(57)【要約】【課題】エッチング液を用いてＭＥＭＳ構造体をリリースする際に、フォトレジスト膜を必要とせず、工程を簡略化でき、かつ容易にＭＥＭＳ構造体を封止するＭＥＭＳデバイスの製造方法を提供する。【解決手段】半導体基板３１の上方に構造体層を形成する工程と、配線層３８を形成する工程と、パッシベーション膜３９を形成する工程と、ポリイミド樹脂膜４０を形成する工程と、ＭＥＭＳ構造体５０の上方に位置するポリイミド樹脂膜４０に複数の開口部４２を形成する工程と、ポリイミド樹脂膜４０をマスクとしてポリイミド樹脂膜４０の開口部４２からエッチング液を接触させて配線層８および構造体層の酸化膜をエッチングしてＭＥＭＳ構造体５０をリリースし、かつパッシベーション膜３９と半導体基板３１の間に空洞部４４を形成する工程と、開口部４２を塞ぎ空洞部４４の気密封止処理する工程と、を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部と可動部を備えたＭＥＭＳ構造体が半導体基板に形成されたＭＥＭＳデバイスの製造方法であって、
前記半導体基板の上方に酸化膜と前記ＭＥＭＳ構造体とを備えた構造体層を形成する工程と、
前記ＭＥＭＳ構造体層の上方に酸化膜を介して配線を積層する配線層を形成する工程と、
前記配線層の上方にパッシベーション膜を形成する工程と、
前記パッシベーション膜の上にポリイミド樹脂膜を形成する工程と、
前記ＭＥＭＳ構造体の上方に位置する前記ポリイミド樹脂膜に複数の開口部を形成する工程と、
前記ポリイミド樹脂膜をマスクとして前記ポリイミド樹脂膜の開口部からエッチング液を接触させて前記配線層および前記構造体層の酸化膜をエッチングして前記ＭＥＭＳ構造体をリリースし、かつ前記パッシベーション膜と前記半導体基板の間に空洞部を形成する工程と、
前記開口部を塞ぎ前記空洞部の気密封止処理する工程と、
を有することを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
前記気密封止処理する工程が、樹脂を塗布して前記開口部を塞ぎ、前記樹脂を硬化する工程であることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
前記気密封止処理する工程が、前記開口部を覆う板状部材を前記ポリイミド樹脂膜に固着する工程であることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
前記ＭＥＭＳデバイスを多数個取りする半導体ウエハレベルで、前記構造体層を形成する工程から前記気密封止処理する工程まで行ない、その後、前記ＭＥＭＳデバイスごとに個片化することを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板にＭＥＭＳ構造体を備えたＭＥＭＳデバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＥＭＳ（Micro  Electro  Mechanical  System）技術を用いて製作された、ＭＥＭＳデバイスが注目されている。ＭＥＭＳデバイスは、微小なＭＥＭＳ構造体を半導体基板上に製作し、振動子、センサなどの用途として利用されている。このＭＥＭＳ構造体には、固定部と可動部が設けられ、可動部の振動あるいは撓みを利用してＭＥＭＳデバイスとしての特性を得ている。
ところで、ＭＥＭＳ構造体の可動部は片持ち梁あるいは両持ち梁構造をとり、可動部の支持部以外は空中に浮いた構造である。このため、ＭＥＭＳ構造体の製造工程中において可動部の下側に形成された犠牲層をウエットエッチングすることにより可動部をリリースしている。この可動部をリリースする際には、必要な部分のみエッチングされるように、一般には、フォトレジスト膜をパターニングし、エッチング終了後にフォトレジスト膜を除去している（特許文献１参照）。
【０００３】
また、このようにＭＥＭＳ構造体が形成された後に、用途に応じてＭＥＭＳ構造体を減圧雰囲気あるいは不活性ガス雰囲気で気密封止している。
