微机电系统设备及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及将共振器、传感器、作动器等功能元件、以及/或者电子电路集成于一个基板上的微机电系统(MEMS:Micro Electro Mechanical Systems)设备、以及这种MEMS设备的制造方法等。
【背景技术】
[0002]例如，在作为功能元件而具有静电电容式的共振器的MEMS设备中，共振器在形成于基板的空腔内以真空状态被密封。为此，在基板上设置包围共振器的周围的构造体从而形成空腔，并将空腔内设为真空状态，且在空腔上接合有盖部(罩盖层)。
[0003]以往，作为空腔的盖部，使用了通过等离子体CVD(Chemical Vapor Deposit1n)法堆积而成的氮化硅(P-SiN)等的绝缘物。然而，在使用氮化硅等绝缘物来作为空腔的盖部的情况下，无法实现在高性能的MEMS设备中所要求的高真空的空腔封闭。
[0004]另外，作为与功能元件的外部连接电极电连接的导电体的材料，兼用了作为与MOS场效应晶体管的杂质扩散区域等连接的布线的材料的铝(Al)。然而，在高性能的MOS场效应晶体管中，使用钨(W)的连接插头作为连接部件来代替使用铝(Al)的布线，从而无法将功能元件用的连接部件的材料兼用为高性能的MOS场效应晶体管用的连接部件的材料。
[0005]作为相关的技术，在专利文献I中，公开了一种在共通的基板上具有电子电路的MEM设备。在该MEM设备中，在基板上形成有空腔，作为空腔的盖部(罩盖层)的材料，使用了氮化硅(SiN)或者二氧化硅(S12)。
[0006]另外，在专利文献2中，公开了一种通过设置于半导体基板上的构造体而形成有空腔的MEMS传感器。在该MEMS传感器中，在硅衬底上经由氧化硅等的绝缘层而设置有空腔的壁部，在空腔的壁部上经由氧化硅等的绝缘层而支承有空腔的盖部(罩盖)的边缘部。在此，罩盖、接地用导电部以及电压施加用导电部由掺杂多晶硅构成，并被形成在同一层上。
[0007]在专利文献I中，由于作为空腔的盖部的材料而使用了氮化硅(SiN)或者二氧化硅(S12),因此不易实现高真空的空腔封闭。另外，在专利文献2中，虽然作为空腔的盖部的材料而使用了具有导电性的多晶硅，但是需要在真空腔室内进行空腔的侧壁与盖部的对位、接合。另外，用于将功能元件的布线部与空腔的盖部绝缘分离的构造也较为重要。
[0008]专利文献1:美国专利第5798283号说明书(专栏7_8，图8_9)
[0009]专利文献2:日本特开2009-272477号公报(段落0020-0027，图1)
【发明内容】
[0010]因此，鉴于上述问题点，本发明的第I目的在于，在于空腔内设置有功能元件的MEMS设备中，使用比较简单的构造以及制造方法来实现在高性能的MEMS设备中所要求的高真空的空腔封闭。另外，本发明的第2目的在于，切实地使功能元件的布线部与空腔的盖部绝缘分离。而且，本发明的第3目的在于，使功能元件用的连接部件的材料兼用为高性能的半导体电路元件用的连接部件的材料。
[0011]为了解决以上课题，本发明的一个观点所涉及的MEMS设备具有:基板；功能元件，其直接或经由第I绝缘膜而被设置于所述基板的表面上，并具有连接电极；构造体，其被设置于基板或者第I绝缘膜的表面上，并在功能元件的周围形成空腔；第2绝缘膜，其被设置于连接电极的第I面上的规定的区域的周围；第I盖部，其包括在连接电极的第I面上覆盖第2绝缘膜的第3绝缘膜，且第I盖部上设置有开口，并覆盖空腔的一部分；第2盖部，其被设置在第I盖部的表面上，并包括与连接电极的该规定的区域电连接的第I导电体、和将第I盖部的开口封闭的封闭部；第4绝缘膜，其被设置于第2盖部的表面上，并与第2绝缘膜或者第3绝缘膜相接而使第I导电体与封闭部绝缘；第2导电体，其贯穿第4绝缘膜而与第I导电体电连接。
