(57)【要約】【課題】ＭＥＭＳ装置の製造時において、高温、高電圧をかけずに、少ないダメージで、かつ、低コストで高気密性を実現することのできるＭＥＭＳ装置を提供すること。【解決手段】ＭＥＭＳ装置１において、ＳＯＩ基板８に形成されたＭＥＭＳ部１０と、ＭＥＭＳ部１０を封止するための蓋部６とを備え、蓋部６には孔部１６が設けられ、孔部１６は、球体または半球体の形状をした封止材１７で封止されていること、を特徴とするＭＥＭＳ装置。【選択図】        図１
2009045712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に形成されたＭＥＭＳ部と、
孔部が設けられ、前記ＭＥＭＳ部を封止するための蓋部とを備え、
前記孔部は、球体または半球体の形状をした封止材で封止されていること、
を特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項２】
半導体基板に形成されたＭＥＭＳ部と、
孔部が設けられ、前記ＭＥＭＳ部を封止するための蓋部とを備え、
前記孔部は、表面に球体または半球体の形状を有する基板である封止材で封止されていること、
を特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項３】
前記封止材の球体または半球体の形状の寸法は、前記孔部の形状の寸法より大きいこと、
を特徴とする請求項１または２に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項４】
さらに、前記蓋部の上に、前記蓋部と前記封止材とを接合する被膜部を備えること、
を特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項５】
前記ＭＥＭＳ部と前記蓋部の間には、中空部が存在すること、
を特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項６】
ＭＥＭＳ部が形成され、前記ＭＥＭＳ部の上部は孔が空いている膜で覆われ、さらに前記ＭＥＭＳ部と前記膜との間に中空部が形成されている半導体基板において、
前記孔に、球体または半球体の形状をした封止材を埋め込む工程と、
前記膜と前記封止材とを覆う被膜を堆積する工程と、を含むこと、
を特徴とするＭＥＭＳ装置製造方法。
【請求項７】
ＭＥＭＳ部が形成され、前記ＭＥＭＳ部の上部は孔が空いている膜で覆われ、さらに前記ＭＥＭＳ部と前記膜との間に中空部が形成されている半導体基板において、
前記孔に、基板である封止材の表面にある球体または半球体の形状を埋め込む工程と、
前記膜と前記封止材とを覆う被膜を堆積する工程と、を含むこと、
を特徴とするＭＥＭＳ装置製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサまたはアクチュエータ（機械的駆動機構）と、それを駆動する集積回路とが混在するＭＥＭＳ（マイクロエレクトロニクスメカニカルシステム）を基板上に搭載したＭＥＭＳ装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造技術を利用して製作されるＭＥＭＳ装置においては、高機能化並びに高性能化の実現が容易である。現在、様々なＭＥＭＳ装置を応用したセンサやアクチュエータが製品化され、機能システムを提供している。機能システムの安定性やＭＥＭＳ装置の機械特性の向上を考慮すると、ＭＥＭＳ装置の中空構造を保持しながら、ＭＥＭＳ装置を水分等の外部要因から保護する気密性の高いパッケージング技術、または、シール技術が重要となっている。
【０００３】
半導体基板を気密封止する方法は、陽極接合が一般的である。陽極接合とは、可動イオンを含むガラスとシリコンウエハ（や金属等）とを重ね合わせた後加熱して、ガラス側を軟化させると同時に、ガラス側を陰極、シリコンウエハ側を陽極として高電圧を付加することにより、電気的二重層を発生させ、静電引力によりガラスとシリコンウエハとを接合する方法である。
【０００４】
例えば、特許文献１には、可動電極（ＭＥＭＳ）が形成されたシリコンウエハと、凹部が形成されたガラス基板とを陽極接合により接合した、静電容量型の加速度センサまたは角速度センサ等に適した半導体慣性センサが記載されている。また、特許文献２には、誘電体とガラス板との陽極接合、および、誘電体と金属膜との陽極接合により形成された光スキャナ（ＭＥＭＳ構造体）が記載されている。さらに、非特許文献１には、ＭＥＭＳを搭載する基板と、ＭＥＭＳを保護するキャップ材とにあらかじめ凹凸部を設け、互いの凹部と凸部を嵌合してキャッピングする方法が記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１６３５０５号公報
【特許文献２】特開２００４−４２２４８号公報
【非特許文献１】Adit Decharat et al., Novel Room-Temperature Wafer-to-Wafer Attachement and Sealing of Cavities Using Cold Metal Welding, MEMS2007, pp.411-414
