(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体スィチング素子と、固定電極及びこの固定電極に対して移動可能な可動電極を有する集積化されたマイクロ部品とを半導体スライスの表面に隣接するように形成し、その後スライスを個別の半導体装置に分割して半導体装置を製造するに際し、
半導体スィチング素子を形成した後、前記表面上に固定電極及び電気的接続部を構成する第１のレベルの金属の導体トラックを形成し、この上に、絶縁層と可動電極及び別の電気的接続部を構成する第２のレベルの金属の導体トラックとを形成し、その後保護層を被着し、この保護層を、保護層の一部が可動電極上に残存するように前記マイクロ部品の領域で除去し、その後固定電極と可動電極との間の絶縁層を除去することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の製造方法において、前記可動電極が２個のセグメントに分割されており、これらセグメントはそれより小さい断面寸法の部分により分けられていることを特徴とする製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の製造方法において、前記半導体素子及びマイクロ部品を形成した後、前記半導体スライスをその表面もってキャビティが形成されているカバープレートに結合し、この結合の後マイクロ部品をキャビティで覆い、半導体スライス及びカバープレートを、マイクロ部品を有する個別の半導体装置に分割し、各マイクロ部品がカバープレートの一部により覆われていることを特徴とする製造方法。
【発明の詳細な説明】
本発明は、半導体スィチング素子と、固定電極及びこの固定電極に対して移動可能な可動電極を有する集積化されたマイクロ部品とを半導体スライスの表面に隣接するように形成し、その後スライスを個別の半導体装置に分割して半導体装置を製造する方法に関するものである。また、本発明は、半導体スィチング素子と、固定電極及びこの固定電極に対して移動可能な可動電極を有する集積化されたマイクロ部品とが形成されている半導体基板を有する半導体装置に関するものである。
この方法は、特に機械的な加速度や応力を測定し処理する半導体装置の製造に好適である。マイクロ部品は、例えば固定電極に対する可動電極の変位により容量変化や電極間の接触が生ずる容量性加速度トランスジューサとされる。可動電極はミラー面とされて可動ミラーとして動作することができるので、電極間に印加される電圧によりミラーが変位し、ミラーに入射する光を可視的に反射させ又は反射しないようにすることができる。例えばトランジスタやダイオードのような半導体スィチング素子は、例えば電極間の容量変化、電極間の接触、又はミラーの変位を処理し又は制御する半導体回路の一部を構成する。
米国特許第５３２６７２６号明細書には冒頭部で述べた形式の方法が記載されており、マイクロ部品として加速度トランスジューサを有する半導体装置が製造されている。このマイクロ部品は表面に隣接する領域に形成された固定電極と多結晶シリコンの可動電極とを有している。
上述した既知の方法には、マイクロ部品の製造に極めて多数の処理工程が必要であり、これら処理工程が半導体スライス中に半導体素子を製造するための処理工程に悪影響を及ぼす欠点がある。
本発明の目的は、上記欠点を軽減することにある。
この目的を達成するため、本発明の方法は、半導体スィチング素子を形成した後、前記表面上に固定電極及び電気的接続部を構成する第１のレベルの金属の導体トラックを形成し、この上に、絶縁層と可動電極及び別の電気的接続部を構成する第２のレベルの金属の導体トラックとを形成し、その後保護層を被着し、この保護層を、保護層の一部が可動電極上に残存するように前記マイクロ部品の領域で除去し、その後固定電極と可動電極との間の絶縁層を除去することを特徴とする。
