(57)【要約】    【目的】半導体デバイスに内蔵される水分ゲッター材であって、半導体デバイスの小型化が可能であり、且つこれの形成に専用の原料や専用の設備を必要としない水分ゲッター材を提供する。    【構成】テトラアルコキシシランを原料としてプラズマCVD法で生成される二酸化珪素薄膜であるが、緻密な薄膜を形成する条件に比べて原料ガスの流量を多くすることによってその膜質を多孔性とし、水分を吸収する性能を備えさせる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイスの大気に暴露されない部分に配備される水分ゲッター材であって、
テトラアルコキシシランを原料としてプラズマCVD法で生成された多孔性二酸化珪素薄膜からなる、
ことを特徴とする水分ゲッター材。
【請求項２】
前記多孔性二酸化珪素薄膜が、テトラアルコキシシランとしてテトラエトキシシラン（TEOS）を用い、テトラエトキシシランのガス流量を３sccm以上とすることによって生成される薄膜である、
ことを特徴とする請求項1に記載の水分ゲッター材。
【請求項３】
半導体デバイスに用いる密閉構造のパッケージであって、
その内面に、請求項1に記載の水分ゲッター材を備えている、
ことを特徴とする密閉構造のパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体デバイスの密閉構造のパッケージ内の水分を除去するための水分ゲッター材に関する。
【背景技術】
【０００２】
振動系のMEMS（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスにおいては、Q値の向上や駆動電力低減のために、その可動部の雰囲気を真空または特定の雰囲気に保持することが必要とされ、その雰囲気の劣化は製品不良の原因となる。特に、水分は、可動部の張り付き（スティクション）の原因にもなるため、可動部を有するMEMSデバイスには極めて有害である。また、有機ELデバイスは陽極層の上に有機発光体層や陰極層を積層した構造となっており、その陰極層が水分によって酸化腐食されると、断線が発生して画像の欠陥を生じる。
このような問題点を防止するために、上記のデバイスでは、そのパッケージを密閉構造としている。しかし、外部から侵入する水分や封入時の雰囲気などに含まれて内部に持ち込まれた水分によって、十分な乾燥状態を保持することが出来ないことがあるため、水分を吸収して除去する水分除去材（水分ゲッター材）がパッケージ内に配備される。
例えば、現在主にMEMSデバイスに使用されている水分ゲッター材は、炭酸カルシウムの粉末をペースト状にしたものであり、それをパッケージ内に配備するためには、ディスペンサやスクリーン印刷機等の専用設備が必要であり、特別な工程が必要となる。更に、その大きさは少なくとも数100μm程度、厚さは50〜100μm程度となるため、デバイスの小型化を妨げるという問題点もある。
【０００３】
また、有機ELディスプレイに使用されているものは、酸化バリウムなどの粉末であって、化学反応によって水分を吸着するものであり、組立工程を実行するクリーンルーム内での取り扱いが困難であり、且つ粉末を閉じ込めるためにケース状の構造とすることが必要であり、小型化し薄くすることが困難である。更に酸化バリウムは劇毒物に指定されている化学物質であるため、今後使用が困難になる可能性もある。
その他の水分ゲッター材としては、バリウムやバリウム合金を用いるものがあり、これらは化学反応で水分を除去する。これらを用いる水分ゲッターは、２枚のシートで包み込む構造とされ、２枚のシートのうちの１枚を熱収縮シートとすることによって、パッケージ内に封じ込めてから熱処理してバリウムなどを雰囲気に曝すものであり、特許文献１に開示されている。これは、上述の酸化バリウムの粉末と同様の問題点を有する。また、二酸化珪素粒子のコロイドを分散させた溶液を塗布した後、この塗布膜を加熱することによって二酸化珪素粒子の凝集体を形成し、この凝集体を水分吸着膜として用いる水分ゲッターが、特許文献２に開示されている。これは、上述のペースト状のものと同様の問題点を有する。更に、テトラアルコキシシランを原料として常圧CVD法で成膜したボロンとリンをドープされた酸化珪素膜を吸湿性材料として用いるものが、特許文献３に開示されている。これは絶縁体層内に埋め込まれるものであって、直接大気には曝されない構造のものである。
【特許文献１】特開平５−２５４５８８号公報
【特許文献２】特開２００７−４２６１２号公報
【特許文献３】特開平９−２９３７１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記に説明した従来の水分ゲッター材は、それを閉じ込めるためのケースが必要なものでは、必要な面積が広くなって、厚さも厚くなり、半導体デバイスの小型化を妨げるという問題点を有し、ペースト状や溶液状の原料を塗布するものでは、塗布のための専用設備や工程が必要であってコストアップの要因となり、厚さも厚くなるので小型化を妨げる。
