CN101024481B - 微型机电系统、半导体装置、以及它们的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及微型机电系统、半导体装置、以及它们的制造方法。本发明旨在形成MEMS和具有该MEMS的传感器，而不进行蚀刻牺牲层的步骤。本发明的技术要点是如下：形成使用隔层形成了空间的MEMS和具有该MEMS的传感器。通过采用使用隔层形成了空间的MEMS，不需要形成牺牲层的步骤及蚀刻该牺牲层的步骤。结果，没有蚀刻时间的限制，并可以提高成品率。

Description

微型机电系统、半导体装置、以及它们的制造方法
技术领域
本发明涉及具有微小结构体的半导体装置及其制造方法。
背景技术
对适用于电子部件如滤波器等、传感器、执行器等的MEMS(微型机电系统)技术正在进行研究。
MEMS由硅片构成，具有构成空间的结构层，并且包括为了形成空间而蚀刻用作硅片的牺牲层的区域的步骤。牺牲层的蚀刻不是进行在半导体集成电路的制造步骤中的形成沿纵方向的开口的步骤，而是形成用于制造空间的沿横方向的开口的步骤。
如上所述，MEMS的特征在于立体加工衬底，与在平面上形成电路图形的半导体集成电路的制造步骤根本不同。因此，在MEMS的制造中的蚀刻处理需要很长时间，并由蚀刻加工的形状很复杂，因此成品率为低。
例如，提供了如下方法以缩短蚀刻牺牲层所需的时间：通过形成牺牲层并使它分成两层来在牺牲层内部形成隧道结构，当蚀刻牺牲层时，蚀刻液通过所述隧道结构迅速进入牺牲层内部(例如，参照专利文件1)。
专利文件1特开2000-58866号公报
但是，即使形成牺牲层并使它分成两层，也不得不进行蚀刻步骤，因此难以改善制造步骤的复杂化或长期化。因此，难以谋求提高制造成品率。
发明内容
因此，本发明旨在容易制造微型机电系统或包括微型机电系统的半导体装置。
本发明是具有空间的微型机电系统、以及包括微型机电系统及电路的半导体装置，其要点在于使用选择性地设置在衬底和功能层之间的具有粘合性的隔层来形成用于确保所述微型机电系统的工作范围(工作区域)的空间。具体地说，本发明的特征在于形成使用隔层形成了空间的MEMS(也记为微型机电系统)。具有这种微型机电系统及电路的装置被记为半导体装置。电路主要由半导体元件等构成，半导体装置可以具有能够进行无线通信的结构。
下面，描述本发明的具体结构例子。
本发明的微型机电系统的一个方式是如下：在第一膜衬底上形成有第一隔层、具有压电元件的层、第二隔层、以及第二膜衬底。这里，所述具有压电元件的层具有层叠第一电极、压电材料、第二电极而形成的压电元件。另外，在具有压电元件的层中的压电元件可以是一个或多个。另外，通过使用具有粘合性的材料选择性地设置第一隔层及第二隔层，设置开口部并使它重叠于设置在具有压电元件的层中的压电元件。
另外，上述开口部的面积大于构成压电元件的压电材料的面积，具体地说，理想的是从压电材料的端部到上述开口部的端部的距离为10μm或更大且100μm或更小。再者，优选地，第一隔层和第二隔层的形状可以说是相同的(即，大约相同形状)，并且它们被层叠而配置在可以说是相同的区域(即，大约相同区域)上。因此，可以配置多个空间并使它们互相重叠。
另外，本发明的微型机电系统的另一个方式是如下：在第一膜衬底上形成有第一隔层、功能层、第二隔层、以及第二膜衬底。这里，所述功能层当然包括压电元件，例如可以应用半导体元件、热电元件、应变电阻元件(strain resistor element)、电感器或电容器等的无源元件、有源元件。换言之，功能层可以说是通过层叠薄膜而形成并具有起着特定作用的元件的层。另外，在层中的起着特定作用的元件可以是一个或多个，再者，可以是一种或多种。另外，像上述方式那样，使用具有粘合性的材料选择性地设置第一隔层及第二隔层并使特定部分具有开口部。具体地说，作为所述特定部分，重叠于设置在具有起着特定作用的元件的层中的起着特定作用的元件、与所述起着特定作用的元件电连接的电极等地设置开口部。
另外，理想地，第一隔层和第二隔层的形状可以说是相同的(即，相同形状)，并且它们被设置在可以说是相同的区域(即，相同区域)。因此，可以配置多个空间并使它们互相重叠。
其次，上述本发明的微型机电系统的制造方法的一个方式是如下：在衬底上形成剥离层、具有压电元件的层、第一隔层，并在其上粘合第一膜衬底。另外，通过利用因为第一隔层的粘合性使具有压电元件的层和第一膜衬底粘合在一起的情况，从衬底剥离具有压电元件的层来将它转到第一膜衬底一侧。然后，将选择性地形成了第二隔层的第二膜衬底粘合在具有压电元件的层以前与衬底接触的一侧。
另外，上述本发明的微型机电系统的制造方法的另一个方式是如下：在衬底上形成剥离层、具有起着特定作用的元件的功能层、第一隔层，并在其上粘合第一膜衬底。另外，通过利用因为第一隔层的粘合性使功能层和第一膜衬底粘合在一起的情况，从衬底剥离功能层来将它转到第一膜衬底一侧。然后，将选择性地形成了第二隔层的第二膜衬底粘合在功能层以前与衬底接触的一侧。
上述本发明的微型机电系统的制造方法的两个方式分别满足构成上述微型机电系统的条件。例如，将开口部的面积设定为0.01mm2至25mm2(包括0.01mm2和25mm2)，并将设置在第一隔层中的开口部的面积的总和设定为与第一隔层的整体面积相比为20％或更小。
其次，本发明的半导体装置的一个方式是如下：在衬底上形成有具有电路的层、与所述电路电连接的电极、第一隔层、具有压电元件的层、第二隔层、以及第二膜衬底。这里，具有压电元件的层、第一隔层及第二隔层具有与上述微型机电系统相同的结构。
另外，本发明的半导体装置的另一方式是如下：在衬底上形成有具有电路的层、与所述电路电连接的电极、第一隔层、具有起着特定作用的元件的功能层、第二隔层、以及第二膜衬底。这里，功能层、第一隔层及第二隔层具有与上述微型机电系统相同的结构。
