(57)【要約】  ＭＥＭＳ二層浮遊微小構造の製作方法であって、基板上に第一膜体と、基板と第一膜体を連結するアーム状梁と、を形成するステップと、第一膜体とアーム状梁上に犠牲層を形成するステップと、第一膜体上に位置する犠牲層をパターン化することにより、支持構造を形成するための凹部を形成し、該凹部の底部に第一膜体を露出させるステップと、犠牲層上に媒体層を堆積形成するステップと、媒体層をパターン化することにより、第二膜体と前記支持構造を形成し、該支持構造で第一膜体と第二膜体を連結するステップと、犠牲層を除去することによりＭＥＭＳ二層浮遊微小構造を獲得するステップとを含む。
2017524126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を提供するステップと、
基板上に第一犠牲層を形成するステップと、
第一犠牲層をパターン化するステップと、
第一犠牲層上に第一媒体層を堆積形成するステップと、
第一媒体層をパターン化することにより、前記第一犠牲層上に位置する第一膜体と、基板と第一膜体を連結するアーム状梁と、を形成するステップと、
第一媒体層上に第二犠牲層を形成するステップと、
第一膜体上に位置する第二犠牲層をパターン化することにより、支持構造を形成するための凹部を形成し、該凹部の底部に第一膜体を露出させるステップと、
第二犠牲層上に第二媒体層を堆積形成するステップと、
第二媒体層をパターン化することにより、第二膜体と前記支持構造を形成し、該支持構造で第一膜体と第二膜体を連結するステップと、
第一犠牲層と第二犠牲層を除去することによりＭＥＭＳ二層浮遊微小構造を獲得するステップとを含むことを特徴とするＭＥＭＳ二層浮遊微小構造の製作方法。
【請求項２】
前記第一犠牲層及び／または第二犠牲層はポリイミド層であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第一犠牲層と第二犠牲層の厚さはいずれも５００ｎｍ〜３０００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第一媒体層と第二媒体層の厚さはいずれも１００ｎｍ〜２０００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第一媒体層と第二媒体層の材料は、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、或いはこれらのうち２種か３種を積層したものであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記アーム状梁は２つあり、それぞれ前記第一膜体の両側に位置していることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記凹部は、一個であり、前記第一膜体の上方を露出させ、かつ第二犠牲層の中央部に位置していることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
基板の表面に投影された前記第二膜体の投影面積は、基板の表面に投影された前記第一膜体の投影面積より大きいことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第一犠牲層と第二犠牲層を除去するステップにおいて、酸素イオンドライエッチング工程で第一犠牲層と第二犠牲層を除去することにより、ＭＥＭＳ二層浮遊微小構造を獲得することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
基板上に第一膜体と、基板と第一膜体を連結するアーム状梁と、を形成するステップと、
第一膜体とアーム状梁上に犠牲層を形成するステップと、
第一膜体上に位置する犠牲層をパターン化することにより、支持構造を形成するための凹部を形成し、該凹部の底部に第一膜体を露出させるステップと、
犠牲層上に媒体層を堆積形成するステップと、
媒体層をパターン化することにより、第二膜体と前記支持構造を形成し、該支持構造で第一膜体と第二膜体を連結するステップと、
犠牲層を除去することによりＭＥＭＳ二層浮遊微小構造を獲得するステップとを含むことを特徴とするＭＥＭＳ二層浮遊微小構造の製作方法。
【請求項１１】
