JP2015208823A - 電子装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な特性を有する積層膜で覆われたＭＥＭＳ素子を有する電子装置を提供する。
【解決手段】実施形態に係る電子装置は、下地領域１０上に形成されたＭＥＭＳ素子２０と、ＭＥＭＳ素子を覆い、内側に中空部４０を形成する積層膜３０とを備える。積層膜は、穴３２ａを有する第１の膜３２と、第１の膜上に設けられ、穴を塞ぐ第２の膜３４と、第２の膜上に設けられ、酸化物で形成された第３の膜３６と、第３の膜上に設けられ、窒化物で形成された第４の膜３８とを含む。
【選択図】図５

Description

本発明の実施形態は、電子装置に関する。

ＭＥＭＳ素子は、機械的な可動部分を有しているため、中空構造を形成する必要がある。通常は、ＭＥＭＳ素子を覆う積層膜を形成することで、中空構造を形成している。積層膜の最上層には通常、防湿性を有するシリコン窒化膜が用いられる。

しかしながら、より良好な特性を有する積層膜で覆われたＭＥＭＳ素子を有する電子装置が望まれている。

特開２００９−１９６０７８号公報

良好な特性を有する積層膜で覆われたＭＥＭＳ素子を有する電子装置を提供する。

実施形態に係る電子装置は、下地領域上に形成されたＭＥＭＳ素子と、前記ＭＥＭＳ素子を覆い、内側に中空部を形成する積層膜と、を備え、前記積層膜は、穴を有する第１の膜と、前記第１の膜上に設けられ、前記穴を塞ぐ第２の膜と、前記第２の膜上に設けられ、酸化物で形成された第３の膜と、前記第３の膜上に設けられ、窒化物で形成された第４の膜と、を含む。

実施形態に係る電子装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。 実施形態に係る電子装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。 実施形態に係る電子装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。 実施形態に係る電子装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。 実施形態に係る電子装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。

以下、実施形態を図面を参照して説明する。

図５は、実施形態に係る電子装置の構成を模式的に示した断面図である。

下地領域１０には、半導体基板、トランジスタ、配線及び層間絶縁膜等が含まれている。下地領域１０上には、絶縁膜１２及びＭＥＭＳ素子２０が形成されている。

本実施形態では、ＭＥＭＳ素子２０は可変キャパシタである。ＭＥＭＳ素子（可変キャパシタ）２０は、下部電極２２、上部電極２４及び支持部材２６を備えている。具体的には、下部電極（固定電極）２２と上部電極（可動電極）２４との間の距離に応じて可変キャパシタのキャパシタンスが変化する。例えば、下部電極２２と上部電極２４との間に電圧を印加することで下部電極２２と上部電極２４との間に静電引力が働き、静電引力によって下部電極２２と上部電極２４との間の距離が変化することでキャパシタンスが変化する。なお、下部電極２２及び上部電極２４には、例えば、アルミニウム（Ａｌ）を用いることができる。

ＭＥＭＳ素子２０は、積層膜３０によって覆われている。積層膜３０は、ＭＥＭＳ素子２０を保護する保護膜として機能する。この積層膜３０は、薄膜ドーム形状を有しており、その内側に中空部４０を形成している。すなわち、積層膜３０によってＭＥＭＳ素子２０が覆われた中空構造が形成されている。中空構造が形成されているため、ＭＥＭＳ素子２０は機械的に変位可能である。このように、ＭＥＭＳ素子２０及びＭＥＭＳ素子２０を覆う積層膜３０（薄膜ドーム）が半導体基板（半導体ウェハ）上に形成された構造は、ＷＬＰ（wafer level package）と呼ばれている。中空部４０は、真空雰囲気或いは乾燥雰囲気に保たれている。そのため、水分等による下部電極２２及び上部電極２４の劣化を防止することができる。

積層膜（保護膜）３０は、以下に示すように、第１の膜３２、第２の膜３４、第３の膜３６及び第４の膜３８を備えている。

第１の膜３２は、酸化物等の無機材料で形成され、複数の穴３２ａを有している。例えば、酸化物には、シリコンを含む酸化物が用いられる。具体的には、第１の膜３２には、シリコン酸化膜が用いられる。穴３２ａは、後述する犠牲膜をエッチングして中空構造を形成する際に用いられる。

第１の膜３２上には、第２の膜３４が設けられている。第２の膜３４は、樹脂等の有機材料で形成されている。具体的には、樹脂としてポリイミドが用いられる。第２の膜３４は、穴３２ａを塞いでいる。すなわち、第２の膜３４の一部によって穴３２ａの少なくとも一部が充填されている。第２の膜３４は、中空部４０内の有害ガスを通過させることが可能であり、中空部４０内の雰囲気を調整する機能を有している。したがって、第２の膜３４は、第１の膜３２よりもガス透過率が大きい。