另外，在上述两个方式的半导体装置中，电路具有半导体元件，与所述电路连接的电极是为了连接电路和压电元件而形成的。另外，构成半导体装置的衬底也可以是膜衬底，并在所述衬底和具有电路的层之间设置有第三隔层。再者，在上述两个方式中，可以使用各向异性导电粘合剂形成第二隔层。
另外，上述本发明的半导体装置的制造方法的一个方式是如下：在第一衬底上形成剥离层、具有压电元件的层、第一隔层，并在其上粘合第一膜衬底。另外，通过利用因为第一隔层的粘合性使具有压电元件的层和第一膜衬底粘合在一起的情况，从衬底剥离具有压电元件的层来将它转到第一膜衬底一侧。其次，在第二衬底上形成具有电路的层、与电路电连接的电极。然后，将第二隔层选择性地形成在如下地方中的任何一个：在具有电路的层和在其上的电极上；具有压电元件的层以前与衬底接触的一侧。并且，将在具有电路的层中的形成有电极的一面和具有压电元件的层以前与衬底接触的一侧粘合在一起。
另外，上述本发明的半导体装置的制造方法的另一个方式是如下：在第一衬底上形成剥离层、具有起着特定作用的元件的功能层、第一隔层，并在其上粘合第一膜衬底。并且，通过利用因为第一隔层的粘合性使功能层和第一膜衬底粘合在一起的情况，从衬底剥离功能层来将它转到第一膜衬底一侧。其次，在第二衬底上形成具有电路的层、与电路电连接的电极。然后，将第二隔层选择性地形成在如下地方中的任何一个：在具有电路的层和在其上的电极上；功能层以前与衬底接触的一侧。然后，将在具有电路的层中的形成有电极的一面和功能层以前与衬底接触的一侧粘合在一起。
另外，在上述半导体装置的形成方法的两个方式中，也可以在第二衬底和具有电路的层之间形成剥离层，剥离第二衬底和具有电路的层，并转置到第一膜一侧。通过使剥离层变化，可以从第二衬底剥离具有电路的层，因为具有电路的层与第一膜衬底粘合在一起。然后，也可以使用具有粘合性的第三隔层将第二膜衬底粘合到具有电路的层的剥离面。
通过采用使用隔层形成空间的本发明，不需要形成牺牲层的步骤及蚀刻该牺牲层的步骤。结果，没有蚀刻时间的限制，并可以提高成品率。另外，不需要昂贵的蚀刻装置。
附图说明
图1A至1C是表示本发明的微型机电系统的图；
图2A至2C是表示本发明的微型机电系统的图；
图3A至3D是表示本发明的微型机电系统的图；
图4A至4D是表示本发明的压电元件用衬底的图；
图5是表示本发明的TFT用衬底的图；
图6A和6B是表示本发明的微型机电系统的图；
图7A和7B是表示本发明的微型机电系统的图；
图8是表示本发明的半导体装置的框图；
图9A和9B是表示本发明的半导体装置的外观的图；
图10是表示本发明的压力传感器的例子的图；
图11是表示本发明的压力传感器的例子的图；
图12A和12B是本发明的压力传感器的放大图；
图13A至13C是表示本发明的滤波器的图；
图14A至14C是表示本发明的压力传感器的图。
具体实施方式
下面，将参照附图说明本发明的实施方式。注意，本发明可以是以多种不同的方式实施的。本领域技术人员可以很容易地理解一个事实就是其方式和详细内容可以被变换为各种各样的形式，而不脱离本发明的宗旨及其范围。因此，本发明不应该被解释为仅限定在以下所示的实施方式所记载的内容中。此外，在用于说明实施方式的所有附图中，使用相同符号表示相同部分或起着同样的作用的部分，省略其重复说明。
实施方式1
在本实施方式中，说明使用隔层形成空间的微型机电系统的制造步骤。
如图1A所示，准备衬底100。作为衬底100，可以使用具有绝缘表面的衬底(被记为绝缘衬底)如玻璃衬底、石英衬底、塑料衬底等。例如，如果使用塑料衬底，可以提供高柔软性的轻型微型机电系统。另外，通过进行抛光等来使玻璃衬底更薄，可以提供薄型微型机电系统。再者，作为衬底100，可以使用诸如金属之类的导电衬底、诸如硅之类的半导体衬底。也可以首先在衬底表面上形成具有绝缘性的层再使用这种衬底。
然后，在绝缘衬底100上形成具有用于起着特定作用的元件的层(以下记为第一功能层)101。
其次，如图1B所示，在第一功能层101上选择性地设置隔层102并使它具有开口部。
隔层102优选具有粘合功能。所述隔层102使之后形成的密封用衬底和第一功能层101贴合，再者，在第二功能层和第一功能层101之间形成空间。有机材料或无机材料可以用于隔层102。作为有机材料，可以使用丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂、三聚氰胺树脂、聚酯树脂、聚碳酸酯树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚缩醛、聚醚、聚氨酯、聚酰胺(尼龙)、呋喃树脂、邻苯二甲酸二烯丙酯树脂等的化合物。另外，这种有机材料在很多情况下具有粘合功能。丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂等的高粘性材料可以是通过涂敷法、旋转涂敷法、液滴喷射法而形成的。液滴喷射法是如下方法，并被称为喷墨法：通过相应于电信号从喷嘴喷射被调制的组合物来产生微量的液滴，并将它附着于预定的位置。作为无机材料，可以举出硅氧化物、硅氮化物等。硅氧化物或硅氮化物可以是通过CVD法等而形成的。
例如，在第一功能层101上的不形成隔层的区域形成掩模，以选择性地设置这种隔层。作为所述掩模，可以使用如下材料：在与形成隔层的材料之间没有亲和性，当在形成有掩模的状态下形成隔层时排斥隔层材料，隔层不形成在形成有掩模的部分。通过在第一功能层101上形成隔层并除去上述掩模，可以选择性地形成隔层。当隔层102是有机材料时，这种制造方法是合适的。另外，还有如下方法：在第一功能层101上的整个面上形成隔层，并除去不形成隔层的区域。通过光刻法将抗蚀剂掩模形成于在第一功能层101上形成的隔层上，并进行蚀刻来除去没有形成抗蚀剂掩模的部分的隔层，以选择性地形成隔层102。当隔层102是无机材料时，这种制造方法是合适的。除了上述以外，还可以使用被称为厚膜抗蚀剂的光敏固化树脂材料，隔层通过直接进行曝光、显影，以选择性地形成隔层。