前記犠牲層はポリイミド層であることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記媒体層の材料は、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、或いはこれらのうち２種か３種を積層したものであることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
基板の表面に投影された前記第二膜体の投影面積は、基板の表面に投影された前記第一膜体の投影面積より大きいことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記犠牲層を除去するステップにおいて、酸素イオンドライエッチング工程で犠牲層を除去することにより、ＭＥＭＳ二層浮遊微小構造を獲得することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
ＭＥＭＳ二層浮遊微小構造を含むＭＥＭＳ赤外線センサーであって、前記ＭＥＭＳ二層浮遊微小構造は、基板と、基板上の第一膜体と、前記基板と第一膜体を連結するアーム状梁と、第一膜体上の第二膜体と、前記第一膜体と第二膜体を連結する支持構造とを含むことを特徴とするＭＥＭＳ赤外線センサー。
【請求項１６】
前記アーム状梁は２つあり、それぞれ前記第一膜体の両側に位置していることを特徴とする請求項１５に記載のＭＥＭＳ赤外線センサー。
【請求項１７】
前記支持構造は、一個であり、前記第二膜体の中央部に位置していることを特徴とする請求項１５に記載のＭＥＭＳ赤外線センサー。
【請求項１８】
前記第一媒体層と第二媒体層の材料は、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、或いはこれらのうち２種か３種を積層したものであることを特徴とする請求項１５に記載のＭＥＭＳ赤外線センサー。
【請求項１９】
前記第一媒体層と第二媒体層の厚さはいずれも１００ｎｍ〜２０００ｎｍであることを特徴とする請求項１５に記載のＭＥＭＳ赤外線センサー。
【請求項２０】
基板の表面に投影された前記第二膜体の投影面積は、基板の表面に投影された前記第一膜体の投影面積より大きいことを特徴とする請求項１５に記載のＭＥＭＳ赤外線センサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体部品の技術に関し、特にＭＥＭＳ二層浮遊微小構造の製作方法とＭＥＭＳ赤外線センサーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（Micro  Electro  Mechanical  Systems、微小電気機械システム）は、集積回路製造技術と微細加工技術によって微小構造、マイクロセンサー、マイクロアクチュエーター、制御処理回路及びそのポート、電源等が一個または複数個のチップに形成された微小集積システムである。従来の赤外線センサーと比較してみると、ＭＥＭＳ技術によって製作された赤外線センサーは、体積、電力消費、重量及び価格などの面で優勢を多く有し、軍事及び民用分野で広く用いられている。作動原理が異なることにより赤外線センサーは、主として、熱電堆型、焦電型及びサーミスタセンサーなどに分けられる。熱電堆赤外線センサーは、ゼーベック効果により、赤外線の照射による温度の変化を電圧信号に変換して出力する。焦電型赤外線センサーは、受熱体中の電荷が蓄積ことにより、赤外線の照射による温度の変化を測定する。サーミスタ赤外線センサーは、抵抗の値の変化を読み取ることにより赤外線の照射による温度変化を測定する。現在のＭＥＭＳ赤外線センサーは通常、単層浮遊微小構造を採用し、製作工程が簡単だという利点を有している。しかしながら、赤外線センサーのサイズが小さくなるとき、赤外線の照射を吸収する浮遊吸収区域（膜状吸収層）が小さくなるので、赤外線センサーの赤外線応答性が遅くなるおそれがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、ＭＥＭＳ二層浮遊微小構造の製作方法を提供する必要がある。該ＭＥＭＳ二層浮遊微小構造の製作方法により、赤外線応答性が高い赤外線センサーを製作することができる。また、本発明はＭＥＭＳ赤外線センサーを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
