JP2015112703A - Memsデバイスおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】基板の温度の上昇に伴う空洞内のガスの膨張を抑制できるMEMSデバイスを提供することにある。【解決手段】MEMSデバイスは、基板と、前記基板上に設けられたMEMS素子とを含む。MEMSデバイスは、さらに、前記基板とともに前記MEMS素子を収納する空洞を形成し、複数の第1の貫通孔を有する第1の膜109と、前記第1の膜109上に設けられ、前記複数の第1の貫通孔の一部の第1の貫通孔に連通する第2の貫通孔を有する第2の膜111を含む。MEMSデバイスは、さらに、前記第2の膜111上に設けられ、前記第2の貫通孔に連通する前記第1の貫通孔を塞ぐように形成された第3の膜111を含む。【選択図】 図11
Description
本発明の実施形態は、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)素子を含むデバイス(MEMSデバイス)およびその製造方法に関する。
MEMSデバイスは、基板、固定電極(下部電極)、可動電極(上部電極)およびダイヤフラムを備えている。基板およびダイヤフラムは、固定電極および可動電極を収容する空洞を形成する。ダイヤフラムは、貫通孔を有するキャップ膜と、このキャップ膜上に形成され、前記貫通孔を塞ぐためのキャップ膜とを含む。
本発明の目的は、基板の温度の上昇に伴う空洞内の圧力の増加に伴うダイヤフラムの変形を抑制できるMEMSデバイスおよびその製造方法を提供することにある。
実施形態のMEMSデバイスは、基板と、前記基板上に設けられたMEMS素子とを含む。前記MEMSデバイスは、さらに、前記基板とともに前記MEMS素子を収納する空洞を形成し、複数の第1の貫通孔を有する第1の膜と、前記第1の膜上に設けられ、前記複数の第1の貫通孔の一部の第1の貫通孔に連通する第2の貫通孔を有する第2の膜を含む。MEMSデバイスは、さらに、前記第2の膜上に設けられ、前記第2の貫通孔に連通する前記第1の貫通孔を塞ぐように形成された第3の膜を含む。
実施形態のMEMSデバイスの製造方法は、基板上にMEMS素子を形成する工程と、前記基板上に前記MEMS素子を覆う犠牲層を形成する工程と、前記犠牲層上に複数の第1の貫通孔を有する第1の膜を形成する工程と、前記複数の第1の貫通孔を通して前記犠牲層を除去することにより、前記基板と前記第1の膜とにより前記MEMS素子を収納する空洞を形成する工程とを含む。前記MEMSデバイスの製造方法は、さらに、前記第1の膜上に、前記複数の第1の貫通孔を塞ぐように、第2の膜を形成する工程と、前記第2の膜中に、前記複数の第1の貫通孔の一部の第1の貫通孔に連通する第2の貫通孔を形成する工程とを含む。前記MEMSデバイスの製造方法は、さらに、前記第2の膜上に、前記第2の貫通孔に連通する前記第1の貫通孔を塞ぐように第3の膜を形成する工程を含む。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。図面において、同一符号は同一符号または相当部分を付してあり、重複した説明は必要に応じて行う。
(第1の実施形態)
図1−図11は、第1の実施形態に係るMEMSデバイスの製造方法を説明するための断面図である。
図1−図11は、第1の実施形態に係るMEMSデバイスの製造方法を説明するための断面図である。
[図1]
基板100上に絶縁膜101が形成される。基板100は、例えば、シリコン基板(半導体基板)である。絶縁膜101は、例えば、シリコン酸化膜である。基板100の代わりに、SOI基板などの基板を用いても構わない。
基板100上に絶縁膜101が形成される。基板100は、例えば、シリコン基板(半導体基板)である。絶縁膜101は、例えば、シリコン酸化膜である。基板100の代わりに、SOI基板などの基板を用いても構わない。
次に、絶縁膜101上に、第1の配線(固定電極)102およびパッド103となる導電膜が形成される。フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いて、上記導電膜を加工することにより、第1の配線102およびパッド103が形成される。上記エッチング法は、例えば、RIE(Reactive Ion Etching)法である。RIE法の代わりに、ウエットエッチング法を用いても構わない。前記導電膜は、例えば、アルミニウム膜である。このアルミニウム膜は、例えば、スパッタリング法を用いて形成される。第1の配線102の厚さは、例えば、数百nm〜数μmである。
次に、絶縁膜101、第1の配線102およびパッド103を含む領域上にパッシベーション膜104が形成され、そして、フォトリソグラフィ法よびRIE法を用いて第1の配線102およびパッド103に対しての接続孔がパッシベーション膜104中に開口される。パッシベーション膜104は、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成される。パッシベーション膜104は、例えば、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等の絶縁膜である。パッシベーション膜104の厚さは、例えば、数十nm〜数μmである。