如图1C所示，在隔层102上设置第二功能层103。第二功能层103可以选自与绝缘衬底相同的衬底中。通过在隔层102上设置第二功能层103，产生空间104。换言之，空间104被底面一侧的第一功能层101、侧面的隔层102、以及上面一侧的第二功能层103包围。
通过使第一功能层101及第二功能层103起着如下作用，如上所述利用隔层102构成的立体结构可以用于各种用途：
(1)将第一功能层101和第二功能层103分别用作电极，尤其是，第一功能层101是因热、声波、电压等而变形的电极。因此，所述立体结构可以用作感测由热、声波、电压等导致的刺激的压电元件、热电元件、或应变电阻元件等的微型机电系统。
(2)将第一功能层101用作电路，而将第二功能层103用作包括因热、声波、电压等而变形的元件(例如可以举出压电元件、热电元件、以及应变电阻元件等)的层。在这种情况下，存在着空间104，因而可以使所述元件容易变形。如上所述，所述立体结构可以用作包括微型机电系统和电路的半导体装置。
此外，优选使用稀有气体或氮等的惰性气体填充空间104。这是因为可以防止第一功能层101的劣化的缘故。
其次，说明从衬底100剥离如上所述制造的微型机电系统的情况。
如图3A所示，在绝缘衬底100上形成剥离层106，并形成第一功能层101、以及隔层。使用金属层或半导体层形成剥离层106。作为金属层，可以使用由选自钨(W)、钛(Ti)、钽(Ta)、钼(Mo)、钕(Nd)、镍(Ni)、钴(Co)、锆(Zr)、锌(Zn)、钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、锇(Os)、铱(Ir)中的元素或以所述元素为主要成分的合金材料或化合物材料构成的单层、或这些的叠层。金属膜可以是通过使用将金属作为靶子的溅射法而制造的。作为剥离层形成的金属膜的厚度是10nm至200nm，优选为50nm至75nm。在使用半导体层作为剥离层的情况下，只要具有硅即可，其结构可以是非晶半导体、非晶状态和结晶状态混合存在的半结晶半导体(SAS)、以及结晶半导体中的任何一个。这种半导体层可以是通过溅射法、或CVD法等而形成的。作为剥离层形成的半导体层的厚度只要是30nm至1μm即可，如果成膜装置的薄膜形成限度允许，可以是30nm或更小。
这里，开口部可以是一个或多个，一个开口部的面积为0.01mm2至25mm2(包括0.01mm2和25mm2)。并且，理想地，开口部的面积的总和比隔层的面积的总和小20％至30％，换言之，成为隔层的面积的总和的十分之七至十分之八。这是为了在还利用隔层的粘合性进行剥离的情况下容易进行剥离步骤。例如，在开口部的面积大于隔层的十分之七至十分之八的情况下，当剥离时，功能层有时会残留在衬底表面上。另一方面，开口部需要有一定程度的大小，以确保空间的功能。因此，如上所述，开口部的面积是隔层的面积的总和的十分之七至十分之八。
如图3B所示，在隔层102上设置第二功能层103。第二功能层103的材料等与上述实施方式相同，并且，由于隔层102具有粘合功能，所以可以贴合第一功能层101和第二功能层103。通过在隔层102上设置第二功能层103，产生了被底面一侧的第一功能层101、侧面的隔层102、以及上面一侧的第二功能层103包围而成的空间104。
然后，如图3C所示，剥离绝缘衬底100。此时，可以利用隔层102的粘合性高于剥离层106的粘合性的情况进行剥离。剥离层106的粘合性可以通过赋予化学或物理变化来降低。因此，可以剥离绝缘衬底100。例如，在将钨用于剥离层106的情况下，通过进行加热处理来使结晶结构变化，并使粘合力降低。结果，可以在剥离层106和绝缘衬底100之间的界面、在剥离层106和第一功能层101之间的界面、或在剥离层106的内部分离，来从第一功能层101剥离绝缘衬底100。另外，在将具有硅的半导体层用于剥离层106的情况下，形成到达剥离层106的开口部，并引入蚀刻剂来除去剥离层106。结果，从第一功能层101剥离绝缘衬底100。作为蚀刻剂，可以使用气体或液体，并使用只对剥离层选择性地引起反应的蚀刻剂。例如，可以举出氟化卤素作为只对具有硅的半导体层选择性地引起反应的蚀刻剂。作为氟化卤素，可以使用三氟化氯(ClF3)或氟化氢(HF)。
如上所述，可以除去绝缘衬底100。再者，也可以除去残留在第一功能层101的背面的剥离层106。然后，如图3D所示，优选在第一功能层101的背面设置膜衬底107。如果将膜衬底还用于第二功能层103，就可以提供薄型且高柔软性的微型机电系统。另外，可以在第一功能层101的背面设置保护层108，以防止杂质元素的侵入。这种保护层108可以使用硅氧化物或硅氮化物。另外，可以使用有机化合物等来粘合第一功能层101和膜衬底107。
如上所述，本发明的特征在于使用隔层形成空间。
实施方式2
在本实施方式中，说明使用隔层形成空间的微型机电系统的其它结构。
图2A表示具有其它结构的微型机电系统，与图1C所示的微型机电系统之间的不同点在于具有形成有开口部的第二功能层105。除了上述以外，其它结构与图1C相同，因此省略其说明。第二功能层105的开口部的形状与形成在隔层中的开口部大致相同，并设置为彼此重叠的形式。换言之，空间104被其底面一侧的第一功能层101，其侧面的隔层102及第二功能层105包围，并且空间104的上面一侧是开放状态。如上所述，空间不需要一定形成为关闭的形式。
这里，对于第一功能层101及隔层102，分别可以适用实施方式1所中对它们的说明。
另外，与上述实施方式同样，开口部可以是一个或多个，一个开口部的面积为0.01mm2至25mm2(包括0.01mm2和25mm2)。并且，理想地，开口部的面积的总和比隔层的面积小20％至30％。另外，隔层的厚度为10μm或更大，并且，优选为200μm或更小。这是为了确保开口部的功能，并且容易进行如下所述的剥离步骤。
