半導体装置及びその製造方法
【課題】絶縁溝と絶縁部材とで構成された絶縁部を有する半導体基板において、反りの発生を抑制する。
【解決手段】ミラーアレイデバイス１は、電極基板４を備えている。電極基板４は、その厚み方向に導通し且つ絶縁部５で囲まれることによって周辺の部分から絶縁された駆動電極４１を有している。絶縁部５は、電極基板４の表面４ａから形成された絶縁溝５１と、電極基板の裏面４ｂから埋め込まれて絶縁溝５１内に突出する絶縁部材５２とで構成されている。電極基板４には、電極基板４の応力を緩和するための応力緩和溝６が絶縁部材５２が埋め込まれた裏面４ｂ側から形成されている。
【解決手段】ミラーアレイデバイス１は、電極基板４を備えている。電極基板４は、その厚み方向に導通し且つ絶縁部５で囲まれることによって周辺の部分から絶縁された駆動電極４１を有している。絶縁部５は、電極基板４の表面４ａから形成された絶縁溝５１と、電極基板の裏面４ｂから埋め込まれて絶縁溝５１内に突出する絶縁部材５２とで構成されている。電極基板４には、電極基板４の応力を緩和するための応力緩和溝６が絶縁部材５２が埋め込まれた裏面４ｂ側から形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板を備えた半導体装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、多くの電子機器に半導体装置が使用されており、様々な半導体装置が開発されている。その半導体装置の１つに、半導体基板を備えた半導体装置であって、該半導体基板には厚み方向に導通し且つ周辺の部分から絶縁された導通部が形成されたものが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、そのような半導体装置の一例として、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスが記載されている。具体的には、特許文献１に係る半導体装置は、ＭＥＭＳミラーであって、駆動電極が形成された半導体基板と、該半導体基板と対向して設けられたミラーとを備えている。この駆動電極は、絶縁部により囲まれて、その周辺の部分と絶縁されていると共に、半導体基板の厚み方向に導通している。絶縁部は、半導体基板の一方の面から形成された絶縁用の溝（以下、絶縁溝という）と、半導体基板の他方の面から埋め込まれ且つ該絶縁溝内に突出する絶縁部材とで構成されている。このように、絶縁部を絶縁部材だけで構成するのではなく、絶縁溝と絶縁部材とを組み合わせて構成することによって、絶縁部におけるチャージアップを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８−０１１２０３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような絶縁部を有する半導体基板においては、半導体基板の厚み方向において、一部に絶縁部材が埋め込まれ、それ以外の部分に絶縁溝が形成される。このような半導体基板は、厚み方向の一方側の構造と他方側の構造とが異なるため、半導体基板に反りが生じてしまう虞がある。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、絶縁溝と絶縁部材とで構成された絶縁部を有する半導体基板において、反りの発生を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、前記の課題を解決すべく鋭意研究の結果、半導体基板の反りが絶縁部において生じる応力によるものであることを見出し、本発明をなすに至った。
【０００８】
すなわち、半導体基板に前記絶縁部を形成するためには、まず、半導体基板の一方の面に絶縁部材を埋め込むための溝を加工し、該溝に絶縁部材を埋め込み、その後、半導体基板の他方の面から絶縁溝を形成する。このように半導体基板に形成された溝に絶縁部材を埋め込む場合には、異なる部材（即ち、絶縁部材）が溝の表面に形成されたり、高温下で処理が行われたりするため、半導体基板の、絶縁部材が設けられた部分に応力が発生する。
【０００９】
例えば、絶縁部材を埋め込む方法として、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）を用いる方法が考えられる。ＣＶＤにおいては、半導体基板の溝の表面に、絶縁部材となる物質の粒子が堆積していき、やがて成膜されるが、この際に該膜と半導体基板との間で応力が発生する。また、別の方法として、熱酸化法により溝を酸化膜で埋め込む方法が考えられる。熱酸化法によれば、半導体基板が酸素（又は水蒸気）雰囲気中で加熱される。これにより、溝の表面にシリコン酸化膜が形成され、最終的には、溝がシリコン酸化膜で埋まる。この場合、高温下での処理であるため、半導体基板が常温に戻ると、半導体基板の、絶縁部材が設けられた部分に熱応力が生じる。
【００１０】
そこで、本発明では、半導体基板に応力緩和溝を形成するようにしたものである。具体的には、本発明は、半導体基板を備えた半導体装置が対象である。そして、前記半導体基板は、その厚み方向に導通し且つ絶縁部で囲まれることによって周辺の部分から絶縁された導通部を有し、前記絶縁部は、前記半導体基板の一方の面から形成された絶縁溝と、該半導体基板の他方の面から該絶縁溝内に達して設けられる絶縁部材とで構成されており、前記半導体基板には、前記半導体基板の応力を緩和するための応力緩和溝が前記絶縁部材の設けられた面側から形成されているものとする。
【００１１】
前記の構成によれば、絶縁溝と絶縁部材とで構成された絶縁部が形成された半導体基板において、絶縁部材が設けられた面に応力緩和溝を形成することによって、半導体基板の、絶縁部材が設けられた部分に生じる応力を緩和することができる。
【００１２】
また、別の本発明は、半導体基板の一方の面から形成された絶縁溝と該半導体基板の他方の面から該絶縁溝内に達して設けられる絶縁部材とで構成された絶縁部で囲まれることによって周辺の部分から絶縁され且つその厚み方向に導通する導通部を有する半導体基板を備えた半導体装置の製造方法が対象である。そして、前記半導体基板の他方の面に前記絶縁部材を設けるための下溝と、該下溝よりも広い幅を有し且つ前記半導体基板の応力を緩和するための前記応力緩和溝とを前記半導体基板をエッチングすることにより同時に形成する溝形成工程と、前記下溝に前記絶縁部材を設ける溝埋工程と、前記絶縁部材の設けられた半導体基板の一方の面に該絶縁部材が露出するまで前記絶縁溝を形成する絶縁溝形成工程と、を含むものとする。
【００１３】
前記の構成によれば、絶縁部材を設けるための下溝と、該下溝よりも広い幅を有する応力緩和溝とをエッチングにより同時に形成することによって、応力緩和溝の方が下溝よりも、幅が広く且つ深く形成される。その結果、応力緩和溝を、前記半導体基板における、前記絶縁部材の設けられた面側から前記絶縁溝の底部を超えるように容易に形成することができると共に、前記溝埋工程において応力緩和溝が絶縁部材を構成する物質で埋められてしまうことを防止することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、半導体基板において、絶縁部材が埋め込まれた面に応力緩和溝を形成することによって、半導体基板の、絶縁部材が設けられた部分に生じる応力を緩和して、半導体基板の反りを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態１に係るミラーアレイデバイスの平面図である。
【図２】図１のII−II線における断面図である。
【図３】電極基板の製造工程を説明するための電極基板の断面図であって、（Ａ）は、電極基板の裏面にマスキング処理が施された状態を、（Ｂ）は、電極基板にエッチング処理が施された状態を、（Ｃ）は、電極基板に熱酸化処理が施された後電極パッドが形成された状態を、（Ｄ）は、電極基板に絶縁溝が形成された状態を示す。
【図４】変形例に係る電極基板の平面図である。
【図５】別の変形例に係る電極基板の平面図である。
【図６】実施形態２に係るジャイロスコープの平面図である。
【図７】ジャイロスコープの電極基板の平面図である。
