专利名称：微机电系统元件及微机电系统元件的制造方法
技术领域：
本发明涉及在半导体衬底上配备有结构体的MEMS元件和MEMS元件的制造方法。
背景技术：
近年来，利用MEMS(Micro Electro Mechanical System，微机电系统)技术，在半导体衬底上配备MEMS元件的传感器或谐振器、通信用器件等正引人注目。MEMS元件是由用半导体制造工艺、在半导体衬底上制作的微小结构体构成的功能元件。该结构体具备在电学上的力或加速度等外力作用下变形的单悬臂梁或双悬臂梁结构的可动部(可动电极)和固定部(固定电极)。例如，已知有如专利文献1所示的配备了梳齿状可动电极和梳齿状固定电极的MEMS元件。
日本特开-276200号公报在这样的MEMS元件中，当在同一半导体衬底上形成取出结构体的电信号用的布线或电路元件时，在结构体的周边部层叠布线层。
具体情况用图14进行说明。图14是表示配备有上述那样的结构的MEMS元件的制造工序的一部分的剖面图。
如图14(a)所示，对MEMS元件100而言，在半导体衬底101上形成下部电极102，除去在其上形成的绝缘膜103的一部分而形成结构体110。然后，在结构体110上依次层叠形成层间绝缘膜104、与下部电极102连接的布线105、层间绝缘膜106和钝化膜107。此后，对结构体110上部的钝化膜107、层间绝缘膜106、104进行各向异性刻蚀(干法刻蚀)至结构体110的表面，形成开口部111。最后，如图14(b)所示，对层间绝缘膜104的一部分和绝缘膜103进行各向同性刻蚀(湿法刻蚀)，使结构体110松脱。
然而，在这样的制造工序中，通过使结构体110松脱用的各向同性刻蚀对层间绝缘膜104、106也同时进行刻蚀，往往刻蚀至布线105，对布线105造成损伤。此时，尽管也考虑到在不进行刻蚀的位置处进行布线105的配置，但此举使MEMS元件100的集成度降低。另外，这样构成的MEMS元件100的开口部111因露出有层间绝缘膜104、106而耐湿性差，使MEMS元件100的可靠性显著地降低。
发明内容
本发明是为了解决上述课题而进行的，其目的在于提供一种在结构体的松脱工序中对布线不造成损伤并且耐湿性良好、可靠性得到提高的MEMS元件和MEMS元件的制造方法。
为了解决上述课题，本发明的MEMS元件是一种在半导体衬底上经层间绝缘膜层叠布线，上述层间绝缘膜的一部分被开口至上述半导体衬底上方，在该开口部内配置结构体的MEMS元件，其特征在于在与上述结构体对置的露出于上述开口部的上述层间绝缘膜的侧壁和上述层间绝缘膜的最上层表面形成氮化硅膜。
按照本构成，通过在与结构体对置的层间绝缘膜的侧壁和层间绝缘膜的最上层表面形成氮化硅膜，层间绝缘膜不至露出，可使耐湿性变得良好，使MEMS元件的可靠性得到提高。
另外，优选情况是，本发明的MEMS元件在与上述结构体对置的上述层间绝缘膜的最下层的下方形成从该层间绝缘膜突出并与上述结构体位于同一层的基部。
按照本构成，可防止通过结构体的松脱工序的各向同性刻蚀而使刻蚀液侵入层间绝缘膜，并且可使耐湿性得到提高。
另外，本发明的MEMS元件的制造方法的特征在于，至少具备在半导体衬底上形成绝缘膜的工序；在上述半导体衬底上形成下部电极的工序；除去上述绝缘膜的一部分，以在上述绝缘膜的上方形成结构体形成膜的工序；刻蚀上述结构体形成膜以形成结构体的形状的工序；在上述结构体形成膜的上方形成层间绝缘膜和布线的工序；将上述结构体的上方的上述层间绝缘膜至少刻蚀至上述结构体表面以形成开口部的工序；在上述结构体的上方和上述层间绝缘膜的表面及上述开口部的侧壁形成氮化硅膜的工序；刻蚀上述结构体的上方的上述氮化硅膜的工序；以及刻蚀与上述结构体接触的上述层间绝缘膜和上述绝缘膜，以使上述结构体松脱的工序。
按照本MEMS元件的制造方法，通过在与结构体对置的层间绝缘膜的侧壁形成氮化硅膜，可利用氮化硅膜作为刻蚀的保护膜，从而不至于通过使结构体松脱用的各向同性刻蚀进一步刻蚀层间绝缘膜而对布线造成损伤。而且，由于氮化硅膜从层间绝缘膜的表面沿侧壁覆盖，所以可提供耐湿性良好且可靠性得到提高的MEMS元件的制造方法。
