JP2011038780A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、可動部を有する半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device having a movable part and a method for manufacturing the semiconductor device.
外部から加えられた力(以下において、「外力」という。)に応じて変位する可動部を有するMEMS(Micro Electro Mechanical System)素子等の半導体装置が、加速度センサやジャイロセンサ等に使用されている。一般に、振動子等の可動部を保護するために、可動部を覆うように配置された蓋によりMEMS素子は封止される。例えば、ウェハ接合によってMEMS素子の封止を行う方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 A semiconductor device such as a MEMS (Micro Electro Mechanical System) element having a movable portion that is displaced according to an externally applied force (hereinafter referred to as “external force”) is used for an acceleration sensor, a gyro sensor, or the like. . Generally, in order to protect a movable part such as a vibrator, the MEMS element is sealed with a lid arranged so as to cover the movable part. For example, a method of sealing a MEMS element by wafer bonding has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、可動部が形成された基板と蓋とを張り合わせてMEMS素子を製造する方法では、基板と蓋との位置合わせが困難である。このため、例えば、可動部と蓋に配置された電極との距離や位置合わせを高い精度で実現できないという問題があった。 However, in the method of manufacturing a MEMS element by bonding a substrate on which a movable part is formed and a lid, it is difficult to align the substrate and the lid. For this reason, there existed a problem that the distance and position alignment of a movable part and the electrode arrange | positioned at a lid | cover could not be implement | achieved with high precision, for example.
上記問題点に鑑み、本発明は、基板と蓋との位置合わせを高い精度で行うことが可能な、可動部を有する半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a semiconductor device having a movable portion and a method for manufacturing the semiconductor device, which can perform alignment between a substrate and a lid with high accuracy.
本発明の一態様によれば、(イ)外力により変位する、少なくとも上面及び側面に絶縁膜が形成された半導体からなる可動部が表面に形成された基板と、(ロ)封止された貫通孔を有し、可動部との間に空間を形成するように基板上に配置された絶縁膜からなる蓋とを備える半導体装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, (b) a substrate having a movable part formed of a semiconductor having an insulating film formed on at least an upper surface and a side surface that is displaced by an external force, and (b) a sealed penetration. There is provided a semiconductor device having a hole and a lid made of an insulating film disposed on a substrate so as to form a space between the movable part.
本発明の他の態様によれば、基板上に形成された可動部を有する半導体装置の製造方法であって、(イ)基板の上部の一部をエッチングして側面溝を形成し、可動部の側面を露出させるステップと、(ロ)可動部の側面及び上面に側面絶縁膜及び上面絶縁膜を形成するステップと、(ハ)側面溝を埋め込みながら、可動部上に犠牲膜を形成するステップと、(ニ)犠牲膜の表面に絶縁膜からなる蓋を形成するステップと、(ホ)蓋を貫通して犠牲層に達する貫通孔を形成するステップと、(ヘ)貫通孔からエッチャントを導入して、側面絶縁膜及び上面絶縁膜をエッチングマスクにして犠牲層と基板の上部の一部とをエッチングし、蓋と可動部間の空間及び可動部と基板間の空間を形成するステップとを含む半導体装置の製造方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device having a movable part formed on a substrate, wherein (a) a part of an upper part of the substrate is etched to form a side groove, and the movable part (B) forming a side surface insulating film and an upper surface insulating film on the side surface and upper surface of the movable portion; and (c) forming a sacrificial film on the movable portion while embedding the side surface groove. (D) forming a cover made of an insulating film on the surface of the sacrificial film; (e) forming a through hole that penetrates the cover to reach the sacrificial layer; and (f) introducing an etchant from the through hole. Etching the sacrificial layer and a part of the upper portion of the substrate using the side surface insulating film and the upper surface insulating film as an etching mask, and forming a space between the lid and the movable portion and a space between the movable portion and the substrate. A method for manufacturing a semiconductor device is provided. .
本発明によれば、基板と蓋との位置合わせを高い精度で行うことが可能な、可動部を有する半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the semiconductor device which has a movable part which can perform position alignment with a board | substrate and a lid | cover with high precision, and the manufacturing method of a semiconductor device can be provided.
次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。 Further, the embodiments described below exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the embodiments of the present invention include the material, shape, structure, arrangement, etc. of the component parts. Is not specified as follows. The embodiment of the present invention can be variously modified within the scope of the claims.