[図2]
第1の配線102およびパッシベーション膜104の上に、所定の形状を有する第1の犠牲層105が形成される。第1の犠牲層105は、第1の配線102の接続孔に連通する貫通孔を有する。第1の犠牲層105は、例えば、ポリイミド等の有機物を材料とする絶縁膜である。第1の犠牲層105の厚さは、例えば、数百nm〜数μmである。
第1の配線102およびパッシベーション膜104の上に、所定の形状を有する第1の犠牲層105が形成される。第1の犠牲層105は、第1の配線102の接続孔に連通する貫通孔を有する。第1の犠牲層105は、例えば、ポリイミド等の有機物を材料とする絶縁膜である。第1の犠牲層105の厚さは、例えば、数百nm〜数μmである。
第1の犠牲層105を形成するためには、例えば、以下の三つの方法がある。
第1の方法は、塗布法により第1の犠牲層105となる絶縁膜(塗布膜)が数百nm〜数μmの厚さでもって全面に形成され、その後、露光および現像により上記塗布膜の不要な部分が除去されることにより、所望形状を有する第1の犠牲層105が形成される。
第2の方法は、上記塗布膜が形成された後、リソグラフィ法を用いて上記塗布膜上にレジストパターンが形成され、このレジストパターンをマスクにして上記塗布膜がRIE法を用いてエッチングされることにより、所定の形状を有する第1の犠牲層105が形成される。
第3の方法は、上記塗布膜が形成され、その後、上記塗布膜上にハードマスクが形成され、これをマスクにして塗布膜がRIE法またはウエットプロセスによりエッチングされることにより、所定の形状を有する第1の犠牲層105が形成される。上記ハードマスクを形成する工程は、上記塗布膜上にシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜等の絶縁膜を形成する工程と、この絶縁膜上にレジストパターンを形成する工程と、このレジストパターンをマスクにして上記絶縁膜をRIEプロセスによりエッチングする工程とを含む。
[図3]
第1の犠牲層105の貫通孔が埋められるようにアルミニウム膜等の導電膜が全面に形成され、その後、前記導電膜を加工することにより、複数の第2の配線(可動電極)106が形成される。上記導電膜の加工は、例えば、フォトリソグラフィ法およびRIE法を用いて行われる。RIE法の代わりにウエットエッチング法を用いても構わない。第2の配線106の厚さは、例えば、数百nm〜数μmである。外側の二つの第2の配線106は第1の犠牲層105の貫通孔を介して第1の配線102に接続される。
第1の犠牲層105の貫通孔が埋められるようにアルミニウム膜等の導電膜が全面に形成され、その後、前記導電膜を加工することにより、複数の第2の配線(可動電極)106が形成される。上記導電膜の加工は、例えば、フォトリソグラフィ法およびRIE法を用いて行われる。RIE法の代わりにウエットエッチング法を用いても構わない。第2の配線106の厚さは、例えば、数百nm〜数μmである。外側の二つの第2の配線106は第1の犠牲層105の貫通孔を介して第1の配線102に接続される。
[図4]
厚さ数百nm〜数μmのシリコン窒化膜等の絶縁膜がCVD法により堆積され、その後、上記絶縁膜をフォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いて加工することにより、第2の配線106同士を接続する絶縁性の接続部107が形成される。これでMEMS素子102,106,107が完成する。ここでは、絶縁性の接続部とする例を示しているが、金属で形成された接続部、つまり、導電性の接続部を用いても構わない。
厚さ数百nm〜数μmのシリコン窒化膜等の絶縁膜がCVD法により堆積され、その後、上記絶縁膜をフォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いて加工することにより、第2の配線106同士を接続する絶縁性の接続部107が形成される。これでMEMS素子102,106,107が完成する。ここでは、絶縁性の接続部とする例を示しているが、金属で形成された接続部、つまり、導電性の接続部を用いても構わない。
[図5]
続いて、WLP(Wafer Level Package)の工程に入る。
続いて、WLP(Wafer Level Package)の工程に入る。
MEMS素子の固定電極102および可動電極(106,107)を含む領域を覆う所定の形状を有する第2の犠牲層108が形成される。第2の犠牲層108は平坦な上面を有する。第2の犠牲層108は、例えば、塗布法により、ポリイミド等の有機物を材料とする厚さ数百nm〜数μmの膜(塗布膜)を形成し、その後、この塗布膜をパターニングすることによる得られる。
