JP2009071263A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＭＥＭＳ部材を備えた半導体装置において、薄型化する。
【解決手段】 絶縁膜３およびシリコン基板１の上面中央部に設けられた凹部５内には、ＭＥＭＳ部材を構成する片持ち状の可動電極９が可動可能に配置されている。凹部５の周囲における絶縁膜３の上面には空間形成膜１０の下面周辺部が接着剤等を介して固着されている。この状態では、空間形成膜１０下における凹部５内には、可動電極９の可動を許容するための空間１１が形成されている。
【選択図】 図１

Description

この発明は半導体装置およびその製造方法に関する。

従来の半導体装置には、半導体製造技術で蓄積された微細加工技術を用いることにより、圧力センサ、加速度センサ、ジャイロスコープ、インクジェットのプリンターヘッド等の微小で立体的なセンサ、アクチュエータ、電子回路等を１つのシリコン基板上に集積化したデバイスＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System：微小電気機構体）が知られている。電子回路が別のチップとされた機械要素だけのものもＭＥＭＳとされる。ＭＥＭＳ駆動用以外の集積回路が形成された半導体構成体上にＭＥＭＳを一体的に組み込んだ半導体装置も知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−２６２６９号公報

上記特許文献１に記載された半導体装置では、ベース板上の中央部に、柱状電極を有するＣＳＰ(chip size package)と呼ばれる半導体構成体が配置されている。半導体構成体上および半導体構成体の周囲におけるベース板上には絶縁層が設けられている。絶縁層上には下層配線が半導体構成体の柱状電極に接続されて設けられている。下層配線を含む絶縁層上には上層絶縁膜が設けられている。

上層絶縁膜上には上層配線が下層配線に接続されて設けられている。一部の上層配線の接続パッド部上にはＭＥＭＳを構成する部材（以下、ＭＥＭＳ部材とする）が電気的に接続されて配置されている。ＭＥＭＳ部材は、その駆動のための空間を確保するために、保護カバーで覆われている。残りの上層配線の接続パッド部上には外部接続用柱状電極が設けられている。外部接続用柱状電極の周囲にはオーバーコート膜が保護カバーを覆うように設けられている。外部接続用柱状電極上には半田ボールが設けられている。

しかしながら、上記従来の半導体装置では、半導体構成体上に絶縁層および上層絶縁膜が設けられ、上層絶縁膜上にＭＥＭＳ部材および該ＭＥＭＳ部材を覆う保護カバーを設けているので、装置全体が厚型化してしまうという問題があった。