この発明の課題は、これらの問題点を解消して、これを内蔵する半導体デバイスの小型化が可能であり、これを形成するのに専用の原料や専用の設備を必要としない水分ゲッター材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明は、半導体デバイスの大気に暴露されない部分に配置される水分ゲッター材であって、テトラアルコキシシランを原料としてプラズマCVD法で生成された多孔性二酸化珪素薄膜からなる。
半導体デバイスの製造過程において、絶縁膜や表面保護膜とする二酸化珪素薄膜を生成する場合には、テトラアルコキシシラン〔例えばテトラエトキシシラン（TEOS）〕ガスを原料としてプラズマCVD 法で生成する方法が一般的に採用されている。この場合、生成される薄膜は、通常、緻密な膜質の薄膜として生成され、水分を吸収する性能（吸湿性能）を殆ど有していない。しかし、供給するガスの流量を多くするなど、生成条件を変えると、生成される薄膜の膜質が多孔性となり、吸湿性能を備えてくることが分った。
請求項１の発明は、このような多孔性二酸化珪素薄膜の大きな吸湿性能を利用するものである。
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記多孔性二酸化珪素薄膜が、テトラアルコキシシランとしてテトラエトキシシラン（TEOS）を用い、TEOSのガス流量を３sccm以上とすることによって生成される薄膜である。
図１は、TEOSを原料ガスとしてプラズマCVD 法で生成した二酸化珪素薄膜の吸湿性能を測定した結果を示したものであって、(ａ)は、TEOSの流量を３sccmとして生成した二酸化珪素薄膜のTDS分析結果（水の昇温脱離スペクトル）であり、(ｂ)はTEOSの流量を７sccmとして生成した二酸化珪素薄膜のTDS分析結果である。いずれの場合においても、50℃から200℃の間に、水の放出ピークが現れており、これらの二酸化珪素薄膜が吸湿性能を有していることが分る。
【０００６】
上記サンプルの成膜条件の詳細については実施例の項で説明する。
図２は、図1に示した2つの二酸化珪素薄膜にTEOSの流量を２sccmとして生成した二酸化珪素薄膜を追加した3つの二酸化珪素薄膜をサンプルとして、その膜応力が大気中放置によってどのように経時変化するかを測定した結果を示したものである。流量が２sccmの場合には、膜応力の反転は見られないが、流量が３sccmを超えると膜応力の反転が見られる。この図に見られる膜応力の経時変化は薄膜の水分の吸収によるものと推定され、流量が３sccm以上の薄膜は、応力が反転するほどに水分を吸収すると推定される。
請求項２の発明は、図1および図2に示した実験結果等に基づいて、原料ガスをプラズマCVD 法で二酸化珪素薄膜を生成するための原料ガスでは最も一般的なTEOSに限定し、且つTEOSガスの流量範囲を３sccm以上に限定したものである。
請求項３の発明は、半導体デバイスに用いる密閉構造のパッケージであって、その内面に、請求項１に記載の水分ゲッター材を備えている。
請求項1に記載の水分ゲッター材は、半導体デバイスの製造に一般的に用いられる原料（テトラアルコキシシラン）と装置（プラズマCVD装置）によって生成される多孔性二酸化珪素薄膜であるので、これを封止前のパッケージ部材の内面に通常の半導体デバイスの製造技術によって形成することは容易なことである。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１の発明においては、テトラアルコキシシランガスを原料としてプラズマCVD 法で生成する多孔性二酸化珪素薄膜の大きな吸湿性能を水分ゲッター材として利用するので、半導体デバイスの製造過程において一般的に採用されている原料および装置があれば、この発明を実施することができる。
したがって、この発明によれば、これを内蔵するデバイスの小型化が可能であり、これを形成するのに専用の原料や専用の設備を必要としない水分ゲッター材を提供することができる。
請求項２の発明においては、図1および図2に示した実験結果等に基づいて、原料ガスをプラズマCVD 法で二酸化珪素薄膜を生成するための原料ガスでは最も一般的なTEOSに限定し、且つTEOSガスの流量範囲を３sccm以上に限定している。
したがって、この発明によれば、発明の課題をより確実に達成することができる。
請求項３の発明においては、パッケージの内面に、請求項1に記載の水分ゲッター材を備えているので、その水分ゲッター材の生成のために特別な原料および装置を必要とすることがなく、しかもその水分ゲッター材が薄膜であるので大きなスペースを必要としない。
