(57)【要約】【課題】製造プロセスが容易で、かつ、真空度の高い中空封止構造を有する半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】基板１の一主面上に形成された保護膜２と、保護膜２と基板１との間に形成された空間部５と、空間部５内に配置され、基板１および保護膜２から離間する部分を有するセンサ部と、保護膜２の上面から空間部５に到達する貫通孔６と、保護膜２上に形成され、貫通孔６上を封止する封止膜３と、を備える。空間部５は減圧状態にあり、封止膜３の貫通孔６上での膜厚は、封止膜３の保護膜２上での膜厚よりも小さい。【選択図】図１
2016022550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の一主面上に形成された保護膜と、
前記保護膜と前記基板との間に形成された空間部と、
前記空間部内に配置され、前記基板および前記保護膜から離間する部分を有するセンサ部と、
前記保護膜の上面から前記空間部に到達する貫通孔と、
前記保護膜上に形成され、前記貫通孔上を封止する封止膜と、を備え、
前記空間部は減圧状態にあり、
前記封止膜の前記貫通孔上での膜厚は、前記封止膜の前記保護膜上での膜厚よりも小さい半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記封止膜の外周部に接して前記保護膜上に形成され、前記封止膜上において開口部を有する補強膜をさらに備え、
前記補強膜を構成する材料のヤング率が、前記封止膜を構成する材料のヤング率よりも大きい。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体装置において、
前記空間部の圧力は、１３．３Ｐａ未満である。
【請求項４】
請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記封止膜は、アルミニウム、銅およびゲルマニウムのうちの少なくともいずれか１つの材料を含む。
【請求項５】
請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記封止膜および前記貫通孔は、平面視において前記センサ部から所定の距離だけ離れた位置に形成されている。
【請求項６】
請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記封止膜の外周と前記貫通孔の外周とは、最短距離で１０μｍ以上離れている。
【請求項７】
請求項１〜６のうちのいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記貫通孔の直径は１〜５μｍである。
【請求項８】
請求項１〜７のうちのいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記センサ部は、赤外線センサ、慣性センサまたは共振器のいずれかを含む。
【請求項９】
請求項１〜８のうちのいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記保護膜上に、前記センサ部と電気的に接続された電極パッドを備え、
前記電極パッドと前記封止膜とは同一膜厚の同一材料からなる。
【請求項１０】
基板の一主面上の所定の位置に第１の犠牲膜を形成する工程と、
前記第１の犠牲膜上にセンサ部を形成する工程と、
前記センサ部を覆うように、前記第１の犠牲膜上に第２の犠牲膜を形成する工程と、
前記第１の犠牲膜および第２の犠牲層を覆うように、前記基板上に保護膜を形成する工程と、
前記保護膜上の所定の位置に封止膜を形成する工程と、
前記封止膜の所定の位置に、前記封止膜および前記保護膜を貫通し、前記第２の犠牲膜に到達する貫通孔を形成する工程と、
前記貫通孔からエッチャントを導入して前記第２の犠牲膜および前記第１の犠牲膜を除去し、前記保護膜と前記基板との間に空間部を形成する工程と、
前記空間部を形成する工程の後、減圧雰囲気中で前記基板を加熱することにより前記貫通孔上を前記封止膜で塞ぎ、前記空間部を封止する工程と、を備え、
前記空間部を形成する工程では、前記センサ部は前記基板および前記保護膜から離間した部分を有している半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の半導体装置の製造方法において、
前記封止膜を形成する工程の後に、前記封止膜の外周部に接するとともに前記封止膜上に開口部を有するように、前記保護膜上に補強膜を形成する工程をさらに備え、