本発明の実施形態に係る半導体装置1は、図1に示すように、外力により変位する、少なくとも上面及び側面に絶縁膜が形成された半導体からなる第1の可動部21及び第2の可動部22が表面に形成された基板10と、封止された貫通孔81を有し、第1の可動部21及び第2の可動部22との間に空間300を形成するように基板10上に配置された絶縁膜からなる蓋80とを備える。絶縁物からなる封止膜85が蓋80の上面に形成されており、蓋80を貫通する貫通孔81は、封止膜85によって埋め込まれて封止されている。なお、図1の紙面に向かって左右方向をx方向とし、上下方向をz方向とする。
As shown in FIG. 1, a semiconductor device 1 according to an embodiment of the present invention includes a first
図1に示した半導体装置1は、基板10の上面に形成された凹部100内に配置された第1の可動部21及び第2の可動部22を有する。
The semiconductor device 1 shown in FIG. 1 has a first
第1の可動部21は、図2に示すように、凹部100の周辺部に固定され、自由端が凹部100内に延伸する片持ち梁型振動子である。より具体的には、第1の可動部21は、凹部100の中央付近に位置する自由端である可動電極211と、可動電極211と離間した位置において基板10に固定された接続部212とを備える。図2は、蓋80及び封止膜85を透過して半導体装置1の上面を表示している。図2において、貫通孔81の位置を破線で示している。なお、図1は、図2のI−I方向に沿った断面図である。
As shown in FIG. 2, the first
第1の可動部21の可動電極211は、凹部100内において、梁型の固定電極30に対向している。固定電極30は、x方向に沿って第1の可動部21に隣接して配置され、凹部100の周辺部で基板10に固定されている。
The
半導体装置1に外部から加えられた外力に応じて第1の可動部21の位置は変化し、可動電極211と固定電極30間の距離が変化する。このため、可動電極211と固定電極30間に電圧を印加した状態で半導体装置1に外力が加わると、可動電極211と固定電極30間の距離の変化は、静電容量の変化として検知される。つまり、第1の可動部21と固定電極30間の静電容量の変化を検知することにより、半導体装置1に加わる外力が検知される。
The position of the first
図2に示したように、紙面に向かって上下方向に蛇行するバネ形状の2つの接続部212によって、第1の可動部21と基板10とが接続されている。可撓性を有する接続部212によって第1の可動部21と基板10とを接続することにより、第1の可動部21はx方向に振動しやすい。したがって、可動電極211と固定電極30間の静電容量の変化により、半導体装置1に加わる図1の左右方向の外力が主として検知される。
As shown in FIG. 2, the first
半導体装置1では、可動電極211と固定電極30が交差指状に配置されている。これにより、可動電極211と固定電極30の互いに対向する面積が増大し、可動電極211と固定電極30間の静電容量が増大する。したがって、高い感度で加速度を検出できる。可動電極211と固定電極30とが対向する対向領域における可動電極211及び固定電極30の幅は、例えば3μm〜10μm程度であり、可動電極211と固定電極30間の距離は、例えば1μm〜2μm程度である。
In the semiconductor device 1, the
第2の可動部22は、図2に示すように、凹部100の中央付近に位置する可動電極221と、可動電極221と基板10とを接続する接続部222とを備える両持ち梁型振動子である。そして、基板10の上方で第2の可動部22と対向する位置に、蓋80に支持された対向電極90が配置されている。具体的には、対向電極90は、蓋80の上面において可動電極221と対向する位置に形成されている。
As shown in FIG. 2, the second
梁状の接続部222の一方の端部が凹部100の周辺部に固定されており、第2の可動部22は図1の紙面に向かって上下方向、即ちz方向に振動しやすい。したがって、半導体装置1にz方向の外力が加わった場合に、第2の可動部22はz方向に振動し、第2の可動部22と対向電極90との距離が変化する。可動電極221と対向電極90に電圧を印加した状態で半導体装置1にz方向の外力が加わると、可動電極221と対向電極90間の距離の変化が、可動電極221と対向電極90間の静電容量の変化として検知される。つまり、第2の可動部22と対向電極90間の静電容量の変化を検知することにより、半導体装置1に加わるz方向の外力が検知される。
One end of the beam-like connecting
半導体装置1は、第1の可動部21と固定電極30間の静電容量の変化、及び第2の可動部22と対向電極90間の静電容量の変化を、検出信号で信号処理回路(図示略)に伝達する。信号処理回路は、検出信号を処理して半導体装置1に生じた加速度を検出する。つまり、半導体装置1は、静電容量の変化に基づいて加速度を検出する静電容量型加速度検出装置の一部である。信号処理回路は、半導体装置1と同一チップ上に配置してもよいし、半導体装置1が配置されたチップと異なるチップ上に配置してもよい。上記に説明したように、図1に示した半導体装置1によれば、x方向及びz方向に加わる外力の検出が可能である。なお、半導体からなる第1の可動部21及び第2の可動部22自体を電極としてもよいし、或いは第1の可動部21及び第2の可動部22にそれぞれ金属膜等を配置して可動電極211及び可動電極221を形成してもよい。
