JP2009176851A

JP2009176851A - 半導体装置およびその製造方法

Info

Publication number: JP2009176851A
Application number: JP2008012279A
Authority: JP
Inventors: Yasuki Sase; 泰規佐瀬
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2008-01-23
Filing date: 2008-01-23
Publication date: 2009-08-06

Abstract

【課題】減圧状態の空洞を有する半導体装置の簡易な製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明にかかる半導体装置の製造方法は、半導体基板１０の上方に絶縁層２０を形成する工程と、絶縁層２０をエッチングして孔部２２を形成する工程と、絶縁層２０の上方に接着層３０を形成する工程と、水素ガスおよびヘリウムガスの少なくとも一方の雰囲気中で、孔部２２を密閉するように、接着層３０の上方に封止板４０を積層する工程と、半導体基板１０を減圧雰囲気中で加熱する工程と、を有する。
【選択図】図１５

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に関する。

大気圧よりも小さい圧力の空洞を有する半導体装置は、最近ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ）技術を用いて製造されるようになってきた。ＭＥＭＳ技術を用いることで、たとえば、微細な真空素子（真空管等）を半導体装置内に形成することができる。

半導体装置に形成された空洞を、気密封止する方法としては、たとえば、外部から空洞に通じる微小な孔を半田等で封じる方法（特許文献１）や、超音波封止する方法（特許文献２）がある。一方、半導体装置に形成された空洞を減圧状態にする方法としては、減圧チャンバ内に半導体装置を配置して該空洞を超音波封止する方法や、該空洞を常圧で封止した後に、該空洞内のガス分子をゲッタにより吸着除去して減圧する方法（特許文献３）などがある。

これらの方法は、適宜組み合わせることができるが、減圧雰囲気中で空洞を封止する場合には、特殊な装置が必要であった。また、大気中で空洞を封止した後に、空洞内のガス分子を吸着する方法では、ガス分子を吸着する専用の部材を設ける必要があった。
特開２００５−２６１８９８号公報特開２００４−２０９５８５号公報特開２００５−１９７１５１号公報

本発明の目的の１つは、減圧状態の空洞を有する半導体装置およびその簡易な製造方法を提供することである。

本発明の目的の１つは、真空管構造を有する半導体装置およびその簡易な製造方法を提供することである。

本発明にかかる半導体装置の製造方法は、
半導体基板の上方に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層をエッチングして孔部を形成する工程と、
前記絶縁層の上方に接着層を形成する工程と、
水素ガスおよびヘリウムガスの少なくとも一方の雰囲気中で、前記孔部を密閉するように、前記接着層の上方に封止板を積層する工程と、
前記半導体基板を減圧雰囲気中で加熱する工程と、
を有する。

このようにすれば、減圧状態の空洞を有する半導体装置を容易に製造することができる。

なお、本発明において、特定のＡ部材（以下、「Ａ部材」という。）の上方に設けられた特定のＢ部材（以下、「Ｂ部材」という。）というとき、Ａ部材の上に直接Ｂ部材が設けられた場合と、Ａ部材の上に他の部材を介してＢ部材が設けられた場合とを含むことを意味する。

本発明にかかる半導体装置の製造方法は、
半導体基板の上方に第１導電層を形成する工程と、
前記半導体基板および前記第１導電層の上方に第１絶縁層を形成する工程と、
前記第１絶縁層の上方に第２導電層を形成する工程と、
前記第１絶縁層および前記第２導電層の上方に第２絶縁層を形成する工程と、
前記第２絶縁層をエッチングして第１貫通孔を形成する工程と、
前記第１絶縁層をエッチングして第２貫通孔を形成する工程と、
前記第２絶縁層の上方に接着層を形成する工程と、
封止板の下方に第３導電層を形成する工程と、
水素ガスおよびヘリウムガスの少なくとも一方の雰囲気中で、前記貫通孔を密閉するように、前記接着層の上方に前記封止板を積層する工程と、
前記半導体基板を減圧雰囲気中で加熱する工程と、
を有する。

このようにすれば、真空管構造を有する半導体装置を容易に製造することができる。

本発明にかかる半導体装置の製造方法において、
前記第２導電層は、網目を有するように形成され、
前記第１絶縁層は、前記網目を介してエッチングされることができる。

本発明にかかる半導体装置の製造方法において、
前記接着層は、スピンオングラスの原料溶液で形成されることができる。

本発明にかかる半導体装置の製造方法において、
前記減圧雰囲気中で加熱する工程の圧力は、１×１０^−８Ｐａないし２×１０^−５Ｐａであることができる。

本発明にかかる半導体装置の製造方法において、
前記減圧雰囲気中で加熱する工程の温度は、２５０℃ないし５５０℃であることができる。

本発明にかかる半導体装置の製造方法において、
前記封止板は、石英からなることができる。

本発明にかかる半導体装置は、
半導体基板と、
前記半導体基板の上方に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層に設けられた孔部と、
前記絶縁層の上方に前記孔部を封じるように設けられた封止板と、
を有し、
前記封止板によって封じられた空洞内は減圧状態である。

