微機電系統設備及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及將共振器、傳感器、作動器等功能元件、以及/或者電子電路集成于一個基板上的微機電系統(MEMS:Micro Electro Mechanical Systems)設備、以及這種MEMS設備的制造方法等。
【背景技術】
[0002]例如，在作為功能元件而具有靜電電容式的共振器的MEMS設備中，共振器在基板上所形成的空腔內以真空狀態(tài)被密封。另外，即使為無需真空密封的功能元件，但為了防止塵埃、水分等的影響，也被密封于空腔內。
[0003]為了在這種MEMS設備中形成空腔，例如在設置有功能元件的空腔內形成有犧牲膜，在通過形成有開口(脫?？?的多晶硅的蓋部而覆蓋了空腔之后，通過脫模蝕刻來除去犧牲膜。而且，為了封閉脫?？?，使用封閉材料并通過濺射而在蓋部上形成了封閉部。
[0004]然而，由于多晶硅的機械強度(楊氏模量等)較低，因此在通過濺射而在蓋部上形成封閉部的工序中，由多晶硅形成的蓋部容易變形。另一方面，雖然如果較厚地形成多晶硅會使蓋部的強度提高，但存在不易在蓋部形成微小的脫模孔的問題。而且，在將絕緣膜形成于蓋部以及封閉部上并將絕緣膜平坦化的工序等中，也期望蓋部以及封閉部的機械強度較尚O
[0005]作為相關的技術，在專利文獻I中公開了在基板上形成有收容MEMS構造體(功能元件)的空腔的MEMS設備的制造方法。該制造方法具有:在基板上形成MEMS構造體和覆蓋構造的基板上構造形成工序，其中，所述覆蓋構造在MEMS構造體的周圍具有向外部開口的空洞部；從外部向MEMS構造體的周圍供給蝕刻氣體并以氣相進行MEMS構造體的表面蝕刻的構造體蝕刻工序。在此，鋁等的布線層的一部分構成覆蓋MEMS構造體的上方的蓋體，在該蓋體上設置有一個或者多個開口，并進行脫模蝕刻。然后，在蓋體上形成封閉層。
[0006]另外，在專利文獻2中公開了由形成有布線的半導體設備和被一體地形成在該半導體設備上的MEMS設備構成的MEMS系統。該MEMS系統具有通過設置于半導體設備上的鉸接部而被支承的可變反射鏡的反射鏡部，并且在反射鏡部中由設置于反射鏡基底層的表面上的Al反射層來反射光。為了設置鉸接部，從而在半導體設備上形成了犧牲層并在犧牲層的貫穿孔以及犧牲層上形成多晶硅膜且進行圖案形成。在于鉸接部的表面上通過濺射法等而形成了 Ti等的反射鏡基底層以及Al反射層并進行了圖案形成后，通過蝕刻而除去犧牲層。
[0007]在專利文獻I中，由于鋁等的布線層的一部分構成了單層構造的蓋體，因此在通過濺射而于蓋體上形成了封閉層的情況下，存在蓋體的機械強度不足的可能。另外，在專利文獻2中，由于無需將空腔設為密封構造，從而犧牲層的蝕刻將在最終階段被進行，因此在形成或加工反射鏡基底層以及Al反射層時，鉸接部的機械強度不會成為問題。
[0008]專利文獻I: H本特開 2010-162629 號公報(段落 0009，0033-0034，0057，圖1)
[0009]專利文獻2:日本特開2006-247815號公報(段落0009，0015，0036-0051，圖1)

【發(fā)明內容】

[0010]因此，鑒于上述問題點，本發(fā)明的第I目的在于，針對在空腔內設置有功能元件的MEMS設備，使覆蓋空腔的蓋部等的機械強度提高。另外，本發(fā)明的第2目的在于，使覆蓋空腔的蓋部上易于形成脫?？?。
[0011]為了解決上述課題，本發(fā)明的第I觀點所涉及的MEMS設備具有:基板；功能元件，其直接或者經由絕緣膜而被設置于基板的表面上；構造體，其設置于基板或者絕緣膜的表面上，并在功能元件的周圍形成空腔；第I層，其在規(guī)定的位置處形成有開口，并以在與功能元件之間留有間隙的方式而覆蓋空腔的一部分；第2層，其被設置于第I層的表面上，并在與規(guī)定的位置對應的位置處形成有開口 ；封閉部，其在第2層的表面上被設置在與第I層的開口以及第2層的開口相比而更廣的范圍內，并至少封閉第2層的開口。
[0012]另外，本發(fā)明的第I觀點所涉及的MEMS設備的制造方法具有如下工序:在基板的表面上直接或者經由絕緣膜而形成功能元件以及構造體的工序(a)，其中，所述構造體在功能元件的周圍形成空腔；在空腔內形成犧牲膜的工序(b);形成覆蓋空腔的第I層，并在第I層的規(guī)定的位置處形成開口的工序(c);在第I層的表面上形成第2層，并在第2層中與規(guī)定的位置對應的位置處形成開口的工序(d);通過脫模蝕刻來去除空腔內的犧牲膜的工序(e);在第2層的表面中與第I層的開口以及第2層的開口相比而較廣的范圍內，形成至少封閉第2層的開口的封閉部的工序(f)。
