(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路デバイスであって、
半導体基板を含む半導体ダイと、
前記半導体ダイの中央領域内に配置されるＭＥＭＳデバイスと、
前記ＭＥＭＳデバイスを駆動するために前記ＭＥＭＳデバイスに電気的に結合され、且つ前記半導体ダイの周辺領域に沿って配置される回路と、
前記回路と前記ＭＥＭＳデバイスとの間の前記半導体基板上に直接および前記半導体基板内の少なくともいずれかに配置されるバリアと、
を備える集積回路デバイス。
【請求項２】
前記バリアは、汚染物質および水分が前記回路から前記ＭＥＭＳデバイスに移動することを防止する請求項１に記載の集積回路デバイス。
【請求項３】
前記ＭＥＭＳデバイスは、マイクロフォン、スピーカ、慣性センサ、圧力センサ、およびＲＦ同調デバイスのうちの１つを含む請求項１に記載の集積回路デバイス。
【請求項４】
前記バリアは、前記ＭＥＭＳデバイスを取り囲む複数の相互接続層および複数の導電性ビアを含む請求項１に記載の集積回路デバイス。
【請求項５】
前記複数の相互接続層および前記複数の導電性ビアは、前記半導体基板内の拡散領域によって前記半導体基板に電気的に接続されている請求項４に記載の集積回路デバイス。
【請求項６】
前記複数の相互接続層および前記複数の導電性ビアは、電気的にフローティングである請求項４に記載の集積回路デバイス。
【請求項７】
前記複数の相互接続層および前記複数の導電性ビアは、前記ＭＥＭＳデバイスおよび前記回路のうちの１つに電気的に接続されている請求項４に記載の集積回路デバイス。
【請求項８】
前記バリアは、前記ＭＥＭＳデバイスおよび前記回路を電気的に相互接続している少なくとも１つの導電性配線を含む請求項４に記載の集積回路デバイス。
【請求項９】
前記導電性配線は、バリアに垂直な位置で前記バリアを貫通して伸びている請求項８に記載の集積回路デバイス。
【請求項１０】
前記導電性配線は、前記複数の相互接続層の最上層で前記バリアを貫通する、請求項９に記載の集積回路デバイス。
【請求項１１】
前記導電性配線は、前記複数の相互接続層の最下層で前記バリアを貫通する、請求項９に記載の集積回路デバイス。
【請求項１２】
前記複数の相互接続層は、前記半導体基板内の拡散層によって前記半導体基板に電気的に接続されている請求項４に記載の集積回路デバイス。
【請求項１３】
前記複数の相互接続層のそれぞれは、前記複数の導電性ビアのうちの少なくとも１つによって、前記複数の相互接続層のうちの隣接する層に接続されている請求項４に記載の集積回路デバイス。
【請求項１４】
前記複数の相互接続層のうちの中間および最下層は、前記複数の導電性ビアのうちの２つによって電気的に相互接続されている請求項４に記載の集積回路デバイス。
【請求項１５】
前記複数の相互接続層のうちの最下層は、前記複数の導電性ビアのうちの２つによって、前記半導体基板の拡散領域に電気的に接続されている請求項４に記載の集積回路デバイス。
【請求項１６】
酸化物および窒化物材料のうちの１つは、前記複数の相互接続層と前記複数の導電性ビアとを分離している請求項４に記載の集積回路デバイス。
【請求項１７】
前記バリアは、保護層に覆われている請求項１に記載の集積回路デバイス。
【請求項１８】
前記バリアは、前記ＭＥＭＳデバイスと前記回路を電気的に相互接続する少なくともひとつの導電性配線を含み、
前記導電性配線は前記バリアの層を貫通して伸び、前記導電性配線の伸びは、
前記層は金属であり保護領域が配置されている開口部を含む、前記保護領域と、
前記層は金属であり領域が配置されている開口部を含む、酸化物および窒化物の少なくともひとつの前記領域と、
前記バリアの酸化物層と、のひとつを貫通する、
請求項１に記載の集積回路デバイス。
【請求項１９】
前記バリアは前記ＭＥＭＳデバイスを囲む少なくともひとつの壁を形成し、且つ前記導電性配線は前記少なくともひとつの壁の領域に垂直に且つ貫通して伸びる、請求項１８に記載の集積回路デバイス。
【請求項２０】
