KR101331483B1

KR101331483B1 - 기능 소자, 반도체 디바이스 및 전자 기기

Info

Publication number: KR101331483B1
Application number: KR1020070086571A
Authority: KR
Inventors: ？ 미타라이; 마사히로 다다
Original assignee: 소니 주식회사
Priority date: 2006-09-05
Filing date: 2007-08-28
Publication date: 2013-11-20
Also published as: US7701021B2; KR20080022043A; TW200829506A; TWI368597B; JP2008062319A; CN101139078B; US20080054495A1; CN101139078A

Abstract

본 발명은 성막시에서의 영향을 기능부에 미치지 않게 하여, 이로써 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 기능 소자를 제공한다.

기판(10)의 표면에 가동부(11), 밀봉층(12) 및 벽부(13)를 구비한다. 밀봉층(12)은, 가동부(11)의 주위에 내부 공간(14)을 형성하는 돔 형의 형상을 가지고 있고, 밀봉층(12) 중 가동부(11)와 대향하는 영역 이외의 영역에 개구부(15)가 형성되어 있다. 벽부(13)는 가동부(11)와 개구부(15) 사이에, 내부 공간(14)을 분리하지 않도록 형성되어 있고, 개구부(15)를 관통하는 동시에 밀봉층(12) 및 벽부(13)를 관통하지 않는 직선이 가로지르지 않는 공간(그림자 공간(19))을, 내부 공간(14) 내에 형성하고 있다. 가동부(11)는 그림자 공간(19) 내에 배치되어 있다.

기능부, 밀봉층, 벽부, 가동부, 개구부, 내부 공간, 기능 소자

Description

기능 소자, 반도체 디바이스 및 전자 기기{FUNCTIONAL DEVICE, SEMICONDUCTOR DEVICE, AND ELECTRONIC DEVICE}

본 발명은, 기밀 밀봉이 필요한 기능 소자, 및 그 기능 소자를 구비한 반도체 디바이스 및 전자 기기에 관한 것이다.

최근의 집적화 기술의 향상에 따라, 전자 기기의 소형·경량화, 저전압 동작·저소비 전력화, 고주파 동작화가 급속히 진행되고 있지만, 그 한편으로는 고기능화도 요구되고 있다. 이와 같은 서로 대립하는 과제를 해결하는 기술의 하나로서, MEMS(Micro Electro Mechanical Systems； 마이크로 머신)이 주목되고 있다. 이 MEMS는, 실리콘 프로세스 기술에 의해, 마이크로한 기계적 요소와 전자 회로 요소를 융합한 시스템이다. MEMS의 요소 기술은, 그 정밀 가공성 등이 우수한 특징으로부터, 고기능화에 대응하면서, 소형이며 저가격인 SoC(System on a Chip)를 실현할 수 있다.

그러므로, 최근, 각종 센서, 유체, 광학, RF, 스토리지(storage), 바이오 등 다방면에 걸치는 응용 분야에 있어서 MEMS의 요소 기술이 이용되고 있다. 이 기술을 이용한 MEMS 소자로서, 예를 들면, 통신 회로용의 믹서가 있다. 이 믹서는, 기 판상에 기계적 공진을 이용한 가동부를 가지고 있고, RF신호의 주파수와 LO신호의 주파수의 차분의 주파수(중간 주파수)로 공진하고, 그 중간 주파수의 신호를 IF 신호로서 출력하도록 되어 있다.

이와 같이, 상기의 MEMS의 요소 기술을 이용한 가동부와 같은 기능부를 내장하는 기능 소자에서는, 온도, 기압, 대기중의 수분, 먼지(dust) 등의 외부 환경의 영향에 의해 소자의 특성이 변화되고, 소자의 신뢰성이 저하될 우려가 있다. 특히, MEMS 소자를 실장하는 공정에서는, MEMS 소자는 사용시보다 어려운 환경에 노출되므로, 소자의 특성이 대폭 열화되고, 수율이 저하되는 경우가 있다. 또, 기능부의 동작에 기계적 공진이 이용되고 있는 경우에는, 그 특성상, 감압하에서 동작시키는 것이 바람직한 것도 있다. 이러한 이유로부터, MEMS 소자에서는, 기능부의 기계적 동작 공간을 확보하면서, 안정된 환경을 유지하기 위해, 기능부를 기밀 밀봉하는 것이 필요하다.

종래는, 기능부의 기밀 밀봉에는, 기밀성 패키지를 접합함으로써 기능부에 직접 뚜껑을 하는 방법이 채용되어 왔다. 그러나, 이 방법에서는 제조 비용이 들므로, 최근에는, 웨이퍼 레벨로 기능부를 기밀 밀봉하는 방법이 다수 제안되어 있다. 예를 들면, 기능부의 전체를 덮는 희생층의 표면에 밀폐층을 형성하고, 상기 밀폐층의 일부에 개구부를 형성한 후 개구부를 통해서 선택 에칭에 의해 희생층을 제거하고, 마지막에 각종 성막법을 사용하여 개구부를 밀봉함으로써, 기능부를 기밀 밀봉하는 방법이 제안되어 있다. 또, 특허 문헌 1인 일본국 특개 2002-94328호 공보에서는, 기판의 요부(오목부)에 기능부를 배치함과 동시에 기능부의 상부에 우 산과 같이 퍼진 전극을 형성하고, 기판과 전극 사이에 간극(개구부)을 설치하여 두고, 스퍼터법을 사용하여 개구부를 밀봉함으로써, 기능부를 기밀 밀봉하는 방법이 개시되어 있다.