再者，根据第一功能层101所具有的功能元件的配置形成开口部。例如，在采用半导体元件包括在第一功能层101内而微型机电系统包括在第二功能层105内的半导体装置的情况下，通过在连接于半导体元件的电极上形成开口部，可以以接触方式进行第一功能层101所具有的半导体元件或由半导体元件构成的电路的检查。一般，在设置密封用衬底之前进行检查，但是，在本发明的结构中，可以使探针通过开口部接触第一功能层101的布线等，可以确认工作。
在如上所述进行接触式检查的情况下，开口部的面积优选为0.1×0.1mm2至1.0×1.0mm2或更大。另外，开口部的深度等于隔层及密封用衬底的厚度的总和。因此，当想要减少开口部的深度时，减少隔层的厚度。如果开口部太深，就难以进行接触式检查，因此优选控制隔层的厚度。
另外，与上述实施方式同样，可以从衬底100剥离已制造的微型机电系统。在微型机电系统中，如图2B所示，在绝缘衬底100上形成剥离层106并形成第一功能层101以及隔层，然后，剥离绝缘衬底100。这里，剥离层106的形成方法以及剥离方法可以与上述实施方式相同。
然后，如图2C所示，优选在第一功能层101的背面设置膜衬底107。在第一功能层101和膜衬底107之间形成有保护层108。可以与上述实施方式同样设置膜衬底107及保护层108。另外，也可以在将保护层108设置在膜衬底107上之后贴合保护层108和第一功能层101。在这种情况下，保护层108还用作粘合膜衬底和第一功能层101的粘合层。
如上所述，通过在第二功能层105中形成开口部，也可以在将第一功能层101转置到膜衬底107上之后以接触方式进行第一功能层101的检查。例如，存在如下情况：因如上所述剥离第一功能层101并将它转置到膜衬底107上的步骤而使第一功能层所具有的元件的特性变化。在这种情况下，也可以如本实施方式所述在剥离之前、转置之后进行元件或电路的测量。如上所述，通过在每个步骤中进行测量，可以进行步骤的管理。
如上所述，本发明的特征在于使用隔层形成空间，并且还在第二功能层中形成开口部。
实施方式3
在本实施方式中，说明具有上述实施方式所说明的具有空间的微型机电系统及由半导体元件构成的电路的半导体装置的制造方法。
如图4A所示，在绝缘衬底300上形成剥离层305。绝缘衬底300以及剥离层305可以是与上述实施方式同样地制造的。另外，在剥离层305上设置具有压电元件315的层作为在上述实施方式中的功能层。压电元件315具有如下结构：在第一电极310上形成压电材料(例如，陶瓷材料)311，并在压电材料311上形成第二电极312。由铝(Al)、钛(Ti)、钼(Mo)、钨(W)或硅(Si)的元素构成的膜或使用了这些元素的合金膜可以用于第一电极310及第二电极312。例如，水晶(SiO2)、钛酸钡(BaTiO)、钛酸铅(PbTiO3)、钛酸锆酸铅(Pb(Zr、Ti)O3)、钛酸锆酸镧铅((Pb、La)(Zr、Ti)O3)、铌酸锂(LiNbO3)、偏铌酸铅(PbNb2O6)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、氧化锌(ZnO)、氮化铝(AlN)、氧化钽(Ta2O5)可以用于用作压电层(例如，陶瓷层)的压电材料311。压电材料是没有结晶中心的绝缘体。另外，如果通过加力来使压电材料歪斜，就引起结晶极化而在表面产生电荷。这被称为正压电效应。相反，如果将电压施加到压电材料，就发生歪斜。这被称为逆压电效应。因此，如果施加交流电压，就因为这种逆压电效应而使压电材料振荡。
这里，示出了设置具有压电元件315的层的例子，但是，除了上述以外，还可以形成具有用于起着特定作用的元件的层，该元件可以是通过层叠薄膜而形成的。这里，用于起着特定作用的元件当然包括压电元件，例如，还具有包括热电元件、应变电阻元件、电感器或电容器等的无源元件、以及有源元件的具有各种功能的元件。
然后，如图4B所示，在压电元件的上方或侧方选择性地形成隔层302。如图4B所示，形成有压电元件的部分是不形成有隔层302的区域，即，开口部。这里，压电元件是通过层叠第一电极310、压电材料311、第二电极312而形成的。然后，通过在隔层302上设置密封用衬底303，来产生空间304。换言之，空间304被底面一侧的压电元件315、侧面的隔层302、以及上面一侧的密封用衬底303包围。在因周围的压力而使这种压电元件315变形时，第一电极310和第二电极312之间的电压产生变化。通过读取这种电压的变化，可以测量压力。
具有这种压电元件的微型机电系统可以适用于传感器(典型的为压力传感器)、执行器、振荡电路、滤波器。
然后，如图4C所示，剥离绝缘衬底300。绝缘衬底300的剥离与上述实施方式所述的绝缘衬底100的剥离方法相同。
另外，如图4D所示，也可以除去剥离层305。然后，也可以将膜衬底或保护膜形成在压电元件315的背面上。
如上所述，本发明可以形成与使用隔层形成的空间相邻的压电元件。
其次，参照图5说明设置连接于上述压电元件的电路的方法。这里，电路具有用于控制压电元件315或接收来自压电元件315的输出信号的控制电路等，该控制电路等由薄膜晶体管等构成。另外，在本说明书中，形成有薄膜晶体管(TFT)的衬底被记为TFT用衬底。
薄膜晶体管具有半导体膜、栅电极、栅极绝缘膜、源电极、以及漏电极，并可以是通过已知方法而制造的。半导体膜可以是非晶、微晶、结晶的。如果使用高结晶性的半导体膜，就可以改善薄膜晶体管的电特性，因此作为控制电路很合适。在本实施方式中，在绝缘衬底200上设置薄膜晶体管211、212、及213。此外，由于之后剥离绝缘衬底200，所以优选隔着剥离层205形成薄膜晶体管211、212、及213。优选形成绝缘层218，以使薄膜晶体管的表面平整化。在薄膜晶体管211、212、及213上形成绝缘层218，并在该绝缘层218中形成开口部，来形成源电极及漏电极。源电极及漏电极还分别用作源极布线及漏极布线。另外，在源电极及漏电极上形成绝缘层219，并在绝缘层219上形成连接于源电极、漏电极、或栅电极的连接端子220。在本实施方式中，表示源极布线或漏极布线连接于连接端子220的方式，但是连接端子220也可以与栅极布线连接。例如，在连接端子220连接于栅极布线的情况下，如果连接端子220的电压为预定的电压或更高，连接于所述栅极布线的薄膜晶体管就导通。这里，绝缘层218及219是为了对每个薄膜晶体管、重叠于薄膜晶体管上下的布线、以及旁边的各布线进行绝缘处理而形成的。并且，绝缘层218及219是为了使设置有薄膜晶体管或布线的功能层的上面平整化而形成的。这种绝缘层218及219可以由无机材料或有机材料构成，但是，如果由有机材料构成，就可以简便地改善平整性。再者，优选设置连接端子220为大面积的焊盘，以可以简便地与压电元件连接。如上所述，可以形成具有薄膜晶体管的控制电路。