前記バリアは、酸化物および窒化物の少なくともひとつの層により分離された複数の金属の層から形成され、前記金属層の異なる層間に伸び且つ接続し、そして各前記酸化物および窒化物の少なくともひとつの層を貫通して伸びる導電性ビアを備える、請求項１９に記載の集積回路デバイス。
【請求項２１】
前記バリアの幅の下に伸び且つ広がる導電性拡散層が、前記ＭＥＭＳデバイスへの前記回路の電気的接続を形成する、請求項１に記載の集積回路デバイス。
【請求項２２】
前記拡散層は前記基板内のウエル内に含まれる、請求項２１に記載の集積回路デバイス。
【請求項２３】
集積回路デバイスの製造方法であって、
半導体ダイの中央領域内にＭＥＭＳデバイスを形成するステップと、
前記ＭＥＭＳデバイスを駆動するために前記ＭＥＭＳデバイスに電気的に結合され、且つ前記半導体基板を含む半導体ダイの周辺領域に沿って配置される回路を形成するステップと、
前記回路と前記ＭＥＭＳデバイスとの間の前記半導体基板上に直接および前記半導体基板内の少なくともいずれかにバリアを形成するステップと、
を含む方法。
【請求項２４】
前記バリアは、汚染物質および水分が前記回路から前記ＭＥＭＳデバイスへ移動することを防止する請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記ＭＥＭＳデバイスは、マイクロフォン、スピーカ、慣性センサ、圧力センサ、およびＲＦ同調デバイスのうちの１つを含む請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記バリアを形成するステップは、前記ＭＥＭＳデバイスを取り囲む複数の相互接続層および複数の導電性ビアを形成することを含む請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記複数の相互接続層および前記複数の導電性ビアは、前記半導体基板内の拡散領域によって前記半導体基板に電気的に接続される請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記複数の相互接続層および前記複数の導電性ビアは、電気的にフローティングである請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記複数の相互接続層および前記複数の導電性ビアは、前記ＭＥＭＳデバイスおよび前記回路のうちの１つに電気的に接続される請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
前記バリアは、前記ＭＥＭＳデバイスおよび前記回路を電気的に相互接続する少なくとも１つの導電性配線を含む請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
前記導電性配線は、バリアに垂直な位置で前記バリアを貫通して伸びる請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記導電性配線は、前記複数の相互接続層の最上層で前記バリアを貫通する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記導電性配線は、前記複数の相互接続層の最下層で前記バリアを貫通する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記複数の相互接続層は、前記半導体基板内の拡散層によって前記半導体基板に電気的に接続される請求項２６に記載の方法。
【請求項３５】
前記複数の相互接続層のそれぞれは、前記複数の導電性ビアのうちの少なくとも１つによって、前記複数の相互接続層のうちの隣接する層に接続される請求項２６に記載の方法。
【請求項３６】
前記複数の相互接続層のうちの中間および最下層は、前記複数の導電性ビアのうちの２つによって電気的に相互接続される請求項２６に記載の方法。
【請求項３７】
前記複数の相互接続層のうちの最下層は、前記複数の導電性ビアのうちの２つによって、前記半導体基板の拡散領域に電気的に接続される請求項２６に記載の方法。
【請求項３８】
酸化物および窒化物材料のうちの１つは、前記複数の相互接続層と前記複数の導電性ビアとを分離する請求項２６に記載の方法。
【請求項３９】
