微機(jī)電系統(tǒng)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種將諧振器、傳感器、致動器等的功能元件、及/或電子電路集成于一個基板上的 MEMS (Micro Electro Mechanical Systems:微機(jī)電系統(tǒng))裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]例如，在作為功能元件而具備靜電電容型的諧振器的MEMS裝置中，諧振器在真空狀態(tài)下被密封于基板上所形成的空腔內(nèi)。此外，為了防止灰塵或水分的影響，即使是無需真空密封的功能元件，也被密封于該空腔內(nèi)。
[0003]在將這種功能元件和半導(dǎo)體電路元件集成于一個半導(dǎo)體基板上的情況下，以往將功能元件設(shè)置于該半導(dǎo)體基板上，并通過利用絕緣膜等來包圍功能元件的周圍，從而形成空腔。因此，對于未實施研磨空腔的上層而形成空腔結(jié)構(gòu)而言，無需考慮相對于由研磨產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力的強(qiáng)度。
[0004]另一方面，在半導(dǎo)體基板上形成溝槽并在溝槽內(nèi)形成空腔的情況下，能夠在覆蓋空腔的蓋部上設(shè)置絕緣層，并在絕緣層上形成配線。為了在絕緣層上形成配線，優(yōu)選為，通過CMP (Chemical Mechanical Polishing:化學(xué)機(jī)械研磨)而對被設(shè)置于蓋部上的絕緣層進(jìn)行加工，從而對絕緣層的表面進(jìn)行平坦化。此時，如果空腔結(jié)構(gòu)不具有足夠的相對于機(jī)械應(yīng)力的強(qiáng)度，則蓋部將發(fā)生變形，從而有可能使空腔的氣密性與功能元件的特性受損。
[0005]作為相關(guān)的技術(shù)，在專利文獻(xiàn)I中，公開了一種在實現(xiàn)小型化以及薄型化的同時，能夠?qū)⑹占{有MEMS裝置的空腔維持為高氣密性，且實現(xiàn)了高品質(zhì)化以及高可靠性的氣密封裝件。在該氣密封裝件中，通過經(jīng)由框部而將MEMS裝置基板與IC基板接合，從而形成對MEMS裝置進(jìn)行收納的空腔。
[0006]此外，專利文件2中，公開了一種在經(jīng)由粘接層而使半導(dǎo)體基板與支承體粘合的情況下，能夠在預(yù)定區(qū)域中容易設(shè)置空腔空間的半導(dǎo)體裝置。該半導(dǎo)體裝置具備半導(dǎo)體基板、包圍半導(dǎo)體基板的空腔形成區(qū)域的周圍的多個柱狀結(jié)構(gòu)物、和經(jīng)由粘結(jié)層以及柱狀結(jié)構(gòu)物而被粘合于半導(dǎo)體基板的表面上的支承體，其中，裝置元件被密封于通過半導(dǎo)體基板、柱狀結(jié)構(gòu)物和支承體而被包圍的空腔內(nèi)。
[0007]而且，專利文獻(xiàn)3中，公開了一種具有如下結(jié)構(gòu)的MEMS元件，所述結(jié)構(gòu)在有外力施加于樹脂傳遞模塑等的邊緣時，能夠防止在電極靠近可動部的方向上應(yīng)力被施加于電極上的情況。該MEMS元件具有基板以及密封薄膜，并且實施機(jī)械振動的可動部以及位置靠近可動部的電極被設(shè)置于基板與密封薄膜之間，且可動部和電極在與基板表面垂直的方向上具有隔開間隙而相互重疊的區(qū)域，而且在基板與密封薄膜之間，形成有通過電極而被隔開的第一空腔以及第二空腔，從處于可動部與電極重疊的區(qū)域的電極觀察時，第一空腔在與基板表面垂直的方向上位于可動部側(cè)，從處于可動部與電極重疊的區(qū)域的電極觀察時，第二空腔在與基板表面垂直的方向上位于可動部的相反側(cè)，與第一空腔的電極接觸的側(cè)壁的內(nèi)側(cè)表面和與第二空腔的電極接觸的側(cè)壁的內(nèi)側(cè)表面相比，在與基板表面平行的方向上位于更內(nèi)側(cè)。
[0008]在專利文獻(xiàn)I中，為了形成空腔而使用了多個基板。因此，無法將MEMS裝置與半導(dǎo)體電路元件集成到一個基板上。另一方面，在專利文獻(xiàn)2以及專利文獻(xiàn)3中，在單一基板上形成了空腔。但是，并未公開在基板的溝槽內(nèi)形成空腔的內(nèi)容、與對被形成于空腔的上層上的絕緣層的表面進(jìn)行平坦化的內(nèi)容。
[0009]專利文獻(xiàn)1:日本特開2009-59941號公報(第0013?0014段、圖1)
[0010]專利文獻(xiàn)2:國際公開W02008/023826號再公布公報(說明書摘要、第0003段、圖5)