另外，优选情况是，本发明的MEMS元件的制造方法，在刻蚀上述结构体形成层以形成结构体的形状的工序中，在同一工序中形成成为上述氮化硅膜的基座的基部。
按照本MEMS元件的制造方法，通过在形成结构体的形状的工序中，同时形成成为氮化硅膜的基座的基部，可削减工序。另外，通过设置该基部，可防止通过结构体松脱工序的各向同性刻蚀而使刻蚀液侵入层间绝缘膜，并且可使耐湿性得到提高。
另外，优选情况是，在本发明的MEMS元件的制造方法中，刻蚀上述结构体的上方的上述层间绝缘膜的工序是在最初进行各向同性刻蚀、接着进行各向异性刻蚀的工序。
按照本MEMS元件的制造方法，通过最初对层间绝缘膜进行各向同性刻蚀，可将刻蚀后的层间绝缘膜的侧壁形成为斜面状，在氮化硅膜的形成中，可实现阶差覆盖性(step coverage)的提高。特别是，在将布线层叠为多层的情况下，使阶差覆盖性提高的效果大。
另外，本发明的MEMS元件是一种在半导体衬底上经层间绝缘膜层叠布线，上述层间绝缘膜的一部分被开口至上述半导体衬底上方，在该开口部内配置结构体的MEMS元件，其特征在于至少在与上述结构体对置的露出于上述开口部的上述层间绝缘膜的侧壁上形成耐蚀膜。
按照本构成，通过在与结构体对置的开口部的层间绝缘膜的侧壁上形成耐蚀膜，层间绝缘膜不至露出，因而耐湿性变得良好，可使MEMS元件的可靠性得到提高。
优选情况是，在上述发明的MEMS元件中，上述耐蚀膜采用从TiN、W、Mo、多晶硅中选择的材料的膜形成。
按照本构成，通过采用从TiN、W、Mo、多晶硅中选择的材料的膜在与结构体对置的开口部的层间绝缘膜的侧壁上形成为耐蚀膜，与现有的情况下层间绝缘膜露出的状态相比，耐湿性变得良好，可使MEMS元件的可靠性得到提高。
另外，这些TiN、W、Mo、多晶硅的材料是半导体工艺中所使用的材料，能够容易地使用。
另外，本发明的MEMS元件的制造方法的特征在于，至少具备在半导体衬底上形成绝缘膜的工序；在上述绝缘膜的上方形成下部结构体形成膜的工序；刻蚀上述下部结构体形成膜以形成下部结构体的形状的工序；在上述下部结构体的上方形成层间绝缘膜的工序；在上述层间绝缘膜的上方形成上部结构体形成膜的工序；刻蚀上述上部结构体形成膜以形成上部结构体的形状的工序；在上述上部结构体的上方形成层间绝缘膜和布线的工序；刻蚀上述上部结构体的上方的上述层间绝缘膜以形成开口部的工序；在上述开口部中的上述上部结构体的上方和上述层间绝缘膜的侧壁形成耐蚀膜的工序；刻蚀位于上述上部结构体的上方的上述耐蚀膜的工序；以及刻蚀与上述上部结构体和上述下部结构体接触的上述层间绝缘膜，以使上述上部结构体和下部结构体松脱的工序。
按照本MEMS元件的制造方法，通过在与结构体对置的开口部中的层间绝缘膜的侧壁上形成耐蚀膜，该耐蚀膜可用作刻蚀的保护膜，从而不至通过使结构体松脱用的各向同性刻蚀进一步刻蚀层间绝缘膜而对布线造成损伤。而且，由于在开口部的侧壁上覆盖有耐蚀膜，因此提供了一种与现有的情况下层间绝缘膜露出的状态相比，耐湿性良好且可靠性得到提高的MEMS元件的制造方法。
另外，本发明的MEMS元件的制造方法的特征在于，至少具备在半导体衬底上形成绝缘膜的工序；在上述半导体衬底上形成下部电极的工序；除去上述绝缘膜的一部分，以在上述绝缘膜的上方形成结构体形成膜的工序；刻蚀上述结构体形成膜以形成结构体的形状的工序；在上述结构体形成膜的上方形成层间绝缘膜和布线的工序；刻蚀上述结构体的上方的上述层间绝缘膜以形成开口部的工序；在上述开口部中的上述结构体的上方和上述层间绝缘膜的侧壁形成耐蚀膜的工序；刻蚀上述结构体的上方的上述耐蚀膜的工序；以及刻蚀与上述结构体接触的上述层间绝缘膜，以使上述结构体松脱的工序。
按照本MEMS元件的制造方法，通过在与结构体对置的开口部中的层间绝缘膜的侧壁上形成耐蚀膜，该耐蚀膜可用作刻蚀的保护膜，从而不至通过使结构体松脱用的各向同性刻蚀进一步刻蚀层间绝缘膜而对布线造成损伤。而且，通过在开口部的侧壁上覆盖有耐蚀膜，提供了一种与现有的情况下层间绝缘膜露出的状态相比，耐湿性良好且可靠性得到提高的MEMS元件的制造方法。
