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JP2007222957A - Method for manufacturing MEMS device - Google Patents

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JP2007222957A
JP2007222957A JP2006043480A JP2006043480A JP2007222957A JP 2007222957 A JP2007222957 A JP 2007222957A JP 2006043480 A JP2006043480 A JP 2006043480A JP 2006043480 A JP2006043480 A JP 2006043480A JP 2007222957 A JP2007222957 A JP 2007222957A
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JP
Japan
Prior art keywords
mems
film
manufacturing
polyimide resin
forming
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2006043480A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toru Watanabe
徹 渡辺
Akira Sato
彰 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
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Abstract

【課題】エッチング液を用いてＭＥＭＳ構造体をリリースする際に、フォトレジスト膜を必要とせず、工程を簡略化でき、かつ容易にＭＥＭＳ構造体を封止するＭＥＭＳデバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】半導体基板３１の上方に構造体層を形成する工程と、配線層３８を形成する工程と、パッシベーション膜３９を形成する工程と、ポリイミド樹脂膜４０を形成する工程と、ＭＥＭＳ構造体５０の上方に位置するポリイミド樹脂膜４０に複数の開口部４２を形成する工程と、ポリイミド樹脂膜４０をマスクとしてポリイミド樹脂膜４０の開口部４２からエッチング液を接触させて配線層８および構造体層の酸化膜をエッチングしてＭＥＭＳ構造体５０をリリースし、かつパッシベーション膜３９と半導体基板３１の間に空洞部４４を形成する工程と、開口部４２を塞ぎ空洞部４４の気密封止処理する工程と、を有する。
【選択図】図３
Provided is a method for manufacturing a MEMS device that does not require a photoresist film when a MEMS structure is released using an etchant, can simplify the process, and easily seals the MEMS structure.
A step of forming a structure layer above a semiconductor substrate 31, a step of forming a wiring layer 38, a step of forming a passivation film 39, a step of forming a polyimide resin film 40, and a MEMS structure A step of forming a plurality of openings 42 in the polyimide resin film 40 positioned above 50, and an etching solution is contacted from the openings 42 of the polyimide resin film 40 using the polyimide resin film 40 as a mask to form the wiring layer 8 and the structure The oxide film of the layer is etched to release the MEMS structure 50, and the cavity 44 is formed between the passivation film 39 and the semiconductor substrate 31, and the opening 42 is closed and the cavity 44 is hermetically sealed. And a process.
[Selection] Figure 3

Description

本発明は、半導体基板にＭＥＭＳ構造体を備えたＭＥＭＳデバイスの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a MEMS device having a MEMS structure on a semiconductor substrate.

近年、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いて製作された、ＭＥＭＳデバイスが注目されている。ＭＥＭＳデバイスは、微小なＭＥＭＳ構造体を半導体基板上に製作し、振動子、センサなどの用途として利用されている。このＭＥＭＳ構造体には、固定部と可動部が設けられ、可動部の振動あるいは撓みを利用してＭＥＭＳデバイスとしての特性を得ている。
ところで、ＭＥＭＳ構造体の可動部は片持ち梁あるいは両持ち梁構造をとり、可動部の支持部以外は空中に浮いた構造である。このため、ＭＥＭＳ構造体の製造工程中において可動部の下側に形成された犠牲層をウエットエッチングすることにより可動部をリリースしている。この可動部をリリースする際には、必要な部分のみエッチングされるように、一般には、フォトレジスト膜をパターニングし、エッチング終了後にフォトレジスト膜を除去している（特許文献１参照）。 In recent years, attention has been paid to MEMS devices manufactured using MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology. A MEMS device is used for applications such as a vibrator and a sensor by manufacturing a minute MEMS structure on a semiconductor substrate. This MEMS structure is provided with a fixed portion and a movable portion, and obtains characteristics as a MEMS device by utilizing vibration or deflection of the movable portion.
By the way, the movable part of the MEMS structure has a cantilever structure or a double-supported beam structure, and the structure other than the support part of the movable part is floating in the air. For this reason, the movable part is released by wet-etching the sacrificial layer formed on the lower side of the movable part during the manufacturing process of the MEMS structure. When releasing the movable part, generally, the photoresist film is patterned so that only a necessary part is etched, and the photoresist film is removed after the etching is completed (see Patent Document 1).

また、このようにＭＥＭＳ構造体が形成された後に、用途に応じてＭＥＭＳ構造体を減圧雰囲気あるいは不活性ガス雰囲気で気密封止している。
可動部の振動を利用するＭＥＭＳデバイスの場合には、可動部の振動時における空気抵抗を減ずるために、ＭＥＭＳ構造体部分を減圧雰囲気にて気密封止するのが一般的である。また、可動部の振動を利用しない場合にも、耐湿性などの信頼性を確保するためにＭＥＭＳ構造体部分を減圧雰囲気あるいは不活性ガス雰囲気で気密封止する必要がある。
例えば、特許文献２に示すような、ＭＥＭＳ構造体（微小機械）が形成された下部基板と、空洞部が形成された上部基板とを、Ｏリングを介して減圧雰囲気で気密封止する構造のＭＥＭＳデバイスが提案されている。 In addition, after the MEMS structure is formed in this manner, the MEMS structure is hermetically sealed in a reduced pressure atmosphere or an inert gas atmosphere depending on the application.
In the case of a MEMS device that utilizes vibration of the movable part, the MEMS structure part is generally hermetically sealed in a reduced-pressure atmosphere in order to reduce air resistance during vibration of the movable part. Even when the vibration of the movable part is not used, it is necessary to hermetically seal the MEMS structure portion in a reduced pressure atmosphere or an inert gas atmosphere in order to ensure reliability such as moisture resistance.
For example, as shown in Patent Document 2, the lower substrate on which the MEMS structure (micromachine) is formed and the upper substrate on which the cavity is formed are hermetically sealed in a reduced-pressure atmosphere via an O-ring. MEMS devices have been proposed.

