JP2010030021A - 電子装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】機能素子を構成する機能構造体が下方に間隙を有する可動部を備えてなる電子装置において、上記間隙が小さくなっても可動部をリリースするための犠牲層エッチングを適度に行うことができる電子装置の構造及び製法を提供する。
【解決手段】本発明の電子装置１０は、基板１１と、該基板上に形成され、下方に間隙１３ｇを有する可動部１３ｍを備えた機能構造体１３と、前記基板上において前記可動部と同じ層により形成され、下方に間隙１４ｇを有しその平面形状によって前記可動部よりも上下方向に変形容易に構成された変形部１４ｍを備えたモニタ用構造体１４と、該変形部上に固定され、前記変形部の変形状態に応じた姿勢を取る検出用構造体１４ｒと、を具備することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は電子装置及びその製造方法に係り、特に、ＭＥＭＳ素子その他の機能素子を犠牲層エッチングによりリリースすることにより形成してなる電子装置の構造及び製法に関する。

一般に、マイクロアクチュエータ、振動子、センサ等のＭＥＭＳ素子、或いは、半導体センサ等の機能素子は、犠牲層とともに構造体を形成した後に、犠牲層エッチングを行うことで当該構造体をリリースしてなる。このとき、リリースエッチングのエンドポイントは、通常、予め適切なエッチング時間を実験等により定めておく場合が多い。また、エッチング時に生成する物質の量やエッチングガスの消費量をモニタリングする方法、光学的にエッチング面の材質を分析する方法なども知られている。

しかしながら、上記のＭＥＭＳ素子その他の機能素子では、構造体の一部として下方に間隙を有する可動部を備えたものを形成する場合が多く、このような場合には、上記のようなモニタリングや光学的な分析が困難であるため、結局は、エッチング時間を管理することでリリースエッチングのエンドポイントを決定する方法に頼らざるを得ないのが実情である。

上記のように下方に間隙を有する可動部を備えた構造体の製造過程におけるリリースエッチングの管理方法として、例えば以下の特許文献１には、多数のモニタ指３０、５０を備えたモニタ素子２０をＭＥＭＳ素子１０の形成領域中に適宜に設けておき、このモニタ素子２０上の犠牲層エッチングの平面的な広がりを観察することで、ＭＥＭＳ素子１０のリリース状態を確認する方法が記載されている。

また、以下の特許文献２には、片持ち状若しくは両持ち状の網目状に構成された１又は複数のエッチングモニタ用構造体を設けておき、犠牲層エッチング時にこれらの構造体がスティッキングするかどうかを確認することにより、エッチング不足やエッチング過剰を回避する方法が記載されている（図１乃至図５参照）。
特開２００７−８３３４１号公報 特開２００１−２９８０１２号公報

しかしながら、前述のモニタ素子を利用する方法では、モニタ素子の周囲や上方にある犠牲層が平面的にどの範囲までエッチングされたかを目視で確認するようにしているため、構造体の可動部と下層構造の間隙が小さくなって当該間隙内のエッチングが進行しにくくなると、可動部の下方の犠牲層のエッチング範囲と構造体の周囲や上方のエッチング範囲とが大きく異なることとなり、構造体がどの程度までリリースされているかどうかを正確に知ることができなくなるという問題点がある。

また、前述のエッチングモニタ用構造体を用いる方法では、上記間隙が小さくなることによりモニタ用構造体の外観変化が小さくなるので、スティッキングしたかどうかを確認することが難しくなり、特に、ＭＥＭＳ素子では多くの場合にＭＥＭＳ構造体が絶縁層と配線層が積層されてなる基板被覆構造に形成された収容凹部内に収容配置された状態とされるので、これに合わせてエッチングモニタ用構造体をＭＥＭＳ素子と同様の収容凹部内に収容配置して設ける場合には、当該モニタ構造体がスティッキングしたかどうかを確認することがさらに困難になることが想定される。

そこで、本発明は上記問題点を解決するものであり、その課題は、機能素子を構成する機能構造体が下方に間隙を有する可動部を備えてなる電子装置において、上記間隙が小さくなっても可動部をリリースするための犠牲層エッチングを適度に行うことができる電子装置の構造及び製法を提供することにある。

斯かる実情に鑑み、本発明の電子装置は、基板と、該基板上に形成され、下方に間隙を有する可動部を備えた機能構造体と、前記基板上において前記可動部と同じ層により形成され、下方に間隙を有しその平面形状によって前記可動部よりも上下方向に変形容易に構成された変形部を備えたモニタ用構造体と、該変形部上に固定され、前記変形部の変形状態に応じた姿勢を取る検出用構造体と、を具備することを特徴とする。

この発明によれば、可動部と同じ層により形成され、該可動部より上下方向に変形容易に構成された変形部を備えたモニタ用構造体を設け、このモニタ用構造体の変形部上に固定された検出用構造体を形成することにより、変形部が変形するとこれに応じた検出用構造体の姿勢を確認することで、変形部の変形を容易に確認することができ、これによって機能構造体の可動部の変形態様を推認することができる。特に、検出用構造体の姿勢を見ることで機能構造体のリリースエッチング時のエッチング量の適否を確認する場合に大きな効果を得ることができる。

本発明の一の態様においては、前記検出用構造体の上面には平坦な光反射面が設けられている。これによれば、平坦な光反射面によって検出用構造体の姿勢の傾斜度をより確実かつ正確に知ることが可能になる。この光反射面は下層にあるモニタ用構造体の表面より光反射率の高い面とすることができる。