The semiconductor device 1 detects a change in capacitance between the first
図3に示すように、第1の可動部21及び第2の可動部22は絶縁分離領域40を介して基板10に固定されている。更に、図4に示すように、固定電極30の固定端と自由端との間に、絶縁分離領域40が形成される。絶縁分離領域40は、第1の可動部21、第2の可動部22及び固定電極30と基板10とを電気的に分離する領域である。
As shown in FIG. 3, the first
可動電極211と固定電極30とが絶縁分離領域40によって電気的に分離されるため、可動電極211と固定電極30がキャパシタプレートとして機能する。また、可動電極221と対向電極90とが電気的に分離されるため、可動電極221と対向電極90がキャパシタプレートとして機能する。
Since the
図1に示した基板10は、下部半導体層11、層間絶縁層12及び上部半導体層13の積層体である。下部半導体層11には、シリコン(Si)膜が採用可能である。層間絶縁層12には、酸化シリコン(SiO2)膜や、SiO2膜と窒化シリコン(SiN)膜との積層体を採用可能である。上部半導体層13には、シリコン膜やポリシリコン膜が採用可能である。
A
後述するように、凹部100は、上部半導体層13、層間絶縁層12、及び下部半導体層11の上部の一部をエッチングして形成される。そして、上部半導体層13の一部が第1の可動部21、第2の可動部22及び固定電極30として使用される。
As will be described later, the
図1に示したように、半導体装置1の第1の可動部21、第2の可動部22、及び固定電極30の上面に上面絶縁膜54が配置され、側面に側面絶縁膜52が配置され、下面に下面絶縁膜50が配置されている。ただし、例えば第1の可動部21、第2の可動部22、及び固定電極30の上面及び側面に絶縁膜が配置され、下面には絶縁膜が配置されなくてもよい。なお、図2では、上面絶縁膜54及び側面絶縁膜52の図示を省略している。
As shown in FIG. 1, the upper
図1に示した半導体装置1では、可動電極211及び可動電極221の電圧値を信号処理回路に伝達するための電極配線61、固定電極30の電圧値を信号処理回路に伝達するための電極配線62、及び対向電極90の電圧値を信号処理回路に伝達するための電極配線63は、蓋80上に配置される。このため、電極配線61は、蓋80及び上面絶縁膜54の一部を除去して形成したコンタクト部610を介して第1の可動部21及び第2の可動部22と接触する。同様に、電極配線62は、蓋80及び上面絶縁膜54の一部を除去して形成したコンタクト部620を介して固定電極30と接触する。
In the semiconductor device 1 shown in FIG. 1, the
蓋80の材料は、SiO2、SiN、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化チタン(TiO2)等の絶縁物である。基板10と蓋80は、同一のエッチャントに対するエッチングレートが異なる材料からなる。
The material of the
蓋80を貫通する複数の貫通孔81は、絶縁物によって封止される。図1に示した実施形態では、蓋80の上面に形成された封止膜85によって、貫通孔81は封止されている。封止膜85には、例えば、ポリイミド、エポキシ等の樹脂、SiO2膜やSiN膜、Al2O3膜等の絶縁膜、或いは低融点ガラス等が採用可能である。
The plurality of through
以下に、図5〜図19を参照して、本発明の実施形態に係る半導体装置1の製造方法を説明する。図5〜図19は図1と同じ位置の断面図である。なお、以下に述べる半導体装置1の製造方法は一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により実現可能であることは勿論である。 Below, with reference to FIGS. 5-19, the manufacturing method of the semiconductor device 1 which concerns on embodiment of this invention is demonstrated. 5 to 19 are cross-sectional views at the same position as in FIG. Note that the manufacturing method of the semiconductor device 1 described below is an example, and it is needless to say that the present invention can be realized by various other manufacturing methods including this modification.
