JP2009178778A

JP2009178778A - 微小電気機械装置

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Publication number: JP2009178778A
Application number: JP2008017729A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Sugizaki; 吉昭杉崎
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-01-29
Filing date: 2008-01-29
Publication date: 2009-08-13

Abstract

【課題】封止層の損傷を防止して、信頼性に優れた微小電気機械装置を提供する。
【解決手段】半導体基板２上に形成されたＭＥＭＳ素子３と、ＭＥＭＳ素子３との間に空洞９を有するように該素子３を覆い、その上面の一部に貫通孔１０が形成された空洞形成膜４と、空洞形成膜４の貫通孔１０を塞いでＭＥＭＳ素子３を空洞９内に封止する封止層５と、封止層５との間に空洞１１を有するように封止層５を覆う保護層６と、保護層６と半導体基板２とを接続する接続部材１２とを備えている。接続部材１２は、保護層６の構成材料より大きい透湿係数を有する合成樹脂から構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、微小電気機械装置に関する。

ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）素子は、通常の半導体装置と同様に外界の影響から素子を保護するために気密に封止される。ただし、ＭＥＭＳ素子は、電気的な力、または加速度などの外力で変形する片持ち梁や両持ち梁構造の可動部を備えており、その動作特性から素子を空洞内に保持しなければならないため、空洞の状態を保持し得る封止構造を適用する必要がある。

このような封止構造としては、ＭＥＭＳ素子を覆う犠牲層を形成し、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などで犠牲層に通じる貫通孔が形成された膜を犠牲層上に積層した後、この貫通孔から犠牲層を選択的に除去し、ＣＶＤ法などで膜の貫通孔を塞ぐように封止層を積層して、ＭＥＭＳ素子を空洞内に封止した構造が提案されている。

しかし、ＭＥＭＳ素子を空洞内に封止する封止層は、一般に、薄膜で形成されるため、機械的強度が十分でなく、外力がかかった場合に損傷しやすい。

そこで、このような問題に対応して、封止層との間に空洞を有する膜を配置し、この膜上に、流し込み成形で合成樹脂製の保護層を配置した構造が提案されている（例えば特許文献１参照）。

しかしながら、封止層との間に空洞を有する膜は、薄膜の封止層上に犠牲層を堆積して形成するため、製造プロセスで封止層が損傷しやすい。

また、封止層は、流し込み成形で形成された透湿性の不十分な保護層で全体を覆われているため、ＭＥＭＳ装置の製造プロセスにおける実装リフロー工程で、高温のリフロー炉内にＭＥＭＳ装置を曝した場合に、保護層が吸湿した水分が気化して、保護層内（すなわち、封止層の外側の空洞）の水蒸気圧が上昇し、封止層の外側の空洞と、内側の空洞とで内外圧差が生じて、封止層が損傷しやすい。
特開２００６−９５６８１号公報

本発明の目的は、封止層の損傷を防止し、信頼性に優れた微小電気機械装置を提供することにある。

本発明の一態様に係る微小電気機械装置は、基板と、前記基板上に形成された微小電気機械素子と、前記微小電気機械素子との間に空洞を有するように該素子を覆い、貫通孔を有する空洞形成膜と、前記空洞形成膜内の貫通孔を塞いで前記微小電気機械素子を空洞内に封止する封止層と、前記封止層との間に空洞を有するように該封止層を覆う保護層と、前記保護層と前記基板とを接続し、かつ、該保護層の構成材料より大きい透湿係数の接続部材と、を具備することを特徴としている。

上記構成により、封止層の損傷を防止して、信頼性に優れた微小電気機械装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。なお、以下では本発明の実施形態を図面に基づいて述べるが、それらの図面は図解のために提供されるものであり、本発明はそれらの図面に限定されるものではない。

（第１の実施形態）
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る微小電気機械装置（以下、ＭＥＭＳ装置とする。）の構成を模式的に示す断面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示したＭＥＭＳ装置の構成を模式的に示す平面透視図である。

図１（ａ）に示すように、第１の実施形態のＭＥＭＳ装置１は、半導体基板２と、ＭＥＭＳ素子３と、空洞形成膜４と、封止層５と、保護層６と、を備えている。

半導体基板２上には、ＭＥＭＳ素子３を動作させるための信号線や電源線、接地線等の配線層７が絶縁層８を介して形成されている。本実施形態では、基板に、半導体基板２を用いたが、これ以外に、例えばガラス、セラミックなどの絶縁性基板を用いることもできる。

