JP2007222956A - Ｍｅｍｓデバイスおよびｍｅｍｓデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な工程で容易にＭＥＭＳ構造体を気密封止することを可能とするＭＥＭＳデバイスおよびＭＥＭＳデバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】固定部４ａ，４ｂと可動部７を備え半導体基板１に形成されたＭＥＭＳ構造体２０と、ＭＥＭＳ構造体２０に接続される配線１６が絶縁膜を介して積層されＭＥＭＳ構造体２０を取り囲むように形成された配線層８と、配線層８の上方からＭＥＭＳ構造体２０上方に連なり複数の開口部１３が形成されたシリコン窒化膜１０と、を有し、半導体基板１とシリコン窒化膜１０の間に空洞部１４が画定され、シリコン窒化膜１０の開口部１３が塞がれて空洞部１４の内部を気密に封止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体基板にＭＥＭＳ構造体を備えたＭＥＭＳデバイスおよびＭＥＭＳデバイスの製造方法に関する。

近年、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いて製作されたＭＥＭＳデバイスが注目されている。ＭＥＭＳデバイスは、半導体製造技術を用い微小なＭＥＭＳ構造体を半導体基板上に製作し、振動子、センサなどの用途として利用されている。このＭＥＭＳ構造体には、固定部と可動部が設けられ、可動部の振動あるいは撓みを利用してＭＥＭＳデバイスとしての特性を得ている。
可動部の振動を利用するＭＥＭＳデバイスの場合には、可動部の振動時における空気抵抗を減ずるために、ＭＥＭＳ構造体部分を減圧雰囲気にて気密封止する必要がある。また、可動部の振動を利用しない場合であっても、耐湿性などの信頼性を確保するためにＭＥＭＳ構造体部分を減圧雰囲気あるいは不活性ガス雰囲気で気密封止する必要がある。
例えば、特許文献１に示すような、ＭＥＭＳ構造体（微小機械）が形成された下部基板と、空洞部が形成された上部基板とを、Ｏリングを介して減圧雰囲気で気密封止する構造のＭＥＭＳデバイスが提案されている。

特開２００５−２９７１８０号公報

しかしながら、従来のＭＥＭＳデバイスの封止構造では、それぞれの部品の位置合わせを行う位置合わせ工程、そしてそれらを圧着する圧着工程が必要であり、製造工程が複雑であった。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、簡易な工程で容易にＭＥＭＳ構造体を気密封止することを可能とするＭＥＭＳデバイスおよびＭＥＭＳデバイスの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のＭＥＭＳデバイスは、固定部と可動部を備え半導体基板に形成されたＭＥＭＳ構造体と、前記ＭＥＭＳ構造体に接続される配線が絶縁膜を介して積層され前記ＭＥＭＳ構造体を取り囲むように形成された配線層と、前記配線層の上方から前記ＭＥＭＳ構造体上方に連なり複数の開口部が形成された耐酸性膜と、を有し、前記半導体基板と前記耐酸性膜の間に空洞部が画定され、前記耐酸性膜の開口部が塞がれて前記空洞部の内部が気密に封止されていることを特徴とする。

この構成によれば、ＭＥＭＳ構造体上方に複数の開口部が形成された耐酸性膜が形成されており、この開口部を塞ぐことで、ＭＥＭＳ構造体が配置された半導体基板と耐酸性膜の間に画定される空洞部の内部を、容易に気密封止することができる。

本発明のＭＥＭＳデバイスは、前記耐酸性膜がシリコン窒化膜であることが望ましい。

この構成によれば、シリコン窒化膜は耐酸性の膜であり、エッチング液を用いてＭＥＭＳ構造体をリリースする際に、シリコン窒化膜に形成された開口部からエッチング液を接触させてＭＥＭＳ構造体をリリースすることができる。そして、ＭＥＭＳ構造体をリリースした後も、このシリコン窒化膜がＭＥＭＳ構造体の上方に残されており、開口部を塞ぐことでＭＥＭＳ構造体の配置された空洞部を容易に気密封止することができる。

本発明のＭＥＭＳデバイスは、前記耐酸性膜がポリイミド樹脂膜であることが望ましい。

この構成によれば、ポリイミド樹脂膜は耐酸性の膜であり、エッチング液を用いてＭＥＭＳ構造体をリリースする際に、ポリイミド樹脂膜に形成された開口部からエッチング液を接触させてＭＥＭＳ構造体をリリースすることができる。そして、ＭＥＭＳ構造体をリリースした後も、このポリイミド樹脂膜がＭＥＭＳ構造体の上方に残されており、開口部を塞ぐことでＭＥＭＳ構造体の配置された空洞部を容易に気密封止することができる。