従って、本発明の方法では、初めに半導体スィチング素子が形成され、次に装置の金属化処理が行われる間にマイクロ部品が同時に形成される。この半導体装置は、少なくとも２個のレベルの金属トラックを用いる所謂ダブルレベル金属構造技術により製造される。この技術は、Lattice Pressの“Silicon Processing for the VLSI Era”の第２巻，第１８８頁に記載されている。例えば半導体スイッチング素子間の電気的接続を得るため、例えばコンタクト面に接続するための、ボンディングワイヤを結合するため、又はマイクロ部品とスイッチング素子との間を接続するために２個又はそれ以上の金属化レベルの導体トラックが用いられている。この金属導体トラックはデバイスの最終の製造工程で形成されている。マイクロ部品の電極は、２個の金属層レベルの導体トラックにより製造されるので、マイクロ部品を加える製造工程の“バックエンド”に十分適合する。これは、半導体スライスに半導体素子を製造するための標準の処理を用いることができることを意味する。これにより、デバイスの製造が一層簡単で安価になる。
本発明による方法は、第２のレベルの導体トラックを形成した後、保護層を被着し、この保護層を、保護層の一部が可動電極上に残存するように前記マイクロ部品の領域で除去し、その後固定電極と可動電極との間の絶縁層を除去することを特徴とする。可動電極の質量は、このようにして調整することができる。好ましくは、前記可動電極のスティフネスに影響を与える直径の変化を、可動電極を構成する導体トラックに形成することを特徴とする。この径の変化により可動電極のスティフネスを高精度に調整することができる。ここで、スティフネスＳは、ある変位ｘを得るために必要な力Ｋをこの変位ｘで除算したもの、従って式Ｓ＝Ｋ／ｘで規定されるものであると理解される。例えば可動電極に局部的なより小さい断面部分が形成されている場合、すなわちスティフネスが小さくなると、理想的な力により変位は一層大きくなる。可動電極は１個のセグメントで構成することができる。好ましくは、可動電極はより小さい断面寸法の部分により分離されている２個のセグメントに分割する。可動電極はより大きいスティフネスのセグメント及びより小さいスティフネスのセグメントを有することができる。より大きいスティフネスのセグメントを用いて例えば容量性加速度トランジューサに基準電圧を発生させることができる。マイクロ部品は、例えば可動電極のスティフネス及び質量を制御することにより、ある周波数域で特別な感度を有することができる。
前記半導体素子及びマイクロ部品を形成した後、前記半導体スライスをその表面もってキャビティが形成されているカバープレートに結合し、この結合の後マイクロ部品をキャビティで覆い、半導体スライス及びカバープレートを、マイクロ部品を有する個別の半導体装置に分割し、各マイクロ部品がカバープレートの一部により覆うことにより特別な利点が得られる。この場合多数のスイッチング素子及びマイクロ部品をウエファのレベルに製造し包囲することができる。分割した後、各々がカバープレートの一部により覆われたマイクロ部品を有する個別の半導体装置が製造される。この場合、例えば標準の方法により可動電極を樹脂中に埋め込むことなく半導体装置をエポキシ樹脂中に封止することができる。
また、本発明は、半導体スィチング素子と、固定電極及びこの固定電極に対して移動可能な可動電極を有する集積化されたマイクロ部品とが形成されている半導体基板を有する半導体装置にも関するものである。
本発明では、２個のレベルの金属の導体トラックが形成され、前記固定電極が２個のレベルのうちの第１のレベルの金属導体トラックにより構成され、前記可動電極が第２のレベルの金属導体トラックにより構成されていることを特徴とする。この半導体装置は、上述したように簡単な方法で製造することができる。
図面を参照して本発明を詳細に説明する。
図面は線図的であり、スケール通りに記載されていない。図面中対応する部材には同一符号を付して説明する。
図１は平面図であり、図２は本発明による方法により製造された容量性加速度計の図１のＡ−Ａ線断面図である。半導体スィチング素子２と、固定電極６及びこの固定電極に対して移動可能な電極７を有する集積化されたマイクロ部品３とをシリコンの半導体スライス１の表面に隣接するように形成し、その後スライス１を個別の半導体装置に分割する。個別の半導体装置は、例えば１個のマイクロ部品とこのマイクロ部品からの信号を処理するスィチング素子とを具える。