可動部の振動を利用するＭＥＭＳデバイスの場合には、可動部の振動時における空気抵抗を減ずるために、ＭＥＭＳ構造体部分を減圧雰囲気にて気密封止するのが一般的である。また、可動部の振動を利用しない場合にも、耐湿性などの信頼性を確保するためにＭＥＭＳ構造体部分を減圧雰囲気あるいは不活性ガス雰囲気で気密封止する必要がある。
例えば、特許文献２に示すような、ＭＥＭＳ構造体（微小機械）が形成された下部基板と、空洞部が形成された上部基板とを、Ｏリングを介して減圧雰囲気で気密封止する構造のＭＥＭＳデバイスが提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２７６２００号公報（１０頁、図１２）
【特許文献２】特開２００５−２９７１８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の製造工程において、エッチング液を用いてＭＥＭＳ構造体をリリースする際に、フォトレジスト膜を形成し、エッチング後にこのフォトレジスト膜を除去する工程が必要であり、製造工程が長くなるという問題があった。
また、従来のＭＥＭＳデバイスの気密封止方法では、それぞれの部品の位置合わせを行う位置合わせ工程、そしてそれらを圧着する圧着工程が必要であり、製造工程が複雑であった。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、エッチング液を用いてＭＥＭＳ構造体をリリースする際に、フォトレジスト膜を必要とせず、工程を簡略化でき、かつ容易にＭＥＭＳ構造体を気密封止することを可能とするＭＥＭＳデバイスの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のＭＥＭＳデバイスの製造方法は、固定部と可動部を備えたＭＥＭＳ構造体が半導体基板に形成されたＭＥＭＳデバイスの製造方法であって、前記半導体基板の上方に酸化膜と前記ＭＥＭＳ構造体とを備えた構造体層を形成する工程と、前記ＭＥＭＳ構造体層の上方に酸化膜を介して配線を積層する配線層を形成する工程と、前記配線層の上方にパッシベーション膜を形成する工程と、前記パッシベーション膜の上にポリイミド樹脂膜を形成する工程と、前記ＭＥＭＳ構造体の上方に位置する前記ポリイミド樹脂膜に複数の開口部を形成する工程と、前記ポリイミド樹脂膜をマスクとして前記ポリイミド樹脂膜の開口部からエッチング液を接触させて前記配線層および前記構造体層の酸化膜をエッチングして前記ＭＥＭＳ構造体をリリースし、かつ前記パッシベーション膜と前記半導体基板の間に空洞部を形成する工程と、前記開口部を塞ぎ前記空洞部の気密封止処理する工程と、を有することを特徴とする。
【０００７】
この製造方法によれば、エッチング液を用いてＭＥＭＳ構造体をリリースする際に、ＭＥＭＳ構造体の上方のポリイミド樹脂膜をマスクとして、ポリイミド樹脂膜の開口部からエッチング液を接触させてＭＥＭＳ構造体をリリースすることができる。そして、ＭＥＭＳ構造体をリリースした後も、このポリイミド樹脂膜がエッチングされずに、ＭＥＭＳ構造体の上方に残されており、開口部を塞ぐ気密封止処理を行うことでＭＥＭＳ構造体の配置された空洞部を気密封止することができる。
このように、本発明は、エッチング液を用いてＭＥＭＳ構造体をリリースする際にフォトレジスト膜を使用しないことから、製造工程を簡略化でき、かつ容易にＭＥＭＳ構造体が配置された空洞部を気密封止することを可能とするＭＥＭＳデバイスの製造方法を提供できる。
【０００８】
本発明のＭＥＭＳデバイスの製造方法は、前記気密封止処理する工程が、樹脂を塗布して前記開口部を塞ぎ、前記樹脂を硬化する工程であることが望ましい。
【０００９】
この製造方法によれば、ポリイミド樹脂膜の開口部に樹脂を塗布して開口部を塞ぎ、その樹脂を硬化させることで、容易にＭＥＭＳ構造体が配置された空洞部を気密封止することができる。
【００１０】
本発明のＭＥＭＳデバイスの製造方法は、前記気密封止処理する工程は前記開口部を覆う板状部材を固着する工程であることが望ましい。
【００１１】
この製造方法によれば、ポリイミド樹脂膜の開口部を覆う板状部材をポリイミド樹脂膜に固着することで、容易にＭＥＭＳ構造体が配置された空洞部を気密封止することができる。
【００１２】
