(57)【要約】マイクロマシンデバイスは、不純物をドーピングしたポリシリコンからなるパッド１０７ａ及びパッド１０７ｂを備えている。【特許請求の範囲】
【請求項１】
不純物をドーピングしたポリシリコンからなるボンディングパッドを備えていることを特徴とするマイクロマシンデバイス。
【請求項２】
第１の電極と第２の電極とからなるコンデンサーを有するマイクロマシンデバイスであって、
前記第１の電極に設けられたボンディングパッドと、
前記第１の電極上に形成され且つ前記ボンディングパッド上に開口部を有する保護絶縁膜とを備え、
前記第１の電極及び前記ボンディングパッドは共に、不純物をドーピングしたポリシリコンからなることを特徴とするマイクロマシンデバイス。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のマイクロマシンデバイスにおいて、
前記ボンディングパッドにアルミニウムからなるワイヤーが共晶反応により直接接続されていることを特徴とするマイクロマシンデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、薄膜加工を用いて製作するデバイスに関し、特にマイクロマシン又はＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）と呼ばれるマイクロマシンデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、半導体素子などのデバイスと基板との電気的接続には、Ａｕ（金）又はＡｌ（アルミニウム）等からなるワイヤーを用いてワイヤーボンディングを行う配線方法が広く使われてきた。一般に半導体素子などのデバイスの接続用パッドはＡｌ膜から構成されており、当該パッドのＡｌ膜にＡｕ又はＡｌからなるワイヤーがボールボンディング又はウェッジボンディングを用いたワイヤーボンディング工法によって接合される。これは、半導体素子においてパッド及び配線を形成する材料としてＡｌ膜を用いているためである。【０００３】  一方、近年、従来の機械加工によって製作するデバイスの小型化を図るために、半導体素子の製造方法を応用したマイクロマシニング技術と呼ばれる手法を使用してマイクロマシンデバイスの製作がなされるようになってきた。マイクロマシンデバイスにおいては、配線材料（導通材料）としてＡｌ膜又は不純物がドーピングされたポリシリコン膜が一般的に使われている。マイクロマシンデバイスは、他の基板又は他のデバイスと電気的に接続して初めて機能を発現する。そのため、マイクロマシンデバイスに電気的接続を取るための電極を設け、ワイヤーボンディングにより当該マイクロマシンデバイスと他の基板又は他のデバイスとを電気的に接続する。マイクロマシンデバイスの配線材料としてＡｌ膜を用いた場合、Ａｌ膜がワイヤーボンディング配線材料であるＡｕワイヤー又はＡｌワイヤーと良好に接続するため、電極構造に特別な構造的配慮をする必要はない。それに対して、マイクロマシンデバイスの配線材料として、不純物をドーピングしたポリシリコン膜を使用した場合には、一般的に図４に示す電極構造が用いられる（特許文献１参照）。【０００４】  図４に示すように、シリコン基板１上に絶縁膜２が形成されていると共に、絶縁膜２の上に、不純物がドーピングされたポリシリコン膜からなる配線３が形成されている。配線３を覆うように絶縁膜４が形成されている。絶縁膜４には、配線３を部分的に露出させる開口部が設けられていると共に、当該開口部にＡｕからなるパッド５が配線３と接続するように形成されている。パッド５には、Ａｕ又はＡｌからなるワイヤー６が接続されている。
【特許文献１】特開昭６３−３１８７５６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、マイクロマシンデバイスの配線材料として、不純物をドーピングしたポリシリコン膜を使用した場合、前述のような配線方法においては、以下のような問題が生じる。【０００６】  すなわち、図４に示すような電極構造においては、パッド５としてＡｕ膜又はＡｕ膜を最上層とする金属複合膜を形成するための処理が必要である。このため、処理工程が増加し、製造コストが上昇する。