JP6599213B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

本明細書は、半導体装置に関する。

特許文献１に、第１基板と第２基板を備える半導体装置が開示されている。この半導体装置では、第１基板の下面と第２基板の上面が互いに接合されている。第１基板は、第１基板の上面側に形成された可動構造体と、可動構造体を駆動する駆動電極と、第１基板の下面側に形成されており、駆動電極と導通している下面電極を備えている。第２基板は、第２基板の上面側に形成された対向電極を備えている。この半導体装置では、第１基板の下面電極と第２基板の対向電極が、直接的に接触することによって電気的に接続されている。

特開２００３−１４００６４号公報

第１基板の下面電極と第２基板の対向電極を直接的に接触させる構成では、第１基板の下面電極や第２基板の対向電極の位置や大きさにばらつきがあると、第１基板と第２基板を接合したときに、接合の品質によっては両者が直接的に接触できずに電気的な接続を確保できなくなる場合がある。

本明細書では、上記の課題を解決する。本明細書では、第１基板の上面側に可動構造体が形成された半導体装置において、第１基板の下面側の下面電極と第２基板の上面側の対向電極の間の電気的な接続を安定して確保することが可能な技術を提供する。

本明細書は、第１基板と第２基板を備える半導体装置を開示する。その半導体装置では、第１基板の下面と第２基板の上面が互いに接合されている。第１基板は、第１基板の上面側に形成された可動構造体と、可動構造体を駆動する駆動電極と、第１基板の下面側に形成されており、駆動電極と導通している下面電極を備えている。第２基板は、第２基板の上面側に形成された対向電極を備えている。その半導体装置では、第１基板の下面電極と第２基板の対向電極が、容量結合により電気的に接続されている。

上記の半導体装置によれば、第１基板の下面電極と第２基板の対向電極が容量結合によって電気的に接続されているので、下面電極や対向電極の位置や大きさにばらつきがあっても、第１基板と第２基板を接合したときに、接合の品質によらずに両者の間の電気的な接続を確保することができる。

上記の半導体装置は、駆動電極に蓄積した電荷を放出する電荷放出機構をさらに備えるように構成することができる。

第１基板の下面電極と第２基板の対向電極を容量結合により接続する構成では、駆動電極に電荷が流れこむと、その電荷が駆動電極に蓄積してしまう。駆動電極に電荷が蓄積すると、可動構造体を正常に動作させることができなくなってしまう。上記の半導体装置によれば、駆動電極に蓄積した電荷を電荷放出機構により放出することができる。このような構成とすることによって、駆動電極に電荷が蓄積して可動構造体を正常に動作させることができない事態を防ぐことができる。

上記の半導体装置は、第１基板の可動構造体が、アレイ状に複数配置されているように構成することができる。

可動構造体がアレイ状に複数配置されている場合、どれか１つの可動構造体の駆動電極に関して下面電極と対向電極の間で電気的な接続が確保できていないと、半導体装置それ自体が不良品となってしまう。このため、下面電極と対向電極の間での電気的な接続を安定して確保できないと、歩留まりの大幅な低下を招いてしまう。上記の半導体装置によれば、第１基板の下面電極と第２基板の対向電極が容量結合により電気的に接続されているので、下面電極と対向電極の間での電気的な接続を安定して確保することができ、歩留まりの低下を防ぐことができる。

実施例１の半導体装置２の概略の構成を示す斜視図である。 実施例１の半導体装置２を図１のII-II断面で見た断面図である。 実施例１の半導体装置２を図１のIII-III断面で見た断面図である。 実施例１の半導体装置２の回路構成を示す回路図である。 実施例１の半導体装置２の製造方法を説明する断面図である。 実施例１の半導体装置２の製造方法を説明する断面図である。 実施例１の半導体装置２の製造方法を説明する断面図である。 実施例１の半導体装置２の製造方法を説明する断面図である。 実施例１の半導体装置２の製造方法を説明する断面図である。 実施例１の半導体装置２の製造方法を説明する断面図である。 実施例１の半導体装置２の製造方法を説明する断面図である。 実施例１の半導体装置２の製造方法を説明する断面図である。 実施例１の半導体装置２の製造方法を説明する断面図である。 実施例１の半導体装置２の製造方法を説明する断面図である。 実施例１の半導体装置２の製造方法を説明する断面図である。 実施例２の半導体装置１０２を上面から見た平面図である。 実施例２の半導体装置１０２の図１６のXVII-XVII断面から見た断面図である。 実施例２の半導体装置１０２の可動構造基板１０４を下面から見た平面図である。 実施例２の半導体装置１０２の回路基板１０６を上面から見た平面図である。 実施例２の半導体装置１０２の製造方法を説明する断面図である。 実施例２の半導体装置１０２の製造方法を説明する断面図である。 実施例２の半導体装置１０２の製造方法を説明する断面図である。 実施例２の半導体装置１０２の製造方法を説明する断面図である。 実施例２の半導体装置１０２の製造方法を説明する断面図である。 実施例２の半導体装置１０２の製造方法を説明する断面図である。 実施例２の半導体装置１０２の製造方法を説明する断面図である。 実施例２の半導体装置１０２の製造方法を説明する断面図である。 実施例２の半導体装置１０２の製造方法を説明する断面図である。 実施例２の半導体装置１０２の製造方法を説明する断面図である。