前記封止膜の前記開口部から露出した部分において、前記貫通孔を形成する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置およびその製造方法、特に、減圧状態で密閉されたキャビティを有する半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、１つの基板上にミクロンサイズの機械構造部からなる微小電気機械システム（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ、以下ＭＥＭＳと称する）と電子回路とが集積されたデバイスが、小型・高機能で省エネルギー性に優れた高付加価値デバイスとして情報通信、医療、自動車等多用な産業分野において注目されている。
【０００３】
こうしたＭＥＭＳデバイスの中には、非常に低い圧力環境下での封止（いわゆる真空封止）を必要とするものがある。
【０００４】
例えば、非冷却型赤外線センサは、集光した赤外線の吸収によって発生した熱を電気信号に変換するデバイスであるが、検出感度を高めるには赤外線検出部と外部との断熱性を高めることが重要となる。具体的には、赤外線検出部で発生した熱がセンサ部の周囲に存在する気体によって放熱することを防ぐため、赤外線センサ部をできるだけ低い圧力で封止することが望ましい。
【０００５】
また、微小な駆動部を具備する慣性センサやＭＥＭＳ共振器においては、センサ部周囲の雰囲気に気体が存在するとダンピング効果によって動作が減衰するため、駆動部周囲をできるだけ低い圧力にして封止することが要求される。
【０００６】
そこで、こうした真空封止を実現する方法として、例えば、センサが形成されているウエハ上に封止のためのカバー用ウエハを陽極接合、直接接合、共晶結合または接着剤による接合などの接合技術を用いて減圧雰囲気中で貼り合わせることによって封止する方法がとられている。
【０００７】
しかしながら、このような封止方法はカバー用のウエハを別途作製する必要がある上、カバー用のウエハとセンサ部が形成されているウエハとを高精度に張り合わせる工程が必要となるため、必然的に製造コストが高くなる問題があった。
【０００８】
この問題を解決するため、基板上に形成されたセンサ部の周囲に犠牲膜を成膜し、該犠牲膜の上にカバーとなる膜を成膜してこれに貫通孔を形成し、この貫通孔を介して犠牲膜を除去することによって空間部分を形成し、最後に減圧化学気相成長（Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、以下ＬＰＣＶＤと称する）法によって形成した被覆膜によって貫通孔を塞ぎ、空間部分を封止する手法が提案されている。この製造方法を用いることで、被覆膜形成時にＬＰＣＶＤ雰囲気と同程度の減圧状態で封止することができるという効果がある（例えば、特許文献１）。
【０００９】
以下、特許文献１に開示された半導体装置について、図６に示す断面模式図を参照しながら説明する。
【００１０】
図６に示すように、従来の半導体装置においては、シリコンからなる基板１０の一表面側に、ポリシリコンからなるセンサ部４０が設けられている。センサ部４０を覆うように、ポリシリコンからなる保護膜２０と、ポリシリコンからなる封止膜３０が設けられている。センサ部４０と、保護膜２０及び基板１０とは、空間部５０によって隔離しており、空間部５０は減圧状態に保たれている。
【００１１】
次に、図６に示す従来の半導体装置の製造方法について、図７に示す断面工程図を参照しながら説明する。
【００１２】
図７（ａ）に示すように、基板１０の一表面側で、第１の犠牲膜８０ａと振動子を含むセンサ部４０を形成した後に、センサ部４０の周囲に第２の犠牲膜８０ｂを形成し、さらに第２の犠牲膜８０ｂ上に、カバーとなる保護膜２０を堆積する。
【００１３】
次に、図７（ｂ）に示すように、保護膜２０の所定領域をエッチングし、第２の犠牲膜８０ｂに到達する貫通孔６０を形成する。
【００１４】
次に、図７（ｃ）に示すように、貫通孔６０を通じてエッチャントを導入し、第１の犠牲膜８０ａ及び第２の犠牲膜８０ｂを選択的に溶解、除去することで、空間部５０を形成する。
【００１５】
次に、図７（ｄ）に示すように、ＬＰＣＶＤ法を用いて、保護膜２０上にポリシリコンからなる封止膜３０を成膜することで貫通孔６０を塞ぎ、空間部５０を封止する。これにより、空間部５０は、封止膜３０を形成する際に用いるＬＰＣＶＤ時の真空度で減圧封止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】米国特許第５１８８９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、上記特許文献１に開示された方法では、空間部５０の真空度はＬＰＣＶＤ時の雰囲気圧力（通常、１３．３Ｐａ以上）で決定されるため、空間部をＬＰＣＶＤ時の雰囲気圧力未満の真空度にすることが困難である。
【００１８】
