JP2008137139A - Micro-electromechanical device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】信頼性に優れた微小電気機械式装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】基板2上に形成された微小電気機械式構造体3と、前記微小電気機械式構造体3を取り囲むように基板2上に形成された枠部材4と、前記枠部材4を覆い、前記微小電気機械式構造体3との間に空洞5を形成する空洞形成膜6と、前記空洞形成膜6上に積層され、微小電気機械式構造体3を空洞5内に封止する封止層7とを具備する。
【選択図】図1A microelectromechanical device having excellent reliability and a method for manufacturing the same are provided.
A microelectromechanical structure 3 formed on a substrate 2, a frame member 4 formed on the substrate 2 so as to surround the microelectromechanical structure 3, and the frame member 4 are covered. A cavity forming film 6 that forms a cavity 5 between the micro electro mechanical structure 3 and a seal layer that is laminated on the cavity forming film 6 and seals the micro electro mechanical structure 3 in the cavity 5. And a stop layer 7.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、マイクロメカニカルリレー、加速度センサ、圧力センサ、アクチュエーター等を始めとする微小電気機械式構造体(MEMS素子)を封止した微小電気機械式装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a microelectromechanical device in which a microelectromechanical structure (MEMS element) such as a micromechanical relay, an acceleration sensor, a pressure sensor, and an actuator is sealed, and a method for manufacturing the same.
近年、LSIなどの半導体製造プロセスやその他の超微細加工プロセスを利用して作製されるMEMS(Micro Electro Mechanical System)素子が注目されている。MEMS素子は、通常の半導体装置と同様に外界の影響から素子を保護するために気密に封止されている。ただし、MEMS素子は、その動作特性から素子を中空に保持しなければならないため、中空状態を保持し得る封止構造を適用する必要がある。このような封止構造としては、従来から適用されている金属キャップタイプのパッケージが知られているが、パッケージの大型化が避けられないことから、近年の小型化要求には到底対応することができない。 2. Description of the Related Art In recent years, attention has been focused on MEMS (Micro Electro Mechanical System) elements manufactured by using a semiconductor manufacturing process such as LSI and other ultra-fine processing processes. The MEMS element is hermetically sealed in order to protect the element from the influence of the outside world as in a normal semiconductor device. However, since the MEMS element must hold the element in a hollow state due to its operating characteristics, it is necessary to apply a sealing structure that can hold the hollow state. As such a sealing structure, a metal cap type package that has been conventionally applied is known. However, since an increase in the size of the package is inevitable, it is possible to meet the recent demand for downsizing. Can not.
このような問題に対応して、MEMS素子を覆う犠牲層を形成し、犠牲層に通じる貫通孔を有する空洞形成膜を犠牲層上に積層した後、この貫通孔から犠牲層を選択的に除去し、空洞形成膜の貫通孔を塞ぐように封止層を積層して、MEMS素子を封止した構造が提案されている(例えば、特許文献1参照)。このようにしてMEMS素子は、空洞形成膜と封止層からなる封止材によって、その動作特性に必要な空洞を周囲に保持した状態で封止される。 In response to such a problem, a sacrificial layer covering the MEMS element is formed, a cavity forming film having a through hole leading to the sacrificial layer is laminated on the sacrificial layer, and then the sacrificial layer is selectively removed from the through hole. And the structure which laminated | stacked the sealing layer so that the through-hole of a cavity formation film was plugged up, and sealed the MEMS element was proposed (for example, refer patent document 1). In this way, the MEMS element is sealed with the cavity necessary for its operating characteristics held around by the sealing material composed of the cavity forming film and the sealing layer.
しかしながら、従来の封止構造では、例えば基板上の配線層等を外部環境から保護するために、これらをモールド樹脂でパッケージすると、そのモールド圧力に対して封止材の強度が十分ではないため、基底部の破断、クラック等を招く。そして、封止材がMEMS素子に接触すると、素子特性を劣化させる要因となる。
本発明の目的は、信頼性に優れた微小電気機械式装置及びその製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a microelectromechanical device excellent in reliability and a method for manufacturing the same.