上記塗布膜のパターニング方法については、第2の犠牲層108の塗布後に、露光および現像により第2の犠牲層108の不要な部分を除去する方法、または、リソグラフィ法を用いて第2の犠牲層108上にレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクにして第2の犠牲層108をRIE法を用いてエッチングすることにより、第2の犠牲層108の不要な部分を除去する方法、または、第2の犠牲層108上にハードマスクを形成し、このハードマスクをマスクにして第2の犠牲層108をRIE法またはウエットプロセスによりエッチングすることにより、第2の犠牲層108の不要な部分を除去する方法がある。
[図6]
第2の犠牲層108上に複数の第1の貫通孔を有する第1のキャップ膜109が形成される。本実施形態では、上記複数の第1の貫通孔は、第1のキャップ膜109の上面(天井)の平坦な領域(第1の領域)に形成されている。複数の第1の貫通孔とは別の一つまたは複数の貫通孔が、第1のキャップ膜109の上記第1の領域とは別の領域に形成されていても構わない。複数の第1の貫通孔は、第1および第2の犠牲層105,108を除去するためのガスを第1のキャップ膜109内に供給するために利用される。第1のキャップ膜109は数百nm〜数μmの無機薄膜(例えば、シリコン酸化膜)である。第1のキャップ膜109は、例えば、CVDプロセスにより形成される。
第2の犠牲層108上に複数の第1の貫通孔を有する第1のキャップ膜109が形成される。本実施形態では、上記複数の第1の貫通孔は、第1のキャップ膜109の上面(天井)の平坦な領域(第1の領域)に形成されている。複数の第1の貫通孔とは別の一つまたは複数の貫通孔が、第1のキャップ膜109の上記第1の領域とは別の領域に形成されていても構わない。複数の第1の貫通孔は、第1および第2の犠牲層105,108を除去するためのガスを第1のキャップ膜109内に供給するために利用される。第1のキャップ膜109は数百nm〜数μmの無機薄膜(例えば、シリコン酸化膜)である。第1のキャップ膜109は、例えば、CVDプロセスにより形成される。
上記複数の第1の貫通孔は、例えば、上記無機薄膜上に複数の貫通孔を有するレジストパターン(不図示)を形成し、このレジストパターンをマスクにして上記無機薄膜をRIE法またはウエットエッチング法を用いて加工することにより得られる。
複数の第1の貫通孔のサイズ(例えば、直径または開口面積)は、全て同じでも構わないし、あるいは、複数の第1の貫通孔のうち、後述する第2の貫通孔113(図10)に連通する第1の貫通孔のサイズ(S)(例えば、直径または開口面積)が、残りの第1の貫通孔のサイズ(S’)と異なっていても構わない。例えば、S<S’、または、S<S’/2であり、S’は具体的には10μmである。サイズSは、基板温度の上昇によるドーム内の圧力の増加を抑制できる程度であれば特に限定はない。ドーム内の圧力は、例えば、10kPa以下である。
[図7]
酸素(O2 )ガス等を用いたアッシングにより、上記複数の貫通孔を有するレジストパターン、第1の犠牲層105、第2の犠牲層108が除去される。これにより、MEMS素子がリリースされ、基板100と第1のキャップ膜109とにより、MEMS素子の動作空間である空洞(キャビティ)110が形成される。
酸素(O2 )ガス等を用いたアッシングにより、上記複数の貫通孔を有するレジストパターン、第1の犠牲層105、第2の犠牲層108が除去される。これにより、MEMS素子がリリースされ、基板100と第1のキャップ膜109とにより、MEMS素子の動作空間である空洞(キャビティ)110が形成される。
[図8]
第1のキャップ膜109上に第2のキャップ膜111が塗布法により形成される。本実施形態では、第2のキャップ膜111は、ポリイミド系樹脂等の有機物を材料とする有機膜(絶縁膜)とする。この場合、第2のキャップ膜111は、第1のキャップ膜109の複数の貫通孔を埋めるように形成でき、そして、第2のキャップ膜111は第1のキャップ膜109よりもガス透過率が高くなる。第2のキャップ膜111は、第1のキャップ膜109の複数の第1の貫通孔を埋めていなくても、上記複数の貫通孔を塞いでいればよい。
第1のキャップ膜109上に第2のキャップ膜111が塗布法により形成される。本実施形態では、第2のキャップ膜111は、ポリイミド系樹脂等の有機物を材料とする有機膜(絶縁膜)とする。この場合、第2のキャップ膜111は、第1のキャップ膜109の複数の貫通孔を埋めるように形成でき、そして、第2のキャップ膜111は第1のキャップ膜109よりもガス透過率が高くなる。第2のキャップ膜111は、第1のキャップ膜109の複数の第1の貫通孔を埋めていなくても、上記複数の貫通孔を塞いでいればよい。
[図9]
第2のキャップ膜111上に開口部を有するレジストパターン112を形成する。レジストパターン112の開口部は、後述する第2の貫通孔113(図10)上に位置する。
第2のキャップ膜111上に開口部を有するレジストパターン112を形成する。レジストパターン112の開口部は、後述する第2の貫通孔113(図10)上に位置する。
本実施形態では、レジストパターン112の開口部の径は、上記第1の貫通孔の径よりも大きいが、レジストパターン112の開口部の径は、上記第1の貫通孔の径以下でも構わない。
