JP2009078315A - Sealing structure and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sealing structure which can be manufactured in a relatively inexpensive and stable manner to be miniaturized with a protecting film for sealing. <P>SOLUTION: The sealing structure comprises a structure 10 formed on a substrate 1, a dummy member 20 arranged on the substrate 1 for the structure 10, the protecting film 7 provided on the structure 10 and the dummy member 20 for sealing the structure 10 and the dummy member 20, and a hollow space 6 provided between the structure 10 and the protecting film 7. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、構造体(例えば、電気機械素子)の周囲に中空の空間を有し、構造体と空間とが保護膜で封止された構成の封止構造及びその製造方法に係わる。   The present invention relates to a sealing structure having a structure in which a hollow space is formed around a structure (for example, an electromechanical element) and the structure and the space are sealed with a protective film, and a method for manufacturing the same.

近年、基板上の微細化製造技術の進展に伴い、電気機械素子、いわゆるMEMS素子(超小型電気的・機械的複合体:Micro Electro Mechanical Systems)や、そのMEMS素子を組み込んだ小型機器等が注目されている。
MEMS素子は、可動構造体である振動子と、その振動子の駆動を制御する半導体集積回路等とを、電気的・機械的に結合させた素子である。そして振動子が素子の一部に組み込まれており、その振動子の駆動を電極間のクーロン引力等を応用して電気的に行うようにしている。
In recent years, with the progress of miniaturization manufacturing technology on substrates, electromechanical elements, so-called MEMS elements (micro electro mechanical systems: Micro Electro Mechanical Systems), and small devices incorporating the MEMS elements have attracted attention. Has been.
The MEMS element is an element obtained by electrically and mechanically coupling a vibrator that is a movable structure and a semiconductor integrated circuit that controls driving of the vibrator. A vibrator is incorporated in a part of the element, and the vibrator is electrically driven by applying a Coulomb attractive force between the electrodes.

このようなMEMS素子のうち、特に半導体プロセスを用いて形成されたものは、デバイスの占有面積が小さいこと、高いQ値(振動系の共振の鋭さを表す量)を実現できること、他の半導体デバイスとのインテグレーション(統合)が可能であること等の特徴を有することから、例えば無線通信用の高周波素子としての利用等も提案されている。   Among such MEMS elements, those formed using a semiconductor process, in particular, have a small area occupied by the device, can realize a high Q value (an amount representing the sharpness of resonance of the vibration system), and other semiconductor devices. For example, utilization as a high-frequency element for wireless communication has been proposed.

MEMS素子においては、その振動子の可動部の周囲に空間を確保して、振動子が動作できるような状態にすることが必要である。
この可動部周囲の空間確保は、通常、いわゆる犠牲層エッチングによって行われる。
即ち、犠牲層と呼ばれる材料をMEMS素子の周辺に充填して形成し、後の工程で犠牲層をエッチングにより除去している。
In the MEMS element, it is necessary to secure a space around the movable part of the vibrator so that the vibrator can operate.
The space around the movable portion is usually secured by so-called sacrificial layer etching.
That is, a material called a sacrificial layer is formed by filling the periphery of the MEMS element, and the sacrificial layer is removed by etching in a later process.

このようにして作製されたMEMS素子は、そのままでは大気に露出した状態となる。
MEMS素子が大気に露出した状態では、大気中の水分やダスト等の付着をはじめ、使用環境の影響を直接受けるため、MEMS素子の信頼性の維持に支障をきたすことが予想される。このため、圧力センサ等、使用環境の状態を直接センシングする、一部のデバイス用途に限定されてしまう。
また、デバイス作製時の実装工程等において、使用時よりも厳しい環境にさらされるため、その歩留まりの低下も著しい。また、機械的共振を利用した一部のデバイスでは、その特性上、減圧下での動作が望ましい場合もある。
The MEMS element manufactured in this way is exposed to the atmosphere as it is.
When the MEMS element is exposed to the atmosphere, it is directly affected by the use environment, including adhesion of moisture and dust in the atmosphere, and it is expected that the reliability of the MEMS element will be hindered. For this reason, it is limited to some device applications that directly sense the state of the usage environment, such as a pressure sensor.
Moreover, since the mounting process at the time of device fabrication is exposed to a severer environment than at the time of use, the yield is remarkably reduced. In addition, in some devices utilizing mechanical resonance, operation under reduced pressure may be desirable due to their characteristics.

このような理由から、MEMS素子は、最終的には何らかの形で封止されることが必要である。   For this reason, the MEMS element needs to be finally sealed in some form.

従来は、MEMS素子を保護するために、比較的高価な気密性パッケージなどが用いられていたが、コスト低減のために、近年ではウェハレベルでMEMS素子を封止する構造等の検討もなされている。
特に、半導体薄膜プロセスを用いて製造する、いわゆる表面MEMSでは、他の周辺回路やシステムとの1チップ化による付加価値向上が期待されるため、混載するMEMS以外の素子とのプロセス整合性を考慮して、このウェハレベルの封止構造にも標準的なCMOSプロセスを流用する試みがなされている(例えば、特許文献1参照)。
Conventionally, a relatively expensive hermetic package or the like has been used to protect the MEMS element. However, in recent years, a structure for sealing the MEMS element at a wafer level has been studied for cost reduction. Yes.
In particular, in so-called surface MEMS manufactured using a semiconductor thin film process, it is expected that the added value will be improved by making it into a single chip with other peripheral circuits and systems. Therefore, process consistency with elements other than the embedded MEMS is considered. Attempts have also been made to divert standard CMOS processes to this wafer level sealing structure (see, for example, Patent Document 1).

