JP6443136B2 - Semiconductor devices, electronic equipment and mobile objects - Google Patents
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Description
本発明は、半導体デバイス、電子機器および移動体に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device, an electronic apparatus, and a moving object.
例えば、特許文献1のMEMS振動子は、シリコン基板の上面に凹部を設け、この凹部内に振動素子を配置し、凹部の開口を蓋部で覆った構成となっている。このように、シリコン基板に凹部を設け、この凹部内に振動素子を配置することで、MEMS振動子の低背化を図ることができる。しかしながら、特許文献1のMEMS振動子では、凹部の側面と底面との接続部が角になっているため、この角に応力が集中し易く、この角を起点としてシリコン基板にクラックが生じたり、結晶欠陥が生じたりする場合がある。このような問題が生じると、MEMS振動子の信頼性が低下してしまう。 For example, the MEMS vibrator of Patent Document 1 has a configuration in which a recess is provided on the upper surface of a silicon substrate, a vibration element is disposed in the recess, and the opening of the recess is covered with a lid. Thus, by providing a recess in the silicon substrate and disposing the vibration element in the recess, the height of the MEMS vibrator can be reduced. However, in the MEMS vibrator of Patent Document 1, since the connection portion between the side surface and the bottom surface of the concave portion is a corner, stress is easily concentrated at this corner, and a crack is generated in the silicon substrate starting from this corner, Crystal defects may occur. When such a problem occurs, the reliability of the MEMS vibrator decreases.
本発明の目的は、応力集中を低減し、優れた信頼性を発揮することのできる半導体デバイス、電子機器および移動体を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device, an electronic apparatus, and a moving body that can reduce stress concentration and exhibit excellent reliability.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following application examples.
[適用例1]
本適用例の半導体デバイスは、機能素子と、
前記機能素子が配置されている底面と、
前記底面の周囲に配置されている壁面と、
前記底面および前記壁面の間に配置され、前記底面と前記壁面とを接続している第1湾曲面と、を有していることを特徴とする。
これにより、底面と壁面との間に角が形成され難いため、当該部分への応力集中が低減される。よって、優れた信頼性を発揮することのできる半導体デバイスが得られる。
[Application Example 1]
The semiconductor device of this application example includes a functional element,
A bottom surface on which the functional element is disposed;
A wall surface disposed around the bottom surface;
It has a 1st curved surface which is arrange | positioned between the said bottom face and the said wall surface, and has connected the said bottom face and the said wall surface.
Thereby, since it is difficult to form a corner between the bottom surface and the wall surface, the stress concentration on the portion is reduced. Therefore, a semiconductor device that can exhibit excellent reliability can be obtained.
[適用例2]
本適用例の半導体デバイスでは、前記第1湾曲面は、凹面であることが好ましい。
これにより、第1湾曲面によって底面と壁面とがより連続的に接続する。
[Application Example 2]
In the semiconductor device of this application example, it is preferable that the first curved surface is a concave surface.
Thereby, the bottom surface and the wall surface are more continuously connected by the first curved surface.
[適用例3]
本適用例の半導体デバイスでは、前記壁面の前記底面と反対側に位置し、前記壁面に接続されている第2湾曲面を有していることが好ましい。
これにより、壁面の底面と反対側での応力集中を低減することができる。
[Application Example 3]
In the semiconductor device of this application example, it is preferable that the wall surface has a second curved surface that is located on the side opposite to the bottom surface and connected to the wall surface.
Thereby, the stress concentration on the side opposite to the bottom surface of the wall surface can be reduced.
[適用例4]
本適用例の半導体デバイスでは、前記第2湾曲面は、凸面であることが好ましい。
これにより、第2湾曲面と壁面とがより連続的に接続する。
[Application Example 4]
In the semiconductor device of this application example, it is preferable that the second curved surface is a convex surface.
Thereby, a 2nd curved surface and a wall surface connect more continuously.
[適用例5]
本適用例の半導体デバイスでは、前記壁面は、前記底面と反対側を向くように傾斜していることが好ましい。
これにより、壁面と第1湾曲面や第2湾曲面とをより連続的に接続することができる。
[Application Example 5]
In the semiconductor device of this application example, it is preferable that the wall surface is inclined so as to face the side opposite to the bottom surface.
Thereby, a wall surface and a 1st curved surface and a 2nd curved surface can be connected more continuously.
[適用例6]
本適用例の半導体デバイスでは、前記壁面は、第3湾曲面を有していることが好ましい。
これにより、応力集中をより低減することができる。
[Application Example 6]
In the semiconductor device of this application example, it is preferable that the wall surface has a third curved surface.
Thereby, stress concentration can be further reduced.
[適用例7]
本適用例の半導体デバイスでは、前記第3湾曲面は、前記第1湾曲面側に位置する湾曲凹面と、前記第2湾曲面側に位置する湾曲凸面と、を有していることが好ましい。
これにより、壁面と第1湾曲面とがより連続的に接続し、壁面と第2湾曲面とがより連続的に接続する。
[Application Example 7]
In the semiconductor device of this application example, it is preferable that the third curved surface has a curved concave surface located on the first curved surface side and a curved convex surface located on the second curved surface side.
Thereby, a wall surface and a 1st curved surface connect more continuously, and a wall surface and a 2nd curved surface connect more continuously.
