密封された空洞を備えたＭＥＭＳデバイスおよび装置
【課題】ＭＥＭＳコンポーネントを収納する密封空洞を備えたＭＥＭＳデバイスおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】ＭＥＭＳデバイス１は、ＭＥＭＳコンポーネント６を収納した密封空洞５を備え、空洞５は、ある厚さｔｄを有する絶縁体層スタック３の中に形成され、これにより空洞５および絶縁体層６のスタック３は、基板２と、厚さｔＳを有する封止絶縁体層４との間に挟まれており、ＭＥＭＳコンポーネント６は、絶縁体層スタック３の厚さｔｄおよび封止絶縁体の厚さｔＳに渡って延びた少なくとも１つの溝８によって取り囲まれている。
【解決手段】ＭＥＭＳデバイス１は、ＭＥＭＳコンポーネント６を収納した密封空洞５を備え、空洞５は、ある厚さｔｄを有する絶縁体層スタック３の中に形成され、これにより空洞５および絶縁体層６のスタック３は、基板２と、厚さｔＳを有する封止絶縁体層４との間に挟まれており、ＭＥＭＳコンポーネント６は、絶縁体層スタック３の厚さｔｄおよび封止絶縁体の厚さｔＳに渡って延びた少なくとも１つの溝８によって取り囲まれている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、密封空洞を備え、ＭＥＭＳデバイスとしても知られているマイクロ電気機械システムに関する。特に、本開示は、半導体・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板上に形成されたＭＥＭＳデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）は、微細加工技術によって共通の基板上に電子回路を備えた、カンチレバー、センサ、アクチュエータなどのマイクロ機械コンポーネントの集積体を参照する。電子回路コンポーネントは、集積回路（ＩＣ）製造技術を用いて製造され、一方、マイクロ機械コンポーネントは、電子回路コンポーネントと適合した「マイクロ加工」技術を用いて製造される。このマイクロ加工技術は、基板の一部を選択的にエッチング除去したり、新しい構造層を追加してマイクロ機械コンポーネントを形成する。
【０００３】
マイクロ機械コンポーネントは、多くの用途で良好に管理された環境を有する必要がある空洞内に収納される。従って、この空洞は、ＭＥＭＳデバイスが動作する環境から密封されるべきである。空洞の封止は、理想的には、基板がダイスカットされて個々のＭＥＭＳデバイスを生産する前に行われる。典型的には、薄膜キャッピングを用いて、ＭＥＭＳコンポーネントを収納する空洞の上に横たわって封止する隔膜(membrane)を形成する。
【０００４】
シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板のシリコン層を、ＭＥＭＳコンポーネントをマイクロ加工するための構造層として使用した場合、空洞の密封は問題になることがある。空洞の側壁は、シリコン層をキャリア基板から分離する二酸化シリコン層に少なくとも部分的に形成されるため、これらの側壁は、空洞と、例えば、製造時または動作時にＭＥＭＳデバイスが設置される環境との間の漏れ経路を構成するようになる。
【０００５】
二酸化シリコンは、水素拡散について０．３ｅＶという低い活性化エネルギーで示されるように、低い気密性を有することが知られている。この気密性は、ＭＥＭＳデバイスの後の処理時にさらに劣化することがある。さらに、二酸化シリコンは、室温であっても水分および酸素を吸収することが知られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、特にこの空洞が二酸化シリコン層に少なくとも部分的に形成された場合、密封された空洞を形成するニーズが存在している。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一態様において、本開示は、ＭＥＭＳコンポーネントを収納する密封空洞を備えたＭＥＭＳデバイスを製造する方法に関する。該方法は、
主面上に、第１絶縁体(dielectric)層の上に構造層スタックを有する基板を用意するステップと、
構造層をパターン化して、ＭＥＭＳコンポーネントを形成するステップと、
ＭＥＭＳコンポーネントの上に横たわる第２絶縁体層を形成するステップと、
第２絶縁体層の上に横たわる封止絶縁体層を形成するステップと、
絶縁体層スタックの中に、基板まで延びてＭＥＭＳコンポーネントを取り囲む溝を形成するステップと、
封止層の上に横たわる隔膜(membrane)層を堆積し、これにより溝を充填するステップと、
隔膜層をパターン化して、これによりＭＥＭＳコンポーネントの場所に隔膜を形成し、充填された溝を覆う電極を形成するステップと、を含む。
【０００８】
構造層は、例えば、シリコン−ゲルマニウムまたはシリコンなどの半導体材料からなる単一層またはスタック層とすることができる。代替として、構造層は、例えば、チタンまたはニッケルなどの導電材料からなる単一層またはスタック層とすることができる。
【０００９】
該方法は、封止絶縁体層に対して選択的な第１および第２絶縁体を除去するステップを含んでもよく、これにより隔膜の下方に、ＭＥＭＳコンポーネントを収納する空洞を作成してもよい。特定の実施形態において、ＭＥＭＳコンポーネントの場所に、隔膜および封止絶縁体層を通る開口が形成され、その開口を通じて第１および第２絶縁体を除去される。第１および第２絶縁体の除去後、これらの開口は封止される。
【００１０】
封止絶縁体は、第１および第２絶縁体がシリコン酸化物である場合、好ましくはシリコン炭化物またはアルミナ酸化物のグループから選択される。
【００１１】
基板は、半導体・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板とすることができ、この場合、その半導体層は、ＭＥＭＳコンポーネントをマイクロ加工するために用いられる構造層であり、半導体層を基板から分離する絶縁層は、第１絶縁体層である。シリコン・オン・インシュレータ基板がシリコン層、シリコン酸化物層およびシリコンキャリア基板のスタックである場合、シリコン層は、構造層として用いられ、シリコン酸化物層は、第１絶縁体層として用いられる。
【００１２】
好ましくは、隔膜層は、シリコン−ゲルマニウムＳｉｘＧｅ１−ｘ（０＜ｘ＜１）に形成される。
【００１３】
他の態様において、本開示は、ＭＥＭＳコンポーネントを収納した密封空洞を備えたＭＥＭＳデバイスに関する。空洞は、ある厚さを有する絶縁体層スタックの中に形成され、これにより空洞および絶縁体層は、基板と封止絶縁体層との間に挟まれて、ＭＥＭＳコンポーネントは、絶縁体層スタックの厚さに渡って延びた溝によって取り囲まれる。
【００１４】
封止絶縁体は、絶縁体層スタックがシリコン酸化物を含むか、またはシリコン酸化物からなる場合、好ましくは、シリコン炭化物またはアルミナ酸化物のグループから選択される。
【００１５】
ＭＥＭＳデバイスは、空洞の場所に封止層を覆う隔膜と、溝を被覆し充填する電極とをさらに備える。好ましくは、隔膜および電極は同じ材料の中に形成される。この材料は、シリコン−ゲルマニウムとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本開示に係る、部分的に処理したＭＥＭＳデバイスの概略断面図を示す。
【図２】図１に示すＭＥＭＳデバイスの概略平面図を示す。