本発明のＭＥＭＳデバイスは、前記耐酸性膜に形成された複数の開口部が前記ＭＥＭＳ構造体の可動部上方を除く位置に形成されていることが望ましい。

この構成によれば、ＭＥＭＳデバイスの製造工程において、耐酸性膜に形成された複数の開口部から異物が落下してＭＥＭＳ構造体の可動部に付着することを防止することができ、特性の良好なＭＥＭＳデバイスを提供できる。

本発明のＭＥＭＳデバイスは、前記耐酸性膜の開口部に樹脂が塗布され、前記開口部が塞がれていることが望ましい。

この構成によれば、耐酸性膜に樹脂を塗布して開口部を塞ぐことでＭＥＭＳ構造体の配置された空洞部を封止することができる。このように、簡易な工程で空洞部を気密封止できる。

本発明のＭＥＭＳデバイスは、前記耐酸性膜の開口部が板状部材にて塞がれていることが望ましい。

この構成によれば、耐酸性膜の開口部を板状部材で塞ぐことでＭＥＭＳ構造体の配置された空洞部を気密封止することができる。このように、容易に空洞部を気密封止できる構造のＭＥＭＳデバイスを提供できる。

本発明のＭＥＭＳデバイスの製造方法は、固定部と可動部を備えたＭＥＭＳ構造体が半導体基板に形成されたＭＥＭＳデバイスの製造方法であって、前記半導体基板の上方に酸化膜と前記ＭＥＭＳ構造体とを備えた構造体層を形成する工程と、前記ＭＥＭＳ構造体層の上方に絶縁膜を介して配線を積層する配線層を形成する工程と、前記配線層の上方にパッシベーション膜を形成する工程と、前記パッシベーション膜の上に耐酸性膜を形成する工程と、前記ＭＥＭＳ構造体の上方に位置する前記耐酸性膜およびパッシベーション膜に複数の開口部を形成する工程と、前記開口部からエッチング液を接触させて前記配線層の絶縁膜および前記構造体層の酸化膜をエッチングして前記ＭＥＭＳ構造体をリリースし、かつ前記パッシベーション膜と前記半導体基板の間に空洞部を形成する工程と、前記開口部を塞ぎ前記空洞部の気密封止処理する工程と、を有することを特徴とする。

この製造方法によれば、エッチング液を用いてＭＥＭＳ構造体をリリースする際に、ＭＥＭＳ構造体の上方の耐酸性膜に形成された開口部からエッチング液を接触させてＭＥＭＳ構造体をリリースすることができる。そして、ＭＥＭＳ構造体をリリースした後も、この耐酸性膜がエッチングされずに、ＭＥＭＳ構造体の上方に残されており、開口部を塞ぐ気密封止処理を行うことでＭＥＭＳ構造体の配置された空洞部を気密封止することができる。このように、本発明は、容易にＭＥＭＳ構造体を気密封止することを可能とするＭＥＭＳデバイスの製造方法を提供できる。

本発明のＭＥＭＳデバイスの製造方法は、前記耐酸性膜がシリコン窒化膜であることが望ましい。

この製造方法によれば、耐酸性膜としてシリコン窒化膜を用いている。このシリコン窒化膜は耐酸性の膜であり、ＭＥＭＳ構造体をリリースする際にシリコン窒化膜がエッチング液に侵されず、エッチング後においてもＭＥＭＳ構造体の上方に残すことができる。また、シリコン窒化膜は、半導体製造工程においてパッシベーション膜としてもよく利用されており、製造工程のなかで容易に使用することができる。

本発明のＭＥＭＳデバイスの製造方法は、前記耐酸性膜がポリイミド樹脂膜であることが望ましい。

この製造方法によれば、耐酸性膜としてポリイミド樹脂膜を用いている。このポリイミド樹脂膜は耐酸性の膜であり、ＭＥＭＳ構造体をリリースする際にポリイミド樹脂膜がエッチング液に侵されず、エッチング後においてもＭＥＭＳ構造体の上方に残すことができる。また、ポリイミド樹脂膜は、半導体製造工程においてフォトエッチング方式でパターンを形成する際に利用されており、耐酸性膜としてポリイミド樹脂膜を用いれば、製造工程のなかで容易に使用することができる。

本発明のＭＥＭＳデバイスの製造方法は、前記耐酸性膜およびパッシベーション膜に複数の開口部を形成する工程に続き、前記開口部から前記配線層にまでおよぶエッチングホールを形成する工程を備えることが望ましい。

この製造方法によれば、ＭＥＭＳ構造体をリリースする際に、エッチングホールの内周からエッチング液が接触するため、早く、また、確実にＭＥＭＳ構造体をリリースエッチングすることができる。

本発明のＭＥＭＳデバイスの製造方法は、前記耐酸性膜に形成する複数の開口部を前記ＭＥＭＳ構造体の可動部上方を除く位置に形成することが望ましい。

この製造方法によれば、耐酸性膜に形成する複数の開口部がＭＥＭＳ構造体の可動部上方にないため、耐酸性膜に形成された複数の開口部から異物が落下してＭＥＭＳ構造体の可動部に付着することを防止することができ、特性の良好なＭＥＭＳデバイスを提供できる。