そこで、この発明は、ＭＥＭＳ部材を駆動可能に備えていても、薄型化することができる半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明に係る半導体装置は、上面に凹部を有する半導体基板と、前記半導体基板の凹部内に設けられた微小電気機構体と、前記半導体基板の凹部上に設けられ、少なくとも前記凹部の上部を覆う保護膜とを備えていることを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明に係る半導体装置は、請求項１に記載の発明において、前記保護膜は前記半導体基板の凹部上およびその周囲における前記半導体基板上に設けられ、前記凹部の空間を形成していることを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明に係る半導体装置は、請求項２に記載の発明において、前記保護膜は、前記半導体基板の凹部の周囲における前記半導体基板上に設けられた枠状の台座上に設けられていることを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明に係る半導体装置は、請求項１に記載の発明において、前記保護膜は、その下面において前記半導体基板の凹部に対応する部分に凹部を有することを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明に係る半導体装置は、請求項４に記載の発明において、前記保護膜は前記半導体基板上の全面に設けられていることを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明に係る半導体装置は、請求項２に記載の発明において、前記保護膜を含む前記半導体基板上に絶縁膜が設けられ、前記半導体基板の凹部上における前記絶縁膜上に水分不透過膜が設けられていることを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明に係る半導体装置は、請求項６に記載の発明において、前記水分不透過膜は前記保護膜の周囲を覆う枠状の脚部を有することを特徴とするものである。
請求項８に記載の発明に係る半導体装置は、請求項６または７に記載の発明において、前記水分不透過膜は金属膜からなることを特徴とするものである。
請求項９に記載の発明に係る半導体装置は、請求項８に記載の発明において、前記金属膜は下地金属層と該下地金属層上に設けられた上部金属層との２層構造となっていることを特徴とするものである。
請求項１０に記載の発明に係る半導体装置は、請求項１に記載の発明において、前記半導体基板の上面に前記微小電気機構体を駆動する駆動回路を含む集積回路が前記微小電気機構体に接続されて設けられていることを特徴とするものである。
請求項１１に記載の発明に係る半導体装置は、請求項１０に記載の発明において、前記微小電気機構体と前記集積回路とは、前記集積回路上に形成された絶縁膜上に設けられた下層配線により接続されていることを特徴とするものである。
請求項１２に記載の発明に係る半導体装置は、請求項１１に記載の発明において、前記集積回路は、前記半導体基板の凹部の底面に対応する領域を含んで形成されていることを特徴とするものである。
請求項１３に記載の発明に係る半導体装置は、請求項１０に記載の発明において、前記微小電気機構体と前記集積回路とは、前記集積回路の内部配線によって接続されていることを特徴とするものである。
請求項１４に記載の発明に係る半導体装置は、請求項１０乃至１３に記載の発明において、前記微小電気機構体は電極を有し、前記電極は前記凹部の底面に設けられていることを特徴とするものである。
請求項１５に記載の発明に係る半導体装置は、請求項１に記載の発明において、前記保護膜を含む前記半導体基板上に絶縁膜が設けられ、前記絶縁膜上に上層配線が設けられていることを特徴とするものである。
請求項１６に記載の発明に係る半導体装置は、請求項１５に記載の発明において、前記絶縁膜上に前記上層配線と同一の材料からなる金属層が前記保護膜に対応する領域に形成されていることを特徴とするものである。
請求項１７に記載の発明に係る半導体装置は、請求項１６に記載の発明において、前記絶縁膜に前記保護膜の周囲を囲む溝が形成され、前記金属層は前記溝内に形成された脚部を有することを特徴とするものである。
請求項１８に記載の発明に係る半導体装置は、請求項１５に記載の発明において、前記上層配線の接続パッド部上に柱状電極が設けられていることを特徴とするものである。
請求項１９に記載の発明に係る半導体装置は、請求項１８に記載の発明において、前記柱状電極の周囲に封止膜が設けられていることを特徴とするものである。
請求項２０に記載の発明に係る半導体装置は、請求項１９に記載の発明において、前記柱状電極上に半田ボールが設けられていることを特徴とするものである。
請求項２１に記載の発明に係る半導体装置は、請求項１５に記載の発明において、前記上層配線の接続パッド部以外を覆うオーバーコート膜を有することを特徴とするものである。
請求項２２に記載の発明に係る半導体装置は、請求項２１に記載の発明において、前記上層配線の接続パッド部上に半田ボールが設けられていることを特徴とするものである。
請求項２３に記載の発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板の上面に凹部を形成する工程と、前記半導体基板の凹部内に微小電気機構体を形成する工程と、前記半導体基板の凹部上に、少なくとも前記半導体基板の凹部内を密閉空間とするための保護膜を形成する工程と、を有することを特徴とするものである。
請求項２４に記載の発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項２３に記載の発明において、前記保護膜は前記半導体基板の凹部上およびその周囲における前記半導体基板上に形成することを特徴とするものである。
請求項２５に記載の発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項２４に記載の発明において、前記保護膜を形成する工程は、前記半導体基板の凹部の周囲における前記半導体基板上に枠状の台座を形成し、前記台座上に前記保護膜を形成する工程を含むことを特徴とするものである。
請求項２６に記載の発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項２３に記載の発明において、前記保護膜を形成する工程は、前記半導体基板上の全面に前記保護膜を形成し、前記保護膜の下面において前記半導体基板の凹部に対応する部分に凹部を形成する工程を含むことを特徴とするものである。
請求項２７に記載の発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項２４に記載の発明において、前記保護膜を含む前記半導体基板上に絶縁膜を形成し、前記半導体基板の凹部上における前記絶縁膜上に水分不透過膜を形成する工程を有することを特徴とするものである。
請求項２８に記載の発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項２７に記載の発明において、前記水分不透過膜を形成する工程は、前記保護膜の周囲における前記絶縁膜に形成された枠状の溝内にその一部からなる脚部を形成する工程を含むことを特徴とするものである。
請求項２９に記載の発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項２７または２８に記載の発明において、前記水分不透過膜は、下地金属層と該下地金属層上に形成された上部金属層との２層構造として形成することを特徴とするものである。
請求項３０に記載の発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項２３に記載の発明において、前記半導体基板の凹部内を含む前記半導体基板上に下層配線を前記微小電気機構体に接続させて形成する工程を有することを特徴とするものである。
請求項３１に記載の発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項３０に記載の発明において、前記半導体基板の上面に集積回路および該集積回路に接続された複数の接続パッドが設けられ、前記下層配線は前記接続パッドに接続させて形成することを特徴とするものである。
請求項３２に記載の発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項２３に記載の発明において、前記半導体基板の凹部の底面を含む前記半導体基板の上面に微小電気機構体ドライバ集積回路を含む集積回路および該集積回路に接続された複数の接続パッドが設けられ、前記微小電気機構体は前記微小電気機構体ドライバ集積回路に接続させて形成することを特徴とするものである。
請求項３３に記載の発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項３１または３２に記載の発明において、前記保護膜を含む前記半導体基板上に絶縁膜を形成し、前記絶縁膜上に上層配線を前記接続パッドに接続させて形成する工程を有することを特徴とするものである。
請求項３４に記載の発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項３３に記載の発明において、前記上層配線の接続パッド部上に柱状電極を形成する工程を有することを特徴とするものである。
請求項３５に記載の発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項３４に記載の発明において、前記柱状電極の周囲に封止膜を形成する工程を有することを特徴とするものである。
請求項３６に記載の発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項３５に記載の発明において、前記柱状電極上に半田ボールを形成する工程を有することを特徴とするものである。
請求項３７に記載の発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項３３に記載の発明において、前記上層配線の接続パッド部以外を覆うオーバーコート膜を形成する工程を有することを特徴とするものである。
請求項３８に記載の発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項３７に記載の発明において、前記上層配線の接続パッド部上に半田ボールを形成する工程を有することを特徴とするものである。

この発明によれば、半導体基板の上面に設けられた凹部内に微小電気機構体（ＭＥＭＳ部材）を設けているので、ＭＥＭＳ部材を駆動可能に備えていても、薄型化することができる。

（第１実施形態）
図１はこの発明の第１実施形態としての半導体装置の断面図を示す。この半導体装置は、一般的にはＣＳＰと呼ばれるものであり、平面方形状のシリコン基板（半導体基板）１を備えている。シリコン基板１の上面には所定の機能の集積回路（図示せず）が設けられ、上面周辺部にはアルミニウム系金属等からなる複数の接続パッド２が集積回路に接続されて設けられている。

接続パッド２の中央部を除くシリコン基板１の上面には酸化シリコン等からなる絶縁膜３が設けられ、接続パッド２の中央部は絶縁膜３に設けられた開口部４を介して露出されている。ここで、シリコン基板１の上面中央部には集積回路は設けられていない。そして、絶縁膜３およびシリコン基板１の上面中央部には凹部５が設けられている。

凹部５内を含む絶縁膜３の上面にはアルミニウム系金属等からなる複数の下層配線６ａ、６ｂ、６ｃが設けられている。この場合、下層配線６ａは、絶縁膜３の開口部４を介して接続パッド２に接続された接続パッド部のみからなっている。下層配線６ｂ、６ｃの一端部は絶縁膜３の開口部４を介して接続パッド２に接続され、また、図示はしないが下層配線６ｃの一端部も絶縁膜３の開口部４を介して接続パッド２に接続されている。下層配線６ｂ、６ｃの他端部は凹部５の底面に設けられている。