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、通常、陽極接合では、ガラスとシリコンウエハとを５００℃程度まで加熱するとともに、ガラスとシリコンウエハとの間に１０００Ｖ程度の電圧を印加する必要がある。このような高温、高電圧下の環境は、単結晶シリコンの構造体自身には大きな問題ではないが、これに制御用の回路が搭載された場合はトランジスタの破壊につながる。つまり、陽極接合で形成したデバイスについては、機械的なＭＥＭＳのコンポーネントとこれを制御する回路とを同一基板上で形成することが困難となり、ＭＥＭＳと制御用ＩＣとを別々の半導体で構成せざるを得なくなる。そのため、チップ全体の占有面積および製造コストが増大するという問題があった。
【０００７】
さらに、ガラスとシリコンウエハとは、互いに熱膨張係数が近似しているものを使用する必要がある。そのため、陽極接合では特殊なガラスを必要とし、キャップ材としての選択の自由度が低下するとともに、材料コストが増大するという問題があった。
【０００８】
また、非特許文献１のキャッピング方法では、基板とキャップ材とに凹凸部を設け、互いの凹部と凸部とを嵌合しているため、陽極接合に比べてデバイスへの負荷が少ない。しかしながら、互いの凹凸部を正確に嵌合するためには高いアライメント精度が必要であり、基板とキャップ材とを嵌合する際に少しでもずれがあると、凹凸部の嵌合がしっかりと行われず、隙間を生じたまま斜めに接合される恐れがある。そのため、気密性の高い封止は困難であった。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高温、高電圧をかけずに少ないダメージで、かつ、低コストで高気密性を実現することのできるＭＥＭＳ装置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】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、半導体基板に形成されたＭＥＭＳ部と、孔部が設けられ、前記ＭＥＭＳ部を封止するための蓋部とを備え、前記孔部は、球体または半球体の形状をした封止材で封止されていること、を特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、半導体基板に形成されたＭＥＭＳ部と、孔部が設けられ、前記ＭＥＭＳ部を封止するための蓋部とを備え、前記孔部は、表面に球体または半球体の形状を有する基板である封止材で封止されていること、を特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、ＭＥＭＳ部が形成され、前記ＭＥＭＳ部の上部は孔が空いている膜で覆われ、さらに前記ＭＥＭＳ部と前記膜との間に中空部が形成されている半導体基板において、前記孔に、球体または半球体の形状をした封止材を埋め込む工程と、前記膜と前記封止材とを覆う被膜を堆積する工程と、を含むこと、を特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、ＭＥＭＳ部が形成され、前記ＭＥＭＳ部の上部は孔が空いている膜で覆われ、さらに前記ＭＥＭＳ部と前記膜との間に中空部が形成されている半導体基板において、前記孔に、基板である封止材の表面にある球体または半球体の形状を埋め込む工程と、前記膜と前記封止材とを覆う被膜を堆積する工程と、を含むこと、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
また、本発明によれば、ＭＥＭＳ装置の低コスト化が可能になるという効果を奏する。
【００１５】
また、本発明によれば、ＭＥＭＳ装置の低サイズ化が可能になるという効果を奏する。
【００１６】
また、本発明によれば、ＭＥＭＳ装置の気密封止に対する高信頼性が可能になるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかるＭＥＭＳ装置およびＭＥＭＳ装置製造方法の最良な実施の形態を詳細に説明する。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１８】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態にかかるＭＥＭＳ装置の断面図である。ＭＥＭＳ装置１は、基板２上に、主として、埋め込み酸化膜（ＢＯＸ）層３、単結晶半導体層４、複数の層間絶縁膜５、蓋部６、および、被膜７が順に設けられている。
【００１９】
基板２には、半導体基板、具体的には単結晶シリコン基板が使用される。埋め込み酸化膜（ＢＯＸ）層３は、基板２と単結晶半導体層４とを絶縁する絶縁材料であり、通常、二酸化シリコンが使用される。単結晶半導体層４には、単結晶シリコン層が実用的に使用される。すなわち、基板２上に絶縁層である埋め込み酸化膜（ＢＯＸ）層３を介在して単結晶半導体層４を積層したＳＯＩ（silicon on insulator）基板８が使用される。
【００２０】
さらに、ＭＥＭＳ装置１は、機能的に、制御回路部９とＭＥＭＳ部１０とに分けることができる。制御回路部９は、ＭＥＭＳ部１０を制御する回路であり、ＳＯＩ基板８、および、複数の層間絶縁膜５に加えて、アルミからなる電極１１や薄膜配線１２、および、ポリシリコン１３等で構成され、半導体素子トランジスタによる回路を形成している。