[특허 문헌 1] 일본국 특개 2002-94328호 공보

그러나, 이와 같이 기능부를 기밀 밀봉한 경우에, 기능부와 개구부의 거리가 가까운 때는, 매립 재료가 개구부를 통해서 기능부에 퇴적하는 등, 성막시의 영향이 기능부에 미치게 되어, 이로써, 소자의 특성이 변화되고 소자의 신뢰성이 저하될 우려가 있다.

그리고, 이와 같은 문제는, MEMS의 요소 기술을 이용한 것에 한정되지 않고, 기밀 밀봉이 필요한 기능 소자에 있어서 넓게 일반적으로 생기는 것이다.

본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 성막시의 영향이 기능부에 미치지 않고, 이로써 소자의 신뢰성을 향상시키는 것이 가능한 기능 소자, 반도체 디바이스 및 전자 기기를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 기능 소자는 기판의 표면에 하나 또는 복수개의 기능부를 구비한 것이며, 그 기능부의 주위에는, 기능부의 주위에 공간을 형성하고, 매립 재료에 의해 밀봉된 하나 또는 복수개의 개구부를 가지는 밀봉층이 형성되어 있다. 밀봉층에 의해 형성되는 공간 내에는, 하나 또는 복수개의 벽부가 형성되어 있다. 상기 벽부는, 기능부와 개구부 사이에 공간을 분리하지 않도록 형성되어 있다. 또, 본 발명의 반도체 디바이스 및 전자 기기는, 하나의 소자 및 다른 소자에 접속된 상기 기능 소자를 내장한 것이다. 그리고, 「기판의 표면」이란, 단일 기판의 표면 외에, 기판의 표면에 설치된 별개의 기판의 표면도 포함하는 개념이며, 또한, 기판의 표면에 어떠한 층이 형성되어 있는 경우에는, 그 층의 표면도 포함하는 개념이다.

본 발명의 기능 소자, 반도체 디바이스 및 전자 기기에서는, 기능부와 개구부 사이에, 밀봉층에 의해 형성된 공간을 분리하지 않도록 벽부가 형성되어 있으므로, 각종 성막법(증착, 스퍼터, CVD 등)을 사용하여 개구부를 밀봉할 때에, 매립 재료가 벽부에 의해 방해되어 벽부의 배후에 있는 기능부에까지 도달하지 않게 하는 것이 가능해진다.

본 발명의 기능 소자, 반도체 디바이스 및 전자 기기에 의하면, 기능부와 개구부 사이에, 밀봉층에 의해 형성된 공간을 분리하지 않도록 벽부를 형성하고 있으므로, 각종 성막법을 사용하여 개구부를 밀봉할 때에, 매립 재료가 기능부에까지 도달하지 않게 하는 것이 가능해진다. 이로써, 성막시의 영향이 기능부에 미치지 않으므로, 소자의 신뢰성을 향상시킨다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 MEMS 소자(1)(기능 소자)의 상면 구성을, 도 2는 도 1의 A－A 화살표 방향의 단면 구성을, 도 3은 도 2의 B－B 화살표 방향의 단면 구성을, 도 4는 도 2의 C－C 화살표 방향의 단면 구성을 각각 나타내는 것이다.

상기 MEMS 소자(1)는, 기계적으로 동작하는 가동부(11)(기능부)를 웨이퍼 레벨로 기밀 밀봉한 것이며, 기판(10)의 표면에 가동부(11), 밀봉층(12) 및 벽부(13)를 구비하고 있다(도 2 참조).

기판(10)은, 지지 기체(10A)의 표면에 기초층(10B)을 형성한 것이다(도 2 참조). 여기서, 반도체 기판(10A)은, 예를 들면, 실리콘(Si)이나 갈륨 비소(GaAs) 등으로 이루어지는 반도체 기판, 또는 석영이나 유리 등으로 이루어지는 절연성 기판이다. 기초층(10B)은, 후술하는 희생층 R2를 에천트로 제거할 때에 에칭 스톱층으로서 작용하는 재료, 예를 들면 SiN과 같은 재료로 구성되어 있다.

가동부(11)는, 예를 들면 폴리실리콘으로 이루어지고, 기초층(10B)의 표면에 형성되어 있다(도 2 참조). 상기 가동부(11)는, 외부로부터의 전기 신호에 따라 기계적으로 가동하는 구조를 가지고 있다. 예를 들면, 후의 적용예에서 상세히 설명하는 바와 같이, RF신호의 주파수와 LO신호의 주파수와의 차분의 주파수(중간 주파수)로 기계적으로 공진하는 구조로 한 경우에는, 외부로부터의 RF신호 및 LO신호의 입력에 따라 중간 주파수의 신호를 IF 신호로서 출력하는 고주파 회로용의 믹서(mixer)로서 기능하게 할 수 있다.

밀봉층(12)은, 후술하는 희생층 R2를 에천트(etchant)로 제거할 때에 에칭되지 않고 잔류하는 재료, 예를 들면 SiN으로 이루어진다. 상기 밀봉층(12)은, 가동부(11), 및 기판(10)의 표면 중 가동부(11) 주위의 양쪽과 소정의 간극을 통하여 중공(中空)에 형성된 천정 부분(12A)과, 상기 천정 부분(12A)과 일체로 형성되는 동시에 기판(10)의 표면과 접하여 형성된 측벽 부분(12B)에 의해 구성되어 있다(도 2 참조). 즉, 밀봉층(12)은 돔 형의 형상을 가지고 있고, 가동부(11)의 주위에 내부 공간(14)을 형성하여 가동부(11)를 외부 환경과 분리하는 캐비티(cavity)로서 기능한다. 또, 상기 밀봉층(12)은, 후술하는 바와 같이, 예를 들면 감압 CVD(화학 기상 성장)법을 사용하여 형성된 것이며, 가동부(11)를 웨이퍼 레벨로 보호하도록 되어 있다.