このような半導体装置は、減圧状態の空洞を有する。

本発明にかかる半導体装置において、
さらに、下方から順に、前記半導体基板に平行、かつ、互いに空間を隔てて設けられた第１導電層、第２導電層、および第３導電層を有し、
前記孔部は、前記絶縁層を貫通しており、
前記第１導電層、前記第２導電層、および前記第３導電層は、いずれも少なくとも一部が、前記封止板によって封じられた空洞内に設けられることができる。

このような半導体装置は、真空管構造を有する。

本発明にかかる半導体装置において、
前記第１導電層、前記第２導電層、および前記第３導電層は、３極真空管を構成し、
前記第２導電層は、グリッド電極として機能することができる。

本発明にかかる半導体装置において、
前記第２導電層は、網目状に形成されることができる。

本発明にかかる半導体装置において、
前記空洞内の圧力は、１×１０^−８Ｐａないし２×１０^−５Ｐａであることができる。

以下に本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の例を説明するものである。

１．第１実施形態
１．１．半導体装置の製造方法
図１ないし図４は、本実施形態の半導体装置１００の製造方法の各工程を模式的に示す断面図である。図５は、本実施形態の製造方法によって製造される半導体装置１００を模式的に示す断面図である。図６および図７は、それぞれ本実施形態の製造方法によって製造される半導体装置の一例を模式的に示す平面図である。

本実施形態の半導体装置の製造方法は、半導体基板１０の上方に絶縁層２０ａを形成する工程と、絶縁層２０ａをエッチングして孔部２２を形成する工程と、絶縁層２０の上方に接着層３０を形成する工程と、水素ガスおよびヘリウムガスの少なくとも一方の雰囲気中で、孔部２２を密閉するように、接着層３０の上方に封止板４０を積層する工程と、半導体基板１０を減圧雰囲気中で加熱する工程と、を有する。

まず、半導体基板１０を準備する。半導体基板１０の形状は、図示の例では平板状となっている。半導体基板１０の上面の形状は、後述の絶縁層２０ａの厚みよりも小さい凹凸を有することができる。半導体基板１０の下面および側面の形状は、任意である。半導体基板１０の平面的な形状は、任意である。半導体基板１０は、トランジスタ、キャパシタ、およびその他の電子素子を有することができる。半導体基板１０の材質としては、たとえば、シリコンなどが挙げられ、配線等には金属が用いられていてもよい。

次に、図１に示すように、半導体基板１０の上方に絶縁層２０ａを形成する。絶縁層２０ａは、エッチングされて絶縁層２０となったとき、半導体装置１００の空洞２４の側面を構成する。絶縁層２０ａは、半導体基板１０の上面が凹凸を有する場合は、該凹凸を覆う程度よりも厚く形成される。絶縁層２０ａの上面は、平面状であることが好ましい。絶縁層２０ａは、エッチング可能で、かつ、ヘリウムよりも大きな気体分子を透過しにくい材質で形成される。絶縁層２０ａの材質としては、たとえば、酸化シリコン、窒化シリコン、およびその混合物を挙げることができる。絶縁層２０ａは、たとえば、真空蒸着法、ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スピンオングラス（ＳＯＧ）法などにより形成することができる。なお、絶縁層２０ａは、必要に応じてＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）等により表面を平坦化することができる。

次に、図２に示すように、絶縁層２０ａをエッチングして孔部２２を形成する。本工程のエッチングは、等方性および異方性のいずれであってもよい。本工程のエッチングは、たとえば、公知のドライエッチング、ウェットエッチングなどの方法で行うことができる。絶縁層２０ａは、パターニングされてエッチングされる。パターニングの方法としては、公知のフォトリソグラフィ法を用いることができる。絶縁層２０ａのエッチングされない領域を絶縁層２０として符号を付した。絶縁層２０ａがエッチングされて除去された領域は、孔部２２である（図２参照）。孔部２２は、絶縁層２０ａの上面から下方に向かって凹んだ領域である。孔部２２は、図示の例では絶縁層２０ａを貫通しているが、絶縁層２０ａを貫通していなくてもよい。孔部２２の平面的な形状は、円形、矩形等、任意の形状とすることができる。孔部２２は、後の工程で絶縁層２０ａの上面に平行な下面を有する封止板４０によって密閉され、空洞２４となる（図４参照）。