特開２００４−２７６２００号公報（１０頁、図１２）JP 2004-276200 A (page 10, FIG. 12) 特開２００５−２９７１８０号公報JP 2005-297180 A

しかしながら、従来の製造工程において、エッチング液を用いてＭＥＭＳ構造体をリリースする際に、フォトレジスト膜を形成し、エッチング後にこのフォトレジスト膜を除去する工程が必要であり、製造工程が長くなるという問題があった。
また、従来のＭＥＭＳデバイスの気密封止方法では、それぞれの部品の位置合わせを行う位置合わせ工程、そしてそれらを圧着する圧着工程が必要であり、製造工程が複雑であった。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、エッチング液を用いてＭＥＭＳ構造体をリリースする際に、フォトレジスト膜を必要とせず、工程を簡略化でき、かつ容易にＭＥＭＳ構造体を気密封止することを可能とするＭＥＭＳデバイスの製造方法を提供することにある。 However, in the conventional manufacturing process, when the MEMS structure is released using an etching solution, a process of forming a photoresist film and removing the photoresist film after etching is necessary, which increases the manufacturing process. There was a problem.
In addition, the conventional hermetic sealing method for MEMS devices requires an alignment process for aligning each component and a crimping process for crimping them, and the manufacturing process is complicated.
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and the object thereof is to release a MEMS structure using an etching solution without requiring a photoresist film, simplifying the process, and easily. It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing a MEMS device that enables a MEMS structure to be hermetically sealed.

上記課題を解決するために、本発明のＭＥＭＳデバイスの製造方法は、固定部と可動部を備えたＭＥＭＳ構造体が半導体基板に形成されたＭＥＭＳデバイスの製造方法であって、前記半導体基板の上方に酸化膜と前記ＭＥＭＳ構造体とを備えた構造体層を形成する工程と、前記ＭＥＭＳ構造体層の上方に酸化膜を介して配線を積層する配線層を形成する工程と、前記配線層の上方にパッシベーション膜を形成する工程と、前記パッシベーション膜の上にポリイミド樹脂膜を形成する工程と、前記ＭＥＭＳ構造体の上方に位置する前記ポリイミド樹脂膜に複数の開口部を形成する工程と、前記ポリイミド樹脂膜をマスクとして前記ポリイミド樹脂膜の開口部からエッチング液を接触させて前記配線層および前記構造体層の酸化膜をエッチングして前記ＭＥＭＳ構造体をリリースし、かつ前記パッシベーション膜と前記半導体基板の間に空洞部を形成する工程と、前記開口部を塞ぎ前記空洞部の気密封止処理する工程と、を有することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, a method for manufacturing a MEMS device according to the present invention is a method for manufacturing a MEMS device in which a MEMS structure including a fixed portion and a movable portion is formed on a semiconductor substrate, above the semiconductor substrate. Forming a structure layer including an oxide film and the MEMS structure, forming a wiring layer in which wiring is stacked via an oxide film above the MEMS structure layer, and Forming a passivation film above, forming a polyimide resin film on the passivation film, forming a plurality of openings in the polyimide resin film located above the MEMS structure, and Using the polyimide resin film as a mask, an etching solution is contacted from the opening of the polyimide resin film to etch the oxide film of the wiring layer and the structure layer. Releasing the MEMS structure and forming a cavity between the passivation film and the semiconductor substrate, and sealing the cavity by sealing the opening. To do.

この製造方法によれば、エッチング液を用いてＭＥＭＳ構造体をリリースする際に、ＭＥＭＳ構造体の上方のポリイミド樹脂膜をマスクとして、ポリイミド樹脂膜の開口部からエッチング液を接触させてＭＥＭＳ構造体をリリースすることができる。そして、ＭＥＭＳ構造体をリリースした後も、このポリイミド樹脂膜がエッチングされずに、ＭＥＭＳ構造体の上方に残されており、開口部を塞ぐ気密封止処理を行うことでＭＥＭＳ構造体の配置された空洞部を気密封止することができる。
このように、本発明は、エッチング液を用いてＭＥＭＳ構造体をリリースする際にフォトレジスト膜を使用しないことから、製造工程を簡略化でき、かつ容易にＭＥＭＳ構造体が配置された空洞部を気密封止することを可能とするＭＥＭＳデバイスの製造方法を提供できる。 According to this manufacturing method, when the MEMS structure is released using the etching solution, the MEMS structure is formed by contacting the etching solution from the opening of the polyimide resin film using the polyimide resin film above the MEMS structure as a mask. Can be released. Even after the MEMS structure is released, the polyimide resin film is not etched and remains above the MEMS structure, and the MEMS structure is disposed by performing an airtight sealing process to close the opening. The hollow portion can be hermetically sealed.
As described above, since the present invention does not use a photoresist film when releasing the MEMS structure using the etching solution, the manufacturing process can be simplified, and the cavity where the MEMS structure is easily disposed can be formed. A method for manufacturing a MEMS device that enables hermetic sealing can be provided.

