(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と、前記支持基板上に形成された埋め込み絶縁層と、前記埋め込み絶縁層上に形成されたシリコン層と、からなるＳＯＩ基板上に形成された複数の層と、
前記複数の層及び前記ＳＯＩ基板がパターン形成され、かつ、前記支持基板がない部位により構成される、メンブレン構造と、
前記メンブレン構造の上面及び側面を被覆するパッシベーション膜と、
を備え、
前記パッシベーション膜は、前記メンブレン構造の側面において５μｍ以下のせり出しを備える、
電子デバイス。
【請求項２】
前記パッシベーション膜は、窒化シリコン膜により形成されている、
請求項１記載の電子デバイス。
【請求項３】
前記パッシベーション膜は、前記メンブレン構造の上面及び側面上に形成された酸化シリコン膜と、前記酸化シリコン膜上に形成された窒化シリコン膜とを含む、
請求項１又は２記載の電子デバイス。
【請求項４】
一部の領域において前記複数の層から前記埋め込み絶縁層までの層が除去されることによりスクライブラインが形成されており、前記スクライブラインの両側における前記複数の層の側面が前記パッシベーション膜により被覆されている、
請求項１から３のいずれか一項に記載の電子デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メンブレン構造を有する電子デバイス及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＳＯＩ基板を利用してメンブレン構造を作製し、センサや共振器、通信用デバイスを形成する技術が注目されている。メンブレン構造とは、ＳＯＩ基板中の厚い支持基板が削除された部位によって形成された、シリコン層を含む薄膜素子をいう。メンブレン構造には、いわゆるＭＥＭＳ素子も含まれる。【０００３】
このようなメンブレン構造を有する電子デバイスとして、例えばガスセンサデバイスが開示されている（特許文献１，２参照）。特許文献１，２には、ＳＯＩ基板における支持基板の一部を削除して、トランジスタ及び配線層を含むメンブレン構造を形成し、当該メンブレン構造によりガスセンサ素子を構成した例が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１５／１７７９４号公報
【特許文献２】国際公開第２００７／０２６１７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１，２に開示された技術では、通常のＳｉ−ＣＭＯＳと同等の作り方をした後に、ウエハの上下からパターニングを行うことによりメンブレン構造を作製しているが、この時、メンブレン構造の側面には層間絶縁膜が露出したままの構造となっている。層間絶縁膜は、単純に配線層間を絶縁するための膜というだけでなく、段差の低減を行う必要があるために、ＳＯＧやＢＰＴＥＯＳ、ＢＰＳＧ等の段差部をなだらかにする効果を奏する膜を用いている。一方、このような層間絶縁膜はガスや空気中の水成分の吸収を起こしやすく、また温度によってガスや水成分の離脱と吸着・吸収を繰り返す。【０００６】
このように、電子デバイスの動作中にメンブレン構造の側面からガスや水分の浸入があった場合、配線層の腐食、層間絶縁膜の剥離、メンブレン構造のモーションの変化による特性変動などといった不具合が生じる可能性がある。さらには、層間絶縁膜が剥離を起こした場合、メンブレン構造の破壊にもつながり、デバイス信頼性に悪影響を及ぼす。【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、メンブレン構造の側面からのガスや水分の侵入を防止することができる、電子デバイス及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係る電子デバイスは、支持基板と、支持基板上に形成された埋め込み絶縁層と、埋め込み絶縁層上に形成されたシリコン層と、からなるＳＯＩ基板上に形成された複数の層と、複数の層及びＳＯＩ基板がパターン形成され、かつ、支持基板がない部位により構成される、メンブレン構造と、メンブレン構造の上面及び側面を被覆するパッシベーション膜と、を備える。【０００９】