また、図４に示した電極構成では、絶縁膜４を挟んで対向する配線３（ポリシリコン膜）とパッド５（Ａｕ膜又は金属複合膜）とがコンデンサーを形成する結果、寄生容量が生じる。この寄生容量はデバイスの特性を劣化させる。すなわち、この寄生容量はマイクロマシンデバイスの機能を阻害する。【０００７】  前記に鑑み、本発明は、処理工程を増加させることなく寄生容量を低減できるマイクロマシンデバイスの電極構造を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  前記の目的を達成するために、本発明に係る第１のマイクロマシンデバイスは、不純物をドーピングしたポリシリコンからなるボンディングパッドを備えている。【０００９】  本発明の第１のマイクロマシンデバイスによれば、不純物をドーピングしたポリシリコンからなる配線材料をボンディングパッドの材料として用いるため、配線材料と異なる金属材料を用いて新たにボンディングパッドを設ける場合と比較して工程を省略することができるので、製造コストを低減することができる。また、ボンディングパッド材料として金属を用いないことにより、ボンディングパッドと配線又は電極とが絶縁膜を挟んで対向する構成を回避することができるので、寄生容量を大幅に抑制することができる。【００１０】  本発明に係る第２のマイクロマシンデバイスは、第１の電極と第２の電極とからなるコンデンサーを有するマイクロマシンデバイスであって、前記第１の電極に設けられたボンディングパッドと、前記第１の電極上に形成され且つ前記ボンディングパッド上に開口部を有する保護絶縁膜とを備え、前記第１の電極及び前記ボンディングパッドは共に、不純物をドーピングしたポリシリコンからなる。【００１１】  本発明の第２のマイクロマシンデバイスによれば、不純物をドーピングしたポリシリコンからなる配線材料をボンディングパッドの材料として用いるため、配線材料と異なる金属材料を用いて新たにボンディングパッドを設ける場合と比較して工程を省略することができるので、製造コストを低減することができる。また、ボンディングパッド材料として金属を用いないことにより、ボンディングパッドと配線又は電極とが絶縁膜を挟んで対向する構成を回避することができるので、寄生容量を大幅に抑制することができる。【００１２】  本発明の第１又は第２のマイクロマシンデバイスにおいて、前記ボンディングパッドにアルミニウムからなるワイヤーが共晶反応により直接接続されていることが好ましい。【００１３】  このようにすると、アルミニウムからなるワイヤーと、ボンディングパッドつまり不純物をドーピングしたポリシリコンとをより強固に接続することができるので、デバイスの信頼性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１４】  本発明によれば、処理工程の増加つまり製造コストの上昇を抑制することができる。また、不純物をドーピングしたポリシリコンからなる配線の一部であるボンディングパッドに直接ワイヤーを接続することによって、ボンディングパッド周辺における寄生容量を抑制することができるので、デバイスの信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は本発明の一実施形態に係るマイクロマシンデバイスの断面図である。
【図２】図２は本発明の一実施形態に係るマイクロマシンデバイスにおけるボンディング条件であるボンディングパワーの定義を説明する図である。
【図３】図３は本発明の一実施形態に係るマイクロマシンデバイスにおけるパッド部の拡大写真である。
【図４】図４は従来のマイクロマシンデバイスにおけるパッド部を示す断面図である。
【符号の説明】
【００１６】  １０１  シリコン基板
１０２  下部電極
１０３  層間絶縁膜
１０４  上部電極
１０５  空間
１０６  保護膜
１０７ａ  パッド
１０７ｂ  パッド
１０８ａ  ワイヤー
１０８ｂ  ワイヤー