本発明のＭＥＭＳデバイスの製造方法は、前記ＭＥＭＳデバイスを多数個取りする半導体ウエハレベルで、前記構造体層を形成する工程から前記気密封止処理する工程まで行ない、その後、前記ＭＥＭＳデバイスごとに個片化することが望ましい。
【００１３】
この製造方法によれば、半導体ウエハレベルで多数のＭＥＭＳデバイスを製造することができ、ＭＥＭＳデバイスの製造工程における生産性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。また、以下の実施形態ではＭＥＭＳデバイスとしてＭＥＭＳ振動子を例にとり説明する。
（第１の実施形態）
【００１５】
図１は、ＭＥＭＳ振動子の構成を示す概略図であり、図１（ａ）は模式平面図、図１（ｂ）は、同図（ａ）のＥ−Ｅ断線に沿う模式断面図である。
【００１６】
ＭＥＭＳ振動子７０は、半導体基板３１にＭＥＭＳ構造体５０、ＭＥＭＳ構造体５０を取り囲むように形成した配線層３８、配線層３８の上方からＭＥＭＳ構造体５０上方に連なり開口部４２が形成されたポリイミド樹脂膜４０、開口部４２を塞ぐ樹脂膜４５を備えている。
シリコンからなる半導体基板３１上には、シリコン酸化膜３２が形成され、その上にシリコン窒化膜３３が形成されている。そして、シリコン窒化膜３３上にＭＥＭＳ構造体５０が設けられている。ＭＥＭＳ構造体５０はポリシリコンにて形成され、固定部３４ａ，３４ｂおよび可動部３７から構成されている。また、この固定部３４ａ，３４ｂおよび可動部３７は電極として作用している。
【００１７】
固定部３４ａは可動部３７の両端を保持することで可動部３７を空中に保持し、固定部３４ａの一方は、ＭＥＭＳ構造体５０を取り囲む配線層３８に延出し、配線４６に接続されている。配線層３８は、配線４６がＳｉＯ2などの絶縁膜を介して積層され、その上部に設けられた接続パッド４７に接続されている。
一方、固定部３４ｂは可動部３７の下方に隙間を保って位置し、配線層３８に延出され、配線４６に接続されている。この配線４６はＳｉＯ2などの絶縁膜を介して積層され、その上部に設けられた接続パッド４８に接続されている。
なお、配線層３８の下にはＳｉＯ2などの酸化膜３５が形成されており、ＭＥＭＳ構造体５０をエッチングにてリリースする際の犠牲層である。
【００１８】
配線層３８の上からＭＥＭＳ構造体５０上方に連なってパッシベーション膜３９が形成され、さらにパッシベーション膜３９の上に耐酸性膜としてポリイミド樹脂膜４０が形成されている。このようにして、ポリイミド樹脂膜４０と半導体基板３１の間に、ＭＥＭＳ構造体５０を配置する空洞部４４が画定されている。
そして、パッシベーション膜３９およびポリイミド樹脂膜４０における、ＭＥＭＳ構造体５０の上方に位置する部分には複数の開口部４２が設けられている。
ポリイミド樹脂膜４０の上には、ポリイミドなどの樹脂が塗布されて硬化した樹脂膜４５にて開口部４２が塞がれ、空洞部４４を減圧雰囲気にて気密封止されている。
【００１９】
このような構造のＭＥＭＳ振動子７０は、ＭＥＭＳ構造体５０の固定部３４ａを介して可動部３７に直流電圧が印加されると、可動部３７と固定部３４ｂの間に電位差が生じ、可動部３７と固定部３４ｂの間に静電力が働く。ここで、さらに可動部３７に交流電圧が印加されると、静電力が大きくなったり小さくなったり変動し、可動電極３７が固定部３４ｂに近づいたり、遠ざかる方向に振動する。このとき、固定部３４ｂの電極表面では、電荷の移動が生じ、固定部３４ｂに電流が流れる。そして、振動が繰り返されることから、固定部３４ｂから固有の共振周波数信号が出力される。
【００２０】
以下、上記構成のＭＥＭＳ振動子の製造方法について説明する。
図２、図３はＭＥＭＳ振動子の製造工程を示す模式断面図である。図２、図３において、図１に示した部材と同一の部材には同符号を付している。
【００２１】
まず図２（ａ）に示すように、シリコンからなる半導体基板３１の上に熱酸化によりシリコン酸化膜３２を形成し、その上にシリコン窒化膜３３を形成する。
次に、シリコン窒化膜３３の上にポリシリコン膜を形成し、フォトレジストを塗布する。このフォトレジスト膜をパターニングし、図２（ｂ）に示すように、エッチングによりＭＥＭＳ構造体の固定部３４ａ，３４ｂを形成する。
その後、図２（ｃ）に示すように、固定部３４ａ，３４ｂの上からＳｉＯ2などの酸化膜３５を形成し、固定部３４ａ上の酸化膜３５に開口穴３６を形成する。