当然，还可以使用形成在硅片上的MOSFET形成控制电路。但是，通过由形成在绝缘衬底上的薄膜晶体管构成，可以谋求低成本化。
其次，将压电元件贴合在TFT用衬底，以连接控制电路和压电元件。例如，如图6A所示，在连接区域316中连接连接端子220和压电元件的第一电极310及第二电极312。当形成压电元件31 5时，除去剥离层305，因此第一电极310及第二电极312暴露。作为连接的方法，可以使用各向异性导电粘合剂(或者也被称为各向异性导电膜；ACF)330。由于ACF只有一个方向可以获得导电，所以可以连接连接端子220和第一电极310、连接端子220和第二电极312。各向异性导电粘合剂330和构成压电元件的压电材料之间的距离，即，从压电材料的端部到开口部的端部的距离d优选为10μm至100μm(包括10μm和100μm)。再者，由各向异性导电粘合剂330构成的空间的面积优选大于设置有压电材料的部分的面积。
所述各向异性导电粘合剂330还用作隔层。另外，理想地，各向异性导电粘合剂被设置在可以说是与隔层302相同的区域(即，大约相同区域)。再者，其形状优选与隔层302可以说是相同的(即，大约相同形状)。因此，可以互相重叠地配置由隔层302构成的空间和由各向异性导电粘合剂330构成的空间。
通过选择性地设置ACF330，来产生空间334。空间334被其底面一侧的绝缘层219及连接端子220、侧面的ACF330、以及上面一侧的压电元件315包围。如上所述在压电元件315的上面及下面形成空间304及334，可以提高精度。但是，即使将ACF330设置在整个面上，而不形成空间334，微型机电系统也可以用作压力传感器。
然后，剥离绝缘衬底200。绝缘衬底200的剥离与上述实施方式的绝缘衬底100的剥离方法相同。通过上述步骤，完成图6A所示的半导体装置。
如图6B所示，在薄膜晶体管211、212、以及213的下方设置膜衬底360。此时，也可以首先除去剥离层205再设置膜衬底360。如果还使用膜衬底作为密封用衬底303，可以提供薄型且高柔软性的半导体装置。
另外，图7A表示如下结构的包括微型机电系统的半导体装置：将
压电元件315翻转贴合在TFT用衬底上，电连接了连接端子220和连接区域316。这里示出了在压电元件用衬底的绝缘衬底300被剥离的状态下将压电元件315贴合在TFT用衬底上的结构，但是，也可以在不剥离绝缘衬底300的状态下将压电元件315贴合在TFT用衬底上。通过将压电元件翻转贴合在TFT用衬底上，产生空间334。空间334被其底面一侧的绝缘层219及连接端子220的一部分、侧面的ACF330、以及上面一侧的压电元件315包围。由于其他结构与图6A和6B相同，所以省略其说明。此外，优选形成保护膜318并使它接触压电元件315，以防止压电元件315被损伤。优选使用聚酰亚胺、环氧树脂等的树脂材料形成保护膜318。但是，只要薄到不妨碍压电元件315的工作的程度，可以使用氧化硅或氮化硅等的无机材料等形成保护膜318。
如果如上所述使压电元件翻转贴合，则不需要故意暴露连接区域316的布线。换言之，由于使压电元件翻转贴合，所以即使不剥离绝缘衬底300，也可以将压电元件贴合在TFT用衬底上，与连接端子220电连接。因此，通过将压电元件翻转贴合在TFT用衬底上，可以期待减少制造步骤。
另外，图7B表示在图7A的结构中隔着隔层302设置衬底303的结构。如果隔着隔层302设置衬底303，就产生空间344。空间344被底面一侧的压电元件315、侧面的隔层302、以及上面一侧的衬底303包围。此外，衬底303优选由聚酰亚胺、环氧树脂等的树脂材料构成，以使它具有柔性。由于其他结构与图7A相同，所以省略其说明。此外，空间334、344的内部被稀有气体或惰性气体如氮气填充。具有这种结构的半导体装置可以如下所述工作：首先，设装置外部的压力为P1、空间334内部的压力为P2、空间344内部的压力为P3(在初始状态下P3的大小等于P2)。如果P1变化，并且P1和P2之间的压力差发生变化，衬底303就变形。如果因为衬底303变形而使空间334的容积V1变化，P2也就变化。结果，P2和P3之间的压力差发生变化，因而压电元件315变形。因所述压电元件315变形而产生的信号被包括TFT212的电路检测。
如上所述，具有多个空间的微型机电系统被期待利用空间体积差的用途。例如，在将微型机电系统适用于压力传感器的情况下，通过以体积大，就是说，表面积大的第一空间为检测面，而将体积小于它的第二空间用于检测压力变化，可以提高检测灵敏度。再者，空间个数不局限于两个，可以形成两个或更多空间。
实施方式4
在本实施方式中，说明将微型机电系统适用于滤波器的方式。如图13A所示，滤波器具有在重叠了多个频率的复合波中只通过或阻挡特定的频率范围的整流功能。换言之，可以取出经过了滤波器的复合波作为整流波。这种滤波器可以安装到进行无线通信的电子设备，例如，手机、PDA(Personal Digital Assistants；个人数字助手)、具备无线通信芯片的卡片。