[適用例8]
本適用例の半導体デバイスでは、前記底面および前記壁面を備える基板を有していることが好ましい。
これにより、底面および壁面をより簡単に形成することができる。
[Application Example 8]
In the semiconductor device of this application example, it is preferable to have a substrate including the bottom surface and the wall surface.
Thereby, a bottom face and a wall surface can be formed more easily.
[適用例9]
本適用例の半導体デバイスでは、前記基板に前記機能素子と電気的に接続されている回路が配置されていることが好ましい。
これにより、機能素子と回路をより近接して設けることができる。
[Application Example 9]
In the semiconductor device of this application example, it is preferable that a circuit that is electrically connected to the functional element is disposed on the substrate.
Thereby, a functional element and a circuit can be provided closer.
[適用例10]
本適用例の半導体デバイスでは、前記底面と対向するように配置されている蓋部を有していることが好ましい。
これにより、機能素子を保護することができる。
[Application Example 10]
In the semiconductor device of this application example, it is preferable that the semiconductor device has a lid portion disposed so as to face the bottom surface.
Thereby, a functional element can be protected.
[適用例11]
本適用例の半導体デバイスでは、前記機能素子は、振動素子であることが好ましい。
これにより、半導体デバイスを例えば発振器として用いることができる。
[Application Example 11]
In the semiconductor device of this application example, it is preferable that the functional element is a vibration element.
Thereby, a semiconductor device can be used as an oscillator, for example.
[適用例12]
本適用例の半導体デバイスでは、前記機能素子は、圧力センサー素子であることが好ましい。
これにより、半導体デバイスを圧力センサーとして用いることができる。
[Application Example 12]
In the semiconductor device of this application example, the functional element is preferably a pressure sensor element.
Thereby, a semiconductor device can be used as a pressure sensor.
[適用例13]
本適用例の電子機器は、上記適用例の半導体デバイスを有していることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子機器が得られる。
[Application Example 13]
An electronic apparatus according to this application example includes the semiconductor device according to the application example described above.
As a result, a highly reliable electronic device can be obtained.
[適用例14]
本適用例の移動体は、上記適用例の半導体デバイスを有していることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い移動体が得られる。
[Application Example 14]
The moving body of this application example includes the semiconductor device of the above application example.
Thereby, a mobile body with high reliability is obtained.
以下、本発明の半導体デバイス、電子機器および移動体を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, a semiconductor device, an electronic apparatus, and a moving body of the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.
<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態に半導体デバイスを示す断面図である。図2は、図1に示す半導体デバイスの平面図である。図3は、図1に示す半導体デバイスが有する凹部の拡大断面図である。図4ないし図12は、それぞれ、図1に示す半導体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、図1は、図2中のA−A線断面図である。また、以下の説明では、図1中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a sectional view showing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view of the semiconductor device shown in FIG. FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a recess of the semiconductor device shown in FIG. 4 to 12 are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 1 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. In the following description, the upper side in FIG. 1 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”.