配線層７は、ＭＥＭＳ素子３と電気的に接続され、外部との間で電気信号等のやりとりを行う。配線層７には、例えばＡｕ、Ｃｒ、Ｒｔ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ等から構成される金属薄膜、これらの合金薄膜、あるいはこれらを多層積層した導体薄膜等を適用することができる。この場合、スパッタリング法、金属蒸着法、ＣＶＤ法等により金属薄膜等を形成した後、フォトリソグラフィー等でパターニングする。また、配線層７の形態は、特に限定されるものではなく、例えばコプレーナ線路、マイクロストリップ線路、グランド付きコプレーナ線路、あるいは単純な薄膜信号線路など要求される仕様に応じて適宜選択できる。

ＭＥＭＳ素子３は、可動部３１と支持部３２，３３とを備えた両持ち梁構造であり、可動部３１が半導体基板２の厚み方向に変形可能に構成されている。可動部３１は、Ａｌ、Ｃｕなどの金属薄膜から構成される。本実施形態では、両持ち梁構造のＭＥＭＳ素子３を用いたが、片持ち梁構造のＭＥＭＳ素子３を用いることもできる。ＭＥＭＳ素子３は、例えば静電気式マイクロスイッチ、静電マイクロリレー、マイクロメカニカルリレー、加速度センサ、可変容量、圧力センサ等に適用できる。

空洞形成膜４は、その内側にＭＥＭＳ素子３の動作特性に必要な空洞９を有し、ＭＥＭＳ素子３を覆うようにして半導体基板２上に配置されている。また、空洞形成膜４は、貫通孔１０を備えている。空洞形成膜４の外形は、例えば、四角柱、円柱などの柱体状、全体として円錐、六角錐、四角錐等の錐体の頂部を切除した錘台状、半球形（ドーム）状などである。本実施形態では、空洞形成膜４の外形は四角錘台状であり、貫通孔１０は四角錘台の上面の一部（ただし、ＭＥＭＳ素子３の直上を除いた部位）に配置されている。空洞形成膜４には、例えばＳｉＮ、ＳｉＯ_２などを用いることができる。空洞形成膜４は、例えば、スパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法等により形成される。

封止層５は、空洞形成膜４上に配置され、空洞形成膜４に設けられた貫通孔１０を塞いで、空洞９内にＭＥＭＳ素子３を気密に封止する。封止層５は、空洞形成膜４と同様の成膜材料、成膜方法によって形成される。本実施形態では、封止層５には、ＳｉＮを用いる。封止層５の形状は、制限されず、空洞形成膜４と同様の形状でも、これ以外の形状でもよく、本実施形態では、空洞形成膜４と同様の形状である。

保護層６は、封止層５及び空洞形成膜４を外界の影響から保護する層である。保護層６は、その内側に空洞１１を形成するとともに封止層５を覆うようにして、接続部材１２を介して半導体基板２上に接続されている。保護層６と封止層５は接触していないため、保護層６に対して外力がかかっても、封止層５に応力がかかることはなく、薄膜で形成される封止層５及び空洞形成膜４の損傷を防止できる。保護層６には、十分な機械的強度を有する材料を用いることができ、例えば、Ｓｉ（シリコン）、ガラス、合成樹脂、金属等が挙げられる。本実施形態では、Ｓｉを用いている。保護層６は、半導体基板２との接合面側の略中央に矩形状の凹部を有し、接続部材１２を介して半導体基板２に接続されている。保護層６の形状は、制限されず、例えば、四角柱、円柱などの柱体状などが挙げられ、本実施形態では、四角柱状である。

接続部材１２には、封止層５の透湿係数よりも大きい透湿係数の合成樹脂を用いる。封止層５と保護層６間の空間内の水蒸気を保護層６の外側に逃がすためである。保護層６の透湿係数は，接続部材１２の透湿係数より小さくても良い。但し，保護層６の透湿係数が接続部材１２の透湿係数より大きいことも許容される。