【図８】図６のVIII−VIII線における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
《発明の実施形態１》
図１は、本発明の例示的な実施形態１に係るミラーアレイデバイスの平面図を、図２は、図１のII−II線における断面図を示す。
【００１８】
ミラーアレイデバイス１は、複数のミラー素子１０，１０，…がアレイ状に配列されて構成されている。各ミラー素子１０は、ミラー２と、ベース部材３と、ミラー２をベース部材３に対して支持するためのヒンジ２１と、ミラー２及びベース部材３と対向して設けられる電極基板４と、ベース部材３と電極基板４との間に介設されるスペーサ３１とを備えている。ミラーアレイデバイス１において、複数のミラー素子１０，１０，…のベース部材３，３，…は、共通の１つの部材で構成されている。同様に、複数のミラー素子１０，１０，…の電極基板４，４，…も、共通の１つの部材で構成されている。ミラーアレイデバイス１は、いわゆるＭＥＭＳミラーであって、半導体微細加工技術を応用したマイクロマシニング技術で製造されている。このミラーアレイデバイス１は、半導体装置の一例である。
【００１９】
ミラー２、ヒンジ２１及びベース部材３は、例えば、シリコン基板から形成されている。ミラー２は、平面視略円形の平板状に形成されている。ミラー２は、ヒンジ２１を介してベース部材３に揺動可能に支持されている。ミラー２は、電極基板４とは反対側の面が鏡面となっており、該ミラー２に入射する光を反射するように構成されている。尚、「平面視」とは、「基板に対して直交する方向を向いて見たとき」を意味する。
【００２０】
電極基板４は、シリコン基板で構成されている。電極基板４における、ミラー２と対向する部分には、駆動電極４１が形成されている。駆動電極４１は、ミラー２と同様に、平面視略円形に形成されている。駆動電極４１の裏面には、電極パッド４２が設けられている。電極パッド４２を介して駆動電極４１に電圧を印加することによって、ミラー２が静電力によりベース部材３から駆動電極４１側へ沈み込むように変位する。電極基板４は、半導体基板及び半導体装置の一例である。
【００２１】
駆動電極４１は、電極基板４において、その周辺部分と絶縁部５を介して絶縁されている。また、駆動電極４１は、電極基板４の厚み方向に導通するようになっている。この駆動電極４１は、導通部の一例である。
【００２２】
絶縁部５は、平面視で、駆動電極４１を囲むように閉じた形状をしている。すなわち、絶縁部５は、平面視略円形に形成されている。さらに詳しくは、絶縁部５は、電極基板４の一方の面４ａから形成された絶縁溝（即ち、エアギャップ）５１と、電極基板４の他方の面４ｂから埋め込まれた絶縁部材５２とで構成されている。以下、電極基板４の、ミラー２及びベース部材３と対向する面を表面と称し、その反対側の面を裏面と称する。すなわち、絶縁溝５１は電極基板４の表面４ａから形成されており、絶縁部材５２は電極基板４の裏面４ｂから埋め込まれている。絶縁部材５２は、電極基板４の裏面４ｂから形成された下溝５２ａに埋め込まれている。詳しくは、絶縁部材５２は、電極基板４に形成された下溝５２ａの内面に熱酸化により形成した熱酸化膜で構成されている。本実施形態では、電極基板４がシリコン基板であるため、絶縁部材５２は酸化シリコン（ＳｉＯ２）である。また、絶縁部材５２の先端部は、絶縁溝５１内に突出している。すなわち、絶縁部材５２の先端部５２ｂは、絶縁溝５１の底面５１ａに立設するように構成されている。これら絶縁溝５１及び絶縁部材５２も、平面視略円形に形成されている。尚、絶縁部５において、前記絶縁部材５２の先端部５２ｂが少なくとも該絶縁溝５１内に達していればよい。
【００２３】
このように絶縁部５が絶縁溝５１を含んで構成されているため、絶縁部５におけるチャージアップを防止することができる。また、駆動電極４１が電極基板４から切り離されてしまうため、絶縁部５を絶縁溝５１だけで構成することはできない。つまり、駆動電極４１が電極基板４から完全に切り離されないように、駆動電極４１とその周辺の部分とを絶縁部材５２で連結しておく必要がある。そして、この絶縁部材５２を、絶縁溝５１内に突出するように構成することによって、駆動電極４１とその周辺の部分とを確実に絶縁することができる。
【００２４】
また、電極基板４には、絶縁部材５２と電極基板４との間に生じる応力を緩和するための応力緩和溝６が形成されている。応力緩和溝６は、電極基板４の、絶縁部材５２が埋め込まれた面側、即ち、裏面４ｂから形成されている。応力緩和溝６は、絶縁部５の近傍に形成されている。本実施形態においては、応力緩和溝６は、電極基板４のうち、絶縁部５の外側において、絶縁部５に沿って形成されている。すなわち、応力緩和溝６は、絶縁部５と略同形状である平面視略円形をしている。応力緩和溝６の内面及び電極基板４の裏面４ｂには、絶縁部材５２と同様のシリコン酸化膜が形成されている。尚、このシリコン酸化膜はなくてもよい。応力緩和溝６の深さは、裏面４ｂから絶縁溝５１の底面までの距離よりも深くなっている。さらに、応力緩和溝６の深さは、裏面４ｂからの絶縁部材５２の先端までの距離よりも深くなっている。また、応力緩和溝６の幅は、絶縁部材５２のための下溝５２ａよりも広くなっている。ここで、応力緩和溝６の深さ及び幅は、シリコン酸化膜を除いた深さ及び幅を意味する。
【００２５】
このように、電極基板４の、絶縁部材５２の近傍に応力緩和溝６を形成することによって、電極基板４と絶縁部材５２との間で生じる応力を応力緩和溝６により吸収することができる。
【００２６】
続いて、電極基板４の製造方法の一例について、図３を参照しながら説明する。
【００２７】
まず、図３（Ａ）に示すように、電極基板４となるシリコン基板の一方の面（電極基板４の裏面４ｂに相当する。以下、裏面４ｂと称する。）にマスク４３を形成する。このマスク４３には、下溝５２ａ用のスリット４３ａと、応力緩和溝６用のスリット４３ｂとが形成されている。このとき、応力緩和溝６用のスリット４３ｂの幅が、下溝５２ａ用のスリット４３ａの幅よりも広くなっている。
【００２８】
次に、図３（Ｂ）に示すように、電極基板４に例えばボッシュプロセスを用いたＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）ドライエッチングを行う。その結果、電極基板４に下溝５２ａと応力緩和溝６とが形成される。ここで、応力緩和溝６用のスリット４３ｂの幅が、下溝５２ａ用のスリット４３ａの幅よりも広いため、応力緩和溝６の方が、下溝５２ａよりも広く且つ深く形成される。
【００２９】
続いて、図３（Ｃ）に示すように、熱酸化法によって、下溝５２ａをシリコン酸化膜で埋める。すなわち、シリコン基板を酸素（又は水蒸気）雰囲気中で加熱する。これにより、下溝５２ａの内面にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）が形成されていき、最終的には、下溝５２ａがシリコン酸化膜で埋められる。この下溝５２ａを埋めているシリコン酸化膜が絶縁部材５２を構成する。このとき、電極基板４の裏面４ｂや応力緩和溝６の内面にもシリコン酸化膜が形成される。ただし、応力緩和溝６の幅は、下溝５２ａよりも広いため、応力緩和溝６がシリコン酸化膜で埋められることはない。その後、電極基板４の裏面４ｂのうち、駆動電極４１に相当する部分のＳｉＯ２膜を除去した後に電極パッド４２を形成する。
【００３０】
その後、図３（Ｄ）に示すように、電極基板４の表面４ａからエッチングして、絶縁溝５１を加工する。エッチングは、絶縁部材５２の先端が露出するまで行う。
【００３１】
こうして、絶縁溝５１と絶縁部材５２で構成される絶縁部５によって囲まれた駆動電極４１が、電極基板４に形成される。さらに、絶縁部５を囲むようにして、電極基板４の裏面４ｂに応力緩和溝６が形成される。
【００３２】
