JP2007134453A - マイクロマシン混載の電子回路装置、およびマイクロマシン混載の電子回路装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】マイクロマシン動作構造部7が、配線層間絶縁層9に形成されたエッチング用開口12a内に配置され、マイクロマシン動作構造部7下に、エッチングストップ層4が配置される。配線層間絶縁層9におけるエッチング用開口12aの内側壁面に、エッチング保護壁12がマイクロマシン動作構造部7と所要の間隔を保持して形成され、上記マイクロマシン動作構造部7の配置部に、その全外表面が、他部と非接触状態を保持する空洞部13が形成されて、エッチング保護壁12によって空洞部13の形成による隣接配線部への特性劣化を回避する。
【選択図】図4
Description
例えば加速度センサやマイクロミラーデバイスなど、一部のデバイスは既に商品化され、日常生活の中にも見られるようになってきた。
このような進展とともに、これまでは単機能だったMEMSを、例えばその周辺回路を構成する電子回路に組み込んでマイクロマシンと電子回路の混載装置で作りこんでシステムとしての機能を与えたり、マイクロマシン混載の電子装置を構成することで、より利便性を高めることができると考えられる。
通常この空洞部の形成は、その製造過程で、空洞部の形成部にあらかじめ犠牲層を形成しておき、この上に、上述した機械的動作がなされるマイクロマシン構造物を形成し、その後、犠牲層をエッチング除去することによって、マイクロマシン構造物が動作可能に空洞部に形成するようになされる(例えば特許文献1参照)。
一方、マイクロマシンの作製においては、上述した半導体製造技術の適用ができ、また、機械的特性にすぐれていることからポリシリコンによって構成することが望まれる。このポリシリコンによる場合、電気的特性、例えばリンドープのポリシリコンで、その抵抗の低下を図ることから比較的高温の熱処理が必要とされ。これに対して、電子回路の配線は、Alのように耐熱性の低い金属層によって構成される。このため、この配線部は、マイクロマシンの形成後に形成する。
しかしながら、この技術を上述したマイクロマシン混載の電子回路に直ちに適用することは最適な方法とは言いがたい点を有する。
すなわち、この特許文献2に記載の発明は、下地部材(例えば受光素子の受光面)を覆って形成された酸化シリコン膜を、受光面上の画定された領域に、画定的に開口を形成する手法である。この場合に、受光面の表面の反射防止膜等の表面膜に損傷を来たすことがないように、ウエットエッチングによって開口の形成を行う。このウエットエッチングは、その等方性によって、開口が広がることから、この発明では、この広がりを回避して、受光面の所定領域にエッチングがなされるように、受光面上でエッチングストッパを形成するという手法によるものである。
このような空洞部の形成は、隣接する電子回路への影響、特に配線部の層間絶縁層への影響、これに伴う配線パターンの信頼性、耐久性の低下を考慮する必要がある。
したがって、電子回路の信頼性を損なうことなく、マイクロマシンの動作が確実になされる空洞部の形成を行うことができるものである。
図1〜図4の各AおよびBは、マイクロマシン混載の電子回路装置の製造方法の一例の各製造工程の概略断面図である。
この例では、共通の基板上に、高周波共振器を構成するマイクロマシン素子(すなわち微小電気機械素子)とその周辺回路による電子回路が形成された高周波フィルタを構成するマイクロマシン混載の電子回路装置を例示したものである。
この場合、図1Aに示すように、例えばシリコン半導体より成る基板1に、電子回路を構成する回路素子2を形成する。この回路素子2は、通常の半導体集積回路の製造方法と同様の周知の方法によって形成される。図においては、回路素子として、CMOSを構成する1つのMOSのみが開示されている。
シリコン基板1の回路素子の形成部以外のフィールド部には、例えば局部的熱酸化(LOCOS:Local Oxidation of silicon)による素子分離絶縁層3が形成されている。