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】  以下、本発明の一実施形態に係るマイクロマシンデバイスについて図面を参照しながら説明する。【００１８】  図１は、本発明の一実施形態に係るマイクロマシンデバイスの概念を示す断面図であり、マイクロマシンデバイスの基本的な構造を示している。図１に示すように、シリコン基板１０１上に下部電極１０２が形成されている。尚、下部電極１０２の裏面は、シリコン基板１０１の一部分を除去することにより部分的に露出している。下部電極１０２の上を含むシリコン基板１０１の上に層間絶縁膜１０３を挟んで上部電極１０４が形成されている。層間絶縁膜１０３における少なくともシリコン基板１０１の除去領域と重なる部分は除去されており、それによって下部電極１０３と上部電極１０４との間に空間１０５が形成されている。ここで、下部電極１０２及び上部電極１０４は、不純物をドーピングしたポリシリコンからなる。さらに、上部電極１０４上には保護膜１０６が形成されている。保護膜１０６には、パッド１０７ａとなる上部電極１０４の端部を露出させる開口部が設けられている。また、保護膜１０６及び層間絶縁膜１０３には、パッド１０７ｂとなる下部電極１０２の端部を露出させる開口部が設けられている。これらのパッド１０７ａ及びパッド１０７ｂにはそれぞれ、アルミニウムからなるワイヤー１０８ａ及び１０８ｂがウェッジボンディングによる共晶反応を用いて接続されている。【００１９】  本実施形態のマイクロマシンデバイスの基本構造は、図１に示したような２枚の平行平板の電極である下部電極１０２及び上部電極１０４を有する構造である。すなわち、上部電極１０４と下部電極１０２との間に空間（エアーギャップ）１０５が存在する構造によって、本実施形態のマイクロマシンデバイスは、デバイス周辺の圧力変化を検知する圧力センサーとして機能する。【００２０】  例えば、下部電極１０２に空気圧などの圧力が加わると、その圧力により下部電極１０２は撓み、下部電極１０２と上部電極１０４との間の距離（つまり空間１０５の厚さ）が変化する。一方、下部電極１０２と上部電極１０４とは、空気を誘電体とする（つまり空間１０５を誘電体層とする）平行平板型コンデンサーを構成するので、下部電極１０２と上部電極１０４との間の距離が変化すると、当該コンデンサーの容量が変化する。この容量変化を検知して出力することにより、圧力変化を出力値として取り出すことができる。【００２１】  下部電極１０２及び上部電極１０４は電気的に導通する材料からなり、マイクロマシンデバイスでは、不純物が拡散されたポリシリコン膜を使うことが多い。その理由は、ポリシリコン膜の膜応力を成膜条件又はアニール条件等により調整することが可能であるからである。ここで、例えば図１に示すデバイス構造において、圧力を受ける下部電極１０２のポリシリコン膜の応力は重要である。具体的には下部電極１０２となるポリシリコン膜の張力は、当該ポリシリコン膜の応力と当該ポリシリコン膜の膜厚との積に比例する。また、当該ポリシリコン膜の張力は、圧力変化を検知する感度を左右するので、結果として、当該ポリシリコン膜の応力を調整することにより、圧力センサーの感度を決めることができる。例えばポリシリ��ン膜の張力を小さくして、微小な圧力を検知するセンサーを構成したり、逆にポリシリコン膜の張力を大きくして、大きな圧力を検知するセンサーを構成したりすることができるのである。【００２２】  次に、図１に示したパッド１０７ａ及び１０７ｂにそれぞれワイヤー１０８ａ及び１０８ｂを接続するための方法について説明する。【００２３】  本実施形態で用いるウェッジボンダーのボンディング条件の主たるパラメータは、超音波の発振周波数、ボンディング荷重、ボンディング時間及びボンディングパワーである。以下、本願発明者らが、不純物をドーピングしたポリシリコン膜にアルミワイヤーを接続する実験を実施した結果について説明する。【００２４】  実験に使用した装置は、ウエストボンド社製のモデル７４００Ｄのウェッジボンダーである。また、使用ウェッジは、４５°タイプのウェッジであるＤＥＷＥＬＹ社製のＣＫＮＯＥ−１／１６−７５０−５２−Ｆ２５２５−ＭＰである。また、使用したＡｌワイヤーは、Ａｌ−Ｓｉ合金（シリコン含有率１ａｔ％）からなる直径（φ）３０μｍ径のワイヤーである。また、発振周波数は６４ｋＨｚであり、ボンディング荷重は１〜６０ｇｆ（９．８×１〜９．８×６０ｍＮ）であり、ボンディングパワーは１〜１３Ｖであり、ボンディング時間は１〜１００ｍｓｅｃである。すなわち、ボンディング荷重、ボンディング時間及びボンディングパワーについては、設定値を変化させて実験を行った。また、接合温度は常温である。