このように、本実施形態では、絶縁部材５２が熱酸化法により形成される。熱酸化法で形成された絶縁部材５２は、例えば、ＣＶＤにより形成された絶縁部材と比較して、膜質（緻密性、電気特性、膜厚の均一性）が良好であり、絶縁耐圧も高い。その一方で、熱酸化法は、高温下での処理であるため、電極基板４と絶縁部材５２との熱膨張係数が異なることも相俟って、電極基板４の、絶縁部材５２が設けられた部分に大きな熱応力が発生する。さらに、絶縁部材５２が設けられているのは、電極基板４における厚み方向の一部だけである。そのため、電極基板４の厚み方向における絶縁部材５２側で膨張が生じて、電極基板４に反りが生じ易くなる。それに対して、本実施形態では、電極基板４のうち、絶縁部材５２，５２，…が埋め込まれた裏面４ｂに応力緩和溝６，６，…を形成することによって、絶縁部材５２が設けられた部分に生じる熱応力を吸収することができる。その結果、シリコンの結晶欠陥や電極基板４の反りの発生を防止することができる。特に、ミラーアレイデバイス１のように、多くの絶縁部５，５，…が集積した構成においては、有効である。
【００３３】
また、応力緩和溝６の深さを、裏面４ｂから絶縁溝５１の底面までの距離よりも深くすることによって、応力緩和溝６を、電極基板４のうち絶縁部材５２が埋まっている部分（即ち、裏面４ｂと絶縁溝５１の底面との間の部分）の厚さよりも深く形成することができる。こうすることで、電極基板４のうち絶縁部材５２が埋まっている部分に対して、電極基板４の厚み方向と直交する方向には必ず応力緩和溝６が存在することになる。その結果、絶縁部材５２が設けられた部分に生じる熱応力を応力緩和溝６でより一層吸収することができる。
【００３４】
さらに、電極基板４の製造時に、応力緩和溝６用のスリット４３ｂの幅を、下溝５２ａ用のスリット４３ａの幅よりも広くすることによって、応力緩和溝６を下溝５２ａよりも深く且つ広く形成することができる。
【００３５】
応力緩和溝６を下溝５２ａよりも深く形成することによって、応力緩和溝６の深さを裏面４ｂから絶縁溝５１の底面までの距離よりも深くすることができる。すなわち、絶縁部材５２の先端は、下溝５２ａの底に位置する。そして、絶縁溝５１は、絶縁部材５２の先端が露出するまで掘り込まれる。その結果、応力緩和溝６の深さは、裏面４ｂから絶縁溝５１の底面までの距離よりも深くなる。
【００３６】
また、応力緩和溝６を下溝５２ａよりも広く形成することによって、絶縁部材５２を形成する際に応力緩和溝６に特別な処理を施さなくても、応力緩和溝６が埋まってしまうことを防止することができる。すなわち、絶縁部材５２を熱酸化法で形成する場合には、電極基板４を構成するシリコン基板が加熱されるため、応力緩和溝６の内面にもシリコン酸化膜が形成される。しかし、応力緩和溝６の方が下溝５２ａよりも広いため、下溝５２ａの方が先にシリコン酸化膜で埋まってしまう。その時点で、熱酸化を終了することで、応力緩和溝６が埋まることを防止することができる。
【００３７】
さらにまた、絶縁部材５２を熱酸化法により形成したシリコン酸化膜で構成することによって、大量の基板を一括して処理することができるため、工程の簡略化を図ることができる。また、絶縁部材５２を熱酸化法により形成したシリコン酸化膜で構成することによって、後述するＣＶＤのシリコン酸化膜に比べて、熱酸化膜の方が絶縁耐圧を高く、さらには、パーティクルやピンホールによる絶縁耐圧不良を低減することができる。
【００３８】
尚、前述の説明では、絶縁部材５２を熱酸化法により形成する場合について説明したが、絶縁部材５２を別の方法で形成する場合であっても、同様の作用効果を奏することができる。例えば、熱酸化法以外の方法で、下溝５２ａを絶縁部材で埋める方法としては、コンフォーマル性が高いＣＶＤを用いる方法がある。つまり、ＣＶＤにより下溝５２ａの内面にシリコン酸化膜を形成する方法が考えられる。この場合、下溝５２ａの内面に酸化シリコンの粒子が蒸着し、膜を形成する際に、下溝５２ａの内面と膜との間に応力が発生する。また、ＣＶＤ処理後に、膜質を上げるために熱処理をすることもあり、その場合には、基板と膜との間に熱応力が発生する。また、別の方法としては、下溝５２ａに溶融ガラスを流し込む方法が考えられる。つまり、絶縁部材がガラスで構成される。この場合、溶融ガラスは高温であるため、電極基板４が常温に戻ると、電極基板４の、ガラスが設けられた部分に熱応力が生じる。このように熱酸化法以外の方法で下溝５２ａを絶縁部材で埋める構成であっても、絶縁部材と基板との間に応力が発生する。よって、電極基板４に前記応力緩和溝６を形成することにより、その応力を緩和することができる。
【００３９】
また、絶縁部材５２は、シリコン酸化膜に限られるものではない。絶縁性が良く且つ埋め込み性が良い絶縁部材であれば、任意の材料を絶縁部材５２として適用できる。
【００４０】
尚、応力緩和溝６の形状は、前記実施形態に限られるものではない。例えば、図４に示すように、複数の平面視略正方形のミラーをアレイ状に配列したミラーアレイデバイスにおいては、電極基板４Ｂの駆動電極４１Ｂも平面視略正方形となる。同様に、絶縁溝５１Ｂも絶縁部材５２Ｂも、平面視略正方形に形成される。かかる場合には、応力緩和溝６Ｂ，６Ｂ，…も、平面視略正方形に形成される。このように、応力緩和溝６は、ミラーアレイデバイス１の絶縁部５の近傍に当該絶縁部５の形状と略同形状に形成されることが好ましい。尚、隣り合う駆動電極４１Ｂ、４１Ｂにおいて、応力緩和溝６Ｂが共通化されており、全体としては、応力緩和溝６Ｂ，６Ｂ，…は、駆動電極４１Ｂ，４１Ｂ，…を囲むように碁盤の目状に形成される。
【００４１】
また、図４における、応力緩和溝６Ｃ，６Ｃ，…が交わる部分には、図５に示すように、応力緩和溝６Ｃを形成しないようにしてもよい。つまり、平面視多角形状に形成され且つ絶縁部５Ｃに囲まれた導通部４１Ｃ，４１Ｃ，…がアレイ状に配列され、隣り合う導通部４１Ｃ，４１Ｃの重心を通る線分の垂直二等分線に沿って応力緩和溝６Ｃ，６Ｃ，…を形成する構成においては、複数の応力緩和溝６Ｃ，６Ｃ，…が交わる部分には、応力緩和溝６Ｃを形成しなくてもよい。この応力緩和溝６Ｃ，６Ｃ，…が交わる部分は、多角形状の導通部４１Ｃ，４１Ｃ，…の頂点が集まる部分であって、多角形状の導通部４１Ｃ，４１Ｃ，…の辺が隣り合う部分よりも絶縁部５Ｃとの間の距離が大きい。そのため、この部分に応力緩和溝６Ｃを設けても、絶縁部５Ｃの応力を緩和する効果が小さい。逆に、この部分に応力緩和溝６Ｃを形成しないことによって、基板４Ｃの強度を向上させることができる。つまり、応力緩和効果を低減することなく、基板４Ｃの強度を向上させることができる。ここで、「多角形」とは、実質的に多角形であればよく、図５に示す導通部４１Ｃのように、頂点がＲ状に形成されていてもよい。
【００４２】
《発明の実施形態２》
次に、例示的な実施形態２に係る２軸のジャイロスコープ２００について、図６〜８を参照しながら説明する。図６は、実施形態２に係るジャイロスコープの平面図であり、図７は、ジャイロスコープの電極基板の平面図であり、図８は、図６のVIII−VIII線における断面図である。
【００４３】
ジャイロスコープ２００は、リング状振動子２０２と、当該リング状振動子２０２をｃｏｓ２θの振動モードで駆動するための駆動電極２４０と、ベース部材２０３と、電極基板２０４と、スペーサ２３１と、支柱２３２とを備えている。リング状振動子２０２は、複数のスポーク２２１を介して支柱２３２に支持されている。ジャイロスコープ２００は、半導体微細加工技術を応用したマイクロマシニング技術で製造されている。このジャイロスコープ２００は、半導体装置の一例である。
【００４４】
リング状振動子２０２、ベース部材２０３、スポーク２２１及び支柱２３２の上部２３２ａは、例えば、シリコン基板から形成されている。
【００４５】
電極基板２０４は、シリコン基板で構成されている。電極基板２０４における、リング状振動子２０２と対向する部分には、１２個の電極２４１ａ，２４１ｂ，…が形成されている。１２個の電極２４１ａ，２４１ｂ，…は、それぞれ平面視略長方形に形成されている。これら１２個の電極２４１ａ，２４１ｂ，…は、支柱２３２を中心とする円周上に３０°ずつずれて配置されている。詳しくは、図７に示すΩ１方向の角速度を検出するための第１検出電極２４１ａ，２４１ａ，…が、支柱２３２を中心とする円周上に１２０°ずつの間隔で３つ配置されている。また、第１検出電極２４１ａ，２４１ａ，…とは逆位相となる位置、即ち、第１検出電極２４１ａ，２４１ａ，…のそれぞれから６０°の間隔を空けた位置に３つの第２検出電極２４１ｂ，２４１ｂ，…が配置されている。さらに、図７に示すΩ２方向の角速度を検出するための第３検出電極２４１ｃ，２４１ｃ，…が、第１検出電極２４１ａ，２４１ａ，…のそれぞれから周方向の一方側へ（図７では時計周りの方向へ）９０°の間隔を空けて配置されている。また、第３検出電極２４１ｃ，２４１ｃ，…とは逆位相となる位置、即ち、第３検出電極２４１ｃ，２４１ｃ，…のそれぞれから６０°の間隔を空けた位置に３つの第４検出電極２４１ｄ，２４１ｄ，…が配置されている。以下、第１〜第４検出電極２４１ａ，２４１ｂ，…について、電極の種類を区別しない場合には、「電極２４１」と総称する。この電極基板２０４は、半導体基板及び半導体装置の一例である。