本発明のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、前記気密封止処理する工程が、樹脂を塗布して前記開口部を塞ぎ、前記樹脂を硬化する工程であることが望ましい。

この製造方法によれば、耐酸性膜の開口部に樹脂を塗布して開口部を塞ぎ、樹脂を硬化させることで、容易にＭＥＭＳ構造体が配置された空洞部を気密封止することができる。

本発明のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、前記気密封止処理する工程が、前記開口部を覆う板状部材を前記耐酸性膜に固着する工程であることが望ましい。

この製造方法によれば、耐酸性膜に開口部を覆う板状部材を固着することで、容易にＭＥＭＳ構造体が配置された空洞部を気密封止することができる。

本発明のＭＥＭＳデバイスの製造方法は、前記ＭＥＭＳデバイスを多数個取りする半導体ウエハレベルで、前記構造体層を形成する工程から前記気密封止処理する工程まで行ない、その後、前記ＭＥＭＳデバイスごとに個片化することが望ましい。

この製造方法によれば、半導体ウエハレベルで多数のＭＥＭＳデバイスを製造することができ、ＭＥＭＳデバイスの製造工程における生産性を向上させることができる。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。また、以下の実施形態ではＭＥＭＳデバイスとしてＭＥＭＳ振動子を例にとり説明する。
（第１の実施形態）

図１は、ＭＥＭＳ振動子の構成を示す概略図であり、図１（ａ）は模式平面図、図１（ｂ）は、同図（ａ）のＡ−Ａ断線に沿う模式断面図、図１（ｃ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ断線に沿う模式断面図である。

ＭＥＭＳ振動子６０は、半導体基板１にＭＥＭＳ構造体２０、ＭＥＭＳ構造体２０を取り囲むように形成した配線層８、配線層８の上方からＭＥＭＳ構造体２０上方に連なり開口部１３が形成された耐酸性膜としてのシリコン窒化膜１０、開口部１３を塞ぐ板状部材１５を備えている。
シリコンからなる半導体基板１上には、シリコン酸化膜２が形成され、その上にシリコン窒化膜３が形成されている。そして、シリコン窒化膜３上にＭＥＭＳ構造体２０が設けられている。ＭＥＭＳ構造体２０はポリシリコンにて形成され、固定部４ａ，４ｂおよび可動部７から構成されている。また、この固定部４ａ，４ｂおよび可動部７は電極として作用している。

固定部４ａは可動部７の両端を保持することで可動部７を空中に保持し、固定部４ａの一方は、ＭＥＭＳ構造体２０を取り囲む配線層８に延出し、配線１６に接続されている。配線層８は、配線１６がＳｉＯ₂などの絶縁膜を介して積層され、その上部に設けられた接続パッド１７に接続されている。
一方、固定部４ｂは可動部７の下方に隙間を保って位置し、配線層８に延出され、配線１６に接続されている。この配線１６はＳｉＯ₂などの絶縁膜を介して積層され、その上部に設けられた接続パッド１８に接続されている。
なお、配線層８の下にはＳｉＯ₂などの酸化膜５が形成されており、ＭＥＭＳ構造体２０をエッチングにてリリースする際の犠牲層である。

配線層８の上からＭＥＭＳ構造体２０上方に連なってパッシベーション膜９が形成され、さらにパッシベーション膜９の上に耐酸性膜としてシリコン窒化膜１０が形成されている。なお、シリコン窒化膜を用いてパッシベーション膜９を形成する場合には、パッシベーション膜９と耐酸性膜としてシリコン窒化膜１０を共通化して一層のシリコン窒化膜１０としても良い。このようにして、シリコン窒化膜１０と半導体基板１の間に、ＭＥＭＳ構造体２０を配置する空洞部１４が画定されている。
そして、パッシベーション膜９およびシリコン窒化膜１０における、ＭＥＭＳ構造体２０の上方に位置する部分には複数の開口部１３が設けられている。この開口部１３は、ＭＥＭＳ構造体２０の可動部７の上方を除く部分に形成されている。

シリコン窒化膜１０の上には、金属あるいは樹脂で形成された板状部材１５が開口部１３を塞ぐように、板状部材１５の外周を接着剤にて固着され、空洞部１４を減圧雰囲気にて気密封止されている。

このような構造のＭＥＭＳ振動子６０は、ＭＥＭＳ構造体２０の固定部４ａを介して可動部７に直流電圧が印加されると、可動部７と固定部４ｂの間に電位差が生じ、可動部７と固定部４ｂの間に静電力が働く。ここで、さらに可動部７に交流電圧が印加されると、静電力が大きくなったり小さくなったり変動し、可動電極７が固定部４ｂに近づいたり、遠ざかる方向に振動する。このとき、固定部４ｂの電極表面では、電荷の移動が生じ、固定部４ｂに電流が流れる。そして、振動が繰り返されることから、固定部４ｂから固有の共振周波数信号が出力される。