第２の膜３４上には、第３の膜３６が設けられている。この第３の膜３６は、バッファ用の膜である。すなわち、後述する第４の膜３８は良好なステップカバレージ性を有していないため、第２の膜３４と第４の膜３８との間に第３の膜３６を介在させることで、第３の膜３６を第４の膜３８に対するバッファ用の膜として機能させている。第３の膜３６は、第４の膜３８よりも高いステップカバレージ性を有しているため、良好なバッファ膜として機能する。

第３の膜３６は、酸化物で形成されている。例えば、酸化物には、シリコンを含む酸化物が用いられる。具体的には、第３の膜３６には、シリコン酸化膜が用いられる。第３の膜３６に酸化物膜を用いることで、良好なステップカバレージを実現することができる。特に、ＴＥＯＳ（tetraethoxysilane）系の原料を用いて形成されたシリコン酸化物（ＴＥＯＳ系シリコン酸化物）を用いることで、より良好なステップカバレージを実現することができる。なお、第３の膜３６は、第２の膜３４よりもガス透過率が小さい。

第３の膜３６上には、第４の膜３８が設けられている。この第４の膜３８は、防湿用の膜である。すなわち、第３の膜３６は良好な防湿性を有していないため、第３の膜３６よりも防湿性の高い第４の膜３８を第３の膜３６上に設けることで、全体として良好な防湿性を実現させている。したがって、第４の膜３８は、第３の膜３６よりもガス透過率が小さい。

第４の膜３８は、窒化物で形成されている。例えば、窒化物には、シリコンを含む窒化物が用いられる。具体的には、第４の膜３８には、シリコン窒化膜が用いられる。第４の膜３８に窒化物を用いることで、良好な防湿性を実現することができる。特に、シリコン窒化膜はガス透過率が非常に小さい。例えば、シリコン窒化膜の厚さが１μｍ以下でも、ガスの透過を無視することができる。

なお、第４の膜３８の厚さは、第３の膜３６の厚さよりも厚いことが好ましく、４倍以上であることがより好ましい。第３の膜を厚くすると、第３の膜と第４の膜との間で生じる応力差によって薄膜ドームの歪みが発生し、ＭＥＭＳ素子の信頼性が低下する可能性が高くなる。したがって、第４の膜の厚さは、第３の膜の厚さよりも厚いことが好ましく、４倍以上であることがより好ましい。これにより、第３の膜をバッファ用の膜として十分に機能させることができるため、薄膜ドームの歪みを低減することができ、ＭＥＭＳ素子の信頼性の低下を抑制することができる。例えば、第３の膜３６の厚さは０．５μｍ程度であり、第４の膜３８の厚さは４．５μｍ程度である。

下地領域１０、第３の膜３６及び第４の膜３８には穴が設けられ、この穴内及び第４の膜３８上にはヴィアを含む銅配線５０が形成されている。

以上のように、本実施形態では、第２の膜３４と第４の膜３８との間に、酸化物で形成された第３の膜３６が介在している。酸化物で形成された膜は、一般に良好なカバレージ性を有している。したがって、第３の膜３６に酸化物で形成された膜を用いることで、第４の膜３８が良好なカバレージ性を有していなくても、全体として良好なカバレージ性を実現することができる。特に、酸化物としてシリコンを含む酸化物を用いることで、良好なカバレージ性を確実に実現することができる。

また、第３の膜３６上には、窒化物で形成された第４の膜３８が設けられている。窒化物で形成された膜は、一般に良好な防湿性を有している。したがって、第４の膜３８に窒化物で形成された膜を用いることで、第３の膜３６が良好な防湿性を有していなくても、全体として良好な防湿性を実現することができる。特に、窒化物としてシリコンを含む窒化物を用いることで、良好な防湿性を確実に実現することができる。

以上のことから、本実施形態では、防湿性とともにカバレージ性に優れた積層膜で覆われたＭＥＭＳ素子を有する電子装置を得ることができる。

なお、本実施形態において、第１の膜３２は、下地領域１０上に形成され、下地領域１０に直接接し、ＭＥＭＳ素子２０を囲む第１の部分３２ｂを含んでいる。また、第２の膜３４は、第１の膜３２の第１の部分３２ｂ上に形成された第２の部分３４ｂを含んでいる。そして、第３の膜３６は、第１の部分３２ｂの上面と第２の部分３４ｂの側面とで形成される第１のコーナーＣ１を覆っている。また、第３の膜３６は第１のコーナーＣ１に基づく第２のコーナーＣ２を有しており、第４の膜３８は第２のコーナーＣ２を覆っている。

