(57)【要約】【課題】融点の低い材料で形成された構造体を使用することを可能とし、またその構造体が封止された空間を高真空にすることができるとともに構造体に封止部材が成膜されない半導体装置製造方法を提供する。【解決手段】半導体基板１上に形成された可動の構造体３を犠牲膜で覆い、その犠牲膜をシリコン酸化膜５で覆い、さらにそのシリコン酸化膜５に貫通孔を形成する。そして、その貫通孔を介して犠牲膜を除去して可動の構造体３とシリコン酸化膜５との間に空間を形成し、シリコン酸化膜５に流動性の高いアルミニウムまたはアルミニウム合金をスパッタ法により成膜して貫通孔を封止するようにした。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成された可動の構造体を犠牲膜で覆う工程と、
前記犠牲膜を第１の封止部材で覆う工程と、
前記第１の封止部材に貫通孔を形成する工程と、
前記貫通孔を介して前記犠牲膜を除去し、前記構造体と前記第１の封止部材との間に空間を形成する工程と、
前記第１の封止部材に流動性の高い第２の封止部材をスパッタ法により成膜して前記貫通孔を封止する工程とを有することを特徴とする半導体装置製造方法。
【請求項２】
請求項１の半導体装置製造方法において、
前記貫通孔を、前記可動の構造体が配置された領域以外の領域に近接した第１の封止部材に配置したことを特徴とする半導体装置製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２の半導体装置製造方法において、
前記貫通孔を、前記可動の構造体に隣接して配置された電極の上方に配置したことを特徴とする半導体装置製造方法。
【請求項４】
請求項１、請求項２または請求項３の半導体装置製造方法において、
前記貫通孔は、前記可動の構造体の上方に配置されないことを特徴とする半導体装置製造方法。
【請求項５】
請求項１から請求項３または請求項４の半導体装置製造方法において、
前記第１の封止部材を、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、またはそれらの積層膜としたことを特徴とする半導体装置製造方法。
【請求項６】
請求項１から請求項４または請求項５の半導体装置製造方法において、
前記第２の封止部材を、アルミニウムまたはアルミニウム合金としたことを特徴とする半導体装置製造方法。
【請求項７】
請求項６の半導体装置製造方法において、
前記スパッタ法によるアルミニウムまたはアルミニウム合金の成膜は、３００〜５００℃の範囲で行うことを特徴とする半導体装置製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動子等の機械要素部品、センサ、アクチュエータ、電子回路等をひとつの基板上に集積したＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ：微小電気機械素子）デバイス等の半導体装置製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置製造方法は、基板上に配置された構造体（機械要素部品）である振動子の周囲に成膜された犠牲膜を除去した後、その振動子の上部をＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長法）による酸化膜を成膜することにより封止しているものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】米国特許第５１８８９８３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述した従来の技術においては、ＣＶＤで封止する場合、５５０℃以上といった高温を用いることになるため、この封止工程以前の構造は高温に耐えうるものにしなければならず、アルミニウム等の融点の低いものを用いることができないという問題がある。
また、封止された中空部分は高真空であることが望ましいところ、ＣＶＤを用いた場合は高真空を達成することが困難であるという問題がある。
【０００４】
さらに、ＣＶＤで封止する場合、中空の内部の振動子の周囲にも成膜されてしまうため（特許文献１：Ｆｉｇ．１４）、振動子の特性が変動してしまう可能性があるという問題がある。