本発明の一態様に係る微小電気機械式装置は、基板上に形成された微小電気機械式構造体と、前記微小電気機械式構造体を取り囲むように基板上に形成された枠部材と、前記枠部材を覆い、前記微小電気機械式構造体との間に空洞を形成する空洞形成膜と、前記空洞形成膜上に積層され、前記微小電気機械式構造体を空洞内に封止する封止層とを具備することを特徴としている。 A microelectromechanical device according to an aspect of the present invention includes a microelectromechanical structure formed on a substrate, a frame member formed on the substrate so as to surround the microelectromechanical structure, A cavity-forming film that covers a frame member and forms a cavity between the micro-electromechanical structure and a seal that is laminated on the cavity-forming film and seals the micro-electromechanical structure in the cavity And a layer.
また、本発明の一態様に係る微小電気機械式装置の製造方法は、基板上に微小電気機械式構造体を形成する工程と、前記微小電気機械式構造体を覆う犠牲部材、前記基板面上で犠牲部材を取り囲む枠部材、及び前記犠牲部材と枠部材を覆う空洞形成膜を前記枠部材及び空洞形成膜の少なくとも一方が貫通孔を有するように形成する工程と、前記貫通孔を通して前記犠牲部材を除去する工程と、前記犠牲部材を除去した後、前記空洞形成膜上に封止層を積層する工程とを備えることを特徴としている。 In addition, a method for manufacturing a microelectromechanical device according to one embodiment of the present invention includes a step of forming a microelectromechanical structure on a substrate, a sacrificial member that covers the microelectromechanical structure, and the substrate surface. Forming a frame member surrounding the sacrificial member, a cavity forming film covering the sacrificial member and the frame member so that at least one of the frame member and the cavity forming film has a through hole, and the sacrificial member through the through hole And a step of laminating a sealing layer on the cavity forming film after removing the sacrificial member.
上記構成により、信頼性に優れた微小電気機械式装置及びその製造方法を提供することができる。 With the above configuration, it is possible to provide a microelectromechanical device having excellent reliability and a method for manufacturing the same.
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。なお、以下では本発明の実施形態を図面に基づいて述べるが、それらの図面は図解のために提供されるものであり、本発明はそれらの図面に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, although embodiment of this invention is described below based on drawing, those drawings are provided for illustration and this invention is not limited to those drawings.
図1は、本発明の第1の実施形態に係る微小電気機械式装置(以下、MEMS装置とする。)の構成を模式的に示す断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a microelectromechanical device (hereinafter referred to as a MEMS device) according to a first embodiment of the present invention.
