微机电系统装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种将谐振器、传感器、致动器等的功能元件、及/或电子电路集成于一个基板上的 MEMS (Micro Electro Mechanical Systems:微机电系统)装置。
【背景技术】
[0002]例如，在作为功能元件而具备静电电容型的谐振器的MEMS装置中，谐振器在真空状态下被密封于基板上所形成的空腔内。此外，为了防止灰尘或水分的影响，即使是无需真空密封的功能元件，也被密封于该空腔内。
[0003]在将这种功能元件和半导体电路元件集成于一个半导体基板上的情况下，以往将功能元件设置于该半导体基板上，并通过利用绝缘膜等来包围功能元件的周围，从而形成空腔。因此，对于未实施研磨空腔的上层而形成空腔结构而言，无需考虑相对于由研磨产生的机械应力的强度。
[0004]另一方面，在半导体基板上形成沟槽并在沟槽内形成空腔的情况下，能够在覆盖空腔的盖部上设置绝缘层，并在绝缘层上形成配线。为了在绝缘层上形成配线，优选为，通过CMP (Chemical Mechanical Polishing:化学机械研磨)而对被设置于盖部上的绝缘层进行加工，从而对绝缘层的表面进行平坦化。此时，如果空腔结构不具有足够的相对于机械应力的强度，则盖部将发生变形，从而有可能使空腔的气密性与功能元件的特性受损。
[0005]作为相关的技术，在专利文献I中，公开了一种在实现小型化以及薄型化的同时，能够将收纳有MEMS装置的空腔维持为高气密性，且实现了高品质化以及高可靠性的气密封装件。在该气密封装件中，通过经由框部而将MEMS装置基板与IC基板接合，从而形成对MEMS装置进行收纳的空腔。
[0006]此外，专利文件2中，公开了一种在经由粘接层而使半导体基板与支承体粘合的情况下，能够在预定区域中容易设置空腔空间的半导体装置。该半导体装置具备半导体基板、包围半导体基板的空腔形成区域的周围的多个柱状结构物、和经由粘结层以及柱状结构物而被粘合于半导体基板的表面上的支承体，其中，装置元件被密封于通过半导体基板、柱状结构物和支承体而被包围的空腔内。
[0007]而且，专利文献3中，公开了一种具有如下结构的MEMS元件，所述结构在有外力施加于树脂传递模塑等的边缘时，能够防止在电极靠近可动部的方向上应力被施加于电极上的情况。该MEMS元件具有基板以及密封薄膜，并且实施机械振动的可动部以及位置靠近可动部的电极被设置于基板与密封薄膜之间，且可动部和电极在与基板表面垂直的方向上具有隔开间隙而相互重叠的区域，而且在基板与密封薄膜之间，形成有通过电极而被隔开的第一空腔以及第二空腔，从处于可动部与电极重叠的区域的电极观察时，第一空腔在与基板表面垂直的方向上位于可动部侧，从处于可动部与电极重叠的区域的电极观察时，第二空腔在与基板表面垂直的方向上位于可动部的相反侧，与第一空腔的电极接触的侧壁的内侧表面和与第二空腔的电极接触的侧壁的内侧表面相比，在与基板表面平行的方向上位于更内侧。
[0008]在专利文献I中，为了形成空腔而使用了多个基板。因此，无法将MEMS装置与半导体电路元件集成到一个基板上。另一方面，在专利文献2以及专利文献3中，在单一基板上形成了空腔。但是，并未公开在基板的沟槽内形成空腔的内容、与对被形成于空腔的上层上的绝缘层的表面进行平坦化的内容。
[0009]专利文献1:日本特开2009-59941号公报(第0013?0014段、图1)
[0010]专利文献2:国际公开W02008/023826号再公布公报(说明书摘要、第0003段、图5)
[0011]专利文献3:日本专利第5192610号公报(第0017段、图1)