ウェハプロセス中において、MEMS素子等の構造体を封止する場合には、通常、構造体の上に犠牲層を形成する工程と、犠牲層上に構造体を封止するための保護膜を成膜する工程と、保護膜の内部の犠牲層を除去して中空構造を形成するという工程とをとっている。   When sealing a structure such as a MEMS element during a wafer process, usually a step of forming a sacrificial layer on the structure and a protective film for sealing the structure on the sacrificial layer are formed. A film forming step and a step of removing a sacrificial layer inside the protective film to form a hollow structure are taken.

特開2006−263902号公報JP 2006-263902 A

犠牲層は、その下の構造体の形状を反映するため、犠牲層上の保護膜にも、同様に内部の構造体の形状が反映される。   Since the sacrificial layer reflects the shape of the underlying structure, the shape of the internal structure is similarly reflected in the protective film on the sacrificial layer.

例えば、図8に断面図を示すように、信号線53と片持ち梁54の振動子とが空間55を介して配置されて成るMEMS素子の構造体60に対して、その上の空間56を介して保護膜57を形成した場合を考える。図中、51は基板、52,58は絶縁層、59は犠牲層をエッチングするための孔を封止する封止材を、それぞれ示している。
隣り合う2つの構造体60の間は、MEMS素子の特性を確保する等の理由から、ある程度の間隔があけられる。そして、構造体60とその間の部分とで大きい段差を有している。このため、保護膜57においても、段差の形状が反映され、破線で囲った部分で屈曲している。
For example, as shown in a cross-sectional view in FIG. 8, a space 56 above the MEMS element structure 60 in which the signal line 53 and the vibrator of the cantilever beam 54 are arranged via the space 55 is provided. Let us consider a case where the protective film 57 is formed. In the figure, 51 is a substrate, 52 and 58 are insulating layers, and 59 is a sealing material for sealing holes for etching the sacrificial layer.
A certain amount of space is provided between two adjacent structures 60 for reasons such as securing the characteristics of the MEMS element. And it has a big level | step difference with the structure 60 and the part between them. For this reason, also in the protective film 57, the shape of the level | step difference is reflected and it is bent in the part enclosed with the broken line.

このように、内部の構造体60の段差が大きいと、保護膜57においても段差の形状が反映され、図8の破線で囲った部分のような、保護膜57の段差の付け根の部分等に応力が集中しやすくなる。このため、保護膜57のクラックの発生や気密性の低下等の原因となっていた。   As described above, when the level difference of the internal structure 60 is large, the shape of the level difference is reflected also in the protective film 57, such as a part of the base of the level difference of the protective film 57, such as a part surrounded by a broken line in FIG. Stress tends to concentrate. For this reason, it has caused the occurrence of cracks in the protective film 57 and a decrease in hermeticity.

一方、前記特許文献1には、通常のCMOS構成の半導体装置の配線工程を利用して、MEMS素子とその保護のための封止構造とを形成し、配線間の層間絶縁膜の一部を犠牲層として利用する製造方法が提案されている。
そして、必要に応じて、CMP(化学的機械的研磨)法等を用いて、犠牲層となる層間絶縁膜の平坦化を行うことが記載されている。
このように層間絶縁層の平坦化を行えば、上述の保護膜の段差の問題を回避することが可能である。
On the other hand, in Patent Document 1, a MEMS element and a sealing structure for protection thereof are formed using a wiring process of a semiconductor device having a normal CMOS structure, and a part of an interlayer insulating film between the wirings is formed. A manufacturing method used as a sacrificial layer has been proposed.
In addition, it is described that an interlayer insulating film serving as a sacrificial layer is planarized using a CMP (chemical mechanical polishing) method or the like as necessary.
If the interlayer insulating layer is planarized in this way, the above-described problem of the step of the protective film can be avoided.

しかしながら、多層配線を必要としない一般的なMEMSデバイスの作成において、このような平坦化工程を行うと、製造コストが増加してしまう。
平坦化工程は、通常、成膜工程とは別の装置で行われるため、一連の工程として行うことができず、工程数が増加してしまうからである。
However, if such a planarization process is performed in the production of a general MEMS device that does not require multilayer wiring, the manufacturing cost increases.
This is because the planarization process is usually performed by an apparatus different from the film formation process, and thus cannot be performed as a series of processes, and the number of processes increases.

さらに、一般的に、CMP法等で平坦化工程を行った場合、成膜工程等と比較して、ウェハ面内の均一性に劣っており、下地の構造体のパターンに対する依存性も大きい。
このため、MEMS素子の構造体の上側に検出電極を配置する構成等、MEMS素子上の犠牲層の膜厚を精密に制御したい場合には、平坦化工程は適していない。
Further, in general, when the planarization process is performed by a CMP method or the like, the uniformity within the wafer surface is inferior to the film formation process or the like, and the dependency on the pattern of the underlying structure is large.
For this reason, when it is desired to precisely control the thickness of the sacrificial layer on the MEMS element, such as a configuration in which the detection electrode is disposed on the upper side of the structure of the MEMS element, the planarization process is not suitable.

