 1実施形態 >
第 1 A図は第 1実施形態のマイクロマシンの構成を示す断面図であり、 第 1 B図は第 1実施形態のマイクロマシンの構成を示す平面図である。 尚、 第 1 A図は第 1 B図の X— X ' 断面に相当する。
これらの図に示すマイクロマシン 1は、 半導体基板 3の表面を絶縁膜 4で覆ってなる基板 5上に形成されている。 この基板 5上には、 出力電 極 7がパターン形成されている。 この出力電極 7は、 マイクロマシン 1 の構成部から引き出されて基板 5上において配線されている。 また、 基板 5上には、 この出力電極 7を覆う状態で、 層間絶緣膜 9が 設けられている。 この層間絶縁膜 9は、 出力電極 7を埋め込む状態で表 面平坦に形成されていることが好ましいが、 このような形状に限定され ることはなく、 出力電極 7の配置に追従した凸部を有する表面形状で、 この出力電極 7を覆うものであっても良い。
このような層間絶縁膜 9には、 出力電極 7に達する孔パターン 9 aが 設けられている。 この孔パターン 9 aは、 出力電極 7上からはみ出すこ となく、 出力電極 7上のみに配置される。 ただし、 この孔パターン 9 a の開口径 Lは、 このマイクロマシン 1における振動数を決定する因子の 1つとなる。 したがって、 この孔パターン 9 aは、 マイクロマシン 1で 構成される高周波フィルタに必要とされる振動数によって規定された開 口径 Lで形成されていることとする。
また、 眉間絶縁膜 9上には、 孔パターン 9 a内を空間部 Aとしてこの 上部を横切るように帯状の振動子電極 1 1が設けられており、 空間部 A 上、 すなわち孔パターン 9 aに重ねて配置された部分が振動部 （ビー ム） 1 1 aとなる。 したがって、 孔パターン 9 aの開口径 Lが、 このマ イクロマシン 1の振動部 （ビーム） 1 1 aのビーム長 Lとなる。 この振 動子電極 1 1は、 その振動部 1 1 aが、 孔パターン 9 aの側壁に沿って、 孔パ夕一ン 9 a側に凹状に設けられている。 そして、 振動子電極 1 1の 孔パターン 9 a側に凹状となる部分 （振動部 1 1 aの中央部分） の表面 は、 第 1 A図に示すように、 層間絶縁膜 9の表面よりも任意の値 d (例 えば d = 0 . 2 u rn ) だけ低く設けられていることが好ましい。
また、 層間絶縁膜 9上には、 振動子電極 1 1に接続された配線 1 5が 設けられている。 尚、 配線 1 5は、 振動子電極 1 1と同一層で形成され たものであっても良い。 次に、 上述した第 1実施形態のマイクロマシンの製造方法の一例を、 第 2 A図乃至第 2 D図および第 3 A図乃至第 3 C図の断面工程図を用い て詳細に説明する。
先ず、 第 2 A図に示すように、 単結晶シリコンなどの半導体基板 3上 を絶縁膜 4で覆ってなる基板 5を形成する。 この絶縁膜 4は、 その最表 面が、 以降に行われる犠牲層 （例えば酸化シリコン） のエッチング除去 に対してエツチング耐性を有する材料で構成されることが好ましい。 そ こで、 例えば、 半導体基板 3との間の応力を緩和するための酸化シリコ ン膜 4 aを介して、 上述したエッチング耐性を有する窒化シリコン膜 4 bをこの順に積層してなる絶縁膜 4を形成することとする。 尚、 これら の酸化シリコン膜 4 aおよび窒化シリコン膜 4 bは、 例えば減圧 C V D 法によって形成される。
次に、 第 2 B図に示すように、 基板 5上に第 1導電層をパターニング してなる出力電極 7を形成する。 この出力電極 7を構成する第 1導電層 は、 例えばリン （P ) を含有するポリシリコン等のシリコン層であるこ ととする。 なお、 第 1電極層のパターエングおよび以下に示す各構成部 のパターン形成は、 リソグラフィ一処理で形成したレジストパターンを マスクにして材料膜をエッチングすることによって行われることとする。 その後、 第 2 C図に示すように、 出力電極 7を覆う状態で、 基板 5上 を層間絶縁膜 9で覆う。 この際、 例えば、 出力電極 7が埋め込まれるよ うに基板 5上に出力電極 7の膜厚よりも厚い膜厚で層間絶縁膜 9を形成 し、 この層間絶縁膜 9の表面を平坦化することが好ましい。 この層間絶 縁膜 9は、 後に行われる犠牲層のエッチング除去に対してエッチング耐 性を有する絶縁性材料からなることとする。 この際、 例えば上述した犠 牲層を酸化シリコンで形成する場合には、 窒化シリコンからなる層間絶 縁膜 9を形成することとする。 尚、 層間絶縁膜 9は、 表面平坦に出力電 極 7を埋め込むように形成される必要はなく、 出力電極 7の配置に追従 した表面形状を有して当該出力電極 7を覆う様に形成されても良い。 ま た、 窒化シリコンからなる層間絶縁膜 9は、 例えば減圧 C V D法によつ て形成される。
次いで、 この層間絶縁膜 9に、 出力電極 7に達する孔パターン 9 aを 形成する。 この孔パタ一ン 9 aは、 上述したように、 完全に出力電極 7 上のみに配置されるような開口形状で形成されることとし、 これにより、 孔パターン 9 aの底部を出力電極 7とする。