接続部材１２を構成する合成樹脂の透湿係数としては、好ましくは３．６×１０^−７ｃｍ^３（ＳＴＰ）・（ｃｍ・ｓ・ｃｍＨｇ）^−１以上である。さらに、合成樹脂は、空気中の水分を吸湿しにくい特性を有することが好ましく、その吸湿率は、好ましくは、０．４％以下、より好ましくは０．２％以下である。このような合成樹脂としては、透湿係数が上記範囲であり、吸湿率が上記範囲であれば特に制限されるものではないが、好ましくは、シリコーン樹脂（シリコーン固形物，シリコーンポリマ）が挙げられ、より好ましくは、ポリジメチルシロキサン（正確には，主成分をポリジメチルシロキサンとする固形物）である。合成樹脂は、一般に、空気中の水分を吸湿する特性をもつため、ＭＥＭＳ装置１の製造工程における実装リフローの工程で、高温のリフロー炉内にＭＥＭＳ装置１を曝した場合に、吸湿した水分が気化する。接続部材１２に、空気中の水分を通しやすく（高透湿性）、水分を吸湿しにくい（低吸湿性）合成樹脂を用いることで、空気中の水分の吸湿を抑え、水分を吸湿しても、実装リフロー時に気化した水分（水蒸気）が、保護層６内に閉じ込められることなく、接続部材１２を介して、保護層６の外部に排湿される。これにより、封止層５の外側の空洞１１で生じる外圧と、内側の空洞９で生じる内圧との差を小さくすることができ、保護層６内の水蒸気圧の上昇による封止層５及び空洞形成膜４の損傷を防止できる。

以下、図２〜図６を用いて、接続部材１２に用いる合成樹脂としてポリジメチルシロキサンが好適な理由を詳細に説明する。

図２は、図１に示すＭＥＭＳ装置１をリフロー炉内に放置し、８℃／ｓで常温〜１５０℃まで昇温させ、１５０〜２００℃までのプレヒート区間を６０秒間、６℃／ｓで２００〜２７０℃まで昇温させた際の保護層６の内圧変化を計算（シミュレーション）した結果を示している。ここで用いたＭＥＭＳ装置１は、図１において、封止層５が幅０．９ｍｍ、奥行き０．９ｍｍ、高さ２０μｍであり、保護層６が幅１ｍｍ、奥行き１ｍｍ、深さ３０μｍの矩形状の凹部を有し、接続部材１２が幅０．１ｍｍ、厚さ３０μｍである。接続部材１２は、透湿係数がポリジメチルシロキサンに対応する３．６×１０^−６ｃｍ^３（ＳＴＰ）・（ｃｍ・ｓ・ｃｍＨｇ）^−１であり、吸湿率がそれぞれ０．４％、０．２％、０．１％、０．０５％以下（具体的には０．０５％、０．０２５％、０．０１２５％、０．００６２５％）であると仮定している。合成樹脂には，一般的に，主成分以外の材料（例えば，充填剤）も含まれ，その吸湿率は必ずしも主成分のみでは決まらない。

図３は、図２において、接続部材１２として、透湿係数がポリジメチルシロキサンの１／３であり、吸湿率がそれぞれ０．４％、０．２％、０．１％、０．０５％、０．０２５％以下（具体的には０．０２５％、０．０１２５％、０．００６２５％）の合成樹脂を用いた以外は同様にした場合の、保護層６の内圧変化を示す図である。

図４は、図２において、接続部材１２として、透湿係数がポリジメチルシロキサンの１／１０であり、吸湿率が０．４％、０．２％、０．１％、０．０５％、０．０２５％以下（具体的には０．０２５％、０．０１２５％、０．００６２５％）の合成樹脂を用いた以外は同様にした場合の、保護層６の内圧変化を示す図である。

図２〜図４では、後述する図５〜６と比べて、透湿係数の大きい合成樹脂を接続部材１２に使用している。図２〜図４では、保護層６内に存在した、接続部材１２から気化した水分（水蒸気）が、リフロー炉のプレヒートの過程で、接続部材１２を介して、すでに排湿されている。このため、保護層６の内圧は、リフロー炉のピーク温度（２７０℃）で乾燥気体の温度変化相当分の圧力（１．８atm）にしか上昇していない。

特に、図２は、図２〜４のなかで、透湿係数が最も大きい合成樹脂を用いている。このため、吸湿率が最大値（０．４％）でも、リフロー炉のプレヒート以前の段階で、保護層６内の水蒸気を接続部材１２を介して排湿できる。よって、保護層６内の水蒸気圧の上昇を抑えて、保護層６の内圧を２atmより低く抑えられる。