【００２１】
ＭＥＭＳ部１０は、センサまたはアクチュエータ等の機械的駆動を行う部分であり、主にＳＯＩ基板８の単結晶半導体層４で構成される。図１を見ると、ＭＥＭＳ部１０の上部には、元々存在していた複数の層間絶縁膜５がエッチング（除去）された結果、中空部である空洞部１４が形成され、ＭＥＭＳ部１０の下部には、元々存在していた埋め込み酸化膜（ＢＯＸ）層３がエッチング（除去）された結果、空洞部１５が形成されている。なお、制御回路部９とＭＥＭＳ部１０とは、単結晶半導体層４の図示されていない部分を介して接続されている。
【００２２】
図２は、被膜７が積層される前のＭＥＭＳ部１０を斜め上から見た斜視断面図である。図１および図２を見ると、蓋部６は、制御回路部９と空洞部１４の上面に設けられ、制御回路部９と空洞部１４とを保護している。蓋部６の材料としては、多結晶シリコンをはじめ、アルミ、ＴｉまたはＣｕ等の金属薄膜、ＳｉＯ２、ＳｉＮ等のシリコン酸化物、フォトレジスト、または、その他の有機材料を使用することができる。
【００２３】
さらに、蓋部６には、複数の孔部１６が格子状に形成されている。この孔部１６は、ＭＥＭＳ部１０の上部に存在していた複数の層間絶縁膜５をエッチングする際のエッチングホールとして使用される。
【００２４】
そして、孔部１６には封止材１７が埋め込まれており、封止材１７が埋め込まれた蓋部６は、ＭＥＭＳ部１０（空洞部１４）と外部とを気密封止している。ここで、封止材１７は、球体または半球体の形状をした素子または粒子であり、そのサイズは孔部１６よりも大きく、孔部１６を完全に塞ぐことができる形状をしている。封止材１７の材料としては、自己組織化膜で形成した物、有機体、金属等の導電体、蛍光発光体、または、磁性体等を使用することができる。
【００２５】
図３は、蓋部６の一例を示す図であり、（ａ）は、孔部１６に封止材１７が埋め込まれる前、（ｂ）は、孔部１６に封止材１７が埋め込まれた後の蓋部６をそれぞれ示す。図の（ｂ）を見ると、全ての孔部１６に封止材１７が埋め込まれている。なお、図の蓋部６は、蓋部全体のうち、孔部１６が形成された一部のみを示している。ここで、図では、孔部１６は蓋部６に対して格子状に形成されているが、蓋部６に対して一列に形成されてもよい。さらに、孔部１６の形状は矩形であるが、円形または楕円形であってもよい。いずれの形状であっても、孔部１６に封止材１７を埋め込むことができる。図４は、蓋部６の断面図であり、（ａ）は、矩形形状の孔部１６を有する蓋部６を示し、（ｂ）は、円形状（楕円形状）の孔部１６を有する蓋部６を示す。なお、図の蓋部６は、蓋部全体のうち、孔部１６が形成された一部のみを示している。また、図４の孔部１６において、上面部の孔径と下面部の孔径は同じ寸法となっているが、上面部に対してテーパ形状または逆テーパ形状となっていてもよい。
【００２６】
なお、制御回路部９を保護する必要がなく、ＭＥＭＳ部１０のみを気密封止し保護するのであれば、蓋部６をＭＥＭＳ部１０（空洞部１４）の上面にのみ設けてもよい。
【００２７】
再び図１を見ると、被膜７は、蓋部６（封止材１７）の上面に堆積されることにより設けられ、蓋部６と封止材１７とを接着（接合）する。被膜７の材料としては、、多結晶シリコンをはじめ、アルミ、ＴｉまたはＣｕ等の金属薄膜、ＳｉＯ２、ＳｉＮ等のシリコン酸化物、フォトレジスト、または、その他の有機材料を使用することができる。なお、被膜７を蓋部６全体ではなく、蓋部６のうち封止材１７が埋め込まれている部分にのみ設けてもよい。
【００２８】
（ＭＥＭＳ装置の製造方法）
次に、本実施の形態にかかるＭＥＭＳ装置の製造方法について説明する。図５は、第１の実施の形態に係るＭＥＭＳ装置１の製造工程を示すフローチャートである。また、図６−１〜図６−９は、第１の実施の形態にかかるＭＥＭＳ装置１の工程断面図であり、ＭＥＭＳ部１０が図面の中央部分に形成され、制御回路部９は図面の両端部分から図示されていない部分にかけて形成される。
【００２９】
初めに、制御回路部９が完成し、ＭＥＭＳ部１０が製作前である段階のＭＥＭＳ装置１を作成する（ステップＳ５１）。図６−１は、制御回路部９が完成し、ＭＥＭＳ部１０が製作前である段階のＭＥＭＳ装置１の工程断面図である。
【００３０】
この段階までのＭＥＭＳ装置１の製造方法は以下の通りである。まず最初に、ＳＯＩ基板８を準備する。このＳＯＩ基板８は、例えば以下の製造方法により製造することができる。
（１）基板２上に埋め込み酸化膜（ＢＯＸ）層３を形成し、さらに、埋め込み酸化膜（ＢＯＸ）層３上に単結晶半導体層４を形成する。
（２）基板２のバルク中に不純物を注入して埋め込み酸化膜（ＢＯＸ）層３を形成する。基板の埋め込み酸化膜（ＢＯＸ）層３上の部分は単結晶半導体層４として使用される。
（３）基板２上に埋め込み酸化膜（ＢＯＸ）層３を形成し、この埋め込み酸化膜（ＢＯＸ）層３の表面に単結晶半導体層４を貼り合わせる。
【００３１】
次に、ＳＯＩ基板８に絶縁分離用の空洞部を形成する。これは、ＳＯＩ基板８の表面から埋め込み酸化膜（ＢＯＸ）層３に達するようにドライエッチングにより形成する。