次いで、 第 2 D図に示すように、 孔パターン 9 aの底部に露出してい る出力電極 7の表面を犠牲層 1 0で覆う。 この犠牲層 1 0は、 層間絶縁 膜 9および出力電極 7に対して選択的に除去が可能な材料、 例えば酸化 シリコンで構成されることとする。 この場合、 例えば窒化シリコンから なる層間絶縁膜 9をマスクにしてポリシリコンからなる出力電極 7の表 面を酸化させ、 これにより出力電極 7の露出表面を酸化シリコンからな る犠牲層 1 0で覆う。 またここでは、 犠牲層 1 0の表面が、 層間絶縁膜 9の表面よりも十分に低くなるように、 すなわち犠牲層 1 0形成後にも 孔パターン 9 a部分が凹状に維持されるように、 犠牲層 1 0の形成を行 うことが重要である。
以上の後、 第 3 A図に示すように、 底部が犠牲層 1 0で覆われた孔パ ターン 9 aの内壁を覆う状態で、 層間絶縁膜 9上に第 2導電層 1 2を成 膜する。 この第 2導電層 1 2は、 以降に行われる犠牲層 1 0のエツチン グに対して耐性を有する材料からなることとする。 このため、 犠牲層 1 0が酸化シリコンからなる場合には、 第 2導電層 1 2は例えばポリシリ コン膜で構成されることとする。 また、 この第 2導電層 1 2において、 孔パターン 9 a側に凹状となる部分の表面が、 層間絶縁膜 9の表面より も低くなるように、 当該第 2導電層 1 2の膜厚が設定されることとする。 次いで、 第 3 B図に示すように、 第 2導電層 1 2をパターニングする ことで、 犠牲層 1 0および層間絶縁膜 9上に振動子電極 1 1をパターン 形成する。 この振動子電極 1 1は、 犠牲層 1 0を横切り、 孔パターン 9 aの一部および孔パターン 9 a内に形成された犠牲層 1 0の一部を露出 する帯状にパターン形成されることとする。 この場合、 例えば第 1 B図 に示したように、 振動子電極 1 1の両脇から、 孔パターン 9 aを露出さ せても良い。 また、 振動子電極 1 1の幅 W方向 （ビーム長 Lと垂直な方 向） の片側からのみ、 孔パターン 9 aおよび犠牲層 1 0を露出させても 良い。
次に、 第 3 C図に示すように、 振動子電極 1 1に接続する配線 1 5を 層間絶縁膜 9上に形成する。 この配線 1 5を形成する場合には、 例えば 先ず、 基板 5上の全面に金 （A u ) のシード層 （図示省略） を形成した 後、 配線を形成する部分を露出させて他の部分を覆うレジストパターン (図示省略） を形成する。 次いで、 メツキ法によりレジストパターンの 開口部内のシード層上にメツキ層を成長させて配線 1 5を形成する。 配 線 1 5形成後には、 レジストパターンを除去し、 さらにシード層を除去 するための全面エッチングを行う。 尚、 この配線 1 5を、 振動子電極 1 1と同一層で構成する場合には、 この工程を行う必要はない。
以上の後、 配線 1 5、 振動子電極 1 1、 層間絶縁膜 9および出力電極 7に対して選択的に犠牲層 1 0をエッチング除去する。 この際、 バッフ ァ一ドフッ酸を用いたゥエツトエッチングを行うことで、 振動子電極 1 1下の酸化シリコンからなる犠牲層 1 0を確実に除去する。
これにより、 第 1 A図及び第 1 B図に示すように、 振動子電極 1 1の 下部に犠牲層を除去してなる空間部 Aを形成すると共に、 孔パターン 9 a底部の出力電極 7を露出させる。 そして、 孔パターン 9 a内を空間部 Aとしてこの上部を横切るように、 層間絶縁膜 9上に帯状の振動子電極 1 1を設けてなるマイクロマシン 1を得る。
以上説明した構成の第 1実施形態のマイクロマシン 1においては、 層 間絶縁膜 9に形成された孔パターン 9 a内を空間部 Aとして、 この上部 を横切るように振動子電極 1 1が配置されている。 このため、 特定の周 波数の電圧を印可して振動子電極 1 1を振動させた場合、 孔パターン 9 a上を横切る振動子電極 1 1部分が振動し、 この部分が振動子電極 1 1 のビーム （振動部） 1 1 aとなる。 したがって、 孔パターン 9 aの大き さによって、 振動部 1 1 aの長さ （ビーム長 L ) が設定されることにな る。