本発明のＭＥＭＳデバイスの製造方法は、前記気密封止処理する工程が、樹脂を塗布して前記開口部を塞ぎ、前記樹脂を硬化する工程であることが望ましい。   In the MEMS device manufacturing method of the present invention, it is desirable that the hermetically sealing step is a step of applying a resin to close the opening and curing the resin.

この製造方法によれば、ポリイミド樹脂膜の開口部に樹脂を塗布して開口部を塞ぎ、その樹脂を硬化させることで、容易にＭＥＭＳ構造体が配置された空洞部を気密封止することができる。   According to this manufacturing method, by applying a resin to the opening of the polyimide resin film, closing the opening, and curing the resin, it is possible to easily hermetically seal the cavity where the MEMS structure is disposed. it can.

本発明のＭＥＭＳデバイスの製造方法は、前記気密封止処理する工程は前記開口部を覆う板状部材を固着する工程であることが望ましい。   In the MEMS device manufacturing method of the present invention, it is preferable that the hermetically sealing step is a step of fixing a plate-like member covering the opening.

この製造方法によれば、ポリイミド樹脂膜の開口部を覆う板状部材をポリイミド樹脂膜に固着することで、容易にＭＥＭＳ構造体が配置された空洞部を気密封止することができる。   According to this manufacturing method, the cavity in which the MEMS structure is arranged can be easily hermetically sealed by fixing the plate-like member covering the opening of the polyimide resin film to the polyimide resin film.

本発明のＭＥＭＳデバイスの製造方法は、前記ＭＥＭＳデバイスを多数個取りする半導体ウエハレベルで、前記構造体層を形成する工程から前記気密封止処理する工程まで行ない、その後、前記ＭＥＭＳデバイスごとに個片化することが望ましい。   The manufacturing method of the MEMS device of the present invention is performed from the step of forming the structure layer to the step of hermetically sealing at the level of a semiconductor wafer in which a large number of the MEMS devices are taken, and thereafter, for each MEMS device. It is desirable to separate.

この製造方法によれば、半導体ウエハレベルで多数のＭＥＭＳデバイスを製造することができ、ＭＥＭＳデバイスの製造工程における生産性を向上させることができる。   According to this manufacturing method, a large number of MEMS devices can be manufactured at the semiconductor wafer level, and productivity in the manufacturing process of the MEMS devices can be improved.

以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。また、以下の実施形態ではＭＥＭＳデバイスとしてＭＥＭＳ振動子を例にとり説明する。
（第１の実施形態） DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, a MEMS vibrator will be described as an example of a MEMS device.
(First embodiment)

図１は、ＭＥＭＳ振動子の構成を示す概略図であり、図１（ａ）は模式平面図、図１（ｂ）は、同図（ａ）のＥ−Ｅ断線に沿う模式断面図である。   1A and 1B are schematic views showing the configuration of the MEMS vibrator, FIG. 1A is a schematic plan view, and FIG. 1B is a schematic cross-sectional view taken along the line EE in FIG. .

ＭＥＭＳ振動子７０は、半導体基板３１にＭＥＭＳ構造体５０、ＭＥＭＳ構造体５０を取り囲むように形成した配線層３８、配線層３８の上方からＭＥＭＳ構造体５０上方に連なり開口部４２が形成されたポリイミド樹脂膜４０、開口部４２を塞ぐ樹脂膜４５を備えている。
シリコンからなる半導体基板３１上には、シリコン酸化膜３２が形成され、その上にシリコン窒化膜３３が形成されている。そして、シリコン窒化膜３３上にＭＥＭＳ構造体５０が設けられている。ＭＥＭＳ構造体５０はポリシリコンにて形成され、固定部３４ａ，３４ｂおよび可動部３７から構成されている。また、この固定部３４ａ，３４ｂおよび可動部３７は電極として作用している。 The MEMS vibrator 70 includes a MEMS structure 50 on a semiconductor substrate 31, a wiring layer 38 formed so as to surround the MEMS structure 50, and a polyimide in which an opening 42 is formed continuously from above the wiring layer 38 to above the MEMS structure 50. A resin film 40 and a resin film 45 that closes the opening 42 are provided.
A silicon oxide film 32 is formed on a semiconductor substrate 31 made of silicon, and a silicon nitride film 33 is formed thereon. A MEMS structure 50 is provided on the silicon nitride film 33. The MEMS structure 50 is made of polysilicon and includes fixed portions 34 a and 34 b and a movable portion 37. The fixed portions 34a and 34b and the movable portion 37 function as electrodes.