【００３２】
次に、ＳＯＩ基板８に絶縁分離領域１８を形成する。前述したＳＯＩ基板８に形成した絶縁分離用の空洞部の底面及び側壁に沿って分離用絶縁体１９を形成する。そして、分離用トレンチの内部に分離用絶縁体１９を介在して埋設体２０を形成するにより、絶縁分離領域１８を完成させることができる。
【００３３】
次に、単結晶半導体層４の半導体活性領域に半導体素子トランジスタを形成する。半導体素子トランジスタは以下のように形成される。まず、半導体活性領域の表面上にゲート絶縁膜（図示せず）を形成する。このゲート絶縁膜上に制御電極１１を形成する。引き続き、制御電極１１の両側において、半導体活性領域の表面部分に一対の主電極１１を形成する。
【００３４】
次に、半導体素子トランジスタ上に層間絶縁膜５を形成する。次に、ＭＥＭＳ部１０の単結晶半導体層４の半導体活性層領域において、ＭＥＭＳ部１０形成用の第二のトレンチをドライエッチング等で形成する。このとき、半導体活性層下部に存在する埋め込み酸化膜（ＢＯＸ）層３がエッチングストップ層として機能する。
【００３５】
次に、形成された第二のトレンチに側壁保護用の絶縁膜２１を堆積する。例えばこの絶縁膜２１は酸化膜等を適応する。
【００３６】
次に、接続孔を通して一対の主電極１１と接続されることにより、単結晶半導体層４の半導体領域に接続される薄膜配線１２を、層間絶縁膜５上に形成する。薄膜配線１２は、例えば、スパッタリングにより成膜されたアルミニウム合金膜を、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を使用してパターンニングすることにより形成される。次に、デバイス全面に第二の層間絶縁膜５を堆積する。必要に応じて、この第二の層間絶縁膜５を介して、第二の薄膜配線１２をこの境界面に形成することができる。さらに、必要に応じて、第三の層間絶縁膜５を堆積し、その上に第三の薄膜配線１２を形成することができる。なお、図６−１には、第三の薄膜配線１２は図示されていない。これらの工程を経て、最終的に制御回路部９が完成する。
【００３７】
制御回路部９が完成後、さらに、第三の層間絶縁膜５（第三の薄膜配線１２）の上に、蓋部６を堆積する（ステップＳ５２）。本例では、蓋部６に、アルミまたはＣｕ等の導電性材料を使用する。図６−２は、蓋部６が堆積された後のＭＥＭＳ装置１の工程断面図である。
【００３８】
次に、ＭＥＭＳ部１０の上部に存在する層間絶縁膜５を除去するため、蓋部６の上面にエッチングホール（孔部１６）形成用のマスク層２２を形成する（ステップＳ５３）。マスク層２２には、フォトレジストを使用し、このフォトレジストを塗布、露光、現像することにより、エッチングホール（孔部１６）と同じサイズのレジスト窓２３を格子状に有するマスク層２２が形成される。図６−３は、マスク層２２が形成された後のＭＥＭＳ装置１の工程断面図である。
【００３９】
次に、蓋部６にエッチングホール（孔部１６）としての貫通孔を、等方性または異方性エッチングにより形成する（ステップＳ５４）。本例の場合、蓋部６を選択的にエッチングできる液体またはガスを使用する。なお、エッチングホール（孔部１６）の形状やサイズは、後に行う孔部１６の封止工程で使用する球体または半球体の種類によって自由に設計することができるが、本例では直径１μｍ程度の丸孔とする。図６−４は、エッチングホール（孔部１６）が形成された後のＭＥＭＳ装置１の工程断面図である。
【００４０】
次に、マスク層２２を除去する（ステップＳ５５）。図６−５は、マスク層２２が除去された後のＭＥＭＳ装置１の工程断面図である。
【００４１】
次に、蓋部６に形成された孔部１６をエッチングホールとし、ＭＥＭＳ部１０の上部に存在する層間絶縁膜５を選択性エッチングにより除去する（ステップＳ５６）。ここでは、ＨＦ（フッ化水素酸）ベースのエッチャントによるウェットエッチング、または、ＶａｐｏｒエッチングやＣＤＥ（ケミカルドライエッチング）を用いたドライエッチングを使用する。図６−６は、ＭＥＭＳ部１０の上部に存在する層間絶縁膜５が除去された後のＭＥＭＳ装置１の工程断面図である。
【００４２】
次に、蓋部６に形成された孔部１６をエッチングホールとし、絶縁膜２１と、ＭＥＭＳ部１０の下部に存在する埋め込み酸化膜（ＢＯＸ）層３とを選択性エッチングにより除去する（ステップＳ５７）。ここでは、ＨＦ（フッ化水素酸）ベースのエッチャントによるウェットエッチング、または、ＶａｐｏｒエッチングやＣＤＥ（ケミカルドライエッチング）を用いたドライエッチングを使用する。図６−７は、絶縁膜２１と、ＭＥＭＳ部１０の下部に存在する埋め込み酸化膜（ＢＯＸ）層３とが除去された後のＭＥＭＳ装置１の工程断面図である。この工程が終了すると、周囲から分離したＭＥＭＳ部１０（空洞部１４、１５）が完成し、外部の物理量に対して機械的に動作するセンサ素子や、外部印加によって三次元的に動作するアクチュエータを形成することが可能になる。
【００４３】
次に、蓋部６に形成された孔部１６に、あらかじめ製作しておいた封止材１７を簡易的に埋め込む（ステップＳ５８）。蓋部６に形成された孔部１６は、孔部１６が形成されていない蓋部６の領域に対し、物理エネルギーが低い。一方、自身がポテンシャルを有する球体または半球体である封止材１７は、形状が不安定であるため、安定を求め孔部１６に収まる。球体または半球体の移動を促すために、外部から物理的な振動を与えても良い。
