Mems结构体、电子设备以及移动体的制作方法_2

文档序号:9298539阅读:来源:国知局
贯通孔;541凸部;541A凸部;651覆盖层;652细孔;721开口 ;722凹部;731凹部;1100个人计算机;1102键盘;1104主体部;1106显示单元;1200移动电话;1202操作按钮;1204接听口;1206通话口; 1300数字静态照相机;1302壳体;1304受光单元;1306快门按钮;1308存储器;1312视频信号输出端子;1314输入/输出端子;1430电视监视器;1440个人计算机;1500移动体;1501车体;1502车轮;2000显示部;S空腔部。
【具体实施方式】
[0066]以下,基于附图所示的各实施方式,对本发明的MEMS结构体、电子设备以及移动体进行详细说明。
[0067]〈第I实施方式〉
[0068]1.MEMS 结构体
[0069]图1是示出本发明的MEMS结构体的第I实施方式的剖视图。此外,图2是示出图1所示的MEMS结构体具有的振动元件的图,图2的(a)是剖视图,图2的(b)是俯视图。
[0070]图1所示的MEMS结构体I具有基板2 (基体)、配置在基板2上的振动元件5、以及层叠结构体6,其中,层叠结构体6与基板2之间形成有收纳振动元件5的空腔部S (腔室)。以下,依次对这各部分进行说明。
[0071]-基板2-
[0072]基板2具有半导体基板21、设置于半导体基板21的一个面的绝缘膜22、设置在绝缘膜22上的绝缘膜23以及设置在绝缘膜23上的导体层24。
[0073]半导体基板21由硅等半导体构成。此外,半导体基板21不限于硅基板那样的由单一材料构成的基板,例如,也可以是SOI基板那样的具有层叠结构的基板。
[0074]绝缘膜22具有绝缘性,例如为氧化娃膜。此外,绝缘膜23例如为氮化娃膜,具有绝缘性,并对于含有氟酸的蚀刻液具有耐受性。此处,在半导体基板21 (硅基板)与绝缘膜23 (氮化硅膜)之间夹设有绝缘膜22 (氧化硅膜),由此,能够利用绝缘膜22缓解绝缘膜23成膜时产生的应力传到半导体基板21。此外,在半导体基板21及其上方形成半导体电路的情况下,绝缘膜22还能够作为元件间分离膜来使用。需要说明的是,绝缘膜22、23不限于上述构成材料,此外,也可以根据需要省略绝缘膜22、23中的任意一方。
[0075]导体层24具有导电性,例如是通过在单晶硅、多晶硅(polysilicon)或非晶硅中掺杂(扩散或注入)磷、硼等杂质而构成的。此外,虽然没有图示,但导体层24被构图为具有第I部分和第2部分,其中,第I部分构成与振动元件5电连接的布线,第2部分与该第I部分离且电绝缘。
[0076]-振动元件5-
[0077]如图2所示,振动元件5具有:配置在基板2的绝缘膜23上的I对下部电极51、52 ;以及支承于下部电极52的上部电极53。
[0078]下部电极51、52分别呈沿着基板2的板状或片状,且彼此分离地配置。此外,虽然没有图示,但下部电极51、52分别与上述导体层24具有的布线电连接。此处,下部电极51构成“固定电极”。此外,下部电极52可以省略。在该情况下,上部电极53可以直接固定于绝缘膜23。
[0079]上部电极53具有:与下部电极51隔开间隔而相对的板状或片状的可动部531 ;固定于下部电极52的固定部532 ;以及连结可动部531与固定部532的连结部533。该上部电极53与上述下部电极52电连接。此处,上部电极53构成“可动电极”。
[0080]这样的下部电极51、52以及上部电极53分别通过在单晶娃,多晶硅(polysilicon)或非晶硅中掺杂(扩散或注入)磷、硼等杂质来构成,具有导电性。
[0081]此外,下部电极51、52的膜厚各自没有特别限定,例如可以为0.1 μπι以上且1.0ym以下。此外,上部电极53的膜厚没有特别限定,例如可以为0.1 μπι以上且1.0 μπι以下。
[0082]这样,在被单端支承于固定部532的可动部531的靠自由端侧(与固定部532相反一侧)的部分处,设置有在其厚度方向上贯通的金属部54。该金属部54具有从可动部531的靠下部电极51侧的面突出的凸部541。该凸部541具有减轻可动部531固着于(粘连于)下部电极51的情况的功能。另外,后面会对金属部54以及凸部541进行详细描述。
[0083]-层叠结构体6-
[0084]层叠结构体6以划分出收纳振动元件5的空腔部S的方式形成。该层叠结构体6具有:以俯视时包围振动元件5的方式在基板2上形成的层间绝缘膜61 ;在层间绝缘膜61上形成的层间绝缘膜62 ;在层间绝缘膜62上形成的布线层63 ;在布线层63以及层间绝缘膜62上形成的层间绝缘膜64 ;在层间绝缘膜64上形成且具有形成有多个细孔652 (开孔)的覆盖层651的布线层65 ;在布线层65以及层间绝缘膜64上形成的表面保护膜66 ;以及设置在覆盖层651上的密封层67。