前記バリアは、保護層に覆われる請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、参照することによって本明細書に完全に組み込まれる米国特許出願第１１／４４６，３９７号の利益を主張するものである。
【０００２】
本発明は、汚染物質の透過を防止するためのバリアを使用する集積回路デバイスを有するデバイス、および汚染物質の透過を防止するためのバリアを使用する集積回路デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
一般に、ＭＥＭＳデバイスは、物理現象を検出または生成するためのセンサデバイスと駆動回路との両方を使用する。具体的には、ＭＥＭＳデバイスは、可動膜を利用しているセンサデバイスを有して一般に形成され、駆動回路は、典型的な半導体型製造プロセスを使用して一般に形成される。一般に、駆動回路はダイ上に形成され、駆動回路の汚染を防止するために、ダイの外縁部に沿ってシールリングバリアが形成される。下層の酸化物／窒化物層は、ダイシングプロセス中に様々な環境汚染物質にさらされる可能性があるが、シールリングバリアは、いかなる汚染物質も駆動回路を汚染しないようにする。
【０００４】
さらに、ＭＥＭＳデバイスおよび関連する駆動／制御回路を単一のダイ上に組み込むには、駆動／制御回路からＭＥＭＳデバイスへのイオン性汚染物質の移動、および周辺雰囲気からＭＥＭＳデバイスへの水分および汚染物質の移動を防止するために、バリアを形成する必要がある。具体的には、イオン性汚染物質および水分は、ＭＥＭＳデバイスの雑音性能を時間とともにドリフトさせることによって、ＭＥＭＳデバイスに悪影響を及ぼし、これによりＭＥＭＳデバイスを動作不能な状態にする恐れがある。したがって、駆動／制御回路からＭＥＭＳデバイスを物理的に分離するにはバリアが必要であり、これにより電気信号を通過させると同時にＭＥＭＳデバイス内への汚染物質の移動を防止することが可能になる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
したがって、本発明は、改良された寿命性能を有するモノリシックデバイス、および汚染物質の移動を防止するためのモノリシックデバイスの製造方法を対象としている。
【０００６】
本発明は、単一のダイ上にモノリシックに集積されるＭＥＭＳデバイスおよび駆動／制御回路を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明は、単一のダイ上に駆動／制御回路とともにモノリシックに集積されるＭＥＭＳデバイス内に汚染物質が移動するのを防止するデバイスを提供することを別の目的とする。
【０００８】
本発明のさらなる特徴および利点は、以下の記載に示され、この記載からある程度明らかになるであろう。あるいは本発明の実施によって習得することもできる。本発明の目的および他の利点は、本明細書およびその特許請求の範囲、ならびに添付図面で特に指摘される構造によって、実現かつ達成されるであろう。
【０００９】
実施され概して記載される本発明の目的に従ってこれらの利点および他の利点を達成するために、集積回路デバイスは半導体ダイを含み、この半導体ダイは、半導体基板、半導体ダイの周辺領域に沿って配置される駆動／制御回路、半導体ダイの中央領域内に配置されるＭＥＭＳデバイス、および駆動／制御回路とＭＥＭＳデバイスとの間に配置されるバリアを含む。
【００１０】
別の形態では、集積回路デバイスの製造方法は、半導体基板を含む半導体ダイの周辺領域に沿って配置される駆動／制御回路を形成するステップと、半導体ダイの中央領域内のＭＥＭＳデバイスを形成するステップと、駆動／制御回路とＭＥＭＳデバイスとの間にバリアを形成するステップとを含む。
【００１１】
前述の概要および以下の詳細な記載はともに、例示的および説明的なものであり、請求の範囲に記載されている発明をさらに説明することを意図するものであることを理解されたい。
【００１２】