【図３】本開示に係るＭＥＭＳデバイスの概略断面図を示す。
【図４】本開示に係るＭＥＭＳデバイスの概略断面図を示す。
【図５】図４に示すＭＥＭＳデバイスの概略平面図を示す。
【図６】本開示に係るＭＥＭＳデバイスの概略断面図を示す。
【図７】本開示に係るＭＥＭＳデバイスを製造するための処理ステップを概略断面図で示す。
【図８】本開示に係るＭＥＭＳデバイスを製造するための処理ステップを概略断面図で示す。
【図９】本開示に係るＭＥＭＳデバイスを製造するための処理ステップを概略断面図で示す。
【図１０】本開示に係るＭＥＭＳデバイスを製造するための処理ステップを概略断面図で示す。
【図１１】本開示に係るＭＥＭＳデバイスを製造するための処理ステップを概略断面図で示す。
【図１２】本開示に係るＭＥＭＳデバイスを製造するための処理ステップを概略断面図で示す。
【図１３】本開示に係るＭＥＭＳデバイスを製造するための処理ステップを概略断面図で示す。
【図１４】本開示に係るＭＥＭＳデバイスを製造するための処理ステップを概略断面図で示す。
【図１５】本開示に係るＭＥＭＳデバイスを製造するための処理ステップを概略断面図で示す。
【図１６】本開示に係るＭＥＭＳデバイスを製造するための処理ステップを概略断面図で示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明を特定の実施形態に関して一定の図面を参照して説明するが、本発明はこれに限定されず、請求項のみによって限定される。説明する図面は、概略的に過ぎない。図面において、幾つかの要素のサイズは、説明目的のために誇張したり、縮尺どおり描写していないことがある。寸法および相対寸法は、本発明の実際の具体化に必ずしも対応していない。
【００１８】
さらに、説明および請求項での用語「第１」「第２」「第３」などは、類似の要素を区別するための使用しており、必ずしも連続した順または時間順を記述するためではない。こうした用語は、適切な状況下で交換可能であり、本発明の実施形態は、ここで説明したり図示したものとは別の順番で動作可能である。
【００１９】
さらに、説明および請求項での用語「上(top)」、「下(bottom)」、「の上に(over)」、「の下に(under)」等は、説明目的で使用しており、必ずしも相対的な位置を記述するためのものでない。こうして用いた用語は、適切な状況下で交換可能であって、ここで説明した実施形態がここで説明または図示した以外の他の向きで動作可能である。
【００２０】
請求項で使用される用語「備える、含む(comprising)」は、それ以降に列挙された手段に限定されるものと解釈すべきでなく、他の要素またはステップを除外していない。それは、記載した特徴、整数、ステップまたは構成要素の存在を参照したように特定しているものと解釈する必要があるが、１つ又はそれ以上の他の特徴、整数、ステップまたは構成要素、あるいはそのグループの存在または追加を排除していない。そして「手段Ａ，Ｂを備えるデバイス」という表現の範囲は、構成要素Ａ，Ｂだけからなるデバイスに限定すべきでない。本開示および請求項に関して、少なくとも構成要素Ａ，Ｂはデバイスの一部であることを意味する。
【００２１】
一態様において、本開示は、ＭＥＭＳコンポーネント６を収納する空洞５を備えたＭＥＭＳデバイス１に関するものであり、空洞５は、厚さｔｄを有する絶縁体層スタック３の中に形成され、これにより空洞５および絶縁体層スタック３は、基板２と、厚さｔｓを有する封止絶縁体層４との間に挟まれており、ＭＥＭＳコンポーネント６は、絶縁体層スタック３の厚さｔｄおよび封止絶縁体の厚さｔｓに渡って延びた、少なくとも１つの溝８によって取り囲まれる。
【００２２】
こうしたデバイスは、図１〜図３に図示している。空洞５は、絶縁体層スタック３の中に作成される。ＭＥＭＳコンポーネント６、例えば、カンチレバーは、この絶縁体層スタック３から空洞５の中に延びている。隔膜７が、空洞５の上に横たわって封止しており、空洞５は、隔膜７にある開口１７を介してアクセス可能である。少なくとも１つの電極９が、絶縁体層スタック３を通る溝８を介してキャリア基板２と接触している。電極９は、分離溝１３によって隔膜７から分離されている。
【００２３】
特にＭＥＭＳデバイスの動作時に、空洞５内の環境を保存し、環境から絶縁体層スタック３を通じて空洞５の中に至る漏れを防止するために、ＭＥＭＳコンポーネント６および空洞５を収納する絶縁体スタック３の一部は、絶縁体スタック３よりも、少なくとも水素に対してより良好な封止を提供する材料によって縁取られる。
【００２４】
基板２に対して垂直な方向ｚにおいて、この封止が、片側ではキャリア基板２によって、反対側では封止絶縁体層４および隔膜７によって提供される。封止絶縁体４は絶縁体スタック３の上にあるとともに、隔膜７は封止絶縁体４の上にある。図２に示すように、隔膜７での開口１７は、封止絶縁体４まで延びており、隔膜封止部１４によって閉じられている。封止絶縁体４は、絶縁体スタック３を覆うため、この片側で均一な封止を提供している。開口８，１７をこの封止絶縁体４の中に作成した場合、これらの開口は、例えば、電極９および隔膜封止部１４によってさらに封止される。
【００２５】
基板２に対して平行な方向ｘにおいて、この封止が、少なくとも絶縁体スタック３の厚さｔｄに渡って延びる少なくとも１つの溝８によって提供される。この溝８は、ＭＥＭＳコンポーネント６を取り囲み、絶縁体スタック３の材料とは異なる材料で充填される。
【００２６】
図２は、図１のＭＥＭＳデバイス１の概略平面図を示す。封止絶縁体４の上に、隔膜７および電極９が見える。隔膜７は、空洞５に通ずる開口１７を収納する。本開示の他の態様で説明したように、これらの開口１７は、ＭＥＭＳコンポーネント６の場所において絶縁体スタック３の選択的除去を行って空洞５の作成を可能にし、これによりＭＥＭＳコンポーネント６を開放する。
【００２７】
隔膜７のレイアウトは、形成されるＭＥＭＳデバイス１に依存することがあり、図２に示す特定の設計に限定されない。同様に、開口１７の数、分布およびレイアウトは、ＭＥＭＳデバイス１に依存することがあり、図２に示す特定の設計に限定されない。
【００２８】
隔膜７を取り囲み、分離溝１３によって離隔するように、電極９は、閉じたリングのように構成され、存在している。電極９のレイアウト、およびこの電極９で充填された溝８のレイアウトは、形成されるＭＥＭＳデバイス１に依存することがあり、図２に示す特定の設計に限定されない。この電極９は、基板２にバイアス印加するために、例えば、基板にグランド接続を提供するために使用できる。
【００２９】
図３は、ＭＥＭＳデバイス１の概略断面図を示す。図１と図２に示すＭＥＭＳデバイスに加えて、ＭＥＭＳコンポーネント６に対する電極１０も存在できる。この電極１０は、ＭＥＭＳコンポーネント６に電圧を供給するために使用できる。金属コンタクト１５がＭＥＭＳコンポーネント電極１０および基板電極９の上に形成され、電極材料とのより良好な電気的コンタクトを得ている。隔膜７での開口１７が隔膜封止部１４によって閉じられている。
【００３０】