次に、図３に示すように絶縁層２０の上方に接着層３０を形成する。接着層３０は、絶縁層２０の上面の平坦な面の上方に形成される。接着層３０は、平面的に見て少なくとも孔部２２の周囲を囲むように形成される。接着層３０は、接着層３０の上方に封止板４０が積層されたときに、絶縁層２０と接着層４０とを接着する機能を有する。接着層３０の厚みは、絶縁層２０と封止板４０とを接着できる範囲で任意であるが、接着層３０から反応ガス等が発生するような場合は、接着層３０は薄い方が好ましい。接着層３０は、ヘリウムよりも分子サイズの大きな気体分子を透過しにくい材質が好ましい。接着層３０は、たとえば、有機系接着剤、無機系接着剤、スピンオングラスの原料溶液を用いることができる。なかでも接着層３０は、スピンオングラスの原料溶液で形成すると、後の工程の加熱によって、酸化シリコンに変化させることができるため、接着性、気密性の点でさらに好ましい。接着層３０は、たとえば、インクジェット法によって塗布して形成することができる。

次に、図４に示すように、水素ガスおよびヘリウムガスの少なくとも一方の雰囲気中で、孔部２２を密閉するように、接着層３０の上方に封止板４０を積層する。本工程は、水素ガスおよびヘリウムガスの少なくとも一方によって充満された雰囲気中で、孔部２２を密閉する。これにより、孔部２２は、水素ガスおよびヘリウムガスの少なくとも一方によって充満される。本工程を実施するときの圧力は、大気圧でも減圧状態でもよい。水素ガスおよびヘリウムガスは、気体分子のサイズが他の気体のそれに比較して小さいことが知られている。このような分子サイズの小さい気体分子は、絶縁層２０、封止板４０、半導体基板１０等の部材を透過しやすい。したがって本工程によって密閉された孔部２２（空洞２４）から、密閉状態を保ったまま、後の工程で空洞２４内部の気体分子を除去することができる。なお、孔部２２に、たとえば誘電体などの酸化物からなる他の素子が形成されている場合は、該素子の劣化を抑制するなどの目的のために、本工程で用いるガスを、ヘリウムガスのみとすることが好ましい。

本工程において、封止板４０は、接着層３０の上方に積層される。封止板４０が積層されることにより、孔部２２が密閉される。封止板４０は、平板状である。封止板４０の下面は、接着層３０によって孔部２２の気密性が確保できる程度に平坦であることが望ましい。封止板４０は、孔部２２に上部から蓋をするように積層される。封止板４０が積層されると、孔部２２は、密閉されることができ、空洞２４が形成される（図４参照）。また、このとき、孔部２２が絶縁層２０ａを貫通して形成され、半導体基板１０等が孔部２２の下面を構成している場合は、空洞２４は、半導体基板１０、絶縁層２０、および封止板４０によって囲まれた領域となる。封止板４０の材質は、ヘリウムよりも分子サイズの大きな気体分子を透過しにくいものが好ましい。封止板４０は、たとえば、ソーダガラス板、石英ガラス板などを用いることができる。また、封止板４０は、必要に応じて導電性を有する物質を含んで構成されていてもよい。封止板４０は、たとえば下面に金属薄膜、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）薄膜が形成された石英ガラスなどを用いることができる。次の工程の加熱の温度が高い場合は、封止板４０の材質として石英ガラスがより好ましい。

次に、半導体基板１０を減圧雰囲気中で加熱する。半導体基板１０は、上記の工程を経ると、水素ガスまたはヘリウムガスの少なくとも一方が封入された空洞２４を有している。上記の工程を経て封止板４０が積層された状態の半導体基板１０を、たとえば、公知の真空チャンバ等に導入し、該チャンバ内で加熱する。減圧雰囲気とは、加熱の程度に依存するが、１×１０^−８Ｐａないし２×１０^−５Ｐａの圧力の雰囲気を指す。減圧雰囲気の圧力は、１×１０^−８Ｐａないし２×１０^−５Ｐａの範囲内で変動させてもよい。減圧雰囲気の圧力は、この範囲よりも高いと、十分に水素ガスやヘリウムガスを空洞２４内から外に放出させるための時間が長くなる。また、この範囲よりも低い圧力を達成することは、減圧機能を有する装置の減圧性能を極めて高くする必要があるため実用的でない。加熱するときの温度は、２５０℃ないし５５０℃とすることができる。加熱するときの温度は、減圧雰囲気の圧力や各部材の材質などによって決定される。加熱するときの温度は、２５０℃よりも低いと、十分に水素ガスやヘリウムガスを空洞２４内から外に放出させるための時間が長くなる。また加熱するときの温度は、５５０℃よりも高いと、各部材に熱によるダメージを与える可能性が生じて好ましくない。また、本工程中加熱するときの温度は、変動させてもよい。