この場合、下層配線６ｂの凹部５の底面に設けられ部分は下部電極(電極)７となっている。下層配線６ｃの凹部５の底面に設けられた部分は接続パッド部(電極)８となっている。接続パッド部８の上面中央部にはアルミニウム系金属等からなる片持ち状で可動可能な可動電極９の支柱部が設けられている。そして、可動電極９およびその下側に設けられた接続パッド部８および下部電極７により、ＭＥＭＳ（微小電気機構体）部材２０が構成されている。

凹部５の周囲における下層配線６ｂ、６ｃを含む絶縁膜３の上面にはガラス、シリコン、樹脂等の絶縁性材料からなるシート状の空間形成膜（保護膜）１０の下面周辺部が接着剤（図示せず）等を介して固着されている。この状態では、空間形成膜１０下における凹部５内には、可動電極９の可動を許容するための密閉された空間１１が形成されている。すなわち、ＭＥＭＳ部材２０は、上部にケース部材を有しておらず、空間形成膜１０が凹部５の上部を覆って空間１１を形成すると共に、ＭＥＭＳ部材２０の上部ケースを兼ねている。この場合、図示はしないが、ＭＥＭＳ部材２０に上部ケースを設けるようにしてもよい。

下層配線６ａ、６ｂ、６ｃおよび空間形成膜１０を含む絶縁膜３の上面にはポリイミド系樹脂等からなる保護樹脂膜（絶縁膜）１２が設けられている。絶縁膜３の開口部４に対応する部分における保護樹脂膜１２には開口部１３が設けられている。

保護樹脂膜１２の上面には上層配線１４が設けられている。上層配線１４は、保護樹脂膜１２の上面に設けられた銅等からなる下地金属層１５と、下地金属層１５の上面に設けられた銅からなる上部金属層１６との２層構造となっている。上層配線１４の一端部は、保護樹脂膜１２の開口部１３を介して下層配線６ａ、６ｂ、６ｃの接続パッド部に接続されている。

上層配線１４の接続パッド部上面には銅からなる柱状電極１７が設けられている。ここで、上層配線１４の接続パッド部の一部およびその上面に設けられた柱状電極１７は、空間形成膜１０上における保護樹脂膜１２上に配置されている。上層配線１４を含む保護樹脂膜１２の上面にはエポキシ系樹脂等からなる封止膜１８がその上面が柱状電極１７の上面と面一となるように設けられている。柱状電極１７の上面には半田ボール１９が設けられている。

以上のように、この半導体装置では、絶縁膜３およびシリコン基板１の上面中央部に設けられた凹部５内にＭＥＭＳ部材を構成する可動電極９を可動可能に配置し、凹部５上に設けられた空間形成膜１０で可動電極９を覆っているので、可動電極９を可動（駆動）可能に備えていても、薄型化することができる。

次に、この半導体装置の製造方法の一例について説明する。まず、図２に示すように、ウエハ状態のシリコン基板（以下、半導体ウエハ２１という）上にアルミニウム系金属等からなる接続パッド２および酸化シリコン等からなる絶縁膜３が設けられ、接続パッド２の中央部が絶縁膜３に形成された開口部４を介して露出されたものを準備する。

この場合、半導体ウエハ２１の上面において各半導体装置が形成される領域には所定の機能の集積回路（図示せず）が形成され、接続パッド２はそれぞれ対応する領域に形成された集積回路に電気的に接続されている。なお、図２において、符号２２で示す領域はダイシングラインに対応する領域である。

次に、図３に示すように、絶縁膜３および半導体ウエハ２１の上面の所定の箇所に、レーザビームを照射するレーザ加工あるいはフォトリソグラフィ法により、凹部５を形成する。次に、図４に示すように、凹部５内を含む絶縁膜３の上面に、スパッタ法等により成膜されたアルミニウム系金属等からなる金属膜をフォトリソグラフィ法によりパターニングすることにより、下層配線６ａ、６ｂ、６ｃを形成する。

この場合、下層配線６ａは、絶縁膜３の開口部４を介して接続パッド２に接続された接続パッド部のみからなっている。下層配線６ｂ、６ｃの一端部は絶縁膜３の開口部４を介して接続パッド２に接続されている。下層配線６ｂの他端部は凹部５の底面に形成された下部電極７となっている。下層配線６ｃの他端部は凹部５の底面に形成された接続パッド部８となっている。

次に、図５に示すように、下層配線６ａ、６ｂ、６ｃを含む凹部５内および絶縁膜３の上面に、ブラズマＣＶＤ法等により、絶縁膜３と異なる材料、例えば窒化シリコンからなる犠牲層２３を形成する。次に、接続パッド部８の上面中央部に対応する部分における犠牲層２３に、レーザビームを照射するレーザ加工あるいはフォトリソグラフィ法により、開口部２４を形成する。

次に、凹部５内における犠牲層２３の上面に、スパッタ法等により成膜されたアルミニウム系金属等からなる金属膜をフォトリソグラフィ法によりパターニングすることにより、可動電極９を形成する。この状態では、可動電極９の支柱部は、犠牲層２３の開口部２４を介して接続パッド部８の上面中央部に接続されている。次に、犠牲層２３をエッチングして除去すると、図６に示すようになる。この状態では、可動電極９は、片持ち状で可動可能となっている。

次に、図７に示すように、凹部５の周囲における下層配線６ｂ、６ｃを含む絶縁膜３の上面にガラス、シリコン、樹脂等の絶縁性材料からなるシート状の空間形成膜１０の下面周辺部を接着剤（図示せず）等を介して固着する。この状態では、空間形成膜１０下における凹部５内には、可動電極９の可動を許容するための密閉された空間１１が形成されている。