この半導体装置は、初めに半導体スィチング素子２が標準の技術により既知の方法で製造されるようにして製造される。図２はスィチング素子２が半導体素子として形成されている半導体スライス１を示す。このスィチング素子トランジスタには、ゲート酸化膜１１によりチャネル領域１２から分離されている多結晶シリコンゲート電極１０が形成されている。ゲート電極１０はその周辺にシリコン酸化物で覆われている。半導体スライス１の導電型とは反対の導電型の不純物が添加されているソース領域１３及びドレイン領域１４がチャネル領域１２と隣接する。１個のスィチング素子及び１個のマイクロ部品３を図面に記載する。しかしながら、実際には、多数のトランジスタ及び数個のマイクロ部品を半導体装置に形成することができる。本例において、トランジスタ２は、他のトランジスタ及び局部的に凹んだ酸化層１６によりマイクロ部品３が形成されているスライスの部分から分離する。図３は第１のレベルの金属層がスライス１の表面上にどのように形成されているかを示し、本例では厚さが０．５μｍのスパッタされたアルミニウム層とする。この層はリソグラフィ技術及びエッチングにより既知の方法でパターン化され、固定電極６及び電気的接続部９（図４参照）を構成する金属の導体トラックを形成する。本例の電気的接続部９はソース領域１３を別のトランジスタ（図示せず）に接続しドレイン領域１４を固定電極６に接続する。０．８μｍの厚さの絶縁性シリコン酸化層２１を第１のレベルの金属トラック上に気相からの堆積（ＣＶＤ）により既知の方法で形成する。この絶縁層２１は第１のレベルの金属層２０を覆う。次に、絶縁層２１を既知の方法でパターン化する（図４参照）。次に、１μｍの厚さのアルミニウム層２２をスパッタリング処理により絶縁層２１上に形成し既知方法でパターン化し、可動電極７及び別の電気的接続部８を構成する第２のレベルの金属導体トラックを形成する（図５参照）。別の電気的接続部８は、例えばゲート電極１０を半導体装置の別の部分に接続する。第２のレベルの導体トラック７，８が形成された後、保護層（本例では、窒化シリコン）を被着し、この保護層を保護層の部分２５が可動電極７上に残存するようにマイクロ部品３の領域から除去し、その後既知のシリコン酸化物エッチング浴でウエット化学エッチング法により固定電極と可動電極７との間の絶縁層２１を除去する。このようにして、可動電極７の質量を調整することができる。好ましくは、可動電極７のスティフネスに影響を与える可動電極７の断面寸法が変形したの変形部２６は、導体トラック７が可動電極７を形成する位置において導体トラック７により構成する。図１において、この断面の寸法は、細径部２６が形成される位置で小さくなり、これにより電極７のスティフネスが小さくなる。この細径部２６により可動電極７のスティフネスを微細に調整することができる。従って、マイクロ部品３は、可動電極７のスティフネス及び質量に作用するある周波数域において特別の感度を有する。図１の可動電極７は、より小さい寸法の部分２６により分離されている２個のセグメント７′及び７″に分割する。従って、可動電極７はより大きなスティフネスのセグメントとより小さいさいスティフネスのセグメントとを有することになる。本例では、より大きなスティフネスのセグメント７′を用いて基準電圧を発生させる。変形例として、可動電極７は、図１に示すような２個のセグメント７′及び７″を有する代わりに１個のセグメントだけを有することもできる。
本例では、半導体素子２及びマイクロ部品３を形成した後、半導体スライス１をその表面によりキャビティ２８が形成されているカバープレート３０に結合し、この結合の後マイクロ部品３をキャビティ２８により覆う（図２参照）。本例では、ガラスプレートをエッチング処理によりキャビティ２８が形成されているカバープレートとして用いる。