（実施例１）
図１−図４は、本実施例の半導体装置２の構成を模式的に示している。半導体装置２は、可動構造基板４と回路基板６を接合して構成されている。可動構造基板４は、例えば、ｎ型の不純物をドーピングされたシリコン基板である。回路基板６は、例えば、ｎ型の不純物をドーピングされたシリコン基板である。半導体装置２では、可動構造基板４の下面と回路基板６の上面が、互いに接合されている。

可動構造基板４の上面には、複数の可動構造装置８と、接地電極パッド１０と、リフレッシュ電極パッド１２が形成されている。複数の可動構造装置８は、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーである。図１に示すように、本実施例の半導体装置２では、複数の可動構造装置８は、列方向（図のＸ方向）および行方向（図のＹ方向）に行列状に配置されており、ミラーアレイを構成している。

図２および図３に示すように、それぞれの可動構造装置８は、可動構造体１４と、可動構造体１４の上面に積層されたミラー１６と、可動構造体１４を駆動するための複数の駆動電極１８を備えている。可動構造体１４は、例えば導電性を付与されたポリシリコンから構成されている。ミラー１６は、例えばＡｌ等の金属から構成されている。駆動電極１８は、可動構造基板４の上面近傍の、可動構造基板４の内部の領域に、高濃度のｐ型の不純物をドーピングすることによって構成されている。本実施例の半導体装置２では、可動構造体１４は接地電位に維持されている。駆動電極１８には、回路基板６から駆動電位が印加される。駆動電極１８に駆動電位が印加されると、駆動電極１８と可動構造体１４の間に静電引力が作用し、可動構造体１４が傾動してミラー１６の反射角度が変化する。なお、可動構造基板４の上面には、絶縁膜２０が形成されている。絶縁膜２０は、例えば酸化アルミニウムから構成されている。可動構造体１４は絶縁膜２０上に形成されており、可動構造基板４の内部の領域からは絶縁されている。また、可動構造体１４が傾動した場合でも、可動構造体１４と駆動電極１８が直接接触することはない。

図２に示すように、可動構造基板４の上面の接地電極パッド１０は、絶縁膜２０上に形成されている。接地電極パッド１０は、例えばＡｌ等の金属から構成されている。接地電極パッド１０は、絶縁膜２０上に形成された図示しない配線によって、それぞれの可動構造装置８の可動構造体１４と電気的に接続されている。本実施例の半導体装置２では、接地電極パッド１０が回路基板６から供給される接地電位に接続されることで、それぞれの可動構造装置８の可動構造体１４が接地電位に維持される。

図３に示すように、可動構造基板４の上面のリフレッシュ電極パッド１２は、絶縁膜２０上に形成されている。リフレッシュ電極パッド１２は、例えばＡｌ等の金属から構成されている。可動構造基板４の上面近傍の可動構造基板４の内部の領域であって、リフレッシュ電極パッド１２の直下に位置する領域には、高濃度のｎ型の不純物をドーピングしたコンタクト領域２２が形成されている。リフレッシュ電極パッド１２は、絶縁膜２０を貫通してコンタクト領域２２に直接接触しており、コンタクト領域２２と電気的に接続している。本実施例の半導体装置２では、リフレッシュ電極パッド１２と、それぞれの可動構造装置８のそれぞれの駆動電極１８の間で、ｐｎ接合によるダイオード４６（図４参照）が形成されている。

図２および図３に示すように、可動構造基板４の下面には、それぞれの可動構造装置８のそれぞれの駆動電極１８に対応して、下面電極２４が形成されている。下面電極２４は、例えばＡｌ等の金属から構成されている。可動構造基板４の下面近傍の可動構造基板４の内部の領域であって、下面電極２４の直上に位置する領域には、高濃度のｐ型の不純物をドーピングしたバックアップ領域２５が形成されている。バックアップ領域２５は、可動構造基板４を下面から平面視したときに、下面電極２４を内包する形状に形成されている。それぞれの駆動電極１８と、その駆動電極１８に対応する下面電極２４は、シリコン貫通電極（ＴＳＶ）２６によって電気的に接続されている。ＴＳＶ２６は、可動構造基板４を上面から下面まで貫通する円柱状のトレンチ２８の内部に形成されており、側面を絶縁膜３０によって覆われている。ＴＳＶ２６は、例えば導電性を付与されたポリシリコンから構成されている。絶縁膜３０は例えば酸化シリコンから構成されている。可動構造基板４の上面側では、駆動電極１８とＴＳＶ２６は、中継電極３２を介して電気的に接続している。中継電極３２は、可動構造基板４の上面の絶縁膜２０を部分的に除去した領域に形成されており、駆動電極１８とＴＳＶ２６の両方に直接的に接触している。中継電極３２は、例えばＡｌ等の金属から構成されている。可動構造基板４の下面側では、下面電極２４とＴＳＶ２６は、直接的に接触することで電気的に接続している。