本発明の他の態様においては、前記基板上に絶縁層と配線層の１組若しくは複数組が積層されてなる基板被覆構造をさらに具備し、該基板被覆構造には前記機能構造体を収容する機能用収容凹部と前記モニタ用構造体を収容するモニタ用収容凹部とが設けられている。これによれば、機能構造体及びモニタ用構造体が共に基板被覆構造に設けられた収容凹部内に配置される場合には、モニタ用構造体上に検出用構造体を設けることで姿勢を確認する部分を高く設定できるので、変形部の変形状態を容易に確認することが可能になるという効果をさらに高めることができる。

この場合には、前記機能用収容凹部と前記モニタ用収容凹部とが同一の開口形状及び開口面積を有することが好ましい。両収容凹部の開口形状及び開口面積が同一となるように構成することにより、条件の差異が少ない状態でリリースエッチングがなされることから、機能構造体とモニタ用構造体の製造状態の関連性をさらに高めることができるので、再現性、安定性の高い製造を行うことが可能になる。

また、この場合には、前記機能用収容凹部を覆う細孔を備えた第１被覆層及び該細孔を閉鎖する第２被覆層をさらに具備し、前記検出用構造体には細孔を備えた上部層が設けられていることが好ましい。これによれば、第１被覆層の細孔を通してリリースエッチングを行うことができるとともに、第２被覆層を設けることで細孔を閉鎖して機能構造体を収容凹部内に封入することができる。また、第１被覆層と同様に細孔を備えた上部層を検出用構造体にも設けることで、リリースエッチング時における機能構造体とモニタ用構造体のエッチング状態の関連性を高めることができる。

上記各発明においては、前記変形部が変形することにより前記検出用構造体が傾斜姿勢とされていることが望ましい。これによれば、変形部が変形することで検出用構造体が傾斜姿勢とされるように構成することにより、リリースエッチング時のエッチング量が不足していないことを確認することが可能になる。

また、前記変形部は、前記可動部よりも支持部から先端部まで若しくは該支持部間の長さが大きく、かつ、前記支持部に沿った幅が小さいことが望ましい。これによれば、変形部は可動部と同じ層で構成されるので素材や厚みが共通していることから、支持部から先端部までの長さ（片持ち状の場合）、或いは、支持部間の長さ（両持ち状の場合）が可動部より大きく、かつ、支持部に沿った幅が小さいことで、基本的に変形部を可動部より上下方向に変形しやすく構成できるとともに、犠牲層エッチングの量に応じて支持部の範囲、上記長さが変化する場合においても、変形部下の犠牲層エッチングが可動部下の犠牲層エッチングより進行しやすくなるため、確実に変形部を可動部より上下方向に撓み変形しやすく構成できる。

次に、本発明の電子装置の製造方法は、基板上に、下方に犠牲層が配置される可動部を備えた機能構造体と、該可動部と同じ層で形成され、下方に犠牲層が配置されその平面形状によって前記可動部よりも上下方向に変形容易に構成された変形部を備えたモニタ用構造体と、該変形部上に固定され前記変形部の変形状態に応じた姿勢を取る検出用構造体とを形成する構造体形成工程と、前記犠牲層をエッチングすることにより前記可動部及び前記変形部の下方にそれぞれ間隙を形成するリリース工程と、前記リリース工程後の前記検出用構造体の姿勢を確認する検査工程と、を具備することを特徴とする。

本発明の一の態様においては、前記構造体形成工程では前記検出用構造体の上面に平坦な光反射面が設けられ、前記検査工程では前記光反射面の光反射状態が確認される。

また、本発明の他の態様においては、前記構造体形成工程は、前記機能構造体及び前記モニタ用構造体を形成する下部形成段階と、前記機能構造体及び前記モニタ用構造体上に絶縁層と配線層を１組若しくは複数組積層してなり、１層若しくは複数層の前記配線層により前記検出用構造体が構成される基板被覆構造を設ける上部形成段階とを有し、前記リリース工程では、前記絶縁層の前記機能構造体上にある部分及び前記絶縁層の前記モニタ用構造体上にある部分が前記犠牲層とともに除去されることにより、前記基板被覆構造から前記機能構造体が分離され、前記機能構造体を収容する機能用収容凹部が設けられるとともに、前記基板被覆構造から前記モニタ用構造体及び前記検出用構造体が分離され、前記モニタ用構造体及び前記検出用構造体が収容されるモニタ用収容凹部が設けられる。

この場合に、前記上部形成段階において前記機能構造体の上方に細孔を備えた第１被覆層が形成されると同時に前記モニタ用構造体の上方に前記検査用構造体の細孔を備えた上部層が形成され、前記リリース工程では前記第１被覆層及び前記上部層の細孔を通してエッチングが行われ、前記リリース工程の後に、前記第１被覆層の前記細孔を閉鎖する第２被覆層が形成されることが好ましい。

なお、本明細書及び本明細書とともに添付された特許請求の範囲において、「上下方向」、「上部」、「上方」、「下部」、「下方」等の用語は、基板上に機能素子又は機能構造体が設けられる装置構造において、基板の側が下部若しくは下方、機能素子又は機能構造体の側が上部若しくは上方であるとした場合を表現したものであり、装置の姿勢に依存する現実の鉛直方向、当該鉛直方向の上部、上方、下部、下方を意味しない。

