專利名稱：Mems 器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在半導(dǎo)體基板上具備MEMS結(jié)構(gòu)體的MEMS器件。
背景技術(shù)：
近些年來(lái)，使用MEMS (Micro Electro Mechanical System 微電子機(jī)械系統(tǒng))技術(shù)制作而成的MEMS器件十分引人注目。MEMS器件是在半導(dǎo)體基板上制作微小的MEMS結(jié)構(gòu)體，來(lái)用作傳感器、振子等用途。在該MEMS結(jié)構(gòu)體上設(shè)有固定電極和可動(dòng)電極，通過(guò)使用可動(dòng)電極的撓曲來(lái)檢測(cè)產(chǎn)生于固定電極的靜電電容等，來(lái)獲得作為MEMS器件的特性。一般已知的是在ICantegrated circuit 集成電路)等的電路布線等中有時(shí)會(huì)包含寄生電容，而這會(huì)對(duì)IC等的電特性帶來(lái)不良影響。該寄生電容在MEMS器件中也會(huì)產(chǎn)生，寄生電容對(duì)電特性的影響會(huì)伴隨MEMS結(jié)構(gòu)體中電極之間的窄小化以及應(yīng)用頻率的高頻化等而變得顯著。表面MEMS制造方法是在半導(dǎo)體基板上形成極薄的氧化膜和氮化膜，并在其上直接形成MEMS結(jié)構(gòu)體的制造方法，通過(guò)該表面MEMS制造方法制作而成的MEMS結(jié)構(gòu)體的結(jié)構(gòu)體占用面積即使很小，也容易在其與半導(dǎo)體基板之間形成寄生電容。特別是在檢測(cè)由于可動(dòng)電極的機(jī)械位移而產(chǎn)生的電容位移的靜電型MEMS器件中，輸出信號(hào)十分微弱，而且電容位移的絕對(duì)值相對(duì)于寄生電容并非足夠大，因而容易受到寄生電容的影響。并且，在該寄生電容大、基板表面的電阻小的情況下，或者在基板與電極的定向電容大的情況下等，信號(hào)容易通過(guò)在基板表面上被激發(fā)的載流子從原本的路徑之外的路徑泄漏。例如已知有圖16所示的MEMS器件，該MEMS器件在半導(dǎo)體基板110上形成有氧化膜111、氮化膜112，在其上形成有MEMS結(jié)構(gòu)體。該MEMS器件具有固定電極和可動(dòng)電極，作為固定電極設(shè)置了輸入側(cè)電極113、輸出側(cè)電極114、驅(qū)動(dòng)電極115 ；作為可動(dòng)電極設(shè)置了與輸入側(cè)電極113連接的可動(dòng)部116。在這種結(jié)構(gòu)下的MEMS器件中，高頻信號(hào)有時(shí)會(huì)從輸入側(cè)電極113通過(guò)半導(dǎo)體基板 110的表面泄漏到輸出側(cè)電極114上。為了解決該情況，在專利文獻(xiàn)1中公開(kāi)了這樣的內(nèi)容通過(guò)一并地共通連接振子元件(MEMS結(jié)構(gòu)體)的下部電極，來(lái)減少高頻信號(hào)布線在基板上所占面積，從而減少高頻信號(hào)向基板上的泄漏量。專利文獻(xiàn)1 日本特開(kāi)2006-174174號(hào)公報(bào)(第5頁(yè)、第7 11行)但是，如上述那樣削減MEMS結(jié)構(gòu)體的占用面積，雖然是減少寄生電容的有效方法，但有時(shí)會(huì)由于設(shè)計(jì)上/制造上的制約而難以削減占用面積。因此，在無(wú)法削減MEMS結(jié)構(gòu)體的占用面積時(shí)，會(huì)對(duì)MEMS器件的特性產(chǎn)生由寄生電容引起的害處。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述課題而完成的，其目的在于提供一種可減少M(fèi)EMS結(jié)構(gòu)體和半導(dǎo)體基板之間的寄生電容的MEMS器件。為解決上述課題，本發(fā)明的MEMS器件為具備MEMS結(jié)構(gòu)體的MEMS器件，其具有隔著絕緣層形成在半導(dǎo)體基板上的固定電極和可動(dòng)電極，其特征在于，在上述固定電極的下方的上述半導(dǎo)體基板上形成有阱，在對(duì)上述固定電極施加正電壓的情況下，上述阱為P型阱；在對(duì)上述固定電極施加負(fù)電壓的情況下，上述阱為η型阱。