回路基板６の上面には、絶縁膜３４が形成されている。絶縁膜３４は、例えば酸化シリコンから構成されている。絶縁膜３４の上面近傍であって、絶縁膜３４の内部には、複数の対向電極３６が形成されている。それぞれの対向電極３６は、例えばＡｌ等の金属から構成されている。それぞれの対向電極３６は、絶縁膜３４を挟んで、可動構造基板４の下面電極２４と対向するように配置されている。回路基板６の対向電極３６と可動構造基板４の下面電極２４によって、静電容量が形成される。対向電極３６は、回路基板６の内部に形成された回路素子３８と電気的に接続している。なお、以下では回路基板６の内部に形成された回路素子３８により構成される回路を、単に回路４８ともいう。

図１−図３に示すように、回路基板６の上面において、可動構造基板４と接合したときに露出する箇所には、複数の電極パッド４０が形成されている。それぞれの電極パッド４０は、例えばＡｌ等の金属から構成されている。それぞれの電極パッド４０は、絶縁膜３４上に形成されており、回路基板６の内部に形成された回路素子３８と電気的に接続している。複数の電極パッド４０のうちの１つは、回路基板６から接地電位ＶＬを供給する。接地電位ＶＬを供給する電極パッド４０は、図示しない配線を介して、可動構造基板４の接地電極パッド１０に電気的に接続されている。複数の電極パッド４０のうちの他の１つは、回路基板６から逆バイアス電位ＶＨを供給する。接地電位ＶＬを供給する電極パッド４０と、逆バイアス電位ＶＨを供給する電極パッド４０は、図示しない配線とスイッチ５０（図４参照）を介して、可動構造基板４のリフレッシュ電極パッド１２に接続されている。スイッチ５０は、逆バイアス電位ＶＨを供給する電極パッド４０にリフレッシュ電極パッド１２を接続する状態と、接地電位ＶＬを供給する電極パッド４０にリフレッシュ電極パッド１２を接続する状態の間で切り替わる。

図４は、半導体装置２の回路構成を模式的に示している。半導体装置２では、複数の駆動電極１８のそれぞれに関して、可動構造体１４と駆動電極１８によって静電容量４２が形成されているとともに、下面電極２４と対向電極３６によって静電容量４４が形成されている。回路基板６の回路４８からは、それぞれの対向電極３６に電圧Ｖ１、Ｖ２、・・・、Ｖｎが印加される。それぞれの対向電極３６に印加された電圧Ｖ１、Ｖ２、・・・、Ｖｎは、静電容量４２と静電容量４４で分圧されて、分圧された電圧が駆動電極１８に印加される。なお、図４に示すように、半導体装置２を通常動作させる際には、リフレッシュ電極パッド１２には逆バイアス電位ＶＨが印加されている。逆バイアス電位ＶＨは、それぞれの対向電極３６に印加される電圧Ｖ１、Ｖ２、・・・、Ｖｎよりも高い電位とされている。このため、それぞれの駆動電極１８とリフレッシュ電極パッド１２の間に形成されているそれぞれのダイオード４６には逆バイアスが印加されて、それぞれのダイオード４６は遮断されている。

半導体装置２において、それぞれの駆動電極１８に電荷が蓄積すると、可動構造体１４を正常に動作させることができなくなってしまう。そこで、半導体装置２では、それぞれの駆動電極１８に蓄積した電荷を放出させるリフレッシュ動作を実行可能である。半導体装置２にリフレッシュ動作を実行させる際には、スイッチ５０を切り換えて、リフレッシュ電極パッド１２を接地電位ＶＬに接続する。これによって、電荷が蓄積した駆動電極１８とリフレッシュ電極パッド１２の間に形成されているダイオード４６に順バイアスが印加されて、ダイオード４６が導通して、駆動電極１８に蓄積した電荷が放出される。

以下では、図５−図１５を参照しながら、半導体装置２の製造方法について説明する。

まず、図５に示すように、可動構造基板４として、ｎ型の不純物をドーピングされたシリコン基板を用意する。そして、可動構造基板４の上面から高濃度のｐ型の不純物を注入して、駆動電極１８を形成する。また、可動構造基板４の上面から高濃度のｎ型の不純物を注入して、コンタクト領域２２を形成する。

次いで、図６に示すように、可動構造基板４の上面に酸化アルミニウムを成膜して、成膜された酸化アルミニウムをエッチングにより選択的に除去する。これによって、可動構造基板４の上面に、絶縁膜２０が形成される。