【００４４】
本例では、蓋部６に形成された孔部１６に封止材１７を埋め込む手段として、静電気力を利用する。そのため、封止材１７の材料としてポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を使用する。ＰＰＳは、エレクトレット材料であるため、あらかじめ帯電させておくことが可能であり、ＰＰＳからなる封止材１７にコロナ放電を行うことにより、任意の電荷を有する封止材１７が得られる。球体または半球体の形状をした封止材１７の粒径は、蓋部６に形成された孔部１６の直径が１μｍ程度であるので、孔部１６の直径よりも大きい１．１μｍ程度とする。
【００４５】
そして、導電性材料からなる蓋部６に、外部からバイアスを印加する。例えば、孔部１６を陽性の電荷で帯電させ、封止材１７を陰性の電荷で帯電させれば、孔部１６と封止材１７では異符号電荷となるため、封止材１７が静電的に誘導され孔部１６に埋め込まれる。図６−８は、蓋部６に形成された孔部１６に封止材１７が埋め込まれた後のＭＥＭＳ装置１の工程断面図である。
【００４６】
最後に、封止材１７が埋め込まれた蓋部６に、被膜７をＣＶＤやスパッタにより堆積し、蓋部６と封止材１７とを接着（接合）する（ステップＳ５９）。本工程により、封止材１７が孔部１６に固定されるとともに、仮に、孔部１６と封止材１７の間に微小なすき間が空いていた場合でも、当該すき間は埋められる。図６−９は、封止材１７が埋め込まれた蓋部６に被膜７が堆積された後のＭＥＭＳ装置１の工程断面図である。ステップＳ５１〜Ｓ５９までの工程を経て、ＭＥＭＳ装置１が完成する。なお、必要に応じて、ＭＥＭＳ装置１が形成された基板２の表面に、Ｉ／Ｏパッド（図示せず）用の開口部を任意の位置に開口する。
【００４７】
図７は、ＭＥＭＳ装置１をＤＩＰ（Dual Inline Package）方式でパッケージングした場合の概略図である。ＭＥＭＳ装置１は、一般的なＣＭＯＳプロセスの延長でＭＥＭＳ部１０を気密封止することができるため、ＭＥＭＳ装置１をパッケージングする際には、汎用の安価なモールド封止を使用することができる。今後、ＭＥＭＳ−ＩＣ一体型の半導体基板は、さらにシュリンクされることが予想されるが、ＭＥＭＳ装置１は、ＭＥＭＳ部１０の安定性を保持しながら、そのパッケージングに低価格のパッケージを使用することが可能である。なお、パッケージには、ＳＯＰ（Small Outline Package）、ＢＧＡ（Ball Grid Array）、または、セラミックパッケージ等を使用してもよい。
【００４８】
このように、第１の実施の形態にかかるＭＥＭＳ装置によれば、ＭＥＭＳ装置を製造する過程で設けられる犠牲層をエッチングするための層を、ＭＥＭＳ部分に対する蓋とし、当該層に設けられたエッチングホールを球体または半球体の形状をした封止材で封止することにより、高温、高電圧をかけずに少ないダメージでＭＥＭＳ装置を気密封止することができ、機械的駆動を行うＭＥＭＳ部分と、ＭＥＭＳ部分を制御する集積回路とを同一基板上で形成することができるので、低コストでの製造が可能となる。
【００４９】
さらに、第１の実施の形態にかかるＭＥＭＳ装置によれば、高温、高電圧をかけずにＭＥＭＳ装置を気密封止することができ、機械的駆動を行うＭＥＭＳ部分と、ＭＥＭＳ部分を制御する集積回路とを同一基板上で形成することができるので、サイズを小さくすることが可能となる。
【００５０】
さらに、第１の実施の形態にかかるＭＥＭＳ装置によれば、ＭＥＭＳ装置を気密封止するために特別のキャップ材を必要としないので、低コストでの製造が可能となる。
【００５１】
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。第１の実施の形態では、封止材として球体または半球体の形状をした素子または粒子を使用したが、第２の実施の形態では、封止材として球体または半球体の形状をした素子が一様に形成された基板を使用する。本実施の形態にかかるＭＥＭＳ装置の構成について、第１の実施の形態と異なる部分を説明する。他の部分については第１の実施の形態と同様であるので、同一の符号が付された箇所については、上述した説明を参照し、ここでの説明を省略する。
【００５２】
図８は、第２の実施の形態にかかるＭＥＭＳ装置の断面図である。ＭＥＭＳ装置３１は、基板２上に、主として、埋め込み酸化膜（ＢＯＸ）層３、単結晶半導体層４、複数の層間絶縁膜５、蓋部６、封止基板３２、および、被膜７が順に設けられている。また、ＳＯＩ基板８は、基板２上に埋め込み酸化膜（ＢＯＸ）層３を介在して単結晶半導体層４を積層したものである。
【００５３】
ＭＥＭＳ装置３１は、機能的に、制御回路部９とＭＥＭＳ部１０とに分けることができる。制御回路部９は、ＳＯＩ基板８、および、複数の層間絶縁膜５に加えて、アルミからなる電極１１や薄膜配線１２、および、ポリシリコン１３等で構成される。ＭＥＭＳ部１０の上部には、空洞部１４が形成され、空洞部１５が形成されている。蓋部６には、複数の孔部１６が格子状に形成されている。
【００５４】