根據(jù)本結(jié)構(gòu)，在MEMS結(jié)構(gòu)體的固定電極的下方的半導(dǎo)體基板上形成有阱，當(dāng)對(duì) MEMS結(jié)構(gòu)體的固定電極施加正電壓時(shí)，阱為ρ型阱；當(dāng)對(duì)MEMS結(jié)構(gòu)體的固定電極施加負(fù)電壓時(shí)，阱為η型阱。這樣，通過(guò)形成阱，形成有阱的半導(dǎo)體基板表面成為耗盡狀態(tài)，由于耗盡層，外觀上的對(duì)置電極之間的距離增大，因而該部分的寄生電容減少。所以可以減少M(fèi)EMS結(jié)構(gòu)體與半導(dǎo)體基板之間的寄生電容，高頻信號(hào)通過(guò)半導(dǎo)體基板的表面泄漏的情況消失，可以使 MEMS器件的特性變得穩(wěn)定。并且在上述本發(fā)明的MEMS器件中，優(yōu)選的是對(duì)上述阱施加電壓，以使上述阱成為耗盡狀態(tài)。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，對(duì)形成在固定電極下方的半導(dǎo)體基板上的阱施加電壓，以使阱成為耗盡狀態(tài)。當(dāng)對(duì)固定電極施加絕對(duì)值大的電壓時(shí)，在阱的半導(dǎo)體基板表面上產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)層，電子被激發(fā)。在這種狀態(tài)下，在半導(dǎo)體基板表面上容易產(chǎn)生信號(hào)泄漏，而與耗盡電容無(wú)關(guān)。因此，如果向阱施加從施加給固定電極的電壓中減去了使阱成為耗盡狀態(tài)的電壓后的值的電壓，則阱可以維持耗盡狀態(tài)，能防止在阱的半導(dǎo)體基板表面上產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)層而激發(fā)電子。由于這樣阱能夠維持耗盡狀態(tài)，所以能減少M(fèi)EMS結(jié)構(gòu)體與半導(dǎo)體基板之間的寄生電容，高頻信號(hào)通過(guò)半導(dǎo)體基板的表面進(jìn)行泄漏的情況消失，可以使得MEMS器件的特性變得穩(wěn)定。并且在本發(fā)明的MEMS器件中，優(yōu)選的是上述半導(dǎo)體基板是ρ型基板，上述阱是η 型阱，當(dāng)設(shè)上述MEMS結(jié)構(gòu)體的偏置電壓為Vp、設(shè)對(duì)上述MEMS結(jié)構(gòu)體的下方的上述阱施加的電壓為Vwell、設(shè)在上述阱中產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)層的閾值電壓為Vth時(shí)，滿足這樣的條件Vp < 0、 Vwell 彡 0，而且 0 < I Vp-Vwell | < |Vth|。通過(guò)這樣滿足上述條件，當(dāng)半導(dǎo)體基板是ρ型基板，阱是η型阱時(shí)，形成在固定電極下方的半導(dǎo)體基板上的阱成為耗盡狀態(tài)。而且由于產(chǎn)生在阱中的耗盡層，外觀上的對(duì)置電極之間的距離增大，因而減少了該部分的寄生電容。因而可以減少M(fèi)EMS結(jié)構(gòu)體與半導(dǎo)體基板之間的寄生電容，高頻信號(hào)通過(guò)半導(dǎo)體基板的表面進(jìn)行泄漏的情況消失，可以使MEMS 器件的特性變得穩(wěn)定。并且在本發(fā)明的MEMS器件中，優(yōu)選的是上述半導(dǎo)體基板是η型基板，上述阱是ρ 型阱，當(dāng)設(shè)上述MEMS結(jié)構(gòu)體的偏置電壓為Vp、設(shè)對(duì)上述MEMS結(jié)構(gòu)體的下方的上述阱施加的電壓為Vwell、設(shè)在上述阱中產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)層的閾值電壓為Vth時(shí)，滿足這樣的條件Vp > 0、 Vwell 彡 0，而且 0< I Vp-Vwell I < Vth |