次いで、図７に示すように、可動構造基板４の上面からエッチングによってトレンチ２８を形成し、トレンチ２８の内側壁を酸化させて絶縁膜３０を形成するとともに、絶縁膜３０で覆われたトレンチ２８の内部に導電性を付与したポリシリコンを充填する。これによって、ＴＳＶ２６が形成される。なお、この時点で形成されるトレンチ２８は、可動構造基板４の下面までは到達しておらず、可動構造基板４を上面から下面まで貫通するものではない。

次いで、図８に示すように、可動構造基板４の上面に酸化シリコンを成膜して、成膜された酸化シリコンをエッチングにより選択的に除去する。これによって、可動構造基板４の上面の絶縁膜２０上に、犠牲層５２が形成される。この犠牲層５２は、可動構造体１４（図２、図３参照）を形成するために用いられ、製造プロセスの最終段階で可動構造体１４をリリースする際に除去される。

次いで、図９に示すように、可動構造基板４の上面に導電性を付与されたポリシリコンを成膜して、成膜されたポリシリコンをエッチングにより選択的に除去する。これによって、可動構造基板４の上面に可動構造体１４が形成される。

次いで、図１０に示すように、可動構造基板４の上面にアルミニウムを成膜して、成膜されたアルミニウムをエッチングにより選択的に除去する。これによって、可動構造基板４の上面に、ミラー１６と、中継電極３２と、リフレッシュ電極パッド１２と、接地電極パッド１０（図１−図３参照）が形成される。

次いで、図１１に示すように、可動構造基板４の上面にポリイミドを塗布してポリイミド層５４を形成するとともに、ポリイミド層５４の上面を仮支持用シリコン基板５６に接合する。仮支持用シリコン基板５６は、可動構造基板４をハンドリングするために用いられる。ポリイミド層５４は、可動構造基板４の上面に形成した各種の構造を保護するために塗布されている。

次いで、図１２に示すように、可動構造基板４を下面側から研削研磨し、可動構造基板４を所望の厚さまで薄くする。これによって、ＴＳＶ２６が可動構造基板４の下面側に露出する。そして、可動構造基板４の下面から高濃度のｐ型の不純物を注入して、バックアップ領域２５を形成する。

次いで、図１３に示すように、可動構造基板４の下面にアルミニウムを成膜して、成膜されたアルミニウムをエッチングにより選択的に除去する。これによって、可動構造基板４の下面に、下面電極２４が形成される。なお、本実施例の半導体装置２では、それぞれの下面電極２４に対応して、下面電極２４よりも広い範囲でバックアップ領域２５が形成されている。このような構成とすることによって、形成された下面電極２４の位置や形状がばらついた場合でも、下面電極２４が可動構造基板４のｎ型の不純物領域に接触して電気的に短絡を生じてしまうことを防ぐことができる。

次いで、図１４に示すように、回路基板６を用意して、回路基板６の上面に可動構造基板４の下面を接合する。

次いで、図１５に示すように、仮支持用シリコン基板５６を除去するとともに、アッシングによって可動構造基板４の上面のポリイミド層５４を除去する。その後に、ＨＦ（フッ化水素）ガスエッチングによって、可動構造基板４の上面の犠牲層５２を除去する。その後に、可動構造基板４の接地電極パッド１０、リフレッシュ電極パッド１２と、回路基板６の電極パッド４０の間で必要な配線を形成することで、半導体装置２が完成する。

本実施例の半導体装置２では、可動構造基板４の下面電極２４と、回路基板６の対向電極３６が、直接的な接触をすることなく、容量結合によって互いに接続されている。仮に、回路基板６の対向電極３６を絶縁膜３４上に露出させて、下面電極２４と対向電極３６を直接的に接触させる構成とすると、下面電極２４や対向電極３６の位置や大きさにばらつきがあると、両者が直接的に接触できずに電気的な接続を確保できなくなる場合がある。半導体装置２が多数の駆動電極１８を備える場合には、どこか一箇所でも下面電極２４と対向電極３６の間で電気的な接続が確保できていないと、半導体装置２それ自体が不良品となってしまい、歩留まりが大幅に低下してしまう。これに対して、本実施例の半導体装置２のように、可動構造基板４の下面電極２４と回路基板６の対向電極３６を容量結合によって接続する場合、下面電極２４や対向電極３６の位置や大きさにばらつきがあっても、両者の間の電気的な接続を確保することができる。このため、半導体装置２が多数の駆動電極１８を備えている場合でも、歩留まりの低下を防ぐことができる。