封止絶縁体４は、絶縁体スタック３がシリコン酸化物を含むか、またはシリコン酸化物からなる場合、好ましくは、シリコン炭化物またはアルミナ酸化物のグループから選択される。後者は、半導体・オン・インシュレータ基板をＭＥＭＳコンポーネント６をマイクロ加工するために使用した場合であろう。半導体・オン・インシュレータ基板は、絶縁体層によってより厚い半導体基板から隔離された薄い半導体層を備える。典型的には、この半導体基板はシリコン基板であり、この絶縁体層はシリコン酸化物層である。ＭＥＭＳコンポーネントは、構造層１６として用いられる薄い半導体層の中にマイクロ加工される。絶縁層は、絶縁体スタック３の一部となり、それをシリコン酸化物で形成した場合、漏れ経路を構成することがある。
【００３１】
シリコン酸化物の０．３ｅＶという活性化エネルギーと比較して、シリコン炭化物、例えば、ＳｉＣ、やアルミナ酸化物、例えば、Ａｌ２Ｏ３などの材料は、水素の拡散に関してそれぞれ３ｅＶや１ｅＶという比較的高い活性化エネルギーを有する。この活性化エネルギーは、シリコン酸化物を緻密にすることによって増加できるが、これは、ＭＥＭＳマイクロ加工とは不適合である５００℃超の温度を必要とするであろう。
【００３２】
隔膜７および電極９は、好ましくは、同じ材料の中に形成され、好ましくは、同じ材料層の中に形成される。この隔膜および電極材料は、シリコン−ゲルマニウムＳｉｘＧｅ１−ｘ（０＜ｘ＜１）とすることができる。
【００３３】
隔膜７および電極９を同じ層中に形成した場合、これらは、封止絶縁体４から同じ高さｈに突出するようになる。隔膜７および電極９の上側表面は、同一平面上(coplanar)にある。
【００３４】
図１〜図３において、１つの封止溝８だけを示している。電極材料で充填された１つより多くの封止溝８が、ＭＥＭＳコンポーネント６を取り囲んだ場合、封止効果はより改善できる。好ましくは、これらの封止溝８は、空洞５と同心(concentric)である。これらの封止溝８は、単一の電極９と重なってもよく、あるいは各溝８は別々の電極９と重なってもよい。
【００３５】
図１〜図３に示すＭＥＭＳデバイスでは、溝８を充填する電極９は、基板２との電気的コンタクトおよび密閉空洞５の横方向での改善した封止を同時に提供している。図４〜図６に示すＭＥＭＳデバイスでは、電気的基板コンタクトおよび横方向の空洞封止は、開口２１および溝８の中にそれぞれ形成される。図３に示すＭＥＭＳデバイスに加えて、図４のＭＥＭＳデバイス１は、基板電極９と、充填された封止溝２０とを含む。図５の平面図は、充填された封止溝２０が、破線で示すＭＥＭＳコンポーネント６を取り囲んでいることを示す。開口２１および溝８を作成することによって、電気的コンタクトや封止特性などの必要な機能性に応じて、溝８、開口２１及び／又は充填材料９，２０のレイアウトを個別に最適化できる。封止溝２０は、図４に示すように、封止絶縁体４の上面に達するまで充填でき、あるいは封止絶縁体４の上方に延長できる。
【００３６】
図４と図５に示すＭＥＭＳデバイスでは、ＭＥＭＳコンポーネント６を取り囲む溝８は、基板電極９及び／又は隔膜７を形成するために使用した材料以外の材料で充填した。処理の容易さのため、基板電極溝８〜９、封止溝８〜２０、ＭＥＭＳコンポーネント溝１９を充填するため、そして、図６に示すように隔膜７を形成するために、同じ材料を使用することを選択してもよい。
【００３７】
他の態様において、本開示は、ＭＥＭＳコンポーネント６を収納する空洞５を備えたＭＥＭＳデバイス１を製造する方法に関するものであり、空洞５は、厚さｔｄを有する絶縁体層スタック３の中に形成され、これにより空洞５および絶縁体層スタック３は、基板２と、厚さｔｓを有する封止絶縁体層４との間に挟まれており、ＭＥＭＳコンポーネント６は、絶縁体層スタック３の厚さｔｄおよび封止絶縁体の厚さｔｓに渡って延びた、少なくとも１つの溝８によって取り囲まれる。
【００３８】
該方法は、主面上に構造層スタック３を有する基板２を設けることを含み、これによりＭＥＭＳコンポーネント６は、絶縁体スタック３の中に埋め込まれる。該方法は、絶縁体スタックの上に横たわる封止絶縁体４を形成することと、ＭＥＭＳコンポーネント６を取り囲み、基板２まで延びている少なくとも１つの溝８を形成することと、絶縁体スタック３とは異なる材料で溝８を充填することととをさらに含む。
【００３９】
図７〜図１４は、こうしたＭＥＭＳデバイス１を製造する方法を示す。基板２の上に、第１絶縁体層１１が形成される。第１絶縁体層１１の上に、構造層１６が形成される。こうした層状基板は、図７に示している。層状基板は、絶縁体層によってより厚い半導体層から隔離された薄い半導体層からなる半導体・オン・インシュレータ基板とすることができる。典型的には、この半導体基板は、シリコン基板であり、これによりこの絶縁体層はシリコン酸化物層である。そして、ＭＥＭＳコンポーネントは、構造層１６として用いられる薄い半導体層の中にマイクロ加工される。絶縁層は、第１絶縁体層１１を構成し、絶縁体スタック３の一部になり、そして、シリコン酸化物で形成した場合、それは漏れ経路を構成することがある。
【００４０】
構造層１６は、パターン化され、ＭＥＭＳコンポーネント６を形成する。ＭＥＭＳコンポーネント６のレイアウトは、形成すべきＭＥＭＳデバイス１に依存することなるが、図７〜図１４に示した特定の設計に限定されない。このＭＥＭＳコンポーネントの上に横たわって、第２絶縁体層１２が形成される。この第２絶縁体層１２は、シリコン酸化物を含み、またはシリコン酸化物から成る。第１絶縁体層１１および第２絶縁体層１２は、厚さｔｄを有する絶縁体スタック３を形成する。
【００４１】
この絶縁体スタック３の上に、ｔ２を有する封止絶縁体４は形成される。この封止絶縁体４は、この絶縁体スタック３の上面の均一な封止を提供する。図８に示すように、絶縁体スタック３は、ＭＥＭＳコンポーネント６が埋め込まれ、基板２と封止絶縁体４との間に挟まれており、これにより基板２に垂直な方向ｚにおいて絶縁体スタック３の封止を提供する。
【００４２】
封止絶縁体４は、絶縁体スタック３がシリコン酸化物を含み、またはシリコン酸化物から成る場合、好ましくはシリコン炭化物またはアルミナ酸化物のグループから選択される。
【００４３】
シリコン酸化物と比べて、シリコン炭化物、例えば、ＳｉＣ、やアルミナ酸化物、例えば、Ａｌ２Ｏ３などの材料は、水素の拡散に関してそれぞれ３ｅＶや１ｅＶという比較的高い活性化エネルギーを有する。
【００４４】
基板２の一部を露出するように、開口８が封止絶縁体４および絶縁体スタック３の中に形成される。必要であれば、図９に示すように、ＭＥＭＳコンポーネント６の一部を露出するように、開口１９が封止絶縁体４および絶縁体スタック３の中に形成できる。図１０に示す平面図は、開口８は、ＭＥＭＳコンポーネント６（破線で示す）を取り囲む閉じたリングとして構成された溝であり、一方、開口１９は、ＭＥＭＳコンポーネント６へのアクセスを提供する孔であることを明確に示している。
【００４５】
溝８を作成した後、この溝は充填され、隔膜７は、空洞５が形成される場所に封止絶縁体４の上に形成される。
【００４６】
隔膜７および溝充填は、好ましくは同じ材料、好ましくは同じ材料層で形成される。この隔膜７および溝充填の材料は、シリコン−ゲルマニウムＳｉｘＧｅ１−ｘ（０＜ｘ＜１）とすることができる。
【００４７】
図１１は、隔膜７および溝充填が同じ材料層１８で形成される場合を示す。封止絶縁体４の上方に高さｈを有するこの層１８を堆積した場合、全ての開口８，１９は充填される。
【００４８】
図１０に示すように、層１８を堆積した後、この層１８はパターン化され、隔膜７、封止溝８を充填し、その上に位置する電極９、および開口１９を充填し、その上に位置する電極１０を作成する。隔膜７および電極９，１０は、封止絶縁体４を露出する分離溝１３によって互いに分離している。これらの分離溝１３を介して空洞５に向かう漏れは発生しなくなる。図１２に示すように、その底部では、分離溝１３と整列し、そのエリアを超えて延びるように封止絶縁体４が存在するためである。