固定部３４ａは可動部３７の両端を保持することで可動部３７を空中に保持し、固定部３４ａの一方は、ＭＥＭＳ構造体５０を取り囲む配線層３８に延出し、配線４６に接続されている。配線層３８は、配線４６がＳｉＯ2などの絶縁膜を介して積層され、その上部に設けられた接続パッド４７に接続されている。
一方、固定部３４ｂは可動部３７の下方に隙間を保って位置し、配線層３８に延出され、配線４６に接続されている。この配線４６はＳｉＯ2などの絶縁膜を介して積層され、その上部に設けられた接続パッド４８に接続されている。
なお、配線層３８の下にはＳｉＯ2などの酸化膜３５が形成されており、ＭＥＭＳ構造体５０をエッチングにてリリースする際の犠牲層である。 The fixed portion 34 a holds the movable portion 37 in the air by holding both ends of the movable portion 37, and one of the fixed portions 34 a extends to the wiring layer 38 surrounding the MEMS structure 50 and is connected to the wiring 46. . In the wiring layer 38, the wiring 46 is laminated via an insulating film such as SiO 2 and is connected to a connection pad 47 provided on the wiring layer 38.
On the other hand, the fixed portion 34 b is positioned below the movable portion 37 with a gap, extends to the wiring layer 38, and is connected to the wiring 46. The wiring 46 is laminated via an insulating film such as SiO 2 and connected to a connection pad 48 provided on the wiring 46.
An oxide film 35 such as SiO 2 is formed under the wiring layer 38, and is a sacrificial layer when the MEMS structure 50 is released by etching.

配線層３８の上からＭＥＭＳ構造体５０上方に連なってパッシベーション膜３９が形成され、さらにパッシベーション膜３９の上に耐酸性膜としてポリイミド樹脂膜４０が形成されている。このようにして、ポリイミド樹脂膜４０と半導体基板３１の間に、ＭＥＭＳ構造体５０を配置する空洞部４４が画定されている。
そして、パッシベーション膜３９およびポリイミド樹脂膜４０における、ＭＥＭＳ構造体５０の上方に位置する部分には複数の開口部４２が設けられている。
ポリイミド樹脂膜４０の上には、ポリイミドなどの樹脂が塗布されて硬化した樹脂膜４５にて開口部４２が塞がれ、空洞部４４を減圧雰囲気にて気密封止されている。 A passivation film 39 is formed on the wiring layer 38 and above the MEMS structure 50, and a polyimide resin film 40 is formed on the passivation film 39 as an acid resistant film. In this way, the cavity 44 in which the MEMS structure 50 is disposed is defined between the polyimide resin film 40 and the semiconductor substrate 31.
A plurality of openings 42 are provided in portions of the passivation film 39 and the polyimide resin film 40 positioned above the MEMS structure 50.
On the polyimide resin film 40, the opening 42 is closed by a resin film 45 that is cured by applying a resin such as polyimide, and the cavity 44 is hermetically sealed in a reduced-pressure atmosphere.

このような構造のＭＥＭＳ振動子７０は、ＭＥＭＳ構造体５０の固定部３４ａを介して可動部３７に直流電圧が印加されると、可動部３７と固定部３４ｂの間に電位差が生じ、可動部３７と固定部３４ｂの間に静電力が働く。ここで、さらに可動部３７に交流電圧が印加されると、静電力が大きくなったり小さくなったり変動し、可動電極３７が固定部３４ｂに近づいたり、遠ざかる方向に振動する。このとき、固定部３４ｂの電極表面では、電荷の移動が生じ、固定部３４ｂに電流が流れる。そして、振動が繰り返されることから、固定部３４ｂから固有の共振周波数信号が出力される。   In the MEMS vibrator 70 having such a structure, when a DC voltage is applied to the movable portion 37 via the fixed portion 34a of the MEMS structure 50, a potential difference is generated between the movable portion 37 and the fixed portion 34b. An electrostatic force acts between 37 and the fixing portion 34b. Here, when an AC voltage is further applied to the movable portion 37, the electrostatic force increases or decreases, and the movable electrode 37 vibrates in a direction toward or away from the fixed portion 34b. At this time, charge movement occurs on the electrode surface of the fixed portion 34b, and a current flows through the fixed portion 34b. Since the vibration is repeated, a specific resonance frequency signal is output from the fixed portion 34b.