【００２２】
続いて、酸化膜３５の上にポリシリコン膜を形成し、フォトレジストを塗布する。このフォトレジスト膜をパターニングし、図２（ｄ）に示すように、エッチングによりＭＥＭＳ構造体の可動部３７を形成する。このようにして、固定部３４ａ，３４ｂ、酸化膜３５、可動部３７を備えた構造体層を形成する。
次に、固定部３４ａ，３４ｂの上方の酸化膜３５の一部に開口穴を形成して、固定部３４ａ，３４ｂと接続する配線を形成する。その後、図２（ｅ）に示すように、ＳｉＯ2などの絶縁膜を介して配線４６を積層した配線層３８を形成する。
そして、図２（ｆ）に示すように、配線層３８の上にパッシベーション膜３９を形成する。
【００２３】
次に、図３（ａ）に示すように、ＭＥＭＳ構造体の上方のパッシベーション膜３９に複数の開口穴４１を形成する。また、このとき同時に接続パッド４８の開口を行う。
続いて、図３（ｂ）に示すように、パッシベーション膜３９の上にポリイミド樹脂膜４０を形成する。ポリイミド樹脂膜４０は、ポリイミド樹脂がスピンコート法などにより塗布され、加熱硬化処理することで形成されている。
次に、図３（ｃ）に示すように、パッシベーション膜３９に形成した開口部４１に対応する部分のポリイミド樹脂膜４０をエッチングにて開口し開口部４２を形成する。この開口部４２は、ポリイミド樹脂膜４０からパッシベーション膜３９にまで及ぶ深さで形成されている。また、このとき同時に接続パッド４８の開口を行う。
なお、ポリイミド樹脂膜４０の形成において、感光性ポリイミド樹脂を用いて、露光・現像処理を行うことでポリイミド樹脂膜４０に開口部４２を形成しても良い。
【００２４】
続いて、ポリイミド樹脂膜４０をマスクとして複数の開口部４２から酸性のエッチング液を接触させて、配線層３８、構造体層の酸化膜３５をエッチングしてＭＥＭＳ構造体５０をリリースする。
このとき、接続パッド４８を侵さないように、エッチング液としてアルミ非溶解液を使用している。なお、エッチング液がアルミを侵す性質のものを使用する場合には、ＭＥＭＳ構造体５０をリリースした後、接続パッド４８を開口すれば良い。
このように、ポリイミド樹脂膜４０は耐酸性の性質を有し、エッチング液などの酸に侵されることがなく、ＭＥＭＳ構造体５０の上方に複数の開口部４２を有するポリイミド樹脂膜４０が残される。また、半導体基板３１とポリイミド樹脂膜４０の間に空洞部４４を形成できる。
【００２５】
そして、図３（ｅ）に示すように、減圧雰囲気にてポリイミド樹脂膜４０の開口部４２を塞ぐように樹脂を塗布したのち、加熱硬化して樹脂膜４５を形成することでＭＥＭＳ構造体５０が配置された空洞部４４を減圧雰囲気にて気密封止する。
また、本実施形態では、空洞部４４を減圧雰囲気にて気密封止を行ったが、窒素などの不活性ガス雰囲気で上記の気密封止処理を行えば、空洞部４４を不活性ガス雰囲気にて気密封止することが可能である。
【００２６】
以上のＭＥＭＳ振動子の製造方法によれば、エッチング液を用いてＭＥＭＳ構造体５０をリリースする際に、ＭＥＭＳ構造体５０の上方のポリイミド樹脂膜４０をマスクとして、ポリイミド樹脂膜４０の開口部４２からエッチング液を接触させてＭＥＭＳ構造体５０をリリースすることができる。そして、ＭＥＭＳ構造体５０をリリースした後も、このポリイミド樹脂膜４０がエッチングされずに、ＭＥＭＳ構造体５０の上方に残されており、開口部４２を塞ぐように樹脂を塗布したのち、加熱硬化して樹脂膜４５を形成することでＭＥＭＳ構造体５０の配置された空洞部４４を気密封止することができる。
このように、本実施形態では、エッチング液を用いてＭＥＭＳ構造体５０をリリースする際にフォトレジスト膜を使用しないことから、製造工程を簡略化でき、かつ容易にＭＥＭＳ構造体５０が配置された空洞部４４を気密封止することを可能とするＭＥＭＳデバイス７０の製造方法を提供できる。
【００２７】
なお、本実施形態では、ＭＥＭＳ構造体５０の固定部３４ａ，３４ｂおよび可動部３７の上方のポリイミド樹脂膜４０に複数の開口部４２を設けたが、この開口部の大きさ、数はＭＥＭＳ構造体５０を確実にエッチングでリリースできる大きさ、数であればよく、適宜変更をしても良い。