本実施形態では、レジストパターン112の開口部の数は一つであるが、開口部の数は第1の貫通孔の数よりも少なければ、二つ以上でも構わない。レジストパターン112の二つ以上の開口部は、それぞれ、二つ以上の第1の貫通孔上に位置する。
[図10]
レジストパターン112をマスクにして第2のキャップ膜111をエッチングして、第1のキャップ膜109の貫通孔を埋めている第2のキャップ膜111を除去する。その結果、第2のキャップ膜111には第2の貫通孔113が形成され、この第2の貫通孔113はその下の第1のキャップ膜109の第1の貫通孔に連通する。すなわち、第2のキャップ膜113は、第2の貫通孔113と連通する第1の貫通孔を除いた、前記複数の第1の貫通孔を塞ぐように形成されている。第2のキャップ膜113は、複数の第1の貫通孔のうち、一部の第1の貫通孔と連通した第2の貫通孔113を有している。
レジストパターン112をマスクにして第2のキャップ膜111をエッチングして、第1のキャップ膜109の貫通孔を埋めている第2のキャップ膜111を除去する。その結果、第2のキャップ膜111には第2の貫通孔113が形成され、この第2の貫通孔113はその下の第1のキャップ膜109の第1の貫通孔に連通する。すなわち、第2のキャップ膜113は、第2の貫通孔113と連通する第1の貫通孔を除いた、前記複数の第1の貫通孔を塞ぐように形成されている。第2のキャップ膜113は、複数の第1の貫通孔のうち、一部の第1の貫通孔と連通した第2の貫通孔113を有している。
本実施形態では、レジストパターン112の開口部の径が、上記第1の貫通孔の径よりも大きいので、第2の貫通孔112のサイズ(例えば、直径または開口面積)は、第1の貫通孔のそれよりも大きくなる。
なお、本実施形態では、第2のキャップ膜111の第2の貫通孔113の数は一つであるが、第2の貫通孔113の数は第1の貫通孔の数よりも少なければ、二つ以上でも構わない。この場合、第2のキャップ膜111の二つ以上の第2の貫通孔113は、それぞれ、第1のキャップ膜109の二つ以上の第1の貫通孔に連通する。
本実施形態では、第2の貫通孔113およびその下の第1の貫通孔は、第1および第2のキャップ膜109,111で構成される薄膜ドームの天井(上面)の平坦な部分に形成される。
本実施形態では、レジストパターン112の開口部の径は、第1のキャップ膜109の第1の貫通孔の径よりも大きいので、第1のキャップ膜109の貫通孔を埋めている第2のキャップ膜111は容易にエッチングにより除去される。また、第1のキャップ膜109と第2のキャップ膜111とは材料が異なるので、第2のキャップ膜111は選択的にエッチングすることも可能である。
[図11]
レジストパターン112を除去した後、第2のキャップ膜111上に、第2の貫通孔113下の第1の貫通孔を塞ぐように、第3のキャップ膜114を形成することにより、WLPの薄膜ドーム(第1−第3のキャップ膜109,111,114)が完成する。第3のキャップ膜114は防湿膜としての役割を果たす。そのためには、第3のキャップ膜114は、第2のキャップ膜111よりもガス透過率が低いことが好ましい。このようなガス透過率の関係は、例えば、第3のキャップ膜114はCVD法による堆積膜とし、第2のキャップ膜111はスピンコート法による塗布膜とすることで、実現できる。
レジストパターン112を除去した後、第2のキャップ膜111上に、第2の貫通孔113下の第1の貫通孔を塞ぐように、第3のキャップ膜114を形成することにより、WLPの薄膜ドーム(第1−第3のキャップ膜109,111,114)が完成する。第3のキャップ膜114は防湿膜としての役割を果たす。そのためには、第3のキャップ膜114は、第2のキャップ膜111よりもガス透過率が低いことが好ましい。このようなガス透過率の関係は、例えば、第3のキャップ膜114はCVD法による堆積膜とし、第2のキャップ膜111はスピンコート法による塗布膜とすることで、実現できる。
第3のキャップ膜114を形成するためのプロセスは、例えば、数百nm〜数μmのシリコン窒化膜等の絶縁膜をCVD法により形成すること、前記絶縁膜上にフォトリソグラフィ法を用いてレジストパターンを形成すること、前記レジストパターンをマスクにして前記絶縁膜をRIE法またはウエットエッチング法を用いて加工することを含む。
ここで、周知のMEMSデバイスの場合において、空洞内の圧力が大気圧に近いときには、基板の温度が高くなると、空洞内の圧力も高くなる。そのため、空洞内の圧力は大気圧を超える場合がある。また、このような圧力の増加によって、空洞内の空気が膨らみ、ダイヤフラムが押し上げられる場合がある。
図11に示される本実施形態のMEMSデバイスの場合、第2のキャップ膜111で埋められた第1の貫通孔と、第3のキャップ膜114で塞がれた第1の貫通孔(圧力調整部)とが存在する。そのため、本実施形態では、圧力調整部により空洞内を低圧化することができるため、基板温度の変化による空洞の圧力の上昇やダイヤフラムの変形を抑制することが可能になる。
圧力調整部の数が多いほど、一般には、空洞内の圧力の増加は抑制される。圧力調整部のサイズ(例えば、直径または開口面積)が大きいほど、一般には、空洞内の圧力の増加は抑制される。