このため、 第 1 4図を用いて説明したような、 出力電極 1 0 2 aを跨 ぐように空間部 Aおよび振動子電極 1 0 3が配置される従来の構成のマ イクロマシンにおいては、 振動子電極 1 0 3のビーム長 Lを出力電極 1 0 2 aの最小加工寸法よりも小さくすることはできなかったが、 第 1 A 図乃至第 1 B図に示した本第 1実施形態のマイクロマシン 1においては、 出力電極 7の線幅によらず、 振動子電極 1 1のビーム長 Lを孔パターン 9 aの最小加工寸法にまで縮小することが可能になる。 したがって、 さ らなるビーム長 Lの微細化と、 これによる高周波化の達成が可能となる。 また、 振動子電極 1 1と出力電極 7との間に生じる容量を、 従来の構 成のマイクロマシン （第 1 4図参照） と本第 1実施形態のマイクロマシ ン 1とで比較した場合、 本第 1実施形態のマイクロマシン 1のほうが、 振動子電極 1 1と出力電極 7との対向面積をビーム長 Lに対して広くす ることができるため、 ビーム長 Lに対する容量を大きくすることができ る。 したがって、 高周波化を目的としてビーム長 Lを微細化した場合で あっても、 出力を維持することが可能になる。 そして特に、 本第 1実施形態の構成のマイクロマシン 1においては、 振動子電極 1 1の両端部、 すなわち振動部 1 1 aを支持するアンカ一部 分が、 その全面にわたって層間絶縁膜 9に対して固定されているだけで はなく、 振動部 1 1 aの側面が孔パターン 9 aの側壁部分によって支持 された状態となっている。 したがって、 層間絶縁膜 9に対する振動子電 極 1 1の支持が確実となり、 振動部 1 1 aのみを効率良く振動に寄与さ せることが可能になる。 この結果、 所定周波数の電圧を印可して振動子 電極 1 1を振動させた場合、 ビーム （振動部） 1 1 aのみが振動に関与 して振動することになる。 したがって、 固有振動周波数が、 上述した式 ( 1 ) を満たす理論上の値 （振動部の長さ Lの二乗に反比例した値） に より近くなる。 このことからも、 微細化による高周波化の達成が容易に
/よ と S
またさらに、 このマイクロマシン 1の振動子電極 1 1は、 孔パターン 9 aの側壁に沿って配置される振動子電極 1 1の膜厚分だけ振動部 1 1 aの長さが短縮される。 このため、 実質的に振動する振動部分の長さは、 孔パターン 9 aの開口幅よりも短くなる。 このことからも、 高周波化の 達成が容易となっている。
第 4図には、 各構成のマイクロマシンにおける、 固有振動数のビ一ム 長 L依存性のシミュレーション結果の図を示す。 この図に示すように、 第 1実施形態のマイクロマシンにおいては、 固有振動数のビーム長依存 性が、 上述した式 （ 1 ) を満たす理論上の値 （Th e o r y)により近くなり、 微細化による高周波化の達成が容易になることが確認された。
これに対して、 第 1 4図に示した従来構造のマイクロマシンにおいて は、 製造工程上の都合から、 ビーム （振動部） 1 0 3 aを支持するアン カー部分の先端が、 下地に密着しない庇部 Bが形成されるため、 この庇 部 Bが、 ビーム （振動部） 1 0 3 aの振動に対して影響を及ぼしていた。 このため、 ビーム長 Lが微細化された領域においては、 固有振動周波数 が、 上述した式 （1 ) を満たす理論上の値を下回り、 ビーム長 Lの微細 化による高周波化が困難であった。
以上の結果、 本構成のマイクロマシン 1を用いることで、 Q値が高く かつ周波数帯域のより高い高周波フィル夕を実現することが可能になる。 また特に、 出力電極 7を埋め込む層間絶縁膜 9の表面を平坦に形成し た場合、 層間絶縁膜 9を介して出力電極 7と振動子電極 1 1との間に生 じる寄生容量 （振動に寄与しない部分の容量） を最小限に抑えることが できる。 このため、 このマイクロマシン 1からなる高周波フィル夕にお いての、 周波数の選択性 （透過特性） の向上を図ることも可能になる。 尚、 上述した第 1実施形態においては、 第 1 B図に示したように、 振 動子電極 1 1の線幅 Wが同一である場合を説明したが、 振動子電極 1 1 は層間絶縁膜 9上に配置された両端部に線幅の大きな部分が設けられた 形状であっても良く、 このような形状とすることで、 さらにビーム （振 動部） 1 1 aの支持を確実にすることが可能になる。
ぐ第 2実施形態 >
第 5 A図は第 2実施形態のマイクロマシンの構成を示す断面図であり、 第 5 B図は第 2実施形態のマイクロマシンの構成を示す平面図である。 尚、 第 5 A図は第 5 B図の X— X ' 断面に相当する。
これらの図に示す第 2実施形態のマイクロマシン 2 0と、 第 1実施形 態において第 1 A図乃至第 1 B図を用いて説明したマイクロマシンとの 異なるところは、 振動子電極 1 1 ' の構成にあり、 他の構成は同様であ ることとする。
すなわち、 これらの第 5 A図， 第 5 B図に示すマイクロマシン 2 0の 振動子電極 1 1 ' は、 層間絶縁膜 9に形成された孔パターン 9 a内を空 間部 Aとしてこの空間部 Aを塞ぐような幅 Wで設けられており、 かつ空 間部 Aに達する孔部 1 1 bを有している。 そして、 このような振動子電 極 1 1 ' では、 空間部 A上、 すなわち孔パターン 9 aに重ねて配置され た部分が振動部 1 1 a ' となることは、 第 1実施形態と同様である。 ここで孔部 l i bは、 図示したように、 振動子電極 1 1 ' に 1箇所設 けられても良いし、 2箇所以上の複数箇所設けられても良い。 ただし、 孔部 l i bの開口面積率 （孔パターン 9 aに対する） および配置状態
