Mems器件的制作方法

日期:2019-03-02 15:11:09

专利名称:Mems 器件的制作方法
技术领域
本发明涉及在半导体基板上具备MEMS结构体的MEMS器件。
背景技术
近些年来,使用MEMS (Micro Electro Mechanical System 微电子机械系统)技术制作而成的MEMS器件十分引人注目。MEMS器件是在半导体基板上制作微小的MEMS结构体,来用作传感器、振子等用途。在该MEMS结构体上设有固定电极和可动电极,通过使用可动电极的挠曲来检测产生于固定电极的静电电容等,来获得作为MEMS器件的特性。一般已知的是在ICantegrated circuit 集成电路)等的电路布线等中有时会包含寄生电容,而这会对IC等的电特性带来不良影响。该寄生电容在MEMS器件中也会产生,寄生电容对电特性的影响会伴随MEMS结构体中电极之间的窄小化以及应用频率的高频化等而变得显著。表面MEMS制造方法是在半导体基板上形成极薄的氧化膜和氮化膜,并在其上直接形成MEMS结构体的制造方法,通过该表面MEMS制造方法制作而成的MEMS结构体的结构体占用面积即使很小,也容易在其与半导体基板之间形成寄生电容。特别是在检测由于可动电极的机械位移而产生的电容位移的静电型MEMS器件中,输出信号十分微弱,而且电容位移的绝对值相对于寄生电容并非足够大,因而容易受到寄生电容的影响。并且,在该寄生电容大、基板表面的电阻小的情况下,或者在基板与电极的定向电容大的情况下等,信号容易通过在基板表面上被激发的载流子从原本的路径之外的路径泄漏。例如已知有图16所示的MEMS器件,该MEMS器件在半导体基板110上形成有氧化膜111、氮化膜112,在其上形成有MEMS结构体。该MEMS器件具有固定电极和可动电极,作为固定电极设置了输入侧电极113、输出侧电极114、驱动电极115 ;作为可动电极设置了与输入侧电极113连接的可动部116。在这种结构下的MEMS器件中,高频信号有时会从输入侧电极113通过半导体基板 110的表面泄漏到输出侧电极114上。为了解决该情况,在专利文献1中公开了这样的内容通过一并地共通连接振子元件(MEMS结构体)的下部电极,来减少高频信号布线在基板上所占面积,从而减少高频信号向基板上的泄漏量。专利文献1 日本特开2006-174174号公报(第5页、第7 11行)但是,如上述那样削减MEMS结构体的占用面积,虽然是减少寄生电容的有效方法,但有时会由于设计上/制造上的制约而难以削减占用面积。因此,在无法削减MEMS结构体的占用面积时,会对MEMS器件的特性产生由寄生电容引起的害处。

发明内容
本发明是为了解决上述课题而完成的,其目的在于提供一种可减少MEMS结构体和半导体基板之间的寄生电容的MEMS器件。为解决上述课题,本发明的MEMS器件为具备MEMS结构体的MEMS器件,其具有隔着绝缘层形成在半导体基板上的固定电极和可动电极,其特征在于,在上述固定电极的下方的上述半导体基板上形成有阱,在对上述固定电极施加正电压的情况下,上述阱为P型阱;在对上述固定电极施加负电压的情况下,上述阱为η型阱。根据本结构,在MEMS结构体的固定电极的下方的半导体基板上形成有阱,当对 MEMS结构体的固定电极施加正电压时,阱为ρ型阱;当对MEMS结构体的固定电极施加负电压时,阱为η型阱。这样,通过形成阱,形成有阱的半导体基板表面成为耗尽状态,由于耗尽层,外观上的对置电极之间的距离增大,因而该部分的寄生电容减少。所以可以减少MEMS结构体与半导体基板之间的寄生电容,高频信号通过半导体基板的表面泄漏的情况消失,可以使 MEMS器件的特性变得稳定。