本発明の一態様に係る電子デバイスの製造方法は、支持基板と、支持基板上に形成された埋め込み絶縁層と、埋め込み絶縁層上に形成されたシリコン層と、からなるＳＯＩ基板上に複数の層を形成する工程と、一部の領域における複数の層から埋め込み絶縁層までの層を除去してメンブレン構造のパターンを形成する工程と、メンブレン構造の上面及び側面を被覆するパッシベーション膜を形成する工程とを含む。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、メンブレン構造の側面からのガスや水分の侵入を防止することができる、電子デバイス及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係る電子デバイスの概略断面図である。
【図２】本実施形態に係る電子デバイスの製造方法の工程断面図である。
【図３】本実施形態に係る電子デバイスの製造方法の工程断面図である。
【図４】本実施形態に係る電子デバイスの製造方法の工程断面図である。
【図５】本実施形態に係る電子デバイスの製造方法の工程断面図である。
【図６】本実施形態に係る電子デバイスの製造方法の工程断面図である。
【図７】本実施形態に係る電子デバイスの製造方法の工程断面図である。
【図８】本実施形態に係る電子デバイスの製造方法の工程断面図である。
【図９】本実施形態に係る電子デバイスの製造方法の工程断面図である。
【図１０】本実施形態に係る電子デバイスの製造方法の工程断面図である。
【図１１】本実施形態に係る電子デバイスの製造方法の工程断面図である。
【図１２】本実施形態に係る電子デバイスの製造方法の工程断面図である。
【図１３】本実施形態に係る電子デバイスの製造方法の工程断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。（なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。）
【００１３】
図１は、本実施形態に係る電子デバイスの概略断面図である。
図１に示す電子デバイスは、支持基板１１と、支持基板１１上に形成された埋め込み絶縁層１２と、埋め込み絶縁層１２上に形成されたシリコン層１３と、からなるＳＯＩ基板１０を備える。
【００１４】
ＳＯＩ基板１０には、３層の配線構造２０が形成されている。配線構造２０は、ＳＯＩ基板１０上に形成された層間絶縁膜２１と、層間絶縁膜２１上に形成された配線層２２と、配線層２２を被覆して形成された層間絶縁膜２３と、層間絶縁膜２３上に形成された配線層２４と、配線層２４を被覆して形成された層間絶縁膜２５と、層間絶縁膜２５上に形成された配線層２６とを備える。上下の配線層同士は、層間絶縁膜を貫通するコンタクトプラグにより導通されている。外部との接続部に対応するパッド部Ｐが、配線層２２、２４，２６により形成されており、パッド部Ｐ上には外部電極３０が形成されている。外部電極３０が形成される部位において、層間絶縁膜２３，２５は除去されている。
【００１５】
配線層２２，２４，２６は、ＷやＡｌやＣｕを主成分とした金属材料により構成される。これらの金属材料層の下層には、密着層およびバリアメタルとしてＴｉおよびＴｉＮ、あるいはＴａおよびＴａＮが用いられる。層間絶縁膜２１，２３，２５は、ＳＯＧやＢＰＴＥＯＳ、ＢＰＳＧ等の段差部をなだらかにする効果を奏する膜が用いられる。
【００１６】
ＳＯＩ基板１０上に形成された配線構造２０がパターン形成されることにより、メンブレン構造２が形成されている。メンブレン構造２の部位において、ＳＯＩ基板１０の支持基板１１が除去されている。これにより、埋め込み絶縁層１２と、シリコン層１３と配線構造２０とを備えるメンブレン構造２が構成される。本明細書においてメンブレン構造とは、ＳＯＩ基板中の厚い支持基板が削除された部位によって形成された、シリコン層を含む薄膜素子をいう。