次に、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１（ａ）〜（ｅ）は本発明に係る第１実施形態の電子装置１０の構造及び製法を示す工程断面図である。本実施形態では、図１（ａ）に示すように、単結晶シリコン等の半導体よりなる基板１１の表面にシリコン酸化膜等の絶縁層１２が形成されてなるＳＯＩ基板を用いるバルクＭＥＭＳの製造方法を示す。

図１（ｂ）に示すように、絶縁層１２上には導電性ポリシリコン等よりなる導電層をスパッタリング法やＣＶＤ法等を用いて形成し、パターニングすることで、機能構造体１３と、モニタ用構造体１４とを形成する。なお、機能構造体１３は図示例では形状を単純化して示してある。本実施形態では、機能構造体１３とともにモニタ用構造体１４を同一の成膜段階及びパターニング段階にて行う。なお、各図では機能構造体１３及びモニタ用構造体１４の平面形状についても単純化した上で工程断面図の直上位置に併記してある。

本実施形態において、上述のように同一工程で機能構造体１３とモニタ用構造体１４が形成されることで、機能構造体１３とモニタ用構造体１４は同一の素材で構成され、かつ、同一の厚みを有するものとされる。ただし、その平面形状は、後述する理由により相互に異なるものとされる。

次に、図１（ｃ）に示すように、機能構造体１３及びモニタ用構造体１４の上に、アルミニウムやアルミニウム合金といった金属等よりなる光反射層を形成し、パターニングすることで検出用構造体１３ｒ、１４ｒを形成する。これらの検出用構造体１３ｒ、１４ｒは本実施形態の場合には平坦な光反射面を構成し、光学的に機能構造体１３及びモニタ用構造体１４の姿勢を検出しやすくするものである。本実施形態の場合、上記検出用構造体１３ｒ、１４ｒは配線層で形成される。すなわち、配線層の形成工程において図示しない他の配線パターンと同時に同材質で形成される。

なお、上記モニタ用構造体１４は機能構造体１３と同一の層で構成されるため、視認しやすい表面を得ることは容易ではないが、検出用構造体１３ｒ、１４ｒは上記の層とは別の層で構成できるため、視認性の良いものを選択できる。本実施形態では配線層を用いて検出用構造体１３ｒ、１４ｒを形成することにより、機能構造体１３及びモニタ用構造体１４より光反射率の高い上面を検出用構造体１３ｒ、１４ｒに形成できる。

その後、図１（ｄ）に示すように、上記検出用構造体１３ｒ、１４ｒをシリコン窒化膜やレジスト等の樹脂などからなる保護層１３ｃ、１４ｃで被覆する。この保護層１３ｃ、１４ｃは、検出用構造体１３ｒ、１４ｒが後述するリリース工程のエッチング処理に対する耐性がない場合、或いは、不十分な場合に、当該検出用構造体１３ｒ、１４ｒをエッチング処理から保護するためのものである。したがって、検出用構造体１３ｒ、１４ｒのエッチング耐性が十分ある場合には当該保護層は不要である。なお、この保護層１３ｃ、１４ｃは例えばリリース工程時において他の構造を保護するためのエッチングマスクと同時に形成されることが好ましい。また、保護層１３ｃ、１４ｃは光反射面を利用するために透光性を有することが好ましく、上記に例示したシリコン窒化膜やレジストはこの条件を満たす。なお、保護層１３ｃ、１４ｃが透光性を有していない場合には保護層１３ｃ、１４ｃを除去してから後述のように観察を行う必要がある。

その後、絶縁層１２をエッチングするリリース工程を実施する。このリリース工程では、例えば緩衝フッ酸（ＢＨＦ）等のエッチング液を用いてウエットエッチングを実施する。このウエットエッチングにより機能構造体１３及びモニタ用構造体１４の下層に形成された絶縁層１２が除去され、図１（ｅ）に示すように、機能構造体１３及びモニタ用構造体１４の下にあった絶縁層１２の一部が残存することにより、機能構造体１３の支持部１３ｓ及びモニタ用構造体１４の支持部１４ｓが形成される。

また、これらの支持部１３ｓが存在しない間隙１３ｇ上に配置される機能構造体１３の部分は可動部１３ｍとなり、当該可動部１３ｍは機能構造体１３の機能を実現するための動作部分（例えば、振動部分、変形部分）となる。また、支持部１４ｓの存在しない間隙１４ｇ上に配置されるモニタ用構造体１４の部分は変形部１４ｍとなり、当該変形部１４ｍはモニタ用構造体１４によるエッチングの進行状態を検出するための変形部分となる。

本実施形態の場合、変形部１４ｍは可動部１３ｍよりも上下方向に撓み変形しやすい形状とされる。すなわち、図示例の場合、可動部１３ｍの支持部１３ｓから外縁（先端）までの長さをＬｓ、この長さＬｓと直交する方向（支持部１３ｓに沿った方向）の幅をＷｓとし、変形部１４ｍの支持部１４ｓから外縁（先端）までの長さをＬｓ′、この長さＬｓ′と直交する方向（支持部１４ｓに沿った方向）の幅をＷｓ′とした場合、Ｌｓ′>Ｌｓ、Ｗｓ′<Ｗｓである。このようにすると、変形部１４ｍは上記長さ方向に沿って撓み変形しやすくなり、その結果、図１（ｅ）に示すように変形部１４ｍは可動部１３ｍよりもリリース工程時においてスティッキング（下層構造に対する貼り付き）を生じやすくなる。