また、この開口部の位置についても同様に、ＭＥＭＳ構造体５０を確実にエッチングでリリースできる位置であればよく、例えば、可動部３７上方を除く位置に開口部４２を形成しても良い。このようにした場合、開口部４２に樹脂を塗布・硬化して気密封止処理を行う際、樹脂が可動部３７に落下して付着することがなく、歩留まりを低下させることがない。
（変形例）
【００２８】
次に、上記実施形態における、ＭＥＭＳ構造体の気密封止処理の変形例について説明する。
図４、図５は気密封止処理の変形例を示す模式断面図である。この変形例では気密封止処理を行う部分のみ異なり、他の部分については上記実施形態と同符号を付し、説明を省略する。
図４において、ポリイミド樹脂膜４０に形成された複数の開口部４２ごとに樹脂５１が塗布され樹脂５１を硬化させることで、空洞部４４が気密封止されている。
図５において、ポリイミド樹脂膜４０に形成された複数の開口部４２を覆うように金属あるいは樹脂などの板状部材５２が、その外周にて接着され空洞部４４が気密封止されている。
このように、ポリイミド樹脂膜４０に形成された複数の開口部４２を塞ぐことで、ＭＥＭＳ構造体５０が配置された空洞部４４を容易に気密封止でき、その気密封止方法は様々な方法をとることが可能である。
上記のような変形例においても、第１の実施形態と同様な効果を享受することができる。
（第２の実施形態）
【００２９】
次に、半導体ウエハレベルでＭＥＭＳ振動子を製造する方法について説明する。
図６は半導体ウエハレベルでＭＥＭＳ振動子を製造する場合の半導体ウエハを示す平面図である。
半導体ウエハ１００には、ＭＥＭＳ振動子１１０を多数個取りするように、多数の領域が設定され、それぞれの領域は、第１の実施形態で説明した半導体基板１００上に構造体層を形成する工程から気密封止処理する工程まで製造が行われる。その後、領域ごとに切断などで個片化し、ＭＥＭＳ振動子１１０を得ている。
【００３０】
このＭＥＭＳ振動子１１０の製造方法によれば、半導体ウエハレベルで多数のＭＥＭＳ振動子１１０を製造することができ、ＭＥＭＳ振動子１１０の製造工程における生産性を向上させることができる。
【００３１】
なお、本実施形態では半導体基板の材質としてシリコンを用いて説明したが、他にＧｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＳｎ、ＰｂＳ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＧａＮ、ＺｎＳｅなどを用いることができる。
また、半導体基板に回路素子を形成してＭＥＭＳ構造体を発振させる発振回路を構成し、ＭＥＭＳ振動子に発振回路を備えたＭＥＭＳデバイスとしても良い。
さらに、本実施形態ではＭＥＭＳデバイスとして、ＭＥＭＳ振動子を例にとり説明したが、他の実施として、電気スイッチなどの電子部品、加速度センサ、圧力センサ、ジャイロセンサなどの各種センサなどとして利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第１の実施形態におけるＭＥＭＳ振動子の構成を示す概略図であり、（ａ）は模式平面図、（ｂ）は、同図（ａ）のＥ−Ｅ断線に沿う模式断面図。
【図２】第１の実施形態におけるＭＥＭＳ振動子の製造工程を示す模式断面図。
【図３】第１の実施形態におけるＭＥＭＳ振動子の製造工程を示す模式断面図。
【図４】第１の実施形態の気密封止処理の変形例を示す模式断面図。
【図５】第１の実施形態の気密封止処理の変形例を示す模式断面図。
【図６】第２の実施形態として半導体ウエハレベルでＭＥＭＳ振動子を製造する場合の半導体ウエハを示す平面図。
【符号の説明】
【００３３】
３１…半導体基板、３４ａ，３４ｂ…固定部、３５…酸化膜、３７…可動部、３８…配線層、３９…パッシベーション膜、４０…ポリイミド樹脂膜、４２…開口部、４４…空洞部、４５…樹脂膜、４６…配線、５０…ＭＥＭＳ構造体、７０…ＭＥＭＳ振動子、１００…半導体ウエハ。
【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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