另外，优选情况是，在MEMS元件的制造方法中，上述耐蚀膜是从TiN、W、Mo、多晶硅中选择的材料的膜。
这样，这些TiN、W、Mo、多晶硅的材料是半导体工艺中所使用的材料，能够容易地形成。而且，这些膜耐湿性优越，从而可提供一种可靠性得到提高的MEMS元件。
图1是本发明的第一实施方式中的MEMS元件的概略构成图，(a)是MEMS元件的俯视图，(b)是沿本图(a)的A-A剖线的剖面图。
图2是表示第二实施方式中的MEMS元件的制造工序的概略剖面图。
图3是表示第二实施方式中的MEMS元件的制造工序的概略剖面图。
图4是表示第二实施方式中的MEMS元件的制造工序的概略剖面图。
图5是表示第二实施方式中的结构体和基部的形状及配置的概略俯视图。
图6是本发明的第三实施方式中的MEMS元件的概略构成图，(a)是MEMS元件的俯视图，(b)是沿本图(a)的B-B剖线的剖面图。
图7是表示第四实施方式中的MEMS元件的制造工序的概略剖面图。
图8是表示第四实施方式中的MEMS元件的制造工序的概略剖面图。
图9是表示第四实施方式中的MEMS元件的制造工序的概略剖面图。
图10是表示第四实施方式中的MEMS元件的制造工序的概略剖面图。
图11是本发明的第五实施方式中的MEMS元件的概略构成图，(a)是MEMS元件的俯视图，(b)是沿本图(a)的C-C剖线的剖面图。
图12是表示第六实施方式中的MEMS元件的制造工序的概略剖面图。
图13是表示第六实施方式中的MEMS元件的制造工序的概略剖面图。
图14(a)、(b)是说明发明所要解决的课题的制造工序的概略剖面图。
符号说明其中1、2、3…MEMS元件；10…半导体衬底；11…绝缘膜；12…光致抗蚀剂膜；13…下部电极；14…结构体形成膜；15…构成结构体的可动电极；16a、16b…构成结构体的固定电极；17…基部；18…结构体；20…层间绝缘膜；21…布线；22…层间绝缘膜；23…光致抗蚀剂膜；24…斜面状的侧壁；40…半导体衬底；41…氮化膜；44…下部结构体；49…上部结构体；50…结构体；52、53…布线；61…耐蚀膜；62…开口部的侧壁；73…耐蚀膜；74…开口部的侧壁。
具体实施例方式
以下，根据
将本发明具体化的实施方式。
(第一实施方式)图1是表示作为本发明的MEMS元件的MEMS谐振器的实施方式的概略构成图。其中，图1(a)是MEMS元件的俯视图，图1(b)是沿本图(a)的A-A剖线的剖面图。
在图1中，MEMS元件1在由硅构成的半导体衬底10上形成有由可动电极15和固定电极16a、16b构成的结构体18，所述可动电极15和固定电极16a、16b由多晶硅构成。在半导体衬底10上形成n型的下部电极13，进行与结构体18的电连接。另外，在与结构体18对置的周边部，形成在半导体衬底10上所形成的热氧化膜即绝缘膜11，在其上依次层叠层间绝缘膜20、布线21、层间绝缘膜22。布线21由Al或Cu等构成，与下部电极13或在半导体衬底10上所形成的电路元件连接(未图示)。
在绝缘膜11与层间绝缘膜20之间，形成由多晶硅构成的基部17。该基部17与结构体18位于同一层，比层间绝缘膜20、22更突出于结构体18一侧，形成包围结构体18那样的形状。并且，从层间绝缘膜22的上表面起覆盖层间绝缘膜20的侧壁，直至基部17，形成氮化硅(Si3N4)膜30。另外，层间绝缘膜22的侧壁从上表面起形成为斜面状，以氮化硅膜30容易覆盖的方式而构成。
这样，MEMS元件1构成为在半导体衬底10上具有结构体18和布线21，使结构体18的上部开口，在其周边部经层间绝缘膜20、22层叠布线21。
以上构成的MEMS元件1通过在一个固定电极16a与接地电极(未图示)之间施加交流电压，在梳齿状的固定电极16a与可动电极15之间产生静电力，使可动电极15平面地进行振动，从另一固定电极16b取出该振动的谐振频率。
这样，本实施方式的MEMS元件1通过在与结构体18对置的层间绝缘膜20、22的侧壁和层间绝缘膜22的表面上形成氮化硅膜30，使层间绝缘膜20、22不至露出。另外，由于绝缘膜(SiO2膜)11与层间绝缘膜20、22不同，是热氧化膜，所以是耐湿性高的膜，由此MEMS元件1的耐湿性变得良好，可使可靠性得到提高。