上記のスティッキングは、リリース工程の洗浄後の乾燥時において間隙１４ｇ内の水分が減少していく過程で、水分の表面張力により変形部１４ｍが下方へ引き寄せられることによって主として生ずる。本実施形態では、変形部１４ｍのスティッキングを故意に生じさせるが、可動部１３ｍのスティッキングは生じないように設計される。

なお、可動部１３ｍにおけるスティッキングの原因は、一般的には可動部１３ｍの寸法ばらつきやエッチング量の過剰等である。本実施形態では、エッチング量の過剰による支持部１３ｓの侵食を防止するために、変形部１４ｍにおいてある程度の変形或いはスティッキングが生じた時点でエッチングを停止するようにしている。

本実施形態の場合、機能構造体１３とモニタ用構造体１４の素材と厚みが同一で、間隙１３ｇと１４ｇも同一であるため、上記のように変形部１４ｍを可動部１３ｍよりも上下方向に撓み変形しやすく構成するには、モニタ用構造体１４のうち変形部１４ｍとなるべき部分の平面形状を機能構造体１３の可動部１３ｍとなるべき部分の平面形状と異なるものとする必要がある。図示例の場合、モニタ用構造体１４の変形部１４ｍとなるべき部分を細幅（Ｗｓ′<Ｗｓ）とし、さらに当該部分が長く延びるように構成することにより、間隙１４ｇ内の犠牲層１２Ｂが深い領域までエッチングされるようにすることでＬｓ′>Ｌｓとなるようにしている。

なお、本実施形態では、間隙１４ｇ内の犠牲層１２Ｂが完全に除去されることで変形部１４ｍに大きな変形或いはスティッキングが生ずるように構成し、この時点で可動部１３ｍ下の間隙１３ｇのエッチング量が適正な範囲となるようにしているが、例えば、上記の幅Ｗｓ′をより大きく構成し、間隙１４ｇ内の犠牲層１２Ｂが支持部１４ｓの近傍では残存している時点で変形若しくはスティッキングが生じ、しかも、この時点で可動部１３ｍ下の間隙１３ｇのエッチング量が適正となるように構成してもよい。この点は以下の他の実施形態においても同様である。

上記のようにして絶縁層１２のエッチング残りにより構成された支持部１３ｓは、リリース工程におけるエッチング時間が長過ぎると縮小して支持部として機能しなくなるとともに、エッチング時間が短過ぎると可動部１３ｍとなる部分が少なくなるため、機能構造体１３の動作に問題が生ずる。したがって、リリース工程のエッチング量の管理はきわめて重要である。本実施形態では、上記のようにモニタ用構造体１４が設けられ、その変形部１４ｍを可動部１３ｍより上下方向に撓み変形しやすくなるように構成することで、リリース工程後に変形部１４ｍはスティッキングを起こしているが、可動部１３ｍはスティッキングを起こさない状態であれば、機能構造体１３に必要なエッチング量が得られるように構成する。また、変形部１４ｍがスティッキングを起こす時点で間隙１３ｇのエッチング量が過剰とならないように構成される。これによって、リリース工程後に変形部１４ｍがスティッキングを起こしていなければ機能構造体１３に対するエッチング量が不足していることがわかり、さらなるエッチングにより機能構造体１３に対するリリース工程のエッチング量を確保することができるとともに、変形部１４ｍがスティッキングを生じたときにエッチングを停止するようにすれば、機能構造体１３に対するエッチング量が過剰となることを防止できる。

本実施形態では、モニタ用構造体１４の変形部１４ｍ上に検出用構造体１４ｒを設け、この検出用構造体１４ｒは変形部１４ｍが変形することで姿勢が変化するように構成されているので、検出用構造体１４ｒを視認することによって変形部１４ｍが変形していることを知ることができる。特に、検出用構造体１４ｒが光反射面を構成することで僅かな傾斜でも容易に把握することができ、特に金属顕微鏡を用いた観察による検査に適している。また、カメラ等の撮像装置を介した画像処理によっても容易に検出することが可能になる。

なお、検出用構造体１４ｒの姿勢検出の目的は主としてモニタ用構造体１４がスティッキングを起こしているか否かであるが、完全なスティッキングを起こしていなくても、変形部１４ｒが上下方向への撓み変形を多少でも生じていれば検出用構造体１４ｒによってこれを知ることができる。したがって、検出用構造体１４ｒの姿勢に応じてリリース工程のエッチング量をより詳細に検出することも可能である。例えば、図１（ｅ）に示すように検出用構造体１４ｒの姿勢変化を反射光の角度によって検出し、この角度とエッチング量との関係を予め実験等により導出しておけば、エッチング量をより確実かつ高精度に検出できる。この場合にはリリース工程のエッチング処理中にエッチング量をリアルタイムで求めることも可能である。

特に本実施形態では、機能構造体１３の可動部１３ｍ上にも検出用構造体１３ｒが設けられているので、可動部１３ｍの変形やスティッキングの有無を確認できるとともに、検出用構造体１３ｒと検出用構造体１４ｒを比較することで、検出用構造体１４ｒの傾斜姿勢をより容易に知ることができるようになっている。