本工程によって、空洞２４内部に封じられている水素ガスやヘリウムガスを、空洞２４を開放せずに除去することができる。図４に模式的に矢印で示すように、水素ガスやヘリウムガスは、封止板４０、絶縁層２０、半導体基板１０を透過するように拡散して外部減圧空間へ散逸して排気される。その結果、空洞２４内部の気体分子の数が少なくなり、半導体基板１０を常温、大気圧、大気雰囲気に戻したときには、減圧状態の空洞２４を有する半導体装置１００が形成されることになる。この減圧状態の空洞２４には、各部材を介して大気中の窒素や酸素などの分子サイズの大きい気体が侵入しにくく、また、大気中の水素ガスやヘリウムガスの含有量が小さいことから、半導体装置１００において、減圧状態の空洞２４の減圧状態が維持される。

また、本工程は、たとえば、接着層３０の硬化やアニールを同時に行うことができる。接着層３０にスピンオングラスの原料溶液を用いた場合、本工程によって、空洞２４内部を減圧にするとともに、接着層３０を硬化して酸化シリコンに変化させることができる。また、接着層３０に有機系接着剤等を用いた場合は、本工程によって、空洞２４内部を減圧にするとともに、接着層３０をアニールすることができる。ここで、硬化やアニールによって水素やヘリウム以外のガスが発生することがある場合には、たとえば、図６に示すように、封止板４０に孔４２を設けることができる。図６に示すように、孔４２は、たとえば空洞２４からみて接着層３０よりも外側に位置するように設けることができる。また、この場合、図７に示すように、接着層３０の空洞２４に対して外側の領域の絶縁層２０に溝２５を設けることができる。図７に示すように、溝２５は、たとえば空洞２４からみて接着層３０よりも外側に位置するように設けることができる。このようにすれば、孔４２や溝２５を通じて、接着層３０から生じるガスを外部に排気することができる。

以上のように、本実施形態の半導体装置の製造方法によって、図５に示すような減圧状態の空洞２４を有する半導体装置１００を容易に製造することができた。本実施形態の製造方法によれば、減圧空間を形成するために、特別な通気孔のような構造を形成する必要がない。また、減圧空間の上面の開口面積を大きくすることができるため、組立等に要求される精度を軽減することができる。

１．２．半導体装置
本実施形態の半導体装置の製造方法によって、図５に示すような半導体装置１００が形成される。本実施形態の半導体装置１００は、半導体基板１０と、半導体基板１０の上方に設けられた絶縁層２０と、絶縁層２０に設けられた孔部と、絶縁層２０の上方に孔部を封じるように設けられた封止板４０と、を有し、封止板４０によって封じられた空洞２４内は、減圧状態である。

各部の詳細な説明は、製造方法の項で述べたとおりである。絶縁層２０と封止板４０の間には、接着層３０などが設けられていてもよい。空洞２４内の圧力は、製造工程における減圧雰囲気の圧力に依存し、１×１０^−８Ｐａないし２×１０^−５Ｐａあるいはさらに低い圧力であることができる。

以上のような半導体装置１００は、減圧状態の空洞を有している。半導体装置１００の空洞２４内には、電極等を設けることができる。半導体装置１００は、減圧状態の空洞２４を利用して、たとえば、真空管、アンチヒューズ（Ａｎｔｉ−ｆｕｓｅ）などを搭載することができる。

２．第２実施形態
２．１．半導体装置の製造方法
図８ないし図１４は、本実施形態の半導体装置の製造方法の各工程を模式的に示す断面図である。図１５は、本実施形態の半導体装置２００を模式的に示す断面図である。