(個数も含む） は、 本第 2実施形態のマイクロマシン 2 0を高周波フィ ルタとして用いた場合に、 目的とする周波数帯域の出力が得られる様に 適宜設定されることとする。
また第 1実施形態と同様に、 この振動子電極 1 1 ' は、 その振動部 1 l a ' が、 孔パターン 9 aの側壁に沿って、 孔パターン 9 a側に凹状に 設けられていることとし、 さらに、 振動子電極 1 1 ' の孔パターン 9 a 側に凹状となる部分 （振動部 1 1 a ' の中央部分） の表面が層間絶縁膜 9の表面よりも任意の値 （d) だけ低く設けられていることが好ましい。 このような構成の振動子電極 1 1 ' を備えたマイクロマシン 2 0を製 造する場合には、 第 1実施形態のマイクロマシンの製造方法において、 第 3 B図を用いて振動子電極をパターン形成する工程で、 孔パターン 9 aを覆うと共に孔パターン 9 a内の犠牲層 1 0に達する孔部を有する振 動子電極を形成し、 次にこの孔部を介して犠牲層 1 0を選択的に除去す ると言った方法が採用される。
以上、 第 5 A図乃至第 5 B図を用いて説明した構成の第 2実施形態の マイクロマシン 2 0においては、 孔パターン 9 a内を空間部 Aとして、 この上部を塞ぐように振動子電極 1 1 ' が配置され、 振動子電極 1 1 ' には空間部 Aに連通する孔部 1 1 bが設けられている。 このため、 特定 周波数の電圧を印可して振動子電極 1 1 ' を振動させた場合、 孔パター ン 9 aを塞ぐ振動子電極 1 1 ' 部分が振動し、 この部分が振動子電極 1 1 ' の振動部 1 1 a ' となる。 したがって、 孔パターン 9 aの大きさに よって、 振動部 1 1 a ' のビーム長 Lが設定されることになる。 このた め、 第 1実施形態のマイクロマシンと同様に、 出力電極 7の線幅に依存 することなく、 孔パターン 9 aの大きさによってビーム長 Lを設定する ことが可能となる。 この結果、 ビーム長 Lの微細化による高周波化の達 成、 および出力の維持を達成することが可能になる。
特に、 本第 2実施形態のマイクロマシン 2 0は、 振動子電極 1 1 ' に よって孔パターン 9 aが塞がれるため、 ビーム （振動部） 1 1 a ' が全 周にわたって層間絶縁膜 9に支持固定された状態となっており、 しかも、 振動子電極 1 1 ' の両端部、 すなわちビーム （振動部） 1 1 a ' を支持 するアンカ一部分が、 その全面にわたって層間絶縁膜 9に対して固定さ れているだけではなく、 振動部 1 1 a ' の側面が孔パターン 9 aの側壁 部分によって支持された状態となっている。 このため、 第 1実施形態の マイクロマシンと比較して振動子電極 1 1 ' の支持状態がさらに確実に なり、 固有振動周波数をさらに上昇させることが可能である。
<第 3実施形態 >
第 6図は第 3実施形態のマイクロマシンの構成を示す断面図である。 この図に示す第 3実施形態のマイクロマシン 3 0と、 第 1実施形態にお いて第 1 A図乃至第 1 B図を用いて説明したマイクロマシンとの異なる ところは、 層間絶縁膜 3 1の構成にあり、 他の構成は同様であることと する。
すなわち、 このマイクロマシン 3 0は、 出力電極 7を覆う状態で基板 5上に設けられた層間絶縁膜 3 1が、 第 1層 3 2とその上部の第 2層 3 3との 2層で構成されている。
このうち、 第 1層 3 2は、 出力電極 7を埋め込むために十分な膜厚を 有していることとする。 この第 1層 3 2は、 表面平坦に形成されている ことが好ましいが、 このような形状に限定されることはなく、 出力電極 7の配置に追従した凸部を有する表面形状で当該出力電極 7を覆うもの であっても良い。 そして、 この第 1層 3 2には、 出力電極 7に達する孔 パターン 3 2 aが設けられている。 この孔パターン 3 2 aは、 出力電極 7上からはみ出すことなく、 出力電極 7上のみに配置されることが好ま しいが、 これに限定されることはない。
また、 第 2層 3 3は、 第 1層 3 2よりも十分に薄い膜厚を有し、 第 1 層 3 2の孔パ夕一ン 3 2 aの内壁に沿ってこれを覆う状態で、 第 1層 3 2上に設けられている。 また、 第 2層 3 3の膜厚は、 第 1層 3 2を保護 でき、 かつ振動子電極 1 1の下部に配置される空間部 Aの高さと略等し いかこれよりも厚いこととする。 そして、 この第 2層 3 3には、 出力電 極 7に達する孔パターン 3 3 aが設けられている。 この孔パターン 3 3 aは、 第 1層 3 2の孔パターン 3 2 aの内側に形成され、 出力電極 7上 からはみ出すことなく出力電極 7上のみに配置され、 かつ第 1層 3 2が 露出することのないように設けられることとする。 また、 出力電極 7上 は、 所定幅 （長さ） の第 2層 3 3部分で覆われることとする。