図12−図14は、本実施形態のMEMSデバイスの他の製造方法を説明するための断面図である。この製造方法では、レジストパターン112の代わりに、ハードマスク200を用いて第2の貫通孔113を形成する。
まず、図1−図8の工程が行われる。
[図12]
第2のキャップ膜111上にハードマスク200が形成される。ハードマスク200は、例えば、シリコン酸化物等の絶縁物で構成される。ハードマスク200の開口部は、第1のキャップ膜109の貫通孔上に位置する。
第2のキャップ膜111上にハードマスク200が形成される。ハードマスク200は、例えば、シリコン酸化物等の絶縁物で構成される。ハードマスク200の開口部は、第1のキャップ膜109の貫通孔上に位置する。
ハードマスク200の開口部径は、第1のキャップ膜109の貫通孔の径よりも大きくても構わない。本実施形態では、ハードマスク200の開口部の数は一つであるが、開口部の数は二つ以上でも構わない。ハードマスク200の二つ以上の開口部は、それぞれ、第1のキャップ膜109の二つ以上の貫通孔上に位置する。
[図13]
ハードマスク200をマスクにして第2のキャップ膜111をエッチングして、第1のキャップ膜109の貫通孔を埋めている第2のキャップ膜111を除去する。その結果、第2のキャップ膜111には第2の貫通孔113が形成され、この第2の貫通孔113はその下の第1のキャップ膜109の第1の貫通孔に連通する。
ハードマスク200をマスクにして第2のキャップ膜111をエッチングして、第1のキャップ膜109の貫通孔を埋めている第2のキャップ膜111を除去する。その結果、第2のキャップ膜111には第2の貫通孔113が形成され、この第2の貫通孔113はその下の第1のキャップ膜109の第1の貫通孔に連通する。
[図14]
ハードマスク200上に、第2の貫通孔113下の第1の貫通孔を塞ぐように、第3のキャップ膜114を形成することにより、WLPの薄膜ドーム(第1−第3のキャップ膜109,111,114)が完成する。
ハードマスク200上に、第2の貫通孔113下の第1の貫通孔を塞ぐように、第3のキャップ膜114を形成することにより、WLPの薄膜ドーム(第1−第3のキャップ膜109,111,114)が完成する。
(第2の実施形態)
図15−図19は、第2の実施形態に係るMEMSデバイスの製造方法を説明するための断面図である。なお、以下の図において、既出の図と対応する部分には既出の図と同一符号を付してあり、その詳細な説明は省略する。
図15−図19は、第2の実施形態に係るMEMSデバイスの製造方法を説明するための断面図である。なお、以下の図において、既出の図と対応する部分には既出の図と同一符号を付してあり、その詳細な説明は省略する。
第1の実施形態では、犠牲層を除去するための酸素ガスを供給するための、第1のキャップ膜109の第1の貫通孔を、大気が通りにくい部分(第3のキャップ膜114で塞がれた貫通孔)に利用した。本実施形態では、犠牲層の第1の貫通孔とは別に、第1および第2のキャップ膜109,111を貫通する貫通孔(第1の貫通孔+第2の貫通孔)を、大気が通りにくい部分(第3のキャップ膜114で塞がれた貫通孔)に利用する。より詳細には以下の通りである。
第1の実施形態では、第1のキャップ膜109の複数の第1の貫通孔を、犠牲層105,108を除去するための酸素ガスを供給するための貫通孔として利用している(図7)。そして、第1の実施形態では、上記酸素ガスを供給するために用いた複数の第1の貫通孔の一つ、および、その上の第2のキャップ膜11に形成した一つの第2の貫通孔(連通する第1および第2の貫通孔)を、圧力調整部に利用している。
本実施形態でも、第1のキャップ膜109の複数の第1の貫通孔は、後述するように(図17)、犠牲層105,108を除去するための酸素ガスを供給するために利用される。本実施形態では、犠牲層105,108を除去した後に、第1のキャップ膜109と第2のキャップ膜111との積層膜に貫通孔115(115−1,115−2)を形成し(図21)、この積層膜に形成した貫通孔115(115−1,115−2)を圧力調整部に利用する。積層膜に形成した貫通孔のうち、第1のキャップ膜109に形成された第1の貫通孔115−1は、上記酸素ガスを供給するために用いた複数の第1の貫通孔とは別の第1の貫通孔である。この別の第1の貫通孔は、上記酸素ガスの供給には利用されない。
このような構成を有する本実施形態のMEMSデバイスは、例えば、以下のようにして製造される。
まず、図1−図4の工程が行われる。
[図15]
MEMS素子の可動部を含む領域を覆う所定の形状を有する第2の犠牲層108が形成される。第2の犠牲層108は平坦な上面S1,S2を有する。上面S2は、上面S1の外側にあり、そして、上面S1よりも低い。
MEMS素子の可動部を含む領域を覆う所定の形状を有する第2の犠牲層108が形成される。第2の犠牲層108は平坦な上面S1,S2を有する。上面S2は、上面S1の外側にあり、そして、上面S1よりも低い。
[図16]
フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いて、第2の犠牲層108上に、複数の第1の貫通孔を有する第1のキャップ膜109が形成される。第1のキャップ膜109は第1の領域およびその外側の第2の領域を有する。本実施形態では、第1のキャップ膜109の第1の領域は上面S1上の領域であり、第1のキャップ膜109の第2の領域は、上面S2上の領域である。第2の領域は、さらに、第2の犠牲層108のテーパ状の側面上の領域を含んでいても構わない。
フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いて、第2の犠牲層108上に、複数の第1の貫通孔を有する第1のキャップ膜109が形成される。第1のキャップ膜109は第1の領域およびその外側の第2の領域を有する。本実施形態では、第1のキャップ膜109の第1の領域は上面S1上の領域であり、第1のキャップ膜109の第2の領域は、上面S2上の領域である。第2の領域は、さらに、第2の犠牲層108のテーパ状の側面上の領域を含んでいても構わない。
[図17]
酸素(O2 )ガス等を用いたアッシングにより、第1の犠牲層105、第2の犠牲層108が除去され、その後、第1のキャップ膜109上に第2のキャップ膜111が形成される。第1のキャップ膜109の複数の第1の貫通孔は、第2のキャップ膜111によって塞がれる。第2のキャップ膜111がポリイミド系樹脂等の有機物を材料とする有機膜の場合、図17に示すように、第1のキャップ膜109の複数の第1の貫通孔は、第2のキャップ膜111によって埋めることができる。
酸素(O2 )ガス等を用いたアッシングにより、第1の犠牲層105、第2の犠牲層108が除去され、その後、第1のキャップ膜109上に第2のキャップ膜111が形成される。第1のキャップ膜109の複数の第1の貫通孔は、第2のキャップ膜111によって塞がれる。第2のキャップ膜111がポリイミド系樹脂等の有機物を材料とする有機膜の場合、図17に示すように、第1のキャップ膜109の複数の第1の貫通孔は、第2のキャップ膜111によって埋めることができる。
[図18]
第2のキャップ膜111上に、開口部を有する図示しないレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクにして第2のキャップ膜111をエッチングして、第1のキャップ膜109と第2のキャップ膜111との積層膜中に貫通孔115(115−1,115−2)を形成する。
第2のキャップ膜111上に、開口部を有する図示しないレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクにして第2のキャップ膜111をエッチングして、第1のキャップ膜109と第2のキャップ膜111との積層膜中に貫通孔115(115−1,115−2)を形成する。
以下、貫通孔115のうち、第1のキャップ膜109を貫通する部分を第1の貫通孔115−1という。第1の貫通孔115−1は、図16の工程で形成された複数の第1の貫通孔とは別の第1の貫通孔である。また、貫通孔115のうち、第1の貫通孔115−1に連通し、第2のキャップ膜111を貫通する部分を第2の貫通孔115−2という。第1の貫通孔115−1のサイズ(例えば、直径または開口面積)は、第2の貫通孔115−2のそれと同じでも、または、異なっていても構わない。
第1の貫通孔115−1は、図16に示した犠牲層108の平坦な上面S2上の、第1のキャップ膜109の平坦な第1の領域に形成される。第2の貫通孔115−2は、第1の領域上の第2のキャップ膜の平坦な領域に形成される。このように貫通孔115(115−1,115−2)が形成される領域は平坦な領域であるので、貫通孔115は容易に形成することができる。
MEMSデバイスの製造後の複数の第1の貫通孔に関して考えると、第2の貫通孔115−2に連通する第1の貫通孔115−1を除いた、前記複数の第1の貫通孔は、第1のキャップ膜109の前記第1の領域に設けられ、第2の貫通孔115−2に連通する第1の貫通孔115−1は、第1のキャップ膜の前記第2の領域に設けられている。
貫通孔115のサイズ(S)は、図16の工程で形成された第1の貫通孔のサイズ(S’)と異なっていても構わない。例えば、S<S’、または、S<S’/2であり、S’は具体的には10μmである。サイズSは、基板温度の上昇によるドーム内の圧力の増加を抑制できる程度であれば特に限定はない。ドーム内の圧力は、例えば、10kPa以下である。
[図19]
上記レジストパターンを除去した後、第2のキャップ膜111上に貫通孔115(115−1,115−2)を塞ぐように第3のキャップ膜114を形成することにより、WLPの薄膜ドーム(第1−第3のキャップ膜109,111,114)が完成する。
上記レジストパターンを除去した後、第2のキャップ膜111上に貫通孔115(115−1,115−2)を塞ぐように第3のキャップ膜114を形成することにより、WLPの薄膜ドーム(第1−第3のキャップ膜109,111,114)が完成する。
本実施形態でも第1の実施形態と同様の効果が得られる。