本実施形態の半導体装置の製造方法は、半導体基板１０の上方に第１導電層５０を形成する工程と、半導体基板１０および第１導電層５０の上方に第１絶縁層２６ａを形成する工程と、第１絶縁層２６ａの上方に第２導電層６０を形成する工程と、第１絶縁層２６ａおよび第２導電層６０の上方に第２絶縁層２８ａを形成する工程と、第２絶縁層２８ａをエッチングして、第１貫通孔２９を形成する工程と、第１絶縁層２６ａをエッチングして、第２貫通孔２７を形成する工程と、第２絶縁層２８の上方に接着層３０を形成する工程と、封止板４０の下方に第３導電層７０を形成する工程と、水素ガスおよびヘリウムガスの少なくとも一方の雰囲気中で、前記エッチングによって形成された第１貫通孔２９および第２貫通孔２７を密閉するように、接着層３０の上方に封止板４０を積層する工程と、半導体基板１０を減圧雰囲気中で加熱する工程と、を有する。

本実施形態の製造方法の工程のうち、第２絶縁層２８の上方に接着層３０を形成する工程、水素ガスおよびヘリウムガスの少なくとも一方の雰囲気中で、前記エッチングによって形成された第１貫通孔２７および第２貫通孔２９を密閉するように、接着層３０の上方に封止板４０を積層する工程、および半導体基板１０を減圧雰囲気中で加熱する工程については、第１実施形態の絶縁層２０の上方に接着層３０を形成する工程、水素ガスおよびヘリウムガスの少なくとも一方の雰囲気中で、前記エッチングによって形成された孔部２２を密閉するように、接着層３０の上方に封止板４０を積層する工程、および半導体基板１０を減圧雰囲気中で加熱する工程とそれぞれ実質的に同様であるので、詳細な説明を省略する。また、本実施形態において、第１実施形態と同様の機能を有する部材については、同一の符号を付し詳細な説明を省略する。また、本実施形態では、第１貫通孔２９および第２貫通孔２７が連通して形成される領域を空洞２４とし、減圧状態の領域という点で第１実施形態の空洞２４と実質的に同様である。

まず、図８に示すように、半導体基板１０の上方に、第１導電層５０を形成する。図示の例では、第１導電層５０は、２箇所に設けられているが、第１導電層５０の個数には制限がない。第１導電層５０は、半導体基板１０に平行な平板状の形状を有する。第１導電層５０の上面には、微細な凹凸を有していてもよい。第１導電層５０の平面的な形状は、第１導電層５０の少なくとも一部が半導体装置２００の第２貫通孔２７および第１貫通孔２９および第２貫通孔２７によって形成される空洞２４内に設けられる限り任意である。第１導電層５０の厚みは、第１絶縁層２６ａの厚みよりも小さい範囲であれば、任意である。第１導電層５０は、半導体装置２００に形成される真空管構造部９０において、アノード電極またはカソード電極として機能することができる。第１導電層５０は、半導体基板１０の上方に、たとえば真空蒸着法やスパッタ法によって設けることができる。また、必要に応じてフォトリソグラフィ法等によってパターニングされて形成されることができる。第１導電層５０は、導電性を有する。第１導電層５０の材質としては、タングステン、金、銀、などの金属、ＩＴＯなどの導電性酸化物を用いることができる。また、第１導電層５０に接続する配線等は、任意に設計される。

次に、図９に示すように、半導体基板１０および第１導電層５０の上方に第１絶縁層２６ａを形成する。第１絶縁層２６ａは、第２貫通孔２７が形成されて第１絶縁層２６となったとき、第２貫通孔２７の側面を構成する。第１絶縁層２６ａは、半導体基板１０の上面に第１導電層５０によって凹凸が生じている場合は、該凹凸を覆う程度よりも厚く形成される。第１絶縁層２６ａの上面は、平面状であることが好ましい。第１絶縁層２６ａは、エッチング可能で、かつ、ヘリウムよりも分子サイズの大きな気体分子を透過しにくい材質で形成される。第１絶縁層２６ａの材質としては、たとえば、酸化シリコン、窒化シリコン、およびその混合物を挙げることができる。第１絶縁層２６ａは、たとえば、真空蒸着法、ＣＶＤ法、ＳＯＧ法などにより形成することができる。なお、第１絶縁層２６ａは、必要に応じてＣＭＰ法等により上面を平坦化することができる。

次に、図１０に示すように、第１絶縁層２６ａの上方に第２導電層６０を形成する。図示の例では、第２導電層６０は、２箇所に設けられているが、第２導電層の個数には制限がない。第２導電層６０は、半導体基板１０に平行な平板状の形状を有する。第２導電層６０は、図示の例のように網目状に形成されていてもよい。第２導電層６０の厚みは、任意である。第２導電層６０は、半導体装置２００に形成される真空管構造部９０において、グリッド電極として機能することができる。第２導電層６０は、第１絶縁層２６ａの上方に、たとえば真空蒸着法やスパッタ法によって設けることができる。また、必要に応じてフォトリソグラフィ法等によってパターニングされて形成されることができる。第２導電層６０は、導電性を有する。第２導電層６０の材質としては、タングステン、金、銀、などの金属、ＩＴＯなどの導電性酸化物を用いることができる。