【００４６】
電極２４１の裏面には、電極パッド２４２が設けられている。電極２４１は、電極基板２０４において、その周辺部分と絶縁部２０５を介して絶縁されている。また、電極２４１は、電極基板２０４の厚み方向に導通するようになっている。この電極２４１は、導通部の一例である。
【００４７】
絶縁部２０５は、平面視で、電極２４１を囲むように閉じた形状（具体的には、略長方形状）をしている。絶縁部２０５の構成は、実施形態１の絶縁部５と同様であり、電極基板２０４の表面２０４ａから形成された絶縁溝２５１と、電極基板２０４の裏面２０４ｂから埋め込まれた絶縁部材２５２とで構成されている。
【００４８】
また、支柱２３２も、絶縁部２０５を介してその周辺部分と絶縁されている。支柱２３２の絶縁部２０５は、平面視略円形に形成されている。
【００４９】
そして、電極基板２０４には、電極基板２０４の、絶縁部材２５２が設けられた部分に生じる応力を緩和するための応力緩和溝２０６，２０６，…が形成されている。応力緩和溝２０６，２０６，…は、電極基板２０４の、絶縁部材２５２が埋め込まれた面側、即ち、裏面２０４ｂから形成されている。応力緩和溝２０６，２０６，…は、絶縁部２０５の近傍に形成されている。本実施形態においては、応力緩和溝２０６は、電極基板２０４のうち、絶縁部２０５の外側に形成されている。詳しくは、応力緩和溝２０６，２０６，…は、支柱２３２と、電極２４１，２４１，…の、支柱２３２側の短辺との間において、平面視略円形に形成された応力緩和溝２０６と、電極２４１，２４１，…の、支柱２３２と反対側の短辺を囲む平面視略円形の応力緩和溝２０６と、隣り合う電極２４１，２４１の長辺の間を、内側の円形の応力緩和溝２０６から外側の円形の応力緩和溝２０６まで放射状に延びる直線状の応力緩和溝２０６とを含んでいる。応力緩和溝２０６の内面及び電極基板２０４の裏面２０４ｂには、絶縁部材２５２と同様のシリコン酸化膜が形成されている。応力緩和溝２０６の深さは、裏面２０４ｂから絶縁溝２５１の底面までの距離よりも深くなっている。さらに、応力緩和溝２０６の深さは、裏面２０４ｂからの絶縁部材２５２の先端までの距離よりも深くなっている。また、応力緩和溝２０６の幅は、絶縁部材２５２のための下溝２５２ａよりも広くなっている。
【００５０】
本実施形態によれば、電極基板２０４のうち、絶縁部材２５２，２５２，…が埋め込まれた裏面２０４ｂに応力緩和溝２０６，２０６，…を形成することによって、絶縁部材２５２が設けられた部分に生じる熱応力を吸収することができる。その結果、シリコンの結晶欠陥や電極基板２０４の反りの発生を防止することができる。
【００５１】
《その他の実施形態》
本発明は、前記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
【００５２】
すなわち、ミラーアレイデバイスやジャイロスコープに限られず、導通部を有する半導体基板を備えた半導体装置であれば、任意の構成に前記応力緩和溝を適用することができる。さらには、絶縁部５，５Ｂ，５Ｃ，２０５で分離される部分は、電極に限られるものではない。つまり、基板の一方の面から他方の面側へ電気を導通させる部分であればよい。すなわち、半導体基板を領域ごとに電気的に分離する構造、即ち、素子分離する構造であれば、前記の構成を適用できる。
【００５３】
さらに、前記実施形態では、応力緩和溝６，６Ｂ，６Ｃ，２０６は、絶縁部５，５Ｂ，５Ｃ，２０５の外側にしか形成されていないが、絶縁部５，５Ｂ，５Ｃ，２０５の内側、即ち、導通部である電極４１，４１Ｂ，４１Ｃ，２４１に形成してもよい。
【００５４】
また、前記実施形態では、応力緩和溝６，２０６の深さが、電極基板４，２０４の裏面４ｂ，２０４ｂから絶縁溝５１，２５１の底面５１ａ，２５１ａまでの距離よりも深くなっているが、これに限られるものではない。すなわち、応力緩和溝６，２０６の深さは、電極基板４，２０４の裏面４ｂ，２０４ｂから絶縁溝５１，２５１の底面５１ａ，２５１ａまでの距離と同じであってもよいし、電極基板４，２０４の裏面４ｂ，２０４ｂから絶縁溝５１，２５１の底面５１ａ，２５１ａまでの距離よりも浅くてもよい。ただし、絶縁部材５２，２５２が設けられた部分に生じる応力を十分に緩和する観点からは、応力緩和溝５１，２５１の深さが、電極基板４，２０４の裏面４ｂ，２０４ｂから絶縁溝５１，２５１の底面５１ａ，２５１ａまでの距離よりも深くなっていることが好ましい。
【００５５】
尚、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
以上説明したように、本発明は、半導体基板を備えた半導体装置及びその製造方法について有用である。
【符号の説明】
【００５７】
１ ミラーアレイデバイス（半導体装置）
４，４Ｂ，４Ｃ 電極基板（半導体基板）
４ａ 表面（一方の面）
４ｂ 裏面（他方の面）
４１ 駆動電極（導通部）
５，５Ｂ，５Ｃ 絶縁部
５１，５１Ｂ，５１Ｃ 絶縁溝
５２，５２Ｃ，５２Ｃ 絶縁部材
５２ａ 下溝
６，６Ｂ，６Ｃ 応力緩和溝
２００ ジャイロスコープ（半導体装置）
２０４ 電極基板（半導体基板）
２０４ａ 表面（一方の面）
２０４ｂ 裏面（他方の面）
２４１ａ 駆動電極（導通部）
２４１ｂ 検出電極（導通部）
２０５ 絶縁部
２５１ 絶縁溝
２５２ 絶縁部材
２５２ａ 下溝
２０６ 応力緩和溝
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板を備えた半導体装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、多くの電子機器に半導体装置が使用されており、様々な半導体装置が開発されている。その半導体装置の１つに、半導体基板を備えた半導体装置であって、該半導体基板には厚み方向に導通し且つ周辺の部分から絶縁された導通部が形成されたものが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、そのような半導体装置の一例として、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスが記載されている。具体的には、特許文献１に係る半導体装置は、ＭＥＭＳミラーであって、駆動電極が形成された半導体基板と、該半導体基板と対向して設けられたミラーとを備えている。この駆動電極は、絶縁部により囲まれて、その周辺の部分と絶縁されていると共に、半導体基板の厚み方向に導通している。絶縁部は、半導体基板の一方の面から形成された絶縁用の溝（以下、絶縁溝という）と、半導体基板の他方の面から埋め込まれ且つ該絶縁溝内に突出する絶縁部材とで構成されている。このように、絶縁部を絶縁部材だけで構成するのではなく、絶縁溝と絶縁部材とを組み合わせて構成することによって、絶縁部におけるチャージアップを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８−０１１２０３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような絶縁部を有する半導体基板においては、半導体基板の厚み方向において、一部に絶縁部材が埋め込まれ、それ以外の部分に絶縁溝が形成される。このような半導体基板は、厚み方向の一方側の構造と他方側の構造とが異なるため、半導体基板に反りが生じてしまう虞がある。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、絶縁溝と絶縁部材とで構成された絶縁部を有する半導体基板において、反りの発生を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、前記の課題を解決すべく鋭意研究の結果、半導体基板の反りが絶縁部において生じる応力によるものであることを見出し、本発明をなすに至った。