また、MEMS素子を用いた構成に限らず、構造体に対して中空構造を設ける必要があり、中空構造を保護膜により封止する構成においても、上述した問題を生じる。   In addition to the configuration using the MEMS element, it is necessary to provide the structure with a hollow structure, and the above-described problem occurs even in a configuration in which the hollow structure is sealed with a protective film.

上述した問題の解決のために、本発明においては、比較的安価にかつ安定して製造可能であり、保護膜で封止することにより小型化が可能な封止構造及びその製造方法を提供するものである。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a sealing structure that can be stably manufactured at a relatively low cost and can be downsized by sealing with a protective film, and a method for manufacturing the same. Is.

本発明の封止構造は、基板上に構造体が形成され、基板上に、この構造体に対するダミー部材が配置され、構造体及びダミー部材上に、構造体及びダミー部材を封止する保護膜が設けられ、構造体と保護膜との間に、中空の空間が設けられているものである。   In the sealing structure of the present invention, a structure is formed on a substrate, a dummy member for the structure is disposed on the substrate, and a protective film that seals the structure and the dummy member on the structure and the dummy member And a hollow space is provided between the structure and the protective film.

本発明の封止構造の製造方法は、基板上に、構造体及びダミー部材を、それぞれ形成する工程と、少なくとも構造体を覆って犠牲層を形成する工程と、この犠牲層上に、構造体及びダミー部材を封止する保護膜を形成する工程と、この保護膜に犠牲層に達する開口を形成する工程と、保護膜の開口を通じて前記犠牲層に対してエッチングを行い、犠牲層を除去して構造体の上に中空の空間を形成する工程と、保護膜の開口を封止材によって封止する工程とを有するものである。   The method for manufacturing a sealing structure of the present invention includes a step of forming a structure and a dummy member on a substrate, a step of forming a sacrificial layer covering at least the structure, and a structure on the sacrificial layer. And forming a protective film for sealing the dummy member, forming an opening reaching the sacrificial layer in the protective film, etching the sacrificial layer through the opening of the protective film, and removing the sacrificial layer And a step of forming a hollow space on the structure and a step of sealing the opening of the protective film with a sealing material.

上述の本発明の封止構造の構成によれば、基板上に、構造体に対するダミー部材が配置され、構造体及びダミー部材を封止する保護膜が設けられている。これにより、ダミー部材で構造体による段差を緩和して、保護膜の段差を緩和することができるので、保護膜において、クラックの発生や気密性の低下等を防ぐことが可能になる。   According to the configuration of the sealing structure of the present invention described above, the dummy member for the structure is arranged on the substrate, and the protective film for sealing the structure and the dummy member is provided. As a result, the level difference due to the structure can be relaxed by the dummy member, and the level difference of the protective film can be relaxed, so that it is possible to prevent the occurrence of cracks, a decrease in airtightness, and the like in the protective film.

上述の本発明の封止構造の製造方法によれば、構造体及びダミー部材を、それぞれ形成し、少なくとも構造体を覆って犠牲層を形成し、犠牲層上に、構造体及びダミー部材を封止する保護膜を形成している。ダミー部材を形成するので、構造体による犠牲層及び保護膜の段差が緩和される。これにより、保護膜において、クラックの発生や気密性の低下等を防ぐことが可能になる。   According to the manufacturing method of the sealing structure of the present invention described above, the structure and the dummy member are respectively formed, the sacrificial layer is formed so as to cover at least the structure, and the structure and the dummy member are sealed on the sacrificial layer. The protective film which stops is formed. Since the dummy member is formed, the step between the sacrificial layer and the protective film due to the structure is relaxed. Thereby, in the protective film, it is possible to prevent the occurrence of cracks and the decrease in airtightness.

上述の本発明によれば、保護膜において、クラックの発生や気密性の低下等を防ぐことができるので、封止構造において、高い信頼性を実現することができる。   According to the above-described present invention, since it is possible to prevent the generation of cracks and the decrease in airtightness in the protective film, high reliability can be realized in the sealing structure.

本発明の一実施の形態として、封止構造の概略構成図(断面図)を図1に示す。
シリコン基板等の基板1の表面の絶縁層2の上に、MEMS素子の構造体10が形成されている。
この構造体10は、電極を兼ねる信号線3と、片方(図中左側)の端部に支持部4Aを有する片持ちの梁4とから構成されている。
図示の断面では、2個の構造体10が配置されている。
As an embodiment of the present invention, FIG. 1 shows a schematic configuration diagram (cross-sectional view) of a sealing structure.
A structure 10 of a MEMS element is formed on an insulating layer 2 on the surface of a substrate 1 such as a silicon substrate.
The structure 10 includes a signal line 3 also serving as an electrode, and a cantilever beam 4 having a support portion 4A at one end (left side in the figure).
In the illustrated cross section, two structures 10 are arranged.

そして、図8に示した従来の構成と同様に、構造体10の上に中空の空間6を介して、保護膜(キャビティ膜)7が設けられている。
空間6は、犠牲層と保護膜7とを順次形成した後に、犠牲層をエッチング除去することにより形成されたものである。
保護膜7には犠牲層のエッチング除去のための孔があり、この孔を封止材9で埋めている。そして、保護膜7と封止材9とによって、空間6が封止されている。
As in the conventional configuration shown in FIG. 8, a protective film (cavity film) 7 is provided on the structure 10 through a hollow space 6.
The space 6 is formed by sequentially removing the sacrificial layer and the protective film 7 and then removing the sacrificial layer by etching.
The protective film 7 has a hole for removing the sacrificial layer by etching, and the hole is filled with a sealing material 9. The space 6 is sealed by the protective film 7 and the sealing material 9.