【００１７】
図１に示すように、メンブレン構造２の左右はＳＯＩ基板の他の配線構造２０と分離されているが、メンブレン構造２は他の部位において配線構造２０とつながっている。メンブレン構造２は、複数形成されていてもよい。電子デバイス２において、メンブレン構造２は振動するように構成されていてもよい。メンブレン構造２を備える電子デバイスは、センサや共振器、通信用デバイスに用いられる。
【００１８】
本実施形態では、メンブレン構造２の上面２ａ及び側面２ｂが連続するパッシベーション膜４０で被覆されている。同様に、メンブレン構造２以外の配線構造２０の上面及び側面も連続するパッシベーション膜４０で被覆されている。
【００１９】
パッシベーション膜４０は、酸化シリコン膜４１及び窒化シリコン膜４２の積層膜により構成されている。酸化シリコン膜４１は、メンブレン構造２の側面の層間絶縁膜２１，２３，２５と窒化シリコン膜４２との密着性を向上させるために設けられる。窒化シリコン膜４２は、ガスや水分を遮断するために設けられる。
【００２０】
パッシベーション膜４０は、メンブレン構造２の側面２ｂの下部において５μｍ以下のせり出し４０Ａを備える。このせり出し４０Ａは、パッシベーション膜４０を加工した場合に不可避的に生じるものである。
【００２１】
本実施形態に係る電子デバイスによれば、メンブレン構造２の上面２ａ及び側面２ｂが連続したパッシベーション膜４０で覆われていることにより、メンブレン構造２の側面２ｂからの水分や種々のガス成分の侵入を防止し、電子デバイス特性の安定性を改善することができる。また、金属配線の腐食や層間絶縁膜の膜剥がれを防ぎ、電子デバイスの信頼性を改善することができる。メンブレン構造２を備える電子デバイスでは、メンブレン構造２は振動するために、膜界面にかかる応力も増大する。本実施形態によれば、メンブレン構造２の側面２ｂを連続したパッシベーション膜４０で覆うことにより、メンブレン構造２の機械的強度も増加させることができる。
【００２２】
次に、図１に示す電子デバイスの製造方法について、図２〜図１３を参照して説明する。
【００２３】
図２に示すように、ＳＯＩ基板１０上に配線構造２０を形成する。具体的には、シリコン層１３をパターニングした後に、ＳＯＩ基板１０上に層間絶縁膜２１を形成し、層間絶縁膜２１にコンタクトホールを形成した後に当該コンタクトホールを埋め込む導電層を形成し、層間絶縁膜２１上に配線層２２のパターンを形成する。同様の作業を繰り返して、層間絶縁膜２３、配線層２４、層間絶縁膜２５、及び配線層２６を形成する。また、図２に示すように、一部の配線層２２，２４，２６によりパッド部Ｐを形成しておく。
【００２４】
次に、図３に示すように、最上層の配線層２６の上部に薄い（〜１００ｎｍ程度の）酸化シリコン膜（ＳｉＯｘ）４３膜をプラズマＣＶＤ、もしくはＨＤＰ−ＣＶＤにて形成する。最上層の配線層２６がアルカリ性溶液に溶解する性質を持つ場合、メンブレン（表面）加工の為のレジストパターンを直付けした場合に、何らかの原因で現像液が染み込み、
配線層２６がエッチングされる可能性がある。歩留まり劣化要因を抑制するために、薄膜の酸化シリコン膜４３を先に成膜し、配線パターンを保護する。このような問題がない場合には、酸化シリコン膜４３を省略してもよい。
【００２５】
次に、図４に示すように、レジスト膜５１を形成し、露光及び現像により、パッド部Ｐにおけるレジスト膜５１に開口を形成する。
【００２６】
次に、図５に示すように、レジスト膜５１をマスクとしてパッド部における酸化シリコン膜４３をエッチング除去した後、レジスト膜５１を除去する。
【００２７】
次に、図６に示すように、パッド部Ｐに接続する外部電極３０を形成する。パッド部Ｐを外部とはんだ接続する場合には、例えば、ＮｉやＡｕを主成分とする外部電極３０を形成する。最上層の配線層２６がＷであって、外部とワイヤボンディングする場合には、Ａｌを主成分とする外部電極３０を形成する。