なお、本実施形態では、機能構造体１３とモニタ用構造体１４とが隣接して配置されているので、上記の比較がより容易になっているが、モニタ用構造体１４は機能構造体１３とは離間した位置に配置されていてもよく、また、複数の機能構造体１３について一つのモニタ用構造体１４が設けられていても構わない。これらの点は以下の実施形態においても同様である。

［第２実施形態］
次に、図２を参照して本発明に係るより具体的なＭＥＭＳ素子の構造に関する第２実施形態について説明する。図２は第２実施形態の平面図（ａ）並びに工程断面図（ｂ）及び（ｃ）である。

本実施形態は、片持ち状の可動部を備えたＭＥＭＳ振動子を構成する場合について示すが、第１実施形態と対応する構成には同一符号を付し、同様の点の説明は省略する。

図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態においては、基板１１上にはシリコン窒化膜等よりなる下地絶縁層１２Ａが形成され、この下地絶縁層１２Ａ上にＭＥＭＳ振動子を構成する機能構造体１３及びモニタ用構造体１４が形成されている。機能構造体１３は、下層に構成された固定電極１３Ａと、この固定電極１３Ａに対して犠牲層１２Ｂ（間隙１３ｇ）を介して上方から対向する可動部１３ｍを備えた可動電極１３Ｂとを有する。この機能構造体１３は、上記と同様の導電性ポリシリコン等よりなる第１導電層を形成し、この第１導電層をパターニングすることで、固定電極１３Ａと、可動電極１３Ｂの下部構造とを構成し、その上にシリコン酸化膜等よりなる犠牲層１２Ｂを形成した後、さらに導電性ポリシリコン等よりなる第２導電層を形成し、これをパターニングすることで可動電極１３Ｂの上部構造（可動部１３ｍ）を形成することにより構成される。第２導電層のうち下部構造に当接する部分は可動電極１３Ｂの支持部１３ｓを構成し、可動部１３ｍは支持部１３ｓから水平方向に延在し、固定電極１３Ａの上方までに伸びている。

また、モニタ用構造体１４は、機能構造体１３と同材質により同時に形成された下部層１４Ａと、この下部層１４Ａに対して犠牲層１２Ｂ（間隙１４ｇ）を介して上方から対向する変形部１４ｍを備えた上部層１４Ｂとを有する。ここで、下部層１４Ａは上記第１導電層の一部で構成され、上部層１４Ｂは上記第２導電層の一部で構成される。上部層１４Ｂの一部は下部層１４Ａ上に当接して支持部１４ｓとして構成され、この支持部１４ｓから水平に変形部１４ｍが間隙１４ｇ上を延在している。

また、可動部１３ｍは支持部１３ｓから外縁部（先端部）までの長さＬｓが小さく、幅Ｗｓが大きな形状を有しているのに対し、変形部１４ｍは支持部１４ｓから外縁部（先端部）までの長さＬｓ′が大きく、幅Ｗｓ′が小さい形状を有している。さらに、可動部１３ｍは、長さＬｓより相対的に大きい幅Ｗｓに沿って支持部１３ｓが延在しているのに対して、変形部１４ｍは、幅Ｗｓ′より相対的に大きい長さＬｓ′に沿って両側が開放されている点で異なる。これらによって、可動部１３ｍとその下層構造との間の間隙１３ｇに配置される犠牲層１２Ｂを完全に除去するのに必要なエッチング時間に対して、変形部１４ｍとその下層構造との間の間隙１４ｇに配置される犠牲層１２Ｂを完全に除去するのに必要なエッチング時間が短くなるように構成される。

本実施形態では、機能構造体１３及びモニタ用構造体１４上にそれぞれ複数の検出用構造体１３ｒ、１４ｒが形成される。検出用構造体１３ｒ、１４ｒは配線層で構成される点では第１実施形態と同様であるが、機能構造体１３の相対的に大きい幅Ｗｓの方向に沿って複数の検出用構造体１３ｒが配列され、モニタ用構造体１４の相対的に大きい長さＬｓ′の方向に沿って複数の検出用構造体１４ｒが配列されている点で異なる。

本実施形態では、図２（ｃ）に示すように、リリース工程を実施することで犠牲層１２Ｂが除去され、これによって間隙１４ｇ上に形成された変形部１４ｍが可動部１３ｍより上下方向に撓み変形しやすい構造とされる。このことは、可動部１３ｍの平面形状と変形部１４ｍの平面形状の相違によりリリース工程のエッチング量の如何によらずに常に成立するようになっている。その結果、可動部１３ｍがスティッキングを起こす前に変形部１４ｍがスティッキングを生じ、或いは、下方へ撓み変形を起こすので、検出用構造体１４ｒを確認することで、エッチング量を知ることができる。

図示例では変形部１４ｍの先端側は下方に撓み変形を生じ、これにより検出用構造体１４ｒも傾斜しているので、検出用構造体１４ｒを観察することで、変形部１４ｍの変形を知ることができる。なお、図示例では変形部１４ｍの下方には犠牲層１２Ｂが残存しない例を示すが、上述のように変形部１４ｍの支持部１４ｓの近傍に犠牲層１２Ｂが残存した時点で変形部１４ｍが或る程度変形し、これを検出用構造体１４ｒにより検出できるように構成してもよい。