상기 밀봉층(12)에는, 밀봉층(12) 중 가동부(11)와 대향하는 영역 이외의 영역, 즉, 밀봉층(12)이 가동부(11)와 대향하지 않는 영역(비대향 영역)에 개구부(15)가 형성되어 있다(도 2 참조). 상기 개구부(15)는, 후술하는 바와 같이, 제조과정에 있어서 가동부(11)의 주위를 덮고 있는 희생층 R2를 제거하는 에천트의 통과 구멍으로서 사용되는 것이며, 희생층 R2를 제거한 후에 Al 등의 매립 재료로 이루어지는 밀봉 부재(17)에 의해 밀봉되어 있다. 이로써, 내부 공간(14)이 기밀 밀봉되어 가동부(11)가 외부 환경으로부터 완전하게 분리된다.

벽부(13)는 내부 공간(14) 내에 밀봉층(12)과 일체로 형성되는 동시에, 기판(10)의 표면과 접하여 형성되어 있다(도 2, 도 4 참조). 따라서, 상기 벽부(13)는, 밀봉층(12)의 천정 부분(12A)을 지지하는 지지 기둥(支柱)으로서 기능한다.

또, 상기 벽부(13)는 가동부(11)와 개구부(15) 사이에 형성되어 있고, 가동부(11)와 개구부(15)가 서로 대향하는 방향과 직교하는 방향의 양쪽 면(13A)과 밀봉층(12)의 측벽 부분(12B) 사이에 간극(14A)(도 3, 도 4 참조)이 형성되어 있다. 즉, 내부 공간(14)의 가동부(11) 측의 공간과, 개구부(15) 측의 공간은 간극(14A)을 통하여 서로 연통하여 있고, 벽부(13)는 내부 공간(14)을 분리하지 않도록 형성되어 있다. 이로써, 희생층 R2를 제거할 때에 개구부(15)에 흘려 들어간 에천트가 간극(14A)을 통하여 가동부(11) 측까지 흘려 들어갈 수가 있다.

그러나, 상기 벽부(13)는 도 5의 상면도(밀봉 부재(16)는 생략)에 나타낸 바와 같이, 개구부(15)를 관통하는 동시에 밀봉층(12) 및 벽부(13)를 관통하지 않는 직선이 가로지르지 않는 공간(그림자 공간(19))을, 내부 공간(14) 내에 형성하고 있다.

그리고, 도 5에는, 개구부(15)를 관통하는 동시에 밀봉층(12) 및 벽부(13)를 관통하지 않는 직선으로서, 개구부(15) 중 벽부(13)로부터 가장 떨어져 있는 단부(최원(最遠) 단부(15A), 도 1 ~ 도 3, 도 5 참조)와 벽부(13)의 양쪽 측면(13A)의 단부를 연결한 직선(18)이 예시되어 있다. 상기 직선(18)은, 개구부(15)를 관통하는 동시에 밀봉층(12) 및 벽부(13)를 관통하지 않는 직선이 가로지르는 공간과, 상기 그림자 공간(19)을 공간적으로 구별하는 경계이기도 하다.

상기 그림자 공간(19)은, 외부로부터 개구부(15)를 들여다 보았을 때에, 벽부(13) 및 밀봉층(12)에 의해 차단되어 볼 수 없는 공간에 해당한다. 보다 구체적으로는, 내부 공간(14)의 가동부(11) 측의 공간으로부터, 직선(18)에 의해 잘라내진 공간을 제외한 공간에 상당하고 있다.

본 실시예에서는, 상기 그림자 공간(19) 내에 가동부(11)가 배치되어 있다. 이로써, 각종 성막법(증착, 스퍼터, CVD 등)을 사용하여 매립 재료를 개구부(15)에 퇴적시켜 개구부(15)를 밀봉할 때에, 매립 재료가 벽부(13)의 배후에 있는 가동부(11)에까지 도달하는 것을 방지하도록 되어 있다.

다음에, 이와 같은 구성의 MEMS 소자(1)의 제조 방법의 일례에 대하여 설명한다.

먼저, 지지 기체(10A) 상에, 기초층(10B) 및 희생층 R1를 이 순서로 적층하고(도 6(A)), 그 후, 희생층 R1에, 가동부(11)의 일부를 형성하기 위한 개구부 H1를 형성한다(도 6(B)). 다음에, 표면 전체에 걸쳐 가동부(11A)를 성막하고(도 6(C)), 그 후, 가동부(11A)를 선택적으로 에칭함으로써 가동부(11)를 형성한다(도 6(D)). 이어서, 가동부(11) 전체를 덮도록 희생층을 성막하고, 앞의 희생층 R1과 함께 희생층 R2를 형성한다(도 6(E)).

다음에, 희생층 R2를 선택적으로 에칭하여, 가동부(11)의 주위에 희생층 R2를 남김과 동시에 개구부 H2를 형성하고(도 7(A)), 그 후, 희생층 R2의 표면 전체에 걸쳐 밀봉층(12A)을 형성하고, 개구부 H2내에, 벽부(13)를 밀봉층(12A)과 일체로 형성한다(도 7(B). 다음에, 상기 밀봉층(12A)에 개구부(15)를 형성하여 밀봉층(12)을 형성한 후(도 7(C)), 그 개구부(15)로부터 에천트를 흘려 넣어, 희생층 R2를 제거하여 내부 공간(14)을 형성한다(도 7(D)).