(イ)図5に示すような下部半導体層11、層間絶縁層12及び上部半導体層13が積層された構造の基板10を用意する。基板10は、例えば膜厚300μm程度の下部半導体層11上に膜厚0.1μm〜2.0μm程度の層間絶縁層12が形成され、層間絶縁層12上に膜厚5μm〜100μm程度の上部半導体層13が積層された構造である。例えば、下部半導体層11はシリコン膜、層間絶縁層12はSiO2膜とSiN膜との積層体、上部半導体層13はシリコン膜である。
(A) A
(ロ)図6に示すように、熱酸化法或いは化学気相成長(CVD)法等を用いて、基板10上に、段差絶縁膜104を形成する。段差絶縁膜104には、SiO2膜等を採用可能である。
(B) As shown in FIG. 6, a
(ハ)フォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いて段差絶縁膜104の一部をエッチング除去し、凹部100が形成される領域の基板10を露出させる。次いで、段差絶縁膜104をマスクにして、図7に示すように上部半導体層13の上部の一部をエッチングする。例えば、上部半導体層13の上部を1〜10μm程度エッチングする。
(C) A part of the
(ニ)図8に示すように、熱酸化法或いはCVD法等を用いて、上部半導体層13上に、膜厚0.5μm〜4.0μm程度の上部絶縁膜14を形成する。上部絶縁膜14には、SiO2膜や、SiO2膜とSiN膜との積層体を採用可能である。
(D) As shown in FIG. 8, the upper insulating
(ホ)上部絶縁膜14上にフォトレジスト膜500を形成し、フォトリソグラフィ技術を用いてフォトレジスト膜500を所望のパターンに形成する。具体的には、凹部100、絶縁分離領域40が形成される領域上のフォトレジスト膜500を除去し、第1の可動部21、第2の可動部22及び固定電極30が形成される領域上のフォトレジスト膜500を残す。そして、このフォトレジスト膜500をマスクにした選択的エッチングにより上部絶縁膜14の一部を除去し、図9に示すように基板10上に複数の上面絶縁膜54を形成する。その後、フォトレジスト膜500を除去する。
(E) A
(ヘ)上面絶縁膜54をエッチングマスクにした選択的エッチングにより上部半導体層13の一部をエッチング除去して、図10に示すように側面溝200を形成し、第1の可動部21、第2の可動部22及び固定電極30の側面を露出させる。側面溝200の深さは上部半導体層13の膜厚であり、例えば5μm〜100μm程度である。また、側面溝200の形成と同時に、絶縁分離領域40を配置する領域に絶縁分離溝400を形成する。側面溝200及び絶縁分離溝400を形成するエッチングには、深堀り反応性イオンエッチング(D−RIE)法を用いたボッシュ法等が採用可能である。
(F) A part of the
(ト)図11に示すように、側面溝200の表面に側面絶縁膜52を形成する。側面絶縁膜52は、膜厚が例えば0.1μm〜1μm程度の、熱酸化膜やテトラエトキシシラン(TEOS)CVD膜、SiN膜等の絶縁膜である。側面絶縁膜52の形成には、熱酸化法やCVD法が使用可能である。また、側面絶縁膜52の形成と同時に、絶縁分離溝400を絶縁膜で埋め込んで、絶縁分離領域40を形成する。
(G) As shown in FIG. 11, a
(チ)図12に示すように、異方性エッチングによって側面溝200の底部に露出した層間絶縁層12を除去する。これにより、下部半導体層11の表面が露出する。このとき、第1の可動部21、第2の可動部22及び固定電極30の下面に位置する層間絶縁層12が残り、この残った層間絶縁層12が下面絶縁膜50である。なお、層間絶縁層12をエッチング除去する際に、上面絶縁膜54の表面が同時にエッチングされる。このため、上面絶縁膜54の膜厚は、層間絶縁層12より厚く形成しておく必要がある。
(H) As shown in FIG. 12, the
(リ)第1の可動部21、第2の可動部22及び固定電極30の周囲を埋め込みながら、犠牲層70を基板10上に形成する。犠牲層70には、半導体材料等が採用可能である。例えば、エピタキシャル成長法等により膜厚5μm〜100μm程度のポリシリコン膜を基板10上に堆積させて、犠牲層70を形成する。その後、図13に示すように、化学的機械的研磨(CMP)法等により段差絶縁膜104の表面が露出するまで犠牲層70の上部をエッチングする。後述するように、第1の可動部21、第2の可動部22及び固定電極30の上方に残した犠牲層70の占める領域が、基板10と蓋80間の空間300に相当する。
(I) A
(ヌ)図14に示すように、犠牲層70及び段差絶縁膜104の表面に絶縁膜からなる蓋80を形成する。例えば、CVD法や熱酸化法により、膜厚3μm〜50μm程度のSiO2膜を蓋80として形成する。或いは、SiO2膜、SiN膜及びSiO2膜からなる絶縁膜の積層体で蓋80を形成してもよい。
(N) As shown in FIG. 14, a