この場合、本実施形態の場合には特に、変形部１４ｍの下方においてエッチングが進行する長手方向に沿って複数の検出用構造体１４ｒが配列されているので、複数の検出用構造体１４ｒの幾つが傾斜姿勢となるかによってエッチング量の大小を知ることも可能である。

また、本実施形態では、検出用構造体１３ｒによって可動部１３ｍの変形やスティッキングをも知ることができるように構成されるが、特に複数の検出用構造体１３ｒを相対的に大きい幅方向に沿って配列させることで、可動部１３ｍの幅方向の一部が変形したときでもこれを容易に知ることができるように構成されている。

［第３実施形態］
次に、図３を参照して本発明に係る第３実施形態について説明する。図３は第３実施形態の製造工程を示す工程断面図（ａ）乃至（ｅ）である。なお、本実施形態において、第１実施形態及び第２実施形態と共通する部分には同一符号を付し、同様の部分についての説明は省略する。

本実施形態では、図３（ａ）に示すように、基板１１上にシリコン窒化膜等よりなる下地絶縁膜１２Ａを形成し、その上に固定電極１３Ａ及び下部層１４Ａを形成した後、犠牲層１２Ｂを形成し、さらに可動電極１３Ｂ及び上部層１４Ａを形成する。なお、可動電極１３Ｂには、犠牲層１２Ｂに形成された貫通孔を通して下地絶縁層１２Ａに接続される支持部１３ｓと、この支持部１３ｓから水平方向に延在し、犠牲層１２Ｂ上に配置される可動部１３ｍとが設けられる。また、上部層１４Ｂには、犠牲層１２Ｂに形成された貫通孔を通して下部層に接続される支持部１４ｓと、この支持部１４ｓから水平方向に延在し、犠牲層１２Ｂ上に配置される変形部１４ｍとが設けられる。上記の固定電極１３Ａ、可動電極１３ＢによりＭＥＭＳ素子を構成する機能構造体１３が形成され、下部層１４Ａ及び上部層１４Ｂによりモニタ用構造体１４が形成される。

次に、図３（ｂ）に示すように、層間絶縁層１５をシリコン酸化膜等により形成し、層間絶縁膜１５のうち上部層１４Ｂ上に貫通孔１５ａを形成する。そして、層間絶縁膜１５上にアルミニウムやアルミニウム合金等よりなる配線層１６Ａ及び１６Ｂを形成する。配線層１６Ｂは上部層１４Ｂ上に形成され、上記貫通孔１５ａを通して上部層１４Ｂに接続される。

その後、図３（ｃ）に示すように、さらに上記と同様の層間絶縁層１７を形成し、配線層１６Ｂ上に貫通孔１７ａを形成する。そして、層間絶縁層１７上に上記と同様の配線層１８Ａ、１８Ｂを形成する。ここで、配線層１８Ｂは貫通孔１７ａを通して下層の配線層１６Ｂに接続される。

上部層１４Ｂ上に形成された配線層１６Ｂ及び１８Ｂは、上記モニタ用構造体１４上に固定された検出用構造体１４ｒを構成する。

次に、図３（ｄ）に示すように、層間絶縁層１７上にシリコン窒化膜や樹脂等からなる保護膜１９を形成する。この保護膜１９には開口部１９ａ、１９ｂが設けられる。開口部１９ａは上記機能構造体１３を含む平面範囲を開口するように設けられ、開口部１９ｂは上記モニタ用構造体１４を含む平面範囲を開口するように設けられる。ここで、開口部１９ａと１９ｂは同一の開口形状及び開口面積を有することが好ましい。これによって機能構造体１３に対するリリースエッチングと、モニタ用構造体１４に対するリリースエッチングとを同様の条件で実施することができるからである。

そして、この保護膜１９の開口部１９ａ、１９ｂを通してエッチングを行うリリース工程を実施する。このリリース工程では、図３（ｅ）に示すように、上記の層間絶縁層１５、１７及び配線層１６Ａ、１６Ｂ、１８Ａ、１８Ｂが積層されてなる基板被覆構造に、上記機能構造体１３が収容される収容凹部１３Ｃと、上記モニタ用構造体１４が収容される収容凹部１４Ｃとが形成される。ここで、上記のように開口部１９ａと１９ｂとが同一の開口形状及び開口面積を有するように構成した上で、エッチング液の均一化や攪拌等により、収容凹部１３Ｃと１４Ｃが同一の開口形状及び開口面積を有するように形成されることが好ましい。これによって機能構造体１３に対するエッチング作用と、モニタ用構造体１４に対するエッチング作用とがほぼ同一であることが確認できるからである。

このとき、上記モニタ用構造体１４上の配線層１６Ｂ及び１８Ｂによって構成される検出用構造体１４ｒもまた基板被覆構造から分離される。また、検出用構造体１４ｒが配線層１６Ｂ及び１８Ｂによって構成されることで、その上面は収容凹部１４Ｃの上部開口とほぼ同じ高さレベルに配置されることとなる。したがって、上記モニタ用構造体１４が基板被覆構造の収容凹部１４Ｃ内に配置されるにも拘らず、検出用構造体１４ｒの上面を容易に視認することが可能になる。

本実施形態でも、先の第１実施形態及び第２実施形態と同様に、間隙１４ｇ上に形成された変形部１４ｍが間隙１３ｇ上に形成された可動部１３ｍより上下方向に撓み変形しやすく構成される。そして、変形部１４ｍが下方へ撓み変形し、或いは、スティッキングを生ずると、検出用構造体１４ｒの姿勢が変化し、図示のように傾斜姿勢となる。この傾斜姿勢は検出用構造体１４ｒの上面を視認することで確認することができ、また、光学的手段によって反射方向を検出することによっても知ることができる。