本実施例の半導体装置２のように、可動構造基板４の下面電極２４と、回路基板６の対向電極３６を、容量結合により接続する構成では、駆動電極１８に電荷が流れこむと、その電荷が駆動電極１８に蓄積してしまう。駆動電極１８に電荷が蓄積すると、可動構造体１４を正常に動作させることができなくなってしまう。そこで、本実施例の半導体装置２では、それぞれの駆動電極１８にダイオード４６が接続されており、駆動電極１８に蓄積した電荷をダイオード４６を介して放出するリフレッシュ動作を実行可能となっている。このような構成とすることによって、駆動電極１８に電荷が蓄積して可動構造体１４を正常に動作させることができない事態を防ぐことができる。

以上のように、本実施例の半導体装置２は、可動構造基板４（第１基板の一例である）と回路基板６（第２基板の一例である）を備えている。半導体装置２では、可動構造基板４の下面と回路基板６の上面が互いに接合されている。可動構造基板４は、可動構造基板４の上面側に形成された可動構造体１４と、可動構造体１４を駆動する駆動電極１８と、可動構造基板４の下面側に形成されており、駆動電極１８と導通している下面電極２４を備えている。回路基板６は、回路基板６の上面側に形成された対向電極３６を備えている。半導体装置２では、可動構造基板４の下面電極２４と回路基板６の対向電極３６が、容量結合により電気的に接続されている。

本実施例の半導体装置２は、駆動電極１８に蓄積した電荷を放出する、駆動電極１８と可動構造基板４のｐｎ接合からなるダイオード４６（電荷放出機構の一例である）をさらに備えている。

本実施例の半導体装置２では、可動構造基板４の可動構造体１４が、アレイ状に複数配置されている。

なお、本実施例では、可動構造体１４が導電性を付与されたポリシリコンから構成されており、駆動電極１８が高濃度のｐ型の不純物をドーピングされた可動構造基板４のシリコンから構成されている場合について説明したが、可動構造体１４および駆動電極１８の構成はこれに限られるものではない。例えば、可動構造体１４が絶縁性の可動構造部と、可動構造部に支持された導電性の（例えば金属や導電性のポリシリコンからなる）可動電極を備える構成としてもよい。また、駆動電極１８は、可動構造基板４の上面の絶縁膜２０上に形成された、導電性の（例えば金属や導電性のポリシリコンからなる）電極から構成されていてもよい。

本実施例では、可動構造装置８が、駆動電極１８からの静電引力により可動構造体１４を傾動させてミラー１６の反射角度を変更する偏光器である場合について説明したが、可動構造装置８は他の構成であってもよい。例えば、可動構造体１４と駆動電極１８のそれぞれが互いに対向する櫛歯電極を有しており、駆動電極１８への電圧の印加によって可動構造体１４が並進運動する構成としてもよい。

本実施例では、可動構造基板４の下面電極２４が可動構造基板４の下面に形成された金属製の電極であって、回路基板６の対向電極３６が絶縁膜３４の内部に形成された金属製の電極である場合について説明したが、下面電極２４と対向電極３６は、両者が容量結合により電気的に接続されるものであれば、どのような構成のものであってもよい。例えば、下面電極２４は、導電性を付与されたポリシリコンから構成されていてもよいし、高濃度のｐ型の不純物をドーピングされた可動構造基板４のシリコンから構成されていてもよい。また、可動構造基板４の下面電極２４の下方に、絶縁膜が形成されていてもよい。

本実施例では、ＴＳＶ２６が導電性を付与されたポリシリコンから構成されている場合について説明したが、ＴＳＶ２６は金属から構成されていてもよい。

本実施例では、駆動電極１８に蓄積した電荷を放出する電荷放出機構として、駆動電極１８と可動構造基板４のｐｎ接合からなるダイオード４６を用いる構成について説明したが、電荷放出機構としては、他の構成のものを用いてもよい。

（実施例２）
図１６−図１９に示す本実施例の半導体装置１０２は、実施例１の半導体装置２と同様に、可動構造基板１０４と回路基板１０６を接合することによって構成されている。可動構造基板１０４は、例えば、ｎ型の不純物をドーピングされたシリコン基板である。回路基板１０６は、例えば、ｎ型の不純物をドーピングされたシリコン基板である。半導体装置１０２では、可動構造基板１０４の下面と回路基板１０６の上面が、互いに接合されている。

可動構造基板１０４の上面には、複数の可動構造装置１０８が形成されている。複数の可動構造装置１０８は、例えばＭＥＭＳミラーである。図１６に示すように、本実施例の半導体装置１０２では、複数の可動構造装置１０８は、列方向（図のＸ方向）および行方向（図のＹ方向）に行列状に配置されており、ミラーアレイを構成している。