基板1上の絶縁層2は、層間膜及び犠牲層除去時の下地ストッパー層となる。これらの役割を兼ねる絶縁層を形成しても良いし、層間膜(例えば酸化シリコン膜)と下地ストパー膜(例えば窒化シリコン膜)との積層膜としても良い。
信号線3と梁4とは、例えば、多結晶シリコンにより形成することができる。多結晶シリコンに、必要に応じてリン等の不純物をドープしても構わない。
保護膜(キャビティ膜)7には、例えば、多結晶シリコンを用いることができる。
The insulating layer 2 on the substrate 1 becomes a base stopper layer when removing the interlayer film and the sacrificial layer. An insulating layer that also functions as these functions may be formed, or a stacked film of an interlayer film (for example, a silicon oxide film) and a base stopper film (for example, a silicon nitride film) may be used.
The signal line 3 and the beam 4 can be formed of, for example, polycrystalline silicon. Polycrystalline silicon may be doped with impurities such as phosphorus as necessary.
For the protective film (cavity film) 7, for example, polycrystalline silicon can be used.

本実施の形態では、特に、構造体10の周囲に、即ち、隣り合う構造体10の間及び構造体10の外側に、ダミー部材20を配置している。
そして、構造体10及びダミー部材20の上に、空間6を介して、保護膜7が設けられている。
このように、構造体10の間にダミー部材20を配置していることにより、構造体10による段差をダミー部材20で緩和して、上方の保護膜7を平坦化することができる。
In the present embodiment, in particular, the dummy members 20 are arranged around the structures 10, that is, between the adjacent structures 10 and outside the structures 10.
A protective film 7 is provided on the structure 10 and the dummy member 20 via the space 6.
Thus, by arranging the dummy member 20 between the structures 10, the step due to the structure 10 can be relaxed by the dummy member 20, and the upper protective film 7 can be planarized.

ダミー部材20は、下層の第1の層11と、その上の断面がT字形状の第2の層12とから構成されている。
ダミー部材20の第1の層11は、構造体10の信号線3と同じ材料で、同じ厚さに形成されている。
ダミー部材20の第2の層12は、構造体10の梁4と同じ材料で、同じ厚さに形成されている。
The dummy member 20 includes a lower first layer 11 and a second layer 12 having a T-shaped cross section thereon.
The first layer 11 of the dummy member 20 is made of the same material as the signal line 3 of the structure 10 and has the same thickness.
The second layer 12 of the dummy member 20 is made of the same material as the beam 4 of the structure 10 and has the same thickness.

また、左右両端のダミー部材20においては、その第2の層12の上に、保護膜7と封止材9が載っている。保護膜7はこのダミー部材20上の部分では他の部分より下方に厚く形成されており、この部分(保護膜7の支持部7A)を介して保護膜7がダミー部材20の第2の層12で支持されている。
さらに、この左右両端のダミー部材20の外側は、絶縁層8で封止されている。
In the dummy members 20 at the left and right ends, the protective film 7 and the sealing material 9 are placed on the second layer 12. The protective film 7 is formed thicker in the lower part than the other part in the part on the dummy member 20, and the protective film 7 is the second layer of the dummy member 20 through this part (support part 7 A of the protective film 7). 12 is supported.
Furthermore, the outer sides of the left and right dummy members 20 are sealed with an insulating layer 8.

構造体10を加工するマスクにおいて、ダミー部材20を形成するためのパターンも入れておくことによって、工程を追加することなく、MEMS素子の構造体10の周囲に、同じ高さのダミー部材20を形成することができる。
その際、MEMS素子の構造体10とダミー部材20との間隔は、上部犠牲層、または上部犠牲層と保護膜7で埋め込める幅以下とする。これにより、形成される保護膜7が平坦になるため、図8に示したような段差等への応力集中が起こらない。
In the mask for processing the structure 10, a dummy member 20 having the same height is formed around the structure 10 of the MEMS element without adding a process by adding a pattern for forming the dummy member 20. Can be formed.
At this time, the distance between the structure 10 of the MEMS element and the dummy member 20 is set to be equal to or smaller than the upper sacrificial layer, or the width embedded in the upper sacrificial layer and the protective film 7. As a result, the protective film 7 to be formed is flattened, so that stress concentration on the step or the like as shown in FIG. 8 does not occur.

例えば、構造体10とダミー部材20との間隔を0.5μmとして、上部犠牲層の膜厚即ち空間6の厚さを0.4μmとする。
なお、この組み合わせに限定されないことは言うまでもない。
For example, the interval between the structure 10 and the dummy member 20 is set to 0.5 μm, and the thickness of the upper sacrificial layer, that is, the thickness of the space 6 is set to 0.4 μm.
Needless to say, the present invention is not limited to this combination.

