專利名稱：Mems振子及其制造方法
技術領域：
本發明涉及MEMS振子及其制造方法。
背景技術：
近年來，在加速度傳感器、視頻器件等中逐步看到MEMS的發展。MEMS是Micro Electro Mechanical System(微機電系統)的縮寫，其包含的概念范圍中存在各種解釋，有時也被稱為顯微機械加工(micromachine)、MST(微系統技術Micro System Technology)，但通常是指“使用半導體制造技術制作的微小的功能元件」。它是以現有的半導體中培養出的微細加工技術為基礎制造的。但是，現在是以MEMS單體進行制造，或者利用制造IC后制作等的工藝進行制造。
隨著半導體器件的微細化、高集成化的趨勢，通孔或接觸孔(下面簡稱為孔)微細化，因此要求金屬配線具有高的可靠性。所以，在孔中，配線金屬的高有效率是必不可少的，作為改善通孔或接觸孔中的配線金屬的有效率，即使在孔的長徑比大的情況下也能改善配線金屬的有效率的方法，已提出有如下的半導體器件的制造方法，所述制造方法包括在所形成的孔的底部附近的包圍孔的位置上預先形成阻止膜的工序；以及在阻止膜的內壁形成側壁的工序(例如，參照專利文獻1)。
并且，在具有厚的場氧化膜的絕緣柵型等半導體裝置的制造方法中，若其場氧化膜的加工形狀差，則柵電極、流入主電流的A1等的主配線上，在場氧化膜的肩口上配線變細，極端的情況下，產生配線的分段，電極配線的可靠性明顯受損。為了解決這種問題，已提出有如下的半導體裝置的制造方法，所述制造方法能夠容易地在厚的場氧化膜上形成任意角度的錐形，并且，提高了錐形角度的加工控制性(例如，參照專利文獻2)。
專利文獻1日本特開平5-6891號公報專利文獻2日本特開平7-66280號公報以往，即使在MEMS振子的MEMS結構體部分上產生側壁狀的蝕刻殘留物，也仍用較強的過蝕刻(over etching)去除，或保留。今后，在與IC制造同時形成的MEMS工藝中，需要使MEMS結構部平坦化。所以，只要能夠防止MEMS結構體部分的側壁狀的蝕刻殘留物，就能夠提高MEMS振子的可靠性。

發明內容
本發明的目的在于，通過防止MEMS結構體部分的側壁狀的蝕刻殘留物，提供可靠性高的MEMS振子及其制造方法。
(1)本發明的MEMS振子包括基板；固定電極，其形成于所述基板上；以及可動電極，其與所述固定電極對置配置，通過作用于與所述固定電極之間的縫隙上的靜電引力或靜電斥力進行驅動，所述可動電極在與所述固定電極對置的所述可動電極的支撐梁的內側面具有傾斜面。
根據本發明，可動電極的支撐梁的內側面為傾斜面，可以使可動電極的支撐梁的截面形狀光滑，能夠防止可動電極的側壁狀的蝕刻殘留物。由此，能夠改善MEMS結構體的動作的妨礙或漏電等，能夠提供可靠性高的MEMS振子。
(2)該MEMS振子的所述傾斜面也可以具有傾斜角。
(3)本發明的MEMS振子包括基板；固定電極，其形成于所述基板上；以及可動電極，其與所述固定電極對置配置，通過作用于與所述固定電極之間的縫隙上的靜電引力或靜電斥力進行驅動，所述固定電極在側面部具有錐形面。
根據本發明，通過固定電極的側面部的錐形面，可使固定電極的側面部的截面形狀光滑，能夠防止可動電極的側壁狀的蝕刻殘留物。由此，能改善MEMS結構體的動作的妨礙或漏電等，能夠提供可靠性高的MEMS振子。
(4)在該MEMS振子中，所述錐形面也可以具有傾斜角。
(5)該MEMS振子的所述縫隙也可以為恒定的間隔。
(6)本發明的MEMS振子的制造方法包括如下工序在基板上形成在側面部具有側壁的固定電極；以及在所述固定電極上方設置縫隙而以對置配置的方式形成可動電極。
根據本發明，通過在固定電極的側面部形成側壁，使可動電極的支撐梁的內側面為傾斜面，從而可使可動電極的支撐梁的截面形狀光滑，防止可動電極的側壁狀的蝕刻殘留物。由此，能夠改善MEMS結構體的動作的妨礙或漏電等，能夠提供可靠性高的MEMS振子的制造方法。
(7)本發明的MEMS振子的制造方法包括如下工序在基板上形成在側面部具有錐形面的固定電極；以及在所述固定電極上方設置縫隙而以對置配置的方式形成可動電極。