ＭＥＭＳ二層浮遊微小構造の製作方法であって、基板を提供するステップと、基板上に第一犠牲層を形成するステップと、第一犠牲層をパターン化するステップと、第一犠牲層上に第一媒体層を堆積形成するステップと、第一媒体層をパターン化することにより、前記第一犠牲層上に位置する第一膜体と、基板と第一膜体を連結するアーム状梁と、を形成するステップと、第一媒体層上に第二犠牲層を形成するステップと、第一膜体上に位置する第二犠牲層をパターン化することにより、支持構造を形成するための凹部を形成し、該凹部の底部に第一膜体を露出させるステップと、第二犠牲層上に第二媒体層を堆積形成するステップと、第二媒体層をパターン化することにより、第二膜体と前記支持構造を形成し、該支持構造で第一膜体と第二膜体を連結するステップと、第一犠牲層と第二犠牲層を除去することによりＭＥＭＳ二層浮遊微小構造を獲得するステップとを含む。
【０００５】
他のＭＥＭＳ二層浮遊微小構造の製作方法であって、基板上に第一膜体と、基板と第一膜体とを連結するアーム状梁とを形成するステップと、第一膜体とアーム状梁上に犠牲層を形成するステップと、第一膜体上に位置する犠牲層をパターン化することにより、支持構造を形成するための凹部を形成し、該凹部の底部に第一膜体を露出させるステップと、犠牲層上に媒体層を堆積形成するステップと、媒体層をパターン化することにより、第二膜体と前記支持構造を形成し、該支持構造で第一膜体と第二膜体を連結するステップと、犠牲層を除去することによりＭＥＭＳ二層浮遊微小構造を獲得するステップとを含む。
【０００６】
ＭＥＭＳ赤外線センサーであって、ＭＥＭＳ二層浮遊微小構造を含み、該ＭＥＭＳ二層浮遊微小構造は、基板と、基板上の第一膜体と、前記基板と第一膜体を連結するアーム状梁と、第一膜体上の第二膜体と、前記第一膜体と第二膜体を連結する支持構造とを含む。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のＭＥＭＳ二層浮遊微小構造の製作方法によって、二層浮遊微小構造を製作でき、該二層浮遊微小構造（第一媒体層と第二媒体層を具備する浮遊微小構造）によって製作される赤外線センサーは、第二媒体層上にアーム状梁を形成する必要がないので、第二媒体層を第一媒体層より大きく製作することができる。したがって、単層浮遊微小構造の赤外線センサーより大きい浮遊吸収区域を形成でき、より高い赤外線応答性を獲得することができる。赤外線センサーのチップのサイズが減少するとき、従来の単層浮遊微小構造の赤外線センサーと比較してみると、赤外線を吸収する浮遊吸収区域（第二媒体層）が減少するが、第二媒体層上にアーム状梁を形成する必要がないので、第二媒体層を第一媒体層より大きく製作することができる。したがって、赤外線センサーのチップのサイズが減少するときも、単層浮遊微小構造の赤外線センサーより大きい浮遊吸収区域を形成でき、赤外線応答性を従来の単層浮上微小構造の赤外線センサーより大幅に向上させることができる。
【０００８】
本発明の実施例または従来の技術の技術的事項をより詳細に説明するため、以下、本実施例または従来の技術に用いられる図面を簡単に説明する。後述する図面は本発明の例示にしか過ぎないものであり、本技術分野の一般の技術者は本発明の要旨を逸脱しない範囲で図面を変更するか、或いは一実施例の図面により他の実施例の図面を獲得することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施例のＭＥＭＳ二層浮遊微小構造の製作方法を示す流れ図である。
【図２】第一ポリイミド層がパターン化された後の構造を示す図である。
【図３】第一膜体とアーム状梁が製作された後の構造を示す図である。
【図４】第一膜体とアーム状梁が製作された後の構造を示す平面図である。
【図５】凹部が製作された後の構造を示す図である。
【図６】凹部が製作された後の構造を示す平面図である。
【図７】第二膜体と支持構造が製作された後の構造を示す図である。
【図８】第一ポリイミド層と第二ポリイミド層が除去された後の構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明をよく理解してもらうため、以下、図面を参照しながら本発明をより詳細に説明する。図面に本発明の好適な実施例が示されているが、本発明は異なる実施形態によって実施することができ、本発明の構成は下記実施例にのみ限定されるものでない。下記の実施例を示す目的は、本発明の技術的事項をより詳細に理解してもらうことにある。