本実施形態では基板被覆構造に設けられた収容凹部１３Ｃ、１４Ｃ内にそれぞれ機能構造体１３及びモニタ用構造体１４が収容されるので、そのままでは機能構造体１３の可動部１３ｍやモニタ用構造体１４の変形部１４ｍの変形を視認することが難しいが、本実施形態では検出用構造体１４ｒが基板被覆構造を構成する配線層１６Ｂ、１８Ｂによって構成されるので、当該検出用構造体１４ｒの上面が収容凹部１４Ｃの上部開口に近い位置に配置されることから、変形部１４ｍの変形を容易に知ることができる。

なお、本実施形態ではモニタ用構造体１４上にのみ検出用構造体１４ｒを形成したが、これと同様に配線層によって機能構造体１３上にも検出用構造体１３ｒ（図示せず）を形成してもよい。この場合には可動部１３ｍの変形の有無をも容易に確認できる。ただし、機能構造体１３に検出用構造体１３ｒ（図示せず）の重量が加わるので、これを配慮して機能構造体１３を設計する必要がある。

［第４実施形態］
次に、図４を参照して本発明に係る第４実施形態について説明する。図４は第４実施形態の製造工程を示す工程断面図（ａ）乃至（ｅ）である。なお、本実施形態において、第３実施形態と共通する部分には同一符号を付し、同様の部分についての説明は省略する。

本実施形態では、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、上記第３実施形態と同様に、機能構造体１３及びモニタ用構造体１４を形成し、それらの上にさらに層間絶縁膜１５、１７及び配線層１６Ａ、１６Ｂを形成する。ただし、その後において最上層の配線層としては、図４（ｂ）に示すように、配線層１８Ａとともに形成される配線層１８Ａ′を機能構造体１３の上方に形成するとともに、この配線層１８Ａ′には細孔１８ａを形成する。また、モニタ用構造体１４の上方に形成される配線層１８Ｂ′にも細孔１８ｂを形成する。

その後、図４（ｃ）に示すように、第３実施形態と同様の開口部１９ａ及び１９ｂを備えた保護膜１９を形成し、開口部１９ａ及び１９ｂを通してリリース工程を実施する。このとき、本実施形態では、開口部１９ａ及び１９ｂの開口範囲に上記配線層１８Ａ′及び１８Ｂ′が形成されているので、それらの細孔１８ａ及び１８ｂを通してエッチングが行われる。ここで、開口部１９ａと１９ｂとが同一の開口形状及び開口面積を有することが好ましい点は第３実施形態と同様である。

このとき、配線層１８Ａ′は開口部１９ａよりも広い範囲に形成され、リリースエッチングによっても配線層１８Ａ′が基板被覆構造と分離しないように構成される。一方、配線層１８Ｂ′は開口部１９ｂの範囲内に形成され、リリースエッチングによって配線層１８Ｂ′が基板被覆構造から分離されるように構成される。ただし、配線層１８Ａ′の細孔１８ａによるエッチング開口の開口率（開口面積）と、配線層１８Ｂ′の細孔１８ｂ及び配線層１８Ｂ′の外縁と保護膜１９の内縁との間に開口が存在する場合には当該開口をも含めた開口率（開口面積）とが同一になるように構成することが好ましい。これによってリリースエッチング時のエッチング条件を共通にすることができるからである。

上記のリリース工程を実施すると、図４（ｄ）に示すように、収容凹部１３Ｃ、１４Ｃが形成される。収容凹部１３Ｃは残留する配線層１８Ａ′の下方に形成され、収容凹部１４Ｃは変形部１４ｍ上に形成された検出用構造体１４ｒを基板被覆構造から分離する形で形成される。

このとき、収容凹部１３Ｃ内に収容される機能構造体１３については配線層１８Ａ′の下方に配置されるので、リリース状態を確認することは容易ではないが、収容凹部１４Ｃ内に収容されるモニタ用構造体１４については、検出用構造体１４ｒの上面を視認することで変形部１４ｍの変形状態を容易に確認することができる。このとき、検出用構造体１４ｒの上面は配線層１８Ｂ′により構成されるので、配線層１８Ａ′と同じ高さに配置されるため、検出用構造体１４ｒの姿勢を確認するのに支障は全くない。

その後、図４（ｅ）に示すように、スパッタリング法、ＣＶＤ法等により金属膜を成膜するか、或いは、塗布法等により樹脂材料を塗布するなどの方法により、配線層１８Ａ′の細孔１８ａを閉鎖する封止層２０Ａを形成する。これによって、機能構造体１３を収容する収容凹部１３Ｃを閉鎖することができるので、収容凹部１３Ｃ内を減圧して機能構造体１３を減圧下に配置したり、収容凹部１３Ｃに窒素ガス等の気体を充填したり、或いは、外部よりゴミ、水分等の侵入を防止したりすることができる。これは、特に、上記工程の後に基板をダイシングにより分割する基板ダイシング工程を有する場合には、収容凹部内に水や塵埃の浸入を防ぐことができる点で有効である。