다음에, 각종 성막법을 사용하여 매립 재료를 개구부(15)에 퇴적시켜 개구부(15)를 밀봉한다(도 2 참조). 이로써, 내부 공간(14)이 기밀 밀봉되어 가동부(11)가 외부 환경으로부터 완전하게 분리된다. 이와 같이 하여, MEMS 소자(1)가 형성된다.

그런데, 상기한 바와 같이 각종 성막법을 사용하여 매립 재료를 개구부(15)에 퇴적시킬 때에, 매립 재료는 내부 공간(14) 중을 비산(飛散)한다. 그러므로, 종래의 MEMS 소자에서는, 비산하고 있는 매립 재료가 가동부에 부착되는 등, 소자의 특성이 변화되고, 소자의 신뢰성이 저하될 우려가 있었다. 그래서, 종래는, 매립 재료가 가동부에 부착하지 않도록 하기 위해 개구부를 가동부로부터 떼어 놓는 방법을 채용하고 있었지만, 이 방법은 레이아웃이 크게 되어 버린다. 따라서, 개구부를 가동부로부터 떼어 놓는 대신에 개구부(15)의 직경을 작게 하여 매립 재료의 비산 면적을 작게 하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 이와 같이 개구부(15)의 직경을 작게 하면, 그 만큼 에천트가 개구부(15)에서 들어가기 어려워져, 그 결과, 에칭 시간이 길게 될 뿐만 아니라, 에천트에 의해 소자가 큰 데미지를 받는 우려가 있다.

그러나, 본 실시예에서는, 개구부(15)와 가동부(11) 사이에 벽부(13)가 형성되어 있으므로, 개구부(15)를 밀봉할 때에, 개구부(15)를 통과하여 가동부(11)로 향해 비산하는 매립 재료는 벽부(13)에 의해 방해되어 개구부(15)와 벽부(13) 사이에 퇴적한다. 한편, 개구부(15)를 통과하여 가동부(11)와는 상이한 방향으로 향해 비산하는 매립 재료는 벽부(13)에 의해 방해되어 개구부(15)와 벽부(13) 사이에 퇴적하거나, 또는 간극(14A) 및 그 근방에 낙하해 퇴적한다. 즉, 매립 재료가 벽부(13)에 의해 방해되어, 벽부(13)의 배후(그림자 공간(19))에 배치된 가동부(11)에까지 도달하지 않는다.

이와 같이, 본 실시예에서는, 개구부(15)와 가동부(11) 사이에 벽부(13)를 형성함으로써, 각종 성막법을 사용하여 매립 재료를 개구부(15)에 퇴적시킬 때에, 매립 재료가 그림자 공간(19)에 배치된 가동부(11)에까지 도달하지 않도록 하고 있다. 이로써, 성막시의 영향이 가동부(11)에 미치는 우려를 없앨 수 있으므로, 소자의 특성이 변화하지 않고, 소자의 신뢰성을 향상시킨다.

특히, 지향성이 있는 성막 방법(증착, 스퍼터 등)을 채용한 경우에는, 매립 재료는 그림자 공간(19)에 거의 진입하지 않는다. 이로써, 벽부(13)가 설치되어 있지 않은 경우에 매립 재료가 도달할 수 있는 공간 내에 가동부(11)를 설치한 경우라도, 성막시의 영향이 가동부(11)에 미치는 우려를 없앨 수 있다. 이로써, 개구부(15)와 가동부(11) 사이의 거리를 좁히는 것이 가능하므로, 소자의 신뢰성을 저하시키는 일 없이, 레이아웃을 작게 할 수 있다. 그 결과, 데드 스페이스를 작게 할 수 있으므로, 풋프린트를 작게 할 수 있다.

또, 본 실시예에서는, 상기한 바와 같이, 일부러 개구부(15)의 직경을 작게 하지 않아도, 레이아웃을 작게 할 수 있고, 이에 따라 내부 공간(14)도 작게 할 수 있으므로, 희생층 R2의 용적을 작게 할 수 있고, 에천트에 의한 희생층 R2의 제거에 필요한 시간을 단축할 수 있다. 이로써, 에천트에 의한 소자의 데미지를 최소한으로 억제할 수 있다. 또, 벽부(13)를 형성함으로써, 개구부(15)와 가동부(11)와의 거리를 자유롭게 설정할 수 있으므로, 레이아웃의 자유도를 향상시킨다.

［변형예］

상기 실시예에서는, 벽부(13)를 밀봉층(12)과 일체로 형성하고, 기판(10)의 표면과 접하여 형성하고 있었지만, 도 8에 예시한 것처럼, 벽부(13)와 기판(10) 사 이에, 매립 재료가 가동부(11)에까지 도달하지 않을 정도의 간극(14B)을 설치해도 된다. 이로써, 예를 들면, 밀봉층(12)의 재료를 변형이 강한 재료에 의해 형성한 경우라도, 밀봉층(12)의 변형(strain)에 기인하여 기판(10)에 응력이 발생하고, 가동부(11)의 근방에 크랙이 생기는 우려가 없어지므로, 소자의 신뢰성을 향상시킨다.