【００４９】
隔膜７での開口１７は、封止絶縁体４を通って延びており、これにより図１２に示すように、絶縁体スタック３を露出している。これらの開口を通じて、絶縁体スタック３は、局所的に除去され、これにより、図１３に示すように、空洞５を作成し、ＭＥＭＳコンポーネント６を開放する。封止絶縁体４は、隔膜７の外側エリアでも封止機能性を提供しているため、空洞は、隔膜７のエリアを超えて延びることができ、これにより隔膜７のレイアウトおよび位置についてより多くの自由度を提供する。
【００５０】
絶縁体スタック７は、その封止機能性に影響しないように、封止絶縁体４に対して選択的に除去する必要がある。封止絶縁体４がシリコン炭化物またはアルミナ酸化物のグループから選択され、絶縁体層スタック３がシリコン酸化物を含み、またはシリコン酸化物から成る場合、封止絶縁体４での開口１７は、ドライエッチングによって作成でき、絶縁体スタック３で停止するとともに、この絶縁体スタック３の選択的除去が、湿式または気相のＨＦベースのエッチャントを用いて行うことができる。
【００５１】
ＭＥＭＳコンポーネント６を開放した後、空洞５の封止は、図１４に示すように、隔膜７の開放孔１７を覆う封止部１４を形成する封止プロセスによって終了する。
【００５２】
図７〜図１４に示す処理シーケンスは、図４〜図５または図６に示すＭＥＭＳデバイス１を製造する場合、少し変更する必要がある。
【００５３】
図６に係るＭＥＭＳデバイスを製造をする場合、図９に示すようなパターニングステップは、少し変更される。パターニングステップは、堆積の際、隔膜−電極層１８を受け入れるための絶縁体開口２１を形成することも含む。
【００５４】
図４〜図５に係るＭＥＭＳデバイス１を製造をする場合、少なくとも１つの追加のパターニングステップおよび堆積ステップが処理フローに含まれる。封止絶縁体４を堆積した後、パターニングステップを行って封止溝８を作成する。封止溝８は、所望の封止特性を提供し、ＭＥＭＳプロセスに適合した材料２０で充填される。充填された溝２０は、封止絶縁体４とともに平面的(planar)である。
【００５５】
図１５は、封止溝８を作成し充填した後のＭＥＭＳデバイスを示す。そして、処理フローは、図１６に示すように、基板電極９を受け入れるための絶縁体開口２１および、ＭＥＭＳコンポーネント電極１０を受け入れるためのコンタクト開口１９をパターン化することによって続行できる。隔膜−電極層１８は堆積され、図１１で行ったように、これにより開口１９，２１を充填する。
【００５６】
こうして密封空洞５が製造され、絶縁体スタック３中のシリコン酸化物の存在に起因した可能性のある漏れ経路を排除している。さらに、この封止は、基板２との電気接続９を提供することができる。
【００５７】
また、密封したＭＥＭＳデバイス１の処理は、例えば、電極９，１０との電気接続１５を形成することや、個々のパッケージ化されたＭＥＭＳデバイスのダイスカットなど、既知の製造テクニックを用いて行うことができる。
【符号の説明】
【００５８】
１ ＭＥＭＳデバイス
２ キャリア基板
３ 空洞５が作成された絶縁体スタック
４ 封止絶縁体
５ ＭＥＭＳコンポーネント６を含む空洞
６ ＭＥＭＳコンポーネント
７ 空洞５の上に横たわる隔膜
８ 封止絶縁体４および絶縁体スタック３を通って、キャリア基板２の一部を露出する溝
９ キャリア基板２に対する電極
１０ ＭＥＭＳコンポーネント６に対する電極
１１ 絶縁体スタック３の第１層
１２ 絶縁体スタック３の第２層
１３ 隔膜−電極層１８での分離溝
１４ 封止隔膜
１５ 電極８，１０に対する金属コンタクト
１６ ＭＥＭＳコンポーネント６を形成するための構造層
１７ 隔膜７での開放開口
１８ 隔膜−電極層
１９ 封止絶縁体４および絶縁体スタック３を通って、ＭＥＭＳコンポーネント６の一部を露出する開口
２０ 封止溝
２１ 封止絶縁体４および絶縁体スタック３を通って、キャリア基板２の一部を露出する開口
【技術分野】
【０００１】
本開示は、密封空洞を備え、ＭＥＭＳデバイスとしても知られているマイクロ電気機械システムに関する。特に、本開示は、半導体・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板上に形成されたＭＥＭＳデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）は、微細加工技術によって共通の基板上に電子回路を備えた、カンチレバー、センサ、アクチュエータなどのマイクロ機械コンポーネントの集積体を参照する。電子回路コンポーネントは、集積回路（ＩＣ）製造技術を用いて製造され、一方、マイクロ機械コンポーネントは、電子回路コンポーネントと適合した「マイクロ加工」技術を用いて製造される。このマイクロ加工技術は、基板の一部を選択的にエッチング除去したり、新しい構造層を追加してマイクロ機械コンポーネントを形成する。
【０００３】
マイクロ機械コンポーネントは、多くの用途で良好に管理された環境を有する必要がある空洞内に収納される。従って、この空洞は、ＭＥＭＳデバイスが動作する環境から密封されるべきである。空洞の封止は、理想的には、基板がダイスカットされて個々のＭＥＭＳデバイスを生産する前に行われる。典型的には、薄膜キャッピングを用いて、ＭＥＭＳコンポーネントを収納する空洞の上に横たわって封止する隔膜(membrane)を形成する。
【０００４】
シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板のシリコン層を、ＭＥＭＳコンポーネントをマイクロ加工するための構造層として使用した場合、空洞の密封は問題になることがある。空洞の側壁は、シリコン層をキャリア基板から分離する二酸化シリコン層に少なくとも部分的に形成されるため、これらの側壁は、空洞と、例えば、製造時または動作時にＭＥＭＳデバイスが設置される環境との間の漏れ経路を構成するようになる。
【０００５】
二酸化シリコンは、水素拡散について０．３ｅＶという低い活性化エネルギーで示されるように、低い気密性を有することが知られている。この気密性は、ＭＥＭＳデバイスの後の処理時にさらに劣化することがある。さらに、二酸化シリコンは、室温であっても水分および酸素を吸収することが知られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、特にこの空洞が二酸化シリコン層に少なくとも部分的に形成された場合、密封された空洞を形成するニーズが存在している。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一態様において、本開示は、ＭＥＭＳコンポーネントを収納する密封空洞を備えたＭＥＭＳデバイスを製造する方法に関する。該方法は、
主面上に、第１絶縁体(dielectric)層の上に構造層スタックを有する基板を用意するステップと、
構造層をパターン化して、ＭＥＭＳコンポーネントを形成するステップと、
ＭＥＭＳコンポーネントの上に横たわる第２絶縁体層を形成するステップと、
第２絶縁体層の上に横たわる封止絶縁体層を形成するステップと、
絶縁体層スタックの中に、基板まで延びてＭＥＭＳコンポーネントを取り囲む溝を形成するステップと、