【００１１】
特別な説明がない限り、本文に記載されている技術的用語と科学的用語は本発明の技術分野の技術者が常用する用語の意味を示す。本発明の明細書に記載されている用語は本発明の具体的な実施例を説明するためのものであり、本発明を限定する意図はない。本発明中の「及び／又は」と言う用語は、一個または複数個が配列されている事項のあらゆる組合せを意味する。
【００１２】
図１は本発明の一実施例に係るＭＥＭＳ二層浮遊微小構造の製作方法を示す流れ図である。本実施例において、第一犠牲層及び／又は第二犠牲層はポリイミド層である。
【００１３】
本発明のＭＥＭＳ二層浮遊微小構造の製作方法は次のステップを含む。
【００１４】
Ｓ１００において、基板１００を提供する。基板１００はその上に回路構造が形成されている基板である。
【００１５】
Ｓ２００において、基板１００上に第一ポリイミド層２００を形成する。第一ポリイミド層２００は塗布によって形成され、その厚さは５００ｎｍ〜３０００ｎｍである。
【００１６】
Ｓ３００において、第一ポリイミド層２００をパターン化する。図２を参照すると、エッチングされた区域２１０により媒体層と基板との間の接続区域が形成される。
【００１７】
Ｓ４００において、第一ポリイミド層２００上に第一媒体層３００を堆積形成する。第一媒体層３００の厚さは１００ｎｍ〜２０００ｎｍであり、この材料は、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、或いはこれらのうち２種か３種を積層したものである。すなわち、第一媒体層３００は、二酸化ケイ素層、窒化ケイ素層、酸窒化ケイ素層の何れか１種で構成される単層構造であってもよいし、或いは二酸化ケイ素層、窒化ケイ素層、酸窒化ケイ素層のうち２種か３種を積層した非単層構造であってもよい。
【００１８】
Ｓ５００において、第一媒体層３００をパターン化することにより、第一ポリイミド層２００上に位置する第一膜体３１０と、基板１００と第一膜体３１０を連結するアーム状梁３２０とを形成する。図３と図４を参照すると、本実施例のアーム状梁３２０は２つあり、それぞれ第一膜体３１０の両側に位置している。アーム状梁３２０は非常に小さく、基板１００との接触面積は赤外線吸収区域（ここでは第一膜体３１０）より遥かに小さいので、赤外線のエネルギーが基板１００に迅速に吸収されることを防止することができる。第一ポリイミド層２００により第一膜体３１０を基板１００上に固定させる。
【００１９】
単層浮遊微小構造は、上述した方法以外、当業者に公知されている他の製作方法で製作することもできる。よって、他の実施例において、他の製作方法により、基板１００上に第一膜体３１０と、基板１００と第一膜体３１０を連結するアーム状梁３２０と、を形成することができる。
【００２０】
Ｓ６００において、第一媒体層３００上に第二ポリイミド層４００を形成する。第二ポリイミド層４００は塗布によって形成され、その厚さは５００ｎｍ〜３０００ｎｍである。
【００２１】
Ｓ７００において、第一膜体３１０上に位置する第二ポリイミド層４００をパターン化することにより、支持構造５２０を形成するための凹部４１０を形成し、凹部４１０の底部に第一膜体３１０を露出させる。図５と図６を参照すると、本実施例の凹部４１０は、一個であり、第一膜体３１０の上方を露出させ、かつ第二ポリイミド層４００の中央部に位置している。
【００２２】
Ｓ８００において、第二ポリイミド層４００上に第二媒体層５００を堆積形成する。第二媒体層５００の厚さは１００ｎｍ〜２０００ｎｍであり、その材料は、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、或いはこれらのうち２種か３種を積層したものである。すなわち、第二媒体層５００は、二酸化ケイ素層、窒化ケイ素層、酸窒化けい素層の何れか１種で構成される単層構造であってもよいし、或いは二酸化ケイ素層、窒化ケイ素層、酸窒化ケイ素層のうち２種か３種を積層した非単層構造であってもよい。
【００２３】