図４は、図２〜４のなかで、透湿係数が最も小さい合成樹脂を用いている。このため、吸湿率が最大値（０．４％）の場合には、リフロー炉でのプレヒートの初期段階で保護層６の内圧が２atmを越えてしまう。吸湿率を０．２％に低減することで、リフロー中のいずれの段階においても、保護層６の内圧を２atm以内に抑えることができる。

次に、図２〜４と比べて、さらに透湿係数が小さい合成樹脂を用いた場合の、保護層６の内圧変化を図５〜６を用いて説明する。

図５は、図２において、接続部材１２として、透湿係数がポリジメチルシロキサンの１／１００の合成樹脂（例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂）に関して、吸湿率が０．４％、０．２％、０．１％、０．０５％、０．０２５％、０．０１２５％、０．００６２５％の場合を仮定して保護層６の内圧変化を計算した結果である。

図６は、図２において、接続部材１２として、透湿係数がポリジメチルシロキサンの１／１００００の合成樹脂（例えば、ポリ４フッ化エチレン、高密度ポリエチレン）に関して、吸湿率が０．４％、０．２％、０．１％、０．０５％、０．０２５％、０．０１２５％、０．００６２５％の場合を仮定して保護層６の内圧変化を計算した結果である。

図５、図６では、図２〜４と比べて、接続部材１２に透湿係数の小さい合成樹脂を使用している。図５〜６に示すように、リフロー炉のプレヒート以前で、保護層６の内圧が上昇しており、プレヒートの段階でも、保護層６の内圧が低下することはなく、リフロー炉のピーク温度（２７０℃）に達しても、保護層６の内圧が上昇している。これに対して、透湿係数の大きい合成樹脂を用いた図２〜４では、リフロー炉の温度上昇にともない、保護層６の内圧が上昇しても、プレヒート以前の段階、あるいは、プレヒートの初期段階で、保護層６の内圧は低下している。

これは、図５〜６で用いた合成樹脂は、図２〜４と比べて、接続部材１２に用いた合成樹脂の透湿係数が小さいため、リフロー炉の熱により、合成樹脂から気化した水分が、接続部材１２を介して、保護層６の外部に排湿されにくく、保護層６内に残存しやすくなるためである。このため、保護層６の内圧（水蒸気圧）の上昇を招く。

特に、吸湿率が大きくなるほど、保護層６の内圧が上昇している。図５では、吸湿率が最大（０．４％）の場合には、リフロー炉のプレヒート以前で、２．４atmを超えており、リフロー炉のピーク温度（２７０℃）で、２．７atmまで上昇している。封止層５は、例えばＣＶＤ法などで薄膜に形成されるため、２atmを超えるような圧力には耐えにくい。

吸湿率を小さくすることで、保護層６の内圧を低く抑えることが考えられる。図６では、例えば、吸湿率が０．００６２５％の場合には、リフロー炉のピーク温度（２７０℃）でも、保護層６の内圧は１．６〜１．８tmである。しかし、透湿係数が小さく、吸湿率が小さい合成樹脂は、疎水性で反応性に乏しい分子構造であり、接着強度が不十分で実用的ではない。

以上、図２〜図６から明らかなように、接続部材１２には、好ましくは、透湿係数が３．６×１０^−７ｃｍ^３（ＳＴＰ）・（ｃｍ・ｓ・ｃｍＨｇ）^−１以上であり、吸湿率が０．４％以下、好ましくは０．２％以下である合成樹脂を用いる。このような合成樹脂によれば、空気中の水分を吸湿しにくく、吸湿してリフロー炉の熱で接続部材１２から気化しても、リフロー炉のプレヒートの過程で、接続部材１２を介して排湿できる。

特に、保護層６の内圧変化が最も小さく、リフロー炉のピーク温度（２７０℃）でも、保護層６の内圧を１．８atmに抑えられるため、図２で用いた透湿係数が３．６×１０^−６ｃｍ^３（ＳＴＰ）・（ｃｍ・ｓ・ｃｍＨｇ）^−１のポリジメチルシロキサンが好ましい。この場合、０．４％まで吸湿しても内圧は１．８atmまでしか上昇しない。ポリジメチルシロキサンが通常の環境下で０．４%も吸湿することはないため、実用上問題ない。

上述した本実施形態のＭＥＭＳ装置１は、例えば以下のようにして製造される。図７（ａ）〜（ｇ）は、図１に示すＭＥＭＳ装置１の製造方法を模式的な断面で示す工程図である。