图13B表示可以适用于滤波器的微型机电系统的结构例子。与上述实施方式同样，在形成有TFT211、212、以及213等的TFT用衬底上选择性地设置ACF330，并贴合压电元件315，来电连接连接端子220和压电元件315的连接区域。因此，产生空间334。空间334被其底面一侧的绝缘层219及连接端子220的一部分、侧面的ACF330、以及上面一侧的压电元件315包围。另外，构成滤波器的压电元件可以是圆形或椭圆形、多边形。再者，也可以并联或串联连接多个压电元件来构成滤波器。在适用于滤波器的情况下，也可以使压电元件315的表面暴露着。另外，也可以在压电元件315上设置由绝缘物构成的保护膜，以确保强度。
图13C表示的滤波器结构与图13B的不同点在于，将压电元件315翻转贴合在TFT用衬底上，并且隔着压电元件在上下形成有多个空间。其它结构与图13B相同，因此省略其说明。当然，即使没有与图13B所示同样地使压电元件315翻转，也可以形成多个空间。通过隔着隔层302贴合密封用衬底303，来产生形成在压电元件315上的空间344。换言之，空间344被其底面一侧的压电元件315、侧面的隔层302、以及上面一侧的密封用衬底303包围。空间344优选形成为其体积与空间334相同的形式。通过使空间334和空间344的体积相同，可以简便地使它们的内部压力相同。此外，空间334和空间344的形状也可以是矩形或圆形、多边形、椭圆形等。
如上所述，通过使用本发明的微型机电系统形成滤波器，可以不需要形成微小结构体的牺牲层的步骤及蚀刻该牺牲层的步骤。结果，没有蚀刻时间的限制，并可以提高成品率。另外，不需要昂贵的蚀刻装置。
实施方式5
在本实施方式中，说明将微型机电系统适用于压力传感器的方式。图14A所示，压力传感器将压电元件的一个电极连接于一定的电压(例如接地电压(GND))，并利用因为压力被施加而变形的压电元件的逆压电效应使另一个电极的电压变化的情况。另外，具有将所述电压变化输入到控制电路中，并放大所述电压变化或有时将它加工来输出的功能。在控制压力变动时，例如，作为控制成膜装置内的压力变动等时的反馈机构的一部分，可以安装这种压力传感器。
图14B表示可以适用于压力传感器的微型机电系统的结构例子。与上述实施方式同样，在形成有薄膜晶体管(TFT)211、212、以及213等的TFT用衬底上选择性地设置ACF330，使压电元件315翻转贴合，电连接连接端子220和压电元件315的连接区域。因此，产生空间334。空间334被其底面一侧的绝缘层219及连接端子220的一部分、侧面的ACF330、上面一侧的压电元件315包围。
在适用于压力传感器的情况下，理想的是采用压电元件315不暴露的结构。这是为了保持压力的灵敏度。因此，在本实施方式中，使压电元件315翻转，形成空间334，并且压电元件315的背面被由绝缘物构成的保护膜覆盖。优选使用高压力传导性的材料形成所述保护膜，更优选地使用容易弹性变形而不容易塑性变形的材料。通过空间334的体积变化，就是说，压力变化，这种压力传感器可以测量外部压力。
图14C表示的压力传感器结构与图14B的不同点在于，隔着压电元件在上下形成有多个空间。由于其它结构与图14B相同，所以省略其说明。检测压力的一面优选为与TFT用衬底相反的一面，因此，在将微型机电系统适用于压力传感器的情况下，优选将压电元件翻转贴合到TFT用衬底上。通过隔着隔层302贴合密封用衬底303，来产生形成在压电元件315上的空间344。换言之，空间344被其底面一侧的压电元件315、侧面的隔层302、上面一侧的密封用衬底303包围。只要空间344形成为具有与空间334相同的内部压力即可。另外，通过形成多个空间并使每个内部压力不相同，可以提高检测灵敏度。例如，可以将体积大，即，表面积大的第一空间用作检测面，即使第二空间的体积小，也因为第一空间的检测面大，所以可以提高压力变化的检测灵敏度。
如上所述，使用本发明的微型机电系统形成压力传感器，可以不需要形成微小结构体的牺牲层的步骤及蚀刻该牺牲层的步骤。结果，没有蚀刻时间的限制，并可以提高成品率。另外，不需要昂贵的蚀刻装置。另外，通过应用本发明的压电元件，可以谋求低耗电量、结构的简化。
实施方式6
在本实施方式中，说明具有微型机电系统并可实现无线通信的半导体装置。
图8示出了半导体装置601具有的电路604的详细结构。首先，电路604接收从外部(这里，读写器607)发射的电磁波来产生驱动半导体装置601的电力，再者，具有与外部进行无线通信的功能。因此，电路604具有电源电路611、时钟产生电路612、解调电路613、调制电路614、解码电路616、编码电路617、以及信息判断电路618等的为了无线通信所需要的电路。另外，根据用于无线通信的电磁波的频率或通信方法，电路会具有不同的电路结构。
电路604具有控制微型机电系统603、处理来自读写器607的信息等的功能。因此，电路604具有存储器、存储器控制电路、算术电路等。在图示的例子中，具有存储器621、存储器控制电路622、算术电路623、结构体控制电路624、A/D转换电路625、信号放大电路626。
电源电路611具有二极管和电容器，能够通过对在天线602中产生的交流电压进行整流来保持恒定电压，并将该恒定电压提供给每个电路。时钟产生电路612具有滤波器或分频电路，基于在天线602中产生的交流电压产生具有所需频率的时钟，并可以将该时钟提供给每个电路。
可以将具有一个或多个根据上述实施方式制造的压电元件的元件适用于滤波器。根据本发明的制造方法形成的滤波器可以与其它电路一体形成在相同衬底上。结果，可以减少用于封装的劳力并抑制发生连接不良。这里，时钟产生电路612所产生的时钟的频率基本上等于或低于读写器607和半导体装置601用来通信的电磁波的频率。另外，时钟产生电路612具有环形振荡器，并且能够从电源电路611输入电压来产生任意频率的时钟。