図1に示すように、第1の実施形態のMEMS装置1は、基板2上に形成されたMEMS素子3と、このMEMS素子3を取り囲むように基板2上に形成された枠部材4と、枠部材4を覆いMEMS素子3との間に空洞5を形成する空洞形成膜6と、空洞形成膜6上に積層された封止層7とを備えている。また、基板2上には、MEMS素子3を動作させるための信号線や電源線、接地線等の配線層8が形成されている。基板2としては、例えばガラス、合成樹脂等の絶縁性基板やシリコン等の半導体基板を用いることができ、半導体基板を用いる場合には、基板2上に配線層8が図示しない絶縁層を介して形成される。
As shown in FIG. 1, the
MEMS素子3としては、カンチレバー3aとカンチレバー支持部3bとから構成されるカンチレバー式のリレーを適用することができる。カンチレバー3aは、金属薄膜等から構成される。カンチレバー支持部3bは、例えば窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、あるいは絶縁性樹脂等から構成され、フォトリソグラフィー法、ドライエッチング法等により所定の形状に加工して得られる。MEMS素子3には、例えば静電気式マイクロスイッチ、静電マイクロリレー、マイクロメカニカルリレー、加速度センサ、圧力センサ、アクチュエーター等を適用することができる。
As the
枠部材4は、MEMS素子3を取り囲むようにして基板2上に形成される。枠部材4の形状としては、これを平面視した場合の外形として、例えば四角形、円形、楕円形等が挙げられ、その他任意の形状でもよいが、作業効率、耐衝撃性の点から、四角形(ロ字形)状が好ましい。枠部材4を構成する材料は、所望の枠形状を容易に形成でき、MEMS装置1の製造工程において、後述する犠牲層をエッチング除去する際に剥がれ難いものであればよい。枠部材4は、例えばSiN(窒化ケイ素)、ポリシリコン(poly-Si)等から構成され、CVD(Chemical Vapor Deposition)法等を用いて形成することができる。
The frame member 4 is formed on the
空洞形成膜6は、その内側にMEMS素子3の動作特性に必要な空洞5を形成し、枠部材4を覆うように形成される。空洞形成膜6の形状としては、全体として、例えば円錐、六角錐、四角錐等の錐体の頂部を切除した錘台状、または半球形(ドーム)状などが挙げられる。本実施形態では、その形状は四角錘台状であり、その平坦部(中央部)に貫通孔9を有している。空洞形成膜6は、例えばSiN等からなり、スパッタ法、CVD法、蒸着法等により形成される。
The
封止層7は、空洞形成膜6上に積層される。本実施形態では、空洞形成膜6の平坦部に設けられた貫通孔9を塞ぐように形成される。封止層7の形状は、空洞形成膜6と同様の形状であり、本実施形態では四角錘台状である。封止層7は、空洞形成膜6と同様の材料、形成方法によって成膜することができる。
The sealing
配線層8は、基板2上に形成され、MEMS素子3と電気的に接続され外部との間で電気信号等のやりとりを行う。配線層8には、例えばAu、Cr、Rt、Ti、Ni、Al、Cu等から構成される金属薄膜、これらの合金薄膜、あるいはこれらを多層積層した導体薄膜等を適用することができる。この場合、スパッタリング法、金属蒸着法等により金属薄膜等を形成した後、フォトリソグラフィー等でパターニングして形成する。また、配線層8の形態は、特に限定されるものではなく、例えばコプレーナ線路、マイクロストリップ線路、グランド付きコプレーナ線路、あるいは単純な薄膜信号線路など要求される仕様に応じて適宜選択できる。
The
上述した本実施形態のMEMS装置1は、例えば以下のようにして製造される。図2(a)〜(c)と図3(d)〜(f)は、図1に示すMEMS装置1の製造方法を模式的な断面で示す工程図である。
The
まず、図2(a)に示すように、基板2上に、スパッタリング法等でAl等からなる金属薄膜を形成した後、これをフォトリソグラフィー法等によりパターニングして配線層8を形成する。この配線層8の一部を覆うように例えばSiO2等からなる犠牲層10を形成して、カンチレバー3aとカンチレバー支持部3bとを具備したMEMS素子3を形成する。次いで、MEMS素子3が形成された犠牲層10を取り囲むように、SiN等からなるロ字形の枠部材4をCVD法、次いでフォトリソグラフィー法等によりパターニングして形成する。
First, as shown in FIG. 2A, a metal thin film made of Al or the like is formed on a