そして、 これらの第 1層 3 2および第 2層 3 3で構成された層間絶縁 膜 3 1上に設けられた振動子電極 1 1は、 第 2層 3 3を介して第 1層 3 2の孔パターン 3 2 aの側壁に沿って配設されることで、 孔パターン 3 2 a側に凹状に設けられている。 また、 振動子電極 1 1は、 第 2層 3 3 の孔パターン 3 3 a内を空間部 Aとして、 この空間部 Aを横切る状態で 設けられている。 このため、 空間部 A上、 すなわち孔パターン 3 3 aに 重ねて配置された部分が振動部 （ビーム） 1 1 aとなる。
ここで、 振動子電極 1 1は、 第 2層 3 3の孔パターン 3 3 aの側壁に 沿って、 孔パ夕一ン 3 3 a側 （すなわち空間部 A側） に凹状に設けられ ても良い。 この場合、 振動子電極 1 1は、 出力電極 7側に向かう 2段階 の凹状に構成される。 このため、 振動部 1 1 aの側面側が、 階段状に支 持された状態となる。 尚、 振動部 1 1 aの中央部分の表面が層間絶縁膜 3 1 (第 2層 3 3 ) の表面よりも任意の値 （d ) だけ低く設けられてい ることが好ましいことは、 第 1実施形態と同様である。
次に、 上述した第 3実施形態のマイクロマシンの製造方法の一例を、 第 7 A図乃至第 7 D図および第 8 A図乃至第 8 C図の断面工程図を用い て詳細に説明する。
先ず、 第 7 A図に示すように、 半導体基板 3上を絶縁膜 4で覆ってな る基板 5を形成し、 この上部に出力電極 7を形成するまでを、 第 1実施 形態で第 2 A図および第 2 B図を用いて説明したと同様に行う。
次に、 第 7 B図に示すように、 出力電極 7を覆う状態で、 基板 5上を 層間絶縁膜の第 1層 3 2で覆う。 この際、 例えば、 出力電極 7が埋め込 まれるように基板 5上に出力電極 7の膜厚よりも厚い膜厚で第 1層 3 2 を形成し、 この第 1層 3 2の表面を平坦化することが好ましい。 この第 1層 3 2は、 例えば酸化シリコンを用いて形成されることとする。 その 後、 この第 1層 3 2に、 出力電極 7に達する孔パターン 3 2 aを形成す る。
次いで、 第 7 C図に示すように、 第 1層 3 2の孔パターン 3 2 aの内 壁を覆う状態で、 第 1層 3 2よりも十分に膜厚の薄い第 2層 3 3を形成 する。 この第 2層 3 3は、 後に行われる犠牲層のエッチング除去に対し てエッチング耐性を有する絶縁性材料からなることとする。 この際、 例 えば上述した犠牲層を酸化シリコンで形成する場合には、 窒化シリコン からなる第 2層 3 3を形成することとする。
そして、 この第 2層 3 3に、 出力電極 7に達する孔パターン 3 3 aを 形成する。 この孔パターン 3 3 aは、 上述したように、 完全に出力電極 7上のみに配置されるような開口形状で形成されることとし、 これによ り、 孔パターン 3 3 aの底部を出力電極 7とする。
以上の後、 第 7 D図に示すように、 孔パターン 3 3 aの底部に露出し ている出力電極 7の表面を犠牲層 1 0で覆う。 この犠牲層 1 0は、 第 2 層 3 3および出力電極 7に対して選択的に除去が可能な材料、 例えば酸 化シリコンで構成されることとする。 この場合、 この犠牲層 1 0は、 第 1実施形態において第 2 D図を用いて説明したと同様に形成する。 また ここでは、 犠牲層 1 0の表面が、 第 2層 3 3の表面と同程度かそれより も低くなるように犠牲層 1 0の形成を行うことが重要である。
その後、 第 8 A図〜第 8 C図に示す工程は、 第 1実施形態において第 3 A図乃至第 3 C図を用いて説明したと同様に行う。 ただし、 第 8 C図 に示す工程で、 犠牲層 1 0を除去する場合には、 配線 1 5、 振動子電極 1 1、 第 2層 3 3および出力電極 7に対して選択的に犠牲層 1 0をエツ チング除去することとする。
以上により、 第 6図に示すように、 振動子電極 1 1の下部に犠牲層を 除去してなる空間部 Aを形成すると共に、 孔パターン 3 3 a底部の出力 電極 7を露出させる。 そして、 孔パターン 3 3 a内を空間部 Aとしてこ の上部を横切るように、 第 2層 3 3上に帯状の振動子電極 1 1を設けて なるマイクロマシン 3 0を得る。
以上説明した第 3実施形態のマイクロマシン 3 0においては、 孔パ夕 ーン 3 3 a内を空間部 Aとして、 この上部を横切るように振動子電極 1 1が配置されており、 また振動子電極 1 1のビーム （振動部） 1 1 aの 側面が孔パターン 3 2 a , 3 3 aの側壁部分に支持された状態となって いる。 このため、 第 1実施形態のマイクロマシンと同様に、 Q値が高く、 かつ周波数帯域のより高い高周波フィルタを実現することが可能になる。 ぐ第 4実施形態 > 第 9 A図は第 4実施形態のマイクロマシンの構成を示す断面図であり、 第 9 B図は第 4実施形態のマイクロマシンの構成を示す平面図である。 尚、 第 9 A図は第 9 B図の X— X' 断面に相当する。