또, 상기 실시예에서는, 벽부(13)를 밀봉층(12)과 일체로 형성하고 있었지만, 밀봉층(12)과 별개로 형성하는 동시에 밀봉층(12)과 접하도록 형성해도 된다. 그리고, 도 9에 예시한 것처럼, 밀봉층(12)과 별개로 형성한 벽부(23)와, 밀봉층(12) 사이에, 매립 재료가 가동부(11)에까지 도달하지 않을 정도의 간극(14C)을 설치해도 된다. 이로써, 예를 들면, 밀봉층(12)의 재료를 변형이 강한 재료에 의해 형성한 경우라도, 밀봉층(12)의 변형에 기인하여 기판(10)에 응력이 발생하고, 가동부(11)의 근방에 크랙이 생기는 우려가 없어지므로, 소자의 신뢰성을 향상시킨다. 또, 벽부(23)와 가동부(11)를 같은 높이로 형성하는 것이 가능한 경우에는, 벽부(23)를 가동부(11)와 일괄하여 형성할 수 있다. 이로써, 처리 시간의 증가를 억제할 수 있다.

또, 상기 실시예에서는, 직사각형 형상의 한 장의 판(板)으로 이루어지는 벽부(13)를 내부 공간(14) 내에 설치하고 있었지만, 예를 들면, 도 10에 예시한 것과 같이, 2장의 판으로 이루어지는 벽부(33)를 설치해도 된다.

이로써, 예를 들면, 가동부(11)의 높이가 높고, 개구부 H2의 아스펙트비(종횡비)가 높은 경우라도, 벽부(33)를 용이하게 밀봉층(12)과 일체로 형성할 수 있 다. 단, 벽부(33)의 높이가 너무 높은 경우에는, 예를 들면, 도 11에 예시한 것과 같이, 아스펙트비가 낮은 벽부(43)를 형성하는 것이 바람직하다. 이로써, 응력의 집중에 의해 벽부(33)나 밀봉층(12)에 크랙이 발생하는 우려를 방지할 수 있으므로, 소자의 신뢰성을 향상시킨다.

또, 상기 실시예에서는, 개구부(15)를 1개 설치한 경우에 대하여 설명하였으나, 복수개 설치해도 된다. 이 경우에, 벽부(13)를 1개만 설치해도 되지만, 벽부(13)를 너무 크게 하면, 희생층 R2를 제거할 때에, 벽부(13)의 배후에 희생층 R2가 제거되지 않고 잔류해 버릴 우려가 있다. 그래서, 그와 같은 우려가 있는 경우에는, 예를 들면, 도 12의 상면도(밀봉 부재(16)는 생략)에 예시한 것과 같이, 각 개구부(15)에 대응하여 벽부(13)를 1개씩 설치하는 것이 바람직하다. 이로써, 제조과정에 있어서, 각 벽부(13) 사이에 형성된 간극으로부터 에천트를 가동부(11)측에 흘려 넣을 수 있으므로, 희생층 R2를 단시간에 확실하게 제거할 수 있다. 이로써, 희생층 R2의 잔류에 의해 소자의 특성이 변화하는 것을 방지할 수 있고, 소자의 신뢰성을 향상시킨다. 단, 이 경우에는, 매립 재료가 가동부(11)에 도달하지 않도록 하기 위해, 개구부(15)를 관통하는 동시에 밀봉층(12) 및 벽부(13)를 관통하지 않는 직선이 가로지르지 않는 공간(그림자 공간(29)) 내에, 가동부(1)를 설치하는 것이 필요하다.

그리고, 도 12에서는, 각 개구부(15)의 최원 단부(15A)와, 각 개구부(15)에 대응하여 설치된 벽부(13)의 양쪽 측면(13A)의 단부를 연결한 직선(18)이 인접하는 벽부(13)를 관통하도록, 각 벽부(13)를 배치하고 있지만, 이로써, 매립 재료가 각 벽부(13) 사이에 형성된 간극을 통하여 내부 공간(14) 중 가동부(11)측의 공간에 도달하는 우려가 없기 때문에, 가동부(11)를 각 벽부(13)에 근접하여 배치할 수 있다. 이로써, 상기 실시예와 마찬가지로, 소자의 신뢰성을 저하시키는 일 없이, 레이아웃을 작게 할 수 있다. 그 결과, 데드 스페이스를 작게 할 수 있으므로, 풋프린트를 작게 할 수 있다.

또, 복수개의 가동부(11)를 2차원 배열하는 경우에는, 예를 들면, 도 13에 예시한 것처럼, 가동부(11)가 형성되어 있지 않은 영역을 이용하여, 복수개의 개구부(15)를 2차원 배열할 수 있다. 이 때, 가동부(11) 및 개구부(15)가 형성되어 있지 않은 영역을 이용하여, 각 가동부(11)와 각 개구부(15) 사이에 벽부(13)를 형성함으로써, 가동부(11)를 비산하는 매립 재료로부터 보호할 수 있으므로, 일부러 각 가동부(11)와 각 개구부(15) 사이를 넓게 할 필요가 없다. 이로써, 복수개의 가동부(11)를 2차원 배열하는 경우라도, 상기 실시예와 마찬가지로, 소자의 신뢰성을 저하시키는 일 없이, 레이아웃을 작게 할 수 있다. 그 결과, 데드 스페이스를 작게 할 수 있으므로, 풋프린트를 작게 할 수 있다.

［적용예］

다음에, 도 14를 참조하여, 상기 실시예의 MEMS 소자(1)를 탑재한 통신 장치의 구성에 대하여 설명한다. 도 14는, 전자 기기로서의 통신 장치의 블록 구성을 나타내고 있다.

그리고, 상기 실시예의 MEMS 소자(1)를 탑재한 반도체 디바이스 및 모듈은, 상기 통신 장치에 의해 구현화 되므로, 이하, 함께 설명한다.