并且在上述本发明的MEMS器件中,优选的是对上述阱施加电压,以使上述阱成为耗尽状态。根据该结构,对形成在固定电极下方的半导体基板上的阱施加电压,以使阱成为耗尽状态。当对固定电极施加绝对值大的电压时,在阱的半导体基板表面上产生翻转层,电子被激发。在这种状态下,在半导体基板表面上容易产生信号泄漏,而与耗尽电容无关。因此,如果向阱施加从施加给固定电极的电压中减去了使阱成为耗尽状态的电压后的值的电压,则阱可以维持耗尽状态,能防止在阱的半导体基板表面上产生翻转层而激发电子。由于这样阱能够维持耗尽状态,所以能减少MEMS结构体与半导体基板之间的寄生电容,高频信号通过半导体基板的表面进行泄漏的情况消失,可以使得MEMS器件的特性变得稳定。并且在本发明的MEMS器件中,优选的是上述半导体基板是ρ型基板,上述阱是η 型阱,当设上述MEMS结构体的偏置电压为Vp、设对上述MEMS结构体的下方的上述阱施加的电压为Vwell、设在上述阱中产生翻转层的阈值电压为Vth时,满足这样的条件Vp < 0、 Vwell 彡 0,而且 0 < I Vp-Vwell | < |Vth|。通过这样满足上述条件,当半导体基板是ρ型基板,阱是η型阱时,形成在固定电极下方的半导体基板上的阱成为耗尽状态。而且由于产生在阱中的耗尽层,外观上的对置电极之间的距离增大,因而减少了该部分的寄生电容。因而可以减少MEMS结构体与半导体基板之间的寄生电容,高频信号通过半导体基板的表面进行泄漏的情况消失,可以使MEMS 器件的特性变得稳定。并且在本发明的MEMS器件中,优选的是上述半导体基板是η型基板,上述阱是ρ 型阱,当设上述MEMS结构体的偏置电压为Vp、设对上述MEMS结构体的下方的上述阱施加的电压为Vwell、设在上述阱中产生翻转层的阈值电压为Vth时,满足这样的条件Vp > 0、 Vwell 彡 0,而且 0< I Vp-Vwell I < Vth |
通过这样满足上述条件,当半导体基板是η型基板,阱是ρ型阱时,形成在固定电极下方的半导体基板上的阱成为耗尽状态。而且由于产生在阱中的耗尽层,外观上的对置电极之间的距离增大,因而减少了该部分的寄生电容。因而可以减少MEMS结构体与半导体基板之间的寄生电容,高频信号通过半导体基板的表面进行泄漏的情况消失,可以使MEMS 器件的特性变得稳定。并且在上述本发明的MEMS器件中,该MEMS器件具备MEMS结构体,该MEMS结构体具有隔着绝缘层形成在半导体基板上的固定电极和可动电极,其特征在于,在上述固定电极的下方的上述半导体基板上,形成有与上述半导体基板极性相同的阱,在上述半导体基板内形成有包围上述阱、并且具有与上述阱相反的极性的分离用阱,上述阱与上述分离用阱之间、或者上述分离用阱与上述半导体基板之间为反向偏置的结构。根据该结构可以隔离半导体基板与阱的电位,能以绝对值高的电压使MEMS结构体工作,可以减少MEMS结构体与半导体基板之间的寄生电容。而且如果采用这种结构,由于阱的电位不会对半导体基板的电位产生影响,所以将MEMS结构体与IC(集成电路)等电路一体化进行使用变得容易。并且在本发明的MEMS器件中,优选的是上述半导体基板是ρ型基板,上述阱是ρ 型阱,上述分离用阱是η型阱,当设上述MEMS结构体的偏置电压为Vp、设对上述MEMS结构体的下方的上述阱施加的电压为Vwell、设在上述阱中产生翻转层的阈值电压为Vth时,满足这样的条件Vp > 0,而且0 < Vp-Vwell < Vth0通过这样满足上述条件,当半导体基板是ρ型基板,阱是ρ型阱,分离用阱是η型阱时,形成在固定电极下方的半导体基板上的阱成为耗尽状态。而且由于产生在阱中的耗尽层,外观上的对置电极之间的距离增大,因而减少了该部分的寄生电容。