本発明は、このような問題を解決することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そのため、本発明は、半導体基板上に形成された可動の構造体を犠牲膜で覆う工程と、前記犠牲膜を第１の封止部材で覆う工程と、前記第１の封止部材に貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔を介して前記犠牲膜を除去し、前記構造体と前記第１の封止部材との間に空間を形成する工程と、前記第１の封止部材に流動性の高い第２の封止部材をスパッタ法により成膜して前記貫通孔を封止する工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
このようにした本発明は、封止される構造体に高温がかかることがなくなり、融点の低い材料で形成された構造体を使用することができるようになるという効果が得られる。
また、封止された空間を高真空にすることができるという効果が得られる。
さらに、構造体に封止部材が成膜されることがなくなり、構造体の特性を変動させることがなくなるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して本発明による半導体装置製造方法の実施例を説明する。
【実施例】
【０００８】
図１は実施例における構造体を封止した半導体装置の断面図である。
図１において、１は半導体基板であり、図示しないトランジスタや多層配線を有するものである。
２は電極であり、ポリシリコンやシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）等で半導体基板１上に形成されたものである。
【０００９】
３は可動の構造体であり、片持ち梁構造または両持ち梁構造等で半導体基板１上に形成されたものである。この可動の構造体３は、例えば振動子であり、高さは１〜５μｍ程度のものである。
なお、本発明において、電極２および可動の構造体３の形状等は特に限定されるものでなく、どのような形状等であってもよい適宜選択可能なものとする。
【００１０】
５は第１の封止部材、７はＴｉＮ（窒化チタニウム）層、また、８は第２の封止部材であり、半導体基板１上に形成された電極２および可動の構造体３を覆うように形成され、半導体基板１との間に形成される空間に電極２および可動の構造体３を封止するものである。
第１の封止部材５は半導体基板１との間に空間を形成するために貫通孔が設けられ、第２の封止部材８はその貫通孔を塞いで半導体基板１との間に形成された空間に電極２および可動の構造体３を封止する。
【００１１】
この第１の封止部材５は、例えばシリコン酸化膜、第２の封止部材８は、フロー性（流動性）の高い材料、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金で構成するものとする。
９はシリコン窒化膜であり、半導体基板１と間で空間を形成する第１の封止部材５および第２の封止部材８を覆うように成膜するものである。
このように本発明による半導体装置は、半導体基板１上に形成された電極２および可動の構造体３を覆うように形成された第１の封止部材５および第２の封止部材８と半導体基板１との間に空間、すなわち中空領域を形成している。
【００１２】
次に、図２の実施例における半導体装置製造方法の工程毎の断面図（ａ）〜（ｉ）に基づいて半導体装置製造方法を説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、半導体基板１上に電極２および片持ち梁構造もしくは両持ち梁構造で可動の構造体３が形成されているものとする。
ここで、梁構造の可動の構造体３を形成するために犠牲層４として、例えばゲルマニウム（Ｇｅ）層を用いるものとする。
【００１３】
次に、図２（ｂ）に示すように、半導体基板１上に形成された電極２および可動の構造体３を覆うようにゲルマニウム（Ｇｅ）層等の犠牲膜４をＬＰ−ＣＶＤ（Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等により成膜する。この犠牲膜４は、例えば１．０μｍ程度に成膜するものとする。
犠牲膜４を成膜すると図２（ｃ）に示すように、その犠牲膜４の一部をフォトリソグラフィーおよびエッチングにより加工して真空で封止すべき領域を残し、その他の領域の犠牲膜４を除去する。
【００１４】
真空で封止すべき領域の犠牲膜４を残すように形成すると図２（ｄ）に示すように、その犠牲膜４を覆うようにシリコン酸化膜等の第１の封止部材５をプラズマＣＶＤ法等で成膜する。この第１の封止部材５は、例えば０．７μｍ程度の厚さに成膜するものとする。