그리고, 본 적용예에서는, MEMS 소자(1)를 탑재한 경우를 예시해 설명하지만, 각각의 상기 변형예에 관한 MEMS 소자를 탑재한 경우라도 마찬가지의 작용, 효과를 얻을 수 있다.

도 14에 나타낸 통신 장치는, 상기 실시예에 있어서 설명한 MEMS 소자(1)를 믹서(322I, 322Q, 333, 362I, 362Q)(반도체 디바이스)로서 탑재한 것이며, 예를 들면, 휴대 전화기, 정보 휴대 단말기(PDA), 무선 LAN 기기 등이다.

그리고, 상기 믹서(322I, 322Q, 333, 362I, 362Q)는, SoC로 이루어지는 반도체 디바이스 내에 형성되어 있다. 상기 통신 장치는, 예를 들면, 도 14에 나타낸 바와 같이, 송신계 회로(300A)(모듈)와, 수신계 회로(300B)(모듈)와, 송수신 경로를 전환하는 송수신 전환기(301)와, 고주파 필터(302)와, 송수신용의 안테나(303)를 구비하고 있다.

송신계 회로(300A)는, I 채널의 송신 데이터 및 Q 채널의 송신 데이터에 대응한 2개의 디지털/아날로그 변환기(DAC；Digital/Analogue Converter)(311I, 311Q) 및 2개의 밴드 패스 필터(312I, 312Q)와, 변조기(320) 및 송신용 PLL(Phase-Locked Loop) 회로(313)와, 전력 증폭기(314)를 구비하고 있다. 상기 변조기(320)는, 상기한 2개의 밴드 패스 필터(312I, 312Q)에 대응한 2개의 버퍼 앰프(321I, 321Q) 및 2개의 믹서(322I, 322Q), 이상기(移相器)(323), 가산기(324), 및 버퍼 앰프(325)를 포함하는 구성으로 이루어져 있다.

수신계 회로(300B)는, 고주파부(330), 밴드 패스 필터(341) 및 채널 선택용 PLL 회로(342)와, 중간 주파 회로(350) 및 밴드 패스 필터(343)와, 복조기(360) 및 중간 주파용 PLL 회로(344)와, I 채널의 수신 데이터 및 Q 채널의 수신 데이터에 대응한 2개의 밴드 패스 필터(345I, 345Q) 및 2개의 아날로그/디지털 변환기(ADC； Analogue/Digital Converter)(346I, 346Q)를 구비하고 있다. 고주파부(330)는, 저노이즈 앰프(331), 버퍼 앰프(332, 334), 및 믹서(333)를 포함하는 구성으로 이루어져 있고, 중간 주파 회로(350)는, 버퍼 앰프(351, 353)와, 자동 게인 조정(AGC； Auto Gain Controller) 회로(352)를 포함하는 구성으로 이루어져 있다. 복조기(360)는, 버퍼 앰프(361)와 상기한 2개의 밴드 패스 필터(345I, 345Q)에 대응한 2개의 믹서(362I, 362Q) 및 2개의 버퍼 앰프(363I, 363Q)와, 이상기(364)를 포함하는 구성으로 이루어져 있다.

상기 통신 장치에서는, 송신계 회로(300A)에 I 채널의 송신 데이터 및 Q 채널의 송신 데이터가 입력되면, 각각 송신 데이터를 이하의 스텝으로 처리한다. 즉, 먼저, DAC(311I, 311Q)에서 아날로그 신호로 변환하고, 계속 밴드 패스 필터(312I, 312Q)에서 송신 신호의 대역 이외의 신호 성분을 제거한 후, 변조기(320)에 공급한다. 이어서, 변조기(320)에서, 버퍼 앰프(321I, 321Q)를 통하여 믹서(322I, 322Q)에 공급하고, 계속 송신용 PLL 회로(313)로부터 공급되는 송신 주파수에 대응한 주파수 신호를 혼합하여 변조한 후, 양쪽 혼합 신호를 가산기(324)에서 가산함으로써 1계통의 송신 신호로 한다. 이때, 믹서(322I)에 공급하는 주파수 신호에 관해서는, 이상기(323)에서 신호 이상을 90°시프트 시킴으로써, I 채널의 신호와 Q 채널의 신호가 서로 직교 변조 되도록 한다. 마지막으로, 버퍼 앰프(325)를 통하여 전력 증폭기(314)에 공급함으로써, 소정의 송신 전력이 되도록 증폭한 다. 상기 전력 증폭기(314)에서 증폭된 신호는, 송수신 전환기(301) 및 고주파 필터(302)를 통하여 안테나(303)에 공급됨으로써, 상기 안테나(303)를 통하여 무선 송신된다. 상기 고주파 필터(302)는, 통신 장치에서 송신 또는 수신하는 신호 중 주파수 대역 이외의 신호 성분을 제거하는 밴드 패스 필터로서 기능한다.