【００２５】  ここで、ボンディングパワーの定義について図２を参照しながら説明する。図２に示す波形は、６４ｋＨｚの超音波発振周波数の波形であり、当該波形のピークトゥピーク（Ｐｅａｋ  ｔｏ  Ｐｅａｋ）の電圧値（Ｖ）を本実験のボンディングパワーと呼んでいる。【００２６】  また、ボンディング荷重については、ワイヤーの接合の可能、不可能に関わらず６０ｇｆを超えると、デバイスに損傷を起こすことがあった。そこで、本実験においては、ボンディング荷重を６０ｇｆ以下に設定している。また、ボンディング時間については生産性を考慮して０．１秒（１００ｍｓｅｃ）以下の条件に設定した。ボンディングパワーについては、超音波発振器の持つ最大出力１３Ｖまでの範囲を実験条件に設定した。【００２７】  本実験によると、ボンディング荷重を２５〜６０ｇｆ、ボンディングパワーを３．９〜１３Ｖ、ボンディング時間を４２〜１００ｍｓｅｃとしたときに、不純物をドーピングしたポリシリコン膜に対してアルミワイヤーを接続することが可能であった。【００２８】  尚、本実験におけるポリシリコン膜とアルミワイヤーとの接合の可否については、プルテスト試験による接合強度が５ｇｆ（９．８×５ｍＮ）以上である場合に「接合できる」と判断した。【００２９】  図３に示した写真は、ボンディング荷重３０ｇｆ、ボンディング時間４７ｍｓｅｃ、ボンディングパワー２Ｖの条件で、不純物をドーピングしたポリシリコン膜とアルミワイヤーとを接合した様子を示す拡大写真である。ここで、図３に示す接合は、不純物をドーピングしたポリシリコン膜とアルミワイヤーとの共晶反応によるものであり、プルテスト試験による接合強度は１５ｇｆ（９．８×１５ｍＮ）であった。【００３���】  また、本実験から、実用的なボンディング条件として、ボンディング荷重を２８〜３２ｇｆ（９．８×２８〜９．８×３２ｍＮ）、ボンディング時間を４５〜５０ｍｓｅｃ、ボンディングパワーを４．２〜５．０Ｖに設定することが望ましいことがわかった。【００３１】  以上に説明したように、本実施形態によると、不純物をドーピングしたポリシリコンからなるパッド１０７ａ及び１０７ｂにそれぞれ、アルミニウムからなるワイヤー１０８ａ及び１０８ｂを接続することが可能となった。また、不純物をドーピングしたポリシリコンからなる配線材料をパッド１０７ａ及び１０７ｂつまりボンディングパッドの材料として用いるため、配線材料と異なる金属材料を用いて新たにボンディングパッドを設ける場合と比較して工程を省略することができるので、製造コストを低減することができる。さらに、ボンディングパッド材料として金属を用いないことにより、ボンディングパッドと配線又は電極とが絶縁膜を挟んで対向する構成を回避することができるので、寄生容量を大幅に抑制することができる。【００３２】  すなわち、製造コストが安価で且つパッド部での寄生容量が発生しないマイクロマシンデバイスの製造が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】  本発明は、マイクロマシンデバイスに関し、不純物をドーピングしたポリシリコンからなる配線又は電極に直接ワイヤーを接続することによって、ボンディングパッド周辺における寄生容量を抑制して高信頼性を実現できるという効果が得られ、非常に有用である。
【図１】
2006025210.tif 000002
【図２】
2006025210.tif 000003
【図３】
2006025210.tif 000004
【図４】
2006025210.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成17年12月28日(2005.12.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】請求の範囲
【請求項１】（補正後）  第１の電極部と第１のパッド部とを有する第１の導電膜と、
第２の電極部と第２のパッド部とを有する第２の導電膜とを備え、
前記第１の電極部と前記第２の電極部とはエアギャップを介して互いに対向しており、
前記第１の導電膜及び前記第２の導電膜はそれぞれ、不純物をドーピングしたポリシリコンからなることを特徴とするマイクロマシンデバイス。
【請求項２】（補正後）  請求項１に記載のマイクロマシンデバイスにおいて、