【００２８】
次に、図７に示すように、レジスト膜５３を形成し、露光及び現像により、メンブレン構造２を形成するためのパターン開口を形成する。
【００２９】
次に、図８に示すように、レジスト膜５３をマスクとして、酸化シリコン膜４３から埋め込み絶縁層１２までをエッチングして、メンブレン構造２をパターン形成する。このとき、ダイシングライン部分も同時にエッチングする。その後、レジスト膜５３を除去する（図９）。
【００３０】
次に、図１０に示すように、メンブレン構造２の上面２ａ及び側面２ｂを含む全面に酸化シリコン膜４１を成膜し、続いて、窒化シリコン膜４２を成膜して、酸化シリコン膜４１及び窒化シリコン膜４２からなる２層構造のパッシベーション膜４０を形成する。酸化シリコン膜４１を形成する理由は、メンブレン構造２の側面に露出した層間絶縁膜２１，２３，２５と窒化シリコン膜４２との密着性を向上させ、メンブレン構造２の強度やデバイス信頼性を改善するためである。なお、図１０では、酸化シリコン膜４１及び酸化シリコン膜４３を一体として図解している。
【００３１】
次に、図１１に示すように、レジスト膜５３を形成し、露光及び現像により、メンブレン構造２の周囲、パッド部Ｐ、及びスクライブラインを開口するパターンを形成する。
【００３２】
次に、図１２に示すように、レジスト膜５３の開口に露出した酸化シリコン膜４１及び窒化シリコン膜４２をエッチングする。
【００３３】
次に、図１３に示すように、メンブレン構造２の裏側における支持基板１１を除去する。具体的には、ＳＯＩ基板１０の表面側におけるメンブレン構造２及び配線構造２０を保護した状態で、支持基板１１の全面をグラインドして薄膜化した後に、メンブレン構造２の裏面における支持基板１１をエッチングする。なお、スクライブラインの支持基板１１はエッチングせずに残しておく。
【００３４】
以上により、本実施形態に係る電子装置が製造される。
【００３５】
本実施形態に係る電子デバイスの製造方法によれば、メンブレン構造２の上面２ａ及び側面２ｂを連続したパッシベーション膜４０で被覆することにより、メンブレン構造２の側面２ｂからの水分や種々のガス成分の侵入を防止し、電子デバイス特性の安定性を改善することができる。また、金属配線の腐食や層間絶縁膜の膜剥がれを防ぎ、電子デバイスの信頼性を改善することができる。メンブレン構造２を備える電子デバイスでは、メンブレン構造２は振動するために、膜界面にかかる応力も増大する。本実施形態によれば、メンブレン構造２の側面２ｂを連続したパッシベーション膜４０で覆うことにより、メンブレン構造２の機械的強度も増加させることができる。
【００３６】
なお、図２から図１３を参照して説明した電子デバイスの製造方法において、酸化シリコン膜４３及び酸化シリコン膜４１の少なくともいずれか一方の形成を省略してもよい。これにより、ＳｉＯｘの成膜および加工を１回省略できるので、コストを低減することができる。
【００３７】
また、パッド部Ｐに外部電極３０を形成しない場合には、図４〜図６の工程を省略することができる。また、パッシベーション膜４０を形成する工程の後に、さらに上層の膜を形成してもよい。
【００３８】
以上、本発明の例示的な実施形態および実施例について説明した。
【００３９】
本実施形態に係る電子デバイスは、支持基板と、支持基板上に形成された埋め込み絶縁層と、埋め込み絶縁層上に形成されたシリコン層と、からなるＳＯＩ基板上に形成された複数の層と、複数の層及びＳＯＩ基板がパターン形成され、かつ、支持基板がない部位により構成される、メンブレン構造と、メンブレン構造の上面及び側面を被覆するパッシベーション膜と、を備える。本実施形態に係る電子デバイスによれば、メンブレン構造の上面及び側面がパッシベーション膜で覆われていることにより、メンブレン構造の側面からの水分や種々のガス成分の侵入を防止し、電子デバイス特性の安定性を改善することができる。また、メンブレン構造の膜剥がれを防ぎ、電子デバイスの信頼性を改善することができる。メンブレン構造を備える電子デバイスでは、メンブレン構造は振動するために、膜界面にかかる応力も増大する。本実施形態によれば、メンブレン構造の側面を連続したパッシベーション膜で覆うことにより、メンブレン構造の機械的強度も増加させることができる。