通過(guò)這樣滿足上述條件，當(dāng)半導(dǎo)體基板是η型基板，阱是ρ型阱時(shí)，形成在固定電極下方的半導(dǎo)體基板上的阱成為耗盡狀態(tài)。而且由于產(chǎn)生在阱中的耗盡層，外觀上的對(duì)置電極之間的距離增大，因而減少了該部分的寄生電容。因而可以減少M(fèi)EMS結(jié)構(gòu)體與半導(dǎo)體基板之間的寄生電容，高頻信號(hào)通過(guò)半導(dǎo)體基板的表面進(jìn)行泄漏的情況消失，可以使MEMS 器件的特性變得穩(wěn)定。并且在上述本發(fā)明的MEMS器件中，該MEMS器件具備MEMS結(jié)構(gòu)體，該MEMS結(jié)構(gòu)體具有隔著絕緣層形成在半導(dǎo)體基板上的固定電極和可動(dòng)電極，其特征在于，在上述固定電極的下方的上述半導(dǎo)體基板上，形成有與上述半導(dǎo)體基板極性相同的阱，在上述半導(dǎo)體基板內(nèi)形成有包圍上述阱、并且具有與上述阱相反的極性的分離用阱，上述阱與上述分離用阱之間、或者上述分離用阱與上述半導(dǎo)體基板之間為反向偏置的結(jié)構(gòu)。根據(jù)該結(jié)構(gòu)可以隔離半導(dǎo)體基板與阱的電位，能以絕對(duì)值高的電壓使MEMS結(jié)構(gòu)體工作，可以減少M(fèi)EMS結(jié)構(gòu)體與半導(dǎo)體基板之間的寄生電容。而且如果采用這種結(jié)構(gòu)，由于阱的電位不會(huì)對(duì)半導(dǎo)體基板的電位產(chǎn)生影響，所以將MEMS結(jié)構(gòu)體與IC(集成電路)等電路一體化進(jìn)行使用變得容易。并且在本發(fā)明的MEMS器件中，優(yōu)選的是上述半導(dǎo)體基板是ρ型基板，上述阱是ρ 型阱，上述分離用阱是η型阱，當(dāng)設(shè)上述MEMS結(jié)構(gòu)體的偏置電壓為Vp、設(shè)對(duì)上述MEMS結(jié)構(gòu)體的下方的上述阱施加的電壓為Vwell、設(shè)在上述阱中產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)層的閾值電壓為Vth時(shí)，滿足這樣的條件Vp > 0，而且0 < Vp-Vwell < Vth0通過(guò)這樣滿足上述條件，當(dāng)半導(dǎo)體基板是ρ型基板，阱是ρ型阱，分離用阱是η型阱時(shí)，形成在固定電極下方的半導(dǎo)體基板上的阱成為耗盡狀態(tài)。而且由于產(chǎn)生在阱中的耗盡層，外觀上的對(duì)置電極之間的距離增大，因而減少了該部分的寄生電容。因而可以減少 MEMS結(jié)構(gòu)體與半導(dǎo)體基板之間的寄生電容，高頻信號(hào)通過(guò)半導(dǎo)體基板的表面進(jìn)行泄漏的情況消失，可以使MEMS器件的特性變得穩(wěn)定。并且在本發(fā)明的MEMS器件中，優(yōu)選的是上述半導(dǎo)體基板是η型基板，上述阱是η 型阱，上述分離用阱是P型阱，當(dāng)設(shè)上述MEMS結(jié)構(gòu)體的偏置電壓為Vp、設(shè)對(duì)上述MEMS結(jié)構(gòu)體的下方的上述阱施加的電壓為Vwell、設(shè)在上述阱中產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)層的閾值電壓為Vth時(shí)，滿足這樣的條件Vp < 0，而且0 < Vp-Vwell < Vth0通過(guò)這樣滿足上述條件，當(dāng)半導(dǎo)體基板是η型基板，阱是η型阱，分離用阱是ρ型阱時(shí)，形成在固定電極下方的半導(dǎo)體基板上的阱成為耗盡狀態(tài)。而且由于產(chǎn)生在阱中的耗盡層，外觀上的對(duì)置電極之間的距離增大，因而減少了該部分的寄生電容。因而可以減少 MEMS結(jié)構(gòu)體與半導(dǎo)體基板之間的寄生電容，高頻信號(hào)通過(guò)半導(dǎo)體基板的表面進(jìn)行泄漏的情況消失，可以使MEMS器件的特性變得穩(wěn)定。


圖1表示第一實(shí)施方式中的MEMS器件的結(jié)構(gòu)，(a)是MEMS器件的局部示意俯視圖，(b)是沿著(a)中的A-A切線的局部示意剖面圖。圖2是表示第一實(shí)施方式中的MEMS器件的制造工序的示意局部剖面圖。圖3是表示第一實(shí)施方式中的MEMS器件的制造工序的示意局部剖面圖。圖4是表示第一實(shí)施方式中的MEMS器件的制造工序的示意局部剖面圖。