より好ましくは、構造体10とダミー部材20との間隔を、空間6の厚さの2倍以下とする。
構造体10とダミー部材20との間隔が空間6の厚さの2倍を超えていると、空間6を形成するための犠牲層を成膜する際に、間隔上の犠牲層の表面がへこんでしまうので、犠牲層上に成膜する保護膜をある程度厚くする必要が生じる。
More preferably, the distance between the structure 10 and the dummy member 20 is set to be twice or less the thickness of the space 6.
If the distance between the structure 10 and the dummy member 20 exceeds twice the thickness of the space 6, the surface of the sacrificial layer on the distance is dented when the sacrificial layer for forming the space 6 is formed. Therefore, it is necessary to thicken the protective film formed on the sacrificial layer to some extent.

また、構造体10とダミー部材20の間隔は、構造体10の大きさや、構造体10に必要な特性を確保するために必要な構造体10間の距離に対応して、適切な大きさに選定される。
MEMS素子の構造体10の大きさは様々であり、数μm〜数十μmを主体としているが、1μm未満や1mm前後の場合もある。
Further, the interval between the structure 10 and the dummy member 20 is set to an appropriate size corresponding to the size of the structure 10 and the distance between the structures 10 necessary for securing the characteristics required for the structure 10. Selected.
The size of the structure 10 of the MEMS element varies, and is mainly several μm to several tens of μm, but may be less than 1 μm or around 1 mm.

なお、ダミー部材20は、構造体10とは独立して形成されていてもよいし、デバイス特性上支障がなければ構造体10の一部を変形してダミー部材としてもよい。
図1に示す断面では、構造体10と独立してダミー部材20が形成されているが、例えば、図示しない断面において構造体10とダミー部材20の各一部分(例えば、信号線3と第1の層11等)を接続して形成しても構わない。
The dummy member 20 may be formed independently of the structure 10, or a part of the structure 10 may be deformed to be a dummy member if there is no problem in device characteristics.
In the cross section shown in FIG. 1, the dummy member 20 is formed independently of the structure 10. For example, in the cross section (not shown), each part of the structure 10 and the dummy member 20 (for example, the signal line 3 and the first member The layers 11 and the like may be connected to each other.

図1に示した封止構造は、例えば、次のようにして製造することができる。
まず、基板1上に、層間膜及び犠牲層除去時の下地ストッパー層となる絶縁層2を成膜する。
次に、絶縁層2上に導体膜21を成膜する。その後、導体膜21をパターニングして、図2Aに示すように、信号線3及びダミー部材20の第1の層11を形成する。
その後、図2Bに示すように、信号線3及び第1の層11を覆って、全体に下側犠牲層22を成膜する。
The sealing structure shown in FIG. 1 can be manufactured as follows, for example.
First, an insulating layer 2 is formed on the substrate 1 as a base stopper layer when removing the interlayer film and the sacrificial layer.
Next, a conductor film 21 is formed on the insulating layer 2. Thereafter, the conductor film 21 is patterned to form the signal line 3 and the first layer 11 of the dummy member 20 as shown in FIG. 2A.
Thereafter, as shown in FIG. 2B, the lower sacrificial layer 22 is formed over the entire surface so as to cover the signal line 3 and the first layer 11.

なお、絶縁層2は、前述したように、層間膜と下地ストッパー層とを異なる材料の絶縁膜を形成した積層膜としてもよい。この場合は、それぞれの絶縁膜を順次成膜する。   As described above, the insulating layer 2 may be a laminated film in which an interlayer film and a base stopper layer are formed with insulating films of different materials. In this case, the respective insulating films are sequentially formed.

次に、図3Cに示すように、梁4の支持部4Aを形成するための開口を下側犠牲層22に設け、同時に第1の層11の上を開ける開口を下側犠牲層22に設ける。
続いて、下側犠牲層22のこれらの開口を埋めて、全体に導体膜23を成膜する。その後、導体膜23をパターニングして、構造体10の梁4及びダミー部材20の第2の層12をそれぞれ形成する。これにより、片持ちの梁4の構造体10とダミー部材20とを、同一平面上にそれぞれ多数個形成することができる。
Next, as shown in FIG. 3C, an opening for forming the support 4A of the beam 4 is provided in the lower sacrificial layer 22, and an opening for opening the first layer 11 is provided in the lower sacrificial layer 22 at the same time. .
Subsequently, these openings in the lower sacrificial layer 22 are filled, and a conductor film 23 is formed on the entire surface. Thereafter, the conductor film 23 is patterned to form the beam 4 of the structure 10 and the second layer 12 of the dummy member 20, respectively. Thereby, many structures 10 and dummy members 20 of cantilever beam 4 can be formed on the same plane, respectively.

次に、図4Eに示すように、上側犠牲層を成膜する。なお、この図4E以降は、上側犠牲層も、図3Dで示していた下側犠牲層22も、犠牲層24として統一して示す。
次に、図4Fに示すように、犠牲層24に、左右端のダミー部材20の第2の層12に達する開口を形成する。この開口は、保護膜7の支持部7Aを形成するためのものである。
Next, as shown in FIG. 4E, an upper sacrificial layer is formed. In FIG. 4E and thereafter, the upper sacrificial layer and the lower sacrificial layer 22 shown in FIG.
Next, as shown in FIG. 4F, openings that reach the second layer 12 of the left and right dummy members 20 are formed in the sacrificial layer 24. This opening is for forming the support portion 7 </ b> A of the protective film 7.