図１７に示すように、それぞれの可動構造装置１０８は、可動構造体１１０と、可動構造体１１０の上面に積層されたミラー１１２と、可動構造体１１０を駆動するための複数の駆動電極部１１４を備えている。可動構造体１１０は、例えば導電性を付与されたポリシリコンから構成されている。ミラー１１２は、例えばＡｌ等の金属から構成されている。可動構造基板１０４は、可動構造基板１０４を上面から下面まで貫通するトレンチ１１６によって、複数の駆動電極部１１４と、周辺部１１８に分離されている。すなわち、複数の駆動電極部１１４と周辺部１１８は、それぞれ、ｎ型の不純物をドーピングされたシリコンによって構成されており、上端が可動構造基板１０４の上面に露出しており、下端が可動構造基板１０４の下面に露出している。トレンチ１１６の内部には、絶縁膜１２０が充填されている。絶縁膜１２０は、例えば酸化シリコンから構成されている。本実施例の半導体装置１０２では、可動構造体１１０は周辺部１１８に直接的に接触しており、電気的に接続されている。周辺部１１８は、接地電位に維持されている。駆動電極部１１４には、回路基板１０６から駆動電位が印加される。駆動電極部１１４に駆動電位が印加されると、駆動電極部１１４と可動構造体１１０の間に静電引力が作用し、可動構造体１１０が傾動してミラー１１２の反射角度が変化する。

可動構造基板１０４の下面側において、それぞれの駆動電極部１１４には、ｐ型の不純物をドーピングしたアノード領域１２２が形成されており、ｐｎ接合によるダイオードが形成されている。可動構造基板１０４の下面には、それぞれの駆動電極部１１４のアノード領域１２２に対応して、リフレッシュ電極１２４が形成されている。リフレッシュ電極１２４は、例えばＡｌ等の金属から構成されている。リフレッシュ電極１２４は、アノード領域１２２に直接的に接触している。

可動構造基板１０４の下面側において、周辺部１１８には、高濃度のｎ型の不純物をドーピングしたコンタクト領域１２６が形成されている。可動構造基板１０４の下面には、周辺部１１８のコンタクト領域１２６に対応して、接地電極１２８が形成されている。接地電極１２８は、例えばＡｌ等の金属から構成されている。接地電極１２８は、コンタクト領域１２６に直接的に接触している。

回路基板１０６の上面には、絶縁膜１３０が形成されている。絶縁膜１３０は、例えば酸化シリコンから構成されている。絶縁膜１３０の上面には、リフレッシュ電極１３２と、接地電極１３４が形成されている。リフレッシュ電極１３２と、接地電極１３４は、例えばＡｌ等の金属から構成されている。回路基板１０６の上面のリフレッシュ電極１３２は、可動構造基板１０４の下面のリフレッシュ電極１２４と直接的に接触することで、電気的に接続している。回路基板１０６の上面のリフレッシュ電極１３２は、回路基板１０６の内部に形成された回路素子１３６と電気的に接続している。回路基板１０６の上面の接地電極１３４は、可動構造基板１０４の下面の接地電極１２８と直接的に接触することで、電気的に接続している。回路基板１０６の上面の接地電極１３４は、回路基板１０６の内部に形成された回路素子１３６と電気的に接続している。

回路基板１０６の絶縁膜１３０の上面近傍であって、絶縁膜１３０の内部には、複数の対向電極１３８が形成されている。それぞれの対向電極１３８は、例えばＡｌ等の金属から構成されている。なお、絶縁膜１３０の上面は、対向電極１３８が存在する箇所が、他の箇所に比べて、盛り上がった形状に形成されている。それぞれの対向電極１３８は、絶縁膜１３０を挟んで、可動構造基板１０４の駆動電極部１１４と対向するように配置されている。対向電極１３８が形成された箇所では、絶縁膜１３０の上面は可動構造基板１０４の駆動電極部１１４と当接しており、回路基板１０６の対向電極１３８と可動構造基板１０４の駆動電極部１１４によって、静電容量が形成される。対向電極１３８は、回路基板１０６の内部に形成された回路素子１３６と電気的に接続している。

図１８は、可動構造基板１０４を下面側から見た平面図である。図１８に示すように、それぞれの駆動電極部１１４は、矩形形状に形成されている。また、可動構造基板１０４のリフレッシュ電極１２４は、行方向（図のＹ方向）に互いに平行に伸びる複数の直線部１２４ａと、それぞれの直線部１２４ａの端部を連結する連結部１２４ｂを備えている。また、可動構造基板１０４の接地電極１２８は、行方向（図のＹ方向）に伸びる直線状に形成されている。

図１９は、回路基板１０６を上面側から見た平面図である。図１９に示すように、それぞれの対向電極１３８は、駆動電極部１１４に対応して、矩形形状に形成されている。回路基板１０６のリフレッシュ電極１３２は、可動構造基板１０４のリフレッシュ電極１２４に対応して、行方向（図のＹ方向）に互いに平行に伸びる複数の直線部１３２ａと、それぞれの直線部１３２ａの端部を連結する連結部１３２ｂを備えている。また、回路基板１０６の接地電極１３４は、可動構造基板１０４の接地電極１２８に対応して、行方向（図のＹ方向）に伸びる直線状に形成されている。可動構造基板１０４を回路基板１０６と接合すると、回路基板１０６のリフレッシュ電極１３２の直線部１３２ａと連結部１３２ｂは、可動構造基板１０４のリフレッシュ電極１２４の直線部１２４ａと連結部１２４ｂと直接的に接触して電気的に接続する。また、可動構造基板１０４を回路基板１０６と接合すると、回路基板１０６の接地電極１３４は、可動構造基板１０４の接地電極１２８と直接的に接触して電気的に接続する。