そのため、センサ部が赤外線センサの場合には、周囲との断熱が不十分となり、検出感度が十分に高くならないという課題が発生する。また、センサ部が慣性センサやＭＥＭＳ共振器の場合には、ダンピング効果による動作の減衰を十分には抑制できないという課題が発生する。
【００１９】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みて、製造プロセスが容易、且つ、真空度の高い中空封止構造を達成し、センサ部の感度低下や動作減衰等の不具合発生を抑制できる半導体装置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】
【００２０】
上記課題を解決するため、本発明の半導体装置は、基板の一主面上に形成された保護膜と、保護膜と基板との間に形成された空間部と、空間部内に配置され、基板および保護膜から離間する部分を有するセンサ部と、保護膜の上面から空間部に到達する貫通孔と、保護膜上に形成され、貫通孔上を封止する封止膜と、を備え、空間部は減圧状態にあり、封止膜の貫通孔上での膜厚は、封止膜の保護膜上での膜厚よりも小さい。
【００２１】
また、本発明の半導体装置において、封止膜の外周部に接して保護膜上に形成され、封止膜上において開口部を有する補強膜をさらに備え、補強膜を構成する材料のヤング率が封止膜を構成する材料のヤング率よりも大きい。
【００２２】
また、本発明の半導体装置において、空間部の圧力は、１３．３Ｐａ未満であることが好ましい。
【００２３】
また、本発明の半導体装置において、封止膜は、アルミニウム、銅およびゲルマニウムのうちの少なくともいずれか１つの材料を含むことが好ましい。
【００２４】
また、本発明の半導体装置において、封止膜および貫通孔は、平面視においてセンサ部から所定の距離だけ離れた位置に形成されていることが好ましい。
【００２５】
また、本発明の半導体装置において、封止膜の外周と貫通孔の外周とは、最短距離で１０μｍ以上離れていることが好ましい。
【００２６】
また、本発明の半導体装置において、貫通孔の直径は１〜５μｍであることが好ましい。
【００２７】
また、本発明の半導体装置において、センサ部は、赤外線センサ、慣性センサまたは共振器のいずれかを含むことが好ましい。
【００２８】
また、本発明の半導体装置において、保護膜上に、センサ部と電気的に接続された電極パッドを備え、電極パッドと封止膜とは同一膜厚の同一材料からなることが好ましい。
【００２９】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、基板の一主面上の所定の位置に第１の犠牲膜を形成する工程と、第１の犠牲膜上にセンサ部を形成する工程と、センサ部を覆うように、第１の犠牲膜上に第２の犠牲膜を形成する工程と、第１の犠牲膜および第２の犠牲層を覆うように、基板上に保護膜を形成する工程と、保護膜上の所定の位置に封止膜を形成する工程と、封止膜の所定の位置に、封止膜および保護膜を貫通し、第２の犠牲膜に到達する貫通孔を形成する工程と、貫通孔からエッチャントを導入して第２の犠牲膜および第１の犠牲膜を除去し、保護膜と基板との間に空間部を形成する工程と、空間部を形成する工程の後、減圧雰囲気中で基板を加熱することにより貫通孔上を封止膜で塞ぎ、空間部を封止する工程と、を備え、空間部を形成する工程では、センサ部は基板および保護膜から離間した部分を有している。
【００３０】
また、本発明の半導体装置の製造方法において、封止膜を形成する工程の後に、封止膜の外周部に接するとともに封止膜上に開口部を有するように、保護膜上に補強膜を形成する工程をさらに備え、封止膜の開口部から露出した部分において、貫通孔を形成することが好ましい。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の半導体装置およびその製造方法によれば、製造プロセスが容易、且つ、真空度の高い中空封止構造を達成し、センサ部の感度低下や動作減衰等の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面における要部断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面における要部断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造工程の一部を示す要部断面図である。
【図６】従来技術に係る半導体装置を示す要部断面図である。
【図７】従来技術に係る半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、各実施形態において、同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について、図１〜図３を参照しながら説明する。