[0011]專利文獻(xiàn)3:日本專利第5192610號公報(第0017段、圖1)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]因此，鑒于上述情況，本發(fā)明的一個目的在于，在將功能元件和半導(dǎo)體電路元件集成于一個半導(dǎo)體基板上的MEMS裝置中，提高在半導(dǎo)體基板的溝槽內(nèi)對功能元件進(jìn)行收納的空腔結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度，并防止對空腔進(jìn)行覆蓋的蓋部的由機(jī)械應(yīng)力產(chǎn)生的變形。
[0013]為了解決以上問題，本發(fā)明的一個觀點所涉及的MEMS裝置具備:半導(dǎo)體基板，其在主面的第一區(qū)域中形成有溝槽，并且在主面的第二區(qū)域中形成有半導(dǎo)體電路元件的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域；功能元件，其直接或經(jīng)由絕緣膜而被設(shè)置于半導(dǎo)體基板的溝槽的底面上；壁部，其被設(shè)置于半導(dǎo)體基板的溝槽內(nèi)，并在功能元件的周圍形成空腔；蓋部，其對空腔進(jìn)行覆蓋；支柱，其被設(shè)置于空腔內(nèi)，并與半導(dǎo)體基板的溝槽的底面或絕緣膜、和蓋部的背面接觸。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個觀點，設(shè)置有在功能元件的周圍形成空腔的壁部和對空腔進(jìn)行覆蓋的蓋部，所述功能元件直接或經(jīng)由絕緣膜而被設(shè)置于半導(dǎo)體基板的溝槽的底面上，而且，在空腔內(nèi)設(shè)置有與半導(dǎo)體基板的溝槽的底面或絕緣膜、和蓋部的背面接觸的支柱。由此，提高了在半導(dǎo)體基板的溝槽內(nèi)對功能元件進(jìn)行收納的空腔結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度，并能夠防止對空腔進(jìn)行覆蓋的蓋部的由機(jī)械應(yīng)力造成的變形。
[0015]在此，也可以采用如下方式，S卩，MEMS裝置還具備絕緣層，所述絕緣層對蓋部以及被設(shè)置有半導(dǎo)體電路元件的半導(dǎo)體基板的主面進(jìn)行覆蓋。由此，即使在對功能元件進(jìn)行收納的空腔的上層上，也能夠與半導(dǎo)體電路元件的上層相同地采用標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體晶片工藝來配置配線層，從而提高了 MEMS裝置的設(shè)計自由度。
[0016]在這種情況下，優(yōu)選為，蓋部上的絕緣層的表面通過CMP (化學(xué)機(jī)械研磨)而被加工。由此，蓋部上的絕緣層的表面被平坦化，從而容易在絕緣層上形成配線。
[0017]在上述結(jié)構(gòu)中，也可以采用如下方式，S卩，支柱與蓋部的背面的中央部接觸。由于在蓋部中最容易變形的是中央部，因此通過支柱來支承蓋部的背面的中央部，從而能夠有效地防止蓋部的變形。此外，也可以采用如下方式，即，功能元件的至少一部分構(gòu)成支柱。由此，能夠有效地利用空腔內(nèi)的空間。
[0018]或者，也可以采用如下方式，S卩，支柱與壁部一體構(gòu)成。由此，由于支柱的位置通過壁部而被固定，因此能夠防止由被施加于空腔的上層上的機(jī)械應(yīng)力造成的支柱的位置偏移或傾斜。
[0019]或者，也可以采用如下方式，S卩，支柱被設(shè)置于功能元件與壁部之間的中央部處。在該情況下，能夠在確?？涨坏某叽绲耐瑫r，利用支柱來支承在功能元件與壁部之間蓋部易于變形的位置。
[0020]在上述結(jié)構(gòu)中，也可以采用如下方式，即，支柱兼作與功能元件電連接的外部連接電極。由此，支柱能夠起到防止蓋部變形和實現(xiàn)功能元件的電連接的雙重作用。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的第一實施方式所涉及的MEMS裝置的溝槽內(nèi)的俯視圖。
[0022]圖2為表示圖1的A-A’線中的MEMS裝置的主要部分的剖視圖。
[0023]圖3為本發(fā)明的第一實施方式所涉及的MEMS裝置的制造工序的剖視圖。
[0024]圖4為本發(fā)明的第一實施方式所涉及的MEMS裝置的制造工序的剖視圖。
[0025]圖5為本發(fā)明的第二實施方式所涉及的MEMS裝置的溝槽內(nèi)的俯視圖。
[0026]圖6為表示圖5的B-B’線中的MEMS裝置的主要部分的剖視圖。
【具體實施方式】
[0027]以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。另外，對相同的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)記相同的參照符號，并省略重復(fù)說明。
[0028]本發(fā)明的各個實施方式所涉及的MEMS裝置為，將諧振器、傳感器、致動器等的功能元件、以及電子電路集