まず、図７（ａ）に示すように、半導体基板２上に絶縁層８を介して配線層７を形成し、この配線層７上に犠牲部材１５を形成する。配線層７は、絶縁層８上にスパッタリング法で金属薄膜（例えばＡｌ膜、Ｃｕ膜など）を形成した後、これをフォトリソグラフィー法でパターニングして形成される。配線層７の一部には、配線保護用の絶縁層（不図示）を形成しておく。犠牲部材１５は、ポリイミド等が積層され、パターニングされた後、熱硬化されることで形成される。パターニングされた犠牲部材１５は，ＭＥＭＳ素子３を形成するための土台となる。

さらに、図７（ｂ）に示すように，犠牲部材１５上にＭＥＭＳ３，犠牲部材１６が形成される。ＭＥＭＳ３は，スパッタリング法やＣＶＤ法などで導体薄膜(例えば、Ａｌ膜、Ａｕ膜、ポリシリコン膜など)を成膜し、フォトリソグラフィ法でパターニングすることで形成される。ＭＥＭＳ素子３は、可動部３１と支持部３２，３３を有する。犠牲部材１６は，ＭＥＭＳ３を含む半導体基板２にポリイミド等が積層され、パターニングされることで形成される。

次に、図７（ｃ）に示すように，犠牲部材１５，１６をテーパ形状とする。犠牲部材１５，１６を熱硬化することによって、犠牲部材が収縮し、側面がテーパ形状となる。本実施例の場合，犠牲部材１５，１６が四角錐台状となる。このときの処理温度は，犠牲部材１５の先の熱硬化のときの処理温度よりも高い。

次に、図７（ｄ）に示すように、四角錘台状の犠牲部材１５，１６を覆うように、空洞形成膜４をスパッタ法、ＣＶＤ法等で成膜する。空洞形成膜４としては、その成膜プロセスで犠牲部材１５，１６がダメージを受け難く、犠牲部材１５，１６と空洞形成膜４との間でのエッチングの選択性の点から、本実施形態では、ＳｉＯ_２を用いる。

図７（ｅ）に示すように、空洞形成膜４の一部、ここでは四角錘台の上面の一部をフォトリソグラフィー法、ドライエッチング法等を用いて除去し、犠牲部材１５，１６を除去するための貫通孔１０を空洞形成膜４に形成する。貫通孔１０は、空洞形成膜４の上面の一部に形成されるが、後述する封止層５の成膜の際に、ＭＥＭＳ素子３の上に堆積してその特性に悪影響を及ぼすことがないように、ＭＥＭＳ素子３の直上にあたる部位を避けるようにして設ける。

次に、図７（ｆ）に示すように、空洞形成膜４に設けた貫通孔１０から、アッシングにより、ポリイミド等からなる犠牲部材１５，１６を一括して除去し、ＭＥＭＳ素子３の周囲に空洞９を形成する。

次に、図７（ｇ）に示すように、空洞形成膜４上に、スパッタ法、ＣＶＤ法等を使用してＳｉＮ等からなる封止層５を形成する。これにより、封止層５で貫通孔１０を塞ぎ、ＭＥＭＳ素子３を空洞９内に封止する。

Ｓｉウエハに矩形状の凹部を多面付けで複数形成し、各凹部の外周にダイシング線となる溝を形成する。そして、ダイシング線（溝）に沿って個片化し、略中央に凹部を有する保護層６を作成する。この保護層６の、半導体基板２との接続面側に、接続部材１２として液状のポリジメチルシロキサンを塗布し、図７（ｈ）に示すように、半導体基板２に接続した後、熱硬化する。これにより、封止層５と保護層６との間に空洞１１が形成される。

以上説明したように、本実施形態では、ポリジメチルシロキサンのような高透湿で低吸湿性の合成樹脂を接続部材１２に用いている。この接続部材１２を用いることで、合成樹脂が空気中の水分を吸湿しにくく、合成樹脂が吸湿した水分が実装リフロー時の熱で気化しても、気化した水分（水蒸気）が、保護層６内に閉じ込められることなく、合成樹脂を介して保護層６の外部に排湿される。これにより、封止層５の外側の空洞１１で生じる外圧と、内側の空洞９で生じる内圧との差を小さくすることができ、保護層６内の水蒸気圧の上昇による封止層５及び空洞形成膜４の損傷を防止し、高信頼性のＭＥＭＳ装置１を提供することができる。