次に、図８に示すように、下層配線６ａ、６ｂ、６ｃおよび空間形成膜１０を含む絶縁膜３の上面に、スクリーン印刷法やスピンコート法等により、ポリイミド系樹脂等からなる保護樹脂膜１２を形成する。次に、絶縁膜３の開口部４に対応する部分における保護樹脂膜１２に、レーザビームを照射するレーザ加工あるいはフォトリソグラフィ法により、開口部１３を形成する。

次に、図９に示すように、保護樹脂膜１２の開口部１３を介して露出された下層配線６ａ、６ｂ、６ｃの接続パッド部上面を含む保護樹脂膜１２の上面全体に下地金属層１５を形成する。この場合、下地金属層１５は、無電解メッキにより形成された銅層のみであってもよく、またスパッタにより形成された銅層のみであってもよく、さらにスパッタにより形成されたチタン等の薄膜層上にスパッタにより銅層を形成したものであってもよい。

次に、下地金属層１５の上面にメッキレジスト膜２５をパターン形成する。この場合、上部金属層１６形成領域に対応する部分におけるメッキレジスト膜２５には開口部２６が形成されている。次に、下地金属層１５をメッキ電流路とした銅の電解メッキを行なうことにより、メッキレジスト膜２５の開口部２６内の下地金属層１５の上面に上部金属層１６を形成する。次に、メッキレジスト膜２５を剥離する。

次に、図１０に示すように、上部金属層１６を含む下地金属層１５の上面にメッキレジスト膜２７をパターン形成する。この場合、上部金属層１６の接続パッド部つまり柱状電極１７形成領域に対応する部分におけるレジスト膜２７には開口部２８が形成されている。次に、下地金属層１５をメッキ電流路とした銅の電解メッキを行うことにより、メッキレジスト膜２７の開口部２８内の上部金属層１６の接続パッド部上面に柱状電極１７を形成する。

次に、メッキレジスト膜２７を剥離し、次いで、上部金属層１６をマスクとして下地金属層１５の不要な部分をエッチングして除去すると、図１１に示すように、上部金属層１６下にのみ下地金属層１５が残存される。この状態では、上部金属層１６およびその下に残存された下地金属層１４により、２層構造の上層配線１４が形成されている。

次に、図１２に示すように、上層配線１４および柱状電極１７を含む保護樹脂膜１２の上面に、スクリーン印刷法やスピンコート法等により、エポキシ系樹脂等からなる封止膜１８をその厚さが柱状電極１７の高さよりもやや厚くなるように形成する。したがって、この状態では、柱状電極１７の上面は封止膜１８によって覆われている。

次に、封止膜１８の上面側を適宜に研磨して除去することにより、図１３に示すように、柱状電極１７の上面を露出させるとともに、この露出された柱状電極１７の上面を含む封止膜１８の上面を平坦化する。次に、図１４に示すように、柱状電極１７の上面に半田ボール１９を形成する。次に、図１５に示すように、ダイシングライン２２に沿って、封止膜１８、保護樹脂膜１２、絶縁膜３および半導体ウエハ２１をダイシングすると、図１に示す半導体装置が複数個得られる。

ところで、このようにして得られた半導体装置では、空間形成膜１０を樹脂等の耐湿性が比較的悪い材料によって形成した場合には、雰囲気中の湿気が封止膜１８、保護樹脂膜１２および空間形成膜１０を介して空間１１内に侵入し、可動電極９等の電気的特性が低下したり、可動電極９等が腐食したりするおそれがある。そこで、次に、空間１１の耐湿性を向上することができる実施形態について説明する。

（第２実施形態）
図１６はこの発明の第２実施形態としての半導体装置の断面図を示す。この半導体装置において、図１に示す半導体装置と異なる点は、凹部５の周囲における下層配線６ｂ、６ｃを含む絶縁膜３の上面に感光性ポリイミド系樹脂等からなるシート状の空間形成膜３１の下面周辺部を固着し、凹部５上における保護樹脂膜１２の上面に金属保護膜（水分不透過膜）３２を設けた点である。この場合、金属保護膜３２は、配線１４と同様に、保護樹脂膜１２の上面に設けられた銅等からなる下地金属層３３と、下地金属層３３の上面に設けられた銅からなる上部金属層３４との２層構造となっている。

このように、この半導体装置では、凹部５上における保護樹脂膜１２の上面に金属保護膜３２を設けているので、この金属保護膜３２によって雰囲気中の湿気が空間１１内に侵入するのを防止することができる。この場合、凹部５の周囲における下層配線６ｂ、６ｃを含む絶縁膜３の上面に金属保護膜３２を設けていないのは、下層配線６ｂ、６ｃが金属保護膜３２を介してショートするのを回避するためである。

次に、この半導体装置の製造方法の一例について簡単に説明する。この場合、図６に示す工程後に、図１７に示すように、下層配線６ａ、６ｂ、６ｃを含む絶縁膜３の上面に感光性ポリイミド系樹脂等からなる空間形成膜形成用シート３１ａを真空装置（図示せず）内でラミネートする。この状態では、凹部５内は真空状態となっている。後述する如く、本実施形態においては、感光性ポリイミド系樹脂等からなる空間形成膜形成用シート３１ａは、そのまま、ＭＥＭＳ部材２０の保護部材として残存するものであり、この目的のために、空間形成膜形成用シート３１ａの材料として、例えば、東京応化株式会社のＭＥＭＳ用永久フォトレジストＴＭＭＲシリーズを適用することができる。