以上、本実施形態のＭＥＭＳ振動子６０の構成によれば、ＭＥＭＳ構造体２０上方に複数の開口部１３が形成されたシリコン窒化膜１０を備えており、この開口部１３を板状部材１５にて塞ぐことで、ＭＥＭＳ構造体２０が配置された半導体基板１とシリコン窒化膜１０の間に画定される空洞部１４の内部が気密封止されたＭＥＭＳ振動子６０を得ることができる。このように、簡易な構造でＭＥＭＳ構造体２０が気密封止されたＭＥＭＳ振動子６０を提供できる。
また、シリコン窒化膜１０に形成された複数の開口部１３がＭＥＭＳ構造体２０の可動部７上方を除く位置に形成されていることから、ＭＥＭＳ振動子６０の製造工程において、シリコン窒化膜１０に形成された複数の開口部１３から異物が落下してＭＥＭＳ構造体２０の可動部７に付着することを防止することができ、特性の良好なＭＥＭＳ振動子６０を提供できる。
（第２の実施形態）

次に、第１の実施形態で説明したＭＥＭＳ振動子の製造方法について説明する。
図２、図３はＭＥＭＳ振動子の製造工程を示す模式断面図である。図２、図３において、図１に示した部材と同一の部材には同符号を付している。

まず図２（ａ）に示すように、シリコンからなる半導体基板１の上に熱酸化によりシリコン酸化膜２を形成し、その上にシリコン窒化膜３を形成する。
次に、シリコン窒化膜３の上にポリシリコン膜を形成し、フォトレジストを塗布する。このフォトレジスト膜をパターニングし、図２（ｂ）に示すように、エッチングによりＭＥＭＳ構造体の固定部４ａ，４ｂを形成する。
その後、図２（ｃ）に示すように、固定部４ａ，４ｂの上からＳｉＯ₂などの酸化膜５を形成し、固定部４ａ上の酸化膜５に開口穴６を形成する。

続いて、酸化膜５の上にポリシリコン膜を形成し、フォトレジストを塗布する。このフォトレジスト膜をパターニングし、図２（ｄ）に示すように、エッチングによりＭＥＭＳ構造体の可動部７を形成する。このようにして、固定部４ａ，４ｂ、酸化膜５、可動部７を備えた構造体層を形成する。
次に、図示しないが、固定部４ａ，４ｂの上方の酸化膜５の一部に開口穴を形成して、固定部４ａ，４ｂと接続する配線を形成する。その後、図２（ｅ）に示すように、ＳｉＯ₂などの絶縁膜を介して配線を積層した配線層８を形成する。
そして、図２（ｆ）に示すように、配線層８の上にパッシベーション膜９を形成する。

次に、図３（ａ）に示すように、パッシベーション膜９の上に耐酸性膜としてのシリコン窒化膜１０を形成する。
続いて、シリコン窒化膜１０上にフォトレジスト膜１１を形成し、図３（ｂ）に示すように、このフォトレジスト膜１１をパターニングする。このパターニングは図１（ａ）に示した複数の開口部１３を形成する部分のフォトレジスト膜を除去した形状となっている。
そして、図３（ｃ）に示すように、パターニングしたフォトレジスト膜１１をマスクとして、ドライエッチングによりシリコン窒化膜１０、パッシベーション膜９、配線層８までエッチングして複数のエッチングホール１２を形成する。

続いて、フォトレジスト膜１１が形成された状態で、シリコン窒化膜１０の開口部１３及びエッチングホール１２から酸性のエッチング液を接触させて、配線層８、構造体層の酸化膜５をエッチングしてＭＥＭＳ構造体２０をリリースする。その後、フォトレジスト膜１１を除去して図３（ｄ）に示す状態となる。
このようにして、ＭＥＭＳ構造体２０の上方に複数の開口部１３を有するシリコン窒化膜１０が形成でき、また、半導体基板１とシリコン窒化膜１０の間に空洞部１４を形成できる。
ここで、耐酸性の膜であるシリコン窒化膜１０は、このＭＥＭＳ構造体２０をリリースする工程において、エッチング時間が長い場合に侵食されるおそれがあるが、時間管理をすることで大きく侵食されることを防止している。
そして、図３（ｅ）に示すように、減圧雰囲気にてシリコン窒化膜１０の開口部１３を塞ぐように金属あるいは樹脂で形成された板状部材１５を、その外周において接着することで、ＭＥＭＳ構造体２０が配置された空洞部１４を減圧雰囲気にて気密封止する。

なお、シリコン窒化膜を用いてパッシベーション膜９を形成する場合には、パッシベーション膜９と耐酸性膜としてシリコン窒化膜１０を共通化して一層のシリコン窒化膜１０としても良い。
また、本実施形態では、空洞部１４を減圧雰囲気にて気密封止を行ったが、窒素などの不活性ガス雰囲気で上記の気密封止処理を行えば、空洞部１４を不活性ガス雰囲気にて気密封止することが可能である。