≪半導体デバイス≫
図1に示す半導体デバイス1は、所定周波数の信号を発振する発振器として用いられる。このような半導体デバイス1は、図1に示すように、ベース基板2と、機能素子としての振動素子3と、蓋部4と、空洞部(収容空間)5と、半導体回路(回路)6と、を有している。
≪Semiconductor device≫
A semiconductor device 1 shown in FIG. 1 is used as an oscillator that oscillates a signal having a predetermined frequency. As shown in FIG. 1, such a semiconductor device 1 includes a base substrate 2, a
ベース基板2は、上面211に開放する凹部24を有する半導体基板(基板)21と、凹部24の内面上に積層された第1絶縁膜22と、第1絶縁膜22上に積層された第2絶縁膜23と、を有している。半導体基板21は、例えば、シリコン基板で構成され、第1絶縁膜22は、例えば、シリコン酸化膜(SiO2膜)で構成され、第2絶縁膜23は、例えば、シリコン窒化膜(SiN膜)で構成されている。なお、シリコン基板は、例えば、シリコン単結晶基板上にシリコン単結晶をエピタキシャル成長させたものを用いてもよい。ただし、半導体基板21としては、シリコン基板に限定されず、例えば、SOI基板を用いることができる。また、第1絶縁膜22および第2絶縁膜23としては、製造時に半導体基板21を保護し、また、各部の短絡等を防ぐことができれば特に限定されない。
The base substrate 2 includes a semiconductor substrate (substrate) 21 having a
また、半導体基板21の凹部24よりも外側の部分には、半導体回路6が作り込まれている。半導体回路6は、例えば、振動素子3を励振させるための発振回路を有し、その他にも、例えば、必要に応じて、位相同期回路(PLL回路)や、発振回路からの出力周波数を整数倍にする逓倍回路(周波数調整回路)や、信号を所定の出力形式に変換して出力する出力回路や、メモリー等を有している。このような半導体回路6には、必要に応じて、MOSトランジスタ、キャパシタ、インダクタ、抵抗、ダイオード、配線等の回路要素が含まれている。このように、半導体デバイス1内に、半導体回路6を作り込むことで、例えば、半導体デバイス1と半導体回路6とが別体である場合と比較して、装置全体の小型化を図ることができる。また、半導体回路6を振動素子3に近接して配置することができるため、振動素子3からの出力される信号にノイズが乗り難く、精度の良い半導体デバイス1となる。なお、図1では、説明の便宜上、半導体回路6としてMOSトランジスタ61のみを図示している。
In addition, the
また、図1および図2に示すように、凹部24内には、壁部71と、柱状をなす4本の柱部72(72a〜72d)と、が設けられている。
As shown in FIGS. 1 and 2, a
4つの柱部72は、図1および図2に示すように、壁部71の内側(すなわち空洞部5内)に設けられており、平面視で、振動素子3の周囲に沿って互いに離間して設けられている。これら4つの柱部72は、蓋部4を支えており、よって、蓋部4の下方(空洞部5内)への撓み変形が低減されている。そのため、例えば、蓋部4と振動素子3(振動部電極31)との接触を防止することができる。また、4つの柱部72は、振動素子3が有する電極を外部へ引き出すための配線(電気経路)の一部として用いられている。このように、柱部72を配線の一部として用いることで、別途配線を引き回す必要がなく、半導体デバイス1の装置構成が簡単なものとなると共に、半導体デバイス1の小型化を図ることができる。このような柱部72は、例えば、リン、ボロン等の不純物をドープ(拡散または注入)したポリシリコンで構成されている。なお、柱部72の数としては、4つに限定されない。
As shown in FIGS. 1 and 2, the four
壁部71は、枠状をなし、平面視で振動素子3および柱部72の周囲を囲むように、凹部24の底面に立設されている。そして、壁部71の内側が空洞部5となっている。また、壁部71は、隣り合う柱部72a、72bの間に入り込むように内側へ突出した突出部711と、隣り合う柱部72b、72cの間に入り込むように内側へ突出した突出部712と、隣り合う柱部72c、72dの間に入り込むように内側へ突出した突出部713と、隣り合う柱部72d、72aの間に入り込むように内側へ突出した突出部714と、を有している。このような突出部711、712、713、714を設けることで、空洞部5の体積を減少させることができる。そのため、空洞部5を形成する際のエッチング時間を短縮することができたり、空洞部5を真空封止する際の真空引き時間を短縮することができたりする。また、これら4つの突出部711〜714は、柱部72と共に、蓋部4を支えている。よって、蓋部4の下方への撓み変形がより低減されている。
The
このような壁部71は、例えば、ポリシリコンで構成されている。また、壁部71の外周側(すなわち壁部71と凹部24の内側面との間)には壁部71を補強する補強部73が設けられている。これにより、半導体デバイス1の機械的強度を高めることができる。このような補強部73は、例えば、二酸化ケイ素(SiO2)で構成されている。
Such a
蓋部4は、ベース基板2の上面側に設けられており、凹部24の開口を塞いでいる。これにより、ベース基板2と蓋部4の間に気密封止された空洞部5が形成される。この空洞部5には振動素子3が配置されており、これにより、振動素子3を保護することができると共に、振動素子3を所定の環境下で駆動することができる。
The lid 4 is provided on the upper surface side of the base substrate 2 and closes the opening of the
このような蓋部4は、図1に示すように、被覆層41と、被覆層41上に積層された封止層42と、封止層42およびベース基板2上に積層された構造体43と、を有している。
As shown in FIG. 1, the lid 4 includes a
被覆層41は、絶縁層411と、絶縁層411上に積層された導電層412と、を有している。また、被覆層41は、空洞部5の内外を連通する複数の連通孔41aを有している。この連通孔41aは、製造時に空洞部5内の犠牲層をエッチングにより除去するためのリリースホールである。なお、連通孔41aは、ベース基板2の平面視で、振動部電極31と重ならないように配置することが好ましい。これにより、封止層42によって連通孔41aを封止する際に、連通孔41aを通過した封止材料が振動部電極31に付着することを低減することができ、振動素子3の駆動周波数(共振周波数)の変化を低減することができる。