なお、本実施形態では、空洞形成膜４の外形を四角錘台状としたが、それ以外の錘台状でも、ドーム（半球形）状、柱体状でもよい。ドーム状にする場合、犠牲部材１５，１６に、熱硬化時に溶融する特徴を持った材料を用いればよい。熱硬化時に溶融してドーム状となった後、この上に貫通孔１０を有する膜を形成し、貫通孔１０から犠牲部材１５，１６を除去することで、ドーム状の空洞形成膜４が得られる。空洞形成膜４の外形には、錘台状またはドーム状を適用することが好ましい。これによれば、柱体状の場合と比べて、その上面と側面において膜の均一性に優れるため、全体をパッケージした場合にその衝撃と応力に対してクラックなどが発生しにくく、封止信頼性に優れている。

また、犠牲部材１５，１６には、ＳｉＯ_２を用いてもよい。この場合、空洞形成膜４には、その成膜プロセスで犠牲部材１５，１６がダメージを受けにくく、犠牲部材１５，１６と空洞形成膜４との間でのエッチングの選択性の点から、Ｓｉを用いることが好ましい。ＳｉＯ_２からなる犠牲部材１５，１６は、空洞形成膜４に設けられた貫通孔１０を通して、ＳｉＯ_２からなる犠牲部材１５，１６を選択的に溶解除去可能なフッ酸系のエッチャントを使用して犠牲部材１５，１６を除去して、ＭＥＭＳ素子３の周囲に空洞９を形成する。犠牲部材１５，１６がＳｉＯ_２からなる場合には、ウエットエッチング法以外に、フッ酸蒸気によるドライエッチング法などを用いることもできる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係るＭＥＭＳ装置について図８を用いて説明する。図８は、本発明の第２の実施形態に係るＭＥＭＳ装置の、半導体基板２側からみた平面透視図である。第１の実施形態と同一の構成部分については、同一の符号を付してその説明を簡略化または省略する。

第２の実施形態のＭＥＭＳ装置は、第１の実施形態と同様に、半導体基板２、ＭＥＭＳ素子３、空洞形成膜４、封止層５、保護層６を備えている（図１参照）。保護層６は、接着部材２２を介して半導体基板２に接着されているが、第１の実施形態とは、接続部材２２が配置される部位が異なる。

接続部材２２は、本実施形態では、図８に示すように、半導体基板２と保護層６との間に不連続で配置されている。すなわち、半導体基板２と保護層６との接続部位で接続部材２２が配置されていない部位がある。接続部材２２が配置されていない部位は、半導体基板２と保護層６とで形成される間隙２３になっている。接続部材２２は、第１の実施形態で使用した高透湿性の合成樹脂（例えば、ポリジメチルシロキサン）に制限されるものではなく、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、低融点ガラスフリット（例えば融点３００〜４００℃）、半田などを用いることができる。

以上説明したように、本実施形態では、半導体基板２と保護層６との間に接続部材２２を配置しない部位を設け、間隙２３としている。これにより、接続部材２２に高透湿性で低吸湿性の合成樹脂を使用しなくても、合成樹脂が吸湿した水分が実装リフロー時の熱で気化した際に、気化した水分（水蒸気）を上記間隙２３から保護層６の外部に排湿することができる。よって、保護層６内の水蒸気圧の上昇による封止層５及び空洞形成膜４の損傷を防止し、高信頼性のＭＥＭＳ装置を提供することができる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係るＭＥＭＳ装置について図９を用いて説明する。図９は、本発明の第３の実施形態に係るＭＥＭＳ装置で用いた保護層３１を模式的に示す斜視図である。第１の実施形態と同一の構成部分については、同一の符号を付してその説明を簡略化または省略する。

第３の実施形態のＭＥＭＳ装置は、第１の実施形態と同様に、半導体基板２、ＭＥＭＳ素子３、空洞形成膜４、封止層５、保護層３１を備えている。第１の実施形態とは、保護層３１の形状が異なる。

保護層３１は、本実施形態では、貫通孔３２を有している。貫通孔３２は、保護層３１の側面のうち、少なくとも１つの側面に形成され、その形状は、側面の少なくとも一部が除去されて形成されていればよい。本実施形態では、貫通孔３２は、図９に示すように、四角柱の向かい合う２つの側面に形成され、その形状は、側面全体が除去されている。