これらの図に示す第 4実施形態のマイクロマシン 4 0と、 第 1実施形 態において第 1 A図乃至第 1 B図を用いて説明したマイクロマシンとの 異なるところは、 出力電極 7 ' が溝配線として構成されている点にあり、 他の構成は同様であることとする。
すなわち、 これらの第 9 A図， 第 9 B図に示すマイクロマシン 4 0の 出力電極 7 ' は、 層間絶縁膜 9 ' に形成された孔パターン 9 a ' 内に溝 配線として設けられており、 層間絶縁膜 9 ' から出力電極 7 ' の上面全 体が露出された状態となっている。 このため、 層間絶縁膜 9 ' に形成さ れた孔パターン 9 a ' は、 出力電極 7 ' から引き出された配線部分も露 出させるような溝配線パターンとして形成されていることとする。
次に、 上述した第 4実施形態のマイクロマシンの製造方法の一例を、 第 1 O A図乃至第 1 0 D図および第 1 1図の断面工程図を用いて詳細に 説明する。
先ず、 第 1 O A図に示すように、 半導体基板 3上を絶縁膜 4で覆って なる基板 5を形成するまでを、 第 1実施形態で第 2 A図を用いて説明し たと同様に行う。
次に、 第 1 0 B図に示すように、 基板 5上に層間絶縁膜 9 ' を形成し、 この層間絶縁膜 9に基板 5 (絶縁膜 4) に達する溝配線用の孔パターン
9 a ' を形成する。
その後、 第 1 0 C図に示すように、 孔パターン 9 a ' 内に出力電極
7 ' を形成する。 ここでは、 例えば、 孔パターン 9 a ' 内を埋め込むよ うに、 出力電極 7 ' を構成する第 1導電層 （ポリシリコン層） を層間絶 縁膜 9 ' 上に形成し、 次いで層間絶縁膜 9 ' 上の第 1導電層を CMPに より研磨除去する。 しかる後、 孔パターン 9 a ' 内の第 1導電層をエツ チバックすることで、 当該第 1導電層からなる出力電極 7 ' を、 層間絶 縁膜 9 ' よりも十分に低い膜厚で形成する。
次いで、 第 1 0 D図に示すように、 出力電極 7 ' の露出表面上に選択 的に犠牲層 1 0を形成する。 この工程は、 第 1実施形態において第 2 D 図を用いて説明したと同様に行う。 そして、 その後の工程は、 第 1実施 形態において第 3 A図乃至第 3 C図を用いて説明したと同様に行い、 こ れにより、 第 9 A図乃至第 9 B図を用いて説明した構成のマイクロマシ ン 4 0を得る。 '
以上説明した第 4実施形態のマイクロマシン 4 0であっても、 孔パタ ーン 9 a ' 内を空間部 Aとして、 この上部を横切るように振動子電極 1 1が配置されており、 また振動子電極 1 1のビーム （振動部） 1 1 aの 側面が孔パターン 9 a ' の側壁部分に支持された状態となっている。 こ のため、 第 1実施形態のマイクロマシンと同様に、 Q値が高く、 かつ周 波数帯域のより高い高周波フィルタを実現することが可能になる。
<第 5実施形態 >
第 1 1図は第 5実施形態のマイクロマシンの構成を示す断面図である。 この図に示す第 5実施形態のマイクロマシン 5 0と、 第 1実施形態にお いて第 1 A図乃至第 1 B図を用いて説明したマイクロマシンとの異なる ところは、 振動子電極 1 1を覆う状態で層間絶縁膜 9上に絶縁膜 5 1が 設けられている点にあり、 他の構成は同様であることとする。
すなわち、 このマイクロマシン 5 0においては、 層間絶縁膜 9上に支 持されている振動子電極 1 1部分、 すなわち振動子電極 1 1における振 動部 1 1 aの両脇部分が、 層間絶縁膜 9とこの上部の絶縁膜 5 1との間 に狭持されている。 また、 配線 1 5も、 層間絶縁膜 9と絶縁膜 5 1との 間に狭持される。 ここで、 層間絶縁膜 9上に積層された絶縁膜 5 1は、 層間絶縁膜 9の 孔パターン 9 aを第 1孔パターン 9 aとした場合、 この第 1孔パターン 9 aとほぼ同じ位置に略同一形状の第 2孔パターン 5 1 aを有している こととする。 尚、 この第 2孔パターン 5 1 aは、 振動子電極 1 1におけ る振動部 1 1 aの振動を妨げることのない大きさであれば良い。
次に、 上述した第 5実施形態のマイクロマシンの製造方法の一例を、 第 1 2 A図乃至第 1 2 B図の断面工程図を用いて詳細に説明する。 先ず、 第 1実施形態で第 2 A図乃至第 2 D図および第 3 A図乃至第 3 C図を用いて説明したと同様の手順で、 層間絶縁膜 9上に振動子電極 1 1および配線 1 5を形成するまでを行う。
その後、 犠牲層 1 0を除去する前に、 第 1 2 A図に示すように、 振動 子電極 1 1および配線 1 5を覆う状態で、 層間絶縁膜 9上に絶縁膜 5 1 を形成する。 この絶縁膜 5 1は、 後に行われる犠牲層 1 0のエッチング 除去に対してエツチング耐性を有する絶縁性材料からなることとし、 こ こでは窒化シリコンからなる絶縁膜 5 1を形成することとする。