The
また、導電層412は、絶縁層411を貫通して設けられ、柱部72と電気的に接続されているコンタクト部412aを有している。このようなコンタクト部412aは、柱部72と同様に、振動部電極31を半導体回路6に接続するための配線の一部として用いられる。
In addition, the
このような被覆層41では、絶縁層411は、例えば、窒化ケイ素(SiN)で構成されており、導電層412は、例えば、リン、ボロン等の不純物をドープ(拡散または注入)したポリシリコンで構成されている。
In such a
封止層42は、被覆層41上に積層されており、連通孔41aを塞いでいる。これにより、空洞部5が気密封止される。このように、空洞部5を気密封止することで、空洞部5に収容されている振動素子3の雰囲気を安定させることができる。空洞部5は、真空状態(減圧状態)となっていることが好ましい。これにより、粘性抵抗が減り、より効率的かつ安定的に振動素子3を駆動することができる。
The
また、封止層42は、コンタクト部412a上に周囲から島状に独立して配置され、コンタクト部412aと電気的に接続されているコンタクト部421を有している。このようなコンタクト部421は、柱部72およびコンタクト部412aと同様に、振動部電極31を半導体回路6に接続するための配線の一部として用いられる。
In addition, the
このような封止層42としては、例えば、Al、Cu、W、Ti、TiN等の金属材料(導電性材料)を用いることができる。
As such a
構造体43は、層間絶縁膜431と、層間絶縁膜431上に形成された配線層432と、配線層432および層間絶縁膜431上に形成された層間絶縁膜433と、層間絶縁膜433上に形成された配線層434と、配線層434および層間絶縁膜433上に形成された表面保護層435と、を有している。このうち、配線層432、434は、半導体回路6の配線として機能し、半導体回路6は、配線層432、434によって半導体デバイス1の上面に引き出され、配線層434の一部が外部接続端子434’となっている。また、表面保護層435は、半導体デバイス1を水分、ゴミ、傷などから保護する。
The
このような構造体43では、層間絶縁膜431、433は、例えば、二酸化ケイ素(SiO2)で構成されており、配線層432、434は、例えば、アルミニウム(Al)で構成されており、表面保護層435は、例えば、二酸化ケイ素(SiO2)、窒化ケイ素(SiN)、ポリイミド、エポキシ樹脂等で構成されている。
In such a
振動素子3は、静電容量型(静電駆動型)の振動素子であり、図2に示すように、ベース基板2上に設けられた振動部電極31および基板電極32と、を有している。
The
振動部電極31は、凹部24の底面に設けられた固定部311と、固定部311と空隙を隔てて対向配置された振動体312と、振動体312および固定部311の間に配置され、振動体312を固定部311に支持する支持部313と、を有している。また、振動体312は、支持部313に支持されている基部312aと、基部312aに接続されている4つの振動部312b、312c、312d、312eと、を有し、略十字状をなしている。なお、振動部の数は、本実施形態の4つに限定されず、1〜3つであってもよいし、5つ以上であってもよい。
The vibrating
一方、基板電極32は、凹部24の底面に設けられ、振動部312bに対向配置されている電極321と、凹部24の底面に設けられ、振動部312dに対向配置されている電極322と、を有している。
On the other hand, the
これら振動部電極31および基板電極32は、それぞれ、例えば、リン、ボロン等の不純物をドープ(拡散または注入)したポリシリコンで構成されている。
Each of the vibrating
また、振動部電極31および基板電極32は、それぞれ、柱部72を介して半導体回路6と電気的に接続されており、半導体回路6から振動部電極31と基板電極32との間に所定周波数(振動部電極31の共振周波数とほぼ等しい周波数)の交番電圧が印加されると、振動体312と基板電極32との間に発生する静電力によって、振動部312b、312dと振動部312c、312eとが逆相で振動する。そして、この振動に基づく信号(周波数信号)が基板電極32(または振動部電極31)から出力され、出力された信号を半導体回路6で処理することで、所定周波数の信号を出力することができる。
以上、半導体デバイス1の構成ついて簡単に説明した。
In addition, the
The configuration of the semiconductor device 1 has been briefly described above.
次に、半導体デバイス1の主な特徴の1つである凹部24の形状について詳細に説明する。
Next, the shape of the
図3に示すように、半導体基板21に配置されている凹部24は、振動素子3が配置されている底面241と、底面241の周囲に配置されている壁面242と、底面241と壁面242との間に配置され、これらを接続している第1湾曲面243と、壁面242と上面211との間に配置され、これらを接続している第2湾曲面244と、を有している。
As shown in FIG. 3, the
このように、凹部24が第1湾曲面243を有することで、底面241と壁面242との間に角が形成され難くなるため、当該部分への応力集中を低減することができる。よって、半導体基板21へのクラックの発生や、半導体基板21での結晶欠陥の発生を低減することができる。さらに、第2湾曲面244を有することで、凹部24と上面211の境界部に角が形成され難くなるため、半導体基板21へのクラックの発生や、半導体基板21での結晶欠陥の発生をより低減することができる。仮に、半導体基板21にクラックが発生すると、機械的強度が低下したり、空洞部5の気密性が低下したりする要因となる。また、仮に、半導体基板21に結晶欠陥が発生し、この結晶欠陥がMOSトランジスタ61のpn接合部(p型の領域とn型の領域の境界部)に到達してしまうと、リークパスを発生させる要因となる。すなわち、半導体基板21へのクラックの発生や、半導体基板21での結晶欠陥の発生を低減することで、より優れた信頼性を有する半導体デバイス1となる。
Thus, since the recessed
特に、第1湾曲面243は、湾曲凹面となっている。そのため、第1湾曲面243を介して底面241と壁面242とがより連続的に接続されている。これにより、上記効果をより顕著に発揮することができる。なお、本実施形態では、第1湾曲面243の全域が湾曲凹面となっているが、例えば、一部が平坦面となっていてもよい。
In particular, the first
また、第2湾曲面244は、湾曲凸面となっている。そのため、第2湾曲面244を介して壁面242と上面211とがより連続的に接続されている。これにより、上記効果をより顕著に発揮することができる。また、後述する半導体デバイス1の製造方法でも説明するように、壁面242上でのエッチング残りを効果的に低減することができる。