另外，通过将多晶硅的基部17配置在绝缘膜11与层间绝缘膜20之间，在MEMS元件1的制造工序中，可防止刻蚀液进入层间绝缘膜20，并且可使耐湿性得到提高。
(第二实施方式)接着，说明MEMS元件1的制造方法。对于该MEMS元件的制造，采用了半导体CMOS工艺。
图2、图3、图4是表示MEMS元件1的制造工序的概略剖面图。
首先，在图2(a)中，在由硅构成的半导体衬底10上形成热氧化膜(SiO2膜)即绝缘膜11，在其上涂敷光致抗蚀剂，形成光致抗蚀剂膜12。然后，将光致抗蚀剂膜12构图成规定的形状。此后，如图2(b)所示，从构图后的半导体衬底10的上方注入P离子，在半导体衬底10上形成n型的下部电极13。接着，除去光致抗蚀剂膜12，再次涂敷光致抗蚀剂，为了除去下部电极13的上方的绝缘膜11的一部分而进行构图。然后，如图2(c)所示，通过刻蚀将绝缘膜11的一部分刻蚀至下部电极13，除去光致抗蚀剂。接着，如图2(d)所示，从绝缘膜11上形成由多晶硅构成的结构体形成膜14。此时，在除去了绝缘膜11的一部分的部分也有多晶硅绕入。
接着，如图3(a)所示，对结构体形成膜14进行构图，分离结构体18(可动电极15、固定电极16a、16b)与基部17的形状。图5是表示结构体18和基部17的形状及配置的概略俯视图。构成结构体18的可动电极15和固定电极16a、16b具有梳齿状的突起，配置成各自啮合。另外，基部17以包围结构体18的方式形成。
然后，如图3(b)所示，在结构体18和基部17的上方形成SiO2膜等层间绝缘膜20，进而在其上构图，形成布线21。布线21由Al或Cu等构成，与设置于半导体衬底10上的下部电极13或者与设置于半导体衬底10上的电路元件连接。
接着，如图3(c)所示，从布线21上方形成SiO2膜等层间绝缘膜22。然后，如图3(d)所示，以层间绝缘膜22表面的光致抗蚀剂膜23为掩模对位于结构体18和基部17上方的层间绝缘膜22进行各向同性刻蚀(湿法刻蚀)。该刻蚀后的层间绝缘膜22的侧壁因各向同性刻蚀而形成斜面状的侧壁24。
接着，如图4(a)所示，对层间绝缘膜20进行各向异性刻蚀(干法刻蚀)。此时的刻蚀进行至至少露出结构体18和基部17的表面为止。该刻蚀后的层间绝缘膜20的侧壁因各向异性刻蚀而形成几乎垂直的侧壁25。
此后，如图4(b)所示，从层间绝缘膜22的上表面起覆盖层间绝缘膜20的侧壁，直至结构体18表面，通过等离子体CVD形成氮化硅(Si3N4)膜30。
接着，如图4(c)所示，对位于结构体18和基部17的上方的氮化硅膜30进行各向异性刻蚀，进行至至少露出结构体18和基部17的表面为止。
最后，如图4(d)所示，以比结构体18表面偏下方的层间绝缘膜20和绝缘膜11为牺牲层进行各向同性刻蚀，使结构体18松脱。
再有，在层间绝缘膜20、22和绝缘膜11的各向同性刻蚀中使用氢氟酸系刻蚀液，在各向异性刻蚀中使用氟系或氯系刻蚀气体。另外，在氮化硅膜30的各向异性刻蚀中使用CF4等刻蚀气体。
如上所述，按照本实施方式的MEMS元件的制造方法，通过在与结构体18对置的层间绝缘膜20、22的侧壁上形成氮化硅膜30，氮化硅膜30可用作刻蚀的保护膜。由此，消除通过使结构体18松脱用的各向同性刻蚀进一步刻蚀层间绝缘膜20、22而对布线21造成损伤的现象。进而，由于氮化硅膜30从层间绝缘膜22的表面起沿侧壁24、25覆盖，所以可提供一种耐湿性良好且可靠性得到提高的MEMS元件1的制造方法。
另外，按照该MEMS元件1的制造方法，通过由形成结构体18的形状的工序同时形成成为氮化硅膜30的基座的基部17，可削减工序。而且，通过设置该基部17，可防止通过结构体18松脱工序的各向同性刻蚀而刻蚀液侵入层间绝缘膜20，并且可使MEMS元件1的耐湿性得到提高。
而且，按照该MEMS元件1的制造方法，通过最初对层间绝缘膜22进行各向同性刻蚀，可使刻蚀后的层间绝缘膜22的侧壁形成为斜面状，在氮化硅膜30的形成中，可实现阶差覆盖性的提高。