(ル)次いで、コンタクト部610、620を形成する。例えば、図14に示したように蓋80の一部を除去して開口部800を形成する。そして、開口部800の底部に露出した犠牲層70を、上面絶縁膜54の表面に達するまで除去してコンタクト穴600を形成する。コンタクト穴600内に露出した犠牲層70の表面に側壁絶縁膜700をCVD法や熱酸化法によって形成した後、図15に示すようにコンタクト穴600の底部に露出した上面絶縁膜54を異方性エッチングによって除去する。このとき、蓋80の上部がエッチングされるため、異方性エッチングによって除去される厚みを考慮して、形成時の蓋80の膜厚を設定する。その後、図16に示すようにコンタクト穴600をポリシリコン膜等からなる導電性のコンタクト膜で埋め込んで、コンタクト部610を形成する。開口部800の開口形状が矩形であれば、コンタクト部610は柱状である。ポリシリコン膜でコンタクト部610を形成するには、例えば、エピタキシャル成長法等によりポリシリコン膜を基板10上に堆積させて、コンタクト穴600をポリシリコン膜で埋め込む。そして、CMP法等により蓋80の表面が露出するまでポリシリコン膜の上部をエッチングする。なお、図14〜図16では第2の可動部22と接続するコンタクト部610を形成する例を示したが、第1の可動部21と接続するコンタクト部610、及び固定電極30と接続するコンタクト部620も同時に形成される
(ヲ)図17に示すように、コンタクト部610を介して第1の可動部21及び第2の可動部22と電気的に接続する電極配線61、及びコンタクト部620を介して固定電極30と電気的に接続する電極配線62を、蓋80の上面801上に形成する。同時に、対向電極90及び電極配線63を蓋80の上面801上に形成する。例えば、スパッタ法等によってアルミニウム(Al)膜等の金属膜を全面に形成した後、金属膜上にフォトレジスト膜を塗布する。そして、電極配線61、62、63及び対向電極90を配置する領域のフォトレジスト膜のみを残すようにフォトレジスト膜をパターニングした後、フォトレジスト膜をマスクにして金属膜をエッチング除去する。その後、フォトレジスト膜を除去して、所望のパターンの電極配線61、62、63及び対向電極90を形成する。
(L) Next,
(ワ)図18に示すように、フォトリソグラフィ技術やエッチング技術等を用いて、蓋80を貫通して犠牲層70に達する複数の貫通孔81を形成する。例えば、径が0.5μm〜20μm程度の貫通孔81を、数μm〜数十μm間隔で形成する。
(W) As shown in FIG. 18, a plurality of through
(カ)貫通孔81から蓋80の内側にエッチャントを導入して、図19に示すように、犠牲層70をエッチング除去する。犠牲層70のエッチングには、蓋80をエッチングしないエッチャントが選択される。このとき、上面絶縁膜54及び側面絶縁膜52が、第1の可動部21、第2の可動部22及び固定電極30をエッチングされることから保護するエッチングマスクとして機能する。これにより、空間300が形成される。更に、上面絶縁膜54、側面絶縁膜52及び下面絶縁膜50をエッチングマスクにして、下部半導体層11の上部の一部を等方性エッチングによってエッチングする。下部半導体層11の上部の一部をエッチングすることにより、基板10の上面に凹部100が形成されて、第1の可動部21、第2の可動部22及び固定電極30の下面と基板10とが分離され、第1の可動部21、第2の可動部22及び固定電極30の下面が露出される。これにより、凹部100内に梁型の第1の可動部21、第2の可動部22及び固定電極30が形成される。例えば犠牲層70がポリシリコン膜であり、下部半導体層11がシリコン膜である場合には、六フッ化硫黄(SF6)ガスや二フッ化キセノン(XeF2)ガス等を使用した等方性エッチャー等を使用することにより、犠牲層70と下部半導体層11を連続してエッチング可能である。これにより、基板10と蓋80間の空間300の形成工程と、第1の可動部21、第2の可動部22及び固定電極30と基板10との分離工程とを、1の製造工程において連続して行うことができる。
(F) An etchant is introduced into the
(ヨ)絶縁物からなる封止膜85を、貫通孔81を埋め込みながら蓋80上に形成する。これにより、貫通孔81が封止される。例えば、CVD法等によってSiO2膜やSiN膜等の絶縁膜を封止膜85として蓋80上に形成する。或いは、スクリーン印刷によりポリイミドやエポキシ等の樹脂、又は低融点ガラスを封止膜85として蓋80上に形成することにより、貫通孔81を封止する。以上により、図1に示した半導体装置1が完成する。
(E) A sealing
なお、樹脂等の気密性の低い材料で貫通孔81を封止した場合や、蓋80の強度を高めたい場合には、図20に示すように、低温CVD法等によってSiO2膜やSiN膜等の絶縁膜からなる保護膜87を封止膜85上に形成してもよい。
Incidentally, and when sealing the through-
犠牲層70と基板10を連続してエッチングするためには、基板10と蓋80とが、犠牲層70及び基板10のエッチングに使用されるエッチャントに対するエッチングレートが互いに異なる材料からなることが必要である。つまり、蓋80に対するエッチングレートが、犠牲層70及び基板10に対するエッチングレートより十分に小さいエッチャントが使用される。犠牲層70には、上記エッチャントに対するエッチングレートが基板10と同等の材料が選択される。