[0085]层间绝缘膜61、62、64例如分别为氧化娃膜。此外,布线层63、65以及密封层67分别由铝等金属构成。此外,表面保护膜66例如为氮化硅膜。
[0086]此外,在半导体基板21上及其上方,除了上述结构以外,还可以设置半导体电路。该半导体电路具有MOS晶体管等有源元件,此外,具有根据需要而形成的电容器、电感器、电阻、二极管、布线(包含与下部电极51连接的布线和与上部电极53连接的布线、布线层63,65)等电路要素。此外,虽然没有图示,但在布线层63绝缘膜23之间,以跨越空腔部S的内外的方式配置有与上述振动元件5电连接的布线,布线层63形成为与该布线分离。
[0087]由基板2和层叠结构体6划分出的空腔部S作为收纳振动元件5的收纳部而发挥作用。此外,空腔部S为密闭的空间。在本实施方式中,空腔部S为真空状态(300Pa以下)。由此,能够使振动元件5的振动特性变得优异。不过,空腔部S可以不是真空状态,也可以是大气压、气压比大气压低的减压状态、或者气压比大气压高的加压状态。此外,也可以在空腔部S中封入氮气、稀有气体等惰性气体。
[0088]以上,对MEMS结构体I的结构进行了简单说明。
[0089]在这样构成的MEMS结构体I中,通过在下部电极51与上部电极53之间施加周期性变化的电压,由此,可动部531在与下部电极51接近的方向和分离的方向上交替地位移而弯曲振动。这样,MEMS结构体I能够作为如下静电驱动型的振子来使用:在下部电极51与可动部531之间产生周期性变化的电场,使可动部531振动。
[0090]这样的MEMS结构体I例如可以通过与振荡电路(驱动电路)组合而作为取出规定频率的信号的振荡器来使用。而且,该振荡电路可以作为半导体电路设置在基板2上。此夕卜,MEMS结构体I也可以应用于陀螺仪传感器、压力传感器、加速度传感器、倾斜传感器等各种传感器。
[0091](金属部以及凸部)
[0092]此处,对设置于上部电极53的、具有凸部541的金属部54进行说明。
[0093]如上所述,在被单端支承于固定部532的可动部531的靠自由端侧(与固定部532相反一侧)的部分处,设置有在其厚度方向上贯通的金属部54。如图2的(a)所示,该金属部54贯穿插入到可动部531中形成的贯通孔534中。而且,金属部54具有从可动部531的靠下部电极51侧的面突出的凸部541。在本实施方式中,在可动部531的宽度方向(在俯视时与固定端和自由端排列的方向垂直的方向)上的中央部设置有I个金属部54。此处,单端支承是指一端自由,而另一端固定。
[0094]在本实施方式中,金属部54以及凸部541的横截面形状(俯视形状)呈圆形。而且,金属部54设置在可动部531的宽度方向上的中央部。此外,金属部54以及凸部541的横截面形状不限于圆形,例如,也可以是椭圆形、四边形等多边形等。此外,在本实施方式中,金属部54的数量为I个,但金属部54的数量也可以为多个,在该情况下,多个金属部54可以沿可动部531的宽度方向排列,也可以沿可动部531的固定端和自由端排列的方向排列,此外,配列可以是规则的,也可以是不规则的。此外,在图示中,凸部541的末端部的末端面为平坦面,但不限于此,例如可以带圆角,也可以是尖的。
[0095]这样的凸部541从可动部531的与下部电极51相对的一侧的面突出,其中,可动部531与下部电极51分离并与下部电极51相对地配置,因此,能够减轻可动部531固着于(粘连于)下部电极51的情况。尤其是,凸部541由与可动部531不同的材料(在本实施方式中为金属)构成,因此,通过适当选择构成凸部541 (金属部54)的材料,能够调整特性。因此,即使在可动部531上设置凸部541,也能够使得因设置凸部541而导致的特性变化成为期望的情况。由此,能够提高设计自由度,且能够减轻上部电极53相对于下部电极51的粘连。
[0096]此处,在被单端支承的可动部531的自由端侧配置有凸部541,因此,能够有效地减轻可动部531固着于下部电极51的情况。
[0097]此外,在从下部电极51和可动部531排列的方向观察时(即在俯视时),凸部541配置在下部电极51与可动部531重叠的区域内。由此,能够抑制凸部541的高度,减轻因设置凸部541而导致的振动特性的变化,从而有效地减轻可动部531固着于下部电极51的情况。
[0098]此外,贯通可动部531的金属部54的从可动部531突出的部分构成凸部541,因此,如后面详细描述的那样,能够使用与半导体制造工艺相同的工艺,简单且高精度地在可动部531上形成凸部541。
[0099]此外,凸部541是由金属构成的,因此,能够使得凸部541的导电性变得优异,使可动部531的电特性变得优异。此外,如后面详细描述的那样,能够利用成膜简单且高精度地形成凸部54
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