本例のキャビティ２８はガラスプレートの一方の表面だけに形成した凹部とする。変形例として、例えば圧力センサの場合このキャビティはガラスプレートの前記表面とは反対側の別の表面に形成することもできる。ガラスプレート３０には孔を形成し、この孔を介して半導体装置のボンドパッドをボンディングワイヤに接続することもできる。本例では、ガラスプレートにＵＶ（紫外）放射により硬化する接着層３１を形成する。接着層３１が形成されたガラスプレート３０を半導体スライス１上に配置し、その後接着層３１をガラスプレート３０を透ＵＶ放射により硬化させる。次に、半導体スライス１及びカバープレート３０をマイクロ部分３を有するカバーガラス３０の一部分により覆う。従って、多くのスィッチング素子２及びマイクロ部分をウエファのレベルで製造し包囲することができる。分割した後、カバーガラスの一部分により覆われたマイクロ部品を有する個別の半導体装置が製造される。この場合、例えば可動電極７を樹脂中に埋め込むことなく、半導体装置をエポキシ樹脂を用いて標準の方法で包囲することもできる。
本発明は上述した実施例だけに限定されず、本発明の範囲内において種々の変形が可能である。例えば、第２のレベルの導体トラック上に第３のレベルの絶縁層及び導体トラックを被着し、この第３のレベルの導体トラックがマイクロ部分３の第２の固定電極及び別の電気的接続部を形成し、その後固定電極と可動電極との間の絶縁を除去する。第３のレベルの導体トラックは差動トランスジューサを製造するためにも用いることができ、この場合可動電極は２個の固定電極間に存在する。この差動トランスジューサは固定電極を１個だけ有するトランスジューサよりも一層高い感度を有する。更に、この差動トランスジューサ用の読出電子部品を容易に形成することもできる。さらに、図面に表示したＭＯＳトランジスタの代わりに、バイポーラトランジスタ、ダイオード、抵抗等をスイッチング素子として用いることも可能である。さらに、可動電極７は、図１に示す２個のセグメント７′及び７″の代わりに１個のセグメントだけで構成することもできる。
本発明によれば、例えば固定電極及び可動電極がリレーとして作動するリレー回路を製造することもできる。この場合、固定電極及び可動電極の短絡回路又は非短絡回路を電流の切換に用いる。本発明は、アクチュエータ又は例えば表示装置を製造するためにも用いることができる。表示装置の場合、例えばミラー面を有する金属を可動電極に用い、又は可動電極に例えば銀層を形成して可動電極７をミラー面とする。そして、可動電極を、可動電極と固定電極との間の電圧により制御する。この電圧の変化により可動電極を変位させることができる。これにより、例えば光ビームを適切に反射させて光ビームをある面上に投影し又は投影しないようにすることができる。
実施例で説明した金属以外の金属を用いることができ、例えばチタニウムやタングステンを第１及び第２のレベルの金属として用いることができる。さらに、上述した絶縁層以外の絶縁層を種々のレベルの金属層間に用いることもできる。酸化物、窒化物又は酸素窒化物を用いることもできる。半導体装置を製造するある技術について述べた。これは、本発明の方法がこれらの技術だけにより実施できることを意味するものではない。従って、例えば別の技術を用いることもでき、例えばスパッタリング処理の代わりに気相堆積（ＣＶＤ）を用いて金属層を２個のレベルに堆積させることができる。絶縁性酸化層２１の堆積として、スピンオンガラス（ＳＯＧ）技術を用いることもできる。用いられる既知の技術及び材料についての詳細な説明は、スグロヒル社から発行された“VLSI Techmology”及びラティスプレス社の“Silicon Processing for the VLSI Eea”vol.１，２のようなハンドブックに見い出すことができる。
【図面の簡単な説明】
図１は所謂二重金属バックエンド型の容量性加速度計の一部を示す平面図である。
図２は二重金属バックエンド型の容量性加速度計の図１のＡ−Ａ線断面図である。
図３〜図５は容量性加速度計の種々の製造工程における図１のＡ−Ａ線断面図である。
【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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