以上のＭＥＭＳ振動子６０の製造方法によれば、エッチング液を用いてＭＥＭＳ構造体２０をリリースする際に、ＭＥＭＳ構造体２０の上方のシリコン窒化膜１０に形成された開口部１３からエッチング液を接触させてＭＥＭＳ構造体２０をリリースすることができる。そして、ＭＥＭＳ構造体２０をリリースした後も、このシリコン窒化膜１０がエッチングされずに、ＭＥＭＳ構造体の上方に残されており、開口部１３を塞ぐ板状部材１５を固着することでＭＥＭＳ構造体２０の配置された空洞部１４を気密封止することができる。このように、本実施形態では、簡易な工程で容易にＭＥＭＳ構造体２０を気密封止することを可能とするＭＥＭＳ振動子６０の製造方法を提供できる。

また、シリコン窒化膜１０に形成された複数の開口部１３がＭＥＭＳ構造体２０の可動部７上方を除く位置に形成されていることから、ＭＥＭＳ振動子６０の製造工程において、シリコン窒化膜１０に形成された複数の開口部１３から異物が落下してＭＥＭＳ構造体２０の可動部７に付着することを防止することができ、特性の良好なＭＥＭＳ振動子６０を提供できる。
さらにシリコン窒化膜１０から配線層８におよぶエッチングホール１２を形成したことで、エッチングホール１２の内周からエッチング液が接触するため、早く、また、確実にＭＥＭＳ構造体２０をリリースエッチングすることができる。
（変形例）

次に、第１の実施形態および第２の実施形態における、ＭＥＭＳ構造体の気密封止処理の変形例について説明する。
図４、図５は気密封止処理の変形例を示す模式断面図である。この変形例では気密封止処理を行う部分のみ異なり、他の部分については第１の実施形態および第２の実施形態と同符号を付し、説明を省略する。
図４において、シリコン窒化膜１０に形成された複数の開口部１３を覆い、上面の全面に板状部材２１が接着され、空洞部１４が気密封止されている。
図５において、シリコン窒化膜１０に形成された複数の開口部１３ごとに樹脂２２が塗布され樹脂２２を硬化させることで、空洞部１４が気密封止されている。また、図示しないが、樹脂を上面の全面に塗布・硬化させ、空洞部１４を気密封止しても良い。

上記のような変形例においても、第１の実施形態および第２の実施形態と同様な効果を享受することができる。特に、図５に示した、樹脂を塗布して空洞部１４を気密封止する場合には、シリコン窒化膜１０に形成された複数の開口部１３がＭＥＭＳ構造体２０の可動部７上方を除く位置に形成されていることから、シリコン窒化膜１０に形成された複数の開口部１３から塗布した樹脂が落下してＭＥＭＳ構造体２０の可動部７に付着することがなく、特性の良好なＭＥＭＳ振動子を提供できる。
（第３の実施形態）

次に、第３の実施形態において、耐酸性膜としてポリイミド樹脂膜を用いたＭＥＭＳ振動子の実施形態について説明する。
図６は、ＭＥＭＳ振動子の構成を示す概略図であり、図６（ａ）は模式平面図、図６（ｂ）は、同図（ａ）のＥ−Ｅ断線に沿う模式断面図である。

ＭＥＭＳ振動子７０は、半導体基板３１にＭＥＭＳ構造体５０、ＭＥＭＳ構造体５０を取り囲むように形成した配線層３８、配線層３８の上方からＭＥＭＳ構造体５０上方に連なり開口部４２が形成された耐酸性膜としてのポリイミド樹脂膜４０、開口部４２を塞ぐ樹脂膜４５を備えている。
シリコンからなる半導体基板３１上には、シリコン酸化膜３２が形成され、その上にシリコン窒化膜３３が形成されている。そして、シリコン窒化膜３３上にＭＥＭＳ構造体５０が設けられている。ＭＥＭＳ構造体５０はポリシリコンにて形成され、固定部３４ａ，３４ｂおよび可動部３７から構成されている。また、この固定部３４ａ，３４ｂおよび可動部３７は電極として作用している。

固定部３４ａは可動部３７の両端を保持することで可動部３７を空中に保持し、固定部３４ａの一方は、ＭＥＭＳ構造体５０を取り囲む配線層３８に延出され、配線４６に接続されている。配線層３８は、配線４６がＳｉＯ₂などの絶縁膜を介して積層され、その上部に設けられた接続パッド４７に接続されている。
一方、固定部３４ｂは可動部３７の下方に隙間を保って位置し、配線層３８に延出され、配線４６に接続されている。この配線４６はＳｉＯ₂などの絶縁膜を介して積層され、その上部に設けられた接続パッド４８に接続されている。
なお、配線層３８の下にはＳｉＯ₂などの酸化膜３５が形成されており、ＭＥＭＳ構造体５０をエッチングにてリリースする際の犠牲層である。