封止層の上に横たわる隔膜(membrane)層を堆積し、これにより溝を充填するステップと、
隔膜層をパターン化して、これによりＭＥＭＳコンポーネントの場所に隔膜を形成し、充填された溝を覆う電極を形成するステップと、を含む。
【０００８】
構造層は、例えば、シリコン−ゲルマニウムまたはシリコンなどの半導体材料からなる単一層またはスタック層とすることができる。代替として、構造層は、例えば、チタンまたはニッケルなどの導電材料からなる単一層またはスタック層とすることができる。
【０００９】
該方法は、封止絶縁体層に対して選択的な第１および第２絶縁体を除去するステップを含んでもよく、これにより隔膜の下方に、ＭＥＭＳコンポーネントを収納する空洞を作成してもよい。特定の実施形態において、ＭＥＭＳコンポーネントの場所に、隔膜および封止絶縁体層を通る開口が形成され、その開口を通じて第１および第２絶縁体を除去される。第１および第２絶縁体の除去後、これらの開口は封止される。
【００１０】
封止絶縁体は、第１および第２絶縁体がシリコン酸化物である場合、好ましくはシリコン炭化物またはアルミナ酸化物のグループから選択される。
【００１１】
基板は、半導体・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板とすることができ、この場合、その半導体層は、ＭＥＭＳコンポーネントをマイクロ加工するために用いられる構造層であり、半導体層を基板から分離する絶縁層は、第１絶縁体層である。シリコン・オン・インシュレータ基板がシリコン層、シリコン酸化物層およびシリコンキャリア基板のスタックである場合、シリコン層は、構造層として用いられ、シリコン酸化物層は、第１絶縁体層として用いられる。
【００１２】
好ましくは、隔膜層は、シリコン−ゲルマニウムＳｉｘＧｅ１−ｘ（０＜ｘ＜１）に形成される。
【００１３】
他の態様において、本開示は、ＭＥＭＳコンポーネントを収納した密封空洞を備えたＭＥＭＳデバイスに関する。空洞は、ある厚さを有する絶縁体層スタックの中に形成され、これにより空洞および絶縁体層は、基板と封止絶縁体層との間に挟まれて、ＭＥＭＳコンポーネントは、絶縁体層スタックの厚さに渡って延びた溝によって取り囲まれる。
【００１４】
封止絶縁体は、絶縁体層スタックがシリコン酸化物を含むか、またはシリコン酸化物からなる場合、好ましくは、シリコン炭化物またはアルミナ酸化物のグループから選択される。
【００１５】
ＭＥＭＳデバイスは、空洞の場所に封止層を覆う隔膜と、溝を被覆し充填する電極とをさらに備える。好ましくは、隔膜および電極は同じ材料の中に形成される。この材料は、シリコン−ゲルマニウムとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本開示に係る、部分的に処理したＭＥＭＳデバイスの概略断面図を示す。
【図２】図１に示すＭＥＭＳデバイスの概略平面図を示す。
【図３】本開示に係るＭＥＭＳデバイスの概略断面図を示す。
【図４】本開示に係るＭＥＭＳデバイスの概略断面図を示す。
【図５】図４に示すＭＥＭＳデバイスの概略平面図を示す。
【図６】本開示に係るＭＥＭＳデバイスの概略断面図を示す。
【図７】本開示に係るＭＥＭＳデバイスを製造するための処理ステップを概略断面図で示す。
【図８】本開示に係るＭＥＭＳデバイスを製造するための処理ステップを概略断面図で示す。
【図９】本開示に係るＭＥＭＳデバイスを製造するための処理ステップを概略断面図で示す。
【図１０】本開示に係るＭＥＭＳデバイスを製造するための処理ステップを概略断面図で示す。
【図１１】本開示に係るＭＥＭＳデバイスを製造するための処理ステップを概略断面図で示す。
【図１２】本開示に係るＭＥＭＳデバイスを製造するための処理ステップを概略断面図で示す。
【図１３】本開示に係るＭＥＭＳデバイスを製造するための処理ステップを概略断面図で示す。
【図１４】本開示に係るＭＥＭＳデバイスを製造するための処理ステップを概略断面図で示す。
【図１５】本開示に係るＭＥＭＳデバイスを製造するための処理ステップを概略断面図で示す。
【図１６】本開示に係るＭＥＭＳデバイスを製造するための処理ステップを概略断面図で示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明を特定の実施形態に関して一定の図面を参照して説明するが、本発明はこれに限定されず、請求項のみによって限定される。説明する図面は、概略的に過ぎない。図面において、幾つかの要素のサイズは、説明目的のために誇張したり、縮尺どおり描写していないことがある。寸法および相対寸法は、本発明の実際の具体化に必ずしも対応していない。
【００１８】
さらに、説明および請求項での用語「第１」「第２」「第３」などは、類似の要素を区別するための使用しており、必ずしも連続した順または時間順を記述するためではない。こうした用語は、適切な状況下で交換可能であり、本発明の実施形態は、ここで説明したり図示したものとは別の順番で動作可能である。
【００１９】
さらに、説明および請求項での用語「上(top)」、「下(bottom)」、「の上に(over)」、「の下に(under)」等は、説明目的で使用しており、必ずしも相対的な位置を記述するためのものでない。こうして用いた用語は、適切な状況下で交換可能であって、ここで説明した実施形態がここで説明または図示した以外の他の向きで動作可能である。
【００２０】
請求項で使用される用語「備える、含む(comprising)」は、それ以降に列挙された手段に限定されるものと解釈すべきでなく、他の要素またはステップを除外していない。それは、記載した特徴、整数、ステップまたは構成要素の存在を参照したように特定しているものと解釈する必要があるが、１つ又はそれ以上の他の特徴、整数、ステップまたは構成要素、あるいはそのグループの存在または追加を排除していない。そして「手段Ａ，Ｂを備えるデバイス」という表現の範囲は、構成要素Ａ，Ｂだけからなるデバイスに限定すべきでない。本開示および請求項に関して、少なくとも構成要素Ａ，Ｂはデバイスの一部であることを意味する。
【００２１】
一態様において、本開示は、ＭＥＭＳコンポーネント６を収納する空洞５を備えたＭＥＭＳデバイス１に関するものであり、空洞５は、厚さｔｄを有する絶縁体層スタック３の中に形成され、これにより空洞５および絶縁体層スタック３は、基板２と、厚さｔｓを有する封止絶縁体層４との間に挟まれており、ＭＥＭＳコンポーネント６は、絶縁体層スタック３の厚さｔｄおよび封止絶縁体の厚さｔｓに渡って延びた、少なくとも１つの溝８によって取り囲まれる。
【００２２】
こうしたデバイスは、図１〜図３に図示している。空洞５は、絶縁体層スタック３の中に作成される。ＭＥＭＳコンポーネント６、例えば、カンチレバーは、この絶縁体層スタック３から空洞５の中に延びている。隔膜７が、空洞５の上に横たわって封止しており、空洞５は、隔膜７にある開口１７を介してアクセス可能である。少なくとも１つの電極９が、絶縁体層スタック３を通る溝８を介してキャリア基板２と接触している。電極９は、分離溝１３によって隔膜７から分離されている。
【００２３】
特にＭＥＭＳデバイスの動作時に、空洞５内の環境を保存し、環境から絶縁体層スタック３を通じて空洞５の中に至る漏れを防止するために、ＭＥＭＳコンポーネント６および空洞５を収納する絶縁体スタック３の一部は、絶縁体スタック３よりも、少なくとも水素に対してより良好な封止を提供する材料によって縁取られる。