次に、空間形成膜形成用シート３１ａを所定の露光マスク（図示せず）を用いて露光し、次いで現像すると、図１６に示す空間形成膜３１が形成される。次に、図示していないが、下層配線６ａ、６ｂ、６ｃおよび空間形成膜３１を含む絶縁膜３の上面に保護樹脂膜１２を形成する。そして、配線１４の形成と同時に、金属保護膜３２を形成する。すなわち、図示はしないが、保護樹脂膜１２の上面全体に下地金属層を形成し、下地金属層の上面にメッキレジスト膜をパターン形成する。この場合、メッキレジスト膜は、上部金属層３４を形成するパターンを含むように形成する。そして、電解メッキを行なうことにより、上部金属層１６と共に上部金属層３４を形成する。この後、メッキレジスト膜を剥離し、エッチングにより下地金属層を除去することにより、下地金属層１５と共に下地金属層３３を形成する。以下、上記第１実施形態の場合と同様の工程を経ると、図１６に示す半導体装置が複数個得られる。

ところで、図１６に示す半導体装置では、凹部５上における保護樹脂膜１２の上面に金属保護膜３２を設けているだけであるので、金属保護膜３２の周囲における保護樹脂膜１２および空間形成膜３１を介して雰囲気中の湿気が空間１１内に侵入するおそれがある。そこで、次に、空間１１の耐湿性をより一層向上することができる実施形態について説明する。

（第３実施形態）
図１８はこの発明の第３実施形態としての半導体装置の断面図を示す。この半導体装置において、図１６に示す半導体装置と異なる点は、空間形成膜３１の周囲における保護樹脂膜１２に平面ほぼ円形または方形の枠状の溝３５を設け、この溝３５内に金属保護膜３２のうちの少なくとも下地金属層３３からなる脚部３２ａを設けた点である。この場合、脚部３２ａは、空間形成膜３１のほぼ全周囲を囲むように形成されているが、下層配線６ｂ、６ｃと交差する部分では、下層配線６ｂまたは６ｃの少なくとも一方に達しない長さに形成され、下層配線６ｂ、６ｃが金属保護膜３２の脚部３２ａを介してショートされないようになっている。

このように、この半導体装置では、空間形成膜３１の周囲における保護樹脂膜１２に平面ほぼ円形または方形の枠状の溝３５を設け、この溝３５内に金属保護膜３２のうちの少なくとも下地金属層３３からなる脚部３２ａを設けているので、金属保護膜３２によって雰囲気中の湿気が空間１１内に侵入するのをより一層防止することができる。

次に、この半導体装置の製造方法の一例について簡単に説明すると、図８に示すような工程において、保護樹脂膜１２に開口部１３を形成するとき、同時に溝３５を形成し、図１０に示すような工程において、下地金属層１５を形成するとき、この下地金属層１５を溝３５内にも形成するようにすればよい。

ところで、例えば、図１６に示す半導体装置において、何らかの理由により、可動電極９の上面の高さ位置が絶縁膜３の上面と同じかそれよりも高くなる場合には、空間形成膜３１の下面が可動電極９の上面に当接し、可動電極９が可動できなくなってしまう。そこで、次に、そのような場合でも可動電極９を可動可能とすることができる実施形態について説明する。

（第４実施形態）
図１９はこの発明の第４実施形態としての半導体装置の断面図を示す。この半導体装置において、図１６に示す半導体装置と異なる点は、凹部５の周囲における下層配線６ｂ、６ｃを含む絶縁膜３の上面に感光性ポリイミド系樹脂等からなる方形枠状の台座３６を設け、台座３６の上面に感光性ポリイミド系樹脂等からなる空間形成膜３１を設けた点である。

このように、この半導体装置では、凹部５の周囲における下層配線６ｂ、６ｃを含む絶縁膜３の上面に平面ほぼ円形または方形の枠状の台座３６を設け、台座３６の上面に空間形成膜３１を設けているので、台座３６の厚さの分だけ空間１１の高さを高くすることができる。したがって、可動電極９の上面の高さ位置が絶縁膜３の上面と同じかそれよりも高くなっても、可動電極９を可動可能とすることができる。

次に、この半導体装置の製造方法の一例について簡単に説明する。この場合、図６に示す工程後に、図示していないが、感光性ポリイミド系樹脂等からなる台座形成用シートを真空装置内でラミネートし、次いで露光、現像を行なうと、台座３６が形成される。次に、感光性ポリイミド系樹脂等からなる空間形成膜形成用シートを真空装置内でラミネートし、次いで露光、現像を行なうと、空間形成膜３１が形成される。以下、上記第１実施形態の場合と同様の工程を経ると、図１９に示す半導体装置が複数個得られる。

（第５実施形態）
次に、可動電極９の上面の高さ位置が絶縁膜３の上面と同じかそれよりも高くなっても、可動電極９を可動可能とすることができる他の実施形態について説明する。図２０はこの発明の第５実施形態としての半導体装置の断面図を示す。この半導体装置において、図１９に示す半導体装置と大きく異なる点は、台座３６および空間形成膜３１を省略し、その代わりに、絶縁膜３上に、凹部５およびその周囲に対応する部分における下面に凹部４２を有する空間形成膜４１を設けた点である。

すなわち、下層配線６ａ、６ｂ、６ｃを含む絶縁膜３の上面には酸化シリコン等からなる空間形成膜４１が設けられている。この場合、凹部５およびその周囲に対応する部分における空間形成膜４１の下面には凹部４２が設けられている。また、凹部５の周囲における凹部４２の所定の箇所に対応する部分における空間形成膜４１には貫通孔４３が設けられている。

空間形成膜４１の上面には酸化シリコン等からなる下層保護膜４４が設けられている。この場合、下層保護膜４４は、空間形成膜４１の貫通孔４３内およびその下側の凹部４２内にも設けられている。下層保護膜４４の上面には保護樹脂膜１２が設けられている。保護樹脂膜１２の上面に設けられた２層構造の配線１４は、保護樹脂膜１２、下層保護膜４４および空間形成膜４１に設けられた開口部１３を介して下層配線６ａ、６ｂ、６ｃの接続パッド部に接続されている。