【００３４】
図１（ａ）は、本実施形態に係る半導体装置１００を示す上面図である。また、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すＡ−Ａ線に沿った断面における要部断面図である。
【００３５】
図１に示すように、本実施形態に係る半導体装置１００は、基板１と、基板１の一表面側に設けられた保護膜２と、基板１上の所定の位置に基板１と空隙を介して形成されたセンサ部４を備えている。基板１と保護膜２との間には、センサ部４の周囲を囲うように形成された空間部５を有している。保護膜２には、保護膜２の上面から空間部５に到達する貫通孔６が形成されている。保護膜２上には、貫通孔６を塞ぐように封止膜３が形成されている。即ち、空間部５は、封止膜３によって封止されている。
【００３６】
以下、図１に開示された半導体装置１００の構造について詳述する。
【００３７】
基板１は、ｐ型で一表面が（１００）面の単結晶シリコン（Ｓｉ）基板である。また、図示していないが、基板１上にトランジスタ等の電子回路素子が形成されていても構わない。
【００３８】
基板１上に形成される保護膜２は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）、シリコン炭化膜（ＳｉＣ）などの絶縁膜が、単層もしくは積層されて形成されている。また、図示していないが、絶縁膜中に多層配線が形成されていてもよい。なお、保護膜２の厚みは１〜１０μｍであることが望ましい。
【００３９】
基板１と保護膜２の間には、少なくとも一つ以上のセンサ部４が形成されている。センサ部４は、支持部４ａを介して両持ち梁状に基板１に支えられており、支持部４ａ以外の部分は基板１及び保護膜２から離間して形成されている。センサ部４の出力信号等は、支持部４ａを介して空間部５の外部へ送られる。なお、センサ部４は、片側のみ支持部４ａが形成され、片持ち梁状に基板１に支えられていてもよい。
【００４０】
センサ部４としては、周囲環境との熱絶縁性を確保することが望ましい非冷却型赤外線センサとすることができる。また、センサ部４は、ＭＥＭＳ共振器や慣性センサなど、周囲雰囲気のダンピング効果によって可動部が減衰することを抑制することが望ましいデバイスであってもよい。なお、センサ部４としては、周囲を減圧雰囲気とすることが望ましいデバイスであれば、どのようなデバイスであってもよい。
【００４１】
センサ部４の周囲には空間部５が形成されている。空間部５は減圧状態であり、その圧力は１３．３Ｐａ未満に維持されている。これにより、センサ部４が赤外線センサの場合には、その断熱性を高めている。また、センサ部４が可動部を有するデバイスの場合には、ダンピング効果によるデバイスの可動部の減衰が抑制される。なお、空間部５の圧力は、低いほど好ましい。即ち、空間部５の圧力は、１０Ｐａ以下が望ましく、さらには１．０Ｐａ以下がさらに望ましい。
【００４２】
保護膜２の所定の位置には、保護膜２の上面側から空間部５まで到達する貫通孔６が少なくとも一つ以上形成されている。貫通孔６は円筒状であり、円筒の直径は１〜５μｍであることが望ましい。円筒の直径が、１μｍよりも小さければ、後述するエッチャントが充分に供給できない。一方、円筒の直径が、５μｍよりも大きければ、後述する熱処理工程で封止膜３の貫通孔６を塞ぐことができなくなる。なお、貫通孔６の形状は、開口部の最大幅が１〜５μｍであれば、どのような形状であってもよい。即ち、貫通孔６は、三角柱形状や四角柱形状であってもよい。
【００４３】
保護膜２上には、貫通孔６を塞ぐように封止膜３が形成されている。ここで、封止膜３は保護膜２の表面および貫通孔６上にのみ形成されており、貫通孔６の内壁上には形成されていない。封止膜３の材料としては、金属材料等の熱膨張係数が高く、熱圧着しやすい材料が好ましい。本実施形態では、封止膜３の材料として、アルミニウム（Ａｌ）を用いているが、他に銅（Ｃｕ）やゲルマニウム（Ｇｅ）を用いることができ、また、これらの材料の積層膜であってもよい。
【００４４】
封止膜３の厚みは０．５μｍ以上３μｍ以下であることが望ましい。後述するように、封止膜３に形成された貫通孔６は、熱処理工程における封止膜３の熱膨張により塞がれる。そのため、基板が常温に戻った後は、貫通孔６上の封止膜３ａは引き伸ばされて薄くなる。即ち、封止膜３の貫通孔６上での膜厚は、封止膜３の保護膜２上での膜厚よりも小さい。また、平面視において、封止膜３の外周と貫通孔６の外周とは、最短距離で１０μｍ以上離れていることが望ましい。これにより、封止膜３の面内方向での熱膨張を充分に確保し、封止膜３に形成された貫通孔６を塞ぐことができる。即ち、封止膜３の外周から貫通孔６の外周までの最短距離は、少なくとも１０μｍ以上確保することが望ましい。