第２導電層６０の平面的な形状は、第２導電層６０の少なくとも一部が半導体装置２００の空洞２４内に存在するように設けられる。第２導電層６０は、半導体装置２００の空洞２４外に埋め込まれるように形成され、後のエッチング工程において空洞２４が形成されたときに空洞２４内でエッチング前の空間的位置を維持することができる。第２導電層６０は、第１導電層５０と平行に配置される。第２導電層６０は、下方の第１絶縁層２６が上方からエッチングするときに、その上下の第１貫通孔２９および第２貫通孔２７が連通できるように形成される。図１１は、本工程で形成される第２導電層６０の平面的な形状の例を模式的に示す平面図である。図１１は、第２導電層６０が第１絶縁層２６ａの上に形成された状態の平面図であるが、最終的な空洞２４内の配置を分かりやすくするために、第２絶縁層２８ａがエッチングされることによって形成される第１貫通孔２９を想像線（一点鎖線）で示してある。図１１において、想像線で囲まれた第１貫通孔２９が、空洞２４の第２導電層６０よりも上に位置する領域である。第２導電層６０は、図１１の第２導電層６０ａの例ように、片持ち梁状に形成されることができ、また、第２導電層６０ｂの例ように複数の支点を有して梁状に形成されていてもよい。さらに上下の第１貫通孔２９および第２貫通孔２７が連通できるように、第２導電層６０ａの例ように細線が蛇行したような平面形状や、第２導電層６０ｂの例ように網目状の平面形状であってもよい。また、第２導電層６０に接続する配線等は、任意に設計される。

次に、図１２に示すように、第１絶縁層２６ａおよび第２導電層６０の上方に第２絶縁層２８ａを形成する。第２絶縁層２８ａは、第１貫通孔２９が形成されて第２絶縁層２８となったとき、第１貫通孔２９の側面を構成する。第２絶縁層２８ａは、第１絶縁層２６ａの上面に第２導電層６０による凹凸が生じている場合は、該凹凸を覆う程度よりも厚く形成される。第２絶縁層２８ａの上面は、平面状であることが好ましい。第２絶縁層２８ａは、エッチング可能で、かつ、ヘリウムよりも分子サイズの大きな気体分子を透過しにくい材質で形成される。第２絶縁層２８ａの材質としては、たとえば、酸化シリコン、窒化シリコン、およびその混合物を挙げることができる。第２絶縁層２８ａは、たとえば、真空蒸着法、ＣＶＤ法、ＳＯＧ法などにより形成することができる。なお、第２絶縁層２８ａは、必要に応じてＣＭＰ法等により上面を平坦化することができる。

次に、第２絶縁層２８ａをエッチングして、第１貫通孔２９を形成する。本工程のエッチングは、等方性および異方性のいずれであってもよい。本工程のエッチングは、たとえば、公知のドライエッチング、ウェットエッチングなどの方法で行うことができる。第２絶縁層２８ａは、パターニングされてエッチングされる。パターニングの方法としては、公知のフォトリソグラフィ法を用いることができる。第２絶縁層２８ａのエッチングされない領域を第２絶縁層２８として符号を付した。第２絶縁層２８ａをエッチングして除去した領域は、第１貫通孔２９となる（図１３参照）。第１貫通孔２９は、第２絶縁層２８ａを貫通している。第１貫通孔２９の平面的な形状は、円形、矩形等、任意の形状とすることができる。第１貫通孔２９は、後の工程で第２絶縁層２８ａの上面に平行な下面を有する封止板４０によって密閉され、空洞２４の一部を構成する（図１５参照）。

次に、第１絶縁層２６ａをエッチングして、第２貫通孔２７を形成する。本工程のエッチングは、等方性および異方性のいずれであってもよい。本工程のエッチングは、たとえば、公知のドライエッチング、ウェットエッチングなどの方法で行うことができる。第１絶縁層２６ａは、第２絶縁層２８ａのエッチングに引き続いてエッチングされることができる。第１絶縁層２６ａのエッチングされない領域を第１絶縁層２６として符号を付した。第１絶縁層２６ａをエッチングして除去した領域は、第２貫通孔２７である（図１３参照）。第２貫通孔２７は、第１絶縁層２６ａを貫通している。第２貫通孔２７の平面的な形状は、第１貫通孔２９の平面的な形状に従う。第１貫通孔２９および第２貫通孔２７は、互いに連続し、閉空間である空洞２４を形成している。