以上のように、この半導体装置では、絶縁膜３上に、凹部５およびその周囲に対応する部分における下面に凹部４２を有する空間形成膜４１を設けているので、空間形成膜４１の凹部４２の高さの分だけ空間１１の高さを実質的に高くすることができる。したがって、可動電極９の上面の高さ位置が絶縁膜３の上面と同じかそれよりも高くなっても、可動電極９を可動可能とすることができる。

次に、この半導体装置の製造方法の一例について説明する。この場合、図６に示すような工程後に、図２１に示すように、可動電極９の周囲における凹部５内、可動電極９の上面および下層配線６ａ、６ｂ、６ｃを含む絶縁膜３の上面に、プラズマＣＶＤ法等により、絶縁膜３と異なる材料、例えば窒化シリコンからなる犠牲層形成用層５１ａを形成する。次に、犠牲層形成用層５１ａをフォトリソグラフィ法によりパターニングすることにより、図２２に示すように、可動電極９の周囲における凹部５内、可動電極９の上面および凹部５の周囲における下層配線６ｂ、６ｃを含む絶縁膜３の上面に犠牲層５１を形成する。

次に、図２３に示すように、下層配線６ａ、６ｂ、６ｃおよび犠牲層５１を含む絶縁膜３の上面に、プラズマＣＶＤ法等により、酸化シリコンからなる空間形成膜４１を形成する。次に、犠牲層５１の所定の箇所に対応する部分における空間形成膜４１に、フォトリソグラフィ法により、貫通孔４３を形成する。次に、空間形成膜４１の貫通孔４３を介して犠牲層５１をエッチングすると、図２４に示すように、凹部５およびその周囲に対応する部分における空間形成膜４１の下面に凹部４２が形成される。

次に、図２５に示すように、空間形成膜４１の上面に、プラズマＣＶＤ法等により、酸化シリコン等からなる下層保護膜を形成する。この状態では、下層保護膜４４は、空間形成膜４１の貫通孔４３内およびその下側の凹部４２内にも形成されている。次に、下層保護膜４４の上面に、スクリーン印刷法やスピンコート法等により、ポリイミド系樹脂等からなる保護樹脂膜１２を形成する。

次に、図２６に示すように、下層配線６ａ、６ｂ、６ｃの接続パッド部に対応する部分における保護樹脂膜１２、下層保護膜４４および空間形成膜４１に、レーザビームを照射するレーザ加工あるいはフォトリソグラフィ法により、開口部１３を連続して形成する。以下、上記第１実施形態の場合と同様の工程を経ると、図２０に示す半導体装置が複数個得られる。

第５実施形態において、下層保護膜４４と保護樹脂膜１２を１層の絶縁膜とすることが可能である。その場合、犠牲層５１をエッチングするために空間形成膜４１に設けた貫通孔４３から絶縁膜が空間１１内に侵入しないように、貫通孔４３内を充填材で充填しておくか、レーザ等により貫通孔４３を潰しておく必要がある。

（第６実施形態）
図２７はこの発明の第６実施形態としての半導体装置の断面図を示す。この半導体装置は、ＭＥＭＳ駆動用の集積回路５２から直接ＭＥＭＳ部材５に接続するようにしたものである。すなわち、図１６に示す半導体装置と大きく異なる点は、下層配線６ｂ、６ｃは、ＭＥＭＳ駆動用の集積回路５２の内部配線となっており、下層配線６ｂ、６ｃ上に酸化シリコン等からなる絶縁膜３が設けられている。また、下層配線６ａは省略されている。

すなわち、ＭＥＭＳ駆動用の集積回路５２の内部配線である下層配線６ｂにより下部電極７と接続パッド２が接続されている。また、ＭＥＭＳ駆動用の集積回路５２の内部配線である下層配線６ｃにより接続パッド部８と接続パッド２が接続されている。また、上層配線１４の一端部は、保護樹脂膜１２および絶縁膜３の開口部１３、４を介して接続パッド２に接続されている。

次に、この半導体装置の製造方法の一例について簡単に説明する。まず、図示していないが、上面にＭＥＭＳ駆動回路を含む集積回路５２が形成された半導体ウエハを準備する。次に、半導体ウエハの上面の所定の箇所に凹部５を形成する。次に、凹部５内を含む半導体ウエハの上面にアルミニウム系金属等からなる接続パッド２、下部電極７と共に接続パッド２および下部電極７に接続された下層配線６ｂ、および接続パッド２、接続パッド部８と共に接続パッド２および接続パッド部８に接続された下層配線６ｃを形成する。次に、凹部５を除く半導体ウエハ上に、開口部４を有する絶縁膜３を形成する。以下、上記第２実施形態の場合と同様の工程を経ると、図２７に示す半導体装置が複数個得られる。

（第７実施形態）
図２８はこの発明の第７実施形態としての半導体装置の断面図を示す。この実施形態においても、ＭＥＭＳ駆動用の集積回路５２から直接ＭＥＭＳ部材５に接続するようにしたものであるが、図２７に示す半導体装置と異なる点は、空間形成膜３１の周囲における保護樹脂膜１２に平面ほぼ円形または方形枠状の溝３５を設け、この溝３５内に金属保護膜３２のうちの少なくとも下地金属層３３からなる脚部３２ａを設けた点である。この場合、保護樹脂膜１２は金属保護膜３２の脚部３２ａによって完全に覆われているため、空間１１の耐湿性をより一層向上することができる。このようにしても、下層配線６ｂ、６ｃは、絶縁膜３下に設けられているため、金属保護膜３２の脚部３２ａを介してショートすることはない。