【００４５】
本実施形態では、封止膜３及び貫通孔６は、平面視において、センサ部４から一定の距離だけ離れた位置に形成されている。これにより、センサ部４が貫通孔６形成時の影響を受けにくくすることができる。なお、上記の影響が軽微である場合等には、封止膜３及び貫通孔６は、平面視において、センサ部４の直上に形成されていてもよい。
【００４６】
次に、本実施形態に係る半導体装置１００の製造方法について、図２（ａ）〜（ｃ）および図３（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。
【００４７】
まず、図２（ａ）に示すように、シリコンからなる基板１の一表面側に化学気相成長（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、以下ＣＶＤと称する）法などにより、約１μｍのシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）を成膜し、フォトリソ・エッチング技術によって当該シリコン酸化膜を所定の形状にパターニングして第１の犠牲膜８ａを形成する。その後、第１の犠牲膜８ａ上に、ＣＶＤ法などにより約５００ｎｍのポリシリコンからなる導電膜を成膜し、フォトリソ・エッチング技術によって当該導電膜を所定の形状にパターニングしてセンサ部４を形成する。なお、導電膜にはイオン注入や熱拡散などの方法で、ボロン、リンあるいはヒ素などの不純物がドーピングされていてもよい。
【００４８】
次に、ＣＶＤ法などにより、センサ部４上及び第１の犠牲膜８ａ上を含む基板１の一表面上の全面に約５００ｎｍの膜厚のシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）を成膜し、フォトリソ・エッチング技術を用いて当該シリコン酸化膜を第１の犠牲膜８ａとほぼ同じ形状にパターニングする。これにより、図２（ｂ）に示すように、第１の犠牲膜８ａ上およびセンサ部４上を覆う第２の犠牲膜８ｂを形成する。このようにして、センサ部４の周囲全体を覆う犠牲膜８が形成される。その後、ＣＶＤ法などにより、基板１の一表面上の全面に約２μｍの膜厚のシリコン窒化膜（ＳｉＮ）からなる保護膜２を形成する。保護膜２の材料としてはシリコン窒化膜以外に、犠牲膜８との選択エッチングが可能なシリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）やシリコン炭化膜（ＳｉＣ）などの絶縁膜を用いてもよい。また、保護膜２を成膜した後に、化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、以下ＣＭＰと称する）などの平坦化処理を行ってもよい。
【００４９】
次に、図２（ｃ）に示すように、物理気相成長（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、以下ＰＶＤと称する）法などにより、基板１上の全面に約２μｍの膜厚のアルミニウム（Ａｌ）膜を成膜し、フォトリソ・エッチング技術によって当該アルミニウム膜を所定の形状にパターニングして封止膜３を形成する。ここで、封止膜３の材料として、アルミニウム（Ａｌ）の他に、例えば銅（Ｃｕ）やゲルマニウム（Ｇｅ）を用いてもよい。なお、封止膜３の材料として、アルミニウム等の金属材料を用いた場合、封止膜３を形成する工程と同時にセンサ部と電気的に接続する電極パッドを形成することができる。これにより、製造工程の簡略化を実現することができる。なお、電極パッドは、保護膜２上の所定の位置に、封止膜３と同一材料で形成される。
【００５０】
次に、犠牲膜８の上方に開口部を有するフォトレジスト（図示せず）を形成し、フォトレジストをマスクとして開口部に対応する封止膜３の所定領域を選択的にエッチングする。これにより、開口部に対応する部分の保護膜２の上面が露出する。さらに、エッチング条件を変えて上面が露出した保護膜２を選択的にエッチングすることにより、開口部に対応する部分の犠牲膜８の上面が露出する。その後、フォトレジストを除去する。このようにして、図３（ａ）に示すように、封止膜３および保護膜２を貫通する貫通孔６を形成する。ここでは、形成される貫通穴の直径が１〜５μｍとなるように、予めフォトレジストに開口部を形成しておく。
【００５１】
次に、犠牲膜８のみを選択的に溶解除去できるエッチャントを貫通孔６から流入し、犠牲膜８を選択的にエッチングして除去する。このようにして、図３（ｂ）に示すように、保護膜２と基板１との間に空間部５が形成される。ここで、エッチャントとして、例えばフッ酸ガスなどの気体を使用することができる。
【００５２】