另外，按照该MEMS元件1的制造方法，如果在使结构体18松脱的刻蚀工序后进行与布线21连接且实现与外部端子之间的连接的电极焊区的开口，则在使结构体18松脱的刻蚀工序中就无需用抗蚀剂来保护电极焊区部，可高效地制造MEMS元件1。
(第三实施方式)图6是表示作为本发明的MEMS元件，MEMS谐振器的另一实施方式的概略构成图。图6(a)是MEMS元件的俯视图，图6(b)是沿本图(a)的B-B剖线的剖面图。
在图6中，MEMS元件2在由硅构成的半导体衬底40上经氮化膜41形成由上部结构体49和下部结构体44构成的结构体50，所述上部结构体49和下部结构体44由多晶硅构成。上部结构体49和下部结构体44分别具有作为电极的功能，且配置为在下部结构体44的上方保持一定的间隔，并在厚度方向重叠上部结构体49的一部分。
另外，在与结构体50对置的周边部，在氮化膜41上方依次层叠层间绝缘膜45、51、布线52、53、层间绝缘膜54，在最上层形成氮化硅膜等钝化膜55。布线52、53由Al或Cu等构成，利用贯通层间绝缘膜45、51的通孔与下部结构体44和上部结构体49连接。再有，也可在半导体衬底40上形成电路元件(未图示)，构成周边电路。
这样，MEMS元件2形成为在半导体衬底40上具有结构体50和布线52、53，并使结构体50的上部开口，在其周边部经层间绝缘膜51、54层叠布线52、53的结构。
进而，包围将结构体50的上部开口的开口部的侧壁62，且沿钝化膜55的一部分形成耐蚀膜61。耐蚀膜61采用从TiN、W、Mo、多晶硅中选择的材料的膜形成。这些材料是对氢氟酸系的刻蚀液具有耐蚀性的材料。
在这样的MEMS元件2中，一经对上部结构体49施加直流电压，就有静电力作用在该上部结构体49和面对该上部结构体49的下部结构体44之间。此处，进而在对上部结构体49施加交流电压时，静电力忽大忽小地变动，上部结构体49以或接近或远离下部结构体44的方式产生位移而振动。此时，在下部结构体44表面上产生电荷的移动，有电流流过下部结构体44。并且，通过反复进行振动，从下部结构体44输出固有的谐振频率。
这样，本实施方式的MEMS元件2形成为使结构体50的上部开口，进而以耐蚀膜61覆盖露出于开口部的侧壁62的层间绝缘膜54和层间绝缘膜51的一部分的构成。该耐蚀膜61用从TiN、W、Mo、多晶硅中选择的材料的膜构成，耐湿性优越，与现有情况下层间绝缘膜露出的状态相比，耐湿性变得良好，可使MEMS元件2的可靠性得到提高。
另外，由于在开口部的侧壁62上设置对氢氟酸系的刻蚀液具有耐蚀性的耐蚀膜61，所以在MEMS元件2的制造工序中的结构体50的松脱工序中，该耐蚀膜61成为保护膜，刻蚀液不会侵蚀层间绝缘膜54，而损伤至内部以及布线52、53。
(第四实施方式)接着，说明上述MEMS元件2的制造方法。在该MEMS元件2的制造方法中，采用了半导体CMOS工艺。
图7～图10是表示MEMS元件2的制造工序的概略剖面图。
在图7(a)中，在由硅构成的半导体衬底40上形成Si3N4等氮化膜41，在其上形成由多晶硅构成的下部结构体形成膜42。然后，在下部结构体形成膜42的上方形成光致抗蚀剂膜43，构图成下部结构体的形状。此后，如图7(b)所示，以构图后的光致抗蚀剂膜43为掩模，刻蚀下部结构体形成膜42，形成下部结构体44的形状。此后，如图7(c)所示，除去光致抗蚀剂膜43，在下部结构体44和氮化膜41上形成SiO2等的层间绝缘膜45。
接着，在层间绝缘膜45上形成光致抗蚀剂膜46，对光致抗蚀剂膜46进行构图，使得保留下部结构体44的上方部分。然后，如图7(d)所示，以构图后的光致抗蚀剂膜46为掩模，刻蚀层间绝缘膜45。此后，如图7(e)所示，除去光致抗蚀剂膜46，从其上形成由多晶硅构成的上部结构体形成膜47。
接着，在上部结构体形成膜47上形成光致抗蚀剂膜48，并构图成上部结构体的形状。此后，如图8(a)所示，以构图后的光致抗蚀剂膜48为掩模，刻蚀上部结构体形成膜47，形成上部结构体49的形状。然后，如图8(b)所示，除去光致抗蚀剂膜48，在其上形成SiO2等的层间绝缘膜51。