圖5是表示變形例1中的MEMS器件的結(jié)構(gòu)的局部示意剖面圖。圖6是表示變形例1中的Vp與Vwell的差(Vp-Vwell)和MEMS結(jié)構(gòu)體與阱之間的電容C的關(guān)系的曲線圖。圖7是表示變形例2中的MEMS器件的結(jié)構(gòu)的局部示意剖面圖。圖8是表示變形例2中的Vp與Vwell的差(Vp-Vwell)和MEMS結(jié)構(gòu)體與阱之間的電容C的關(guān)系的曲線圖。圖9表示第二實(shí)施方式中的MEMS器件的結(jié)構(gòu)，(a)是MEMS器件的局部示意俯視圖，(b)是沿著(a)中的B-B切線的局部示意剖面圖。圖10是表示第二實(shí)施方式中的MEMS器件的制造工序的示意局部剖面圖。圖11是表示第二實(shí)施方式中的MEMS器件的制造工序的示意局部剖面圖。圖12是表示第二實(shí)施方式中的MEMS器件的制造工序的示意局部剖面圖。圖13表示第三實(shí)施方式中的MEMS器件的結(jié)構(gòu)，(a)是MEMS器件的局部示意俯視圖，(b)是沿著(a)中的C-C切線的局部示意剖面圖。圖14是表示變形例3中的MEMS器件的結(jié)構(gòu)的局部示意剖面圖。圖15是表示變形例4中的MEMS器件的結(jié)構(gòu)的局部示意剖面圖。圖16是說(shuō)明現(xiàn)有的MEMS器件中的信號(hào)泄漏的狀態(tài)的說(shuō)明圖。標(biāo)號(hào)說(shuō)明1、2、3、5、6、7、8 =MEMS器件；10 半導(dǎo)體基板；11 氧化硅膜；12 氮化硅膜；13阱； 20 固定電極；21a、21b 輸入側(cè)電極；22 輸出側(cè)電極；24 氧化膜；26 可動(dòng)電極；27 布線層；28 鈍化膜；29 開(kāi)口部；30 :MEMS結(jié)構(gòu)體；31 布線；32 鋁布線；33 布線；34 鋁布線； 35 空腔部;43a、43b 阱；50 固定電極；51a、51b 輸入側(cè)電極；52 輸出側(cè)電極；54 氧化膜；56 可動(dòng)電極；57 布線層；58 鈍化膜；59 開(kāi)口部；60 :MEMS結(jié)構(gòu)體；61 布線；62 鋁布線；63 布線；64 鋁布線；65 空腔部；70 阱；71 分離用阱；80 固定電極；81 輸入側(cè)電極；82 驅(qū)動(dòng)電極；83 輸出側(cè)電極；86 可動(dòng)電極；90 =MEMS結(jié)構(gòu)體；120 半導(dǎo)體基板； 123 阱；131 輸入側(cè)電極；140 半導(dǎo)體基板；143 阱；151 輸入側(cè)電極。
具體實(shí)施例方式在說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式之前，為了便于理解本發(fā)明，首先說(shuō)明在半導(dǎo)體基板上產(chǎn)生寄生電容而使信號(hào)從原本路徑之外的路徑泄漏的原理。首先可以用隔著絕緣體在半導(dǎo)體上形成有金屬的電容器作為模型來(lái)解說(shuō)上述現(xiàn)象，以使用了 P型半導(dǎo)體的MOS電容器為例進(jìn)行說(shuō)明。在使用了 ρ型半導(dǎo)體的MOS電容器的電容-電壓特性中，公知的是在柵極電壓為負(fù)時(shí)是蓄積狀態(tài)；在對(duì)柵極施加正電壓時(shí)是耗盡狀態(tài)；在對(duì)柵極施加較大的正電壓時(shí)是翻轉(zhuǎn)狀態(tài)。在蓄積狀態(tài)下，在基板表面上產(chǎn)生載流子(空穴)，基板表面附近的導(dǎo)體電阻降低，容易產(chǎn)生向橫向的信號(hào)泄漏。另外，在耗盡狀態(tài)下，由于外觀上對(duì)置電極之間的距離增加，因而該部分的寄生電容減少，在基板表面附近不會(huì)產(chǎn)生載流子，不易引起向橫向的信號(hào)泄漏。此外，在翻轉(zhuǎn)狀態(tài)下，在基板表面產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)層，在此激發(fā)出具有相反符號(hào)的載流子，從而在基板表面容易產(chǎn)生向橫向的信號(hào)泄漏。