第１の封止部材５を成膜すると図２（ｅ）に示すように、その第１の封止部材５を貫通する孔であり、犠牲層４を除去するための貫通孔６をフォトリソグラフィーおよびエッチングにより形成する。この貫通孔６の直径は、例えば０．５μｍ程度になるように形成するものとする。
【００１５】
ここで、貫通孔６の配置例を図３の実施例における半導体装置の平面図に基づいて説明する。
図３（ａ）は電極２および可動の構造体３の配置例を示している。図３（ａ）が示すように半導体基板１上に配置された可動の構造体３の両側にそれぞれ電極２が配置され、さらに櫛の歯状に延びた可動の構造体３を挟むように電極２が突出して配置されている。このように配置された櫛の歯状に延びた可動の構造体３とその可動の構造体３を挟むように突出した電極２との隙間にはスリット部２１が形成される。
【００１６】
図３（ｂ）は成膜された第１の封止部材５に形成された貫通孔６の配置例を示し、貫通孔６は真空で封止する空間である中空領域２３（図２（ｃ）における犠牲層４を残した領域）の上方であり、可動の構造体３およびスリット部２１の直上を避けた第１の封止部材５、すなわち可動の構造体３が配置された領域以外の領域に近接した第１の封止部材５に配置する。
【００１７】
図２の説明に戻り、第１の封止部材５に貫通孔６を形成すると図２（ｆ）に示すように、貫通孔６を介して犠牲膜４を除去し、可動の構造体３と第１の封止部材５との間に中空領域２３を形成する。例えば、半導体基板１を過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）に浸漬し、犠牲膜４であるＧｅ膜を溶解し、除去する。その後、十分に洗浄し、乾燥させて中空領域２３を形成する。
【００１８】
犠牲膜４を除去すると図２（ｇ）に示すように、スパッタ法により第１の封止部材５上にＴｉＮ膜７、またはＴｉ膜もしくはこれらの積層膜を成膜する。このＴｉＮ膜７は、例えば１００ｎｍ程度の厚さに成膜するものとする。
ＴｉＮ膜７を成膜するとさらにそのＴｉＮ膜７上に第２の封止部材８（アルミニウム（Ａｌ）またはアルミニウム（Ａｌ）合金（以下、「アルミニウム等」という。））をスパッタ法により成膜する。この第２の封止部材８は、例えば７００ｎｍ程度の厚さに成膜するものとする。
【００１９】
なお、このＴｉＮ膜７および第２の封止部材８の成膜は、例えばマルチチャンバ装置等を使用し、真空チャンバ内でＴｉＮ膜７を成膜した後、その真空状態を保ったまま、さらに他の真空チャンバへ搬送し、連続して第２の封止部材８の成膜を行うものとする。
また、第２の封止部材８のスパッタはアルゴン（Ａｒ）圧２ｍＴｏｒｒ前後、温度は３００〜５００℃程度で行うものとする。
【００２０】
さらに、図２（ｇ）に示す２２は、貫通孔６を通過して中空領域内２３に成膜されたＴｉＮ膜７および第２の封止部材８であるが、その貫通孔６を可動の構造体３の可動部分およびスリット部２１の直上を避けて配置したことにより可動の構造体３上には成膜されない。
ここで、第２の封止部材８を成膜するときの貫通孔６の形状の変化を図４の実施例における封止される貫通孔の断面図に基づいて説明する。
【００２１】
まず、図４（ａ）に示すように、スパッタ法によりＴｉＮ膜７が第１の封止部材５に成膜されると第１の封止部材５の上側および貫通孔６の内側にＴｉＮ膜７が形成される。第１の封止部材５の上側に成膜されたＴｉＮ膜７は略一様の厚さに成膜され、一方貫通孔６の内側に成膜されたＴｉＮ膜７は貫通孔６の中空領域２３側から開口部３１側に向けて徐々に厚く成膜される。これはスパッタ法によるＴｉＮ膜７の堆積が貫通孔６の開口部３１側で多くなるためである。
【００２２】
次に、スパッタ法により第２の封止部材８を成膜すると図４（ｂ）に示すように、第２の封止部材８は第１の封止部材５の上側に成膜されたＴｉＮ膜７および貫通孔６に成膜されたＴｉＮ膜７の外側に成膜される。このとき、貫通孔６の開口部３１の近傍は第２の封止部材８が開口部３１の中心に向かって成長するため、その開口部３１は徐々に小さくなっていく。
【００２３】
さらに、スパッタリングを継続して第２の封止部材８を成膜すると図４（ｃ）に示すように、貫通孔６の開口部３１に成長する第２の封止部材８により貫通孔６は閉口する。このようにアルミニウム等の第２の封止部材８が成長し、貫通孔６を閉口させると３００〜５００℃の範囲で行うアルミニウム等のスパッタでは、そのアルミニウム等はフロー性を有し、かつ自らの表面張力により凝集するため、貫通孔６が閉口したときに貫通孔６の内側に成膜されているアルミニウム等を吸い上げて貫通孔６を封止することが可能になる。