続いて、図5Gに示すように、保護膜(キャビティ膜)7を成膜する。
このとき、構造体10の周囲には、犠牲層24で埋め込まれた隙間を介してダミー部材20が配置されているため、犠牲層24を成膜した後の表面は、従来構造体によって生じていた段差が解消され、構造体10上の保護膜7とダミー部材20上の保護膜7とが、連続した平坦な板状に形成された状態となっている。
また、左右端のダミー部材20の第2の層12の上に、保護膜7の支持部7Aが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 5G, a protective film (cavity film) 7 is formed.
At this time, since the dummy member 20 is disposed around the structure 10 through a gap embedded in the sacrificial layer 24, the surface after the sacrificial layer 24 is formed is generated by the conventional structure. Thus, the protective film 7 on the structure 10 and the protective film 7 on the dummy member 20 are formed in a continuous flat plate shape.
Further, the support portion 7A of the protective film 7 is formed on the second layer 12 of the left and right dummy members 20.

その後、図5Hに示すように、保護膜7の一部に犠牲層24に通じる開口部25を設ける。
次に、保護膜7の開口部25を通じてエッチング剤を注入して、犠牲層24をエッチングする。これにより、図6Iに示すように、犠牲層24のあった所が空間となり、信号線3と梁4との間、構造体10及びダミー部材20と保護膜7との間に、空間5,6ができる。
その後、図6Jに示すように、保護膜7の開口部25を埋めて、封止材9を成膜し、この封止材9をパターニングする。
このようにして、図1に示した装置を製造することができる。
Thereafter, as shown in FIG. 5H, an opening 25 leading to the sacrificial layer 24 is provided in a part of the protective film 7.
Next, an etching agent is injected through the opening 25 of the protective film 7 to etch the sacrificial layer 24. As a result, as shown in FIG. 6I, the place where the sacrificial layer 24 is located becomes a space, and between the signal line 3 and the beam 4 and between the structure 10 and the dummy member 20 and the protective film 7, the space 5, 6 is possible.
Thereafter, as shown in FIG. 6J, the opening 25 of the protective film 7 is filled, a sealing material 9 is formed, and the sealing material 9 is patterned.
In this way, the apparatus shown in FIG. 1 can be manufactured.

上述の本実施の形態によれば、隣り合う構造体10の間にダミー部材20を設けたことにより、空間6上の保護膜(キャビティ膜)7が平坦化され、構造体10上の保護膜7とダミー部材20上の保護膜7とが、連続した平坦な板状に形成された状態となり、保護膜7が応力集中を起こすような段差を持たない構造となっている。そのため、保護膜7において、クラックの発生や気密性の低下等を防ぐことができる。
従って、保護膜7により小型化した封止構造において、高い信頼性を実現することができる。
According to the above-described embodiment, by providing the dummy member 20 between the adjacent structures 10, the protective film (cavity film) 7 on the space 6 is flattened, and the protective film on the structure 10 is obtained. 7 and the protective film 7 on the dummy member 20 are formed in a continuous flat plate shape, and the protective film 7 does not have a step that causes stress concentration. Therefore, in the protective film 7, it is possible to prevent the occurrence of cracks, the decrease in airtightness, and the like.
Therefore, high reliability can be realized in the sealing structure miniaturized by the protective film 7.

また、本実施の形態によれば、構造体10の信号線3とダミー部材20の第1の層11、構造体10の梁4とダミー部材20の第2の層12を、それぞれ同じ材料の層で形成している。これにより、それぞれ同じ工程で同時に形成することができるため、マスクや工程を追加する必要がない。   Further, according to the present embodiment, the signal line 3 of the structure 10 and the first layer 11 of the dummy member 20, the beam 4 of the structure 10 and the second layer 12 of the dummy member 20 are made of the same material. It is formed with layers. Thereby, since it can form simultaneously in the same process, it is not necessary to add a mask or a process.

さらに、ダミー部材20によって保護膜7を平坦化するので、CMP法等により犠牲層を平坦化する場合と比較して、工程の追加が不要であり、細かい制御が可能でウェハ内でのばらつきも生じにくい、という利点を有している。   Furthermore, since the protective film 7 is planarized by the dummy member 20, no additional process is required, fine control is possible, and variations within the wafer are also required, compared to the case where the sacrificial layer is planarized by CMP or the like. It has the advantage that it does not easily occur.

なお、構造体10とダミー部材20との隙間を犠牲層24のみで全て埋め込まなくとも、例えば、その上の保護膜7を成膜した際に埋め込みが完了すれば、隙間上方の保護膜7表面の段差はなくなるため、同様の効果が得られる。犠牲層24と保護膜7とを順次成膜することによって、構造体とダミー部材との隙間を埋めるようにしても構わない。
この場合、構造体10とダミー部材20との隙間の空間に、一部保護膜7が入り込んだ(突出した)構造になる。
Even if the gap between the structure 10 and the dummy member 20 is not filled with the sacrificial layer 24 alone, for example, if the filling is completed when the protective film 7 is formed thereon, the surface of the protective film 7 above the gap. Since the step is eliminated, the same effect can be obtained. The gap between the structural body and the dummy member may be filled by sequentially forming the sacrificial layer 24 and the protective film 7.
In this case, a structure in which the protective film 7 partially enters (projects) into the space between the structure 10 and the dummy member 20 is obtained.