In order to continuously etch the
ただし、犠牲層70に半導体以外の材料を使用することも可能である。例えば、犠牲層70にポリマーを用いることが可能である。この場合は、例えばオゾンアッシングによってポリマーである犠牲層70を除去した後、SF6ガスをエッチャントに用いて下部半導体層11の上部の一部をエッチングする。しかしながら、製造工程の短縮化のためには、犠牲層70にポリシリコン膜等の半導体材料を使用することによって、犠牲層70と基板10の上部の一部とを、同一のエッチャントを用いて連続してエッチングすることが好ましい。
However, it is possible to use a material other than a semiconductor for the
貫通孔81の配置や貫通孔81の開口部の形状は任意であるが、例えば不規則、或いは規則的なアレイ状に複数の貫通孔81を蓋80に形成する。貫通孔81の開口部の径が小さいとエッチングレートが低下するが、径が大きいと封止が困難になる。このため、所望のエッチングレートと封止方法に応じて、貫通孔81の配置や径を設定する。
The arrangement of the through
なお、第1の可動部21や第2の可動部22の上面と蓋80の下面との距離は、段差絶縁膜104をマスクにして上部半導体層13の上部の一部をエッチングする工程(図7参照)における上部半導体層13のエッチング量に依存する。上部半導体層13のエッチング量は、例えば第2の可動部22が振動しても蓋80に接触しないように設定する。
Note that the distance between the upper surface of the first
上記では、側面溝200と絶縁分離溝400を同時に形成する製造方法の例を説明したが、側面溝200と絶縁分離溝400を異なる工程で形成してもよい。また、側面絶縁膜52と絶縁分離領域40を同時に形成する例を説明したが、側面絶縁膜52と絶縁分離領域40を異なる工程で形成してもよい。
Although the example of the manufacturing method which forms the
なお、蓋80に配置された対向電極90が可動電極であってもよい。例えば蓋80の厚みを薄くして、半導体装置1に外力が加わった場合に対向電極90のz方向の位置が変化するようにする。そして、基板10の凹部100内に対向電極90に対向する固定電極を配置することによって、半導体装置1に加わるz方向の外力を検知できる。
The
以上に説明した半導体装置1では、可動電極211及び固定電極30の下面に下面絶縁膜50を配置するために、下部半導体層11、層間絶縁層12及び上部半導体層13が積層されたSOI構造の基板10を使用する例を示した。しかし、例えば安価な単層のシリコン基板を基板10に使用して、下面絶縁膜50を形成せずに半導体装置1を製造してもよい。
The semiconductor device 1 described above has an SOI structure in which the
単層のシリコン基板を基板10に使用する場合は、例えば上面絶縁膜54をマスクにしてシリコン基板の表面をエッチング除去して、側面溝200を形成する。次いで、側面溝200の表面を酸化して、側面絶縁膜52を形成する。これにより、可動電極211及び固定電極30の側面上に保護絶縁膜が形成される。側面溝200の深さにより第1の可動部21の厚さは規定される。その後、上記に説明した方法と同様にして、半導体装置1を製造する。即ち、側面溝200を埋め込むようにして犠牲層70を形成し、更に蓋80を形成する。そして、上面絶縁膜54及び側面絶縁膜52をエッチングマスクにして犠牲層70とシリコン基板の上部の一部をエッチング除去することにより、空間300と凹部100を形成する。
When a single-layer silicon substrate is used as the
上記のように単層のシリコン基板を基板10に使用して半導体装置1を製造した例を、図21に示す。図21に示した半導体装置は、第1の可動部21、第2の可動部22及び固定電極30の下面に絶縁膜が形成されていないことが、図1に示した半導体装置1と異なる点である。その他の構成については、図1に示した半導体装置1と同様である。
FIG. 21 shows an example in which the semiconductor device 1 is manufactured using the single layer silicon substrate as the