封止基板３２は、その表面に複数の球体または半球体の形状をした素子３３が一括形成された基板である。封止基板３２は、シリコン、ガラス、または、エポキシやポリイミド等の熱溶融性樹脂を材料として使用することができ、さらには、シリコンまたはガラス基板上に、球体または半球体の形状をしたフォトレジストが硬化したものも使用することができる。そして、封止基板３２は、蓋部６のうち孔部１６が形成された部分の上に置かれ、封止基板３２の球体または半球体の形状をした部分である素子３３が、蓋部６に形成された全ての孔部１６に埋め込まれて、ＭＥＭＳ部１０（空洞部１４）と外部とを気密封止している。
【００５５】
図９は、封止基板３２の一例を蓋部６の上に置く面とは反対側から見た図である。図を見ると、封止基板３２の上に、本例では半球体の形状をした素子３３が格子状に形成されている。素子３３は、蓋部６に形成された孔部１６と同じ配置で孔部１６と同数存在し、そのサイズは、孔部１６よりも大きい。例えば、孔部１６の直径が９μｍ程度であれば、素子３３の直径は１０μｍ程度と、孔部１６より１０％程度大きくする。このようにサイズを設定することにより、素子３３が孔部１６を完全に塞ぐことができる。
【００５６】
ここで、複数の球体または半球体の形状をした素子３３を同一基板上に形成するには、以下の方法がある。
（１）単結晶シリコン基板上に所望のピッチで配列された直径１μｍ〜１０μｍ程度の複数のフォトレジストパターンを汎用のリソグラフィ技術によってパターニングする。そして、この基板をＳＦ６（６フッ化硫黄）等のガスで等方的にエッチングすることで、単結晶シリコン基板上に複数の球体または半球体の形状をした素子３３が形成される。
【００５７】
（２）ガラス基板上に所望のピッチで配列された直径１μｍ〜１０μｍ程度の複数のフォトレジストパターンを汎用のリソグラフィ技術によってパターニングする。そして、この基板をＣＦ４（４フッ化炭素）等のガスで等方的にエッチングすることで、ガラス基板上に複数の球体または半球体の形状をした素子３３が形成される。
【００５８】
（３）直径１μｍ〜１０μｍ程度の球体または半球体の凹部を有する、例えば、Ｃｕで形成された鋳型に、エポキシやポリイミド等の熱溶融性樹脂を充填する。そして、樹脂の硬化後に鋳型から取り外すと、複数の球体または半球体の形状をした素子３３が形成された樹脂基板が完成する。
【００５９】
（４）シリコンまたはガラス基板上に、所望のピッチで配列された直径１μｍ〜１０μｍ程度の複数のフォトレジストパターンを汎用のリソグラフィ技術によってパターニングする。そして、この基板を１００℃〜３００℃程度の雰囲気中に置き、フォトレジストのパターンを溶解（リフロー）させると、表面にアール形状を有した球体または半球体の形状をしたフォトレジストパターンができる。その後、基板の温度が下がると、球体または半球体の形状をしたフォトレジストパターンが硬化し、素子３３が形成される。なお、この時の溶解温度は使用するフォトレジストの仕様で定義され、フォトレジストを溶解することによって得られる球体または半球体の形状は、フォトレジストのパターン、溶解温度、溶解時間、溶解雰囲気によって決定される。
【００６０】
再び図８を見ると、被膜７は、蓋部６（封止基板３２）の上面に堆積されることにより設けられ、蓋部６と封止基板３２とを接着（接合）する。なお、被膜７を、蓋部６全体ではなく封止基板３２が置かれている部分にのみ設けてもよい。
【００６１】
（ＭＥＭＳ装置の製造方法）
次に、本実施の形態にかかるＭＥＭＳ装置の製造方法について説明する。図１０は、第２の実施の形態に係るＭＥＭＳ装置３１の製造工程を示すフローチャートである。また、図１１−１〜図１１−３は、第２の実施の形態にかかるＭＥＭＳ装置３１の工程断面図であり、ＭＥＭＳ部１０が図面の中央部分に形成され、制御回路部９は図面の両端部分から図示されていない部分にかけて形成される。
【００６２】
ここで、絶縁膜２１と、ＭＥＭＳ部１０の下部に存在する埋め込み酸化膜（ＢＯＸ）層３とを選択性エッチングにより除去し、制御回路部９とＭＥＭＳ部１０とを完成させるまでの工程は、第１の実施の形態にかかるＭＥＭＳ装置の製造方法を同じである。従って、ステップＳ１０１〜Ｓ１０７までのフローは、第１の実施の形態にかかる図５のＳ５１〜Ｓ５７までのフローと同じであり、詳しい説明は省略する。図１１−１は、制御回路部９とＭＥＭＳ部１０とが完成した後のＭＥＭＳ装置３１の工程断面図である。
【００６３】
次に、蓋部６に形成された孔部１６と、あらかじめ製作しておいた封止基板３２の素子３３の部分とが一致する様に（孔部１６と素子３３の部分とを互いに嵌め合わせる様に）、封止基板３２を蓋部６の上に置く（ステップＳ１０８）。具体的には、ＭＥＭＳ装置３１を構成するＳＯＩ基板８と、封止基板３２の両方にアライメント用のマークをあらかじめ用意しておき、互いの基板を対向後、赤外線透過方式等を用いて両方のマークを合わせることにより、ＳＯＩ基板８と封止基板３２の位置合わせを正確に行うことができる。
【００６４】
本方法では、封止基板３２を蓋部６に置くことにより孔部１６を素子３３で塞ぐため、前述した非特許文献１のキャッピング方法で必要なアライメント精度ほど高い精度は必要ない。図１１−２は、孔部１６と封止基板３２の素子３３とが一致する様に、蓋部６の上に封止基板３２が置かれた後のＭＥＭＳ装置３１の工程断面図である。