前記第１のパッド部及び前記第２のパッド部にそれぞれ、アルミニウムからなるワイヤーが共晶反応により直接接続されていることを特徴とするマイクロマシンデバイス。
【請求項３】（補正後）  前記第１の導電膜における前記第２の導電膜と反対側の表面には前記第１のパッド部を除いて保護膜が形成されており、
前記第２の導電膜は、空気圧の変化に応じて撓むことを特徴とするマイクロマシンデバイス。
９
【手続補正書】
【提出日】平成19年2月8日(2007.2.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極部と第１のパッド部とを有する第１の導電膜と、
第２の電極部と第２のパッド部とを有する第２の導電膜とを備え、
前記第１の電極部と前記第２の電極部とはエアギャップを介して互いに対向しており、
前記第１の導電膜及び前記第２の導電膜はそれぞれ、不純物をドーピングしたポリシリコンからなることを特徴とするマイクロマシンデバイス。
【請求項２】
請求項１に記載のマイクロマシンデバイスにおいて、
前記第１のパッド部及び前記第２のパッド部にそれぞれ、アルミニウムからなるワイヤーが共晶反応により直接接続されていることを特徴とするマイクロマシンデバイス。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のマイクロマシンデバイスにおいて、
前記第１の導電膜における前記第２の導電膜と反対側の表面には前記第１のパッド部を除いて保護膜が形成されており、
前記第２の導電膜は、空気圧の変化に応じて撓むことを特徴とするマイクロマシンデバイス。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜加工を用いて製作するデバイスに関し、特にマイクロマシン又はＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）と呼ばれるマイクロマシンデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子などのデバイスと基板との電気的接続には、Ａｕ（金）又はＡｌ（アルミニウム）等からなるワイヤーを用いてワイヤーボンディングを行う配線方法が広く使われてきた。一般に半導体素子などのデバイスの接続用パッドはＡｌ膜から構成されており、当該パッドのＡｌ膜にＡｕ又はＡｌからなるワイヤーがボールボンディング又はウェッジボンディングを用いたワイヤーボンディング工法によって接合される。これは、半導体素子においてパッド及び配線を形成する材料としてＡｌ膜を用いているためである。
【０００３】
一方、近年、従来の機械加工によって製作するデバイスの小型化を図るために、半導体素子の製造方法を応用したマイクロマシニング技術と呼ばれる手法を使用してマイクロマシンデバイスの製作がなされるようになってきた。マイクロマシンデバイスにおいては、配線材料（導通材料）としてＡｌ膜又は不純物がドーピングされたポリシリコン膜が一般的に使われている。マイクロマシンデバイスは、他の基板又は他のデバイスと電気的に接続して初めて機能を発現する。そのため、マイクロマシンデバイスに電気的接続を取るための電極を設け、ワイヤーボンディングにより当該マイクロマシンデバイスと他の基板又は他のデバイスとを電気的に接続する。マイクロマシンデバイスの配線材料としてＡｌ膜を用いた場合、Ａｌ膜がワイヤーボンディング配線材料であるＡｕワイヤー又はＡｌワイヤーと良好に接続するため、電極構造に特別な構造的配慮をする必要はない。それに対して、マイクロマシンデバイスの配線材料として、不純物をドーピングしたポリシリコン膜を使用した場合には、一般的に図４に示す電極構造が用いられる（特許文献１参照）。
【０００４】
図４に示すように、シリコン基板１上に絶縁膜２が形成されていると共に、絶縁膜２の上に、不純物がドーピングされたポリシリコン膜からなる配線３が形成されている。配線３を覆うように絶縁膜４が形成されている。絶縁膜４には、配線３を部分的に露出させる開口部が設けられていると共に、当該開口部にＡｕからなるパッド５が配線３と接続するように形成されている。パッド５には、Ａｕ又はＡｌからなるワイヤー６が接続されている。