【０００８】
すなわち、半導体基板に前記絶縁部を形成するためには、まず、半導体基板の一方の面に絶縁部材を埋め込むための溝を加工し、該溝に絶縁部材を埋め込み、その後、半導体基板の他方の面から絶縁溝を形成する。このように半導体基板に形成された溝に絶縁部材を埋め込む場合には、異なる部材（即ち、絶縁部材）が溝の表面に形成されたり、高温下で処理が行われたりするため、半導体基板の、絶縁部材が設けられた部分に応力が発生する。
【０００９】
例えば、絶縁部材を埋め込む方法として、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）を用いる方法が考えられる。ＣＶＤにおいては、半導体基板の溝の表面に、絶縁部材となる物質の粒子が堆積していき、やがて成膜されるが、この際に該膜と半導体基板との間で応力が発生する。また、別の方法として、熱酸化法により溝を酸化膜で埋め込む方法が考えられる。熱酸化法によれば、半導体基板が酸素（又は水蒸気）雰囲気中で加熱される。これにより、溝の表面にシリコン酸化膜が形成され、最終的には、溝がシリコン酸化膜で埋まる。この場合、高温下での処理であるため、半導体基板が常温に戻ると、半導体基板の、絶縁部材が設けられた部分に熱応力が生じる。
【００１０】
そこで、本発明では、半導体基板に応力緩和溝を形成するようにしたものである。具体的には、本発明は、半導体基板を備えた半導体装置が対象である。そして、前記半導体基板は、その厚み方向に導通し且つ絶縁部で囲まれることによって周辺の部分から絶縁された導通部を有し、前記絶縁部は、前記半導体基板の一方の面から形成された絶縁溝と、該半導体基板の他方の面から該絶縁溝内に達して設けられる絶縁部材とで構成されており、前記半導体基板には、前記半導体基板の応力を緩和するための応力緩和溝が前記絶縁部材の設けられた面側から形成されているものとする。
【００１１】
前記の構成によれば、絶縁溝と絶縁部材とで構成された絶縁部が形成された半導体基板において、絶縁部材が設けられた面に応力緩和溝を形成することによって、半導体基板の、絶縁部材が設けられた部分に生じる応力を緩和することができる。
【００１２】
また、別の本発明は、半導体基板の一方の面から形成された絶縁溝と該半導体基板の他方の面から該絶縁溝内に達して設けられる絶縁部材とで構成された絶縁部で囲まれることによって周辺の部分から絶縁され且つその厚み方向に導通する導通部を有する半導体基板を備えた半導体装置の製造方法が対象である。そして、前記半導体基板の他方の面に前記絶縁部材を設けるための下溝と、該下溝よりも広い幅を有し且つ前記半導体基板の応力を緩和するための前記応力緩和溝とを前記半導体基板をエッチングすることにより同時に形成する溝形成工程と、前記下溝に前記絶縁部材を設ける溝埋工程と、前記絶縁部材の設けられた半導体基板の一方の面に該絶縁部材が露出するまで前記絶縁溝を形成する絶縁溝形成工程と、を含むものとする。
【００１３】
前記の構成によれば、絶縁部材を設けるための下溝と、該下溝よりも広い幅を有する応力緩和溝とをエッチングにより同時に形成することによって、応力緩和溝の方が下溝よりも、幅が広く且つ深く形成される。その結果、応力緩和溝を、前記半導体基板における、前記絶縁部材の設けられた面側から前記絶縁溝の底部を超えるように容易に形成することができると共に、前記溝埋工程において応力緩和溝が絶縁部材を構成する物質で埋められてしまうことを防止することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、半導体基板において、絶縁部材が埋め込まれた面に応力緩和溝を形成することによって、半導体基板の、絶縁部材が設けられた部分に生じる応力を緩和して、半導体基板の反りを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態１に係るミラーアレイデバイスの平面図である。
【図２】図１のII−II線における断面図である。
【図３】電極基板の製造工程を説明するための電極基板の断面図であって、（Ａ）は、電極基板の裏面にマスキング処理が施された状態を、（Ｂ）は、電極基板にエッチング処理が施された状態を、（Ｃ）は、電極基板に熱酸化処理が施された後電極パッドが形成された状態を、（Ｄ）は、電極基板に絶縁溝が形成された状態を示す。
【図４】変形例に係る電極基板の平面図である。
【図５】別の変形例に係る電極基板の平面図である。
【図６】実施形態２に係るジャイロスコープの平面図である。
【図７】ジャイロスコープの電極基板の平面図である。
【図８】図６のVIII−VIII線における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
《発明の実施形態１》
図１は、本発明の例示的な実施形態１に係るミラーアレイデバイスの平面図を、図２は、図１のII−II線における断面図を示す。
【００１８】
ミラーアレイデバイス１は、複数のミラー素子１０，１０，…がアレイ状に配列されて構成されている。各ミラー素子１０は、ミラー２と、ベース部材３と、ミラー２をベース部材３に対して支持するためのヒンジ２１と、ミラー２及びベース部材３と対向して設けられる電極基板４と、ベース部材３と電極基板４との間に介設されるスペーサ３１とを備えている。ミラーアレイデバイス１において、複数のミラー素子１０，１０，…のベース部材３，３，…は、共通の１つの部材で構成されている。同様に、複数のミラー素子１０，１０，…の電極基板４，４，…も、共通の１つの部材で構成されている。ミラーアレイデバイス１は、いわゆるＭＥＭＳミラーであって、半導体微細加工技術を応用したマイクロマシニング技術で製造されている。このミラーアレイデバイス１は、半導体装置の一例である。
【００１９】
ミラー２、ヒンジ２１及びベース部材３は、例えば、シリコン基板から形成されている。ミラー２は、平面視略円形の平板状に形成されている。ミラー２は、ヒンジ２１を介してベース部材３に揺動可能に支持されている。ミラー２は、電極基板４とは反対側の面が鏡面となっており、該ミラー２に入射する光を反射するように構成されている。尚、「平面視」とは、「基板に対して直交する方向を向いて見たとき」を意味する。
【００２０】
電極基板４は、シリコン基板で構成されている。電極基板４における、ミラー２と対向する部分には、駆動電極４１が形成されている。駆動電極４１は、ミラー２と同様に、平面視略円形に形成されている。駆動電極４１の裏面には、電極パッド４２が設けられている。電極パッド４２を介して駆動電極４１に電圧を印加することによって、ミラー２が静電力によりベース部材３から駆動電極４１側へ沈み込むように変位する。電極基板４は、半導体基板及び半導体装置の一例である。
【００２１】
駆動電極４１は、電極基板４において、その周辺部分と絶縁部５を介して絶縁されている。また、駆動電極４１は、電極基板４の厚み方向に導通するようになっている。この駆動電極４１は、導通部の一例である。
【００２２】
絶縁部５は、平面視で、駆動電極４１を囲むように閉じた形状をしている。すなわち、絶縁部５は、平面視略円形に形成されている。さらに詳しくは、絶縁部５は、電極基板４の一方の面４ａから形成された絶縁溝（即ち、エアギャップ）５１と、電極基板４の他方の面４ｂから埋め込まれた絶縁部材５２とで構成されている。以下、電極基板４の、ミラー２及びベース部材３と対向する面を表面と称し、その反対側の面を裏面と称する。すなわち、絶縁溝５１は電極基板４の表面４ａから形成されており、絶縁部材５２は電極基板４の裏面４ｂから埋め込まれている。絶縁部材５２は、電極基板４の裏面４ｂから形成された下溝５２ａに埋め込まれている。詳しくは、絶縁部材５２は、電極基板４に形成された下溝５２ａの内面に熱酸化により形成した熱酸化膜で構成されている。本実施形態では、電極基板４がシリコン基板であるため、絶縁部材５２は酸化シリコン（ＳｉＯ２）である。また、絶縁部材５２の先端部は、絶縁溝５１内に突出している。すなわち、絶縁部材５２の先端部５２ｂは、絶縁溝５１の底面５１ａに立設するように構成されている。これら絶縁溝５１及び絶縁部材５２も、平面視略円形に形成されている。尚、絶縁部５において、前記絶縁部材５２の先端部５２ｂが少なくとも該絶縁溝５１内に達していればよい。