以下では、図２０−図２９を参照しながら、半導体装置１０２の製造方法について説明する。

まず、図２０に示すように、可動構造基板１０４として、ｎ型の不純物をドーピングされたシリコン基板を用意する。そして、可動構造基板４の上面に酸化シリコンを成膜して、成膜された酸化シリコンをエッチングにより選択的に除去する。これによって、可動構造基板１０４の上面に犠牲層１４０が形成される。この犠牲層１４０は、可動構造体１１０（図１７参照）を形成するために用いられ、製造プロセスの最終段階で可動構造体１１０をリリースする際に除去される。

次いで、図２１に示すように、可動構造基板１０４の上面に導電性を付与されたポリシリコンを成膜して、成膜されたポリシリコンをエッチングにより選択的に除去する。これによって、可動構造基板１０４の上面に可動構造体１１０が形成される。

次いで、図２２に示すように、可動構造基板１０４の上面にアルミニウムを成膜して、成膜されたアルミニウムをエッチングにより選択的に除去する。これによって、可動構造基板１０４の上面に、ミラー１１２が形成される。

次いで、図２３に示すように、可動構造基板１０４の上面にポリイミドを塗布してポリイミド層１４２を形成するとともに、ポリイミド層１４２の上面を仮支持用シリコン基板１４４に接合する。仮支持用シリコン基板１４４は、可動構造基板１０４をハンドリングするために用いられる。ポリイミド層１４２は、可動構造基板１０４の上面に形成した各種の構造を保護するために塗布されている。

次いで、図２４に示すように、可動構造基板１０４を下面側から研削研磨し、可動構造基板１０４を所望の厚さまで薄くする。そして、可動構造基板１０４の下面からエッチングによってトレンチ１１６を形成する。この時点で形成されるトレンチ１１６は、可動構造基板１０４の上面の犠牲層１４０まで達しており、可動構造基板１０４を上面から下面まで貫通するものとなっている。これによって、可動構造基板１０４が、複数の駆動電極部１１４と周辺部１１８に分離される。

次いで、図２５に示すように、可動構造基板１０４の下面からのＴＥＯＳ（オルトケイ酸テトラエチル）のＣＶＤによって、トレンチ１１６の内部に酸化シリコンを充填させる。これによって、トレンチ１１６の内部の絶縁膜１２０が形成される。

次いで、図２６に示すように、可動構造基板１０４の下面からｐ型の不純物を注入して、アノード領域１２２を形成する。また、可動構造基板１０４の下面から高濃度のｎ型の不純物を注入して、コンタクト領域１２６を形成する。

次いで、図２７に示すように、可動構造基板１０４の下面にアルミニウムを成膜して、成膜されたアルミニウムをエッチングにより選択的に除去する。これによって、可動構造基板１０４の下面に、リフレッシュ電極１２４と、接地電極１２８が形成される。

次いで、図２８に示すように、回路基板１０６を用意して、回路基板１０６の上面に可動構造基板１０４の下面を接合する。

次いで、図２９に示すように、仮支持用シリコン基板１４４を除去するとともに、アッシングによって可動構造基板１０４の表面のポリイミド層１４２を除去する。その後に、ＨＦ（フッ化水素）ガスエッチングによって、可動構造基板１０４の上面の犠牲層１４０を除去することで、半導体装置１０２が完成する。

本実施例の半導体装置１０２では、可動構造基板１０４の駆動電極部１１４と、回路基板１０６の対向電極１３８が、直接的な接触をすることなく、容量結合によって互いに接続されている。このような構成とすることによって、駆動電極部１１４や対向電極１３８の位置や大きさにばらつきがあっても、両者の間の電気的な接続を確保することができる。このため、半導体装置１０２が多数の駆動電極部１１４を備えている場合でも、歩留まりの低下を防ぐことができる。

本実施例の半導体装置１０２では、それぞれの駆動電極部１１４にアノード領域１２２が形成されており、駆動電極部１１４とリフレッシュ電極１２４の間でダイオードが形成されている。このため、半導体装置１０２は、駆動電極部１１４に蓄積した電荷をダイオードを介して放出するリフレッシュ動作を実行可能となっている。このような構成とすることによって、駆動電極部１１４に電荷が蓄積して可動構造体１１０を正常に動作させることができない事態を防ぐことができる。