【特許文献１】特開昭６３−３１８７５６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、マイクロマシンデバイスの配線材料として、不純物をドーピングしたポリシリコン膜を使用した場合、前述のような配線方法においては、以下のような問題が生じる。
【０００６】
すなわち、図４に示すような電極構造においては、パッド５としてＡｕ膜又はＡｕ膜を最上層とする金属複合膜を形成するための処理が必要である。このため、処理工程が増加し、製造コストが上昇する。また、図４に示した電極構成では、絶縁膜４を挟んで対向する配線３（ポリシリコン膜）とパッド５（Ａｕ膜又は金属複合膜）とがコンデンサーを形成する結果、寄生容量が生じる。この寄生容量はデバイスの特性を劣化させる。すなわち、この寄生容量はマイクロマシンデバイスの機能を阻害する。
【０００７】
前記に鑑み、本発明は、処理工程を増加させることなく寄生容量を低減できるマイクロマシンデバイスの電極構造を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するために、本発明に係る第１のマイクロマシンデバイスは、不純物をドーピングしたポリシリコンからなるボンディングパッドを備えている。
【０００９】
本発明の第１のマイクロマシンデバイスによれば、不純物をドーピングしたポリシリコンからなる配線材料をボンディングパッドの材料として用いるため、配線材料と異なる金属材料を用いて新たにボンディングパッドを設ける場合と比較して工程を省略することができるので、製造コストを低減することができる。また、ボンディングパッド材料として金属を用いないことにより、ボンディングパッドと配線又は電極とが絶縁膜を挟んで対向する構成を回避することができるので、寄生容量を大幅に抑制することができる。
【００１０】
本発明に係る第２のマイクロマシンデバイスは、第１の電極と第２の電極とからなるコンデンサーを有するマイクロマシンデバイスであって、前記第１の電極に設けられたボンディングパッドと、前記第１の電極上に形成され且つ前記ボンディングパッド上に開口部を有する保護絶縁膜とを備え、前記第１の電極及び前記ボンディングパッドは共に、不純物をドーピングしたポリシリコンからなる。
【００１１】
本発明の第２のマイクロマシンデバイスによれば、不純物をドーピングしたポリシリコンからなる配線材料をボンディングパッドの材料として用いるため、配線材料と異なる金属材料を用いて新たにボンディングパッドを設ける場合と比較して工程を省略することができるので、製造コストを低減することができる。また、ボンディングパッド材料として金属を用いないことにより、ボンディングパッドと配線又は電極とが絶縁膜を挟んで対向する構成を回避することができるので、寄生容量を大幅に抑制することができる。
【００１２】
本発明の第１又は第２のマイクロマシンデバイスにおいて、前記ボンディングパッドにアルミニウムからなるワイヤーが共晶反応により直接接続されていることが好ましい。
【００１３】
このようにすると、アルミニウムからなるワイヤーと、ボンディングパッドつまり不純物をドーピングしたポリシリコンとをより強固に接続することができるので、デバイスの信頼性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、処理工程の増加つまり製造コストの上昇を抑制することができる。また、不純物をドーピングしたポリシリコンからなる配線の一部であるボンディングパッドに直接ワイヤーを接続することによって、ボンディングパッド周辺における寄生容量を抑制することができるので、デバイスの信頼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】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態に係るマイクロマシンデバイスについて図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係るマイクロマシンデバイスの概念を示す断面図であり、マイクロマシンデバイスの基本的な構造を示している。図１に示すように、シリコン基板１０１上に下部電極１０２が形成されている。尚、下部電極１０２の裏面は、シリコン基板１０１の一部分を除去することにより部分的に露出している。