次に、図2(b)に示すように、ロ字形の枠部材4を覆うようにして、上述した犠牲層10上に、犠牲層10と同じ材料(SiO2)からなる犠牲層11を積層し、この犠牲層11上にレジスト12等の有機絶縁膜を塗布等により形成する。レジスト12は、次工程のテーパエッチングにおいてマスク材として使用されるものであり、犠牲層10,11とともに犠牲部材として空洞形成膜6の形成にも利用される。続いて、レジスト12をマスク材として使用し、テーパエッチングが行われる条件で、犠牲層11をテーパエッチングにより四角錘台状の形状に加工する。テーパエッチングは、例えば反応性イオンエッチング(RIE)などのドライエッチングにより行われる。このテーパエッチングにおいては、エッチングガスのガス条件を制御することにより、テーパの角度を所望の角度に調整することができる。上記テーパエッチングの際には、エッチングが進行するにつれて、レジスト12の後退が起こるとともに、レジスト12の厚さが減少するが、エッチング終了後に少なくとも犠牲層11の上面がこのレジスト12により覆われるように、最初に形成するレジスト12の厚さを決めておくことが好ましい。
Next, as shown in FIG. 2B, a
この後、図2(c)に示すように、SiN等からなる空洞形成膜6を、枠部材4、形状加工された犠牲層11及びレジスト12全体を覆うようにスパッタ法、CVD法等を用いて成膜する。
Thereafter, as shown in FIG. 2C, the
図3(d)に示すように、空洞形成膜6の一部、ここでは上面の一部をフォトリソグラフィー法、ドライエッチング法等を用いて除去し、犠牲層10,11とレジスト12を除去するための貫通孔9を空洞形成膜6に形成する。貫通孔9は、貫通孔9の形成とこれに続くエッチング等によってMEMS素子3の特性に悪影響が及ばないように、MEMS素子3の直上にあたる部位を避けるようにして設ける。
As shown in FIG. 3D, a part of the
次に、空洞形成膜6に設けた貫通孔9から、レジスト12をアッシングにより除去し、続けてSiO2からなる犠牲層10,11を選択的に溶解除去可能な例えばバッファフッ酸等のエッチャントを使用して、犠牲層10,11を除去し、図3(e)に示すように、MEMS素子3の周囲に空洞5を形成する。レジスト12はウエットエッチング法により除去することもでき、犠牲層10,11がSiO2からなる場合には、ウエットエッチング法以外に、RIE法やフッ酸蒸気によるドライエッチング法等を用いることもできる。この後、図3(f)に示すように、空洞形成膜6上にスパッタ法、CVD法等を使用してSiN等からなる封止層7を積層し、空洞形成膜6の貫通孔9を塞ぐことによりMEMS素子3を封止する。
Next, the resist 12 is removed by ashing from the through-hole 9 provided in the
以上説明したように、本実施形態によれば、MEMS素子3を取り囲むようにロ字形の枠部材4を形成し、この枠部材4を覆うように空洞形成膜6および封止層7からなる封止材を形成することによって、これらをモールド樹脂でパッケージした場合にもその衝撃や応力に強く、封止材の基底部にクラック等が生じ難い。このため、MEMS素子3を確実に空洞5内に封止することが可能な封止信頼性の高いMEMS装置1を提供することができる。
As described above, according to the present embodiment, the rectangular frame member 4 is formed so as to surround the
また、犠牲層11をRIE法によりテーパエッチングすることにより、容易に錘台状の形状に加工することができる。
Further, the
なお、犠牲層10,11には、ポリイミド樹脂等の合成樹脂を用いてもよい。この場合、空洞形成膜6としては、空洞形成膜6の成膜プロセスで犠牲層11がダメージを受け難く、犠牲層11と空洞形成膜6との間でのエッチングの選択性の点から、SiO2等を適用することもできる。ポリイミド樹脂からなる犠牲層10,11は、空洞形成膜6に設けられた貫通孔9を通してアッシングにより除去することができる。よって、犠牲部材としての犠牲層10,11と犠牲層10,11に塗布されたレジスト12をアッシングにより一括して除去できる。
The
また、犠牲層11は、その形状を四角錘台等の錘台状としたが、ドーム(半球形)状でもよい。この場合、犠牲層10,11をフォトレジスト等により形成し、300℃程度でアニールすることによりドーム状に形成することができる。このような錘台状又は半球形状にすることで、犠牲層11の側壁を基板2に対してほぼ垂直に形成する場合と比べて、続く工程で空洞形成膜6と封止層7とを、各部(基底部と上部)ほぼ均一な膜厚で犠牲層11上に積層することができ、封止材の強度向上を図ることができ、封止信頼性に優れたMEMS装置1を提供することができる。
The
次に、第2の実施形態に係るMEMS装置について図4を用いて説明する。図4は、本発明の第2の実施形態に係るMEMS装置21の構成を模式的に示す断面図である。本実施形態に係るMEMS装置21は、第1の実施形態と同様に、ロ字形の枠部材23と、錘台状の空洞形成膜24及び封止層7とを備えており、第1の実施形態とは、犠牲層10,11をエッチング除去するための貫通孔22が枠部材23の側壁に設けられている点が異なる。第1の実施形態と同一の構成部分については、同一の符号を付してその説明を簡略化または省略する。