根據本發明，通過固定電極的側面部的錐形面，可使固定電極的側面部的截面形狀光滑，防止可動電極的側壁狀的蝕刻殘留物。由此，能夠改善MEMS結構體的動作的妨礙或漏電等，能夠提供可靠性高的MEMS振子的制造方法。
(8)該MEMS振子的制造方法，所述可動電極的形成還包括如下工序在所述固定電極上形成犧牲膜(sacrifice film)；以及，之后在所述基板和所述犧牲膜上以與所述固定電極的至少一部分對置配置的方式形成所述可動電極。


圖1是示出應用了本發明的第1實施方式的MEMS振子的概要俯視圖。
圖2是應用了本發明的第1實施方式的MEMS振子的剖視圖。
圖3是用于說明應用了本發明的第1實施方式的MEMS振子的制造方法的圖。
圖4是用于說明應用了本發明的第1實施方式的MEMS振子的制造方法的圖。
圖5是示出應用了本發明的第2實施方式的MEMS振子的概要俯視圖。
圖6是應用了本發明的第2實施方式的MEMS振子的剖視圖。
圖7是用于說明應用了本發明的第2實施方式的MEMS振子的制造方法的圖。
圖8是用于說明應用了本發明的第2實施方式的MEMS振子的制造方法的圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖，說明應用了本發明的實施方式。
(第1實施方式)圖1是示出應用了本發明的第1實施方式的MEMS振子的概要俯視圖。圖2是應用了本發明的第1實施方式的MEMS振子的剖視圖。如圖2所示，本實施方式的MEMS振子由基板10和設置在該基板10表面上的MEMS結構體構成。
基板10可以使用單晶半導體基板，例如硅(Si)、鎵砷(GaAs)等基板。特別優選單晶硅基板。在基板10的表面上形成有由多晶硅構成的固定電極12和可動電極14。
固定電極12整體構成為薄板狀，隔著絕緣膜11配置在基板10上。固定電極12的側面部形成有側壁16。此處，側壁示出厚度隨著靠近固定電極12的基部側(基板10側)而增加的狀態。側壁16的外周面可以是平面或曲面。側壁16可以具有傾斜角。側壁16的傾斜角度具有例如5度～15度的傾斜度。固定電極12配線于配線層18上，所述配線層18貫通犧牲膜20和絕緣膜22并在絕緣膜22上延伸。固定電極12通過配線層18配線，而也可以構成為利用導體配線，所述導體設置在與配線層18不同的層上，并由Cu、Al、Ta、Cr、W等金屬等構成。
可動電極14整體構成為薄板狀，配置在固定電極12的正上方。可動電極14利用支撐梁24構成為所謂的單梁式。并且，支撐梁24構成為帶狀或棒狀，設置于其端部的被固定部26隔著絕緣膜11設置在基板10上。可動電極14也可以由兩梁式或3處以上的支撐梁構成。可動電極14隔著縫隙28與固定電極12對置配置。縫隙28可以為恒定的間隔。可動電極14在與固定電極12對置的可動電極14的支撐梁24的內側面具有傾斜面40。傾斜面40可以是平面或曲面。傾斜面40可以是在可動電極14的支撐梁24的內側面的整個區域上連續的面。傾斜面40可以具有傾斜角。傾斜面40的傾斜角度具有例如5度～15度的傾斜度。通過設置傾斜面40，可以將支撐梁24設置得較長。可動電極14的被固定部26配線于配線層30上，所述配線層30貫通絕緣膜22并在絕緣膜22上延伸。可動電極14的被固定部26通過配線層30配線，而也可以構成為利用導體配線，所述導體設置在與配線層30不同的層上，并由Cu、Al、Ta、Cr、W等金屬等構成。
開口部32是在固定電極12的一部分和可動電極14的可動部分大致對應的區域上開口，以便在可動電極14和固定電極12之間確保預定的縫隙28。
此處，可動電極14構成為板狀，支撐梁24構成為梁狀(細寬的帶狀或棒狀)，從而構成為當可動電極14像后述那樣沿靠近或遠離固定電極12的方向移動時，主要是支撐梁24撓曲變形，可動電極14相比于支撐梁24難以變形。可動電極14通過支撐梁24在基板10上與下層的固定電極12之間具有縫隙28的狀態下進行支撐，其結果，可動電極14處于可通過支撐梁24的彈性變形向基板10側移動的狀態。
配線層18、30上形成有配線層絕緣膜34，在該配線層絕緣膜34上形成有保護膜36。