本実施例の半導体装置１０２では、可動構造基板１０４と回路基板１０６を接合する際に、可動構造基板１０４の下面のリフレッシュ電極１２４と、回路基板１０６の上面のリフレッシュ電極１３２が、直接的に接触する。可動構造基板１０４のリフレッシュ電極１２４は互いに平行に伸びる複数の直線部１２４ａを有しており、回路基板１０６の上面のリフレッシュ電極１３２は互いに平行に伸びる複数の直線部１３２ａを有している。このような構成とすることによって、可動構造基板１０４と回路基板１０６の接点がストライプ状となって、可動構造基板１０４と回路基板１０６の間のギャップが安定する。なお、本実施例の半導体装置１０２では、可動構造基板１０４のリフレッシュ電極１２４と回路基板１０６のリフレッシュ電極１３２は、全体が直接的に接触していなくても、一部が直接的に接触していれば、半導体装置１０２を正常に動作させることができる。このため、可動構造基板１０４のリフレッシュ電極１２４と回路基板１０６のリフレッシュ電極１３２を直接的に接触させる構成としても、半導体装置１０２の歩留まりを低下させることがない。同様に、本実施例の半導体装置１０２では、可動構造基板１０４の接地電極１２８と回路基板１０６の接地電極１３４は、全体が直接的に接触していなくても、一部が直接的に接触していれば、半導体装置１０２を正常に動作させることができる。このため、可動構造基板１０４の接地電極１２８と回路基板１０６の接地電極１３４を直接的に接触させる構成としても、半導体装置１０２の歩留まりを低下させることがない。

以上のように、本実施例の半導体装置１０２は、可動構造基板１０４（第１基板の一例である）と回路基板１０６（第２基板の一例である）を備えている。半導体装置１０２では、可動構造基板１０４の下面と回路基板１０６の上面が互いに接合されている。可動構造基板１０４は、可動構造基板１０４の上面側に形成された可動構造体１１０と、可動構造体１１０を駆動する駆動電極部１１４の上部（駆動電極の一例である）と、可動構造基板１０４の下面側に形成されており、駆動電極部１１４の上部と導通している駆動電極部１１４の下部（下面電極の一例である）を備えている。回路基板１０６は、回路基板１０６の上面側に形成された対向電極１３８を備えている。半導体装置１０２では、可動構造基板１０４の駆動電極部１１４の下部と回路基板１０６の対向電極１３８が、容量結合により電気的に接続されている。

本実施例の半導体装置１０２は、駆動電極部１１４に蓄積した電荷を放出する、駆動電極部１１４とアノード領域１２２のｐｎ接合からなるダイオード（電荷放出機構の一例である）をさらに備えている。

本実施例の半導体装置１０２では、可動構造基板１０４の可動構造体１１０が、アレイ状に複数配置されている。

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２ ：半導体装置
４ ：可動構造基板
６ ：回路基板
８ ：可動構造装置
１０ ：接地電極パッド
１２ ：リフレッシュ電極パッド
１４ ：可動構造体
１６ ：ミラー
１８ ：駆動電極
２０ ：絶縁膜
２２ ：コンタクト領域
２４ ：下面電極
２５ ：バックアップ領域
２６ ：ＴＳＶ
２８ ：トレンチ
３０ ：絶縁膜
３２ ：中継電極
３４ ：絶縁膜
３６ ：対向電極
３８ ：回路素子
４０ ：電極パッド
４２ ：静電容量
４４ ：静電容量
４６ ：ダイオード
４８ ：回路
５０ ：スイッチ
５２ ：犠牲層
５４ ：ポリイミド層
５６ ：仮支持用シリコン基板
１０２ ：半導体装置
１０４ ：可動構造基板
１０６ ：回路基板
１０８ ：可動構造装置
１１０ ：可動構造体
１１２ ：ミラー
１１４ ：駆動電極部
１１６ ：トレンチ
１１８ ：周辺部
１２０ ：絶縁膜
１２２ ：アノード領域
１２４ ：リフレッシュ電極
１２４ａ ：直線部
１２４ｂ ：連結部
１２６ ：コンタクト領域
１２８ ：接地電極
１３０ ：絶縁膜
１３２ ：リフレッシュ電極
１３２ａ ：直線部
１３２ｂ ：連結部
１３４ ：接地電極
１３６ ：回路素子
１３８ ：対向電極
１４０ ：犠牲層
１４２ ：ポリイミド層
１４４ ：仮支持用シリコン基板

Claims (2)

1. 第１基板と第２基板を備える半導体装置であって、
   第１基板の下面と第２基板の上面が互いに接合されており、
   第１基板は、第１基板の上面側に形成された可動構造体と、可動構造体を駆動する駆動電極と、第１基板の下面側に形成されており、駆動電極と導通している下面電極を備えており、
   第２基板は、第２基板の上面側に形成された対向電極を備えており、
   第１基板の下面電極と第２基板の対向電極が、容量結合により電気的に接続されており、
   駆動電極に蓄積した電荷を放出する電荷放出機構をさらに備える、半導体装置。
2. 第１基板の可動構造体が、アレイ状に複数配置されている、請求項１の半導体装置。

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