【００２４】
基板２に対して垂直な方向ｚにおいて、この封止が、片側ではキャリア基板２によって、反対側では封止絶縁体層４および隔膜７によって提供される。封止絶縁体４は絶縁体スタック３の上にあるとともに、隔膜７は封止絶縁体４の上にある。図２に示すように、隔膜７での開口１７は、封止絶縁体４まで延びており、隔膜封止部１４によって閉じられている。封止絶縁体４は、絶縁体スタック３を覆うため、この片側で均一な封止を提供している。開口８，１７をこの封止絶縁体４の中に作成した場合、これらの開口は、例えば、電極９および隔膜封止部１４によってさらに封止される。
【００２５】
基板２に対して平行な方向ｘにおいて、この封止が、少なくとも絶縁体スタック３の厚さｔｄに渡って延びる少なくとも１つの溝８によって提供される。この溝８は、ＭＥＭＳコンポーネント６を取り囲み、絶縁体スタック３の材料とは異なる材料で充填される。
【００２６】
図２は、図１のＭＥＭＳデバイス１の概略平面図を示す。封止絶縁体４の上に、隔膜７および電極９が見える。隔膜７は、空洞５に通ずる開口１７を収納する。本開示の他の態様で説明したように、これらの開口１７は、ＭＥＭＳコンポーネント６の場所において絶縁体スタック３の選択的除去を行って空洞５の作成を可能にし、これによりＭＥＭＳコンポーネント６を開放する。
【００２７】
隔膜７のレイアウトは、形成されるＭＥＭＳデバイス１に依存することがあり、図２に示す特定の設計に限定されない。同様に、開口１７の数、分布およびレイアウトは、ＭＥＭＳデバイス１に依存することがあり、図２に示す特定の設計に限定されない。
【００２８】
隔膜７を取り囲み、分離溝１３によって離隔するように、電極９は、閉じたリングのように構成され、存在している。電極９のレイアウト、およびこの電極９で充填された溝８のレイアウトは、形成されるＭＥＭＳデバイス１に依存することがあり、図２に示す特定の設計に限定されない。この電極９は、基板２にバイアス印加するために、例えば、基板にグランド接続を提供するために使用できる。
【００２９】
図３は、ＭＥＭＳデバイス１の概略断面図を示す。図１と図２に示すＭＥＭＳデバイスに加えて、ＭＥＭＳコンポーネント６に対する電極１０も存在できる。この電極１０は、ＭＥＭＳコンポーネント６に電圧を供給するために使用できる。金属コンタクト１５がＭＥＭＳコンポーネント電極１０および基板電極９の上に形成され、電極材料とのより良好な電気的コンタクトを得ている。隔膜７での開口１７が隔膜封止部１４によって閉じられている。
【００３０】
封止絶縁体４は、絶縁体スタック３がシリコン酸化物を含むか、またはシリコン酸化物からなる場合、好ましくは、シリコン炭化物またはアルミナ酸化物のグループから選択される。後者は、半導体・オン・インシュレータ基板をＭＥＭＳコンポーネント６をマイクロ加工するために使用した場合であろう。半導体・オン・インシュレータ基板は、絶縁体層によってより厚い半導体基板から隔離された薄い半導体層を備える。典型的には、この半導体基板はシリコン基板であり、この絶縁体層はシリコン酸化物層である。ＭＥＭＳコンポーネントは、構造層１６として用いられる薄い半導体層の中にマイクロ加工される。絶縁層は、絶縁体スタック３の一部となり、それをシリコン酸化物で形成した場合、漏れ経路を構成することがある。
【００３１】
シリコン酸化物の０．３ｅＶという活性化エネルギーと比較して、シリコン炭化物、例えば、ＳｉＣ、やアルミナ酸化物、例えば、Ａｌ２Ｏ３などの材料は、水素の拡散に関してそれぞれ３ｅＶや１ｅＶという比較的高い活性化エネルギーを有する。この活性化エネルギーは、シリコン酸化物を緻密にすることによって増加できるが、これは、ＭＥＭＳマイクロ加工とは不適合である５００℃超の温度を必要とするであろう。
【００３２】
隔膜７および電極９は、好ましくは、同じ材料の中に形成され、好ましくは、同じ材料層の中に形成される。この隔膜および電極材料は、シリコン−ゲルマニウムＳｉｘＧｅ１−ｘ（０＜ｘ＜１）とすることができる。
【００３３】
隔膜７および電極９を同じ層中に形成した場合、これらは、封止絶縁体４から同じ高さｈに突出するようになる。隔膜７および電極９の上側表面は、同一平面上(coplanar)にある。
【００３４】
図１〜図３において、１つの封止溝８だけを示している。電極材料で充填された１つより多くの封止溝８が、ＭＥＭＳコンポーネント６を取り囲んだ場合、封止効果はより改善できる。好ましくは、これらの封止溝８は、空洞５と同心(concentric)である。これらの封止溝８は、単一の電極９と重なってもよく、あるいは各溝８は別々の電極９と重なってもよい。
【００３５】
図１〜図３に示すＭＥＭＳデバイスでは、溝８を充填する電極９は、基板２との電気的コンタクトおよび密閉空洞５の横方向での改善した封止を同時に提供している。図４〜図６に示すＭＥＭＳデバイスでは、電気的基板コンタクトおよび横方向の空洞封止は、開口２１および溝８の中にそれぞれ形成される。図３に示すＭＥＭＳデバイスに加えて、図４のＭＥＭＳデバイス１は、基板電極９と、充填された封止溝２０とを含む。図５の平面図は、充填された封止溝２０が、破線で示すＭＥＭＳコンポーネント６を取り囲んでいることを示す。開口２１および溝８を作成することによって、電気的コンタクトや封止特性などの必要な機能性に応じて、溝８、開口２１及び／又は充填材料９，２０のレイアウトを個別に最適化できる。封止溝２０は、図４に示すように、封止絶縁体４の上面に達するまで充填でき、あるいは封止絶縁体４の上方に延長できる。
【００３６】
図４と図５に示すＭＥＭＳデバイスでは、ＭＥＭＳコンポーネント６を取り囲む溝８は、基板電極９及び／又は隔膜７を形成するために使用した材料以外の材料で充填した。処理の容易さのため、基板電極溝８〜９、封止溝８〜２０、ＭＥＭＳコンポーネント溝１９を充填するため、そして、図６に示すように隔膜７を形成するために、同じ材料を使用することを選択してもよい。
【００３７】
他の態様において、本開示は、ＭＥＭＳコンポーネント６を収納する空洞５を備えたＭＥＭＳデバイス１を製造する方法に関するものであり、空洞５は、厚さｔｄを有する絶縁体層スタック３の中に形成され、これにより空洞５および絶縁体層スタック３は、基板２と、厚さｔｓを有する封止絶縁体層４との間に挟まれており、ＭＥＭＳコンポーネント６は、絶縁体層スタック３の厚さｔｄおよび封止絶縁体の厚さｔｓに渡って延びた、少なくとも１つの溝８によって取り囲まれる。
【００３８】
該方法は、主面上に構造層スタック３を有する基板２を設けることを含み、これによりＭＥＭＳコンポーネント６は、絶縁体スタック３の中に埋め込まれる。該方法は、絶縁体スタックの上に横たわる封止絶縁体４を形成することと、ＭＥＭＳコンポーネント６を取り囲み、基板２まで延びている少なくとも１つの溝８を形成することと、絶縁体スタック３とは異なる材料で溝８を充填することととをさらに含む。
【００３９】
図７〜図１４は、こうしたＭＥＭＳデバイス１を製造する方法を示す。基板２の上に、第１絶縁体層１１が形成される。第１絶縁体層１１の上に、構造層１６が形成される。こうした層状基板は、図７に示している。層状基板は、絶縁体層によってより厚い半導体層から隔離された薄い半導体層からなる半導体・オン・インシュレータ基板とすることができる。典型的には、この半導体基板は、シリコン基板であり、これによりこの絶縁体層はシリコン酸化物層である。そして、ＭＥＭＳコンポーネントは、構造層１６として用いられる薄い半導体層の中にマイクロ加工される。絶縁層は、第１絶縁体層１１を構成し、絶縁体スタック３の一部になり、そして、シリコン酸化物で形成した場合、それは漏れ経路を構成することがある。