仮に、第２の膜３４と第４の膜３８との間に第３の膜３６が設けられておらず、第２の膜３４上に直接的に第４の膜３８が形成されているとすると、以下のような問題が生じるおそれがある。すなわち、第４の膜３８を窒化物で形成した場合、良好な防湿性を実現することはできるが、良好なカバレージ性を実現することは困難である。そのため、上述した第１のコーナーＣ１の近傍で第４の膜３８にクラックが生じるおそれがある。具体的には、銅配線５０を形成するための工程において、エッチングによって第４の膜３８にクラックが生じるおそれがある。クラックが生じると、ＭＥＭＳ素子２０の信頼性が著しく低下してしまう。

本実施形態では、第２の膜３４と第４の膜３８との間に、酸化物で形成された良好なカバレージ性を有する第３の膜３６を設けている。この第３の膜３６が、第４の膜に対するバッファとして機能する。その結果、上述したような問題を防止することができ、ＭＥＭＳ素子２０の信頼性を向上させることができる。

図１〜図５は、実施形態に係る電子装置の製造方法を模式的に示した断面図である。

まず、図１に示すように、下地領域１０上に絶縁膜１２及びＭＥＭＳ素子２０を形成する。また、ＭＥＭＳ素子２０を覆うように犠牲膜（図示せず）を形成する。さらに、犠牲膜上に、酸化物を用いて、穴３２ａを有する第１の膜３２を形成する。具体的には、シリコン酸化物を用いて第１の膜３２を形成し、第１の膜３２に複数の穴３２ａを形成する。また、後述する銅配線５０のヴィアが形成される部分で第１の膜３２が除去され、開口が形成される。さらに、穴３２ａからエッチング剤を供給して犠牲膜をエッチングし、犠牲膜を除去する。これにより、第１の膜３２の内側に中空部４０が形成される。

次に、図２に示すように、樹脂を用いて、第１の膜３２上に穴３２ａを塞ぐ第２の膜３４を形成する。具体的には、樹脂としてポリイミドを用いて第２の膜３４を形成する。さらに、積層膜が形成される領域（ドーム形成領域）の外側の第２の膜３４を除去する。これにより、第１の膜３２の第１の部分３２ｂの上面と第２の膜３４の第２の部分３４ｂの側面とで、第１のコーナーＣ１が形成される。

次に、図３に示すように、酸化物を用いて、第２の膜３４上に第３の膜３６を形成する。具体的には、シリコン酸化物を用いて第３の膜３６を形成する。より具体的には、ＴＥＯＳを原料に用いたＣＶＤ（chemical vapor deposition）によって第３の膜３６を形成する。第３の膜３６には、第１のコーナーＣ１に基づく第２のコーナーＣ２が形成される。

次に、図４に示すように、窒化物を用いて、第３の膜３６上に第４の膜３８を形成する。具体的には、ＣＶＤにより、シリコン窒化物を用いた第４の膜３８が形成される。この第４の膜３８によって、第２のコーナーＣ２が覆われる。

以上のようにして、ＭＥＭＳ素子２０を覆い、内側に中空部４０を形成する積層膜３０が形成される。

次に、図５に示すように、下地領域１０、第３の膜３６及び第４の膜３８にヴィア用の穴を形成する。さらに、穴内及び第４の膜３８上にヴィアを含む銅配線５０を形成する。これにより、図５に示すような構造が得られる。

本実施形態の製造方法によれば、第２の膜３４上に酸化物を用いてバッファ性に優れた（カバレージ性に優れた）第３の膜３６を形成し、第３の膜３６上に窒化物を用いて防湿性に優れた第４の膜３８を形成している。そのため、第４の膜３８にクラックが発生することを効果的に防止することができる。したがって、本実施形態の製造方法により、防湿性とともにカバレージ性に優れた積層膜で覆われたＭＥＭＳ素子を有する電子装置を得ることができる。

以下、上述した実施形態について付記する。

[付記１]
下地領域上に形成されたＭＥＭＳ素子と、
前記ＭＥＭＳ素子を覆い、内側に中空部を形成する積層膜と、
を備え、
前記積層膜は、
穴を有する第１の膜と、
前記第１の膜上に設けられ、前記穴を塞ぐ第２の膜と、
前記第２の膜上に設けられ、酸化物で形成された第３の膜と、
前記第３の膜上に設けられ、窒化物で形成された第４の膜と、
を含む
ことを特徴とする電子装置。