以上に説明したように、本発明の実施の形態に係る半導体装置1の製造方法では、基板10と蓋80との位置合わせの精度は、半導体プロセス技術の精度に依存する。このため、基板10と蓋80との位置合わせを高い精度で行うことが可能である。したがって、第2の可動部22が形成された基板10と対向電極90が形成された蓋80とを張り合わせて半導体装置を製造する方法に比べて、上記の半導体装置1の製造方法によれば、第2の可動部22と対向電極90の位置合わせを高い精度で行うことができ、位置ずれを小さくできる。更に、第2の可動部22と対向電極90間の距離を、所望の値に高い精度で実現できる。
As described above, in the method for manufacturing the semiconductor device 1 according to the embodiment of the present invention, the alignment accuracy between the
また、図1に示した半導体装置1と異なり、蓋80をシリコン材料で形成した場合は、SiO2膜等の材料で犠牲層70を形成する必要がある。このため、第1の可動部21、第2の可動部22及び固定電極30の周囲にSiO2膜等の絶縁膜からなる側面絶縁膜52や上面絶縁膜54を残すことがことができない。側面絶縁膜52や上面絶縁膜54を形成できない場合、第1の可動部21、第2の可動部22及び固定電極30の電極間、或いはこれらの電極と基板10間の短絡、溶着が生じるおそれがある。また、可動電極211と固定電極30間の静電容量が小さくなり、検出感度が低下する。
Unlike the semiconductor device 1 shown in FIG. 1, when the
しかし、上記に説明した半導体装置1の製造方法では、絶縁膜である蓋80を形成し、半導体からなる第1の可動部21及び第2の可動部22の周囲を絶縁膜でエッチングから保護することにより、蓋80の貫通孔81から導入されるエッチャントによって犠牲層70と基板10の上部とを連続してエッチングできる。このため、基板10と蓋80間の空間300と、第1の可動部21及び第2の可動部22が配置された凹部100とを、1の製造工程で形成できる。したがって、上記の半導体装置1の製造方法によれば、製造工程の増加が抑制された、可動部を有する半導体装置1を提供することができる。
However, in the manufacturing method of the semiconductor device 1 described above, the
更に、上記に説明した製造方法によれば、第1の可動部21、第2の可動部22及び固定電極30の周囲に絶縁膜を残すことがことができる。このため、電極間、或いは電極と基板10間の短絡、溶着が防止され、検出感度の低下も生じない。
Furthermore, according to the manufacturing method described above, the insulating film can be left around the first
(その他の実施形態)
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
(Other embodiments)
As mentioned above, although this invention was described by embodiment, it should not be understood that the description and drawing which form a part of this indication limit this invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
半導体装置1において蓋80の上面801に対向電極90が配置されているが、蓋80の基板10と対向する下面に対向電極90を配置してもよい。蓋80の表面に対向電極90を埋め込んでもよい。
In the semiconductor device 1, the
また、半導体装置1はx方向の加速度及びz方向の加速度を検知する加速度センサであるが、x方向の加速度のみを検知する加速度センサ、y方向の加速度のみを検知する加速度センサ、或いはz方向の加速度のみを検知する加速度サンセに本発明を適用できることはもちろんである。 The semiconductor device 1 is an acceleration sensor that detects an acceleration in the x direction and an acceleration in the z direction, but an acceleration sensor that detects only an acceleration in the x direction, an acceleration sensor that detects only an acceleration in the y direction, or a z direction acceleration sensor. Of course, the present invention can be applied to an acceleration sensation that detects only acceleration.