因而可以减少 MEMS结构体与半导体基板之间的寄生电容,高频信号通过半导体基板的表面进行泄漏的情况消失,可以使MEMS器件的特性变得稳定。并且在本发明的MEMS器件中,优选的是上述半导体基板是η型基板,上述阱是η 型阱,上述分离用阱是P型阱,当设上述MEMS结构体的偏置电压为Vp、设对上述MEMS结构体的下方的上述阱施加的电压为Vwell、设在上述阱中产生翻转层的阈值电压为Vth时,满足这样的条件Vp < 0,而且0 < Vp-Vwell < Vth0通过这样满足上述条件,当半导体基板是η型基板,阱是η型阱,分离用阱是ρ型阱时,形成在固定电极下方的半导体基板上的阱成为耗尽状态。而且由于产生在阱中的耗尽层,外观上的对置电极之间的距离增大,因而减少了该部分的寄生电容。因而可以减少 MEMS结构体与半导体基板之间的寄生电容,高频信号通过半导体基板的表面进行泄漏的情况消失,可以使MEMS器件的特性变得稳定。


图1表示第一实施方式中的MEMS器件的结构,(a)是MEMS器件的局部示意俯视图,(b)是沿着(a)中的A-A切线的局部示意剖面图。图2是表示第一实施方式中的MEMS器件的制造工序的示意局部剖面图。图3是表示第一实施方式中的MEMS器件的制造工序的示意局部剖面图。图4是表示第一实施方式中的MEMS器件的制造工序的示意局部剖面图。
图5是表示变形例1中的MEMS器件的结构的局部示意剖面图。图6是表示变形例1中的Vp与Vwell的差(Vp-Vwell)和MEMS结构体与阱之间的电容C的关系的曲线图。图7是表示变形例2中的MEMS器件的结构的局部示意剖面图。图8是表示变形例2中的Vp与Vwell的差(Vp-Vwell)和MEMS结构体与阱之间的电容C的关系的曲线图。图9表示第二实施方式中的MEMS器件的结构,(a)是MEMS器件的局部示意俯视图,(b)是沿着(a)中的B-B切线的局部示意剖面图。图10是表示第二实施方式中的MEMS器件的制造工序的示意局部剖面图。图11是表示第二实施方式中的MEMS器件的制造工序的示意局部剖面图。图12是表示第二实施方式中的MEMS器件的制造工序的示意局部剖面图。图13表示第三实施方式中的MEMS器件的结构,(a)是MEMS器件的局部示意俯视图,(b)是沿着(a)中的C-C切线的局部示意剖面图。图14是表示变形例3中的MEMS器件的结构的局部示意剖面图。图15是表示变形例4中的MEMS器件的结构的局部示意剖面图。图16是说明现有的MEMS器件中的信号泄漏的状态的说明图。标号说明1、2、3、5、6、7、8 =MEMS器件;10 半导体基板;11 氧化硅膜;12 氮化硅膜;13阱; 20 固定电极;21a、21b 输入侧电极;22 输出侧电极;24 氧化膜;26 可动电极;27 布线层;28 钝化膜;29 开口部;30 :MEMS结构体;31 布线;32 铝布线;33 布线;34 铝布线; 35 空腔部;43a、43b 阱;50 固定电极;51a、51b 输入侧电极;52 输出侧电极;54 氧化膜;56 可动电极;57 布线层;58 钝化膜;59 开口部;60 :MEMS结构体;61 布线;62 铝布线;63 布线;64 铝布线;65 空腔部;70 阱;71 分离用阱;80 固定电极;81 输入侧电极;82 驱动电极;83 输出侧电极;86 可动电极;90 =MEMS结构体;120 半导体基板; 123 阱;131 输入侧电极;140 半导体基板;143 阱;151 输入侧电极。