Next, the MEMS device according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the
図4に示すように、第2の実施形態のMEMS装置21は、基板2上に形成されたMEMS素子3と、MEMS素子3を取り囲むように形成され、その側壁に貫通孔22を有する枠部材23と、枠部材23を覆い、MEMS素子3との間に空洞5を形成する空洞形成膜24と、空洞形成膜24上に積層された封止層7とを備えている。
As shown in FIG. 4, the
上述した本実施形態のMEMS装置21は、例えば以下のようにして製造される。図5(a)〜(c)と図6(d)〜(f)は、図4に示すMEMS装置21の製造方法を模式的な断面で示す工程図である。図7は、本発明の第2の実施形態に係るMEMS装置21の製造工程において形成された枠部材23と、枠部材23に貫通孔を形成するための貫通孔形成膜25を模式的に示す平面図である。
The
まず、図5(a)に示すように、基板2上に配線層8を形成する。この配線層8の一部を覆うように例えばポリイミド樹脂等からなる犠牲層10を成膜して、カンチレバー3aとカンチレバー支持部3bとを具備したMEMS素子3を形成する。
First, as shown in FIG. 5A, the
次に、図5(b)に示すように、枠部材23に貫通孔22を形成するための貫通孔形成膜25を基板2上に形成し、この貫通孔形成膜24上にSiO2からなるロ字形の枠部材23をMEMS素子3を取り囲むように、CVD法、次いでフォトリソグラフィー法等によりパターニングして形成する。貫通孔形成膜25と枠部材23とは、これを平面視した場合に、図7に示すように貫通孔形成膜25の上に、枠部材23の一部が積層されるようにする。貫通孔形成膜25は、犠牲層10と同材料のポリイミド樹脂から構成される。
Next, as shown in FIG. 5B, a through
続いて、図5(c)に示すように、枠部材23を覆うようにして、上述した犠牲層10上に、ポリイミドからなる犠牲層11を積層し、レジスト12等の有機絶縁膜を塗布する。次いで、上述した第1の実施形態と同様にして、テーパエッチングにより犠牲層11を錘台状の形状に加工する。
Subsequently, as shown in FIG. 5C, the
図6(d)に示すように、枠部材23と、形状加工された犠牲層11とレジスト12を覆うように、SiO2等からなる空洞形成膜24をスパッタ法、CVD法等を用いて成膜する。
As shown in FIG. 6D, a
次に、図6(e)に示すように、ポリイミドからなる貫通孔形成膜25をアッシングにより除去し、犠牲部材である犠牲層10,11とレジスト12を除去するための、犠牲層11に通じる貫通孔22を形成する。続けて、この貫通孔22から、ポリイミドからなる犠牲層10,11とレジスト12をアッシングにより順次除去し、MEMS素子3の周囲に空洞5を形成する。
Next, as shown in FIG. 6E, the through-
次に、図6(f)に示すように、空洞形成膜24上にHDP(High Density Plasma)法等を使用してSiO2等からなる封止層7を成膜し、枠部材23の側壁に設けられた貫通孔22を塞ぐことによりMEMS素子3を封止する。
Next, as shown in FIG. 6 (f), a
以上説明したように、本実施形態によれば、MEMS素子3を取り囲むようにロ字形の枠部材23を形成し、この枠部材23を覆うように空洞形成膜24および封止層7からなる封止材を形成することによって、これらをモールド樹脂でパッケージした場合にもその衝撃や応力に強く、封止材の基底部にクラック等が生じ難い。このため、MEMS素子3を確実に空洞5内に封止することが可能な封止信頼性の高いMEMS装置21を提供することができる。
As described above, according to the present embodiment, the
また、貫通孔22をMEMS素子3の直上ではなく枠部材23に設けることによって、貫通孔22形成時やエッチング工程等においてMEMS素子3に不要な異物が付着し難くなり、製造歩留まりの向上を図ることができる。
In addition, by providing the through
また、犠牲層10,11にポリイミドを適用することにより、貫通孔22から犠牲層10,11とレジスト12を除去する際に、犠牲層10,11とレジスト12をアッシングにより一括して除去することができ、製造プロセスを簡便にすることができる。
Further, by applying polyimide to the
次に、第3の実施形態に係るMEMS装置について図8を用いて説明する。図8は本発明の第3の実施形態に係るMEMS装置31の構成を模式的に示す断面図である。同図に示すMEMS装置31は、上述した第1及び第2の実施形態とは、枠部材4,23としてCuからなる電極32をMEMS素子3の周囲に形成する点が異なる。なお、第1及び第2の実施形態と同一の構成部分には、同一の符号を付してその説明を簡略化または省略する。