【００６５】
最後に、封止基板３２で封止された蓋部６に、被膜７をＣＶＤやスパッタにより堆積し、蓋部６と封止基板３２とを接着（接合）する（ステップＳ１０９）。本工程により、蓋部６と封止基板３２とが固定されるとともに、仮に、蓋部６と封止基板３２の端部との間に微小なすき間が空いていた場合でも、当該すき間は埋められる。図１１−３は、封止基板３２で封止された蓋部６に被膜７が堆積された後のＭＥＭＳ装置３１の工程断面図である。ステップＳ１０１〜Ｓ１０９までの工程を経て、ＭＥＭＳ装置３１が完成する。なお、必要に応じて、ＭＥＭＳ装置３１が形成された基板２の表面に、Ｉ／Ｏパッド（図示せず）用の開口部を任意の位置に開口する。
【００６６】
このように、第２の実施の形態にかかるＭＥＭＳ装置によれば、蓋部に形成された孔部の封止材として、表面に複数の球体または半球体の形状をした素子が一様に形成された封止基板を使用したので、孔部を素子で一度に全て封止することができ、孔部に素子が埋め込まれないという問題が発生しないので、ＭＥＭＳ部の気密封止に対する信頼性を高くすることが可能となる。
【００６７】
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。第３の実施の形態では、第１の実施の形態のＭＥＭＳ装置において、蓋部に形成された全ての孔部に封止材が埋め込まれたか否かを検査する方法について説明する。本実施の形態にかかるＭＥＭＳ装置の構成については第１の実施の形態と同様であるので、同一の符号が付された箇所については、上述した説明を参照し、ここでの説明を省略する。
【００６８】
第１の実施の形態のＭＥＭＳ装置１では、蓋部６に形成された全ての孔部１６に封止材１７が埋め込まれていることが、ＭＥＭＳ部１０（空洞部１４）と外部とを気密封止する必須条件である。仮に、何らかの要因で孔部１６に封止材１７が埋め込まれなかった場合に、このまま放置することは、その後の被膜７を堆積する工程以後でＭＥＭＳ装置１（ＭＥＭＳ部１０）に様々な問題を引き起こす恐れがある。従って、封止材１７の埋め込み工程終了後に、蓋部６に形成された全ての孔部１６に封止材１７が埋め込まれたか否かを確認する必要がある。
【００６９】
図１２は、蓋部に形成された全ての孔部に封止材が埋め込まれたか否かを検査する方法の一例を示す図である。本例では、封止材１７の材料として蛍光発光体を使用し、封止材１７が埋め込まれているはずの部分が蛍光しているか否かを確認する。蛍光発光体とは、光を照射すると蛍光発光特性を持つ物質であり、一般的には、シリカ粒子が良く知られている。
【００７０】
検査は以下の様に行われる。すなわち、封止材１７の埋め込み工程終了後に、蓋部６の封止材１７が埋め込まれている箇所を蛍光顕微鏡で観察する。すると、封止材１７が埋め込まれている箇所は蛍光が発生するが、封止材１７が埋め込まれていない箇所は蛍光が発生せず暗いままとなる。図１２の(ａ）は、実際に孔部１６に埋め込まれた封止材１７を表しており、不良箇所には封止材１７が埋め込まれていない。これに対して、図１２の(ｂ）は、(ａ）の部分を蛍光顕微鏡で観察した際の画像であり、蛍光が発生していない箇所が不良箇所であることが一目でわかる。従って、蛍光顕微鏡で観察した画像を一括処理することにより、蓋部６に形成された全ての孔部１６に封止材１７が埋め込まれたか否かを確認することができる。
【００７１】
図１３は、蓋部に形成された全ての孔部に封止材が埋め込まれたか否かを検査する方法の他の一例を示す図である。本例では、封止材１７の材料として導電体を使用し、隣接する封止材１７間が容量結合する現象を利用して、封止材１７が埋め込まれているか否かを確認する。
【００７２】
検査は以下の様に行われる。すなわち、封止材１７が埋め込まれる箇所の中から一列をあらかじめ決めておき、封止材１７の埋め込み工程終了後に、その列の一端に例えばプローブを使用して直流または交流電圧を印加するとともに、その列の他端から発生する信号を検出する。すると、隣接する封止材１７が互いに容量結合するため、一定のレベルの信号が検出される。ここで、その列で実際に封止材１７が埋め込まれていない箇所があると、その箇所では隣接する封止材１７の間の距離が大きくなるため、その間の容量結合が小さくなり、その箇所の信号レベルが低下する。これをあらかじめ決めた全素子列で実施することで、蓋部６に形成された全ての孔部１６に封止材１７が埋め込まれたか否かを確認することができる。
【００７３】
図１３の(ａ）は、実際に孔部１６に埋め込まれた封止材１７を表しており、不良箇所には封止材１７が埋め込まれていない。これに対して、図１３の(ｂ）は、(ａ）の部分を一列ごとに直流電圧を印加したときのモニタ信号であり、不良箇所が一目でわかる。従って、モニタ信号を一括処理することにより、蓋部６に形成された全ての孔部１６に封止材１７が埋め込まれたか否かを確認することができる。
【００７４】
そして、これらの検査の結果、蓋部６に形成された孔部１６の中で封止材１７が埋め込まれていない箇所が見つかった場合、当該箇所に封止材１７を静電引力を用いて誘導すること等により埋め込むことができる。
【００７５】