Further, the second
なお、本実施形態では、第1湾曲面243の曲率半径(平均曲率半径)が、第2湾曲面244の曲率半径(平均曲率半径)よりも大きくなっている。第2湾曲面244付近よりも、第1湾曲面243付近の方が前述したクラックや結晶欠陥の起点となり易いため、上述のように第1、第2湾曲面243、244の曲率半径を設定することで、より効果的にクラックや結晶欠陥の発生を低減することができると共に、凹部24の過度な大型化を防止することができる。ただし、第1、第2湾曲面243、244の曲率半径の関係としては、これに限定されず、第1湾曲面243の曲率半径と第2湾曲面244の曲率半径がほぼ等しくてもよいし、第1湾曲面243の曲率半径が第2湾曲面244の曲率半径よりも小さくてもよい。
In this embodiment, the curvature radius (average curvature radius) of the first
また、壁面242は、凹部24の開口側(底面241と反対側)を向くように傾斜している。このように、壁面242が傾斜していることで、壁面242と第1湾曲面243とをより連続的に接続することができ、これらの境界部付近への応力集中をより効果的に低減することができる。同様に、壁面242と第2湾曲面244とをより連続的に接続することができ、これらの境界部付近への応力集中をより効果的に低減することができる。また、後述する半導体デバイス1の製造方法でも説明するように、壁面242上でのエッチング残りを効果的に低減することができる。
The
また、このような壁面242は、第3湾曲面242aで構成されており、第3湾曲面242aは、第1湾曲面243側に位置し、第1湾曲面243と接続されている湾曲凹面242a’と、第2湾曲面244側に位置し、第2湾曲面244と接続されている湾曲凸面242a”と、を有している。このような第3湾曲面242aで壁面242を構成することで、壁面242と第1湾曲面243とをさらに連続的に接続することができると共に、壁面242と第2湾曲面244とをさらに連続的に接続することができる。これにより、上記効果をさらに顕著に発揮することができる。
Further, such a
≪半導体デバイスの製造方法≫
次に、半導体デバイス1の製造方法を説明しながら、前述した凹部24の形状から発揮される効果を説明する。なお、説明の便宜上、以下では、半導体回路6が有する回路要素の製造工程については、その説明を省略する。各回路要素は、下記に説明する工程と同じ工程や、下記に示す工程の合間の工程で、作り込むことができる。
≪Semiconductor device manufacturing method≫
Next, while explaining the method for manufacturing the semiconductor device 1, the effect exerted from the shape of the
まず、シリコン基板である半導体基板21を用意し、フォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いて、半導体基板21の上面に凹部24を形成する。具体的に説明すると、まず、図4(a)に示すように、半導体基板21を用意し、凹部24の形成領域上に、凹部24の開口よりも小さい開口M11を有するマスクM1を形成する。このマスクM1は、エッチング耐性を有していれば、レジストマスク、メタルマスク等の各種マスクを用いることができる。次に、図4(b)に示すように、マスクM1を介して半導体基板21にArイオン等の不純物を注入する。これにより、開口M11から露出している部分にArイオンが注入され、当該部分のエッチングレートが、他の部分(マスクM1と重り、Arイオンが注入されていない部分)に対して変化する。次に、マスクM1を介して半導体基板21を等方性ドライエッチングでエッチングすると、図5(a)に示すように、第1湾曲面243および第2湾曲面244を有する凹部24が得られる。そして、最後に、半導体基板21からマスクM1を除去する。
First, a
なお、ドライエッチングに用いるガスとしては、半導体基板21を等方的にエッチングすることができれば特に限定されず、例えば、バッファードフッ酸に硝酸を混合したガスを用いることができる。また、凹部24の形成方法としては、上記の方法に限定されず、例えば、まず、マスクM1を介して半導体基板21を異方性ドライエッチングでエッチングした後、等方性のウェットエッチングでエッチングすることで、凹部24を形成してもよい。
Note that a gas used for dry etching is not particularly limited as long as the
次に、図5(b)に示すように、半導体基板21の上面側に、第1絶縁膜22および第2絶縁膜23を順に成膜する。第1絶縁膜22および第2絶縁膜23は、例えば、半導体基板21の表面にシリコン酸化膜を熱酸化法で成膜した後、このシリコン酸化膜上にシリコン窒化膜をスパッタリング法、CVD法等を用いて形成することで得られる。
Next, as illustrated in FIG. 5B, the first insulating
次に、第2絶縁膜23上にポリシリコンの膜をスパッタリング法、CVD法等を用いて形成しつつ、同時に、リン、ボロン等の不純物を注入することで、導電性のポリシリコン膜を形成し、このポリシリコン膜をパターニングすることで、図6(a)に示すように、基板電極32、固定部311、配線(図示せず)、柱部72の一部および壁部71の一部を形成する。ただし、これら各部の形成方法は、上述の方法に限定されず、例えば、各部のパターニングを終えてから、各部にリン、ボロン等の不純物をドープして導電性を付与してもよい。
Next, a polysilicon film is formed on the second insulating
次に、図6(b)に示すように、CVD法により、シリコン酸化膜からなる第1犠牲層91を形成し、第1犠牲層91には支持部313、柱部72および壁部71に対応する開口を形成する。ただし、第1犠牲層91は、CVD法ではなく、熱酸化法、スパッタリング法等により形成してもよい。また、前記開口は、フォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いて形成する。
Next, as shown in FIG. 6B, a first
次に、第1犠牲層91上にポリシリコンの膜をスパッタリング法、CVD法等を用いて形成しつつ、同時に、リン、ボロン等の不純物を注入することで、導電性のポリシリコン膜を形成し、このポリシリコン膜をパターニングすることで、支持部313、振動体312、柱部72および壁部71を形成する。
Next, a polysilicon film is formed on the first