また、この場合には、好ましくは、構造体10とダミー部材20との間隔を、空間6の厚さと保護膜7の膜厚との総和の2倍以下とする。
構造体10とダミー部材20との間隔が、空間6の厚さと保護膜7の膜厚との総和の2倍を超えていると、間隔上の保護膜7が平坦にならず下方に曲がるので、平坦な保護膜7と比較して、応力を生じやすくなる。
In this case, preferably, the distance between the structure 10 and the dummy member 20 is set to not more than twice the sum of the thickness of the space 6 and the thickness of the protective film 7.
If the distance between the structure 10 and the dummy member 20 exceeds twice the sum of the thickness of the space 6 and the thickness of the protective film 7, the protective film 7 on the distance is not flat and bends downward. Compared with the flat protective film 7, stress is easily generated.

なお、上述の本実施の形態は片持ち梁の構造体を使用したが、両持ち梁の構造体、中間部で梁が支持された構造体等、これに類する構造についても同様に考えられることは言うまでもない。   In addition, although the above-described embodiment uses a cantilever beam structure, a structure similar to this, such as a double-supported beam structure or a structure in which a beam is supported at an intermediate portion, can be similarly considered. Needless to say.

また、上述の実施の形態では、構造体10とダミー部材20とが、共通の層をパターニングして同時に形成した層によって、同じ高さに形成されていたが、構造体とダミー部材とに高さの差が少しある構成も可能である。このような場合でも、ダミー部材がない構成と比較して、保護膜の段差を緩和して、保護膜を平坦化する効果が得られる。   In the above-described embodiment, the structure 10 and the dummy member 20 are formed at the same height by the layer formed by patterning the common layer at the same time. A configuration with a slight difference is also possible. Even in such a case, the effect of flattening the protective film can be obtained by reducing the level difference of the protective film as compared with the configuration without the dummy member.

また、隣り合う構造体の間にダミー部材を設ける位置は、通常細長い形状を有する構造体に対して、構造体の長手方向でも、構造体の長手方向と直交する方向でも、それらの双方でも構わない。各構造体の間隔等、構造体の配置レイアウトに対応して、ダミー部材の位置を適宜選定すれば良い。   In addition, the position where the dummy member is provided between the adjacent structures may be the longitudinal direction of the structure, the direction orthogonal to the longitudinal direction of the structure, or both of the structures having a generally elongated shape. Absent. What is necessary is just to select the position of a dummy member suitably according to the arrangement layout of structures, such as the space | interval of each structure.

また、任意のダミー部材で、保護膜を支持するようにしてもよい。
図1では、左右端のダミー部材20で保護膜7を支持していた。
これに対して、図7に断面図を示すように、途中のダミー部材20上にも保護膜7を支持する支持部7Aを形成しても構わない。
さらに、途中のダミー部材で直接保護膜を支持するようにしてもよい。そして、保護膜を支持するダミー部材と保護膜との間には中空の空間がない構成としてもよい。
Moreover, you may make it support a protective film with arbitrary dummy members.
In FIG. 1, the protective film 7 is supported by the left and right dummy members 20.
On the other hand, as shown in a cross-sectional view in FIG. 7, a support portion 7 </ b> A that supports the protective film 7 may be formed on the dummy member 20 in the middle.
Furthermore, you may make it support a protective film directly with the dummy member in the middle. And it is good also as a structure without a hollow space between the dummy member and protective film which support a protective film.

上述の実施の形態では、構造体10とダミー部材20とが同じ材料により形成されていたが、本発明では、構造体とダミー部材とが同じ材料である構成に限定されるものではない。   In the above-described embodiment, the structure 10 and the dummy member 20 are formed of the same material. However, in the present invention, the structure and the dummy member are not limited to the same material.

構造体は、MEMS素子等の電気機械素子の構造体に限定されるものではなく、本発明では、中空構造を必要とする構造体であれば他の構成でも含むものである。
例えば、MEMS素子以外の圧電体を有する素子(圧電薄膜共振器等)を用いたフィルタ等にも適用可能である。
The structure is not limited to a structure of an electromechanical element such as a MEMS element. In the present invention, the structure includes other structures as long as the structure requires a hollow structure.
For example, the present invention can be applied to a filter using an element (piezoelectric thin film resonator or the like) having a piezoelectric body other than the MEMS element.

また、上述の実施の形態では、構造体10が複数である場合を説明していたが、本発明では、構造体が1個の場合にも適用することができる。構造体が1個の場合には、構造体の近傍にダミー部材を設ければよい。
例えば、MEMS素子の構造体は、その機能実現のため複雑な平面レイアウトをとる場合もある。この場合、構造体が1個であっても、保護膜に大きな段差がついてしまうため、本発明を適用してダミー部材を設けることが有効である。
In the above-described embodiment, the case where there are a plurality of structures 10 has been described. However, the present invention can also be applied to the case where there is one structure. When there is one structure body, a dummy member may be provided in the vicinity of the structure body.
For example, the structure of the MEMS element may have a complicated planar layout for realizing its function. In this case, even if there is only one structure, a large step is formed on the protective film. Therefore, it is effective to apply the present invention to provide a dummy member.

本発明は、上述の実施の形態に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でその他様々な構成が取り得る。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various other configurations can be taken without departing from the gist of the present invention.