下部電極１０２の上を含むシリコン基板１０１の上に層間絶縁膜１０３を挟んで上部電極１０４が形成されている。層間絶縁膜１０３における少なくともシリコン基板１０１の除去領域と重なる部分は除去されており、それによって下部電極１０３と上部電極１０４との間に空間１０５が形成されている。ここで、下部電極１０２及び上部電極１０４は、不純物をドーピングしたポリシリコンからなる。さらに、上部電極１０４上には保護膜１０６が形成されている。保護膜１０６には、パッド１０７ａとなる上部電極１０４の端部を露出させる開口部が設けられている。また、保護膜１０６及び層間絶縁膜１０３には、パッド１０７ｂとなる下部電極１０２の端部を露出させる開口部が設けられている。これらのパッド１０７ａ及びパッド１０７ｂにはそれぞれ、アルミニウムからなるワイヤー１０８ａ及び１０８ｂがウェッジボンディングによる共晶反応を用いて接続されている。
【００１７】
本実施形態のマイクロマシンデバイスの基本構造は、図１に示したような２枚の平行平板の電極である下部電極１０２及び上部電極１０４を有する構造である。すなわち、上部電極１０４と下部電極１０２との間に空間（エアーギャップ）１０５が存在する構造によって、本実施形態のマイクロマシンデバイスは、デバイス周辺の圧力変化を検知する圧力センサーとして機能する。
【００１８】
例えば、下部電極１０２に空気圧などの圧力が加わると、その圧力により下部電極１０２は撓み、下部電極１０２と上部電極１０４との間の距離（つまり空間１０５の厚さ）が変化する。一方、下部電極１０２と上部電極１０４とは、空気を誘電体とする（つまり空間１０５を誘電体層とする）平行平板型コンデンサーを構成するので、下部電極１０２と上部電極１０４との間の距離が変化すると、当該コンデンサーの容量が変化する。この容量変化を検知して出力することにより、圧力変化を出力値として取り出すことができる。
【００１９】
下部電極１０２及び上部電極１０４は電気的に導通する材料からなり、マイクロマシンデバイスでは、不純物が拡散されたポリシリコン膜を使うことが多い。その理由は、ポリシリコン膜の膜応力を成膜条件又はアニール条件等により調整することが可能であるからである。ここで、例えば図１に示すデバイス構造において、圧力を受ける下部電極１０２のポリシリコン膜の応力は重要である。具体的には下部電極１０２となるポリシリコン膜の張力は、当該ポリシリコン膜の応力と当該ポリシリコン膜の膜厚との積に比例する。また、当該ポリシリコン膜の張力は、圧力変化を検知する感度を左右するので、結果として、当該ポリシリコン膜の応力を調整することにより、圧力センサーの感度を決めることができる。例えばポリシリコン膜の張力を小さくして、微小な圧力を検知するセンサーを構成したり、逆にポリシリコン膜の張力を大きくして、大きな圧力を検知するセンサーを構成したりすることができるのである。
【００２０】
次に、図１に示したパッド１０７ａ及び１０７ｂにそれぞれワイヤー１０８ａ及び１０８ｂを接続するための方法について説明する。
【００２１】
本実施形態で用いるウェッジボンダーのボンディング条件の主たるパラメータは、超音波の発振周波数、ボンディング荷重、ボンディング時間及びボンディングパワーである。以下、本願発明者らが、不純物をドーピングしたポリシリコン膜にアルミワイヤーを接続する実験を実施した結果について説明する。
【００２２】
実験に使用した装置は、ウエストボンド社製のモデル７４００Ｄのウェッジボンダーである。また、使用ウェッジは、４５°タイプのウェッジであるＤＥＷＥＬＹ社製のＣＫＮＯＥ−１／１６−７５０−５２−Ｆ２５２５−ＭＰである。また、使用したＡｌワイヤーは、Ａｌ−Ｓｉ合金（シリコン含有率１ａｔ％）からなる直径（φ）３０μｍ径のワイヤーである。また、発振周波数は６４ｋＨｚであり、ボンディング荷重は１〜６０ｇｆ（９．８×１〜９．８×６０ｍＮ）であり、ボンディングパワーは１〜１３Ｖであり、ボンディング時間は１〜１００ｍｓｅｃである。すなわち、ボンディング荷重、ボンディング時間及びボンディングパワーについては、設定値を変化させて実験を行った。また、接合温度は常温である。
【００２３】