【００２４】
貫通孔６を封止すると図４（ｄ）に示すように、さらに貫通孔６の内側に成膜されているアルミニウム等を吸い上げるとともに中空領域２３の反対側の表面は平坦になる。
図２の説明に戻り、ＴｉＮ膜７上に第２の封止部材８を成膜すると図２（ｈ）に示すように、第２の封止部材８の不要な部分をフォトリソグラフィーおよびエッチングにより除去する。
【００２５】
ここで、第２の封止部材８をアルミニウム等とした場合、その熱膨張係数が高く温度の変化等で応力が発生することがあるため、封止する領域が数十μｍ以上と広い場合は、図２（ｈ）に示すように貫通孔６およびその外周部の上方のアルミニウム等だけを残すようにし、金属膜による応力の影響を最小限に抑えることが望ましい。
第２の封止部材８の不要な部分を除去すると図２（ｉ）に示すようにプラズマＣＶＤ法等によりシリコン窒化膜９を第２の封止部材８上に成膜して封止を完了する。第１の封止部材のシリコン酸化膜に吸湿性があるため、シリコン窒化膜９を形成することにより真空の維持をより確実にするためである。
【００２６】
このように真空封止された中空領域２３はスパッタ中のＡｒ分圧である２ｍＴｏｒｒ以下にすることが可能になる。例えば、４００℃でアルミニウム等のスパッタを行い室温に冷却した際、中空領域２３の真空度は０．９ｍＴｏｒｒにすることが可能になる。
また、スパッタ法によりＴｉＮ膜７および第２の封止部材８を成膜するとき、そのＴｉＮ膜７等の一部が貫通孔６を通過して半導体基板１上に成膜されるが、可動の構造体３およびスリット部２１の上方には貫通孔６を形成しないようにしているため、可動の構造体３にＴｉＮ膜７等は付着することがなく、可動の構造体３の動作に影響を与えることはない。
【００２７】
なお、本実施例では、犠牲膜４をゲルマニウムとして説明したが、タングステンとしてもよい。犠牲膜４をタングステンとした場合、本実施例と同様に過酸化水素水で除去することができる。
また、犠牲膜４をシリコン酸化膜にすることも可能であり、その場合は第１の封止部材５にシリコン窒化膜、ポリシリコン膜、シリコンゲルマニウム膜等を用い、さらに弗酸でシリコン酸化膜を除去するようにしてもよい。
【００２８】
また、第１の封止部材５をシリコン酸化膜（下）／シリコン窒化膜（上）の積層構造にすることにより真空維持を確実にし、かつＴｉまたはＴｉＮ膜７との密着性も十分確保することが可能になる。
以上説明したように、本実施例では、アルミニウム等の封止部材をスパッタ法により成膜して貫通孔を塞いで封止するようにしたため、封止される構造体に高温がかかることがなくなり、融点の低い材料で形成された構造体を使用することができるようになるという効果が得られる。
【００２９】
また、アルミニウム等の封止部材をスパッタ法により成膜するようにしたため、封止された中空領域を高真空にすることができるとともにその高真空の状態を長期間にわたり維持することができ、構造体の特性を変動させることがなくなるという効果が得られる。
さらに、スパッタ法により成膜するようにしたこと、および構造体の直上に貫通孔を形成しないようにしたため、構造体に封止部材が成膜されることがなくなり、構造体の特性を変動させることがなくなるという効果が得られる。
【００３０】
さらに、ＴｉやＡｌのような金属材料は酸素や水分などをゲッタリングする働きがあるため、ゲッター材等を封入しなくても良好な真空を維持することが可能になるという更なる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施例における構造体を封止した半導体装置の断面図
【図２】実施例における半導体装置製造方法の工程毎の断面図
【図３】実施例における半導体装置の平面図
【図４】実施例における封止される貫通孔の断面図
【符号の説明】
【００３２】
１    半導体基板
２    電極
３    可動の構造体
４    犠牲膜
５    第１の封止部材
６    貫通孔
７    ＴｉＮ膜
８    第２の封止部材
９    シリコン窒化膜
２１  スリット部
２３  中空領域
３１  開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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