この工程において、凹部24の形状が効果を発揮する。そのため、この工程をより具体的に説明すると、まず、図7(a)に示すように、半導体基板21の上面側に一様に前述した導電性のポリシリコン膜95を成膜し、ポリシリコン膜95上に、振動体312、柱部72および壁部71の形状に対応したマスクM2を形成する。次に、マスクM2を介してポリシリコン膜95を異方性ドライエッチングでエッチングする。これにより、図7(b)に示すように、支持部313、振動体312、柱部72および壁部71が形成される。
In this step, the shape of the
ここで、壁面242が傾斜していることから、図8に示すように、ポリシリコン膜95の壁面242上に位置する部分の厚みT1が、他の部分の厚みT2よりも厚くなる(このことは、壁面242の傾斜が急なほど顕著となる)。そのため、ポリシリコン膜95をエッチングする際、壁面242上のポリシリコン膜95が十分に除去されずにエッチング残りとして残存する場合がある。このエッチング残りの簡単なモデルを図9に示す。同図の(a)は、本実施形態の構成での一般的なエッチング残りを示し、(b)は、従来の構成での一般的なエッチング残りを図示する。両者を比較すれば明らかなように、本実施形態のように第2湾曲面244を設け、さらには、壁面242を第3湾曲面242aとすることで、これらの面がよりなだらかな斜面となり、エッチング残り950を効果的に低減することができる。特に、第2湾曲面244を有することで、エッチング残り950が半導体基板21の上面から上方に突出することが低減される。これにより、後述する作業(半導体基板21の上面211上の第1絶縁膜22および第2絶縁膜23を化学機械研磨(CMP)によって除去する作業)をより容易に行うことができる。
Here, since the
次に、CVD法により、図10(a)に示すように、シリコン酸化膜からなる第2犠牲層92を形成し、さらに、第2犠牲層92に所定の開口を形成する。次に、図10(b)に示すように、第2犠牲層92上にシリコン窒化膜からなる絶縁層411を成膜し、この絶縁層411上にポリシリコンをスパッタリング法、CVD法等を用いて形成しつつ、同時に、リン、ボロン等の不純物を注入することで、導電性のポリシリコン膜からなる導電層412を形成する。そして、これら絶縁層411および導電層412に連通孔41aを形成する。
Next, as shown in FIG. 10A, a second
次に、化学機械研磨(CMP)によって、図11(a)に示すように、半導体基板21の上面211上に積層された第1絶縁膜22および第2絶縁膜23を除去して、半導体基板21の上面211を露出させる。これにより、例えば、半導体基板21の上面211にMOSトランジスタ61等の回路要素を作り込むことができる。前述したように、本実施形態によれば、エッチング残り950が半導体基板21の上面から突出しないため(図9(a)参照)、本工程をよりスムーズに行うことができる。なお、仮に、エッチング残り950が半導体基板21の上面から突出している場合には(図9(b)参照)、本工程においてこの突出した部分を除去しなければならないが、当該部分が第1絶縁膜22および第2絶縁膜23に比べて硬質であるため、当該部分をなかなか除去することができず、本工程に要する時間が長くなってしまう。
Next, the first insulating
次に、図11(b)に示すように、第1、第2犠牲層91、92のリリースエッチングを行なう。具体的には、半導体基板21を例えばバッファードフッ酸等のエッチング液に晒す。これにより、連通孔41aを介して第1、第2犠牲層91、92がリリースエッチングされ、空洞部5が形成されると共に振動素子3がリリースされる。次に、空洞部5を真空引きした状態で、図12(a)に示すように、導電層412上にアルミニウム層からなる封止層42を形成して連通孔41aを封止し、封止層42をパターングすることでコンタクト部421を形成する。
Next, as shown in FIG. 11B, the first and second
次に、図12(b)に示すように、半導体基板21上にシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜431を成膜し、層間絶縁膜431をCMP(化学機械研磨)等によって平坦化する。次に、層間絶縁膜431上に、配線層432、層間絶縁膜433、配線層434および表面保護層435を順に形成する。以上によって、図1に示す半導体デバイス1が得られる。
Next, as shown in FIG. 12B, an
<第2実施形態>
図13は、本発明の第2実施形態に係る半導体デバイスを示す断面図である。図14は、図13に示す半導体デバイスが有する圧力センサー素子を示す平面図である。図15は、図14に示す圧力センサー素子を含むブリッジ回路を示す図である。
Second Embodiment
FIG. 13 is a sectional view showing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. FIG. 14 is a plan view showing a pressure sensor element included in the semiconductor device shown in FIG. FIG. 15 is a diagram showing a bridge circuit including the pressure sensor element shown in FIG.
以下、本発明の第2実施形態に係る半導体デバイスについて説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。 Hereinafter, the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention will be described. The description will focus on differences from the above-described embodiment, and description of similar matters will be omitted.
第2実施形態の半導体デバイスは、機能素子の構成が異なることおよび基板の形状が異なること以外は、前述した第1実施形態と同様である。なお、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。 The semiconductor device of the second embodiment is the same as that of the first embodiment described above except that the configuration of the functional elements is different and the shape of the substrate is different. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure similar to embodiment mentioned above.