次に、 第 1 2 B図に示すように、 層間絶縁膜 9の第 1孔パターン 9 a に重ねて、 絶縁膜 5 1に第 2孔パターン 5 1 aを形成する。 その後、 振 動子電極 1 1、 層間絶縁膜 9、 出力電極 7および絶縁膜 5 1に対して選 択的に犠牲層 1 0をエッチング除去する。 この際、 バッファードフッ酸 を用いたウエットエッチングを行うことで、 振動子電極 1 1下の酸化シ リコンからなる犠牲層 1 0を確実に除去する。
これにより、 第 1 1図に示したように、 振動子電極 1 1の下部に犠牲 層を除去してなる空間部 Aを形成すると共に、 第 1孔パターン 9 a底部 の出力電極 7を露出させる。 そして、 第 1孔パターン 9 a内を空間部 A としてこの上部を横切るように、 層間絶縁膜 9上に帯状の振動子電極 1 1を設けてなるマイクロマシン 5 0を得る。 以上説明した構成の第 5実施形態のマイクロマシン 5 0であっても、 孔パターン 9 a内を空間部 Aとして、 この上部を塞ぐように振動子電極 1 1が配置されており、 また振動子電極 1 1のビーム （振動部） 1 1 a の側面が孔パターン 9 aの側壁部分に支持された状態となっている。 し かも、 振動子電極 1 1における振動部 1 1 aの両脇部分が、 層間絶縁膜 9とこの上部に設けられた絶縁膜 5 1との間に狭持されているため、 第 1実施形態と比較して、 さらに振動子電極 1 1の支持が確実になる。 し たがって、 第 1実施形態よりもさらに確実に、 Q値が高く、 かつ周波数 帯域のより高い高周波フィル夕を実現することが可能になる。
<第 6実施形態 >
第 1 3図は第 6実施形態のマイクロマシンの構成を示す断面図である。 この図に示す第 6実施形態のマイクロマシン 6 0は、 第 1 1図を用いて 説明した第 5実施形態のマイクロマシンの変形例である。 本第 6実施形 態のマイクロマシン 6 0と、 第 1 1図を用いて説明したマイクロマシン との異なるところは、 振動子電極 6 1の構成にあり、 他の構成は同様で あることとする。
すなわち、 このマイクロマシン 6 0においては、 振動子電極 6 1が、 出力電極 7側に向かって凹状となる部分がなく、 その振動部 6 1 aも含 めて平坦な形状で構成されている。 そして、 振動子電極 6 1における振 動部 6 l aの両脇部分が、 層間絶縁膜 9とこの上部の絶縁膜 5 1との間 に狭持されている。 また、 配線 1 5も、 層間絶縁膜 9と絶縁膜 5 1との 間に狭持される。
このような構成の振動子電極 6 1を備えたマイクロマシン 6 0を製造 する場合には、 第 1実施形態のマイクロマシンの製造方法において、 第 2 D図を用いて説明した犠牲層 1 0を形成する工程で、 孔パターン 9 a と同じ高さの犠牲層 1 0を形成し、 その後は第 5実施形態と同様の手順 を行うと言った方法が採用される。
以上、 第 1 3図を用いて説明した構成の第 6実施形態のマイクロマシ ン 6 0においては、 孔パターン 9 a内を空間部 Aとして、 この上部を横 切るように振動子電極 6 1が配置されている。 このため、 第 1実施形態 と同様に、 特定の周波数の電圧を印可して振動子電極 1 1を振動させた 場合、 孔パターン 9 a上を横切る振動子電極 6 1部分が振動し、 この部 分が振動子電極 6 1の振動部 6 1 aとなる。 したがって、 孔パターン 9 aの大きさによって、 振動部 6 l aの長さ （ビーム長 L ) が設定される ことになる。
したがって、 第 1実施形態で説明したように、 ビーム長 Lの微細化と、 これによる高周波化の達成が可能となると共に、 高周波化を目的として ビーム長 Lを微細化した場合であっても、 出力を維持することが可能に なる。
そして特に、 本第 6実施形態の構成のマイクロマシン 6 0においては、 第 5実施形態で説明したと同様に、 振動子電極 6 1の両端部、 すなわち 振動部 6 1 aを支持するアンカー部分を、 層間絶縁膜 9とこの上部に設 けられた絶縁膜 5 1との間に狭持させたことで、 層間絶縁膜 9と絶縁膜 5 1とで確実に振動子電極 6 1を支持することができ、 振動部のみを振 動に寄与させることが可能になる。 この結果、 所定周波数の電圧を印可 して振動子電極 6 1を振動させた場合、 ビーム （振動部） 6 l aのみが 振動に関与して振動することになる。 したがって、 固有振動周波数が、 上述した式 （ 1 ) を満たす理論上の値 （振動部の長さ Lの二乗に反比例 した値） により近くなる。 このことからも、 微細化による高周波化の達 成が容易になる。 ここで、 先の第 4図には、 第 6実施形態のマイクロマシン 6 0におけ る、 固有振動数のビーム長 L依存性のシミュレーション結果を合わせて 示した。 この図に示すように、 第 6実施形態のマイクロマシン 6 0にお いては、 固有振動数のビーム長依存性が、 上述した式 （ 1 ) を満たす理 論上の値 （T h e o r y)により近くなり、 微細化による高周波化の達成が容 易になることが確認された。