次に、基板１を１３．３Ｐａ未満の高い真空度の減圧状態下に置き、４５０℃で３０分の熱処理を加えることにより、封止膜３を熱膨張またはリフローさせる。これにより、図３（ｃ）に示すように、封止膜３に形成された貫通孔６は、封止膜３が周囲から熱膨張によって延伸することによって完全に塞がれる。これにより、空間部５は、雰囲気圧力と同じ１３．３Ｐａ未満の高い真空度の減圧状態で封止される。ここで、高い温度における熱膨張によって貫通孔６が塞がれた封止膜３は、温度が低下すると元の体積に戻るため、保護膜２の貫通孔６近傍で引っ張られて膜厚が薄くなる。なお、熱処理時の雰囲気圧力は、低いほど好ましい。即ち、熱処理時の雰囲気圧力は、１０Ｐａ以下が望ましく、さらには１．０Ｐａ以下がさらに望ましい。
【００５３】
以上のように、本実施形態では、高い真空度の減圧雰囲気中で熱処理を行い、金属からなる封止膜３を熱膨張またはリフローさせることにより、空間部５を高い真空度の減圧状態で封止することができる。特に、熱処理またはリフローを行う雰囲気の真空度を調整することにより、空間部５の真空度を任意の真空度（具体的には１３．３Ｐａ未満）に制御することができるため、製造プロセスが容易で、かつ、真空度の高い封止構造を有する半導体装置１００を実現することができる。
【００５４】
また、従来技術では、貫通孔６０を形成した後にＣＶＤ法で封止膜３０を形成するため、貫通孔６０を介して空間部５０に封止膜３０が侵入、堆積する可能性がある。そのため、空間部５０に侵入、堆積した封止膜３０が、センサ部の特性を不安定化させたり、劣化を起こさせたりする恐れがある。これに対し本実施形態では、封止膜３を形成した後に貫通孔６を形成し、熱処理またはリフローを行って封止膜３に形成された貫通孔６の封止を行うため、空間部５に封止膜３が侵入、堆積することがない。そのため、センサ部の特性が不安定化することや劣化することを防止できる。
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について、図４、図５を参照しながら説明する。
【００５５】
図４（ａ）は、本実施形態に係る半導体装置２００を示す平面図である。また、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示すＡ−Ａ線に沿った断面における要部断面図である。
【００５６】
本実施形態の半導体装置２００の特徴は、第１の実施形態の半導体装置１００の構成に、封止膜３の外周部に接して保護膜２上に形成され、封止膜３上において開口部７ａを有する補強膜７をさらに備えることにある。その他の構成は、第１の実施形態の半導体装置１００の構成と同様である。
【００５７】
具体的には、補強膜７は封止膜３の外周部全体を取り囲むように保護膜２上に形成されており、封止膜３の外周部近傍は、補強膜７によって覆われている。また、封止膜３の貫通孔６上の領域において、補強膜７は開口部７ａを有しており、封止膜３は補強膜７から露出している。また、補強膜７を構成する材料は、封止膜３を構成する材料よりも大きいヤング率を有している。即ち、補強膜７は、封止膜３よりも高い剛性を有し、変形しにくい。
【００５８】
これにより、封止膜３の外周部に接して形成された補強膜７によって、封止膜３の外側方向への変形が抑制されるため、封止を行うための熱処理工程において、封止膜３が外側方向に熱膨張することを抑制できる。このため、封止膜３は、熱処理工程において、貫通孔６が形成された内側方向により多く熱膨張することになる。
【００５９】
その結果、第１の実施形態の半導体装置１００の構成に比べて、より低い温度での熱処理条件でも空間部５を封止することができる。これにより、基板を常温に戻した際に封止膜３にかかる応力を低下させることができ、封止膜３の亀裂等を抑制して半導体装置２００の信頼性を向上することができる。また、第１の実施形態と同様の熱処理条件の場合には、封止膜３を確実に封止することができ、半導体装置２００の製造歩留りを向上させることができる。
【００６０】
ここで、補強膜７を構成する材料としては、例えば、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）やシリコン炭化膜（ＳｉＣ）などの材料を用いることができる。なお、補強膜７を構成する材料のヤング率は、封止膜３を構成する材料のヤング率の２倍以上であることが好ましい。これにより、封止膜３の外側方向への変形を十分に抑制することができる。
【００６１】
平面視において、補強膜７の開口部７ａの外周と貫通孔６の外周とは、最短距離で１０μｍ以上離れていることが望ましい。これにより、封止膜３の面内方向での熱膨張を充分に確保し、封止膜３に形成された貫通孔６を塞ぐことができる。
【００６２】