この工程では、図示のように収容凹部１４Ｃの開口にも封止層２０Ｂを形成して収容凹部１４Ｃを閉鎖することができる。これにより、検出用構造体１４ｒの上部を封止層２０Ｂにより固定し、その後の工程或いは製品後において検出用構造体１４ｒが基板上より分離して塵埃とならないように構成することが可能になる。

尚、本発明の電子装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、複数の相互に異なる形状を有するモニタ用構造体１４を形成し、これらに検出用構造体１４ｒを設けることで、機能構造体１３のリリース状態をより精密に確認することができるようにしてもよい。

第１実施形態の工程断面図（ａ）乃至（ｅ）。 第２実施形態の平面図（ａ）並びに工程断面図（ｂ）及び（ｃ）。 第３実施形態の工程断面図（ａ）乃至（ｅ）。 第４実施形態の工程断面図（ａ）乃至（ｅ）。

符号の説明

１０…電子装置、１１…基板、１２…絶縁層、１２Ａ…下地絶縁層、１２Ｂ…犠牲層、１３…機能構造体、１３Ａ…固定電極、１３Ｂ…可動電極、１３ａ…支持部、１３ｍ…可動部、１３ｇ…間隙、１３ｒ、１４ｒ…検出用構造体、１４…モニタ用構造体、１４ａ…支持部、１４ｍ…変形部、１４ｇ…間隙、１５、１７…層間絶縁層、１６Ａ、１６Ｂ、１８Ａ、１８Ｂ、１８Ａ′、１８Ｂ′…配線層、１９…保護層、１９ａ，１９ｂ…開口部、２０Ａ、２０Ｂ…封止層

Claims (11)

1. 基板と、
   該基板上に形成され、下方に間隙を有する可動部を備えた機能構造体と、
   前記基板上において前記可動部と同じ層により形成され、下方に間隙を有しその平面形状によって前記可動部よりも上下方向に変形容易に構成された変形部を備えたモニタ用構造体と、
   該変形部上に固定され、前記変形部の変形状態に応じた姿勢を取る検出用構造体と、
   を具備することを特徴とする電子装置。
2. 前記検出用構造体の上面には平坦な光反射面が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
3. 前記基板上に絶縁層と配線層の１組若しくは複数組が積層されてなる基板被覆構造をさらに具備し、該基板被覆構造には前記機能構造体を収容する機能用収容凹部と前記モニタ用構造体を収容するモニタ用収容凹部とが設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子装置。
4. 前記機能用収容凹部と前記モニタ用収容凹部とが同一の開口形状及び開口面積を有することを特徴とする請求項３に記載の電子装置。
5. 前記機能用収容凹部を覆う細孔を備えた第１被覆層及び該細孔を閉鎖する第２被覆層をさらに具備し、前記検出用構造体には細孔を備えた上部層が設けられていることを特徴とする請求項３又は４に記載の電子装置。
6. 前記変形部が変形することにより前記検出用構造体が傾斜姿勢とされていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電子装置。
7. 前記変形部は、前記可動部よりも支持部から先端部まで若しくは該支持部間の長さが大きく、かつ、前記支持部に沿った幅が小さいことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電子装置。
8. 基板上に、下方に犠牲層が配置される可動部を備えた機能構造体と、該可動部と同じ層で形成され、下方に犠牲層が配置されその平面形状によって前記可動部よりも上下方向に変形容易に構成された変形部を備えたモニタ用構造体と、該変形部上に固定され前記変形部の変形状態に応じた姿勢を取る検出用構造体とを形成する構造体形成工程と、
   前記犠牲層をエッチングすることにより前記可動部及び前記変形部の下方にそれぞれ間隙を形成するリリース工程と、
   前記リリース工程後の前記検出用構造体の姿勢を確認する検査工程と、
   を具備することを特徴とする電子装置の製造方法。
9. 前記構造体形成工程では前記検出用構造体の上面に平坦な光反射面が設けられ、
   前記検査工程では前記光反射面の光反射状態が確認されることを特徴とする請求項８に記載の電子装置の製造方法。
10. 前記構造体形成工程は、前記機能構造体及び前記モニタ用構造体を形成する下部形成段階と、前記機能構造体及び前記モニタ用構造体上に絶縁層と配線層を１組若しくは複数組積層してなり、１層若しくは複数層の前記配線層により前記検出用構造体が構成される基板被覆構造を設ける上部形成段階とを有し、
    前記リリース工程では、前記絶縁層の前記機能構造体上にある部分及び前記絶縁層の前記モニタ用構造体上にある部分が前記犠牲層とともに除去されることにより、前記基板被覆構造から前記機能構造体が分離され、前記機能構造体を収容する機能用収容凹部が設けられるとともに、前記基板被覆構造から前記モニタ用構造体及び前記検出用構造体が分離され、前記モニタ用構造体及び前記検出用構造体が収容されるモニタ用収容凹部が設けられることを特徴とする請求項８又は９に記載の電子装置の製造方法。
11. 前記上部形成段階において前記機能構造体の上方に細孔を備えた第１被覆層が形成されると同時に前記モニタ用構造体の上方に前記検査用構造体の細孔を備えた上部層が形成され、
    前記リリース工程では前記第１被覆層及び前記上部層の細孔を通してエッチングが行われ、
    前記リリース工程の後に、前記第１被覆層の前記細孔を閉鎖する第２被覆層が形成されることを特徴とする請求項１０に記載の電子装置の製造方法。

Images