한편, 안테나(303)로부터 고주파 필터(302) 및 송수신 전환기(301)를 통하여 수신계 회로(300B)에 신호가 수신되면, 그 신호를 이하의 스텝으로 처리한다. 즉, 먼저, 고주파부(330)에서는, 수신 신호를 저노이즈 앰프(331)에서 증폭하고, 계속 밴드 패스 필터(341)에서 수신 주파수 대역 이외의 신호 성분을 제거한 후, 버퍼 앰프(332)를 통하여 믹서(333)에 공급한다. 이어서, 채널 선택용 PPL 회로(342)로부터 공급되는 주파수 신호를 혼합하고, 소정의 송신 채널의 신호를 중간 주파 신호로 함으로써, 버퍼 앰프(334)를 통하여 중간 주파 회로(350)에 공급한다. 이어서, 중간 주파 회로(350)에서, 버퍼 앰프(351)를 통하여 밴드 패스 필터(343)에 공급함으로써 중간 주파 신호의 대역 이외의 신호 성분을 제거하고, 계속 AGC 회로(352)에서 실질적으로 일정한 게인 신호로 한 후, 버퍼 앰프(353)를 통하여 복조기(360)에 공급한다. 이어서, 복조기(360)에서, 버퍼 앰프(361)를 통하여 믹서(362I, 362Q)에 공급한 후, 중간 주파용 PPL 회로(344)로부터 공급되는 주파수 신호를 혼합하고, I 채널의 신호 성분과 Q 채널의 신호 성분을 복조한다. 이때, 믹서(362I)에 공급하는 주파수 신호에 관해서는, 이상기(364)에서 신호 이상을 90°시프트 시킴으로써, 서로 직교 변조된 I 채널의 신호 성분과 Q 채널의 신호 성분을 복조한다. 마지막으로, I 채널의 신호 및 Q 채널의 신호를 각각 밴드 패스 필 터(345I, 345Q)에 공급함으로써 I 채널의 신호 및 Q 채널의 신호 이외의 신호 성분을 제거한 후, ADC(346I, 346Q)에 공급하여 디지털 데이터로 한다. 이로써, I 채널의 수신 데이터 및 Q 채널의 수신 데이터를 얻을 수 있다.

상기 통신 장치는, 상기 실시예의 MEMS 소자(1)를 믹서(322I, 322Q, 333, 362I, 362Q)로서 탑재하고 있으므로, 매립 재료가 부착하는 등의 성막시에서의 영향으로 인해 개개의 믹서의 고주파 특성이 흩어지는 문제가 발생하지 않는다. 이로써, 개개의 통신 장치에 있어서 고주파 특성이 안정되고 신뢰성이 높다.

그리고, 도 14에 나타낸 통신 장치에서는, 상기 실시예의 MEMS 소자(1)를 믹서(322I, 322Q, 333, 362I, 362Q)(반도체 디바이스)에 적용하는 경우에 대하여 설명하였으나, 반드시 이것에 한정되지 않고, 예를 들면, MEMS 소자(1)를 송수신 전환기(301)나, 밴드 패스 필터(312I, 312Q, 341, 343, 346I, 346Q), 또는, 고주파 필터(302)에 적용해도 된다. 이 경우에도, 상기와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

이상, 실시예, 변형예 및 적용예를 들어 본 발명에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예 등에 한정되지 않고, 본 발명의 MEMS 소자, 반도체 디바이스 및 통신 장치의 구성이나 그 제조 방법에 관한 스텝 등은, 상기 실시예 등과 마찬가지의 효과를 얻는 것이 가능한 한, 자유롭게 변형 가능하다.

또, 상기 실시예 등에서는, 본 발명의 MEMS 소자를 휴대 전화기 등의 통신 장치에 대표되는 전자 기기에 적용하는 경우에 대하여 설명하였으나, 반드시 이것에 한정되지 않고, 통신 장치 이외의 전자 기기에 적용할 수도 있다. 이들 어느 경우에도, 상기 실시예와 마찬가지로의 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 MEMS 소자의 상면 구성도이다.

도 2는 도 1의 A－A 화살표 방향의 단면 구성도이다.

도 3은 도 2의 B－B 화살표 방향의 단면 구성도이다.

도 4는 도 2의 C－C 화살표 방향의 단면 구성도이다.

도 5는 그림자 공간을 설명하기 위한 상면 구성도이다.

도 6은 도 1의 MEMS 소자의 제조과정을 설명하기 위한 단면 구성도이다.

도 7은 도 6에 계속되는 제조과정을 설명하기 위한 단면 구성도이다.

도 8은 일 변형예에 관계되는 MEMS 소자의 단면 구성도이다.

도 9는 다른 변형예에 관한 MEMS 소자의 단면 구성도이다.

도 10은 그 외의 변형예에 관한 MEMS 소자의 단면 구성도이다.

도 11은 그 외의 변형예에 관한 MEMS 소자의 단면 구성도이다.

도 12는 그 외의 변형예에 관한 MEMS 소자의 상면 구성도이다.

도 13은 그 외의 변형예에 관한 MEMS 소자의 상면 구성도이다.

도 14는 적용예에 관계되는 통신 장치의 기능 블록도이다.

<도면 부호의 설명>

1: MEMS 소자, 10: 기판, 10A: 지지 기체, 10B: 기초층

11: 가동부, 12: 밀봉층, 12A: 천정 부분, 12B: 측벽 부분

13, 23, 33, 43: 벽부, 14: 내부 공간, 14A, 14B, 14C: 간극

15: 개구부, 15A: 최원 단부, 17: 밀봉 부재

18, 28: 직선, 19, 29: 그림자 공간

Claims

기판,

상기 기판의 표면 상의 하나 이상의 기능부,

상기 하나 이상의 기능부의 주위에 공간을 형성하고, 하나 이상의 개구부를 가지는 밀봉층, 및

상기 하나 이상의 기능부와 상기 하나 이상의 개구부 사이에 형성되어, 상기 하나 이상의 개구부와 상기 공간 사이에서, 상기 공간을 분리시키지 않고 하나 이상의 간극을 규정(define)하는, 하나 이상의 벽부

를 구비하고,

상기 하나 이상의 벽부는 각각이 상기 기판의 표면에 직접 연결되어 있고, 상기 하나 이상의 개구부는 각각이 매립 재료에 의해 밀봉되어, 상기 공간을 기밀 밀봉하는 것을 특징으로 하는 기능 소자.
제1항에 있어서,

