微機電系統設備及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及將共振器、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，共振器在形成于基板的空腔內以真空狀態被密封。為此，在基板上設置包圍共振器的周圍的構造體從而形成空腔，并將空腔內設為真空狀態，且在空腔上接合有蓋部(罩蓋層)。
[0003]以往，作為空腔的蓋部，使用了通過等離子體CVD(Chemical Vapor Deposit1n)法堆積而成的氮化硅(P-SiN)等的絕緣物。然而，在使用氮化硅等絕緣物來作為空腔的蓋部的情況下，無法實現在高性能的MEMS設備中所要求的高真空的空腔封閉。
[0004]另外，作為與功能元件的外部連接電極電連接的導電體的材料，兼用了作為與MOS場效應晶體管的雜質擴散區域等連接的布線的材料的鋁(Al)。然而，在高性能的MOS場效應晶體管中，使用鎢(W)的連接插頭作為連接部件來代替使用鋁(Al)的布線，從而無法將功能元件用的連接部件的材料兼用為高性能的MOS場效應晶體管用的連接部件的材料。
[0005]作為相關的技術，在專利文獻I中，公開了一種在共通的基板上具有電子電路的MEM設備。在該MEM設備中，在基板上形成有空腔，作為空腔的蓋部(罩蓋層)的材料，使用了氮化硅(SiN)或者二氧化硅(S12)。
[0006]另外，在專利文獻2中，公開了一種通過設置于半導體基板上的構造體而形成有空腔的MEMS傳感器。在該MEMS傳感器中，在硅襯底上經由氧化硅等的絕緣層而設置有空腔的壁部，在空腔的壁部上經由氧化硅等的絕緣層而支承有空腔的蓋部(罩蓋)的邊緣部。在此，罩蓋、接地用導電部以及電壓施加用導電部由摻雜多晶硅構成，并被形成在同一層上。
[0007]在專利文獻I中，由于作為空腔的蓋部的材料而使用了氮化硅(SiN)或者二氧化硅(S12),因此不易實現高真空的空腔封閉。另外，在專利文獻2中，雖然作為空腔的蓋部的材料而使用了具有導電性的多晶硅，但是需要在真空腔室內進行空腔的側壁與蓋部的對位、接合。另外，用于將功能元件的布線部與空腔的蓋部絕緣分離的構造也較為重要。
[0008]專利文獻1:美國專利第5798283號說明書(專欄7_8，圖8_9)
[0009]專利文獻2:日本特開2009-272477號公報(段落0020-0027，圖1)
【發明內容】
[0010]因此，鑒于上述問題點，本發明的第I目的在于，在于空腔內設置有功能元件的MEMS設備中，使用比較簡單的構造以及制造方法來實現在高性能的MEMS設備中所要求的高真空的空腔封閉。另外，本發明的第2目的在于，切實地使功能元件的布線部與空腔的蓋部絕緣分離。而且，本發明的第3目的在于，使功能元件用的連接部件的材料兼用為高性能的半導體電路元件用的連接部件的材料。
[0011]為了解決以上課題，本發明的一個觀點所涉及的MEMS設備具有:基板；功能元件，其直接或經由第I絕緣膜而被設置于所述基板的表面上，并具有連接電極；構造體，其被設置于基板或者第I絕緣膜的表面上，并在功能元件的周圍形成空腔；第2絕緣膜，其被設置于連接電極的第I面上的規定的區域的周圍；第I蓋部，其包括在連接電極的第I面上覆蓋第2絕緣膜的第3絕緣膜，且第I蓋部上設置有開口，并覆蓋空腔的一部分；第2蓋部，其被設置在第I蓋部的表面上，并包括與連接電極的該規定的區域電連接的第I導電體、和將第I蓋部的開口封閉的封閉部；第4絕緣膜，其被設置于第2蓋部的表面上，并與第2絕緣膜或者第3絕緣膜相接而使第I導電體與封閉部絕緣；第2導電體，其貫穿第4絕緣膜而與第I導電體電連接。