解调电路613具有滤波器或放大电路，并可以解调包含在天线602产生的交流电压中的信号。根据用于无线通信的调制方式，解调电路613具有不同结构的电路。解码电路616对由解调电路613解调的信号进行解码。该解码后的信号是从读写器607发送的信号。信息判断电路618具有比较电路等，并且能够判断解码后的信号是否是从读写器607发送的正确的信号。如果信号被判断为正确的信息，则信息判断电路618可以向每个电路(例如存储器控制电路622或算术电路623、结构体控制电路624等)发送表示该信号是正确的信号，并且收到该信号的电路能够进行预定的工作。
编码电路617对从半导体装置601向读写器607发送的数据进行编码。调制电路614调制编码后的数据，并通过天线602向读写器607发送。
发送给读写器的数据是存储器所存储的半导体装置的固有数据，或是通过半导体装置所具有的功能获得的数据。所谓半导体装置的固有数据，例如是半导体装置具有非易失性存储器，并存储在该非易失性存储器中的个体识别信息等的数据。所谓通过半导体装置所具有的功能获得的数据，例如是通过微型机电系统获得的数据、或基于它进行了某种运算的数据等。
存储器621可以具有易失性存储器及非易失性存储器，并且存储半导体装置601的固有数据、从微型机电系统603获得的信息等。尽管只图示了一个存储器621，但是也可以根据存储信息的种类或半导体装置601的功能具有多种存储器。在读取存储在存储器621中的信息和在存储器621中写入信息的情况下，存储器控制电路622控制存储器621。具体地说，可以进行如下工作：产生写入信号、读取信号、存储器选择信号等；指定地址等。
结构体控制电路624可以产生用来控制微型机电系统603的信号。例如，在根据来自读写器607的指令控制微型机电系统603的情况下，基于由解码电路616解码的信号产生控制微型机电系统603的信号。另外，在控制微型机电系统603的工作的程序等的数据存储在存储器621中的情况下，基于从存储器621读取的数据产生用于控制微型机电系统603的信号。除了上述以外，还可以具有基于存储器621中的数据、来自读写器607的数据、和从微型机电系统603获得的数据产生用于控制微型机电系统603的信号的反馈功能。
例如，算术电路623可以处理从微型机电系统603获得的数据。另外，在上述结构体控制电路624具有反馈功能的情况下，也可以进行信息处理等。A/D转换电路625是用来转换模拟数据和数字数据的电路，并向微型机电系统603传送控制信号。或者，A/D转换电路625可以转换来自微型机电系统603的数据并将该数据传送给每个电路。信号放大电路626能够放大从微型机电系统603获得的微小信号，并将它传送给A/D转换电路625。
通过如上所述的半导体装置，可以实现无线通信。
实施方式7
在本实施方式中，说明半导体装置的外观。
图9A表示半导体装置的外观的透视图。半导体装置380用由膜基材构成的密封用衬底303及360包封。
图9B表示沿着图9A中的A-B线切割的截面图。这里，图9A也是简化例如图6A和6B所示的半导体装置的截面图的图。与上述实施方式同样，半导体装置380被密封用衬底303及360覆盖。
如上述实施方式所述，半导体装置所具有的空间被控制为标准压力。在测量大气压附近的压力的情况下，将空间设定为大气压或比大气压或大或小的值的压力。例如，如果被设定为比大气压更低的压力，压电元件的电极沿着空间一侧弯曲。然后，如果将半导体装置配置在具有预定的压力的空间，则压电元件的电极的状态相应于空间的压力变化。根据所述压电元件的电极的状态，可以测量空间的压力。因此，在测量高真空的压力的情况下，空间成为真空状态。
通过使半导体装置的膜衬底一侧，例如，密封用衬底303的表面具有粘合性，可以贴合到要测量压力的对象物上。由于密封用衬底303由膜构成且很薄，所以可以将对象物的压力变化准确传到半导体装置380。
当然，由于密封用衬底303及360很薄，所以可以提供薄型且高柔软性的半导体装置。
实施方式8
在本实施方式中，说明可以将上述实施方式所示的具有压电元件的半导体装置用作压力传感器的例子。在本实施方式中，说明将用作传感器的半导体装置适用于监视轮胎的空气压的系统的压力传感器的情况。
如图10所示，将半导体装置803配置到具有轮子802的轮胎801。半导体装置803也可以设置在轮胎801的内部，但是，考虑到轮胎的破损，优选设置在轮子的阀门部。半导体装置803具有多个压电元件和控制它的控制电路。在本实施方式中，半导体装置803具有四个压电元件，即，第一至第四压电元件811至814和控制它们的控制电路816。此外，压电元件的个数不局限于四个，只要设置多个压电元件即可。第一至第四压电元件811至814优选是灵敏度各不相同的压电元件。例如，使压电元件的测量面积不相同来设置可以测量低压区域的压电元件及可以测量高压区域的压电元件，实现很广的测量范围。另外，任何一个压电元件是标准元件。
这种半导体装置803可以取出压力变化作为容量变化，并可以掌握轮胎的空气压的变动。结果，可以事前避免由轮胎的空气压的降低引起的扎胎等。另外，本实施方式的压力传感器可以直接测量轮胎的空气压，因此可以提高测量精度。
另外，优选将读写装置配置在汽车中，以获得来自半导体装置803的信息。半导体装置803可以通过读写器所发射的电磁波获得驱动电力，并通过电磁波与读写器进行信息收发。因此，半导体装置803具有如上述实施方式所示的无线通信用电路。例如，具有天线818、存储器819、CPU(中央处理单元)820。当然，也可以将内置电池安装在半导体装置803中。
通过安装本实施方式的压力传感器，可以比较简便地日常监视轮胎的空气压，而不必去汽车维护厂如加油站等。
除了压力传感器以外，还可以具有温度传感器。通过使用压力传感器和温度传感器，可以提高轮胎的空气压的监视精度。
如上所述，本发明的半导体装置可以提供具有新的结构的传感器。
实施方式9
在本实施方式中，说明使用微型机电系统测量脉搏的半导体装置的方式。
本发明的微型机电系统非常薄，并可以被膜衬底覆盖，因此柔软性很高，可以缠绕到具有曲面的表面，例如，生物或人体的表面上。