상기 하나 이상의 기능부는, 상기 하나 이상의 간극을 관통하는 동시에 상기 밀봉층 및 상기 하나 이상의 벽부를 관통하지 않는 직선이 가로지르지 않는 공간 내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 기능 소자.
제1항에 있어서,

상기 하나 이상의 벽부는 상기 밀봉층과 일체(一體)로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기능 소자.
제3항에 있어서,

상기 밀봉층과 상기 하나 이상의 기능부를 분리하는 것에 대응하여, 상기 기판과 상기 밀봉층 사이에서 형성되는 크랙이 상기 공간이 상기 기능부에 도달하지 않는 것을 특징으로 하는 기능 소자.
제1항에 있어서,

상기 하나 이상의 개구부 및 상기 하나 이상의 간극은, 에천트(echant)가 상기 하나 이상의 기능부를 둘러싸고 있는 희생층을 제거하도록 하여, 상기 밀봉층 내에서 상기 공간을 규정하도록 하는 것을 특징으로 하는 기능 소자.
제1항에 있어서,

상기 기능부는 상기 밀봉층 외부로부터의 전기 신호에 대응하여 기계적으로 가동하는 것을 특징으로 하는 기능 소자.
제1항에 있어서,

상기 밀봉층은 돔 형의 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기능 소자.
제1항에 있어서,

상기 하나 이상의 기능부는 상기 벽부의 배후에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 기능 소자.
제8항에 있어서,

상기 하나 이상의 간극은 상기 하나 이상의 기능부와 교차하지 않는 방향으로 상기 하나 이상의 벽부를 통과하는 것을 특징으로 하는 기능 소자.
제8항에 있어서,

상기 하나 이상의 간극의 방향이, 상기 매립 재료가 상기 하나 이상의 기능부에 도달하지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 기능 소자.
기판,

상기 기판의 표면 상의 하나 이상의 기능부,

상기 하나 이상의 기능부의 주위에 공간을 형성하고, 하나 이상의 개구부를 가지는 밀봉층, 및

상기 하나 이상의 기능부와 상기 하나 이상의 개구부 사이에 형성되어, 상기 하나 이상의 개구부와 상기 공간 사이에서, 하나 이상의 간극을 규정하는, 하나 이상의 벽부

를 구비하고,

상기 하나 이상의 개구부는 각각이 매립 재료에 의해 밀봉되어, 상기 공간을 기밀 밀봉하고, 상기 하나 이상의 간극은 각각 상기 하나 이상의 기능부와 교차하지 않는 방향으로 상기 하나 이상의 벽부를 통과하는 것을 특징으로 하는 마이크로 머신(Micro Electro Mechanical Systems).
제11항에 있어서,

상기 하나 이상의 벽부는, 상기 밀봉층과 일체로 형성되며, 상기 밀봉층은 변형이 강한(high-strain) 재료로 형성되고, 상기 공간이 상기 밀봉층과 상기 하나 이상의 기능부를 분리하는 것에 대응하여, 상기 기판과 상기 밀봉층 사이에서 형성되는 크랙이 상기 기능부에 도달하지 않는 것을 특징으로 하는 마이크로 머신.
제11항에 있어서,

상기 하나 이상의 기능부는 믹서인 것을 특징으로 하는 마이크로 머신.
제11항에 있어서,

상기 하나 이상의 벽부는 일측에서 상기 밀봉층으로부터 하방측으로 연장되고, 상기 하나 이상의 벽부는 상기 하나 이상의 간극에 의해 상기 기판으로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 마이크로 머신.
제11항에 있어서,

상기 하나 이상의 간극의 방향이, 증착되었을 때 상기 매립 재료가 상기 하나 이상의 기능부에 도달하지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 마이크로 머신.
기판,

상기 기판의 표면에 형성된 하나 이상의 기능부,

상기 하나 이상의 기능부의 주위에 공간을 형성하고, 하나 이상의 개구부를 가지는 밀봉층, 및

상기 하나 이상의 기능부와 상기 하나 이상의 개구부 사이에 형성되어, 상기 하나 이상의 개구부와 상기 공간 사이에서, 하나 이상의 간극을 규정하는, 하나 이상의 벽부

를 구비하고,

상기 하나 이상의 벽부는 각각 상기 기판의 표면과 직접 연결되어 있고, 상기 하나 이상의 개구부는 각각이 매립 재료에 의해 밀봉되어, 상기 공간을 기밀 밀봉하고, 상기 하나 이상의 간극은 상기 하나 이상의 기능부와 교차하지 않는 방향으로 상기 하나 이상의 벽부를 통과하고, 상기 하나 이상의 기능부는 상기 벽부의 배후에 배치되어 상기 매립 재료가 상기 기능부에 도달하지 않게 하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치를 포함하는 전자 장치.
제16항에 있어서,

상기 전자 장치는 개인 무선 통신 장치이고, 상기 반도체 장치는 고주파 회로를 위한 복수의 믹서를 형성하고, 상기 복수의 믹서는 각각 소정의 주파수에서 공진하고, 상기 공간에 의해 보호되는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
제16항에 있어서,

상기 하나 이상의 기능부는 믹서이고, 상기 믹서는 각각 소정의 주파수에서 공진하고, 상기 공간에 의해 보호되는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
제16항에 있어서,

상기 하나 이상의 간극의 방향이, 증착되었을 때 상기 매립 재료가 상기 하나 이상의 기능부에 접촉하지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.