以下、上記構成のＭＥＭＳ振動子の製造方法について説明する。
図２、図３はＭＥＭＳ振動子の製造工程を示す模式断面図である。図２、図３において、図１に示した部材と同一の部材には同符号を付している。 Hereinafter, a method for manufacturing the MEMS vibrator having the above configuration will be described.
2 and 3 are schematic cross-sectional views showing the manufacturing process of the MEMS vibrator. 2 and 3, the same members as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

まず図２（ａ）に示すように、シリコンからなる半導体基板３１の上に熱酸化によりシリコン酸化膜３２を形成し、その上にシリコン窒化膜３３を形成する。
次に、シリコン窒化膜３３の上にポリシリコン膜を形成し、フォトレジストを塗布する。このフォトレジスト膜をパターニングし、図２（ｂ）に示すように、エッチングによりＭＥＭＳ構造体の固定部３４ａ，３４ｂを形成する。
その後、図２（ｃ）に示すように、固定部３４ａ，３４ｂの上からＳｉＯ2などの酸化膜３５を形成し、固定部３４ａ上の酸化膜３５に開口穴３６を形成する。 First, as shown in FIG. 2A, a silicon oxide film 32 is formed on a semiconductor substrate 31 made of silicon by thermal oxidation, and a silicon nitride film 33 is formed thereon.
Next, a polysilicon film is formed on the silicon nitride film 33 and a photoresist is applied. The photoresist film is patterned and, as shown in FIG. 2B, the fixed portions 34a and 34b of the MEMS structure are formed by etching.
Thereafter, as shown in FIG. 2C, an oxide film 35 such as SiO 2 is formed on the fixing portions 34a and 34b, and an opening hole 36 is formed in the oxide film 35 on the fixing portion 34a.

続いて、酸化膜３５の上にポリシリコン膜を形成し、フォトレジストを塗布する。このフォトレジスト膜をパターニングし、図２（ｄ）に示すように、エッチングによりＭＥＭＳ構造体の可動部３７を形成する。このようにして、固定部３４ａ，３４ｂ、酸化膜３５、可動部３７を備えた構造体層を形成する。
次に、固定部３４ａ，３４ｂの上方の酸化膜３５の一部に開口穴を形成して、固定部３４ａ，３４ｂと接続する配線を形成する。その後、図２（ｅ）に示すように、ＳｉＯ2などの絶縁膜を介して配線４６を積層した配線層３８を形成する。
そして、図２（ｆ）に示すように、配線層３８の上にパッシベーション膜３９を形成する。 Subsequently, a polysilicon film is formed on the oxide film 35 and a photoresist is applied. The photoresist film is patterned, and as shown in FIG. 2D, a movable portion 37 of the MEMS structure is formed by etching. In this manner, a structure layer including the fixed portions 34a and 34b, the oxide film 35, and the movable portion 37 is formed.
Next, an opening hole is formed in a part of the oxide film 35 above the fixing portions 34a and 34b, and wirings connected to the fixing portions 34a and 34b are formed. Thereafter, as shown in FIG. 2E, a wiring layer 38 in which the wiring 46 is laminated through an insulating film such as SiO 2 is formed.
Then, a passivation film 39 is formed on the wiring layer 38 as shown in FIG.

次に、図３（ａ）に示すように、ＭＥＭＳ構造体の上方のパッシベーション膜３９に複数の開口穴４１を形成する。また、このとき同時に接続パッド４８の開口を行う。
続いて、図３（ｂ）に示すように、パッシベーション膜３９の上にポリイミド樹脂膜４０を形成する。ポリイミド樹脂膜４０は、ポリイミド樹脂がスピンコート法などにより塗布され、加熱硬化処理することで形成されている。
次に、図３（ｃ）に示すように、パッシベーション膜３９に形成した開口部４１に対応する部分のポリイミド樹脂膜４０をエッチングにて開口し開口部４２を形成する。この開口部４２は、ポリイミド樹脂膜４０からパッシベーション膜３９にまで及ぶ深さで形成されている。また、このとき同時に接続パッド４８の開口を行う。
なお、ポリイミド樹脂膜４０の形成において、感光性ポリイミド樹脂を用いて、露光・現像処理を行うことでポリイミド樹脂膜４０に開口部４２を形成しても良い。 Next, as shown in FIG. 3A, a plurality of opening holes 41 are formed in the passivation film 39 above the MEMS structure. At the same time, the connection pad 48 is opened.
Subsequently, as illustrated in FIG. 3B, a polyimide resin film 40 is formed on the passivation film 39. The polyimide resin film 40 is formed by applying a polyimide resin by a spin coating method or the like and performing a heat curing process.
Next, as shown in FIG. 3C, a portion of the polyimide resin film 40 corresponding to the opening 41 formed in the passivation film 39 is opened by etching to form an opening 42. The opening 42 is formed with a depth extending from the polyimide resin film 40 to the passivation film 39. At the same time, the connection pad 48 is opened.
In forming the polyimide resin film 40, the opening 42 may be formed in the polyimide resin film 40 by performing exposure and development using a photosensitive polyimide resin.

続いて、ポリイミド樹脂膜４０をマスクとして複数の開口部４２から酸性のエッチング液を接触させて、配線層３８、構造体層の酸化膜３５をエッチングしてＭＥＭＳ構造体５０をリリースする。
このとき、接続パッド４８を侵さないように、エッチング液としてアルミ非溶解液を使用している。なお、エッチング液がアルミを侵す性質のものを使用する場合には、ＭＥＭＳ構造体５０をリリースした後、接続パッド４８を開口すれば良い。
このように、ポリイミド樹脂膜４０は耐酸性の性質を有し、エッチング液などの酸に侵されることがなく、ＭＥＭＳ構造体５０の上方に複数の開口部４２を有するポリイミド樹脂膜４０が残される。また、半導体基板３１とポリイミド樹脂膜４０の間に空洞部４４を形成できる。 Subsequently, with the polyimide resin film 40 as a mask, an acidic etching solution is contacted from the plurality of openings 42 to etch the wiring layer 38 and the oxide film 35 of the structure layer, thereby releasing the MEMS structure 50.
At this time, an aluminum non-dissolved solution is used as an etchant so as not to damage the connection pads 48. In the case where an etchant that uses aluminum is used, the connection pad 48 may be opened after the MEMS structure 50 is released.
As described above, the polyimide resin film 40 has acid resistance, and is not attacked by an acid such as an etching solution, so that the polyimide resin film 40 having a plurality of openings 42 is left above the MEMS structure 50. . A cavity 44 can be formed between the semiconductor substrate 31 and the polyimide resin film 40.