既に述べた実施形態の説明においては、半導体装置1が加速度センサである例を示したが、加速度センサに限られず、外力に応じて変位する構造を利用して物理量を検出する種々のセンサ等に本発明は適用可能である。例えば、角速度センサ、圧力センサ、力センサ等にも本発明は適用可能である。 In the description of the embodiment already described, an example in which the semiconductor device 1 is an acceleration sensor has been described. However, the present invention is not limited to an acceleration sensor, and may be various sensors that detect a physical quantity using a structure that is displaced according to an external force. The present invention is applicable. For example, the present invention can be applied to an angular velocity sensor, a pressure sensor, a force sensor, and the like.
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。 As described above, the present invention naturally includes various embodiments not described herein. Accordingly, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.
本発明の半導体装置は、可動部を有する半導体センサを製造する製造業を含む電子機器産業に利用可能である。 The semiconductor device of the present invention can be used in the electronic equipment industry including the manufacturing industry that manufactures semiconductor sensors having movable parts.
1…半導体装置
10…基板
11…下部半導体層
12…層間絶縁層
13…上部半導体層
14…上部絶縁膜
21…第1の可動部
22…第2の可動部
30…固定電極
40…絶縁分離領域
50…下面絶縁膜
52…側面絶縁膜
54…上面絶縁膜
61、62、63…電極配線
70…犠牲層
80…蓋
81…貫通孔
85…封止膜
87…保護膜
90…対向電極
100…凹部
104…段差絶縁膜
200…側面溝
211…可動電極
212…接続部
221…可動電極
222…接続部
300…空間
400…絶縁分離溝
500…フォトレジスト膜
600…コンタクト穴
610、620…コンタクト部
700…側壁絶縁膜
800…開口部
801…上面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (13)
封止された貫通孔を有し、前記可動部との間に空間を形成するように前記基板上に配置された絶縁膜からなる蓋と
を備えることを特徴とする半導体装置。 A substrate on which a movable part made of a semiconductor having an insulating film formed on at least an upper surface and a side surface that is displaced by an external force is formed;
A semiconductor device comprising: a sealed through-hole, and a lid made of an insulating film disposed on the substrate so as to form a space between the movable portion.
前記基板の上部の一部をエッチングして側面溝を形成し、前記可動部の側面を露出させるステップと、
前記可動部の側面及び上面に側面絶縁膜及び上面絶縁膜を形成するステップと、
前記側面溝を埋め込みながら、前記可動部上に犠牲膜を形成するステップと、
前記犠牲膜の表面に絶縁膜からなる蓋を形成するステップと、
前記蓋を貫通して前記犠牲層に達する貫通孔を形成するステップと、
前記貫通孔からエッチャントを導入して、前記側面絶縁膜及び前記上面絶縁膜をエッチングマスクにして前記犠牲層と前記基板の上部の一部とをエッチングし、前記蓋と前記可動部間の空間及び前記可動部と前記基板間の空間を形成するステップと
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device having a movable part formed on a substrate,
Etching a part of the upper part of the substrate to form a side groove, exposing the side surface of the movable part;
Forming a side surface insulating film and an upper surface insulating film on a side surface and an upper surface of the movable part;
Forming a sacrificial film on the movable part while embedding the side groove;
Forming a lid made of an insulating film on the surface of the sacrificial film;
Forming a through hole penetrating the lid and reaching the sacrificial layer;
An etchant is introduced from the through hole, the sacrificial layer and a part of the upper part of the substrate are etched using the side surface insulating film and the upper surface insulating film as an etching mask, and a space between the lid and the movable part, Forming a space between the movable part and the substrate. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記基板上に前記上面絶縁膜を形成するステップと、
前記上面絶縁膜をパターニングするステップと、
前記上面絶縁膜をマスクにして前記基板の上部の一部をエッチングして前記側面溝を形成するステップと
を含むことを特徴とする請求項8乃至11のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 Forming the side groove comprises:
Forming the upper surface insulating film on the substrate;
Patterning the top insulating layer;
The semiconductor device according to claim 8, further comprising: etching the part of the upper portion of the substrate by using the upper surface insulating film as a mask to form the side surface groove. Production method.
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