【００２３】
このように絶縁部５が絶縁溝５１を含んで構成されているため、絶縁部５におけるチャージアップを防止することができる。また、駆動電極４１が電極基板４から切り離されてしまうため、絶縁部５を絶縁溝５１だけで構成することはできない。つまり、駆動電極４１が電極基板４から完全に切り離されないように、駆動電極４１とその周辺の部分とを絶縁部材５２で連結しておく必要がある。そして、この絶縁部材５２を、絶縁溝５１内に突出するように構成することによって、駆動電極４１とその周辺の部分とを確実に絶縁することができる。
【００２４】
また、電極基板４には、絶縁部材５２と電極基板４との間に生じる応力を緩和するための応力緩和溝６が形成されている。応力緩和溝６は、電極基板４の、絶縁部材５２が埋め込まれた面側、即ち、裏面４ｂから形成されている。応力緩和溝６は、絶縁部５の近傍に形成されている。本実施形態においては、応力緩和溝６は、電極基板４のうち、絶縁部５の外側において、絶縁部５に沿って形成されている。すなわち、応力緩和溝６は、絶縁部５と略同形状である平面視略円形をしている。応力緩和溝６の内面及び電極基板４の裏面４ｂには、絶縁部材５２と同様のシリコン酸化膜が形成されている。尚、このシリコン酸化膜はなくてもよい。応力緩和溝６の深さは、裏面４ｂから絶縁溝５１の底面までの距離よりも深くなっている。さらに、応力緩和溝６の深さは、裏面４ｂからの絶縁部材５２の先端までの距離よりも深くなっている。また、応力緩和溝６の幅は、絶縁部材５２のための下溝５２ａよりも広くなっている。ここで、応力緩和溝６の深さ及び幅は、シリコン酸化膜を除いた深さ及び幅を意味する。
【００２５】
このように、電極基板４の、絶縁部材５２の近傍に応力緩和溝６を形成することによって、電極基板４と絶縁部材５２との間で生じる応力を応力緩和溝６により吸収することができる。
【００２６】
続いて、電極基板４の製造方法の一例について、図３を参照しながら説明する。
【００２７】
まず、図３（Ａ）に示すように、電極基板４となるシリコン基板の一方の面（電極基板４の裏面４ｂに相当する。以下、裏面４ｂと称する。）にマスク４３を形成する。このマスク４３には、下溝５２ａ用のスリット４３ａと、応力緩和溝６用のスリット４３ｂとが形成されている。このとき、応力緩和溝６用のスリット４３ｂの幅が、下溝５２ａ用のスリット４３ａの幅よりも広くなっている。
【００２８】
次に、図３（Ｂ）に示すように、電極基板４に例えばボッシュプロセスを用いたＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）ドライエッチングを行う。その結果、電極基板４に下溝５２ａと応力緩和溝６とが形成される。ここで、応力緩和溝６用のスリット４３ｂの幅が、下溝５２ａ用のスリット４３ａの幅よりも広いため、応力緩和溝６の方が、下溝５２ａよりも広く且つ深く形成される。
【００２９】
続いて、図３（Ｃ）に示すように、熱酸化法によって、下溝５２ａをシリコン酸化膜で埋める。すなわち、シリコン基板を酸素（又は水蒸気）雰囲気中で加熱する。これにより、下溝５２ａの内面にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）が形成されていき、最終的には、下溝５２ａがシリコン酸化膜で埋められる。この下溝５２ａを埋めているシリコン酸化膜が絶縁部材５２を構成する。このとき、電極基板４の裏面４ｂや応力緩和溝６の内面にもシリコン酸化膜が形成される。ただし、応力緩和溝６の幅は、下溝５２ａよりも広いため、応力緩和溝６がシリコン酸化膜で埋められることはない。その後、電極基板４の裏面４ｂのうち、駆動電極４１に相当する部分のＳｉＯ２膜を除去した後に電極パッド４２を形成する。
【００３０】
その後、図３（Ｄ）に示すように、電極基板４の表面４ａからエッチングして、絶縁溝５１を加工する。エッチングは、絶縁部材５２の先端が露出するまで行う。
【００３１】
こうして、絶縁溝５１と絶縁部材５２で構成される絶縁部５によって囲まれた駆動電極４１が、電極基板４に形成される。さらに、絶縁部５を囲むようにして、電極基板４の裏面４ｂに応力緩和溝６が形成される。
【００３２】
このように、本実施形態では、絶縁部材５２が熱酸化法により形成される。熱酸化法で形成された絶縁部材５２は、例えば、ＣＶＤにより形成された絶縁部材と比較して、膜質（緻密性、電気特性、膜厚の均一性）が良好であり、絶縁耐圧も高い。その一方で、熱酸化法は、高温下での処理であるため、電極基板４と絶縁部材５２との熱膨張係数が異なることも相俟って、電極基板４の、絶縁部材５２が設けられた部分に大きな熱応力が発生する。さらに、絶縁部材５２が設けられているのは、電極基板４における厚み方向の一部だけである。そのため、電極基板４の厚み方向における絶縁部材５２側で膨張が生じて、電極基板４に反りが生じ易くなる。それに対して、本実施形態では、電極基板４のうち、絶縁部材５２，５２，…が埋め込まれた裏面４ｂに応力緩和溝６，６，…を形成することによって、絶縁部材５２が設けられた部分に生じる熱応力を吸収することができる。その結果、シリコンの結晶欠陥や電極基板４の反りの発生を防止することができる。特に、ミラーアレイデバイス１のように、多くの絶縁部５，５，…が集積した構成においては、有効である。
【００３３】
また、応力緩和溝６の深さを、裏面４ｂから絶縁溝５１の底面までの距離よりも深くすることによって、応力緩和溝６を、電極基板４のうち絶縁部材５２が埋まっている部分（即ち、裏面４ｂと絶縁溝５１の底面との間の部分）の厚さよりも深く形成することができる。こうすることで、電極基板４のうち絶縁部材５２が埋まっている部分に対して、電極基板４の厚み方向と直交する方向には必ず応力緩和溝６が存在することになる。その結果、絶縁部材５２が設けられた部分に生じる熱応力を応力緩和溝６でより一層吸収することができる。
【００３４】
さらに、電極基板４の製造時に、応力緩和溝６用のスリット４３ｂの幅を、下溝５２ａ用のスリット４３ａの幅よりも広くすることによって、応力緩和溝６を下溝５２ａよりも深く且つ広く形成することができる。
【００３５】
応力緩和溝６を下溝５２ａよりも深く形成することによって、応力緩和溝６の深さを裏面４ｂから絶縁溝５１の底面までの距離よりも深くすることができる。すなわち、絶縁部材５２の先端は、下溝５２ａの底に位置する。そして、絶縁溝５１は、絶縁部材５２の先端が露出するまで掘り込まれる。その結果、応力緩和溝６の深さは、裏面４ｂから絶縁溝５１の底面までの距離よりも深くなる。
【００３６】
また、応力緩和溝６を下溝５２ａよりも広く形成することによって、絶縁部材５２を形成する際に応力緩和溝６に特別な処理を施さなくても、応力緩和溝６が埋まってしまうことを防止することができる。すなわち、絶縁部材５２を熱酸化法で形成する場合には、電極基板４を構成するシリコン基板が加熱されるため、応力緩和溝６の内面にもシリコン酸化膜が形成される。しかし、応力緩和溝６の方が下溝５２ａよりも広いため、下溝５２ａの方が先にシリコン酸化膜で埋まってしまう。その時点で、熱酸化を終了することで、応力緩和溝６が埋まることを防止することができる。
【００３７】
さらにまた、絶縁部材５２を熱酸化法により形成したシリコン酸化膜で構成することによって、大量の基板を一括して処理することができるため、工程の簡略化を図ることができる。また、絶縁部材５２を熱酸化法により形成したシリコン酸化膜で構成することによって、後述するＣＶＤのシリコン酸化膜に比べて、熱酸化膜の方が絶縁耐圧を高く、さらには、パーティクルやピンホールによる絶縁耐圧不良を低減することができる。
【００３８】