そして、図３（ｅ）に示すように、減圧雰囲気にてポリイミド樹脂膜４０の開口部４２を塞ぐように樹脂を塗布したのち、加熱硬化して樹脂膜４５を形成することでＭＥＭＳ構造体５０が配置された空洞部４４を減圧雰囲気にて気密封止する。
また、本実施形態では、空洞部４４を減圧雰囲気にて気密封止を行ったが、窒素などの不活性ガス雰囲気で上記の気密封止処理を行えば、空洞部４４を不活性ガス雰囲気にて気密封止することが可能である。 Then, as shown in FIG. 3E, after applying a resin so as to block the opening 42 of the polyimide resin film 40 in a reduced-pressure atmosphere, the resin structure 45 is formed by heating and curing to form the MEMS structure 50. The cavity 44 in which is disposed is hermetically sealed in a reduced-pressure atmosphere.
In the present embodiment, the cavity 44 is hermetically sealed in a reduced-pressure atmosphere. However, if the above-described hermetic sealing process is performed in an inert gas atmosphere such as nitrogen, the cavity 44 is changed to an inert gas atmosphere. And hermetically sealed.

以上のＭＥＭＳ振動子の製造方法によれば、エッチング液を用いてＭＥＭＳ構造体５０をリリースする際に、ＭＥＭＳ構造体５０の上方のポリイミド樹脂膜４０をマスクとして、ポリイミド樹脂膜４０の開口部４２からエッチング液を接触させてＭＥＭＳ構造体５０をリリースすることができる。そして、ＭＥＭＳ構造体５０をリリースした後も、このポリイミド樹脂膜４０がエッチングされずに、ＭＥＭＳ構造体５０の上方に残されており、開口部４２を塞ぐように樹脂を塗布したのち、加熱硬化して樹脂膜４５を形成することでＭＥＭＳ構造体５０の配置された空洞部４４を気密封止することができる。
このように、本実施形態では、エッチング液を用いてＭＥＭＳ構造体５０をリリースする際にフォトレジスト膜を使用しないことから、製造工程を簡略化でき、かつ容易にＭＥＭＳ構造体５０が配置された空洞部４４を気密封止することを可能とするＭＥＭＳデバイス７０の製造方法を提供できる。 According to the above MEMS vibrator manufacturing method, when the MEMS structure 50 is released using the etching solution, the opening 42 of the polyimide resin film 40 is formed using the polyimide resin film 40 above the MEMS structure 50 as a mask. The MEMS structure 50 can be released by contacting an etching solution. Even after the MEMS structure 50 is released, the polyimide resin film 40 is not etched and remains above the MEMS structure 50. After the resin is applied so as to close the opening 42, heat curing is performed. By forming the resin film 45, the cavity 44 in which the MEMS structure 50 is disposed can be hermetically sealed.
Thus, in this embodiment, since the photoresist film is not used when releasing the MEMS structure 50 using the etching solution, the manufacturing process can be simplified and the MEMS structure 50 can be easily arranged. A method for manufacturing the MEMS device 70 that enables the cavity 44 to be hermetically sealed can be provided.

なお、本実施形態では、ＭＥＭＳ構造体５０の固定部３４ａ，３４ｂおよび可動部３７の上方のポリイミド樹脂膜４０に複数の開口部４２を設けたが、この開口部の大きさ、数はＭＥＭＳ構造体５０を確実にエッチングでリリースできる大きさ、数であればよく、適宜変更をしても良い。
また、この開口部の位置についても同様に、ＭＥＭＳ構造体５０を確実にエッチングでリリースできる位置であればよく、例えば、可動部３７上方を除く位置に開口部４２を形成しても良い。このようにした場合、開口部４２に樹脂を塗布・硬化して気密封止処理を行う際、樹脂が可動部３７に落下して付着することがなく、歩留まりを低下させることがない。
（変形例） In this embodiment, the plurality of openings 42 are provided in the polyimide resin film 40 above the fixed portions 34a and 34b and the movable portion 37 of the MEMS structure 50. The size and number of the openings are the MEMS structure. The size and number of the body 50 can be surely released by etching, and may be changed as appropriate.
Similarly, the position of the opening may be a position where the MEMS structure 50 can be reliably released by etching. For example, the opening 42 may be formed at a position other than above the movable portion 37. In this case, when the resin is applied and cured to the opening 42 to perform the hermetic sealing process, the resin does not drop and adhere to the movable portion 37, and the yield is not reduced.
(Modification)