図20−図22は、本実施形態のMEMSデバイスの他の製造方法を説明するための断面図である。この製造方法では、レジストパターンの代わりに、ハードマスク200を用いて第2の貫通孔113を形成する。
すなわち、図20に示すように、第2のキャップ膜111上にハードマスク200を形成し、図21に示すように、ハードマスク200をマスクに用いて第1および第2のキャップ膜109,111をエッチングして、貫通孔115を形成する。その後、図22に示すように、ハードマスク200上に貫通孔115を塞ぐように第3のキャップ膜114を形成する。
以上述べた実施形態のMEMSデバイスの製造方法の上位概念、中位概念および下位概念の一部または全ては、例えば以下のような付記1−7で表現できる。
[付記1]
基板上にMEMS素子を形成する工程と、
前記基板上に前記MEMS素子を覆う犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層上に複数の第1の貫通孔を有する第1の膜を形成する工程と、
前記複数の第1の貫通孔を通して前記犠牲層を除去することにより、前記基板と前記第1の膜とにより前記MEMS素子を収納する空洞を形成する工程と、
前記第1の膜上に、前記複数の第1の貫通孔を塞ぐように、第2の膜を形成する工程と、
前記第2の膜中に、前記複数の第1の貫通孔の一部の第1の貫通孔に連通する第2の貫通孔を形成する工程と、
前記第2の膜上に、前記第2の貫通孔に連通する前記第1の貫通孔を塞ぐように第3の膜を形成する工程と
を具備してなることを特徴とするMEMSデバイスの製造方法。
基板上にMEMS素子を形成する工程と、
前記基板上に前記MEMS素子を覆う犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層上に複数の第1の貫通孔を有する第1の膜を形成する工程と、
前記複数の第1の貫通孔を通して前記犠牲層を除去することにより、前記基板と前記第1の膜とにより前記MEMS素子を収納する空洞を形成する工程と、
前記第1の膜上に、前記複数の第1の貫通孔を塞ぐように、第2の膜を形成する工程と、
前記第2の膜中に、前記複数の第1の貫通孔の一部の第1の貫通孔に連通する第2の貫通孔を形成する工程と、
前記第2の膜上に、前記第2の貫通孔に連通する前記第1の貫通孔を塞ぐように第3の膜を形成する工程と
を具備してなることを特徴とするMEMSデバイスの製造方法。
[付記2]
前記第1の膜は、第1の領域および前記第1の領域の外側の第2の領域を有し、前記複数の第1の貫通孔は、前記第1の領域に形成されることを特徴とする付記1に記載のMEMSデバイスの製造方法。
前記第1の膜は、第1の領域および前記第1の領域の外側の第2の領域を有し、前記複数の第1の貫通孔は、前記第1の領域に形成されることを特徴とする付記1に記載のMEMSデバイスの製造方法。
[付記3]
前記第2の貫通孔を形成する工程は、
前記第2の膜上にレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクにして前記第2の膜をエッチングする工程とを具備してなり、
前記第3の膜を形成する工程は、前記レジストパターンを除去した後、前記第2の膜上に前記第3の膜を形成することを具備してなることを特徴する付記2に記載のMEMSデバイスの製造方法。
前記第2の貫通孔を形成する工程は、
前記第2の膜上にレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクにして前記第2の膜をエッチングする工程とを具備してなり、
前記第3の膜を形成する工程は、前記レジストパターンを除去した後、前記第2の膜上に前記第3の膜を形成することを具備してなることを特徴する付記2に記載のMEMSデバイスの製造方法。
[付記4]
前記第1の膜は、第1の領域および前記第1の領域の外側の第2の領域を有し、前記第2の貫通孔に連通する前記第1の貫通孔を除いた、前記複数の第1の貫通孔は、前記第1の膜の前記第1の領域に形成され、前記第2の貫通孔に連通する前記第1の貫通孔は、前記第1の膜の前記第2の領域に形成されていることを特徴とする付記1に記載のMEMSデバイスの製造方法。
前記第1の膜は、第1の領域および前記第1の領域の外側の第2の領域を有し、前記第2の貫通孔に連通する前記第1の貫通孔を除いた、前記複数の第1の貫通孔は、前記第1の膜の前記第1の領域に形成され、前記第2の貫通孔に連通する前記第1の貫通孔は、前記第1の膜の前記第2の領域に形成されていることを特徴とする付記1に記載のMEMSデバイスの製造方法。
[付記5]
前記第2の貫通孔を形成する工程は、
前記第2の膜上にハードマスクを形成する工程と、
前記ハードマスクをマスクにして前記第2の膜および前記第1の膜をエッチングする工程とを具備してなり、
前記第3の膜を形成する工程は、前記第2の膜上に前記ハードマスクを介して前記第3の膜を形成することを具備してなることを特徴する付記4に記載のMEMSデバイスの製造方法。
前記第2の貫通孔を形成する工程は、
前記第2の膜上にハードマスクを形成する工程と、