本實施方式的MEMS振子中，可動電極14利用在與固定電極12的縫隙28上作用的靜電引力或靜電斥力進行驅動。通過在配線層18和配線層30之間施加周期性的變動電壓，在固定電極12和可動電極14之間產生周期性的靜電引力或靜電斥力，能夠使可動電極14振動。該情況下，眾所周知，也可以對可動電極14施加交流電壓，在與直流接地的固定電極12之間產生周期性的電壓變動，或在固定電極12和可動電極14之間施加DC偏壓的狀態下，供給交流電壓。例如，在固定電極12和可動電極14之間設定預定的DC偏壓，向可動電極14供給輸入信號(交流電壓)。
另外，本實施方式的MEMS振子，基板10使用半導體基板的情況下，在半導體基板內形成用于驅動上述可動電極的驅動電路、用于得到輸出信號的輸出電路、用于導入輸入信號的輸入電路、組入上述振子結構體的振蕩電路等各種電路。或者，通過形成在半導體基板上，能夠將振子結構體和電路結構一體化。這樣的半導體裝置的結構，與使用相當于上述振子結構體的其它振子元件的情況和獨立構成振子結構體和電路結構的情況相比，可實現大幅度的壓縮化。并且，也能夠排除各電路間的配線上的冗余性，可期待特性提高。
在本實施方式的MEMS振子中，可動電極14的支撐梁24的內側面為傾斜面40，從而能夠使可動電極14的支撐梁24的截面形狀光滑，防止可動電極14的側壁狀的蝕刻殘留物，所以消除對可動電極14的振動動作的影響。也無需固定電極12和可動電極14之間的電漏總線的路徑。即，能夠改善MEMS振子的動作的妨礙或漏電等。
接著，參照附圖，說明應用了本發明的第1實施方式的MEMS振子的制造方法。
圖3、圖4是用于說明應用了本發明的第1實施方式的MEMS振子的制造方法的圖。本實施方式的MEMS振子的制造方法首先如圖3(A)所示準備基板10。基板10的材料為例如SiN。基板10的厚度為例如約100～2000×0.1nm左右。另外，可以利用濺射法或熱氧化法等在該基板10的表面上形成由氧化硅(SiO2)等構成的絕緣膜(未圖示)。該絕緣膜也可以由自然形成于基板表面的自然氧化膜構成。而且，可以利用濺射法或CVD(化學氣相沉積)法等在上述絕緣膜上形成由氮化硅(Si3N4)等構成的絕緣膜11。該絕緣膜11主要是以制造上的觀點設置的，可以起到例如在進行后述的犧牲膜的蝕刻時的蝕刻阻止膜的作用。
接著，在基板10上隔著絕緣膜11形成固定電極12A。固定電極12A的形成方法為例如蝕刻形成于基板10上的MEMS下部結構體。MEMS下部結構體的材料為例如POLY-Si。MEMS下部結構體的厚度為例如約1000～4000×0.1nm。
然后，如圖3(B)所示，在絕緣膜11和固定電極12A上形成絕緣膜38。絕緣膜38的厚度為例如約100～4000×0.1nm。絕緣膜38用于后述的在可動電極14和固定電極12之間形成縫隙時。絕緣膜38構圖成至少存在于后述的固定電極12A的側面部區域。此時，優選絕緣膜38構圖成僅存在于固定電極12A的側面部區域。
接著，如圖3(C)所示，蝕刻絕緣膜38，形成側壁16。側壁16可以是在固定電極12A的全周上連續的面。包括固定電極12A和側壁16的截面形狀為其寬度的下部相對于上部而增大。
然后，如圖3(D)所示，在固定電極12A上形成犧牲膜20。通過形成犧牲膜20，從而在犧牲膜20的下面形成固定電極12。犧牲膜20的形成方法是利用例如熱氧化處理來形成。犧牲膜20的厚度為例如約100～2000×0.1nm。犧牲膜20用于在后述的在可動電極14和固定電極12之間形成縫隙時。犧牲膜20被構圖成至少存在于包括后述的可動電極14的形成區域的區域。此時，優選犧牲膜20構圖成僅限存在于可動電極14的形成區域。
然后，如圖3(E)所示，在絕緣膜11、犧牲膜20和側壁16上形成可動電極14，所述可動電極14與固定電極12的至少一部分成對置配置。可動電極14形成為在固定電極12上隔著犧牲膜20和側壁16對置配置。可動電極14通過支撐梁24構成為所謂的單梁式。并且，支撐梁24構成為帶狀或棒狀，設置于其端部的被固定部26隔著絕緣膜11設置在基板10上。可動電極14的形成方法為例如對形成于絕緣膜11和犧牲膜20上的MEMS上部結構體進行蝕刻。MEMS上部結構體的材料為例如POLY-Si。MEMS上部結構體的厚度為例如約1000～4000×0.1nm。