保護層３１に貫通孔３２が形成されているため、保護層３１を半導体基板２に接続する接続部材は、高透湿性の合成樹脂（例えば、ポリジメチルシロキサン）に制限されず、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、低融点ガラスフリット（例えば融点３００〜４００℃）、半田などを用いることができる。
また，半導体基板２と保護層３１を直接接合しても良い。例えば，半導体基板２と保護層３１の双方をシリコン（Ｓｉ）で構成し，シリコン分子を熱拡散させることで，半導体基板２と保護層３１を接合できる。

以上説明したように、本実施形態によれば、保護層３１に貫通孔３２を形成することで、接続部材に高透湿性で低吸湿性の合成樹脂を使用しなくても、合成樹脂が吸湿した水分が実装リフロー時の熱で気化した際に、気化した水分（水蒸気）を上記貫通孔から保護層の外部に排湿することができる。よって、保護層３１内の水蒸気圧の上昇による封止層５及び空洞形成膜４の損傷を防止し、高信頼性のＭＥＭＳ装置を提供することができる。

なお、本発明は上記実施の形態の記載内容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適宜変更可能である。例えば、上述の第１〜第３の実施形態において挙げた材料、構造、形状、基板、プロセスなどはあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる材料、構造、形状、基板、プロセスなどを用いてもよい。

本発明の第１の実施形態に係るＭＥＭＳ装置の構成を模式的に示す断面図と、平面透視図。図１に示すＭＥＭＳ装置をリフロー炉内に放置した際の保護層の内圧変化を示す図。図１に示すＭＥＭＳ装置をリフロー炉内に放置した際の保護層の内圧変化を示す図。図１に示すＭＥＭＳ装置をリフロー炉内に放置した際の保護層の内圧変化を示す図。図１に示すＭＥＭＳ装置をリフロー炉内に放置した際の保護層の内圧変化を示す図。図１に示すＭＥＭＳ装置をリフロー炉内に放置した際の保護層の内圧変化を示す図。図１に示すＭＥＭＳ装置の製造工程を模式的な断面で示す工程図。本発明の第２の実施形態に係るＭＥＭＳ装置を示す平面透視図。本発明の第３の実施形態に係るＭＥＭＳ装置の保護層と封止層を模式的に示す斜視図。

符号の説明

１…ＭＥＭＳ装置、２…半導体基板、３…ＭＥＭＳ素子、４…空洞形成膜、５…封止層、６…保護層、７…配線層、８…絶縁層、９，１１…空洞、１２，２２…接続部材、２３…空隙。

Claims

基板と、
前記基板上に形成された微小電気機械素子と、
前記微小電気機械素子との間に空洞を有するように該素子を覆い、貫通孔を有する空洞形成膜と、
前記空洞形成膜内の貫通孔を塞いで前記微小電気機械素子を空洞内に封止する封止層と、
前記封止層との間に空洞を有するように該封止層を覆う保護層と、
前記保護層と前記基板とを接続し、かつ、該封止層の構成材料より大きい透湿係数の接続部材と、
を具備することを特徴とする微小電気機械装置。
前記接続部材は、透湿係数が３．６×１０^−７ｃｍ^３（ＳＴＰ）・（ｃｍ・ｓ・ｃｍＨｇ）^−１以上、吸湿率が０．４％以下の合成樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の微小電気機械装置。
前記接続部材が、シリコーン樹脂であることを特徴とする請求項１または２に記載の微小電気機械装置。
基板と、
前記基板上に形成された微小電気機械素子と、
前記微小電気機械素子との間に空洞を有するように該素子を覆い、貫通孔を有する空洞形成膜と、
前記空洞形成膜内の貫通孔を塞いで前記微小電気機械素子を空洞内に封止する封止層と、
前記封止層との間に空洞を有するように該封止層を覆う保護層と、
前記基板と前記保護層とを接続する接続部材と、
前記基板と前記保護層との間に配置される間隙と、
を具備することを特徴とする微小電気機械装置。
基板と、
前記基板上に形成された微小電気機械素子と、
前記微小電気機械素子との間に空洞を有するように該素子を覆い、貫通孔を有する空洞形成膜と、
前記空洞形成膜内の貫通孔を塞いで前記微小電気機械素子を空洞内に封止する封止層と、
貫通孔を有し、前記封止層との間に空洞を有するように該封止層を覆い、前記基板に配置された保護層と、
前記基板と前記保護層とを接続する接続部材と、
を具備することを特徴とする微小電気機械装置。