次に、本実施形態に係る半導体装置２００の製造方法について、図５を参照しながら説明する。図５は、本実施形態の半導体装置２００の製造方法において、補強膜７の形成工程について説明するための図である。
【００６３】
本実施形態の半導体装置２００の製造方法では、第１の実施形態の半導体装置１００の製造方法に示した図２（ａ）〜（ｃ）までの工程を行った後、補強膜７の形成工程を行う。
【００６４】
具体的には、ＣＶＤ法などにより、基板１上の全面に約２μｍのシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を形成し、フォトリソ・エッチング技術によって当該シリコン窒化膜の封止膜３上の所定領域を除去して開口部７ａを形成する。このようにして、図５に示すように、封止膜３の外周部に接し、封止膜３上において開口部７ａを有する補強膜７を形成することができる。
【００６５】
ここで、補強膜７の材料としては、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）以外に、犠牲膜８を選択的にエッチングするエッチャントに対してエッチング耐性のある材料、例えばシリコン炭化膜（ＳｉＣ）などを用いることができる。なお、補強膜７は、水分などが外界から侵入することから半導体装置２００を保護するためのパッシベーション膜と同時形成してもよい。
【００６６】
その後、第１の実施形態の図３（ａ）〜（ｃ）に示した製造方法と同様の工程を行うことにより、図４に示す本実施形態に係る半導体装置２００を作製することができる。
【００６７】
本実施形態に係る半導体装置２００では、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、封止膜３の外周部に接して形成された補強膜７によって、上述のように、第１の実施形態の半導体装置１００の構成に比べて、より低い温度での熱処理条件でも空間部５を封止することができ、封止膜３の亀裂等を抑制して半導体装置２００の信頼性を向上することができる。また、第１の実施形態と同様の熱処理条件の場合には、封止膜３を確実に封止することができ、半導体装置２００の製造歩留りを向上させることができる。
【００６８】
また、補強膜７は、従来技術で一般に使用される電極パッド上のパッシベーション膜と同時形成することができるため、補強膜７用の成膜工程を追加するが必要なく、製造工程を簡略化できる。
【００６９】
以上のように、本発明の第１および第２の実施形態によれば、真空度の高い減圧雰囲気中で熱処理を行い、封止膜３を貫通孔６の中心方向に熱膨張させることにより、センサ部４を囲む空間部５を真空度の高い減圧状態で封止できる。そのため、熱処理を行う雰囲気の真空度を調整することにより、空間部５の真空度を制御することができる。その結果、従来技術のように、空間部５０の真空度が、ＬＰＣＶＤで封止膜３０を堆積するのに必要な最低圧力に制限されることがない。また、高い真空度の雰囲気中で、封止のためのカバー用ウエハを接合する特殊な設備なども必要ない。
【００７０】
したがって、本発明の第１および第２の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法によれば、製造プロセスが容易、且つ、高い真空度の中空封止構造を達成し、センサ部の感度低下や動作減衰等の発生を抑制できる。
【００７１】
なお、第１および第２の実施形態において、基板１に接して保護膜２が形成されているが、基板１と保護膜２の間に他の膜が挿入されて形成されていてもよい。その場合でも、空間部５は基板１と保護膜２の間に形成されている。
【００７２】
また、第１および第２の実施形態において、基板１としてシリコン基板を用いたが、ガラス基板等を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明の半導体装置及びその製造方法は、製造プロセスが容易で、かつ、真空度の高い減圧封止構造を有する半導体装置を実現することができるものであり、特に、赤外線センサ、慣性センサ、ＭＥＭＳ共振器等の高い真空度で密閉されたキャビティを有する微小電気機械システムを備えた半導体装置及びその製造方法として有用である。
【符号の説明】
【００７４】
１，１０      基板
２，２０      保護膜
３，３０      封止膜
４，４０      センサ部
５，５０      空間部
６，６０      貫通孔
７            補強膜
８            犠牲膜
８ａ，８０ａ  第１の犠牲膜
８ｂ，８０ｂ  第２の犠牲膜
【図１】
2016022550.tif 000003
【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】
2016022550.tif 000008
【図７】
2016022550.tif 000009