本発明をさらに理解するために含まれ、本明細書の一部に組み込まれ、さらにこれを構成する以下の添付図面は、本発明の実施形態を示し、記載とともに本発明の原理を説明するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に従う例示的なデバイスを示す模式平面図である。
【図２】本発明に従う例示的なデバイスの領域「Ａ」を示す拡大模式平面図である。
【図３】本発明に従う例示的なバリアを示す断面斜視図である。
【図４】本発明に従う別の例示的なバリアを示す断面斜視図である。
【図５】本発明に従う別の例示的なバリアを示す断面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
ここで、本発明の好ましい実施形態を参照しながら詳細に説明していくが、その実施例は添付図面に示される。
【００１５】
図１は、本発明に従う例示的なデバイスを示す模式平面図である。図１では、デバイス１００は、単一のダイ４００上にモノリシックに集積されるＭＥＭＳデバイス２００と、駆動／制御回路３００とを含んでもよい。ＭＥＭＳデバイス２００は、ダイ４００の中央領域に配置されてもよい。あるいは、ＭＥＭＳデバイス２００は、異なる設計パラメータに適合してダイ４００の中央領域以外の位置に配置されてもよい。しかしながら、図示されるように、ＭＥＭＳデバイス２００は、駆動／制御回路３００がＭＥＭＳデバイス２００を取り囲むようにダイ４００の中央領域に配置される。ここで、ＭＥＭＳデバイス２００は、電気接続２１０によって駆動／制御回路３００に電気的に接続される。あるいは、電気接続２１０は、ＭＥＭＳデバイス２００に対して他の位置に設けられてもよく、および／または電気接続２１０は、ＭＥＭＳデバイス２００に対して複数の位置に設けられてもよい。ＭＥＭＳデバイス２００は、マイクロフォン、スピーカ（単数または複数）、慣性センサ、圧力センサ、およびＲＦ同調デバイスを含んでもよい。例えば、ＭＥＭＳデバイス２００は、物理的、機械的、および音響現象を測定するために、圧力差を利用するデバイスを含んでもよい。
【００１６】
図１では、バリア５００が、ＭＥＭＳデバイス２００とそれを取り囲む駆動／制御回路３００との間に設けられる。駆動／制御回路３００のあらゆる汚染物質がＭＥＭＳデバイス２００内に移動するのを防止するため、およびＭＥＭＳデバイス２００の外部の環境からの水分または汚染物質が、ＭＥＭＳデバイス２００内に移動するのを防止するために、バリア５００はＭＥＭＳデバイス２００を完全に取り囲むように形成される。バリア５００は、直線形状を有するように示されているが、ＭＥＭＳデバイス２００を完全に取り囲むために、他の形状が実施されてもよい。
【００１７】
図２は、本発明に従う例示的なデバイスの領域「Ａ」を示す拡大模式平面図である。図２では、バリア５００は、駆動／制御回路３００をＭＥＭＳデバイス２００に電気的に相互接続する電気接続２１０を含んでもよい。
【００１８】
図３は、本発明に従う例示的なバリアを示す断面斜視図である。図３では、バリア５００は、相互接続金属層５３０，５４０および５５０と、導電性ビア５３５，５４５および５５５と、各相互接続金属層５３０，５４０および５５０の間に相互分散される酸化物／窒化物材料（単数または複数）の層５９０とを含む、多層構造を含んでもよい。バリア５００は、表面保護層５２０、導電性配線５１０、および埋め込み酸化物領域５８０間の基板５７０内に形成される拡散領域５６０をさらに含む。したがって、各相互接続金属層５３０，５４０および５５０と、導電性ビア５３５，５４５および５５５と、拡散領域５６０とを含むバリア５００は、（図１の）ＭＥＭＳデバイス２００を取り囲む連続的なリングとして形成される。したがって、バリア５００は、最上相互接続金属層５３０に形成される開口部の保護層５２０内に形成される導電性配線５１０によって、（図１の）ＭＥＭＳデバイス２００に電気接続を提供しながら、駆動／制御回路３００および（図１の）ＭＥＭＳデバイス２００の外部の環境から、汚染物質および水分が（図１の）ＭＥＭＳデバイス２００内に移動するのを防止する。さらに、保護層５２０は、汚染物質および水分がバリア５００の膜厚を通過して（図１の）ＭＥＭＳデバイス２００内に浸入するのを防止する。
【００１９】