本発明の一実施の形態の封止構造の概略構成図(断面図)である。It is a schematic block diagram (sectional drawing) of the sealing structure of one embodiment of this invention. A、B 図1の封止構造の製造方法を示す工程図である。A and B are process diagrams showing a manufacturing method of the sealing structure of FIG. C、D 図1の封止構造の製造方法を示す工程図である。C, D It is process drawing which shows the manufacturing method of the sealing structure of FIG. E、F 図1の封止構造の製造方法を示す工程図である。E, F It is process drawing which shows the manufacturing method of the sealing structure of FIG. G、H 図1の封止構造の製造方法を示す工程図である。G and H are process diagrams showing a manufacturing method of the sealing structure of FIG. I、J 図1の封止構造の製造方法を示す工程図である。I, J It is process drawing which shows the manufacturing method of the sealing structure of FIG. 図1の封止構造を変形した構成の概略構成図(断面図)である。It is a schematic block diagram (sectional drawing) of the structure which deform | transformed the sealing structure of FIG. MEMS素子の構造体を保護膜で封止した構成の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the structure which sealed the structure of the MEMS element with the protective film.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板、2 絶縁層、3 信号線、4 梁、5,6 空間、7 保護膜(キャビティ膜)、8 絶縁層、9 封止材、10 構造体、20 ダミー部材、21,23 導体膜、22 下側犠牲層、24 犠牲層、25 開口部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate, 2 Insulating layer, 3 Signal line, 4 Beam, 5, 6 Space, 7 Protective film (cavity film), 8 Insulating layer, 9 Sealing material, 10 Structure, 20 Dummy member, 21, 23 Conductor film, 22 lower sacrificial layer, 24 sacrificial layer, 25 opening

Claims (10)

基板上に構造体が形成され、
前記基板上に、前記構造体に対するダミー部材が配置され、
前記構造体及び前記ダミー部材上に、前記構造体及び前記ダミー部材を封止する保護膜が設けられ、
前記構造体と前記保護膜との間に、中空の空間が設けられている
ことを特徴とする封止構造。
A structure is formed on the substrate,
A dummy member for the structure is disposed on the substrate,
A protective film for sealing the structure and the dummy member is provided on the structure and the dummy member,
A hollow structure is provided between the structure and the protective film.
前記構造体上の前記保護膜と、前記ダミー部材上の前記保護膜とが、連続した平坦な板状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の封止構造。   The sealing structure according to claim 1, wherein the protective film on the structure and the protective film on the dummy member are formed in a continuous flat plate shape. 前記ダミー部材が、前記構造体と独立して形成されていることを特徴とする請求項1に記載の封止構造。   The sealing structure according to claim 1, wherein the dummy member is formed independently of the structure. 前記ダミー部材と前記構造体とが、一部で接続されていることを特徴とする請求項1に記載の封止構造。   The sealing structure according to claim 1, wherein the dummy member and the structure are partially connected. 前記ダミー部材と前記構造体が、共通の層をパターニングして形成されていることを特徴とする請求項1に記載の封止構造。   The sealing structure according to claim 1, wherein the dummy member and the structure are formed by patterning a common layer. 前記構造体と前記ダミー部材との隙間が、前記構造体と前記保護膜との間の前記中空の空間の厚さの2倍以下であることを特徴とする請求項1に記載の封止構造。   The sealing structure according to claim 1, wherein a gap between the structure and the dummy member is not more than twice the thickness of the hollow space between the structure and the protective film. . 前記構造体と前記ダミー部材との隙間が、前記構造体と前記保護膜との間の前記中空の空間の厚さ及び前記保護膜の膜厚の総和の2倍以下であることを特徴とする請求項1記載の封止構造。   The gap between the structure and the dummy member is not more than twice the sum of the thickness of the hollow space between the structure and the protective film and the thickness of the protective film. The sealing structure according to claim 1. 前記構造体が電気機械素子であることを特徴とする請求項1に記載の封止構造。   The sealing structure according to claim 1, wherein the structure is an electromechanical element. 基板上に、構造体及びダミー部材を、それぞれ形成する工程と、
少なくとも前記構造体を覆って、犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層上に、前記構造体及び前記ダミー部材を封止する保護膜を形成する工程と、
前記保護膜に前記犠牲層に達する開口を形成する工程と、
前記保護膜の前記開口を通じて前記犠牲層に対してエッチングを行い、前記犠牲層を除去して、前記構造体の上に中空の空間を形成する工程と、
前記保護膜の前記開口を、封止材によって封止する工程とを有する
ことを特徴とする封止構造の製造方法。
Forming a structure and a dummy member on the substrate, and
Forming a sacrificial layer covering at least the structure;
Forming a protective film for sealing the structure and the dummy member on the sacrificial layer;
Forming an opening reaching the sacrificial layer in the protective film;
Etching the sacrificial layer through the opening of the protective film, removing the sacrificial layer, and forming a hollow space on the structure;
Sealing the opening of the protective film with a sealing material. A method for manufacturing a sealing structure, comprising:
前記構造体及び前記ダミー部材を、それぞれ形成する工程において、共通の層をパターニングすることによって、前記構造体と前記ダミー部材とを同時に形成することを特徴とする請求項9に記載の封止構造の製造方法。   The sealing structure according to claim 9, wherein the structure and the dummy member are simultaneously formed by patterning a common layer in the step of forming the structure and the dummy member, respectively. Manufacturing method.
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