ここで、ボンディングパワーの定義について図２を参照しながら説明する。図２に示す波形は、６４ｋＨｚの超音波発振周波数の波形であり、当該波形のピークトゥピーク（Ｐｅａｋ  ｔｏ  Ｐｅａｋ）の電圧値（Ｖ）を本実験のボンディングパワーと呼んでいる。
【００２４】
また、ボンディング荷重については、ワイヤーの接合の可能、不可能に関わらず６０ｇｆを超えると、デバイスに損傷を起こすことがあった。そこで、本実験においては、ボンディング荷重を６０ｇｆ以下に設定している。また、ボンディング時間については生産性を考慮して０．１秒（１００ｍｓｅｃ）以下の条件に設定した。ボンディングパワーについては、超音波発振器の持つ最大出力１３Ｖまでの範囲を実験条件に設定した。
【００２５】
本実験によると、ボンディング荷重を２５〜６０ｇｆ、ボンディングパワーを３．９〜１３Ｖ、ボンディング時間を４２〜１００ｍｓｅｃとしたときに、不純物をドーピングしたポリシリコン膜に対してアルミワイヤーを接続することが可能であった。
【００２６】
尚、本実験におけるポリシリコン膜とアルミワイヤーとの接合の可否については、プルテスト試験による接合強度が５ｇｆ（９．８×５ｍＮ）以上である場合に「接合できる」と判断した。
【００２７】
図３に示した写真は、ボンディング荷重３０ｇｆ、ボンディング時間４７ｍｓｅｃ、ボンディングパワー２Ｖの条件で、不純物をドーピングしたポリシリコン膜とアルミワイヤーとを接合した様子を示す拡大写真である。ここで、図３に示す接合は、不純物をドーピングしたポリシリコン膜とアルミワイヤーとの共晶反応によるものであり、プルテスト試験による接合強度は１５ｇｆ（９．８×１５ｍＮ）であった。
【００２８】
また、本実験から、実用的なボンディング条件として、ボンディング荷重を２８〜３２ｇｆ（９．８×２８〜９．８×３２ｍＮ）、ボンディング時間を４５〜５０ｍｓｅｃ、ボンディングパワーを４．２〜５．０Ｖに設定することが望ましいことがわかった。
【００２９】
以上に説明したように、本実施形態によると、不純物をドーピングしたポリシリコンからなるパッド１０７ａ及び１０７ｂにそれぞれ、アルミニウムからなるワイヤー１０８ａ及び１０８ｂを接続することが可能となった。また、不純物をドーピングしたポリシリコンからなる配線材料をパッド１０７ａ及び１０７ｂつまりボンディングパッドの材料として用いるため、配線材料と異なる金属材料を用いて新たにボンディングパッドを設ける場合と比較して工程を省略することができるので、製造コストを低減することができる。さらに、ボンディングパッド材料として金属を用いないことにより、ボンディングパッドと配線又は電極とが絶縁膜を挟んで対向する構成を回避することができるので、寄生容量を大幅に抑制することができる。
【００３０】
すなわち、製造コストが安価で且つパッド部での寄生容量が発生しないマイクロマシンデバイスの製造が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、マイクロマシンデバイスに関し、不純物をドーピングしたポリシリコンからなる配線又は電極に直接ワイヤーを接続することによって、ボンディングパッド周辺における寄生容量を抑制して高信頼性を実現できるという効果が得られ、非常に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は本発明の一実施形態に係るマイクロマシンデバイスの断面図である。
【図２】図２は本発明の一実施形態に係るマイクロマシンデバイスにおけるボンディング条件であるボンディングパワーの定義を説明する図である。
【図３】図３は本発明の一実施形態に係るマイクロマシンデバイスにおけるパッド部の拡大写真である。
【図４】図４は従来のマイクロマシンデバイスにおけるパッド部を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０１  シリコン基板
１０２  下部電極
１０３  層間絶縁膜
１０４  上部電極
１０５  空間
１０６  保護膜
１０７ａ  パッド
１０７ｂ  パッド
１０８ａ  ワイヤー
１０８ｂ  ワイヤー
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図３】
2006025210.tif 000009
【国際調査報告】
2006025210.tif 000010
2006025210.tif 000011