[0013]根據本發(fā)明的第I觀點，形成有脫?？撞⒏采w空腔的一部分的蓋部包括第I層與第2層這兩層構造。因此，能夠提高蓋部的機械強度。而且，由于在第I層以及第2層上設置有封閉部，因此使覆蓋空腔的蓋構造的機械強度提高。
[0014]本發(fā)明的第2觀點的MEMS設備具有:基板；功能元件，其直接或者經由絕緣膜而被設置于基板的表面上；構造體，其被設置在基板或者絕緣膜的表面上，并在功能元件的周圍形成空腔；第I層，其在規(guī)定的位置處形成有開口，并以與功能元件之間留有間隙的方式而覆蓋空腔的一部分；第2層，其被設置在第I層的表面上，并在與規(guī)定的位置對應的位置處形成有開口 ；第3層，其被設置在第2層的表面上，并在與規(guī)定的位置對應的位置處形成有與第I層的開口以及第2層的開口相比而較大的開口 ；封閉部，其在第3層的表面上被設置在與第3層的開口相比而更廣的范圍內，并且在第2層的表面上被設置在與第I層的開口以及第2層的開口相比而更廣的范圍內，并且封閉部至少封閉第3層的開口。
[0015]根據本發(fā)明的第2觀點，通過設置形成有與第I層的開口以及第2層的開口相比而較大的開口的第3層，從而能夠在不會妨礙脫模蝕刻的條件下，進一步提高形成有脫?？撞⒏采w空腔的一部分的蓋部的機械強度。
[0016]在以上結構中，優(yōu)選為，第I層的厚度與第2層的厚度相比而較薄。由此，易于在第I層形成脫?？?。另外也可以采用如下機構，即，第2層覆蓋第I層的開口部的側面。由此，在第2層上形成脫?？讜r，第I層不會成為阻礙。
[0017]另外，也可以采用如下機構，S卩，第I層由氮化硅(SiN)形成，第2層由多晶硅形成。由氮化硅(SiN)形成的第I層的機械強度以及對于脫模蝕刻的耐性較高，由多晶硅形成的第2層比較容易進行蝕刻。因此，能夠提高蓋部的機械強度，并且易于在蓋部上形成脫?？?。而且，第3層可以由二氧化硅(S12)形成。由二氧化硅(S12)形成的第3層易于將膜厚設定得較厚。
【附圖說明】
[0018]圖1為表示本發(fā)明的一種實施方式所涉及的MEMS設備的主要部分的剖視圖。
[0019]圖2為表示脫?？椎闹車纳w構造的第I例的剖視圖。
[0020]圖3為表示脫?？椎闹車纳w構造的第2例的圖。
[0021]圖4為本發(fā)明的一種實施方式所涉及的MEMS設備的制造工序的剖視圖。
[0022]圖5為本發(fā)明的一種實施方式所涉及的MEMS設備的制造工序的剖視圖。
【具體實施方式】
[0023]以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行詳細說明。此外，對于相同的結構要素標注相同的參照符號，并省略重復的說明。
[0024]本發(fā)明的一種實施方式所涉及的MEMS設備是將共振器、傳感器、作動器等功能元件以及/或者電子電路集成于一個基板上而構成的設備。
[0025]在下文中，作為一個例子，對于作為功能元件而具有靜電電容式的共振器并且作為半導體電路元件而具有MOS場效應晶體管的MEMS設備進行說明。共振器例如被密封在形成于半導體基板的溝槽(表面凹部)內的空腔內
[0026]圖1為表示本發(fā)明的一種實施方式所涉及的MEMS設備的主要部分的剖視圖。如圖1所示，在該MEMS設備中，使用在主面(圖中上表面)的第I區(qū)域內(圖中右側)形成有溝槽、并且在主面的第2區(qū)域內(圖中左側)形成有半導體電路元件的雜質擴散區(qū)域的半導體基板10。
[0027]共振器包括:在半導體基板10的溝槽的底面上經由絕緣膜20而設置的下部電極31、上部電極32以及外部連接電極33，并且作為在它們的周圍形成空腔的構造體而設置有壁部34。例如，絕緣膜20包括二氧化硅(S12)的絕緣膜21、氮化硅(SiN)的絕緣膜22。此夕卜，壁部34也可以直接設置于半導體基板10的溝槽的底面上。另外，在使用玻璃、陶瓷或者樹脂等絕緣性高的基板的情況下，也可以將下部電極31?外部連接電極33直接設置于基板上。
[0028]另外，下部電極31?壁部34由摻雜有雜質并具有導電性的多晶硅等形成。共振器的上部電極32包括懸臂(cantilever)狀的構造體，構造體的一端被固定，而構造體的另一端成為可動。外部連接電極33與下部電極31電連接，也可以與下部電極31