Next, a MEMS device according to a third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the
図8に示すように、第3の実施形態のMEMS装置31は、基板2上に形成されたMEMS素子3と、MEMS素子3を取り囲むように基板2上に形成されたCuからなる電極32と、電極32上に形成され、貫通孔33を有するとともに、MEMS素子3との間に空洞5を形成する空洞形成膜34と、空洞形成膜34上に積層され貫通孔33を塞ぐように形成された封止層35とを備えている。
As shown in FIG. 8, the
電極32は、基板2上に形成された配線層8と電気的に接続されて基板2上の配線の引き出し線として作用し、外部との間で電気信号等のやりとりを行う。電極32は、Cuから構成され、ダマシン(Damascene)法等で形成される。電極32は、MEMS素子3を取り囲むようにロ字形状で形成されているが、その一部は、ショート防止のため、配線層8との間にSiN等からなる絶縁膜36が設けられている。
The
上述した本実施形態のMEMS装置31は、例えば以下のようにして製造される。図9(a)〜(c)及び図10(d)〜(f)は、図8に示すMEMS装置31の製造方法の一例を模式的な断面で示す工程図である。
The
まず、図9(a)に示すように、基板2上に配線層8を形成する。この配線層8の一部を覆うように例えばSiO2等からなる犠牲層10を成膜して、カンチレバー3aとカンチレバー支持部3bとを具備したMEMS素子3を形成する。次いで、配線層8上に、SiN等の絶縁性材料を例えばスパッタ法、CVD法等で成膜し、パターニングして絶縁膜36を形成する。
First, as shown in FIG. 9A, the
次に、図9(b)に示すように、配線層8の一部と、絶縁膜36を覆うようにSiO2等からなる犠牲層11を成膜する。
Next, as shown in FIG. 9B, a
この後、図9(c)に示すように、ダマシン法により電極32を形成する。すなわち、MEMS素子3を取り囲むようにして犠牲層11にロ字形の溝を形成し、この溝にCuが埋め込まれるように犠牲層11上にCu膜を形成し、その後、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法で不要なCu膜を除去して電極32を形成する。電極32の幅は、位置ズレを見込んで絶縁膜36よりも小さい幅とする。
Thereafter, as shown in FIG. 9C, an
図10(d)に示すように、電極32及び犠牲層11上にSiN等からなる空洞形成膜34を成膜する。空洞形成膜34は、次工程の犠牲層エッチングにおいてマスク材としても使用されるものである。マスク材としては、犠牲層エッチングが可能であり、最終的にMEMS素子3との間に空洞5を形成する空洞形成膜34としてMEMS装置31内に残るため、無機系の材料が好ましく、例えば、SiN等が挙げられる。
As shown in FIG. 10D, a
空洞形成膜34に犠牲層10,11をエッチング除去するための、犠牲層11に通じる貫通孔33をフォトリソグラフィー法、ドライエッチング法等を用いて形成する。次いで、貫通孔33を通して犠牲層10,11をエッチング除去し、MEMS素子3の周囲に空洞5を形成する(図10(e))。
A through
図10(f)に示すように、空洞形成膜34及び電極32を被覆するようにHDP法等を用いてSiN等からなる封止層35を成膜し、空洞形成膜34の貫通孔33を塞ぐことによりMEMS素子3を封止する。この後、電極32にワイヤボンディングするための貫通孔(不図示)を封止層35に形成し、外部のボンディングパッド(不図示)と電極32とをワイヤボンディングする。すなわち、一方のボンディングワイヤ37を電極32にボンディングし、他方のボンディングワイヤ38を基板2上の配線層8にボンディングする。
As shown in FIG. 10 (f), a
以上説明したように、本実施形態によれば、Cuからなる電極32が、基板2上の配線の引き出し線として用いられる他に、モールド樹脂で全体をパッケージした場合にその衝撃と応力に対する封止材の補強部材としても作用するため、封止材が圧し折れてMEMS素子3に付着することなく、MEMS素子3を確実に空洞5内に封止することが可能な封止信頼性の高いMEMS装置31を提供することができる。
As described above, according to the present embodiment, the
なお、図10(f)に示したように、一方のボンディングワイヤ37を電極32にボンディングし、他方のボンディングワイヤ38を基板2上の配線層8にボンディングしているが、例えば図11に示すように、ワイヤボンディングすることもできる。すなわち、基板2上の配線層8には、図8に示したようなSiN等からなる絶縁膜36は形成されておらず、電極32はこれを平面視した場合に、ショート防止のため図12に示すような形状を有する。