図13に示すように、半導体基板21の空洞部5と重なる部分には、周囲の部分よりも薄肉であり、受圧によって撓み変形するダイアフラム215が設けられている。ダイアフラム215は、半導体基板21の下面に有底の凹部216を設けることで形成され、その下面が受圧面215aとなっている。受圧面215aが圧力を受けると、受けた圧力の大きさに応じてダイアフラム215が撓む。
As shown in FIG. 13, a
機能素子としての圧力センサー素子8は、図14に示すように、ダイアフラム215に設けられている4つのピエゾ抵抗素子81、82、83、84を有している。また、ピエゾ抵抗素子81〜84は、配線等を介して、互いに電気的に接続され、図15に示すブリッジ回路80(ホイートストンブリッジ回路)を構成して半導体回路6と接続されている。ブリッジ回路80には駆動電圧AVDCを供給する駆動回路(図示せず)が接続されている。そして、ブリッジ回路80は、ダイアフラム215の撓みに基づくピエゾ抵抗素子81〜84の抵抗値変化に応じた信号(電圧)を出力する。そして、出力された信号に基づいて半導体回路6がダイアフラム215に加わった圧力を検出する。
As shown in FIG. 14, the
なお、ピエゾ抵抗素子81〜84は、それぞれ、例えば、半導体基板21にリン、ボロン等の不純物をドープ(拡散または注入)することで構成されている。また、これらピエゾ抵抗素子81〜84を接続する配線は、例えば、半導体基板21に、ピエゾ抵抗素子81〜84よりも高濃度でリン、ボロン等の不純物をドープ(拡散または注入)することで構成されている。
Each of the
半導体回路6には、例えば、ブリッジ回路80に電圧を供給するための駆動回路や、ブリッジ回路80からの出力を温度補償するための温度補償回路や、温度補償回路からの出力から加わった圧力を求める圧力検出回路や、圧力検出回路からの出力を所定の出力形式(CMOS、LV−PECL、LVDS等)に変換して出力する出力回路等が含まれている。
The
このような第2実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。 Also according to the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment described above can be exhibited.
[電子機器]
次に、本発明の電子機器について説明する。
[Electronics]
Next, the electronic apparatus of the present invention will be described.
図16は、本発明の半導体デバイスを備えるモバイル型(またはノート型)のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。 FIG. 16 is a perspective view illustrating a configuration of a mobile (or notebook) personal computer including the semiconductor device of the present invention.
この図において、パーソナルコンピューター1100は、キーボード1102を備えた本体部1104と、表示部1108を備えた表示ユニット1106とにより構成され、表示ユニット1106は、本体部1104に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター1100には、例えば、発振器や圧力センサーとして用いられる半導体デバイス1が内蔵されている。そのため、パーソナルコンピューター1100は、より高性能で、高い信頼性を発揮することができる。
In this figure, a
図17は、本発明の半導体デバイスを備える携帯電話機(PHSも含む)の構成を示す斜視図である。 FIG. 17 is a perspective view showing a configuration of a cellular phone (including PHS) including the semiconductor device of the present invention.
この図において、携帯電話機1200は、複数の操作ボタン1202、受話口1204及び送話口1206を備え、操作ボタン1202と受話口1204との間には、表示部1208が配置されている。このような携帯電話機1200には、例えば、発振器や圧力センサーとして用いられる半導体デバイス1が内蔵されている。そのため、携帯電話機1200は、より高性能で、高い信頼性を発揮することができる。
In this figure, a
図18は、本発明の半導体デバイスを備えるデジタルスチールカメラの構成を示す斜視図である。 FIG. 18 is a perspective view showing a configuration of a digital still camera including the semiconductor device of the present invention.
この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。デジタルスチールカメラ1300は、被写体の光像をCCD(Charge Coupled Device)等の撮像素子により光電変換して撮像信号(画像信号)を生成する。デジタルスチールカメラ1300におけるケース(ボディー)1302の背面には、表示部1310が設けられ、CCDによる撮像信号に基づいて表示を行なう構成になっており、表示部1310は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース1302の正面側(図中裏面側)には、光学レンズ(撮像光学系)やCCD等を含む受光ユニット1304が設けられている。
In this figure, connection with an external device is also shown in a simplified manner. The
撮影者が表示部1310に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン1306を押下すると、その時点におけるCCDの撮像信号が、メモリー1308に転送・格納される。また、このデジタルスチールカメラ1300においては、ケース1302の側面に、ビデオ信号出力端子1312と、データ通信用の入出力端子1314とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子1312にはテレビモニター1330が、データ通信用の入出力端子1314にはパーソナルコンピューター1340が、それぞれ必要に応じて接続される。更に、所定の操作により、メモリー1308に格納された撮像信号が、テレビモニター1330や、パーソナルコンピューター1340に出力される構成になっている。このようなデジタルスチールカメラ1300には、例えば、発振器や圧力センサーとして用いられる半導体デバイス1が内蔵されている。そのため、デジタルスチールカメラ1300は、より高性能で、高い信頼性を発揮することができる。
When the photographer confirms the subject image displayed on the
なお、本発明の半導体デバイスを備える電子機器は、図16のパーソナルコンピューター(モバイル型パーソナルコンピューター)、図17の携帯電話機、図18のデジタルスチールカメラの他にも、例えば、インクジェット式吐出装置(例えばインクジェットプリンター)、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳(通信機能付も含む)、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、POS端末、医療機器(例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡)、魚群探知機、各種測定機器、計器類(例えば、車両、航空機、船舶の計器類)、フライトシミュレーター等に適用することができる。 Note that an electronic apparatus including the semiconductor device of the present invention includes, for example, an ink jet type ejection device (for example, a personal computer (mobile personal computer) in FIG. 16, a mobile phone in FIG. 17, and a digital still camera in FIG. 18). Inkjet printers), laptop personal computers, televisions, video cameras, video tape recorders, car navigation devices, pagers, electronic notebooks (including those with communication functions), electronic dictionaries, calculators, electronic game devices, word processors, workstations, televisions Telephone, crime prevention TV monitor, electronic binoculars, POS terminal, medical equipment (for example, electronic thermometer, blood pressure monitor, blood glucose meter, electrocardiogram measuring device, ultrasonic diagnostic device, electronic endoscope), fish detector, various measuring devices, instruments Type (e.g., vehicle, Sky machine, gauges of a ship), can be applied to a flight simulator or the like.