前記ハードマスクをマスクにして前記第2の膜および前記第1の膜をエッチングする工程とを具備してなり、
前記第3の膜を形成する工程は、前記第2の膜上に前記ハードマスクを介して前記第3の膜を形成することを具備してなることを特徴する付記4に記載のMEMSデバイスの製造方法。
[付記6]
前記犠牲層は有機材料を具備してなることを特徴とする付記1に記載のMEMSデバイスの製造方法。
前記犠牲層は有機材料を具備してなることを特徴とする付記1に記載のMEMSデバイスの製造方法。
[付記7]
前記第1の貫通孔から前記犠牲層に酸素を含むガスを供給することにより、前記犠牲層を除去することを特徴とする付記1に記載のMEMSデバイスの製造方法。
前記第1の貫通孔から前記犠牲層に酸素を含むガスを供給することにより、前記犠牲層を除去することを特徴とする付記1に記載のMEMSデバイスの製造方法。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
100…基板、101…絶縁膜、102…第1の配線(固定電極)、103…パッド、104…パッシベーション膜、105…第1の犠牲層、106…第2の配線(可動電極)、107…接続部、108…第2の犠牲層、109…第1のキャップ膜(第1の膜)、110…空洞(キャビティ)、111…第2のキャップ膜(第2の膜)、112…レジストパターン、113…第2の貫通孔、114…第3のキャップ膜(第3の膜)、115…貫通孔、115−1…第1の貫通孔、115−2…第2の貫通孔、200…ハードマスク
Claims (14)
- 基板と、
前記基板上に設けられたMEMS素子と、
前記基板とともに前記MEMS素子を収納する空洞を形成し、複数の第1の貫通孔を有する第1の膜と、
前記第1の膜上に設けられ、前記複数の第1の貫通孔の一部の第1の貫通孔に連通する第2の貫通孔を有する第2の膜と、
前記第2の膜上に設けられ、前記第2の貫通孔に連通する前記第1の貫通孔を塞ぐように形成された第3の膜と
を具備してなることを特徴とするMEMSデバイス。 - 前記第1の膜は、第1の領域および前記第1の領域の外側の第2の領域を有し、前記複数の第1の貫通孔は、前記第1の領域に設けられていることを特徴とする請求項1に記載のMEMSデバイス。
- 前記第2の膜は、前記第2の貫通孔と連通する前記第1の貫通孔を除いた、前記複数の第1の貫通孔を塞ぐように形成されていることを特徴とする請求項1に記載のMEMSデバイス。
- 前記第2の膜は有機膜を含み、前記第2の膜は第1の貫通孔を埋めるように設けられていることを特徴とする請求項1に記載のMEMSデバイス。
- 前記複数の第1の貫通孔のサイズは同じあることを特徴とする請求項2に記載のMEMSデバイス。
- 前記第2の貫通孔のサイズは、前記第2の貫通孔と連通する前記第1の貫通孔のサイズよりも大きいことを特徴とする請求項2に記載のMEMSデバイス。
- 前記第1の膜は、第1の領域および前記第1の領域の外側の第2の領域を有し、前記第2の貫通孔に連通する前記第1の貫通孔を除いた、前記複数の第1の貫通孔は、前記第1の膜の前記第1の領域に設けられ、前記第2の貫通孔に連通する前記第1の貫通孔は、前記第1の膜の前記第2の領域に設けられていることを特徴とする請求項1に記載のMEMSデバイス。
- 前記第1の領域に設けられた前記第1の貫通孔のサイズは、前記第2の領域に設けられた前記第1の貫通孔のサイズとは異なることを特徴とする請求項7に記載のMEMSデバイス。
- 前記第2の膜と前記第3の膜との間に設けられ、前記第2の貫通孔と連通する開口部を有するハードマスクをさらに具備してなることを特徴とする請求項1に記載のMEMSデバイス。
- 前記第1の膜、前記第2の膜および前記第3の膜はそれぞれ絶縁性の膜であることを特徴とする請求項1に記載のMEMSデバイス。
- 前記第2の膜は、前記第1の膜よりもガス透過率が高いことを特徴とする請求項1に記載のMEMSデバイス。
- 前記第3の膜は、前記第2の膜よりもガス透過率が低いことを特徴とする請求項1に記載のMEMSデバイス。
- 基板上にMEMS素子を形成する工程と、
前記基板上に前記MEMS素子を覆う犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層上に複数の第1の貫通孔を有する第1の膜を形成する工程と、
前記複数の第1の貫通孔を通して前記犠牲層を除去することにより、前記基板と前記第1の膜とにより前記MEMS素子を収納する空洞を形成する工程と、
前記第1の膜上に、前記複数の第1の貫通孔を塞ぐように、第2の膜を形成する工程と、
前記第2の膜中に、前記複数の第1の貫通孔の一部の第1の貫通孔に連通する第2の貫通孔を形成する工程と、
前記第2の膜上に、前記第2の貫通孔に連通する前記第1の貫通孔を塞ぐように第3の膜を形成する工程と
を具備してなることを特徴とするMEMSデバイスの製造方法。 - 前記第2の膜は有機膜を含み、前記第2の膜は前記第1の貫通孔を埋めるように形成されることを特徴とする請求項13に記載のMEMSデバイスの製造方法。
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