As shown in FIG. 10F, one
次に、第4の実施形態に係るMEMS装置について図13を用いて説明する。図13は本発明の第4の実施形態に係るMEMS装置41の構成を模式的に示す断面図である。同図に示すMEMS装置41は、上述した第3の実施形態とは、電極42が、その側壁にMnSixOyからなるバリア層43を有する点が異なる。なお、第1乃至第3の実施形態と同一の構成部分には、同一の符号を付してその説明を簡略化または省略する。
Next, a MEMS device according to a fourth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a
図13に示すように、第4の実施形態のMEMS装置41は、電極42の側壁にMnSixOyからなるバリア層43を有している。電極42は、ショート防止のため、これを平面視した場合に、図12に示したような形状を有する。
As shown in FIG. 13, the
上述した本実施形態のMEMS装置41は、例えば以下のようにして作製される。図14(a)〜(c)、図15(d)〜(f)及び図16(g)は、図13に示すMEMS装置41の製造方法の一例を模式的な断面で示す工程図である。
The
まず、図14(a)に示すように、基板2上に配線層8を形成する。この配線層8の一部を覆うように例えばSiO2等からなる犠牲層10を成膜して、カンチレバーとカンチレバー支持部とを具備したMEMS素子3を形成する。配線層8の一部を覆い、上述した犠牲層10上に、同じ材料(SiO2)からなる犠牲層11を積層する。
First, as shown in FIG. 14A, the
次に、図14(b)に示すように、MEMS素子3を取り囲むようにして犠牲層11に溝を形成し、この溝にCu―Mn等のCu合金が埋め込まれるようにCVD法等で犠牲層11上にCu合金膜44を形成する。この場合、溝は、これを平面視した場合に、図12に示したような形状で形成する。
Next, as shown in FIG. 14B, a trench is formed in the
この後、200〜350℃で熱処理を行う。これにより、図14(c)に示すように、Cu合金膜44と犠牲層11との界面に、MnSixOyからなるバリア層43を形成する。バリア層43の膜厚は、2〜3nm程度であることが好ましい。なお、Cu合金膜44は、熱処理によってCu―MnのMn成分が取り除かれ、Cu膜となることも考えられる。
Thereafter, heat treatment is performed at 200 to 350 ° C. As a result, as shown in FIG. 14C, a
図15(d)に示すように、不要なCu合金膜44(又はCu膜)とバリアメタル膜43をCMP法で除去して平坦化して、電極42を形成する。
As shown in FIG. 15D, the unnecessary Cu alloy film 44 (or Cu film) and the
SiN等からなる空洞形成膜34を成膜し(図15(e))、図15(f)に示すように、この空洞形成膜34に、犠牲層10,11をエッチング除去するための、犠牲層11に通じる貫通孔33をフォトリソグラフィー法、ドライエッチング法等を用いて形成する。次いで、貫通孔33から犠牲層10,11をエッチング除去し、MEMS素子3の周囲に空洞5を形成する。
A
図16(g)に示すように、空洞形成膜34上にCVD法等を用いてSiN等からなる封止層35を成膜して、空洞形成膜34の貫通孔33を塞ぐことによりMEMS素子3を封止する。この後、電極42にワイヤボンディングするための貫通孔(不図示)を封止層35に形成し、外部のボンディングパッド(不図示)と電極42とをワイヤボンディングする。
As shown in FIG. 16G, a MEMS layer is formed by forming a
以上説明したように、本実施形態によれば、電極42にCu―Mn等のCu合金を使用して、電極42の側壁に設けるバリア層43をMnSixOyから構成することで、犠牲層10,11をドライエッチングで除去する場合にO2系のガスを使用しても、バリア層43や電極42の酸化を回避することができる。そのため、電極42の強度劣化を防ぐとともに、電極42を各配線の引き出し線として使用した場合の抵抗上昇も抑制することができるため、MEMS装置41の信頼性向上を図ることができる。
As described above, according to the present embodiment, the sacrificial layer is formed by using the Cu alloy such as Cu—Mn for the
また、上述した実施形態と同様に、電極42が、基板2上の各配線の引き出し線として用いられる他に、モールド樹脂で全体をパッケージした場合にその衝撃と応力に対する封止材の補強部材としても作用するため、MEMS素子3を確実に空洞5内に封止することが可能な封止信頼性の高いMEMS装置41を提供することができる。