配線層３８の上からＭＥＭＳ構造体５０上方に連なってパッシベーション膜３９が形成され、さらにパッシベーション膜３９の上に耐酸性膜としてポリイミド樹脂膜４０が形成されている。このようにして、ポリイミド樹脂膜４０と半導体基板３１の間に、ＭＥＭＳ構造体５０を配置する空洞部４４が画定されている。
そして、パッシベーション膜３９およびポリイミド樹脂膜４０における、ＭＥＭＳ構造体５０の上方に位置する部分には複数の開口部４２が設けられている。
ポリイミド樹脂膜４０の上には、ポリイミドなどの樹脂が塗布されて硬化した樹脂膜４５にて開口部４２が塞がれ、空洞部４４を減圧雰囲気にて気密封止されている。

以上のように、本実施形態のＭＥＭＳ振動子７０の構成によれば、ＭＥＭＳ構造体５０上方に複数の開口部４２が形成されたポリイミド樹脂膜４０を備えており、この開口部４２を樹脂膜４５にて塞ぐことで、ＭＥＭＳ構造体５０が配置された半導体基板３１とポリイミド樹脂膜４０の間に画定される空洞部４４の内部が気密封止されたＭＥＭＳ振動子７０を得ることができる。このように、簡易な構造でＭＥＭＳ構造体５０が気密封止されたＭＥＭＳ振動子７０を提供できる。
（第４の実施形態）

次に、第３の実施形態で説明したＭＥＭＳ振動子の製造方法について説明する。
図７、図８はＭＥＭＳ振動子の製造工程を示す模式断面図である。図７、図８において、図６に示した部材と同一の部材には同符号を付している。

まず図７（ａ）に示すように、シリコンからなる半導体基板３１の上に熱酸化によりシリコン酸化膜３２を形成し、その上にシリコン窒化膜３３を形成する。
次に、シリコン窒化膜３３の上にポリシリコン膜を形成し、フォトレジストを塗布する。このフォトレジスト膜をパターニングし、図７（ｂ）に示すように、エッチングによりＭＥＭＳ構造体の固定部３４ａ，３４ｂを形成する。
その後、図７（ｃ）に示すように、固定部３４ａ，３４ｂの上からＳｉＯ₂などの酸化膜３５を形成し、固定部３４ａ上の酸化膜３５に開口穴３６を形成する。

続いて、酸化膜３５の上にポリシリコン膜を形成し、フォトレジストを塗布する。このフォトレジスト膜をパターニングし、図７（ｄ）に示すように、エッチングによりＭＥＭＳ構造体の可動部３７を形成する。このようにして、固定部３４ａ，３４ｂ、酸化膜３５、可動部３７を備えた構造体層を形成する。
次に、固定部３４ａ，３４ｂの上方の酸化膜３５の一部に開口穴を形成して、固定部３４ａ，３４ｂと接続する配線を形成する。その後、図７（ｅ）に示すように、ＳｉＯ₂などの絶縁膜を介して配線４６を積層した配線層３８を形成する。
そして、図７（ｆ）に示すように、配線層３８の上にパッシベーション膜３９を形成する。

次に、図８（ａ）に示すように、ＭＥＭＳ構造体の上方のパッシベーション膜３９に複数の開口穴４１を形成する。また、このとき同時に接続パッド４８の開口を行う。
続いて、図８（ｂ）に示すように、パッシベーション膜３９の上にポリイミド樹脂膜４０を形成する。ポリイミド樹脂膜４０は、ポリイミド樹脂がスピンコート法などにより塗布され、加熱硬化処理することで形成されている。
次に、図８（ｃ）に示すように、パッシベーション膜３９に形成した開口部４１に対応する部分のポリイミド樹脂膜４０をエッチングにて開口し開口部４２を形成する。この開口部４２は、ポリイミド樹脂膜４０からパッシベーション膜３９にまで及ぶ深さで形成されている。また、このとき同時に接続パッド４８の開口を行う。
なお、ポリイミド樹脂膜４０の形成において、感光性ポリイミド樹脂を用いて、露光・現像処理を行うことでポリイミド樹脂膜４０に開口部４２を形成しても良い。

続いて、ポリイミド樹脂膜４０をマスクとして複数の開口部４２から酸性のエッチング液を接触させて、配線層３８、構造体層の酸化膜３５をエッチングしてＭＥＭＳ構造体５０をリリースする。
このとき、接続パッド４８を侵さないように、エッチング液としてアルミ非溶解液を使用している。なお、エッチング液がアルミを侵す性質のものを使用する場合には、ＭＥＭＳ構造体５０をリリースした後、接続パッド４８を開口すれば良い。
このようにして、ＭＥＭＳ構造体５０の上方に複数の開口部４２を有するポリイミド樹脂膜４０が形成でき、また、半導体基板３１とポリイミド樹脂膜４０の間に空洞部４４を形成できる。