這樣在耗盡狀態(tài)下，在基板表面不易產(chǎn)生向橫向的信號(hào)泄漏。而且由于MEMS器件一般以較高的電壓進(jìn)行動(dòng)作，所以產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)層的電壓(閾值電壓)值越高，則越不易在基板表面引起信號(hào)泄漏。并且當(dāng)在半導(dǎo)體基板上形成阱時(shí)，在對(duì)基板表面施加了電壓的情況下，在達(dá)到更高的施加電壓之前，不易產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)層。MOS電容器的產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)層的電壓可以用MOS晶體管的閾值電壓導(dǎo)出式來(lái)表示。式 (1)表示使用Ρ型阱時(shí)的閾值電壓vt。數(shù)學(xué)式1
權(quán)利要求
1.一種MEMS器件，該MEMS器件具備半導(dǎo)體基板和MEMS結(jié)構(gòu)體，該MEMS結(jié)構(gòu)體具有隔著絕緣層形成在上述半導(dǎo)體基板上的固定電極和可動(dòng)電極，其特征在于，在上述半導(dǎo)體基板上具有形成為包圍上述MEMS結(jié)構(gòu)體的布線層，在上述固定電極的下方的上述半導(dǎo)體基板上形成有阱，該阱為P型阱和η型阱之一，在對(duì)上述固定電極施加正電壓的情況下，上述阱為P型阱；在對(duì)上述固定電極施加負(fù)電壓的情況下，上述阱為η型阱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS器件，其特征在于，上述固定電極具有輸入側(cè)電極，上述輸入側(cè)電極的一端延伸向上述布線層，并與布線連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS器件，其特征在于，對(duì)上述阱施加電壓，以使上述阱成為耗盡狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的MEMS器件，其特征在于，上述半導(dǎo)體基板是P型基板，上述阱是η型阱，當(dāng)設(shè)上述MEMS結(jié)構(gòu)體的偏置電壓為Vp、設(shè)對(duì)上述MEMS結(jié)構(gòu)體的下方的上述阱施加的電壓為Vwell、設(shè)在上述阱中產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)層的閾值電壓為Vth時(shí)，滿足這樣的條件Vp < 0、 Vwell 彡 0，而且 0 < I Vp-Vwell | < |Vth|。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的MEMS器件，其特征在于，上述半導(dǎo)體基板是η型基板，上述阱是P型阱，當(dāng)設(shè)上述MEMS結(jié)構(gòu)體的偏置電壓為Vp、設(shè)對(duì)上述MEMS結(jié)構(gòu)體的下方的上述阱施加的電壓為Vwell、設(shè)在上述阱中產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)層的閾值電壓為Vth時(shí)，滿足這樣的條件Vp > 0、 Vwell 彡 0，而且 0< I Vp-Vwell I < Vth |
全文摘要
本發(fā)明提供一種MEMS器件，該MEMS器件可以減少M(fèi)EMS結(jié)構(gòu)體和半導(dǎo)體基板之間的寄生電容。MEMS器件(1)具備MEMS結(jié)構(gòu)體(30)，該MEMS結(jié)構(gòu)體(30)具有隔著絕緣層形成在半導(dǎo)體基板(10)上的固定電極20和可動(dòng)電極(26)，在固定電極(20)的下方的半導(dǎo)體基板(10)上形成有阱(13)，當(dāng)固定電極(20)被施加正的電壓時(shí)，阱(13)是p型阱。另外，對(duì)阱(13)施加電壓以使阱(13)成為耗盡狀態(tài)。該電壓為使阱(13)維持耗盡狀態(tài)的電壓。
文檔編號(hào)B81B3/00GK102173374SQ20111009090
公開(kāi)日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2007年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月24日
發(fā)明者佐藤彰, 森岳志, 渡邊徹, 稻葉正吾 申請(qǐng)人:精工愛(ài)普生株式會(huì)社