次に、第２絶縁層２８の上方に接着層３０を形成する。本工程は、第１実施形態の絶縁層２０の上方に接着層３０を形成する工程と同様であり、第１実施形態の絶縁層２０を、本実施形態の第２絶縁層２８と適宜読み替えることによって説明される。

次に、図１４に示すように、封止板４０の下方に第３導電層７０を形成する。図示の例では、第３導電層７０は、２箇所に設けられているが、第３導電層７０の個数には制限がない。第３導電層７０は、半導体基板１０に平行となる平板状の形状を有する。第３導電層７０の下面には、微細な凹凸を有していてもよい。第３導電層７０の平面的な形状は、第３導電層７０の少なくとも一部が半導体装置２００の貫通孔２９内に設けられる限り任意である。第３導電層５０の厚みは、第１絶縁層２６ａの厚みよりも小さい範囲であれば、任意である。第１導電層５０は、半導体装置２００に形成される真空管構造部９０において、アノード電極またはカソード電極として機能することができる。第１導電層５０は、半導体基板１０の上方に、たとえば真空蒸着法やスパッタ法によって設けることができる。また、必要に応じてフォトリソグラフィ法等によってパターニングされて形成されることができる。第３導電層７０は、導電性を有する。第３導電層７０の材質としては、タングステン、金、銀、などの金属、ＩＴＯなどの導電性酸化物を用いることができる。第３導電層７０によって封止板４０の下面に凹凸が生じる場合は、適宜、接着層３０の厚み等を調節して密封性を確保することができる。また、第３導電層７０に接続する配線等は、任意に設計される。

次に、水素ガスおよびヘリウムガスの少なくとも一方の雰囲気中で、第２貫通孔２７および第１貫通孔２９からなる空洞２４を密閉するように、接着層３０の上方に封止板４０を積層する。本工程は、第１実施形態の接着層３０の上方に封止板４０を積層する工程と同様であり、第１実施形態の孔部２２を、本実施形態の第２貫通孔２７および第１貫通孔２９と適宜読み替えることによって説明される。

次に、半導体基板１０を減圧雰囲気中で加熱する。本工程は、第１実施形態の半導体基板１０を減圧雰囲気中で加熱する工程と同様である。

以上のように、本実施形態の半導体装置の製造方法によって、図１５に示すような減圧状態の空洞２４、および３つの導電層を含む、真空管構造部９０を有する半導体装置を容易に製造することができる。本実施形態の製造方法によれば、減圧空間を形成するために、特別な通気孔のような構造を形成する必要がない。また、減圧空間の上面の開口面積を大きくすることができるため、組立等に要求される精度を軽減することができる。

２．２．半導体装置
本実施形態の半導体装置の製造方法によって、図１５に示すような半導体装置２００が形成される。本実施形態の半導体装置２００は、半導体基板１０と、半導体基板１０の上方に設けられた絶縁層と、絶縁層に設けられた孔部と、絶縁層の上方に孔部を封じるように設けられた封止板４０と、を有し、封止板４０によって封じられた空洞２４内の圧力は、減圧状態である。そして、さらに、下方から順に、半導体基板１０に平行、かつ、互いに空間を隔てて設けられた第１導電層５０、第２導電層６０、および第３導電層７０を有し、孔部は、絶縁層を貫通しており、第１導電層５０、第２導電層６０、および第３導電層７０は、いずれも少なくとも一部が封止板４０によって封じられた空洞２４内に設けられている。

各部の詳細な説明は、製造方法の項で述べたとおりである。絶縁層２０と封止板４０の間には、接着層３０などが設けられていてもよい。上記半導体装置２００の絶縁層は、本実施形態の製造方法の項で述べた第１絶縁層２６および第２絶縁層２８を合わせたものに相当する。また、上記半導体装置２００の孔部は、本実施形態の製造方法で述べた、第１貫通孔２９および第２貫通孔２７に相当する。空洞２４内の圧力は、製造工程における減圧雰囲気の圧力に依存し、１×１０^−８Ｐａないし２×１０^−５Ｐａあるいはさらに低い圧力であることができる。

以上のような半導体装置２００は、図１５に示すような減圧状態の空洞２４の中に３つの導電層を有しており、真空管構造を有している。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。たとえば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（たとえば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