【发明内容】
[0012]因此，鉴于上述情况，本发明的一个目的在于，在将功能元件和半导体电路元件集成于一个半导体基板上的MEMS装置中，提高在半导体基板的沟槽内对功能元件进行收纳的空腔结构的机械强度，并防止对空腔进行覆盖的盖部的由机械应力产生的变形。
[0013]为了解决以上问题，本发明的一个观点所涉及的MEMS装置具备:半导体基板，其在主面的第一区域中形成有沟槽，并且在主面的第二区域中形成有半导体电路元件的杂质扩散区域；功能元件，其直接或经由绝缘膜而被设置于半导体基板的沟槽的底面上；壁部，其被设置于半导体基板的沟槽内，并在功能元件的周围形成空腔；盖部，其对空腔进行覆盖；支柱，其被设置于空腔内，并与半导体基板的沟槽的底面或绝缘膜、和盖部的背面接触。
[0014]根据本发明的一个观点，设置有在功能元件的周围形成空腔的壁部和对空腔进行覆盖的盖部，所述功能元件直接或经由绝缘膜而被设置于半导体基板的沟槽的底面上，而且，在空腔内设置有与半导体基板的沟槽的底面或绝缘膜、和盖部的背面接触的支柱。由此，提高了在半导体基板的沟槽内对功能元件进行收纳的空腔结构的机械强度，并能够防止对空腔进行覆盖的盖部的由机械应力造成的变形。
[0015]在此，也可以采用如下方式，S卩，MEMS装置还具备绝缘层，所述绝缘层对盖部以及被设置有半导体电路元件的半导体基板的主面进行覆盖。由此，即使在对功能元件进行收纳的空腔的上层上，也能够与半导体电路元件的上层相同地采用标准的半导体晶片工艺来配置配线层，从而提高了 MEMS装置的设计自由度。
[0016]在这种情况下，优选为，盖部上的绝缘层的表面通过CMP (化学机械研磨)而被加工。由此，盖部上的绝缘层的表面被平坦化，从而容易在绝缘层上形成配线。
[0017]在上述结构中，也可以采用如下方式，S卩，支柱与盖部的背面的中央部接触。由于在盖部中最容易变形的是中央部，因此通过支柱来支承盖部的背面的中央部，从而能够有效地防止盖部的变形。此外，也可以采用如下方式，即，功能元件的至少一部分构成支柱。由此，能够有效地利用空腔内的空间。
[0018]或者，也可以采用如下方式，S卩，支柱与壁部一体构成。由此，由于支柱的位置通过壁部而被固定，因此能够防止由被施加于空腔的上层上的机械应力造成的支柱的位置偏移或倾斜。
[0019]或者，也可以采用如下方式，S卩，支柱被设置于功能元件与壁部之间的中央部处。在该情况下，能够在确保空腔的尺寸的同时，利用支柱来支承在功能元件与壁部之间盖部易于变形的位置。
[0020]在上述结构中，也可以采用如下方式，即，支柱兼作与功能元件电连接的外部连接电极。由此，支柱能够起到防止盖部变形和实现功能元件的电连接的双重作用。
【附图说明】
[0021]图1为本发明的第一实施方式所涉及的MEMS装置的沟槽内的俯视图。
[0022]图2为表示图1的A-A’线中的MEMS装置的主要部分的剖视图。
[0023]图3为本发明的第一实施方式所涉及的MEMS装置的制造工序的剖视图。
[0024]图4为本发明的第一实施方式所涉及的MEMS装置的制造工序的剖视图。
[0025]图5为本发明的第二实施方式所涉及的MEMS装置的沟槽内的俯视图。
[0026]图6为表示图5的B-B’线中的MEMS装置的主要部分的剖视图。
【具体实施方式】
[0027]以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，对相同的结构要素标记相同的参照符号，并省略重复说明。
[0028]本发明的各个实施方式所涉及的MEMS装置为，将谐振器、传感器、致动器等的功能元件、以及电子电路集