【００４０】
パッシベーション膜は、窒化シリコン膜により形成されている。これにより、メンブレン構造の側面からの水分や種々のガス成分の侵入を防止することができる。
【００４１】
パッシベーション膜は、メンブレン構造の上面及び側面上に形成された酸化シリコン膜と、酸化シリコン膜上に形成された窒化シリコン膜とを含む。メンブレン構造と窒化シリコン膜との間に酸化シリコン膜を形成することにより、メンブレン構造に対する窒化シリコン膜の密着性を向上できる。
【００４２】
一部の領域において複数の層から埋め込み絶縁層までの層が除去されることによりスクライブラインが形成されており、スクライブラインの両側における複数の層の側面がパッシベーション膜により被覆されている。スクライブラインの両側においても複数の層の端面が露出することから、同様に水分やガスの吸着・浸入による不具合が発生する。メンブレンの表側加工をすると同時にスクライブラインも同様に作りこむことにより、このような不具合の発生を抑制できる。また、スクライブ時に発生するクラックや膜剥がれ等の問題も（直接層間膜を削らなくて良いこととなり）抑制する効果が得られる。
【００４３】
パッシベーション膜は、メンブレン構造の側面において５μｍ以下のせり出しを備える。このせり出しは、パッシベーション膜を加工した場合に不可避的に生じるものである。
【００４４】
本実施形態に係る電子デバイスの製造方法は、支持基板と、支持基板上に形成された埋め込み絶縁層と、埋め込み絶縁層上に形成されたシリコン層と、からなるＳＯＩ基板上に複数の層を形成する工程と、一部の領域における複数の層から埋め込み絶縁層までの層を除去してメンブレン構造のパターンを形成する工程と、メンブレン構造の上面及び側面を被覆するパッシベーション膜を形成する工程とを含む。このように、メンブレン構造の上面及び側面をパッシベーション膜で被覆することにより、メンブレン構造の側面からの水分や種々のガス成分の侵入を防止し、電子デバイス特性の安定性を改善することができる。また、複数の層の膜剥がれを防ぎ、電子デバイスの信頼性を改善することができる。メンブレン構造を備える電子デバイスでは、メンブレン構造は振動するために、膜界面にかかる応力も増大する。本実施形態によれば、メンブレン構造の側面を連続したパッシベーション膜で覆うことにより、メンブレン構造の機械的強度も増加させることができる。
【００４５】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【００４６】
２…メンブレン構造、２ａ…上面、２ｂ…側面、１０…ＳＯＩ基板、１１…支持基板、１２…埋め込み絶縁層、１３…シリコン層、２０…配線構造、２１…層間絶縁膜、２２…配線層、２３…層間絶縁膜、２４…配線層、２５…層間絶縁膜、２６…配線層、３０…外部電極、４０…パッシベーション膜、４０Ａ…せり出し、４１…酸化シリコン膜、４２…窒化シリコン膜、４３…酸化シリコン膜、５１，５２，５３，５４…レジスト膜、Ｐ…パッド部
【図１】
0006688490.tif 000002
【図２】
0006688490.tif 000003
【図３】
0006688490.tif 000004
【図４】
0006688490.tif 000005
【図５】
0006688490.tif 000006
【図６】
0006688490.tif 000007
【図７】
0006688490.tif 000008
【図８】
0006688490.tif 000009
【図９】
0006688490.tif 000010
【図１０】
0006688490.tif 000011
【図１１】
0006688490.tif 000012
【図１２】
0006688490.tif 000013
【図１３】
0006688490.tif 000014