【０００８】
したがって、この発明によれば、水分ゲッター材を内面に備えても、パッケージのサイズを殆ど大きくしなくて済む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
この発明による水分ゲッター材は、「課題を解決するための手段」の項で説明したように、プラズマCVD法による二酸化珪素薄膜の生成条件において、原料ガスであるテトラアルコキシシラン、例えばテトラエトキシシラン（TEOS）、の流量を多くすることによって得られた大きな吸湿性能を利用するものである。
以下において、実際に半導体デバイスに適用した例を実施例として説明する。
【実施例１】
【００１０】
図3は、この発明による水分ゲッター材の応用例を示すMEMSデバイスの模式断面図である。
このMEMSデバイスは、MEMS構造を形成したSOI基板２と配線構造を形成したシリコン基板１をウェハレベルパッケージ化したもので、両基板1および２を封止材３によって封止し密閉構造としたものである。図の左側から中央にかけて、MEMSデバイスの本体部10があり、図の右側のSOI基板２の上面に水分ゲッター4が形成されている。
水分ゲッター４は、SOI基板２にMEMSデバイスの本体部10を加工する前に、SOI基板２の上面全体にプラズマCVD法で生成された吸湿性の二酸化珪素薄膜を、フォトリソグラフィによって、所望の部分だけに残したものである。図３においては、水分ゲッター４は、右側だけに配置されているが、SOI基板２の可動部となる部分と封止部を除けばどこにでも配置することが可能である。
水分ゲッター４となる吸湿性の二酸化珪素薄膜の成膜条件は、TEOS の流量が７sccm、印加電力が200Ｗ、ガス圧が80Pa、酸素流量が450 sccm、基板温度が350℃、であり、吸湿性の二酸化珪素薄膜を生成するための好適な条件範囲は、印加電力が100〜200Ｗ、ガス圧が60〜150Pa、TEOS流量が３〜10sccm、酸素流量が200〜500 sccm、基板温度が200〜350℃、である。しかしながら、吸湿性能に顕著に影響するのはTEOSの流量であって、他の条件はそれほど影響しない。
【００１１】
なお、TEOS流量の上限は、安定な膜質の確保によって決められる。
上記の条件は、直径280mmの電極を備えたプラズマCVD装置で得たものであり、装置が変わると最適条件および好適条件範囲は変わる。
水分ゲッター４は、図１から明らかなように、200℃に加熱されると吸収している水分の大部分を放出する。したがって、両基板1および２を封止材３によって封止して密閉構造とする工程が300℃程度の加熱を伴う場合には、吸収水分を放出させる工程（リフレッシュ工程）を省略することができる。
図３の構成のMEMSデバイスは、特性の安定性が優れている。
【実施例２】
【００１２】
図４は、この発明による水分ゲッター材の他の応用例を示す有機ELディスプレイの模式断面図である。
この有機ELディスプレイは、ガラス基板５の上に、陽極層61、有機発光体層62および陰極層63を積層して３層からなる発光体部６を形成し、この発光体部６を封止缶７で被い、ガラス基板５と封止缶７とを封止材３で封止して、密閉構造としている。封止缶７の内面には水分ゲッター４が形成されている。
水分ゲッター４は、封止缶７の下面全体に実施例１と同じ条件で生成された吸湿性の二酸化珪素薄膜から、少なくとも封止部となる部分に生成されたものを除去したものであり、陰極層63全面を覆う広さを有している。
図４の構成の有機ELディスプレイは、特性が安定していて殆ど断線を生じない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明による水分ゲッター材の吸湿性能を説明するための水の昇温脱離スペクトルを示し、（ａ）はTEOSガスの流量を３sccmで生成した場合のスペクトル図、（ａ）はTEOSガスの流量を７sccmで生成した場合のスペクトル図
【図２】この発明による水分ゲッター材の吸湿性能を説明するための膜応力の経時変化を示す図
【図３】この発明による水分ゲッター材の応用例を示すMEMSデバイスの模式断面図
【図４】他の応用例としての有機ELディスプレイの模式断面図
【符号の説明】
【００１４】
１  シリコン基板
２  SOI基板
21  ガラス基板
３  封止材
４  水分ゲッター
５  ガラス基板
６  発光体部
61  陽極層            62  有機発光体層          63  陰極層
７  封止缶
10  MEMSデバイス本体部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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