接着，如图8(c)所示，为了下部结构体44和上部结构体49之间的连接，将层间绝缘膜51、45贯通，形成通孔57、58，在层间绝缘膜51的上方构图形成布线52、53。然后，如图8(d)所示，在形成了布线52、53的上方分别形成SiO2等的层间绝缘膜54和Si3N4等的钝化膜55。
接着，如图9(a)所示，在钝化膜55的上方形成光致抗蚀剂膜56，以除去结构体50的上方的光致抗蚀剂膜56的方式进行构图。然后，如图9(b)所示，以构图后的光致抗蚀剂膜56为掩模，进行各向异性刻蚀(干法刻蚀)至钝化膜55、层间绝缘膜54和层间绝缘膜51的一部分，形成开口部。
此后，如图9(c)所示，除去光致抗蚀剂膜56，从其上形成耐蚀膜61。耐蚀膜61以从钝化膜55的表面起覆盖开口部的侧壁62和开口部的底面63的方式形成。另外，该耐蚀膜61使用从TiN、W、Mo、多晶硅中适当选择的材料的膜。
接着，在耐蚀膜61的上方形成光致抗蚀剂膜64，如图9(d)所示，以从开口部的侧壁62起沿在钝化膜55的上方形成的耐蚀膜61保留光致抗蚀剂膜64的方式进行构图。
接着，如图10(a)所示，以构图后的光致抗蚀剂膜64为掩模，对刻蚀膜61进行刻蚀。这样一来，就除去了在开口部的底部所形成的耐蚀膜61和在钝化膜55表面所形成的耐蚀膜61的一部分。
然后，除去光致抗蚀剂膜64，如图10(b)所示，再次形成光致抗蚀剂膜65并以除去开口部中的结构体50的上方的光致抗蚀剂膜65的方式进行构图。
此后，以光致抗蚀剂膜65为掩模，以与结构体50接触的层间绝缘膜51、45为牺牲层，进行各向同性刻蚀(湿法刻蚀)，使由上部结构体49和下部结构体44构成的结构体50松脱。
最后，除去光致抗蚀剂膜65，完成图10(c)所示的MEMS元件2。
再有，在形成结构体50上方的开口部用的各向异性刻蚀中使用氟系或氯系刻蚀气体，在与结构体50接触的牺牲层的各向同性刻蚀中使用氢氟酸系的刻蚀液。
如上所述，按照本实施方式的MEMS元件2的制造方法，在与结构体50对置的开口部的侧壁62上形耐蚀膜61。该耐蚀膜61使用从TiN、W、Mo、多晶硅中适当选择的材料的膜，这些材料的膜由于对氢氟酸系的刻蚀液具有优越的耐蚀性，所以该耐蚀膜61可用作刻蚀的保护膜，从而不会通过使结构体50松脱用的各向同性刻蚀刻蚀层间绝缘膜54而对布线52、53造成损伤。
另外，由于用于这些耐蚀膜61的材料具有耐湿性，耐蚀膜61覆盖于开口部的侧壁62上，所以可提供一种与现有情况下层间绝缘膜露出的状态相比，耐湿性良好且可靠性得到提高的MEMS元件2的制造方法。
(第五实施方式)接着，作为第五实施方式，说明在半导体衬底上具备在第一实施方式中说明过的构成的结构体、在开口部的侧壁上设置耐蚀膜的MEMS元件。对于与第一实施方式相同的构成要素，标以同一符号进行说明。
图11是表示作为本发明的MEMS元件，MEMS谐振器的另一实施方式的概略构成图，图11(a)是MEMS元件的俯视图，图11(b)是沿本图(a)的C-C剖线的剖面图。
在图11中，MEMS元件3是在由硅构成的半导体衬底10上形成由可动电极15和固定电极16a、16b构成的结构体18，所述可动电极15和固定电极16a、16b由多晶硅构成。在半导体衬底10上形成n型的下部电极13，实现了与结构体18的电连接。另外，在与结构体18对置的周边部，形成在半导体衬底10上形成的热氧化膜即绝缘膜11，在其上依次层叠层间绝缘膜20、布线21、层间绝缘膜22、钝化膜70。布线21由Al或Cu等构成，与下部电极13或在半导体衬底10上形成的电路元件连接(未图示)。
这样，MEMS元件3形成为在半导体衬底10上具有结构体18和布线21，使结构体18的上部开口，而在其周边部经层间绝缘膜20、22层叠布线21的构成。
另外，在绝缘膜11与层间绝缘膜20之间，形成由多晶硅构成的基部17。该基部17与结构体18位于同一层，比层间绝缘膜20、22更突出于结构体18一侧，形成包围结构体18那样的形状。
此外，包围将结构体18的上部开口的开口部的侧壁74，沿钝化膜70的一部分，形成耐蚀膜73。耐蚀膜73使用从TiN、W、Mo、多晶硅中选择的材料的膜形成。