尚、前述の説明では、絶縁部材５２を熱酸化法により形成する場合について説明したが、絶縁部材５２を別の方法で形成する場合であっても、同様の作用効果を奏することができる。例えば、熱酸化法以外の方法で、下溝５２ａを絶縁部材で埋める方法としては、コンフォーマル性が高いＣＶＤを用いる方法がある。つまり、ＣＶＤにより下溝５２ａの内面にシリコン酸化膜を形成する方法が考えられる。この場合、下溝５２ａの内面に酸化シリコンの粒子が蒸着し、膜を形成する際に、下溝５２ａの内面と膜との間に応力が発生する。また、ＣＶＤ処理後に、膜質を上げるために熱処理をすることもあり、その場合には、基板と膜との間に熱応力が発生する。また、別の方法としては、下溝５２ａに溶融ガラスを流し込む方法が考えられる。つまり、絶縁部材がガラスで構成される。この場合、溶融ガラスは高温であるため、電極基板４が常温に戻ると、電極基板４の、ガラスが設けられた部分に熱応力が生じる。このように熱酸化法以外の方法で下溝５２ａを絶縁部材で埋める構成であっても、絶縁部材と基板との間に応力が発生する。よって、電極基板４に前記応力緩和溝６を形成することにより、その応力を緩和することができる。
【００３９】
また、絶縁部材５２は、シリコン酸化膜に限られるものではない。絶縁性が良く且つ埋め込み性が良い絶縁部材であれば、任意の材料を絶縁部材５２として適用できる。
【００４０】
尚、応力緩和溝６の形状は、前記実施形態に限られるものではない。例えば、図４に示すように、複数の平面視略正方形のミラーをアレイ状に配列したミラーアレイデバイスにおいては、電極基板４Ｂの駆動電極４１Ｂも平面視略正方形となる。同様に、絶縁溝５１Ｂも絶縁部材５２Ｂも、平面視略正方形に形成される。かかる場合には、応力緩和溝６Ｂ，６Ｂ，…も、平面視略正方形に形成される。このように、応力緩和溝６は、ミラーアレイデバイス１の絶縁部５の近傍に当該絶縁部５の形状と略同形状に形成されることが好ましい。尚、隣り合う駆動電極４１Ｂ、４１Ｂにおいて、応力緩和溝６Ｂが共通化されており、全体としては、応力緩和溝６Ｂ，６Ｂ，…は、駆動電極４１Ｂ，４１Ｂ，…を囲むように碁盤の目状に形成される。
【００４１】
また、図４における、応力緩和溝６Ｃ，６Ｃ，…が交わる部分には、図５に示すように、応力緩和溝６Ｃを形成しないようにしてもよい。つまり、平面視多角形状に形成され且つ絶縁部５Ｃに囲まれた導通部４１Ｃ，４１Ｃ，…がアレイ状に配列され、隣り合う導通部４１Ｃ，４１Ｃの重心を通る線分の垂直二等分線に沿って応力緩和溝６Ｃ，６Ｃ，…を形成する構成においては、複数の応力緩和溝６Ｃ，６Ｃ，…が交わる部分には、応力緩和溝６Ｃを形成しなくてもよい。この応力緩和溝６Ｃ，６Ｃ，…が交わる部分は、多角形状の導通部４１Ｃ，４１Ｃ，…の頂点が集まる部分であって、多角形状の導通部４１Ｃ，４１Ｃ，…の辺が隣り合う部分よりも絶縁部５Ｃとの間の距離が大きい。そのため、この部分に応力緩和溝６Ｃを設けても、絶縁部５Ｃの応力を緩和する効果が小さい。逆に、この部分に応力緩和溝６Ｃを形成しないことによって、基板４Ｃの強度を向上させることができる。つまり、応力緩和効果を低減することなく、基板４Ｃの強度を向上させることができる。ここで、「多角形」とは、実質的に多角形であればよく、図５に示す導通部４１Ｃのように、頂点がＲ状に形成されていてもよい。
【００４２】
《発明の実施形態２》
次に、例示的な実施形態２に係る２軸のジャイロスコープ２００について、図６〜８を参照しながら説明する。図６は、実施形態２に係るジャイロスコープの平面図であり、図７は、ジャイロスコープの電極基板の平面図であり、図８は、図６のVIII−VIII線における断面図である。
【００４３】
ジャイロスコープ２００は、リング状振動子２０２と、当該リング状振動子２０２をｃｏｓ２θの振動モードで駆動するための駆動電極２４０と、ベース部材２０３と、電極基板２０４と、スペーサ２３１と、支柱２３２とを備えている。リング状振動子２０２は、複数のスポーク２２１を介して支柱２３２に支持されている。ジャイロスコープ２００は、半導体微細加工技術を応用したマイクロマシニング技術で製造されている。このジャイロスコープ２００は、半導体装置の一例である。
【００４４】
リング状振動子２０２、ベース部材２０３、スポーク２２１及び支柱２３２の上部２３２ａは、例えば、シリコン基板から形成されている。
【００４５】
電極基板２０４は、シリコン基板で構成されている。電極基板２０４における、リング状振動子２０２と対向する部分には、１２個の電極２４１ａ，２４１ｂ，…が形成されている。１２個の電極２４１ａ，２４１ｂ，…は、それぞれ平面視略長方形に形成されている。これら１２個の電極２４１ａ，２４１ｂ，…は、支柱２３２を中心とする円周上に３０°ずつずれて配置されている。詳しくは、図７に示すΩ１方向の角速度を検出するための第１検出電極２４１ａ，２４１ａ，…が、支柱２３２を中心とする円周上に１２０°ずつの間隔で３つ配置されている。また、第１検出電極２４１ａ，２４１ａ，…とは逆位相となる位置、即ち、第１検出電極２４１ａ，２４１ａ，…のそれぞれから６０°の間隔を空けた位置に３つの第２検出電極２４１ｂ，２４１ｂ，…が配置されている。さらに、図７に示すΩ２方向の角速度を検出するための第３検出電極２４１ｃ，２４１ｃ，…が、第１検出電極２４１ａ，２４１ａ，…のそれぞれから周方向の一方側へ（図７では時計周りの方向へ）９０°の間隔を空けて配置されている。また、第３検出電極２４１ｃ，２４１ｃ，…とは逆位相となる位置、即ち、第３検出電極２４１ｃ，２４１ｃ，…のそれぞれから６０°の間隔を空けた位置に３つの第４検出電極２４１ｄ，２４１ｄ，…が配置されている。以下、第１〜第４検出電極２４１ａ，２４１ｂ，…について、電極の種類を区別しない場合には、「電極２４１」と総称する。この電極基板２０４は、半導体基板及び半導体装置の一例である。
【００４６】
電極２４１の裏面には、電極パッド２４２が設けられている。電極２４１は、電極基板２０４において、その周辺部分と絶縁部２０５を介して絶縁されている。また、電極２４１は、電極基板２０４の厚み方向に導通するようになっている。この電極２４１は、導通部の一例である。
【００４７】
絶縁部２０５は、平面視で、電極２４１を囲むように閉じた形状（具体的には、略長方形状）をしている。絶縁部２０５の構成は、実施形態１の絶縁部５と同様であり、電極基板２０４の表面２０４ａから形成された絶縁溝２５１と、電極基板２０４の裏面２０４ｂから埋め込まれた絶縁部材２５２とで構成されている。
【００４８】
また、支柱２３２も、絶縁部２０５を介してその周辺部分と絶縁されている。支柱２３２の絶縁部２０５は、平面視略円形に形成されている。
【００４９】
そして、電極基板２０４には、電極基板２０４の、絶縁部材２５２が設けられた部分に生じる応力を緩和するための応力緩和溝２０６，２０６，…が形成されている。応力緩和溝２０６，２０６，…は、電極基板２０４の、絶縁部材２５２が埋め込まれた面側、即ち、裏面２０４ｂから形成されている。応力緩和溝２０６，２０６，…は、絶縁部２０５の近傍に形成されている。本実施形態においては、応力緩和溝２０６は、電極基板２０４のうち、絶縁部２０５の外側に形成されている。詳しくは、応力緩和溝２０６，２０６，…は、支柱２３２と、電極２４１，２４１，…の、支柱２３２側の短辺との間において、平面視略円形に形成された応力緩和溝２０６と、電極２４１，２４１，…の、支柱２３２と反対側の短辺を囲む平面視略円形の応力緩和溝２０６と、隣り合う電極２４１，２４１の長辺の間を、内側の円形の応力緩和溝２０６から外側の円形の応力緩和溝２０６まで放射状に延びる直線状の応力緩和溝２０６とを含んでいる。応力緩和溝２０６の内面及び電極基板２０４の裏面２０４ｂには、絶縁部材２５２と同様のシリコン酸化膜が形成されている。応力緩和溝２０６の深さは、裏面２０４ｂから絶縁溝２５１の底面までの距離よりも深くなっている。さらに、応力緩和溝２０６の深さは、裏面２０４ｂからの絶縁部材２５２の先端までの距離よりも深くなっている。また、応力緩和溝２０６の幅は、絶縁部材２５２のための下溝２５２ａよりも広くなっている。
【００５０】
本実施形態によれば、電極基板２０４のうち、絶縁部材２５２，２５２，…が埋め込まれた裏面２０４ｂに応力緩和溝２０６，２０６，…を形成することによって、絶縁部材２５２が設けられた部分に生じる熱応力を吸収することができる。その結果、シリコンの結晶欠陥や電極基板２０４の反りの発生を防止することができる。