図３では、拡散領域５６０は、基板５７０を介して電気的に接地されてもよく、あるいは基板５７０または追加の相互接続層（図示せず）を介して、（図１の）駆動／制御回路３００に電気的に接続されてもよい。あるいは、相互接続層５３０，５４０および５５０は、最下導電性ビア５６１を除去することによって、拡散領域５６０と電気的に接続されなくてもよい。
【００２０】
図４は、本発明に従う別の例示的なバリアを示す断面斜視図である。図４では、バリア５０１は、相互接続金属層５３１，５４１および５５１と、導電性ビア５３６，５４６および５５６と、各相互接続金属層５３１，５４１および５５１の間に相互分散される酸化物／窒化物材料の層５９１とを含む、多層構造を含んでもよい。バリア５０１は、表面保護層５２１、導電性配線５１１、および埋め込み酸化物領域５８１間の基板５７１内に形成される拡散領域５６１をさらに含む。したがって、各相互接続金属層５３１，５４１および５５１と、導電性ビア５３６，５４６および５５６と、拡散領域５６１とを含むバリア５０１は、（図１の）ＭＥＭＳデバイス２００を取り囲む連続的なリングとして形成される。したがって、バリア５０１は、最下相互接続金属層５５１に形成される開口部の酸化物／層５９１内に形成される導電性配線５１１によって、（図１の）ＭＥＭＳデバイス２００に電気接続を提供しながら、駆動／制御回路３００および（図１の）ＭＥＭＳデバイス２００の外部の環境から、汚染物質および水分が（図１の）ＭＥＭＳデバイス２００内に移動するのを防止する。さらに、保護層５２１は、バリア５０１の膜厚を通過して（図１の）ＭＥＭＳデバイス２００内へ汚染物質および水分が浸入するのを防止する。
【００２１】
図５は、本発明に従う別の例示的なバリアを示す断面斜視図である。図５では、バリア５０２は、相互接続金属層５３２，５４２および５５２と、導電性ビア５３７，５４７ａ／５４７ｂおよび５５７ａ／５４７ｂと、各相互接続金属層５３２，５４２および５５２の間に相互分散される酸化物／窒化物材料の層５９２とを含む、多層構造を含んでもよい。バリア５０２は、表面保護層５２２、導電性配線５１２、および埋め込み酸化物領域５８２間の基板５７２内に形成される拡散領域５６２をさらに含む。したがって、各相互接続金属層５３２，５４２および５５２と、導電性ビア５３７，５４７ａ／５４７ｂおよび５５７ａ／５５７ｂと、拡散領域５６２とを含むバリア５０２は、（図１の）ＭＥＭＳデバイス２００を取り囲む連続的なリングとして形成される。したがって、バリア５０２は、最上相互接続金属層５３２に形成される開口部の開口部の保護層５２２内に形成される導電性配線５１２によって、（図１の）ＭＥＭＳデバイス２００に電気接続を提供しながら、駆動／制御回路３００および（図１の）ＭＥＭＳデバイス２００の外部の環境から、汚染物質および水分が（図１の）ＭＥＭＳデバイス２００内に移動するのを防止する。さらに、保護層５２２は、バリア５０２の膜厚を通過して（図１の）ＭＥＭＳデバイス２００内へ汚染物質および水分が浸入するのを防止する。
【００２２】
図５では、図３および図４に示される例示的な実施形態と比較すると、２つの導電性ビア５４７ａおよび５４７ｂが、中間相互接続金属層５４２および最下相互接続金属層５５２を電気的に相互接続するように設けられる。その結果、中間相互接続金属層５４２と最下相互接続金属層５５２との間の接続抵抗が低減される。さらに、２つの導電性ビア５４７ａおよび５４７ｂを使用することで、（図１の）駆動／制御回路３００から（図１の）ＭＥＭＳデバイス２００への汚染物質の移動をさらに防ぐことができる。
【００２３】
図５では、図３および図４に示される例示的な実施形態とさらに比較すると、２つの導電性ビア５５７ａおよび５５７ｂが、最下相互接続金属層５５２および拡散領域５６２を電気的に相互接続するように配置される。その結果、最下相互接続金属層５５２と拡散領域５５２との間の接続抵抗が低減される。さらに、２つの導電性ビア５５７ａおよび５５７ｂを使用することで、（図１の）駆動／制御回路３００から（図１の）ＭＥＭＳデバイス２００への汚染物質の移動をさらに防ぐことができる。
【００２４】