[0012]另外，本发明的一个观点所涉及的MEMS设备的制造方法具有如下工序:在基板的表面上，直接或者经由第I绝缘膜而形成具有连接电极的功能元件、以及构造体的工序(a)，其中，所述构造体在所述功能元件的周围形成空腔；在连接电极的第I面上的规定的区域的周围以及空腔内形成第2绝缘膜的工序(b);形成第I盖部的工序(C)，其中，所述第I盖部包括在连接电极的第I面上覆盖第2绝缘膜的第3绝缘膜，且第I盖部上形成有开口并且覆盖空腔的一部分；通过脱模蚀刻来去除空腔内的所述第2绝缘膜的工序(d);在真空腔室内，在第I盖部的表面上形成第2盖部的工序(e)，其中，所述第2盖部包括与连接电极的该规定的区域电连接的第I导电体、和将第I盖部的开口封闭的封闭部；在第2盖部的表面上形成第4绝缘膜的工序(f)，其中，所述第4绝缘膜与第2绝缘膜或者第3绝缘膜相接而使第I导电体与封闭部绝缘；形成贯穿第4绝缘膜而与第I导电体电连接的第2导电体的工序(g)。
[0013]根据本发明的一个观点，由于包括与功能元件的连接电极电连接的第I导电体与将第I盖部的开口封闭的封闭部的第2盖部被设置于第I盖部的表面上，因此，能够使用比较简单的构造以及制造方法来实现高性能的MEMS设备中所要求的高真空的空腔封闭。另外，将功能元件的连接电极电连接的第I导电体的材料与封闭部的材料兼用，能够减少MEMS设备的制造工序。
[0014]在此，也可以采用如下方式，即，第4绝缘膜贯穿第2盖部以及第3绝缘膜而与第2绝缘膜相接。由此，能够利用第2?第4绝缘膜而切实地使第I导电体与封闭部绝缘分离。
[0015]另外，也可以采用如下方式，即，基板为设置有半导体电路元件的半导体基板，且至少设置有贯穿第4绝缘膜而与半导体电路元件电连接的连接插头，与第I导电体电连接的第2导电体由与该连接插头相同的材料形成。由此，能够将功能元件用的连接部件的材料兼用为半导体电路元件用的连接部件的材料。
[0016]在此情况下，空腔可以被形成于半导体基板的沟槽内。由此，形成于半导体基板上的层构造被平坦化，从而布线层的形成变得容易。另外，通过使功能元件用的连接插头的上端的高度与半导体电路元件用的连接插头的上端的高度对齐，从而能够通过设置于同一层上的布线而对两者进行连接。
[0017]在以上方式中，也可以采用如下方式，即，第2绝缘膜以及第4绝缘膜由二氧化硅(S12)形成，第3绝缘膜由氮化硅(SiN)形成，第2盖部由铝(Al)形成。在此情况下，在脱模蚀刻工序中，能够通过对于蚀刻液具有高耐性的氮化硅的第3绝缘膜来保护二氧化硅的第2绝缘膜，并且防止由于来自二氧化硅的水蒸气等的气体的释放所导致的真空度降低。另外，铝作为实现高性能的MEMS设备中所要求的高真空的空腔封闭的封闭部的材料较为合适。
[0018]另外，连接插头也可以由钨(W)形成。在高性能的MOS场效应晶体管中，由于作为连接部件而使用了钨(W)的连接插头，因此如果利用钨(W)来形成与第I导电体电连接的第2导电体，则能够将功能元件用的连接部件的材料兼用为高性能的MOS场效应晶体管用的连接部件的材料。
【附图说明】
[0019]图1为表示本发明的一种实施方式所涉及的MEMS设备的主要部分的剖视图。
[0020]图2为本发明的一种实施方式所涉及的MEMS设备的制造工序的剖视图。
[0021]图3为本发明的一种实施方式所涉及的MEMS设备的制造工序的剖视图。
[0022]图4为放大表示主要的制造工序中的MEMS设备的一部分的剖视图。
【具体实施方式】
[0023]以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。此外，对于相同的结构要素标注相同的参照符号，并省略重复的说明。
[0024]本发明的一种实施方式所涉及的MEMS设备是将共振器、传感器、作动器等功能元件以及/或者电子电路集成于一个基板上而形成的设备。
[0025]在后文中，作为一个例子，对于作为功能元件而具有静电电容式的共振器并且作为半导体电路元件而具有MOS场效应晶体管的MEMS设备进行说明。共振器例如被密封在形成于半导体基板的沟槽(表面凹部)内的空腔内。
[0026]图1为表示本发明的一种实施方式所涉及的MEMS设备的主要部分的剖视图。如图1所示，在该MEMS设备中，使用了在主面(图中上表面)的第I区域(图中右侧)内形成有沟槽，并且在主面的第2区域(图中左侧)内形成有半导体电路元件的杂质扩散区域的半导体基板10。
[0027]共振器包括在半导体基板10的沟槽的底面上经由绝缘膜20而设置的下部电极31、上