【００５１】
《その他の実施形態》
本発明は、前記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
【００５２】
すなわち、ミラーアレイデバイスやジャイロスコープに限られず、導通部を有する半導体基板を備えた半導体装置であれば、任意の構成に前記応力緩和溝を適用することができる。さらには、絶縁部５，５Ｂ，５Ｃ，２０５で分離される部分は、電極に限られるものではない。つまり、基板の一方の面から他方の面側へ電気を導通させる部分であればよい。すなわち、半導体基板を領域ごとに電気的に分離する構造、即ち、素子分離する構造であれば、前記の構成を適用できる。
【００５３】
さらに、前記実施形態では、応力緩和溝６，６Ｂ，６Ｃ，２０６は、絶縁部５，５Ｂ，５Ｃ，２０５の外側にしか形成されていないが、絶縁部５，５Ｂ，５Ｃ，２０５の内側、即ち、導通部である電極４１，４１Ｂ，４１Ｃ，２４１に形成してもよい。
【００５４】
また、前記実施形態では、応力緩和溝６，２０６の深さが、電極基板４，２０４の裏面４ｂ，２０４ｂから絶縁溝５１，２５１の底面５１ａ，２５１ａまでの距離よりも深くなっているが、これに限られるものではない。すなわち、応力緩和溝６，２０６の深さは、電極基板４，２０４の裏面４ｂ，２０４ｂから絶縁溝５１，２５１の底面５１ａ，２５１ａまでの距離と同じであってもよいし、電極基板４，２０４の裏面４ｂ，２０４ｂから絶縁溝５１，２５１の底面５１ａ，２５１ａまでの距離よりも浅くてもよい。ただし、絶縁部材５２，２５２が設けられた部分に生じる応力を十分に緩和する観点からは、応力緩和溝５１，２５１の深さが、電極基板４，２０４の裏面４ｂ，２０４ｂから絶縁溝５１，２５１の底面５１ａ，２５１ａまでの距離よりも深くなっていることが好ましい。
【００５５】
尚、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
以上説明したように、本発明は、半導体基板を備えた半導体装置及びその製造方法について有用である。
【符号の説明】
【００５７】
１ ミラーアレイデバイス（半導体装置）
４，４Ｂ，４Ｃ 電極基板（半導体基板）
４ａ 表面（一方の面）
４ｂ 裏面（他方の面）
４１ 駆動電極（導通部）
５，５Ｂ，５Ｃ 絶縁部
５１，５１Ｂ，５１Ｃ 絶縁溝
５２，５２Ｃ，５２Ｃ 絶縁部材
５２ａ 下溝
６，６Ｂ，６Ｃ 応力緩和溝
２００ ジャイロスコープ（半導体装置）
２０４ 電極基板（半導体基板）
２０４ａ 表面（一方の面）
２０４ｂ 裏面（他方の面）
２４１ａ 駆動電極（導通部）
２４１ｂ 検出電極（導通部）
２０５ 絶縁部
２５１ 絶縁溝
２５２ 絶縁部材
２５２ａ 下溝
２０６ 応力緩和溝
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板を備えた半導体装置であって、
前記半導体基板は、その厚み方向に導通し且つ絶縁部で囲まれることによって周辺の部分から絶縁された導通部を有し、
前記絶縁部は、前記半導体基板の一方の面から形成された絶縁溝と、該半導体基板の他方の面から該絶縁溝内に達して設けられる絶縁部材とで構成されており、
前記半導体基板には、前記半導体基板の応力を緩和するための応力緩和溝が前記絶縁部材の設けられた面側から形成されている半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記応力緩和溝の深さは、前記絶縁部材の設けられた面から前記絶縁溝の底部までの距離よりも深い半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の半導体装置において、
前記絶縁部材は、前記半導体基板に形成された下溝に設けられており、
前記応力緩和溝は、前記下溝よりも幅が広い半導体装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１つに記載の半導体装置において、
前記絶縁部材は、前記半導体基板を熱酸化させた熱酸化膜で構成されている半導体装置。
【請求項５】
半導体基板の一方の面から形成された絶縁溝と該半導体基板の他方の面から該絶縁溝内に達して設けられる絶縁部材とで構成された絶縁部で囲まれることによって周辺の部分から絶縁され且つその厚み方向に導通する導通部を有する半導体基板を備えた半導体装置の製造方法であって、
前記半導体基板の他方の面に前記絶縁部材を設けるための下溝と、該下溝よりも広い幅を有し且つ前記半導体基板の応力を緩和するための前記応力緩和溝とを前記半導体基板をエッチングすることにより同時に形成する溝形成工程と、
前記下溝に前記絶縁部材を設ける溝埋工程と、
前記絶縁部材の設けられた半導体基板の一方の面に該絶縁部材が露出するまで前記絶縁溝を形成する絶縁溝形成工程と、を含む半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体装置の製造方法において、
前記溝埋工程は、前記半導体基板を熱酸化させることによって前記下溝に前記絶縁部材を設ける半導体装置の製造方法。
【請求項１】
半導体基板を備えた半導体装置であって、
前記半導体基板は、その厚み方向に導通し且つ絶縁部で囲まれることによって周辺の部分から絶縁された導通部を有し、
前記絶縁部は、前記半導体基板の一方の面から形成された絶縁溝と、該半導体基板の他方の面から該絶縁溝内に達して設けられる絶縁部材とで構成されており、
前記半導体基板には、前記半導体基板の応力を緩和するための応力緩和溝が前記絶縁部材の設けられた面側から形成されている半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記応力緩和溝の深さは、前記絶縁部材の設けられた面から前記絶縁溝の底部までの距離よりも深い半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の半導体装置において、
前記絶縁部材は、前記半導体基板に形成された下溝に設けられており、
前記応力緩和溝は、前記下溝よりも幅が広い半導体装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１つに記載の半導体装置において、
前記絶縁部材は、前記半導体基板を熱酸化させた熱酸化膜で構成されている半導体装置。
【請求項５】
半導体基板の一方の面から形成された絶縁溝と該半導体基板の他方の面から該絶縁溝内に達して設けられる絶縁部材とで構成された絶縁部で囲まれることによって周辺の部分から絶縁され且つその厚み方向に導通する導通部を有する半導体基板を備えた半導体装置の製造方法であって、
前記半導体基板の他方の面に前記絶縁部材を設けるための下溝と、該下溝よりも広い幅を有し且つ前記半導体基板の応力を緩和するための前記応力緩和溝とを前記半導体基板をエッチングすることにより同時に形成する溝形成工程と、
前記下溝に前記絶縁部材を設ける溝埋工程と、
前記絶縁部材の設けられた半導体基板の一方の面に該絶縁部材が露出するまで前記絶縁溝を形成する絶縁溝形成工程と、を含む半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体装置の製造方法において、
前記溝埋工程は、前記半導体基板を熱酸化させることによって前記下溝に前記絶縁部材を設ける半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１４３５１８（Ｐ２０１１−１４３５１８Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７２６６（Ｐ２０１０−７２６６）
【出願日】平成２２年１月１５日（２０１０．１．１５）
【出願人】（０００１８３３６９）住友精密工業株式会社 (336)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１５日（２０１０．１．１５）
【出願人】（０００１８３３６９）住友精密工業株式会社 (336)
【Ｆターム（参考）】
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