[移動体]
次に、本発明の半導体デバイスを備える移動体について説明する。
図19は、本発明の半導体デバイスを備える移動体を示す斜視図である。
[Moving object]
Next, a moving body provided with the semiconductor device of the present invention will be described.
FIG. 19 is a perspective view showing a moving body including the semiconductor device of the present invention.
自動車(移動体)1500には、半導体デバイス1が搭載されている。半導体デバイス1は、例えば、キーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム(ABS)、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム(TPMS:Tire Pressure Monitoring System)、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム、等の電子制御ユニット(ECU:electronic control unit)に広く適用できる。このように、自動車1500は、半導体デバイス1を有しているため、より高性能で、高い信頼性を発揮することができる。
A semiconductor device 1 is mounted on an automobile (mobile body) 1500. The semiconductor device 1 is, for example, keyless entry, immobilizer, car navigation system, car air conditioner, anti-lock brake system (ABS), air bag, tire pressure monitoring system (TPMS), engine control, hybrid The present invention can be widely applied to electronic control units (ECUs) such as battery monitors for automobiles and electric vehicles, and vehicle body attitude control systems. Thus, since the
以上、本発明の半導体デバイス、電子機器および移動体について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。 As described above, the semiconductor device, the electronic apparatus, and the moving body of the present invention have been described based on the illustrated embodiment. It can be replaced with that of the configuration. In addition, any other component may be added to the present invention. Moreover, you may combine each embodiment suitably.
また、前述した各実施形態では、基板に凹部を形成することで、基板と蓋部との間に空洞部を形成した構成について説明しているが、基板と蓋部の構成としては、これに限定されない。例えば、基板に凹部を設けずに、蓋部の下面(基板側)に凹部を形成することで、基板と蓋部との間に空洞部を形成してもよいし、基板および蓋部の間に、枠状の構造体を介在させて、枠状の構想体の内周面と基板の上面とによって凹部を形成してもよい。すなわち、凹部の底面と壁面とが別部材から形成されており、これらが一体的に形成されていなくてもよい。 In each of the embodiments described above, the configuration in which the cavity is formed between the substrate and the lid by forming the recess in the substrate has been described. It is not limited. For example, a cavity may be formed between the substrate and the lid by forming a recess on the lower surface (substrate side) of the lid without providing the recess in the substrate, or between the substrate and the lid. Alternatively, a recess may be formed by the inner peripheral surface of the frame-shaped concept and the upper surface of the substrate with a frame-shaped structure interposed therebetween. That is, the bottom surface and the wall surface of the recess are formed from different members, and these may not be formed integrally.
1……半導体デバイス
2……ベース基板
21……半導体基板
211……上面
215……ダイアフラム
215a……受圧面
216……凹部
22……第1絶縁膜
23……第2絶縁膜
24……凹部
241……底面
242……壁面
242a……第3湾曲面
242a’……湾曲凹面
242a”……湾曲凸面
243……第1湾曲面
244……第2湾曲面
3……振動素子
31……振動部電極
311……固定部
312……振動体
312a……基部
312b、312c、312d、312e……振動部
313……支持部
32……基板電極
321、322……電極
4……蓋部
41……被覆層
41a……連通孔
411……絶縁層
412……導電層
412a……コンタクト部
42……封止層
421……コンタクト部
43……構造体
431……層間絶縁膜
432……配線層
433……層間絶縁膜
434’……外部接続端子
434……配線層
435……表面保護層
5……空洞部
6……半導体回路
61……MOSトランジスタ
71……壁部
711、712、713、714……突出部
72、72a、72b、72c、72d……柱部
73……補強部
8……圧力センサー素子
80……ブリッジ回路
81、82、83、84……ピエゾ抵抗素子
91……第1犠牲層
92……第2犠牲層
95……ポリシリコン膜
950……エッチング残り
1100……パーソナルコンピューター
1102……キーボード
1104……本体部
1106……表示ユニット
1108……表示部
1200……携帯電話機
1202……操作ボタン
1204……受話口
1206……送話口
1208……表示部
1300……デジタルスチールカメラ
1302……ケース
1304……受光ユニット
1306……シャッターボタン
1308……メモリー
1310……表示部
1312……ビデオ信号出力端子
1314……入出力端子
1330……テレビモニター
1340……パーソナルコンピューター
1500……自動車
M1……マスク
M11……開口
M2……マスク
T1、T2……厚み
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor device 2 ...
Claims (13)
前記機能素子が配置されている底面と、
前記底面の周囲に配置されている壁面と、
前記底面および前記壁面の間に配置され、前記底面と前記壁面とを接続している第1湾曲面と、
前記底面と対向するように配置されている蓋部と、
前記蓋部を支える柱部と、
前記機能素子を駆動する回路と、を有し、
前記機能素子は、前記柱部を介して前記回路と電気的に接続されていることを特徴とする半導体デバイス。 A functional element;
A bottom surface on which the functional element is disposed;
A wall surface disposed around the bottom surface;
A first curved surface disposed between the bottom surface and the wall surface and connecting the bottom surface and the wall surface;
A lid portion disposed to face the bottom surface;
A pillar portion that supports the lid portion;
A circuit for driving the functional element ,
The functional device is electrically connected to the circuit through the pillar portion .
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