第１実施形態にかかる製造方法の工程を模式的に示す断面図。第１実施形態にかかる製造方法の工程を模式的に示す断面図。第１実施形態にかかる製造方法の工程を模式的に示す断面図。第１実施形態にかかる製造方法の工程を模式的に示す断面図。第１実施形態にかかる半導体装置１００を模式的に示す断面図。第１実施形態にかかる製造方法の工程を模式的に示す平面図。第１実施形態にかかる製造方法の工程を模式的に示す平面図。第２実施形態にかかる製造方法の工程を模式的に示す断面図。第２実施形態にかかる製造方法の工程を模式的に示す断面図。第２実施形態にかかる製造方法の工程を模式的に示す断面図。第２実施形態にかかる製造方法の工程を模式的に示す平面図。第２実施形態にかかる製造方法の工程を模式的に示す断面図。第２実施形態にかかる製造方法の工程を模式的に示す断面図。第２実施形態にかかる製造方法の工程を模式的に示す断面図。第２実施形態にかかる半導体装置２００を模式的に示す断面図。

符号の説明

１０半導体基板、２０絶縁層、２２孔部、２４空洞、２５溝、
２６第１絶縁層、２７第２貫通孔、２８第２絶縁層、２９第１貫通孔、
３０接着層、４０封止板、４２孔、５０第１導電層、６０第２導電層、
７０第３導電層、９０真空管構造部、１００，２００半導体装置

Claims

半導体基板の上方に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層をエッチングして孔部を形成する工程と、
前記絶縁層の上方に接着層を形成する工程と、
水素ガスおよびヘリウムガスの少なくとも一方の雰囲気中で、前記孔部を密閉するように、前記接着層の上方に封止板を積層する工程と、
前記半導体基板を減圧雰囲気中で加熱する工程と、
を有する、半導体装置の製造方法。
半導体基板の上方に第１導電層を形成する工程と、
前記半導体基板および前記第１導電層の上方に第１絶縁層を形成する工程と、
前記第１絶縁層の上方に第２導電層を形成する工程と、
前記第１絶縁層および前記第２導電層の上方に第２絶縁層を形成する工程と、
前記第２絶縁層をエッチングして第１貫通孔を形成する工程と、
前記第１絶縁層をエッチングして第２貫通孔を形成する工程と、
前記第２絶縁層の上方に接着層を形成する工程と、
封止板の下方に第３導電層を形成する工程と、
水素ガスおよびヘリウムガスの少なくとも一方の雰囲気中で、前記貫通孔を密閉するように、前記接着層の上方に前記封止板を積層する工程と、
前記半導体基板を減圧雰囲気中で加熱する工程と、
を有する、半導体装置の製造方法。
請求項２において、
前記第２導電層は、網目を有するように形成され、
前記第１絶縁層は、前記網目を介してエッチングされる、半導体装置の製造方法。
請求項１ないし請求項３のいずれかにおいて、
前記接着層は、スピンオングラスの原料溶液で形成される、半導体装置の製造方法。
請求項１ないし請求項４のいずれかにおいて、
前記減圧雰囲気中で加熱する工程の圧力は、１×１０^−８Ｐａないし２×１０^−５Ｐａである、半導体装置の製造方法。
請求項１ないし請求項５のいずれかにおいて、
前記減圧雰囲気中で加熱する工程の温度は、２５０℃ないし５５０℃である、半導体装置の製造方法。
請求項１ないし請求項６のいずれかにおいて、
前記封止板は、石英からなる、半導体装置の製造方法。
半導体基板と、
前記半導体基板の上方に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層に設けられた孔部と、
前記絶縁層の上方に前記孔部を封じるように設けられた封止板と、
を有し、
前記封止板によって封じられた空洞内は減圧状態である、半導体装置。
請求項８において、
さらに、下方から順に、前記半導体基板に平行、かつ、互いに空間を隔てて設けられた第１導電層、第２導電層、および第３導電層を有し、
前記孔部は、前記絶縁層を貫通しており、
前記第１導電層、前記第２導電層、および前記第３導電層は、いずれも少なくとも一部が、前記封止板によって封じられた空洞内に設けられた、半導体装置。
請求項９において、
前記第１導電層、前記第２導電層、および前記第３導電層は、３極真空管を構成し、
前記第２導電層は、グリッド電極として機能する、半導体装置。
請求項９または請求項１０において、
前記第２導電層は、網目状に形成された、半導体装置。
請求項９ないし請求項１１のいずれかにおいて、
前記空洞内の圧力は、１×１０^−８Ｐａないし２×１０^−５Ｐａである、半導体装置。