[0012]另外，本發明的一個觀點所涉及的MEMS設備的制造方法具有如下工序:在基板的表面上，直接或者經由第I絕緣膜而形成具有連接電極的功能元件、以及構造體的工序(a)，其中，所述構造體在所述功能元件的周圍形成空腔；在連接電極的第I面上的規定的區域的周圍以及空腔內形成第2絕緣膜的工序(b);形成第I蓋部的工序(C)，其中，所述第I蓋部包括在連接電極的第I面上覆蓋第2絕緣膜的第3絕緣膜，且第I蓋部上形成有開口并且覆蓋空腔的一部分；通過脫模蝕刻來去除空腔內的所述第2絕緣膜的工序(d);在真空腔室內，在第I蓋部的表面上形成第2蓋部的工序(e)，其中，所述第2蓋部包括與連接電極的該規定的區域電連接的第I導電體、和將第I蓋部的開口封閉的封閉部；在第2蓋部的表面上形成第4絕緣膜的工序(f)，其中，所述第4絕緣膜與第2絕緣膜或者第3絕緣膜相接而使第I導電體與封閉部絕緣；形成貫穿第4絕緣膜而與第I導電體電連接的第2導電體的工序(g)。
[0013]根據本發明的一個觀點，由于包括與功能元件的連接電極電連接的第I導電體與將第I蓋部的開口封閉的封閉部的第2蓋部被設置于第I蓋部的表面上，因此，能夠使用比較簡單的構造以及制造方法來實現高性能的MEMS設備中所要求的高真空的空腔封閉。另外，將功能元件的連接電極電連接的第I導電體的材料與封閉部的材料兼用，能夠減少MEMS設備的制造工序。
[0014]在此，也可以采用如下方式，即，第4絕緣膜貫穿第2蓋部以及第3絕緣膜而與第2絕緣膜相接。由此，能夠利用第2?第4絕緣膜而切實地使第I導電體與封閉部絕緣分離。
[0015]另外，也可以采用如下方式，即，基板為設置有半導體電路元件的半導體基板，且至少設置有貫穿第4絕緣膜而與半導體電路元件電連接的連接插頭，與第I導電體電連接的第2導電體由與該連接插頭相同的材料形成。由此，能夠將功能元件用的連接部件的材料兼用為半導體電路元件用的連接部件的材料。
[0016]在此情況下，空腔可以被形成于半導體基板的溝槽內。由此，形成于半導體基板上的層構造被平坦化，從而布線層的形成變得容易。另外，通過使功能元件用的連接插頭的上端的高度與半導體電路元件用的連接插頭的上端的高度對齊，從而能夠通過設置于同一層上的布線而對兩者進行連接。
[0017]在以上方式中，也可以采用如下方式，即，第2絕緣膜以及第4絕緣膜由二氧化硅(S12)形成，第3絕緣膜由氮化硅(SiN)形成，第2蓋部由鋁(Al)形成。在此情況下，在脫模蝕刻工序中，能夠通過對于蝕刻液具有高耐性的氮化硅的第3絕緣膜來保護二氧化硅的第2絕緣膜，并且防止由于來自二氧化硅的水蒸氣等的氣體的釋放所導致的真空度降低。另外，鋁作為實現高性能的MEMS設備中所要求的高真空的空腔封閉的封閉部的材料較為合適。
[0018]另外，連接插頭也可以由鎢(W)形成。在高性能的MOS場效應晶體管中，由于作為連接部件而使用了鎢(W)的連接插頭，因此如果利用鎢(W)來形成與第I導電體電連接的第2導電體，則能夠將功能元件用的連接部件的材料兼用為高性能的MOS場效應晶體管用的連接部件的材料。
【附圖說明】
[0019]圖1為表示本發明的一種實施方式所涉及的MEMS設備的主要部分的剖視圖。
[0020]圖2為本發明的一種實施方式所涉及的MEMS設備的制造工序的剖視圖。
[0021]圖3為本發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4為放大表示主要的制造工序中的MEMS設備的一部分的剖視圖。
【具體實施方式】
[0023]以下，參照附圖對本發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形成的設備。
[0025]在后文中，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，使用了在主面(圖中上表面)的第I區域(圖中右側)內形成有溝槽，并且在主面的第2區域(圖中左側)內形成有半導體電路元件的雜質擴散區域的半導體基板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