【００４０】
構造層１６は、パターン化され、ＭＥＭＳコンポーネント６を形成する。ＭＥＭＳコンポーネント６のレイアウトは、形成すべきＭＥＭＳデバイス１に依存することなるが、図７〜図１４に示した特定の設計に限定されない。このＭＥＭＳコンポーネントの上に横たわって、第２絶縁体層１２が形成される。この第２絶縁体層１２は、シリコン酸化物を含み、またはシリコン酸化物から成る。第１絶縁体層１１および第２絶縁体層１２は、厚さｔｄを有する絶縁体スタック３を形成する。
【００４１】
この絶縁体スタック３の上に、ｔ２を有する封止絶縁体４は形成される。この封止絶縁体４は、この絶縁体スタック３の上面の均一な封止を提供する。図８に示すように、絶縁体スタック３は、ＭＥＭＳコンポーネント６が埋め込まれ、基板２と封止絶縁体４との間に挟まれており、これにより基板２に垂直な方向ｚにおいて絶縁体スタック３の封止を提供する。
【００４２】
封止絶縁体４は、絶縁体スタック３がシリコン酸化物を含み、またはシリコン酸化物から成る場合、好ましくはシリコン炭化物またはアルミナ酸化物のグループから選択される。
【００４３】
シリコン酸化物と比べて、シリコン炭化物、例えば、ＳｉＣ、やアルミナ酸化物、例えば、Ａｌ２Ｏ３などの材料は、水素の拡散に関してそれぞれ３ｅＶや１ｅＶという比較的高い活性化エネルギーを有する。
【００４４】
基板２の一部を露出するように、開口８が封止絶縁体４および絶縁体スタック３の中に形成される。必要であれば、図９に示すように、ＭＥＭＳコンポーネント６の一部を露出するように、開口１９が封止絶縁体４および絶縁体スタック３の中に形成できる。図１０に示す平面図は、開口８は、ＭＥＭＳコンポーネント６（破線で示す）を取り囲む閉じたリングとして構成された溝であり、一方、開口１９は、ＭＥＭＳコンポーネント６へのアクセスを提供する孔であることを明確に示している。
【００４５】
溝８を作成した後、この溝は充填され、隔膜７は、空洞５が形成される場所に封止絶縁体４の上に形成される。
【００４６】
隔膜７および溝充填は、好ましくは同じ材料、好ましくは同じ材料層で形成される。この隔膜７および溝充填の材料は、シリコン−ゲルマニウムＳｉｘＧｅ１−ｘ（０＜ｘ＜１）とすることができる。
【００４７】
図１１は、隔膜７および溝充填が同じ材料層１８で形成される場合を示す。封止絶縁体４の上方に高さｈを有するこの層１８を堆積した場合、全ての開口８，１９は充填される。
【００４８】
図１０に示すように、層１８を堆積した後、この層１８はパターン化され、隔膜７、封止溝８を充填し、その上に位置する電極９、および開口１９を充填し、その上に位置する電極１０を作成する。隔膜７および電極９，１０は、封止絶縁体４を露出する分離溝１３によって互いに分離している。これらの分離溝１３を介して空洞５に向かう漏れは発生しなくなる。図１２に示すように、その底部では、分離溝１３と整列し、そのエリアを超えて延びるように封止絶縁体４が存在するためである。
【００４９】
隔膜７での開口１７は、封止絶縁体４を通って延びており、これにより図１２に示すように、絶縁体スタック３を露出している。これらの開口を通じて、絶縁体スタック３は、局所的に除去され、これにより、図１３に示すように、空洞５を作成し、ＭＥＭＳコンポーネント６を開放する。封止絶縁体４は、隔膜７の外側エリアでも封止機能性を提供しているため、空洞は、隔膜７のエリアを超えて延びることができ、これにより隔膜７のレイアウトおよび位置についてより多くの自由度を提供する。
【００５０】
絶縁体スタック７は、その封止機能性に影響しないように、封止絶縁体４に対して選択的に除去する必要がある。封止絶縁体４がシリコン炭化物またはアルミナ酸化物のグループから選択され、絶縁体層スタック３がシリコン酸化物を含み、またはシリコン酸化物から成る場合、封止絶縁体４での開口１７は、ドライエッチングによって作成でき、絶縁体スタック３で停止するとともに、この絶縁体スタック３の選択的除去が、湿式または気相のＨＦベースのエッチャントを用いて行うことができる。
【００５１】
ＭＥＭＳコンポーネント６を開放した後、空洞５の封止は、図１４に示すように、隔膜７の開放孔１７を覆う封止部１４を形成する封止プロセスによって終了する。
【００５２】
図７〜図１４に示す処理シーケンスは、図４〜図５または図６に示すＭＥＭＳデバイス１を製造する場合、少し変更する必要がある。
【００５３】
図６に係るＭＥＭＳデバイスを製造をする場合、図９に示すようなパターニングステップは、少し変更される。パターニングステップは、堆積の際、隔膜−電極層１８を受け入れるための絶縁体開口２１を形成することも含む。
【００５４】
図４〜図５に係るＭＥＭＳデバイス１を製造をする場合、少なくとも１つの追加のパターニングステップおよび堆積ステップが処理フローに含まれる。封止絶縁体４を堆積した後、パターニングステップを行って封止溝８を作成する。封止溝８は、所望の封止特性を提供し、ＭＥＭＳプロセスに適合した材料２０で充填される。充填された溝２０は、封止絶縁体４とともに平面的(planar)である。
【００５５】
図１５は、封止溝８を作成し充填した後のＭＥＭＳデバイスを示す。そして、処理フローは、図１６に示すように、基板電極９を受け入れるための絶縁体開口２１および、ＭＥＭＳコンポーネント電極１０を受け入れるためのコンタクト開口１９をパターン化することによって続行できる。隔膜−電極層１８は堆積され、図１１で行ったように、これにより開口１９，２１を充填する。
【００５６】
こうして密封空洞５が製造され、絶縁体スタック３中のシリコン酸化物の存在に起因した可能性のある漏れ経路を排除している。さらに、この封止は、基板２との電気接続９を提供することができる。
【００５７】
また、密封したＭＥＭＳデバイス１の処理は、例えば、電極９，１０との電気接続１５を形成することや、個々のパッケージ化されたＭＥＭＳデバイスのダイスカットなど、既知の製造テクニックを用いて行うことができる。
【符号の説明】
【００５８】
１ ＭＥＭＳデバイス
２ キャリア基板
３ 空洞５が作成された絶縁体スタック
４ 封止絶縁体
５ ＭＥＭＳコンポーネント６を含む空洞
６ ＭＥＭＳコンポーネント
７ 空洞５の上に横たわる隔膜
８ 封止絶縁体４および絶縁体スタック３を通って、キャリア基板２の一部を露出する溝
９ キャリア基板２に対する電極
１０ ＭＥＭＳコンポーネント６に対する電極
１１ 絶縁体スタック３の第１層
１２ 絶縁体スタック３の第２層
１３ 隔膜−電極層１８での分離溝
１４ 封止隔膜
１５ 電極８，１０に対する金属コンタクト
１６ ＭＥＭＳコンポーネント６を形成するための構造層
１７ 隔膜７での開放開口
１８ 隔膜−電極層
１９ 封止絶縁体４および絶縁体スタック３を通って、ＭＥＭＳコンポーネント６の一部を露出する開口
２０ 封止溝
２１ 封止絶縁体４および絶縁体スタック３を通って、キャリア基板２の一部を露出する開口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＥＭＳコンポーネント（６）を収納する密封空洞（５）を備えたＭＥＭＳデバイス（１）を製造する方法であって、
・主面上に、第１絶縁体層（１１）の上に構造層（１６）スタックを有する基板を用意するステップと、