尚、 上述した第 6実施形態においても、 振動子電極 6 1は、 その両端 部に線幅の大きな部分が設けられた形状であっても良く、 これによりビ ーム （振動部） 6 l aの支持を確実にし、 固有振動周波数をさらに上昇 させることが可能である。
また、 上述した第 3 —第 6実施形態は、 第 2実施形態と組み合わせ、 各振動子電極によって孔パターンを塞ぐ様にしても良い。 このようにす ることで、 各第 3—第 6実施形態の効果に加え、 さらに振動子電極の支 持を確実にして固有振動周波数の向上を図ることが可能になる。
以上説明したように本発明のマイクロマシンおよびその製造方法によ れば、 振動子電極における振動部の長さ （ビーム長） を出力電極の幅よ りも短くでき、 しかも振動部の長さに対して出力電極と振動子電極との 間の容量を大きくすることが可能になると共に、 層間絶縁膜に対する振 動子電極の支持を確実することが可能になる。 したがって、 ビーム長の 微細化が可能になるだけではなく、 固有振動周波数を理論値に近づけら れるため高周波化の達成が容易になる。 この結果、 Q値が高くかつ周波 数帯域のより高い高周波フィルタを実現することが可能になる。

Claims

請求の範囲
1 . 基板上にパターン形成された出力電極と、
前記基板を覆う状態で設けられると共に前記出力電極を底部とした孔 パターンを備えてなる層間絶縁膜と、
前記孔パターン内を空間部としてこの上部を横切るように前記層間絶 縁膜上に設けられた帯状の振動子電極とを備えたマイクロマシンにおい て、
前記振動子電極は、 前記孔パターンの側壁に沿って当該孔パターン側 に凹状に設けられている
ことを特徴とするマイクロマシン。
2 . 請求の範囲第 1項記載のマイクロマシンにおいて、
前記振動子電極の前記孔パターン側に凹状となる部分の表面は、 前記 層間絶縁膜の表面よりも低く設けられている
ことを特徴とするマイクロマシン。
3 . 請求の範囲第 1項記載のマイクロマシンにおいて、
前記孔パターンの両脇に位置する前記振動子電極の両端部分が、 前記 層間絶縁膜と、 当該層間絶縁膜上に設けられた絶縁膜との間に狭持され ている
ことを特徴とするマイクロマシン。
4 . 請求の範囲第 1項記載のマイクロマシンにおいて、
前記振動子電極は、 前記孔パターンを塞ぐ状態で配置されると共に、 当該孔パターン内の空間部に連通する孔部を備えている
ことを特徴とするマイクロマシン。
5 . 請求の範囲第 1項記載のマイクロマシンにおいて、
前記出力電極は、 前記層間絶縁膜に埋め込まれている ことを特徴とするマイクロマシン。
6 . 基板上にパターン形成された出力電極と、
前記基板を覆う状態で設けられると共に前記出力電極を底部とした孔 パターンを備えてなる層間絶縁膜と、
前記孔パターン内を空間部としてこの上部を横切るように前記層間絶 縁膜上に設けられた帯状の振動子電極とを備えたマイクロマシンにおい て、
前記孔パターンの両脇に位置する前記振動子電極の両端部分が、 前記 層間絶縁膜と、 当該層間絶縁膜上に設けられた絶縁膜との間に狭持され ている
ことを特徴とするマイクロマシン。
7 . 請求の範囲第 6項記載のマイクロマシンにおいて、
前記振動子電極は、 前記孔パターンを塞ぐ状態で配置されると共に、 当該孔パターンの空間部に連通する孔部を備えている
ことを特徴とするマイクロマシン。
8 . 請求の範囲第 6項記載のマイクロマシンにおいて、
前記出力電極は、 前記層間絶縁膜に埋め込まれている
ことを特徴とするマイクロマシン。
9 . 基板上に出力電極をパターン形成すると共に、 当該出力電極を底 部とした孔パターンを備えた層間絶縁膜を前記基板上に形成する第 1ェ 程と、
前記孔パターンの底部に前記眉間絶縁膜の表面よりも低い表面高さで 犠牲層を形成し、 当該犠牲層によって当該孔パターンの底部の出力電極 表面を覆う第 2工程と、
前記犠牲層の一部を露出させた状態で当該犠牲層上を横切る帯状の振 動子電極を、 前記孔パターンの内壁に沿って当該孔パターン側に凹状と なるように前記犠牲層および前記眉間絶縁膜上にパターン形成する第 3 工程と、
前記孔パターン内の犠牲層を選択的に除去することで、 前記出力電極 と前記振動子電極との間に空間部を設ける第 4工程とを行う
ことを特徴とするマイクロマシンの製造方法。
1 0 . 基板上に出力電極をパターン形成すると共に、 当該出力電極を 底部とした第 1孔パターンを備えた層間絶縁膜を前記基板上に形成する 第 1工程と、
前記第 1孔パターン底部の出力電極表面を犠牲層で覆う第 2工程と、 前記犠牲層の一部を露出させた状態で当該犠牲層上を横切る帯状の振 動子電極を、 前記犠牲層および前記層間絶縁膜上にパターン形成する第
3工程と、
前記振動子電極を覆う状態で前記層間絶縁膜上に絶縁膜を形成し、 当 該絶縁膜に前記振動子電極および前記犠牲層を露出する第 2孔パターン を形成する第 4工程と、
前記第 2孔パターンを介して前記第 1孔パターン内の犠牲層を選択的 に除去することで、 前記出力電極と前記振動子電極との間に空間部を設 ける第 5工程とを行う
ことを特徴とするマイクロマシンの製造方法。
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