图11表示将半导体装置903贴到手腕901上的例子。在本实施方式中，通过使用具有六个压电元件，即，第一至第六压电元件811至816的半导体装置903来测量脉搏。此外，压电元件的个数不局限于六个，只要设置多个压电元件即可。当如上所述设置多个压电元件时，输出在多个压电元件中测出最大脉搏数的压电元件的信息。如上所述设置多个压电元件，可以减少测量出的脉搏数比实际脉搏数为少的问题。
半导体装置具有预定的大小的测量面，并可以在该测量面上将具有小面积的压电元件排列为多个阵列。例如，如图12A所示，将5×4个压电元件被排列为阵列的半导体装置903贴在手腕901上。此时，排列在可以掌握血管902的脉的状态的位置的压电元件是第一至第六压电元件811至816。
另外，也可以设置具有一定程度的面积的压电元件。根据压电元件的面积，设置的压电元件的个数减少。例如，如图12B所示，只要压电元件的宽度是符合血管的宽度的大小，并且，配置第一至第六压电元件811至816的地方是沿着血管配置的，即可。
除了上述以外，通过具有如上述实施方式所示的电路，半导体装置903可实现无线通信。例如，具有天线818、存储器819、CPU820。再者，半导体装置903还可以具有输入部821和显示部823。使用者可以利用输入部821输入自己的信息，并从显示部823上获得信息。例如，基于被测量的脉搏，可以将关于健康的建议或信息显示在显示部823上。
另外，在测量运动时的脉搏的情况下，可以基于脉搏的变化等计算并提供消耗的热量。再者，也可以在运动时的脉搏为预定值或更大的情况下，发出提示音。
如上所述，本发明的半导体装置可以提供具有新的结构的传感器。

Claims (12)

1.一种半导体装置，包括：
电路；
电连接于所述电路并设置在所述电路上的传感器，所述传感器包括第一电极和第二电极；
为了在所述电路和所述传感器之间形成第一空间而设置的第一隔层；
设置在所述传感器上的衬底；以及
为了在所述传感器和所述衬底之间形成第二空间而设置的第二隔层；
其中，所述第二隔层包括丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂、三聚氰胺树脂、聚酯树脂、聚碳酸酯树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚缩醛、聚醚、聚氨酯、聚酰胺、呋喃树脂、以及邻苯二甲酸二烯丙酯树脂中的至少一种，
其中所述第一电极和所述第二电极的一部分与所述第一隔层和所述第二隔层二者接触，
其中所述第一隔层包括各向异性导电粘合剂，
其中所述第一空间由位于其底部侧的所述电路、位于其横向侧的所述第一隔层、和位于其顶部侧的所述传感器包围，并且
其中所述第二空间由位于其底部侧的所述传感器、位于其横向侧的所述第二隔层、和位于其顶部侧的所述衬底包围。
2.一种半导体装置，包括：
电路；
电连接于所述电路并设置在所述电路上的传感器，所述传感器包含第一电极和第二电极；
为了在所述电路和所述传感器之间形成第一空间而设置的第一隔层；
设置在所述传感器上的衬底；以及
为了在所述传感器和所述衬底之间形成第二空间而设置的第二隔层；
其中所述第一隔层包括各向异性导电粘合剂，
其中，所述第一电极和第二电极的一部分与所述第一隔层和所述第二隔层二者接触，
其中所述第一空间由位于其底部侧的所述电路、位于其横向侧的所述第一隔层、和位于其顶部侧的所述传感器包围，并且
其中所述第二空间由位于其底部侧的所述传感器、位于其横向侧的所述第二隔层、和位于其顶部侧的所述衬底包围。
3.根据权利要求1和2中任一权利要求所述的半导体装置，其中，所述传感器是压电元件、热电元件、以及应变电阻元件中的一种。
4.根据权利要求1和2中任一权利要求所述的半导体装置，其中，所述第二隔层具有粘合性。
5.根据权利要求1和2中任一权利要求所述的半导体装置，其中，所述电路检测来自所述传感器的信号。
6.根据权利要求1和2中任一权利要求所述的半导体装置，其中，使用稀有气体或惰性气体填充所述第一空间和所述第二空间中的每一个。
7.一种电子设备，包括根据权利要求1和2中任一权利要求所述的半导体装置。
8.一种半导体装置的制造方法，包括如下步骤：
在第一衬底上形成剥离层；
在所述剥离层上形成传感器；
在所述传感器上形成具有粘合性的第一隔层；
在所述第一隔层上形成膜，以在所述传感器和所述膜之间形成第一空间；
从所述第一衬底分离由所述传感器、所述膜、以及所述第一隔层构成的组；以及
通过具有粘合性的第二隔层将由所述传感器、所述膜、以及所述第一隔层构成的组粘合到第二衬底，该第二衬底包括电路，
其中所述第一空间由位于其底部侧的所述传感器、位于其横向侧的所述第一隔层、和位于其顶部侧的所述膜包围，
其中所述第二隔层包括各向异性导电粘合剂，
其中在所述传感器和所述第二衬底之间形成第二空间，并且
其中所述第二空间由位于其底部侧的所述第二衬底、位于其横向侧的所述第二隔层、和位于其顶部侧的所述传感器包围。
9.根据权利要求8所述的半导体装置的制造方法，其中，所述第一隔层包括丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂、三聚氰胺树脂、聚酯树脂、聚碳酸酯树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚缩醛、聚醚、聚氨酯、聚酰胺、呋喃树脂、以及邻苯二甲酸二烯丙酯树脂中的至少一种。
10.根据权利要求8所述的半导体装置的制造方法，其中，所述传感器是压电元件、热电元件、以及应变电阻元件中的一种。
11.根据权利要求8所述的半导体装置的制造方法，其中，使用稀有气体或惰性气体填充所述第一空间和所述第二空间中的每一个。
12.根据权利要求8所述的半导体装置的制造方法，其中，所述剥离层包括钨、钛、钽、钼、钕、镍、钴、锆、锌、钌、铑、钯、锇、以及铱中的至少一种。
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