・構造層（１６）をパターン化して、ＭＥＭＳコンポーネント（６）を形成するステップと、
・ＭＥＭＳコンポーネント（６）の上に横たわる第２絶縁体層（１２）を形成するステップと、
・第２絶縁体層（１２）の上に横たわる封止絶縁体層（４）を形成するステップと、
・絶縁体層（４，１１，１２）スタック（３）の中に、ＭＥＭＳコンポーネント（６）を取り囲み、基板（２）まで延びる溝（８）を形成するステップと、
・封止層（４）の上に横たわる隔膜層（１８）を堆積し、これにより溝（８）を充填するステップと、
・隔膜層（１８）をパターン化して、これにより空洞（５）の場所に隔膜（７）を形成し、充填された溝を覆う電極（９）を形成するステップと、を含む方法。
【請求項２】
封止絶縁体層（４）に対して選択的な第１および第２絶縁体（１１，１２）を除去し、これによりＭＥＭＳコンポーネント（６）を収納する空洞（５）を形成するステップをさらに含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
ＭＥＭＳコンポーネントの場所に、隔膜（７）および封止絶縁体層（４）を通る開口（１７）を形成し、この開口を通じて第１および第２絶縁体（１１，１２）を除去するステップをさらに含む請求項２記載の方法。
【請求項４】
第１および第２絶縁体（１１，１２）の選択的除去の後、隔膜（７）での開口（１７）を封止（１４）するステップをさらに含む請求項３記載の方法。
【請求項５】
封止絶縁体層（４）は、シリコン炭化物またはアルミナ酸化物のグループから選択され、第１および第２絶縁体（１１，１２）は、シリコン酸化物である請求項１記載の方法。
【請求項６】
隔膜層（１８）は、シリコン−ゲルマニウム層である請求項１記載の方法。
【請求項７】
基板（２）は、半導体・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板であり、その半導体層は構造層（１６）である請求項１記載の方法。
【請求項８】
ＭＥＭＳコンポーネント（６）を収納した密封空洞（５）を備えたＭＥＭＳデバイス（１）であって、
空洞（５）は、ある厚さを有する絶縁体層スタック（３）の中に形成され、これにより空洞（５）および絶縁体層（６）は、基板（２）と封止絶縁体層（４）との間に挟まれており、
ＭＥＭＳコンポーネント（６）は、絶縁体層スタック（３）の厚さ（ｔｄ）に渡って延びた溝（８）によって取り囲まれているＭＥＭＳデバイス（１）。
【請求項９】
封止絶縁体層（４）は、シリコン炭化物またはアルミナ酸化物のグループから選択され、絶縁体層スタック（３）は、シリコン酸化物を含む請求項８記載のＭＥＭＳデバイス（１）。
【請求項１０】
空洞（５）の場所に封止層（４）を覆う隔膜（７）と、溝（８）を被覆し充填する電極（９）とをさらに備える請求項８または９記載のＭＥＭＳデバイス（１）。
【請求項１１】
隔膜（７）および電極（８）は、同じ材料（１８）の中に形成される請求項１０記載のＭＥＭＳデバイス（１）。
【請求項１２】
この同じ材料（１８）は、シリコン−ゲルマニウムである請求項１１記載のＭＥＭＳデバイス（１）。
【請求項１】
ＭＥＭＳコンポーネント（６）を収納する密封空洞（５）を備えたＭＥＭＳデバイス（１）を製造する方法であって、
・主面上に、第１絶縁体層（１１）の上に構造層（１６）スタックを有する基板を用意するステップと、
・構造層（１６）をパターン化して、ＭＥＭＳコンポーネント（６）を形成するステップと、
・ＭＥＭＳコンポーネント（６）の上に横たわる第２絶縁体層（１２）を形成するステップと、
・第２絶縁体層（１２）の上に横たわる封止絶縁体層（４）を形成するステップと、
・絶縁体層（４，１１，１２）スタック（３）の中に、ＭＥＭＳコンポーネント（６）を取り囲み、基板（２）まで延びる溝（８）を形成するステップと、
・封止層（４）の上に横たわる隔膜層（１８）を堆積し、これにより溝（８）を充填するステップと、
・隔膜層（１８）をパターン化して、これにより空洞（５）の場所に隔膜（７）を形成し、充填された溝を覆う電極（９）を形成するステップと、を含む方法。
【請求項２】
封止絶縁体層（４）に対して選択的な第１および第２絶縁体（１１，１２）を除去し、これによりＭＥＭＳコンポーネント（６）を収納する空洞（５）を形成するステップをさらに含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
ＭＥＭＳコンポーネントの場所に、隔膜（７）および封止絶縁体層（４）を通る開口（１７）を形成し、この開口を通じて第１および第２絶縁体（１１，１２）を除去するステップをさらに含む請求項２記載の方法。
【請求項４】
第１および第２絶縁体（１１，１２）の選択的除去の後、隔膜（７）での開口（１７）を封止（１４）するステップをさらに含む請求項３記載の方法。
【請求項５】
封止絶縁体層（４）は、シリコン炭化物またはアルミナ酸化物のグループから選択され、第１および第２絶縁体（１１，１２）は、シリコン酸化物である請求項１記載の方法。
【請求項６】
隔膜層（１８）は、シリコン−ゲルマニウム層である請求項１記載の方法。
【請求項７】
基板（２）は、半導体・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板であり、その半導体層は構造層（１６）である請求項１記載の方法。
【請求項８】
ＭＥＭＳコンポーネント（６）を収納した密封空洞（５）を備えたＭＥＭＳデバイス（１）であって、
空洞（５）は、ある厚さを有する絶縁体層スタック（３）の中に形成され、これにより空洞（５）および絶縁体層（６）は、基板（２）と封止絶縁体層（４）との間に挟まれており、
ＭＥＭＳコンポーネント（６）は、絶縁体層スタック（３）の厚さ（ｔｄ）に渡って延びた溝（８）によって取り囲まれているＭＥＭＳデバイス（１）。
【請求項９】
封止絶縁体層（４）は、シリコン炭化物またはアルミナ酸化物のグループから選択され、絶縁体層スタック（３）は、シリコン酸化物を含む請求項８記載のＭＥＭＳデバイス（１）。
【請求項１０】
空洞（５）の場所に封止層（４）を覆う隔膜（７）と、溝（８）を被覆し充填する電極（９）とをさらに備える請求項８または９記載のＭＥＭＳデバイス（１）。
【請求項１１】
隔膜（７）および電極（８）は、同じ材料（１８）の中に形成される請求項１０記載のＭＥＭＳデバイス（１）。
【請求項１２】
この同じ材料（１８）は、シリコン−ゲルマニウムである請求項１１記載のＭＥＭＳデバイス（１）。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−２０３９６（Ｐ２０１２−２０３９６Ａ）
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−１５４４６３（Ｐ２０１１−１５４４６３）
【出願日】平成２３年７月１３日（２０１１．７．１３）
【出願人】（５９１０６０８９８）アイメック (302)
【氏名又は名称原語表記】ＩＭＥＣ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５４４６３（Ｐ２０１１−１５４４６３）
【出願日】平成２３年７月１３日（２０１１．７．１３）
【出願人】（５９１０６０８９８）アイメック (302)
【氏名又は名称原語表記】ＩＭＥＣ
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]