そして、図８（ｅ）に示すように、減圧雰囲気にてポリイミド樹脂膜４０の開口部４２を塞ぐように、樹脂を塗布して加熱硬化して樹脂膜４５を形成することでＭＥＭＳ構造体５０が配置された空洞部４４を減圧雰囲気にて気密封止する。
また、本実施形態では、空洞部４４を減圧雰囲気にて気密封止を行ったが、窒素などの不活性ガス雰囲気で上記の気密封止処理を行えば、空洞部４４を不活性ガス雰囲気にて気密封止することが可能である。

以上のＭＥＭＳ振動子の製造方法によれば、エッチング液を用いてＭＥＭＳ構造体５０をリリースする際に、ＭＥＭＳ構造体５０の上方のポリイミド樹脂膜４０に形成された開口部４２からエッチング液を接触させてＭＥＭＳ構造体５０をリリースすることができる。そして、ＭＥＭＳ構造体５０をリリースした後も、このポリイミド樹脂膜４０がエッチングされずに、ＭＥＭＳ構造体５０の上方に残されており、開口部４２を塞ぐ樹脂膜４５を形成することでＭＥＭＳ構造体５０の配置された空洞部４４を気密封止できる。このように、本実施形態では、簡易な工程で容易にＭＥＭＳ構造体５０を気密封止することを可能とする製造方法を提供できる。

また、第１の実施形態で、シリコン窒化膜１０に形成された複数の開口部１３がＭＥＭＳ構造体２０の可動部７上方を除く位置に形成したように、ポリイミド樹脂膜４０においても同様の位置に開口部を形成しても良く、同様の効果を得ることができる。
（変形例）

次に、第３の実施形態および第４の実施形態における、ＭＥＭＳ構造体の気密封止処理の変形例について説明する。
図９、図１０は気密封止処理の変形例を示す模式断面図である。この変形例では気密封止処理を行う部分のみ異なり、他の部分については第３の実施形態および第４の実施形態と同符号を付し、説明を省略する。
図９において、ポリイミド樹脂膜４０に形成された複数の開口部４２ごとに樹脂５１が塗布され樹脂５１を硬化させることで、空洞部４４が気密封止されている。
図１０において、ポリイミド樹脂膜４０に形成された複数の開口部４２を覆うように金属あるいは樹脂などの板状部材５２が、その外周にて接着され空洞部４４が気密封止されている。
このように、ポリイミド樹脂膜４０に形成された複数の開口部４２を塞ぐことで、ＭＥＭＳ構造体５０が配置された空洞部４４を容易に気密封止でき、その気密封止方法は様々な方法をとることが可能である。
上記のような変形例においても、第３の実施形態および第４の実施形態と同様な効果を享受することができる。
（第５の実施形態）

次に、半導体ウエハレベルでＭＥＭＳ振動子を製造する方法について説明する。
図１１は半導体ウエハレベルでＭＥＭＳ振動子を製造する場合の半導体ウエハを示す平面図である。
半導体ウエハ１００には、ＭＥＭＳ振動子１１０を多数個取りするように、多数の領域が設定され、それぞれの領域は、第２の実施形態または第４の実施形態で説明した半導体基板１００上に構造体層を形成する工程から気密封止処理する工程まで製造が行われる。その後、領域ごとに切断などで個片化し、ＭＥＭＳ振動子１１０を得ている。

このＭＥＭＳ振動子１１０の製造方法によれば、半導体ウエハレベルで多数のＭＥＭＳ振動子１１０を製造することができ、ＭＥＭＳ振動子１１０の製造工程における生産性を向上させることができる。

なお、本実施形態では半導体基板の材質としてシリコンを用いて説明したが、他にＧｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＳｎ、ＰｂＳ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＧａＮ、ＺｎＳｅなどを用いることができる。
また、半導体基板に回路素子を形成してＭＥＭＳ構造体を発振させる発振回路を構成し、ＭＥＭＳ振動子に発振回路を備えたＭＥＭＳデバイスとしても良い。
さらに、本実施形態ではＭＥＭＳデバイスとして、ＭＥＭＳ振動子を例にとり説明したが、他の実施として、電気スイッチなどの電子部品、加速度センサ、圧力センサ、ジャイロセンサなどの各種センサなどとして利用することが可能である。