次に、上記実施形態における、ＭＥＭＳ構造体の気密封止処理の変形例について説明する。
図４、図５は気密封止処理の変形例を示す模式断面図である。この変形例では気密封止処理を行う部分のみ異なり、他の部分については上記実施形態と同符号を付し、説明を省略する。
図４において、ポリイミド樹脂膜４０に形成された複数の開口部４２ごとに樹脂５１が塗布され樹脂５１を硬化させることで、空洞部４４が気密封止されている。
図５において、ポリイミド樹脂膜４０に形成された複数の開口部４２を覆うように金属あるいは樹脂などの板状部材５２が、その外周にて接着され空洞部４４が気密封止されている。
このように、ポリイミド樹脂膜４０に形成された複数の開口部４２を塞ぐことで、ＭＥＭＳ構造体５０が配置された空洞部４４を容易に気密封止でき、その気密封止方法は様々な方法をとることが可能である。
上記のような変形例においても、第１の実施形態と同様な効果を享受することができる。
（第２の実施形態） Next, a modified example of the hermetic sealing process of the MEMS structure in the embodiment will be described.
4 and 5 are schematic cross-sectional views showing modifications of the hermetic sealing process. In this modification, only the part that performs the hermetic sealing process is different, and the other parts are denoted by the same reference numerals as in the above embodiment, and the description thereof is omitted.
In FIG. 4, a cavity 51 is hermetically sealed by applying a resin 51 to each of a plurality of openings 42 formed in the polyimide resin film 40 and curing the resin 51.
In FIG. 5, a plate-like member 52 such as metal or resin is bonded at the outer periphery so as to cover a plurality of openings 42 formed in the polyimide resin film 40, and the cavity 44 is hermetically sealed.
As described above, by closing the plurality of openings 42 formed in the polyimide resin film 40, the cavity 44 in which the MEMS structure 50 is disposed can be easily hermetically sealed. It is possible to take
Also in the above modification, the same effect as 1st Embodiment can be enjoyed.
(Second Embodiment)

次に、半導体ウエハレベルでＭＥＭＳ振動子を製造する方法について説明する。
図６は半導体ウエハレベルでＭＥＭＳ振動子を製造する場合の半導体ウエハを示す平面図である。
半導体ウエハ１００には、ＭＥＭＳ振動子１１０を多数個取りするように、多数の領域が設定され、それぞれの領域は、第１の実施形態で説明した半導体基板１００上に構造体層を形成する工程から気密封止処理する工程まで製造が行われる。その後、領域ごとに切断などで個片化し、ＭＥＭＳ振動子１１０を得ている。 Next, a method for manufacturing a MEMS vibrator at a semiconductor wafer level will be described.
FIG. 6 is a plan view showing a semiconductor wafer when a MEMS vibrator is manufactured at the semiconductor wafer level.
A large number of regions are set in the semiconductor wafer 100 so as to take a large number of MEMS vibrators 110, and each region is a step of forming a structure layer on the semiconductor substrate 100 described in the first embodiment. The manufacturing is performed from the process to the hermetic sealing process. Thereafter, the MEMS vibrator 110 is obtained by cutting into individual pieces by cutting or the like.

このＭＥＭＳ振動子１１０の製造方法によれば、半導体ウエハレベルで多数のＭＥＭＳ振動子１１０を製造することができ、ＭＥＭＳ振動子１１０の製造工程における生産性を向上させることができる。   According to this method of manufacturing the MEMS vibrator 110, a large number of MEMS vibrators 110 can be manufactured at the semiconductor wafer level, and productivity in the manufacturing process of the MEMS vibrator 110 can be improved.

なお、本実施形態では半導体基板の材質としてシリコンを用いて説明したが、他にＧｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＳｎ、ＰｂＳ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＧａＮ、ＺｎＳｅなどを用いることができる。
また、半導体基板に回路素子を形成してＭＥＭＳ構造体を発振させる発振回路を構成し、ＭＥＭＳ振動子に発振回路を備えたＭＥＭＳデバイスとしても良い。
さらに、本実施形態ではＭＥＭＳデバイスとして、ＭＥＭＳ振動子を例にとり説明したが、他の実施として、電気スイッチなどの電子部品、加速度センサ、圧力センサ、ジャイロセンサなどの各種センサなどとして利用することが可能である。 In the present embodiment, the semiconductor substrate is described using silicon. However, Ge, SiGe, SiC, SiSn, PbS, GaAs, InP, GaP, GaN, ZnSe, or the like can be used.
In addition, an oscillation circuit that oscillates the MEMS structure by forming a circuit element on a semiconductor substrate may be configured, and a MEMS device including the oscillation circuit in the MEMS vibrator may be used.
Furthermore, in this embodiment, the MEMS vibrator has been described as an example of the MEMS device. However, as other implementations, the MEMS device may be used as an electronic component such as an electric switch, various sensors such as an acceleration sensor, a pressure sensor, and a gyro sensor. Is possible.