[付記２]
前記酸化物は、シリコンを含む
ことを特徴とする付記１に記載の電子装置。

[付記３]
前記酸化物は、ＴＥＯＳ系シリコン酸化物である
ことを特徴とする付記１に記載の電子装置。

[付記４]
前記第３の膜は、バッファ用の膜であり、
前記第４の膜は、前記第３の膜よりも厚い
ことを特徴とする付記１に記載の電子装置。

[付記５]
前記窒化物は、シリコンを含む
ことを特徴とする付記１に記載の電子装置。

[付記６]
前記第４の膜は、防湿用の膜である
ことを特徴とする付記１に記載の電子装置。

[付記７]
前記第２の膜は、有機材料で形成されている
ことを特徴とする付記１に記載の電子装置。

[付記８]
前記第１の膜は、無機材料で形成されている
ことを特徴とする付記１に記載の電子装置。

[付記９]
前記第１の膜は、前記下地領域上に形成され且つ前記ＭＥＭＳ素子を囲む第１の部分を含み、
前記第２の膜は、前記第１の部分上に形成された第２の部分を含み、
前記第３の膜は、前記第１の部分の上面と前記第２の部分の側面とで形成される第１のコーナーを覆う
ことを特徴とする付記１に記載の電子装置。

[付記１０]
前記第３の膜は、前記第１のコーナーに基づく第２のコーナーを有し、
前記第４の膜は、前記第２のコーナーを覆う
ことを特徴とする付記９に記載の電子装置。

[付記１１]
前記ＭＥＭＳ素子は、可変キャパシタである
ことを特徴とする付記１に記載の電子装置。

[付記１２]
下地領域上にＭＥＭＳ素子を形成する工程と、
前記ＭＥＭＳ素子を覆い、内側に中空部を形成する積層膜を形成する工程と、
を備え、
積層膜を形成する工程は、
穴を有する第１の膜を形成する工程と、
前記第１の膜上に前記穴を塞ぐ第２の膜を形成する工程と、
前記第２の膜上に酸化物を用いて第３の膜を形成する工程と、
前記第３の膜上に窒化物を用いて第４の膜を形成する工程と、
を含む
ことを特徴とする電子装置の製造方法。

[付記１３]
前記酸化物は、シリコンを含む
ことを特徴とする付記１２に記載の電子装置の製造方法。

[付記１４]
前記酸化物は、ＴＥＯＳ系シリコン酸化物である
ことを特徴とする付記１２に記載の電子装置の製造方法。

[付記１５]
前記第３の膜は、バッファ用の膜である
ことを特徴とする付記１２に記載の電子装置の製造方法。

[付記１６]
前記窒化物は、シリコンを含む
ことを特徴とする付記１２に記載の電子装置の製造方法。

[付記１７]
前記第４の膜は、防湿用の膜である
ことを特徴とする付記１２に記載の電子装置の製造方法。

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。

１０…下地領域 １２…絶縁膜 ２０…ＭＥＭＳ素子
２２…下部電極 ２４…上部電極 ２６…支持部材
３０…積層膜 ３２…第１の膜 ３２ａ…穴 ３２ｂ…第１の部分
３４…第２の膜 ３４ｂ…第２の部分
３６…第３の膜 ３８…第４の膜
４０…中空部 ５０…銅配線

Claims (6)

1. 下地領域上に形成されたＭＥＭＳ素子と、
   前記ＭＥＭＳ素子を覆い、内側に中空部を形成する積層膜と、
   を備え、
   前記積層膜は、
   穴を有する第１の膜と、
   前記第１の膜上に設けられ、前記穴を塞ぐ第２の膜と、
   前記第２の膜上に設けられ、酸化物で形成された第３の膜と、
   前記第３の膜上に設けられ、窒化物で形成された第４の膜と、
   を含む
   ことを特徴とする電子装置。
2. 前記第３の膜は、バッファ用の膜であり、
   前記第４の膜は、前記第３の膜よりも厚い
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
3. 前記第２の膜は、有機材料で形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
4. 前記第１の膜は、前記下地領域上に形成され且つ前記ＭＥＭＳ素子を囲む第１の部分を含み、
   前記第２の膜は、前記第１の部分上に形成された第２の部分を含み、
   前記第３の膜は、前記第１の部分の上面と前記第２の部分の側面とで形成される第１のコーナーを覆う
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
5. 前記第３の膜は、前記第１のコーナーに基づく第２のコーナーを有し、
   前記第４の膜は、前記第２のコーナーを覆う
   ことを特徴とする請求項４に記載の電子装置。
6. 下地領域上にＭＥＭＳ素子を形成する工程と、
   前記ＭＥＭＳ素子を覆い、内側に中空部を形成する積層膜を形成する工程と、
   を備え、
   積層膜を形成する工程は、
   穴を有する第１の膜を形成する工程と、
   前記第１の膜上に前記穴を塞ぐ第２の膜を形成する工程と、
   前記第２の膜上に酸化物を用いて第３の膜を形成する工程と、
   前記第３の膜上に窒化物を用いて第４の膜を形成する工程と、
   を含む
   ことを特徴とする電子装置の製造方法。

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