这样，本实施方式的MEMS元件3形成为使结构体18的上部开口、进而用耐蚀膜73覆盖露出于开口部的侧壁74的层间绝缘膜22和层间绝缘膜20的一部分的构成。该耐蚀膜73使用从TiN、W、Mo、多晶硅中选择的材料的膜构成，耐湿性优越，与现有情况下层间绝缘膜露出的状态相比，耐湿性变得良好，可使MEMS元件3的可靠性得到提高。
另外，由于在开口部的侧壁74上设置对氢氟酸系的刻蚀液具有耐蚀性的耐蚀膜73，所以在MEMS元件3的制造工序中的结构体18的松脱工序中，该耐蚀膜73成为保护膜，刻蚀液不会侵蚀层间绝缘膜22，损伤至内部以及布线21。
(第六实施方式)接着，说明上述MEMS元件3的制造方法。在该MEMS元件3的制造方法中，采用了半导体CMOS工艺。再有，本实施方式的MEMS元件3的制造方法直至在第二实施方式中说明过的图2(a)～图3(c)均为相同的工序，所以同一构成要素标以同一符号而省略其说明，用图12、图13说明图3(c)以后的工序。
在图3(c)中，在布线21的上方形成SiO2膜等层间绝缘膜22。此后，在层间绝缘膜22的上方形成Si3N4等的钝化膜70。然后，如图12(a)所示，在钝化膜70的上方形成光致抗蚀剂膜71，以除去结构体18上方的光致抗蚀剂膜71的方式构图。接着，如图12(b)所示，以构图后的光致抗蚀剂膜71为掩模，进行各向异性刻蚀(干法刻蚀)至钝化膜70、层间绝缘膜22和层间绝缘膜20的一部分，形成开口部。
此后，如图12(c)所示，除去光致抗蚀剂膜71，从其上形成耐蚀膜73。耐蚀膜73形成为从钝化膜70的表面起覆盖开口部的侧壁74和开口部的底面75。另外，该耐蚀膜73使用从TiN、W、Mo、多晶硅中适当选择的材料的膜。
接着，在耐蚀膜73上形成光致抗蚀剂膜76，如图12(d)所示，以从开口部的侧壁74起沿在钝化膜70的上方形成的耐蚀膜73保留光致抗蚀剂膜76的方式进行构图。
接着，如图13(a)所示，以构图后的光致抗蚀剂膜76为掩模，对耐蚀膜73进行刻蚀。这样一来，就除去了在开口部的底部所形成的耐蚀膜73和在钝化膜70表面所形成的耐蚀膜73的一部分。
然后，除去光致抗蚀剂膜76，如图13(b)所示，再次形成光致抗蚀剂膜77，以除去开口部中的结构体18的上方的光致抗蚀剂膜77的方式进行构图。
此后，以光致抗蚀剂膜77为掩模，以与结构体18接触的层间绝缘膜20和绝缘膜11为牺牲层，进行各向同性刻蚀(湿法刻蚀)，使由可动电极15和固定电极16a、16b构成的结构体18松脱。
最后，除去光致抗蚀剂膜77，完成图13(c)所示的MEMS元件3。
再有，在形成结构体18上方的开口部用的各向异性刻蚀中使用氟系或氯系刻蚀气体，在与结构体18接触的牺牲层的各向同性刻蚀中使用氢氟酸系的刻蚀液。
如上所述，按照本实施方式的MEMS元件3的制造方法，在与结构体18对置的开口部的侧壁74上形成耐蚀膜73。该耐蚀膜73使用从TiN、W、Mo、多晶硅中适当选择的材料的膜，这些材料的膜由于对氢氟酸系的刻蚀液具有优越的耐蚀性，所以该耐蚀膜73可用作刻蚀的保护膜，从而不会通过使结构体18松脱用的各向同性刻蚀刻蚀层间绝缘膜22而对布线21造成损伤。
另外，由于用于这些耐蚀膜73的材料具有耐湿性，耐蚀膜73覆盖于开口部的侧壁74上，所以可提供一种与现有情况下层间绝缘膜露出的状态相比，耐湿性良好且可靠性得到提高的MEMS元件3的制造方法。
再有，在本实施方式中用多晶硅形成结构体和基部，但也可用CMOS晶体管中的硅化物以外的栅电极材料来实施。另外，作为半导体衬底的材料，例如可用Si、Ge、SiGe、SiC、SiSn、PbS、GaAs、InP、GaP、GaN、ZnSe等。
此外，本实施方式中的耐蚀膜是从对氢氟酸系的刻蚀液具有耐蚀性的TiN、W、Mo、多晶硅中适当选择的材料的膜，但不限于这些材料，只要是对在使结构体松脱时用的刻蚀液具有耐蚀性的材料均可。
在本发明的实施方式中，虽然取MEMS谐振器为例进行了说明，但在利用了MEMS技术的致动器、陀螺传感器、加速度传感器中也可实施，可取得同样的效果。
权利要求