このように、第３の実施の形態にかかるＭＥＭＳ装置の検査方法によれば、封止材１７の材料として蛍光発光体を使用したので、蓋部に形成された孔部に封止材が全て埋め込まれているかどうかを外観観察で検査することが可能となる。
【００７６】
さらに、第３の実施の形態にかかるＭＥＭＳ装置の検査方法によれば、封止材１７の材料として導電体を使用したので、蓋部に形成された孔部に封止材が全て埋め込まれているかどうかを電気的に検査することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、全ての半導体装置の気密封止に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】第１の実施の形態にかかるＭＥＭＳ装置の断面図である。
【図２】被膜が積層される前のＭＥＭＳ部を斜め上から見た斜視断面図である。
【図３】蓋部の一例を示す図である。
【図４】蓋部の断面図である。
【図５】第１の実施の形態に係るＭＥＭＳ装置の製造工程を示すフローチャートである。
【図６−１】制御回路部が完成し、ＭＥＭＳ部が製作前である段階のＭＥＭＳ装置の工程断面図である。
【図６−２】蓋部が堆積された後のＭＥＭＳ装置の工程断面図である。
【図６−３】マスク層が形成された後のＭＥＭＳ装置の工程断面図である。
【図６−４】エッチングホール（孔部）が形成された後のＭＥＭＳ装置の工程断面図である。
【図６−５】マスク層が除去された後のＭＥＭＳ装置の工程断面図である。
【図６−６】ＭＥＭＳ部の上部に存在する層間絶縁膜が除去された後のＭＥＭＳ装置の工程断面図である。
【図６−７】絶縁膜と、ＭＥＭＳ部の下部に存在する埋め込み酸化膜（ＢＯＸ）層とが除去された後のＭＥＭＳ装置の工程断面図である。
【図６−８】蓋部に形成された孔部に封止材が埋め込まれた後のＭＥＭＳ装置の工程断面図である。
【図６−９】封止材が埋め込まれた蓋部に被膜が堆積された後のＭＥＭＳ装置の工程断面図である。
【図７】ＭＥＭＳ装置をＤＩＰ方式でパッケージングした場合の概略図である。
【図８】第２の実施の形態にかかるＭＥＭＳ装置の断面図である。
【図９】封止基板の一例を蓋部の上に置く面とは反対側から見た図である。
【図１０】第２の実施の形態に係るＭＥＭＳ装置の製造工程を示すフローチャートである。
【図１１−１】制御回路部とＭＥＭＳ部とが完成した後のＭＥＭＳ装置の工程断面図である。
【図１１−２】孔部と封止基板の球体または半球体の部分とが一致する様に、蓋部の上に封止基板が置かれた後のＭＥＭＳ装置の工程断面図である。
【図１１−３】封止基板で封止された蓋部に被膜が堆積された後のＭＥＭＳ装置の工程断面図である。
【図１２】蓋部に形成された全ての孔部に封止材が埋め込まれたか否かを検査する方法の一例を示す図である。
【図１３】蓋部に形成された全ての孔部に封止材が埋め込まれたか否かを検査する方法の他の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００７９】
１、３１  ＭＥＭＳ装置
２  基板
３  埋め込み酸化膜（ＢＯＸ）層
４  単結晶半導体層
５  層間絶縁膜
６  蓋部
７  被膜
８  ＳＯＩ基板
９  制御回路部
１０  ＭＥＭＳ部
１１  電極
１２  薄膜配線
１３  ポリシリコン
１４、１５  空洞部
１６  孔部
１７  封止材
１８  絶縁分離領域
１９  分離用絶縁体
２０  埋設体
２１  絶縁膜
２２  マスク層
２３  レジスト窓
３２  封止基板
３３  素子
【図１】
2009045712.tif 000003
【図２】
2009045712.tif 000004
【図３】
2009045712.tif 000005
【図４】
2009045712.tif 000006
【図５】
2009045712.tif 000007
【図６−１】
2009045712.tif 000008
【図６−２】
2009045712.tif 000009
【図６−３】
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【図６−４】
2009045712.tif 000011
【図６−５】
2009045712.tif 000012
【図６−６】
2009045712.tif 000013
【図６−７】
2009045712.tif 000014
【図６−８】
2009045712.tif 000015
【図６−９】
2009045712.tif 000016
【図７】
2009045712.tif 000017
【図８】
2009045712.tif 000018
【図９】
2009045712.tif 000019
【図１０】
2009045712.tif 000020
【図１１−１】
2009045712.tif 000021
【図１１−２】
2009045712.tif 000022
【図１１−３】
2009045712.tif 000023
【図１２】
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【図１３】
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