そして、下層絶縁層9d上のマイクロマシン素子すなわち共振器の形成部に、エッチングストップ層4と、その上に共振器の導電パターン5を形成する。
エッチングストップ層4は、例えば減圧CVDによってSiN層を全面的に形成し、フォトリソグラフィによって、不要部分をエッチング除去して形成する。
導電パターン5は、例えばりん(P)ドープのポリシリコンを、同様に全面的に形成し、フォトリソグラフィによって所要のパターンに形成する。この導電パター5は、MEMS共振器の機械的振動がなされるマイクロマシン動作構造部に対する電荷供給がなされる端子パター51および52と、入力信号線5iと出力信号線5oとが形成される。
その後、導電パターン5およびマイクロマシン動作構造部7の活性化処理を通常の不純物活性化条件で行う。この処理は、例えば窒素雰囲気中で800℃〜900℃の熱処理によって行なう。
そして図2Bに示すように、配線部8を形成する。この配線部8は、通常におけるように、例えば多層の配線層間絶縁層9の介在によって多層の配線パターン10が積層される。積層された所定の配線パターン10間が、配線層間絶縁層9に貫通して形成された貫通孔いわゆるビアホール内に形成された連結導電体10cを介して接続されて構成される。この場合、通常の半導体集積回路装置におけると同様に、その配線層間絶縁層9は、電子回路の形成部およびマイクロマシンの形成部上を含んで全面的に堆積させる。この配線層間絶縁層9は、犠牲層6とエッチング液が共通のSiO2によって構成される。
次に、図4Bに示すように、この開口12aを通じて、フッ酸によるウエットエッチング、すなわち等方性エッチングによって配線層間絶縁層9と犠牲層6とをエッチング除去して、空洞部13を形成する。
また、配線部8の外部に接続する配線パターン10上の配線層間絶縁層9にコンタクト窓18をフォトリソグラフィによるパターンエッチングによって開口する。
したがって、電子回路の信頼性を損なうことなく、マイクロマシンの動作が確実になされる空洞部の形成を行うことができるものである。
図1〜図4で示した例では、最終的にエッチング保護壁を残存させた構成とした場合であるが、最終的にエッチング保護壁が残存されない構成の電子回路装置を構成することもできる。
これら図5〜図7図を参照して本発明製造方法の他の例を説明する。
次に、この例においては、図5Bに示すように、配線部8の外部に接続する配線パターン10上の配線層間絶縁層9とパッシベーション膜19に渡ってコンタクト窓18と、最終的にマイクロマシンを構成する空洞部13の形成部上に、凹部20を形成する。
図6Bに示すように、例えばフォトレジストをスピンコートし溝11内に、低温で、溝11内を良好に埋め込むことができるフォトレジストを充填して、エチング保護壁12を形成すると共に、コンタクト窓18を覆う保護膜23を形成する。この保護膜23の凹部20上には、開口22を形成する。
その後、図7Bに示すように、エッチング保護壁12と保護膜23をその溶剤によって除去する。
したがって、本発明によれば、信頼性の高いマイクロマシン混載の電気回路装置を構成することができる。
なお、図5〜図7において、図1〜図4図に対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
Claims (6)
- 共通の基板上に、マイクロマシン素子と電子回路とが混載され、配線層間絶縁層が堆積されて成るマイクロマシン混載の電子回路装置であって、
上記マイクロマシン素子の機械的動作がなされるマイクロマシン動作構造部が、上記配線層間絶縁層に形成されたエッチング用開口内に配置され、
上記マイクロマシン動作構造部下に、エッチングストップ層が配置され、
上記配線層間絶縁層の上記エッチング用開口の内側壁面に、エッチング保護壁が上記マイクロマシン動作構造部と所要の間隔を保持して形成され、