具体实施例方式在说明本发明的实施方式之前,为了便于理解本发明,首先说明在半导体基板上产生寄生电容而使信号从原本路径之外的路径泄漏的原理。首先可以用隔着绝缘体在半导体上形成有金属的电容器作为模型来解说上述现象,以使用了 P型半导体的MOS电容器为例进行说明。在使用了 ρ型半导体的MOS电容器的电容-电压特性中,公知的是在栅极电压为负时是蓄积状态;在对栅极施加正电压时是耗尽状态;在对栅极施加较大的正电压时是翻转状态。在蓄积状态下,在基板表面上产生载流子(空穴),基板表面附近的导体电阻降低,容易产生向横向的信号泄漏。另外,在耗尽状态下,由于外观上对置电极之间的距离增加,因而该部分的寄生电容减少,在基板表面附近不会产生载流子,不易引起向横向的信号泄漏。此外,在翻转状态下,在基板表面产生翻转层,在此激发出具有相反符号的载流子,从而在基板表面容易产生向横向的信号泄漏。
这样在耗尽状态下,在基板表面不易产生向横向的信号泄漏。而且由于MEMS器件一般以较高的电压进行动作,所以产生翻转层的电压(阈值电压)值越高,则越不易在基板表面引起信号泄漏。并且当在半导体基板上形成阱时,在对基板表面施加了电压的情况下,在达到更高的施加电压之前,不易产生翻转层。MOS电容器的产生翻转层的电压可以用MOS晶体管的阈值电压导出式来表示。式 (1)表示使用Ρ型阱时的阈值电压vt。数学式1
权利要求
1.一种MEMS器件,该MEMS器件具备半导体基板和MEMS结构体,该MEMS结构体具有隔着绝缘层形成在上述半导体基板上的固定电极和可动电极,其特征在于,在上述半导体基板上具有形成为包围上述MEMS结构体的布线层,在上述固定电极的下方的上述半导体基板上形成有阱,该阱为P型阱和η型阱之一,在对上述固定电极施加正电压的情况下,上述阱为P型阱;在对上述固定电极施加负电压的情况下,上述阱为η型阱。
2.根据权利要求1所述的MEMS器件,其特征在于,上述固定电极具有输入侧电极,上述输入侧电极的一端延伸向上述布线层,并与布线连接。
3.根据权利要求1所述的MEMS器件,其特征在于,对上述阱施加电压,以使上述阱成为耗尽状态。
4.根据权利要求3所述的MEMS器件,其特征在于,上述半导体基板是P型基板,上述阱是η型阱,当设上述MEMS结构体的偏置电压为Vp、设对上述MEMS结构体的下方的上述阱施加的电压为Vwell、设在上述阱中产生翻转层的阈值电压为Vth时,满足这样的条件Vp < 0、 Vwell 彡 0,而且 0 < I Vp-Vwell | < |Vth|。
5.根据权利要求3所述的MEMS器件,其特征在于,上述半导体基板是η型基板,上述阱是P型阱,当设上述MEMS结构体的偏置电压为Vp、设对上述MEMS结构体的下方的上述阱施加的电压为Vwell、设在上述阱中产生翻转层的阈值电压为Vth时,满足这样的条件Vp > 0、 Vwell 彡 0,而且 0< I Vp-Vwell I < Vth |
全文摘要
本发明提供一种MEMS器件,该MEMS器件可以减少MEMS结构体和半导体基板之间的寄生电容。MEMS器件(1)具备MEMS结构体(30),该MEMS结构体(30)具有隔着绝缘层形成在半导体基板(10)上的固定电极20和可动电极(26),在固定电极(20)的下方的半导体基板(10)上形成有阱(13),当固定电极(20)被施加正的电压时,阱(13)是p型阱。另外,对阱(13)施加电压以使阱(13)成为耗尽状态。该电压为使阱(13)维持耗尽状态的电压。
文档编号B81B3/00GK102173374SQ20111009090
公开日2011年9月7日 申请日期2007年10月17日 优先权日2006年10月24日
发明者佐藤彰, 森岳志, 渡边徹, 稻叶正吾 申请人:精工爱普生株式会社


购买说明
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