（第８実施形態）
図２９はこの発明の第８実施形態としての半導体装置の断面図を示す。この実施形態においても、ＭＥＭＳ駆動用の集積回路５２から直接ＭＥＭＳ部材５に接続するようにしたものであるが、図２７に示す半導体装置と大きく異なる点は、金属保護膜３２を省略し、空間形成膜３１をガラスや金属等の水分不透過材料によって形成した点である。この場合、空間形成膜３１は凹部５の周囲における絶縁膜３の上面に接着剤（図示せず）等を介して固着されている。また、上層配線１４の接続パッド部の一部およびその上面に設けられた柱状電極１７は、空間形成膜３２上における保護樹脂膜１２上に配置されている。

（第９実施形態）
図３０はこの発明の第９実施形態としての半導体装置の断面図を示す。この実施形態においても、ＭＥＭＳ駆動用の集積回路５２から直接ＭＥＭＳ部材５に接続するようにしたものであるが、第６乃至第８実施形態と異なり、下層配線６ｂおよび６ｃは、接続パッド２、接続パッド部８および下部電極７と同一面に形成されていない。すなわち、シリコン基板１の凹部５の底面には、下部電極７および接続パッド部８のみが設けられている。また、シリコン基板１の凹部５の底面に対応する領域も含めてシリコン基板１の上面にはＭＥＭＳ駆動用の集積回路５３が設けられている。そして、この実施形態においては、下部電極７および接続パッド部８はＭＥＭＳ駆動用の集積回路５３の内部配線に接続されている。この場合、下部電極７または接続パッド部８に接続された集積回路５３の内部配線は、適宜、接続パッド２に接続されている。

次に、この半導体装置の製造方法の一例について簡単に説明する。まず、図示していないが、上面に集積回路が形成されていない単なる半導体ウエハを準備する。次に、半導体ウエハの上面の所定の箇所に凹部５を形成する。次に、凹部５の底面を含む半導体ウエハの上面にＭＥＭＳ駆動用を含む所定の機能が形成された集積回路５３を形成する。集積回路５３には図示はしないが、下部電極７および接続パッド部８に接続される端子を有する内部配線が形成されている。次に、凹部５の底面を含む半導体ウエハの上面にフィールド絶縁膜を形成し、フィールド酸化膜の下部電極７、接続パッド部８に接続される端子に対応する領域にスルーホールを形成する。また、内部配線の接続パッド２に対応する領域は露出させておく。

次に、フィールド絶縁膜を含む上面全体にアルミニウム系金属等からなる金属膜を成膜する。この金属膜は、フィールド酸化膜に形成されたスルーホールを介して集積回路５３の端子および接続パッド２が形成される領域の内部配線に密着する。次に、金属膜をフォトリソグラフィ法によりパターニングし、接続パッド２を集積回路５３に接続させて形成するとともに、下部電極７および接続パッド部８を集積回路５３に接続させて形成する。次に、凹部５を除く半導体ウエハ上に、開口部４を有する絶縁膜３を形成する。以下、上記第２実施形態の場合と同様の工程を経ると、図３０に示す半導体装置が複数個得られる。

（第１０実施形態）
上記各実施形態では、例えば、図１に示すように、柱状電極１７を有する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図３１に示すこの発明の第１０実施形態のように、上層配線１４を含む保護樹脂膜１２の上面にソルダーレジスト等からなるオーバーコート膜６１を形成し、オーバーコート膜６１に形成された開口部６２を介して露出された上層配線１４の接続パッド部上に半田ボール１９を形成するようにしてもよい。

この発明の第１実施形態としての半導体装置の断面図。 図１に示す半導体装置の製造方法の一例において、当初準備したものの断面図。 図２に続く工程の断面図。 図３に続く工程の断面図。 図４に続く工程の断面図。 図５に続く工程の断面図。 図６に続く工程の断面図。 図７に続く工程の断面図。 図８に続く工程の断面図。 図９に続く工程の断面図。 図１０に続く工程の断面図。 図１１に続く工程の断面図。 図１２に続く工程の断面図。 図１３に続く工程の断面図。 図１４に続く工程の断面図。 この発明の第２実施形態としての半導体装置の断面図。 図１６に示す半導体装置の製造方法を説明するための所定の工程の断面図。 この発明の第３実施形態としての半導体装置の断面図。 この発明の第４実施形態としての半導体装置の断面図。 この発明の第５実施形態としての半導体装置の断面図。 図２０に示す半導体装置の製造方法の一例において、所定の工程の断面図。 図２１に続く工程の断面図。 図２２に続く工程の断面図。 図２３に続く工程の断面図。 図２４に続く工程の断面図。 図２５に続く工程の断面図。 この発明の第６実施形態としての半導体装置の断面図。 この発明の第７実施形態としての半導体装置の断面図。 この発明の第８実施形態としての半導体装置の断面図。 この発明の第９実施形態としての半導体装置の断面図。 この発明の第１０実施形態としての半導体装置の断面図。

符号の説明

１ シリコン基板
２ 接続パッド
３ 絶縁膜
５ 凹部
６ａ、６ｂ、６ｃ 下層配線
７ 下部電極
８ 接続パッド部
９ 可動電極
１０ 空間形成膜
１１ 空間
１２ 保護膜
１４ 上層配線
１７ 柱状電極
１８ 封止膜
１９ 半田ボール
３１ 空間形成膜
３２ 金属保護膜
３２ａ 脚部
３６ 台座
４１ 空間形成膜
４２ 凹部
４４ 下層保護膜
６１ オーバーコート膜

Claims (38)