1.一种MEMS元件，其中，在半导体衬底上经层间绝缘膜层叠布线，所述层间绝缘膜的一部分被开口至所述半导体衬底上方，在该开口部内配置结构体，其特征在于在与所述结构体对置的露出于所述开口部的所述层间绝缘膜的侧壁和所述层间绝缘膜的最上层表面形成氮化硅膜。
2.按照权利要求1所述的MEMS元件，其特征在于在与所述结构体对置的所述层间绝缘膜的最下层的下方形成从该层间绝缘膜突出并与所述结构体位于同一层的基部。
3.一种MEMS元件的制造方法，其特征在于，至少具备在半导体衬底上形成绝缘膜的工序；在所述半导体衬底上形成下部电极的工序；除去所述绝缘膜的一部分，以在所述绝缘膜的上方形成结构体形成膜的工序；刻蚀所述结构体形成膜以形成结构体的形状的工序；在所述结构体形成膜的上方形成层间绝缘膜和布线的工序；将所述结构体的上方的所述层间绝缘膜至少刻蚀至所述结构体表面以形成开口部的工序；在所述结构体的上方和所述层间绝缘膜的表面及所述开口部的侧壁形成氮化硅膜的工序；刻蚀所述结构体的上方的所述氮化硅膜的工序；以及刻蚀与所述结构体接触的所述层间绝缘膜和所述绝缘膜，以使所述结构体松脱的工序。
4.按照权利要求3所述的MEMS元件的制造方法，其特征在于在刻蚀所述结构体形成层以形成结构体的形状的工序中，在同一工序中形成成为所述氮化硅膜的基座的基部。
5.按照权利要求3或4所述的MEMS元件的制造方法，其特征在于刻蚀所述结构体的上方的所述层间绝缘膜的工序是在最初进行各向同性刻蚀、接着进行各向异性刻蚀的工序。
6.一种MEMS元件，其中，在半导体衬底上经层间绝缘膜层叠布线，所述层间绝缘膜的一部分被开口至所述半导体衬底上方，在该开口部内配置结构体，其特征在于至少在与所述结构体对置的露出于所述开口部的所述层间绝缘膜的侧壁上形成耐蚀膜。
7.按照权利要求6所述的MEMS元件，其特征在于所述耐蚀膜采用从TiN、W、Mo、多晶硅中选择的材料的膜形成。
8.一种MEMS元件的制造方法，其特征在于，至少具备在半导体衬底上形成绝缘膜的工序；在所述绝缘膜的上方形成下部结构体形成膜的工序；刻蚀所述下部结构体形成膜以形成下部结构体的形状的工序；在所述下部结构体的上方形成层间绝缘膜的工序；在所述层间绝缘膜的上方形成上部结构体形成膜的工序；刻蚀所述上部结构体形成膜以形成上部结构体的形状的工序；在所述上部结构体的上方形成层间绝缘膜和布线的工序；刻蚀所述上部结构体的上方的所述层间绝缘膜以形成开口部的工序；在所述开口部中的所述上部结构体的上方和所述层间绝缘膜的侧壁形成耐蚀膜的工序；刻蚀位于所述上部结构体的上方的所述耐蚀膜的工序；以及刻蚀与所述上部结构体和所述下部结构体接触的所述层间绝缘膜，以使所述上部结构体和下部结构体松脱的工序。
9.一种MEMS元件的制造方法，其特征在于，至少具备在半导体衬底上形成绝缘膜的工序；在所述半导体衬底上形成下部电极的工序；除去所述绝缘膜的一部分，以在所述绝缘膜的上方形成结构体形成膜的工序；刻蚀所述结构体形成膜以形成结构体的形状的工序；在所述结构体形成膜的上方形成层间绝缘膜和布线的工序；刻蚀所述结构体的上方的所述层间绝缘膜以形成开口部的工序；在所述开口部中的所述结构体的上方和所述层间绝缘膜的侧壁形成耐蚀膜的工序；刻蚀所述结构体的上方的所述耐蚀膜的工序；以及刻蚀与所述结构体接触的所述层间绝缘膜，以使所述结构体松脱的工序。
10.按照权利要求8或9所述的MEMS元件的制造方法，其特征在于所述耐蚀膜是从TiN、W、Mo、多晶硅中选择的材料的膜。
全文摘要
本发明的课题是，提供一种在结构体松脱工序中对布线不造成损伤、耐湿性良好且可靠性得到提高的MEMS元件和MEMS元件的制造方法。作为解决手段，在半导体衬底(10)上形成由可动电极(15)和固定电极(16a、16b)构成的结构体(18)，且在结构体(18)的周边部经层间绝缘膜(20、22)层叠布线(21)的MEMS元件(1)中，在与结构体(18)对置的层间绝缘膜(20)、壁(24、25)和层间绝缘膜(22)的表面上形成氮化硅膜(30)。
文档编号B81C1/00GK1821050SQ1000823
公开日8月23日 申请日期2月16日 优先权日2月16日
发明者稻叶正吾, 佐藤彰 申请人:精工爱普生株式会社