第１の実施形態におけるＭＥＭＳ振動子の構成を示す概略図であり、（ａ）は模式平面図、（ｂ）は、同図（ａ）のＡ−Ａ断線に沿う模式断面図、（ｃ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ断線に沿う模式断面図。 第２の実施形態におけるＭＥＭＳ振動子の製造工程を示す模式断面図。 第２の実施形態におけるＭＥＭＳ振動子の製造工程を示す模式断面図。 第１の実施形態および第２の実施形態の気密封止処理の変形例を示す模式断面図。 第１の実施形態および第２の実施形態の気密封止処理の変形例を示す模式断面図。 第３の実施形態におけるＭＥＭＳ振動子の構成を示す概略図であり、（ａ）は模式平面図、（ｂ）は、同図（ａ）のＥ−Ｅ断線に沿う模式断面図。 第４の実施形態におけるＭＥＭＳ振動子の製造工程を示す模式断面図。 第４の実施形態におけるＭＥＭＳ振動子の製造工程を示す模式断面図。 第３の実施形態および第４の実施形態の気密封止処理の変形例を示す模式断面図。 第３の実施形態および第４の実施形態の気密封止処理の変形例を示す模式断面図。 第５の実施形態として半導体ウエハレベルでＭＥＭＳ振動子を製造する場合の半導体ウエハを示す平面図。

符号の説明

１…半導体基板、４ａ，４ｂ…固定部、５…酸化膜、７…可動部、８…配線層、９…パッシベーション膜、１０…耐酸性膜としてのシリコン窒化膜、１３…開口部、１４…空洞部、１５…板状部材、１６…配線、２０…ＭＥＭＳ構造体、３１…半導体基板、３４ａ，３４ｂ…固定部、３５…酸化膜、３７…可動部、３８…配線層、３９…パッシベーション膜、４０…耐酸性膜としてのポリイミド樹脂膜、４２…開口部、４４…空洞部、４５…樹脂膜、４６…配線、５０…ＭＥＭＳ構造体、６０，７０…ＭＥＭＳ振動子、１００…半導体ウエハ。

Claims (14)

1. 固定部と可動部を備え半導体基板に形成されたＭＥＭＳ構造体と、
   前記ＭＥＭＳ構造体に接続される配線が絶縁膜を介して積層され前記ＭＥＭＳ構造体を取り囲むように形成された配線層と、
   前記配線層の上方から前記ＭＥＭＳ構造体上方に連なり複数の開口部が形成された耐酸性膜と、を有し、
   前記半導体基板と前記耐酸性膜の間に空洞部が画定され、前記耐酸性膜の開口部が塞がれて前記空洞部の内部が気密に封止されていることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
2. 請求項１に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
   前記耐酸性膜がシリコン窒化膜であることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
3. 請求項１に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
   前記耐酸性膜がポリイミド樹脂膜であることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
   前記耐酸性膜に形成された複数の開口部が前記ＭＥＭＳ構造体の可動部上方を除く位置に形成されていることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
   前記耐酸性膜の開口部に樹脂が塗布され、前記開口部が塞がれていることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
6. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、
   前記耐酸性膜の開口部が板状部材にて塞がれていることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
7. 固定部と可動部を備えたＭＥＭＳ構造体が半導体基板に形成されたＭＥＭＳデバイスの製造方法であって、
   前記半導体基板の上方に酸化膜と前記ＭＥＭＳ構造体とを備えた構造体層を形成する工程と、
   前記ＭＥＭＳ構造体層の上方に絶縁膜を介して配線を積層する配線層を形成する工程と、
   前記配線層の上方にパッシベーション膜を形成する工程と、
   前記パッシベーション膜の上に耐酸性膜を形成する工程と、
   前記ＭＥＭＳ構造体の上方に位置する前記耐酸性膜およびパッシベーション膜に複数の開口部を形成する工程と、
   前記開口部からエッチング液を接触させて前記配線層の絶縁膜および前記構造体層の酸化膜をエッチングして前記ＭＥＭＳ構造体をリリースし、かつ前記パッシベーション膜と前記半導体基板の間に空洞部を形成する工程と、
   前記開口部を塞ぎ前記空洞部の気密封止処理する工程と、
   を有することを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
8. 請求項７に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
   前記耐酸性膜がシリコン窒化膜であることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
9. 請求項７に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
   前記耐酸性膜がポリイミド樹脂膜であることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
10. 請求項７乃至９のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
    前記耐酸性膜およびパッシベーション膜に複数の開口部を形成する工程に続き、前記開口部から前記配線層にまでおよぶエッチングホールを形成する工程を備えることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
11. 請求項７乃至１０のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
    前記耐酸性膜に形成する複数の開口部を前記ＭＥＭＳ構造体の可動部上方を除く位置に形成することを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
12. 請求項７乃至１１のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
    前記気密封止処理する工程が、樹脂を塗布して前記開口部を塞ぎ、前記樹脂を硬化する工程であることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
13. 請求項７乃至１１のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
    前記気密封止処理する工程が、前記開口部を覆う板状部材を前記耐酸性膜に固着する工程であることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
14. 請求項７乃至１３のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
    前記ＭＥＭＳデバイスを多数個取りする半導体ウエハレベルで、前記構造体層を形成する工程から前記気密封止処理する工程まで行ない、その後、前記ＭＥＭＳデバイスごとに個片化することを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
    

Images