第１の実施形態におけるＭＥＭＳ振動子の構成を示す概略図であり、（ａ）は模式平面図、（ｂ）は、同図（ａ）のＥ−Ｅ断線に沿う模式断面図。It is the schematic which shows the structure of the MEMS vibrator | oscillator in 1st Embodiment, (a) is a schematic plan view, (b) is a schematic cross section along the EE disconnection of the same figure (a). 第１の実施形態におけるＭＥＭＳ振動子の製造工程を示す模式断面図。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a manufacturing process of the MEMS vibrator in the first embodiment. 第１の実施形態におけるＭＥＭＳ振動子の製造工程を示す模式断面図。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a manufacturing process of the MEMS vibrator according to the first embodiment. 第１の実施形態の気密封止処理の変形例を示す模式断面図。The schematic cross section which shows the modification of the airtight sealing process of 1st Embodiment. 第１の実施形態の気密封止処理の変形例を示す模式断面図。The schematic cross section which shows the modification of the airtight sealing process of 1st Embodiment. 第２の実施形態として半導体ウエハレベルでＭＥＭＳ振動子を製造する場合の半導体ウエハを示す平面図。The top view which shows the semiconductor wafer in the case of manufacturing a MEMS vibrator | oscillator at the semiconductor wafer level as 2nd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

３１…半導体基板、３４ａ，３４ｂ…固定部、３５…酸化膜、３７…可動部、３８…配線層、３９…パッシベーション膜、４０…ポリイミド樹脂膜、４２…開口部、４４…空洞部、４５…樹脂膜、４６…配線、５０…ＭＥＭＳ構造体、７０…ＭＥＭＳ振動子、１００…半導体ウエハ。

DESCRIPTION OF SYMBOLS 31 ... Semiconductor substrate, 34a, 34b ... Fixed part, 35 ... Oxide film, 37 ... Movable part, 38 ... Wiring layer, 39 ... Passivation film, 40 ... Polyimide resin film, 42 ... Opening part, 44 ... Cavity part, 45 ... Resin film, 46 ... wiring, 50 ... MEMS structure, 70 ... MEMS vibrator, 100 ... semiconductor wafer.

Claims (4)

固定部と可動部を備えたＭＥＭＳ構造体が半導体基板に形成されたＭＥＭＳデバイスの製造方法であって、
前記半導体基板の上方に酸化膜と前記ＭＥＭＳ構造体とを備えた構造体層を形成する工程と、
前記ＭＥＭＳ構造体層の上方に酸化膜を介して配線を積層する配線層を形成する工程と、
前記配線層の上方にパッシベーション膜を形成する工程と、
前記パッシベーション膜の上にポリイミド樹脂膜を形成する工程と、
前記ＭＥＭＳ構造体の上方に位置する前記ポリイミド樹脂膜に複数の開口部を形成する工程と、
前記ポリイミド樹脂膜をマスクとして前記ポリイミド樹脂膜の開口部からエッチング液を接触させて前記配線層および前記構造体層の酸化膜をエッチングして前記ＭＥＭＳ構造体をリリースし、かつ前記パッシベーション膜と前記半導体基板の間に空洞部を形成する工程と、
前記開口部を塞ぎ前記空洞部の気密封止処理する工程と、
を有することを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。 A MEMS device manufacturing method in which a MEMS structure including a fixed part and a movable part is formed on a semiconductor substrate,
Forming a structure layer including an oxide film and the MEMS structure above the semiconductor substrate;
Forming a wiring layer for stacking wiring via an oxide film above the MEMS structure layer;
Forming a passivation film above the wiring layer;
Forming a polyimide resin film on the passivation film;
Forming a plurality of openings in the polyimide resin film located above the MEMS structure;
Using the polyimide resin film as a mask, an etching solution is contacted from the opening of the polyimide resin film to etch the oxide film of the wiring layer and the structure layer to release the MEMS structure, and the passivation film and the Forming a cavity between semiconductor substrates;
Sealing the opening and airtightly sealing the cavity; and
A method for manufacturing a MEMS device, comprising: 請求項１に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
前記気密封止処理する工程が、樹脂を塗布して前記開口部を塞ぎ、前記樹脂を硬化する工程であることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。 In the manufacturing method of the MEMS device of Claim 1,
The method of manufacturing a MEMS device, wherein the hermetically sealing step is a step of applying a resin to block the opening and curing the resin. 請求項１に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
前記気密封止処理する工程が、前記開口部を覆う板状部材を前記ポリイミド樹脂膜に固着する工程であることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。 In the manufacturing method of the MEMS device of Claim 1,
The method of manufacturing a MEMS device, wherein the hermetically sealing step is a step of fixing a plate member covering the opening to the polyimide resin film. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法において、
前記ＭＥＭＳデバイスを多数個取りする半導体ウエハレベルで、前記構造体層を形成する工程から前記気密封止処理する工程まで行ない、その後、前記ＭＥＭＳデバイスごとに個片化することを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。

In the manufacturing method of the MEMS device as described in any one of Claims 1 thru | or 3,
The MEMS device is characterized in that it is performed from the step of forming the structure layer to the step of hermetically sealing at the level of a semiconductor wafer where a large number of the MEMS devices are taken, and then separated into individual MEMS devices. Manufacturing method.

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