1. 上面に凹部を有する半導体基板と、前記半導体基板の凹部内に設けられた微小電気機構体と、前記半導体基板の凹部上に設けられ、少なくとも前記凹部の上部を覆う保護膜とを備えていることを特徴とする半導体装置。
2. 請求項１に記載の発明において、前記保護膜は前記半導体基板の凹部上およびその周囲における前記半導体基板上に設けられ、前記凹部の空間を形成していることを特徴とする半導体装置。
3. 請求項２に記載の発明において、前記保護膜は、前記半導体基板の凹部の周囲における前記半導体基板上に設けられた枠状の台座上に設けられていることを特徴とする半導体装置。
4. 請求項１に記載の発明において、前記保護膜は、その下面において前記半導体基板の凹部に対応する部分に凹部を有することを特徴とする半導体装置。
5. 請求項４に記載の発明において、前記保護膜は前記半導体基板上の全面に設けられていることを特徴とする半導体装置。
6. 請求項２に記載の発明において、前記保護膜を含む前記半導体基板上に絶縁膜が設けられ、前記半導体基板の凹部上における前記絶縁膜上に水分不透過膜が設けられていることを特徴とする半導体装置。
7. 請求項６に記載の発明において、前記水分不透過膜は前記保護膜の周囲を覆う枠状の脚部を有することを特徴とする半導体装置。
8. 請求項６または７に記載の発明において、前記水分不透過膜は金属膜からなることを特徴とする半導体装置。
9. 請求項８に記載の発明において、前記金属膜は下地金属層と該下地金属層上に設けられた上部金属層との２層構造となっていることを特徴とする半導体装置。
10. 請求項１に記載の発明において、前記半導体基板の上面に前記微小電気機構体を駆動する駆動回路を含む集積回路が前記微小電気機構体に接続されて設けられていることを特徴とする半導体装置。
11. 請求項１０に記載の発明において、前記微小電気機構体と前記集積回路とは、前記集積回路上に形成された絶縁膜上に設けられた下層配線により接続されていることを特徴とする半導体装置。
12. 請求項１１に記載の発明において、前記集積回路は、前記半導体基板の凹部の底面に対応する領域を含んで形成されていることを特徴とする半導体装置。
13. 請求項１０に記載の発明において、前記微小電気機構体と前記集積回路とは、前記集積回路の内部配線によって接続されていることを特徴とする半導体装置。
14. 請求項１０乃至１３に記載の発明において、前記微小電気機構体は電極を有し、前記電極は前記凹部の底面に設けられていることを特徴とする半導体装置。
15. 請求項１に記載の発明において、前記保護膜を含む前記半導体基板上に絶縁膜が設けられ、前記絶縁膜上に上層配線が設けられていることを特徴とする半導体装置。
16. 請求項１５に記載の発明において、前記絶縁膜上に前記上層配線と同一の材料からなる金属層が前記保護膜に対応する領域に形成されていることを特徴とする半導体装置。
17. 請求項１６に記載の発明において、前記絶縁膜に前記保護膜の周囲を囲む溝が形成され、前記金属層は前記溝内に形成された脚部を有することを特徴とする半導体装置。
18. 請求項１５に記載の発明において、前記上層配線の接続パッド部上に柱状電極が設けられていることを特徴とする半導体装置。
19. 請求項１８に記載の発明において、前記柱状電極の周囲に封止膜が設けられていることを特徴とする半導体装置。
20. 請求項１９に記載の発明において、前記柱状電極上に半田ボールが設けられていることを特徴とする半導体装置。
21. 請求項１５に記載の発明において、前記上層配線の接続パッド部以外を覆うオーバーコート膜を有することを特徴とする半導体装置。
22. 請求項２１に記載の発明において、前記上層配線の接続パッド部上に半田ボールが設けられていることを特徴とする半導体装置。
23. 半導体基板の上面に凹部を形成する工程と、
    前記半導体基板の凹部内に微小電気機構体を形成する工程と、
    前記半導体基板の凹部上に、少なくとも前記半導体基板の凹部内を密閉空間とするための保護膜を形成する工程と、
    を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
24. 請求項２３に記載の発明において、前記保護膜は前記半導体基板の凹部上およびその周囲における前記半導体基板上に形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
25. 請求項２４に記載の発明において、前記保護膜を形成する工程は、前記半導体基板の凹部の周囲における前記半導体基板上に枠状の台座を形成し、前記台座上に前記保護膜を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
26. 請求項２３に記載の発明において、前記保護膜を形成する工程は、前記半導体基板上の全面に前記保護膜を形成し、前記保護膜の下面において前記半導体基板の凹部に対応する部分に凹部を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
27. 請求項２４に記載の発明において、前記保護膜を含む前記半導体基板上に絶縁膜を形成し、前記半導体基板の凹部上における前記絶縁膜上に水分不透過膜を形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
28. 請求項２７に記載の発明において、前記水分不透過膜を形成する工程は、前記保護膜の周囲における前記絶縁膜に形成された枠状の溝内にその一部からなる脚部を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
29. 請求項２７または２８に記載の発明において、前記水分不透過膜は、下地金属層と該下地金属層上に形成された上部金属層との２層構造として形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
30. 請求項２３に記載の発明において、前記半導体基板の凹部内を含む前記半導体基板上に下層配線を前記微小電気機構体に接続させて形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
31. 請求項３０に記載の発明において、前記半導体基板の上面に集積回路および該集積回路に接続された複数の接続パッドが設けられ、前記下層配線は前記接続パッドに接続させて形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
32. 請求項２３に記載の発明において、前記半導体基板の凹部の底面を含む前記半導体基板の上面に微小電気機構体ドライバ集積回路を含む集積回路および該集積回路に接続された複数の接続パッドが設けられ、前記微小電気機構体は前記微小電気機構体ドライバ集積回路に接続させて形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
33. 請求項３１または３２に記載の発明において、前記保護膜を含む前記半導体基板上に絶縁膜を形成し、前記絶縁膜上に上層配線を前記接続パッドに接続させて形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
34. 請求項３３に記載の発明において、前記上層配線の接続パッド部上に柱状電極を形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
35. 請求項３４に記載の発明において、前記柱状電極の周囲に封止膜を形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
36. 請求項３５に記載の発明において、前記柱状電極上に半田ボールを形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
37. 請求項３３に記載の発明において、前記上層配線の接続パッド部以外を覆うオーバーコート膜を形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
38. 請求項３７に記載の発明において、前記上層配線の接続パッド部上に半田ボールを形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。

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