Ｓ９００において、第二媒体層５００をパターン化することにより、第二膜体５１０と支持構造５２０を形成し、支持構造５２０は第一膜体３１０と第二膜体５１０を連結する。第二ポリイミド層４００の凹部４１０上に堆積形成されてパターン化された媒体層を支持構造５２０にし、支持構造５２０の周辺に連結された区域によって第二膜体５１０を構成させる。図７に示すとおり、第二媒体層５００上にアーム状梁を形成する必要がないので、基板１００の表面に投影された第二膜体５１０の投影面積を基板１００の表面に投影された第一膜体３１０の投影面積より大きくすることができる。第二ポリイミド層４００により第二膜体５１０を第一膜体３１０上に固定させる。
【００２４】
Ｓ１１００において、第一ポリイミド層２００と第二ポリイミド層４００を除去することによりＭＥＭＳ二層浮遊微小構造を獲得し、これは図８を参照することができる。酸素イオンドライエッチング工程で第一ポリイミド層２００と第二ポリイミド層４００を除去することにより、ＭＥＭＳ二層浮遊微小構造を獲得する。酸素イオンドライエッチング工程の作動原理は、真空システムに少量の酸素を入れた後、高電圧で酸素をイオン化することにより、酸素プラズマのグロー放電柱を形成することである。活性酸素によってポリイミドを酸化させるとともに揮発性気体を生成させることにより、エッチングをすることができる。本実施例において、第一ポリイミド層２００と第二ポリイミド層４００が犠牲層になるが、他の実施例において、半導体のエッチング工程で除去可能な材料であれば、ポリイミドの代わりに本方法中の犠牲層として採用することができる。半導体のエッチング工程は、エアまたはライトを利用してエッチングをするエッチング工程を含む。例えば、酸素イオンドライエッチング工程を含む。
【００２５】
前記ＭＥＭＳ二層浮遊微小構造で構成されるＭＥＭＳ赤外線センサーにおいて、第一膜体３１０と第二膜体５１０（第二膜体５１０が主な役割を果たす）は、いずれも、赤外線を吸収する膜状吸収層になることができ、吸収された赤外線エネルギーが電気信号に変換されアーム状梁３２０に介して基板１００の回路構造に送信することができる。
【００２６】
本発明はＭＥＭＳ赤外線センサーを更に提供し、該センサーは、上記のＭＥＭＳ二層浮遊微小構造の製作方法によってＭＥＭＳ二層浮遊微小構造がされることができる。図８、図４及び図７を参照すると、ＭＥＭＳ二層浮遊微小構造は、基板１００と、基板１００上の第一膜体３１０と、基板１００と第一膜体３１０を連結するアーム状梁３２０と、第一膜体３１０上の第二膜体５１０と、第一膜体３１０と第二膜体５１０を連結する支持構造５２０とを含む。ＭＥＭＳ赤外線センサーは、例えばサーミスタ赤外線センサーであることができる。
【００２７】
上述したＭＥＭＳ二層浮遊微小構造の製作方法によれば、二層構造の備える浮遊微小構造を製作でき、該二層浮遊微小構造（第一媒体層と第二媒体層を具備する浮遊微小構造）によって構成される赤外線センサーは、第二媒体層上にアーム状梁を形成する必要がないので、第二媒体層を第一媒体層より大きく製作することができる。したがって、単層浮遊微小構造の赤外線センサーより浮遊吸収区域を一層大きく形成でき、より高い赤外線応答性を獲得することができる。赤外線センサーのチップのサイズが減少するとき、従来の単層浮遊微小構造の赤外線センサーと比較してみると、赤外線を吸収する浮遊吸収区域（第二媒体層）が減少するが、第二媒体層上にアーム状梁を形成する必要がないので、第二媒体層を第一媒体層より大きく製作することができる。したがって、赤外線センサーのチップのサイズが減少するときも、単層浮遊微小構造の赤外線センサーより大きい浮遊吸収区域を形成でき、赤外線応答性を従来の単層浮遊微小構造の赤外線センサーより大幅に向上させることができる。
【００２８】
上述した複数の実施例により本発明の好適な実施例を詳述してきたが、本発明の構成は前記実施例にのみ限定されるものでない。本技術分野の当業者は本発明の要旨を逸脱しない範囲内で設計の変換等を行うことができ、このような設計の変更等があっても本発明の保護範囲に含まれることは勿論である。本発明の保護範囲は特許請求の範囲が定めたものを基準とする。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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2017524126.tif 000012
2017524126.tif 000013
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