Similarly to the above-described embodiment, the
なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上述の第1〜第4の実施形態において挙げた材料、構造、形状、基板、プロセスなどはあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる材料、構造、形状、基板、プロセスなどを用いてもよい。 The present invention is not limited to the description of the above embodiment, and can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention. For example, the materials, structures, shapes, substrates, processes, etc. mentioned in the first to fourth embodiments are merely examples, and if necessary, materials, structures, shapes, substrates, processes, etc. different from these. May be used.
1,21,31,41…MEMS装置、2…基板、3…MEMS素子、4,23…枠部材、5…空洞、6,24,34…空洞形成膜、7,35…封止層、8…配線層、9,22,33…貫通孔、10,11…犠牲層、12…レジスト、25…貫通孔形成膜、32,42…電極、36…絶縁膜、37…ボンディングワイヤ、43…バリア層、44…Cu合金膜。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記微小電気機械式構造体を取り囲むように基板上に形成された枠部材と、
前記枠部材を覆い、前記微小電気機械式構造体との間に空洞を形成する空洞形成膜と、
前記空洞形成膜上に積層され、前記微小電気機械式構造体を空洞内に封止する封止層と
を具備することを特徴とする微小電気機械式装置。 A microelectromechanical structure formed on a substrate;
A frame member formed on the substrate so as to surround the microelectromechanical structure;
A cavity-forming film that covers the frame member and forms a cavity with the micro-electromechanical structure;
A microelectromechanical device comprising: a sealing layer which is laminated on the cavity forming film and seals the microelectromechanical structure in the cavity.
前記微小電気機械式構造体を覆う犠牲部材、前記基板面上で犠牲部材を取り囲む枠部材、及び前記犠牲部材と枠部材を覆う空洞形成膜を前記枠部材及び空洞形成膜の少なくとも一方が貫通孔を有するように形成する工程と、
前記貫通孔を通して前記犠牲部材を除去する工程と、
前記犠牲部材を除去した後、前記空洞形成膜上に封止層を積層する工程と
を備えることを特徴とする微小電気機械式装置の製造方法。 Forming a microelectromechanical structure on a substrate;
A sacrificial member that covers the microelectromechanical structure, a frame member that surrounds the sacrificial member on the substrate surface, and a cavity forming film that covers the sacrificial member and the frame member, at least one of the frame member and the cavity forming film is a through hole Forming to have
Removing the sacrificial member through the through hole;
And a step of laminating a sealing layer on the cavity forming film after removing the sacrificial member.
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