上記マイクロマシン動作構造部の配置部に、該マイクロマシン動作構造部の機械的支持部以外の全外表面が、他部と非接触状態を保持する空洞部が形成され、上記マイクロマシン動作構造部の機械的動作が阻害されない構造とした
ことを特徴とするマイクロマシン混載の電子回路装置。 - 上記マイクロマシン動作構造部が上記空洞部による中空構造を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の電子回路装置。 - 共通の基板上に、マイクロマシン素子と電子回路とが混載され、配線層間絶縁層が堆積されて成るマイクロマシン混載の電子回路装置の製造方法であって、
上記基板の電子回路の形成部に、電子回路素子を形成する工程と、
上記基板のマイクロマシン素子の形成部に、エッチングストップ層を形成する工程と、
該エッチングストップ層上に犠牲層を形成する工程と、
該犠牲層上に、上記マイクロマシン動作構造部を有するマイクロマシン素子を形成する工程と、
配線層間絶縁層と配線パターンの形成工程と、
上記マイクロマシン素子の上記マイクロマシン素子の機械的動作がなされるマイクロマシン動作構造部を形成する工程と、
少なくとも該マイクロマシン動作構造部と少なくとも上記電子回路の形成部との間に上記マイクロマシン動作構造部と所要の距離を隔てて、上記配線層間絶縁層に溝を掘り込む工程と、
該溝内に耐エッチング材を充填してエッチング保護壁を形成する工程と、
上記配線層間絶縁層に、上記マイクロマシン動作構造部を露出する開口を形成すると共に、上記マイクロマシン動作構造部下の上記犠牲層をエッチング除去する等方性エッチング工程とを有し、
上記マイクロマシン動作構造部の配置部に、該マイクロマシン動作構造部の機械的支持部以外の全外表面が、他部と非接触状態を保持する空洞部が形成されるようにした
ことを特徴とするマイクロマシン混載の電子回路装置の製造方法。 - 共通の基板上に、マイクロマシン素子と電子回路とが混載され、配線層間絶縁層が堆積されて成るマイクロマシン混載の電子回路装置の製造方法であって、
上記基板の電子回路の形成部に、電子回路素子を形成する工程と、
上記基板のマイクロマシン素子の形成部に、エッチングストップ層を形成する工程と、
該エッチングストップ層上に犠牲層を形成する工程と、
該犠牲層上に、上記マイクロマシン動作構造部を有するマイクロマシン素子を形成する工程と、
配線層間絶縁層と配線パターンの形成工程と、
上記マイクロマシン素子の上記マイクロマシン素子の機械的動作がなされるマイクロマシン動作構造部を形成する工程と、
少なくとも該マイクロマシン動作構造部と少なくとも上記電子回路の形成部との間に上記マイクロマシン動作構造部と所要の距離を隔てて、上記配線層間絶縁層に溝を掘り込む工程と、
該溝内に耐エッチング材を充填してエッチング保護壁を形成する工程と、
上記配線層間絶縁層に、上記マイクロマシン動作構造部を露出する開口を形成すると共に、上記マイクロマシン動作構造部下の上記犠牲層をエッチング除去する等方性エッチング工程と、
その後、上記エッチング保護壁を除去する工程とを有し、
上記マイクロマシン動作構造部の配置部に、該マイクロマシン動作構造部の機械的支持部以外の全外表面が、他部と非接触状態を保持する空洞部が形成されるようにした
ことを特徴とするマイクロマシン混載の電子回路装置の製造方法。 - 上記配線層間絶縁層に上記マイクロマシン動作構造部を露出する開口を形成するエッチングにおいて、上記等方性エッチングに先立って異方性エッチングを行うことを特徴とするを請求項3または4に記載のマイクロマシン混載の電子回路装置の製造方法。
- 上記犠牲層は、酸化シリコンによって構成され、
上記エッチング保護壁は、フォトレジスト層、あるいはSiN、ポリイミド、アモルファスシリコンによって構成され、
上記犠牲層のエッチング液は、フッ酸、もしくはバッファドフッ酸を用いた
ことを特徴とする請求項3または4に記載のマイクロマシン混載の電子回路装置の製造方法。
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