図３から図６では、バリア５００、５０１および５０２の高さは、（図１の）駆動／制御回路３００で実施される相互接続層の総数によって決定することが可能である。さらに、酸化物／窒化物５９０、５９１および５９２の膜厚は、接続配線５０１、５１１および５１２が配置されるバリア５００、５０１および５０２の特定領域に応じて調整することもできる。さらに、バリア５００、５１０および５０２の幅は、（図１の）ＭＥＭＳデバイス２００と（図１の）駆動／制御回路３００との間の面積、オーム要求、および（図１の）駆動／制御回路３００を製造するための設計ルールに応じて変更することもできる。
【００２５】
図３から図６では、導電性ビア５３５、５３６、５３７、５４５、５４６、５４７ａ／５４７ｂ、５５５、５５６および５５７ａ／５５７ｂの幅は、コンタクト面積に応じて増減させてもよいが、最小設計ルールを満足する必要もある。同様に、拡散領域５６０、５６１および５６２の幅は、相互接続金属層５３０、５３１、５３２、５４０、５４１、５４２、５５０、５５１および５５２の全幅を包含するほうがよい。さらに、拡散領域５６０、５６１および５６２の幅は、（図１の）デバイス１００の設計レイアウトに応じて変更することもできる。
【００２６】
図３から図６では、バリア５００、５０１および５０２はそれぞれ接地されても、電気的にフローティング状態でも、すなわち、（図１の）ＭＥＭＳデバイス２００または（図１の）駆動／制御回路３００に電気的に接続されなくても接続されてもよい。具体的には、相互接続金属層５３０、５３１、５３２、５４０、５４１、５４２、５５０、５５１および５５２またはその任意の組み合わせは、電気的に接地、フローティング、またはバイアスされてもよい。
【００２７】
図３では、図４に示される、最上相互接続金属層５３０または最下相互接続金属層５５１に形成される開口部、あるいは図５に示される、最上相互接続金属層５３２に形成される開口部は、バリア５００、５０１および５０２の寄生容量に基づいてすべて選択されてもよい。さらに、図３から図６の開口部は、防止したい汚染物質の量および種類、ならびに接続配線５１０、５１１および５１２を製造するための最小設計ルールに応じて選択されてもよい。例えば、図３および図５に示されるように、接続配線５１０および５１２を配置することによって、それぞれ基板５７０および５７２内に配置される導電性経路から寄生容量を取り除くこともできる。同様に、図４に示されるように、接続配線５１１の配置によって、保護層５２１上に配置される導電性経路から寄生容量を取り除くこともできる。したがって、（図１の）ＭＥＭＳデバイス２００および（図１の）駆動／制御回路３００、ならびに追加の回路および／またはデバイスの実際の設計に基づき、バリア５００、５０１および５０２の組み合わせを実施して、寄生容量を抑制／制御することもできる。
【００２８】
図３から図６では、接続配線５１０、５１１および５１２の開口部と（図１の）駆動／制御回路３００との間の距離を広げて、（図１の）ＭＥＭＳデバイス内への汚染物質および水分の移動をさらに低減することもできる。さらに、バリア５００、５０１および５０２内の導電性ビア５３５、５３６、５３７、５４５、５４６、５４７ａ／５４７ｂ、５５５、５５６および５５７ａ／５５７ｂの位置は、重複することなく要求設計ルールを満たす必要がある。したがって、バリア５００、５０１および５０２の幅を増減させることができるように、導電性ビア５３５、５３６、５３７、５４５、５４６、５４７ａ／５４７ｂ、５５５、５５６および５５７ａ／５５７ｂを配置することもできる。
【００２９】
本発明の多変数発生器を使用する多変数発生器および方法について、本発明の趣旨または範囲から逸脱することなしに、様々な改変および変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。したがって、添付クレームの範囲内に該当する記載される本発明の改変および変更およびその等価物は、本発明に含まれることが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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