然后，如圖4(A)所示，在絕緣膜11、犧牲膜20、固定電極12以及側壁16上形成絕緣膜22。絕緣膜22的材料為例如TEOS(四乙基正硅酸鹽)+BPSG(硼磷硅酸鹽玻璃)(硅酸鹽玻璃膜)等。絕緣膜22的厚度為例如TEOS(約1000×0.1nm)+BPSG(約8000×0.1nm)。
然后，如圖4(B)所示，在絕緣膜22上形成配線層18、30。配線層18與固定電極12連接，貫通犧牲膜20和絕緣膜22，在絕緣膜22上延伸。配線層30與可動電極14的被固定部26連接，貫通絕緣膜22，在絕緣膜22上延伸。配線層18、30的材料為AlSiCu或AlCu(含有鋁的合金)。配線層18、30的厚度為例如約5000～20000×0.1nm。若該工序結束，則在基板10上形成有構成MEMS振子的所有的構成要素。
接著，如圖4(C)所示，在絕緣膜22以及配線層18、30上形成配線層絕緣膜34。配線層絕緣膜34的形成方法為例如通過CVD法形成。配線層絕緣膜34的厚度為例如約5000～10000×0.1nm。
進一步，在配線層絕緣膜34上形成保護膜36。保護膜36的形成方法為例如通過CVD法形成氧化膜+氮化膜。保護膜36的厚度為例如氧化膜(約4000×0.1nm)+氮化膜(約4000～10000×0.1nm)。
接著，如圖4(D)所示，使MEMS釋放窗開口。MEMS釋放窗從保護膜36上到可動電極14上，是與可動電極14的可動部分大致對應的區域的開口部32A。
然后，如圖2所示，釋放MEMS部。通過MEMS部的釋放，在與開口部32A對應的部分上的犧牲膜20和側壁16被去除，由此，形成開口部32，以便在可動電極14和固定電極12之間確保預定的縫隙28。在MEMS部的釋放中，使用氫氟酸類的蝕刻液，實施濕式蝕刻，從而去除與開口部32A對應的部分的犧牲膜20和側壁16。
在本實施方式的MEMS振子的制造方法中，在固定電極12的側面部形成側壁16，從而可以使可動電極14的支撐梁24的內側面為傾斜面40，使可動電極14的支撐梁24的截面形狀光滑。由此，能夠防止可動電極14的側壁狀的蝕刻殘留物，因此不會在釋放蝕刻中產生塵垢。由于不會在釋放蝕刻中產生塵垢，釋放蝕刻的時間上的加工冗余增加。工藝上的加工條件(可動電極14的蝕刻)的冗余增加。
(第2實施方式)圖5是示出應用了本發明的第2實施方式的MEMS振子的概要俯視圖。圖6是應用了本發明的第2實施方式的MEMS振子的剖視圖。如圖6所示，本實施方式的MEMS振子由基板10和設置于基板10表面上的MEMS結構體構成。
固定電極12在側面部具有錐形面42。此處，錐形是表示隨著靠近固定電極12的端部，固定電極12的厚度減少的狀態。錐形面42可以是平面或曲面。錐形面42可以是在固定電極12的全周連續面。錐形面42具有傾斜角。錐形面42的傾斜角度具有例如5～15度的傾斜度。錐形化的固定電極12的截面形狀為下部的寬度大于上部的寬度。
在本實施方式的MEMS振子中，固定電極12的側面部的錐形面42，通過使固定電極12的側面部的截面形狀光滑，防止可動電極14的側壁狀的蝕刻殘留物，從而消除對可動電極14的振動動作的影響。固定電極12的側面部的錐形面42和可動電極14對置，所以固定電極12與可動電極14的對置面積增加。因此，能夠增加固定電極12與可動電極14之間的靜電引力或靜電斥力。
接著，參照附圖，說明應用了本發明的第2實施方式的MEMS振子的制造方法。
圖7、圖8是用于說明應用了本發明的第2實施方式的MEMS振子的制造方法的圖。本實施方式的MEMS振子的制造方法首先如圖7(A)所示準備基板10。
接著，在基板10上隔著絕緣膜11在側面部形成具有錐形面42A的固定電極12A。此時，向MEMS下部結構體導入雜質，以便使側面具有傾斜的錐面，設定蝕刻條件。
然后，如圖7(B)所示，在固定電極12A上形成犧牲膜20。
接著，如圖7(C)所示，在絕緣膜11和犧牲膜20上形成可動電極14，所述可動電極14與固定電極12的至少一部分成對置配置。可動電極14形成為在固定電極12上隔著犧牲膜20對置配置。
然后，如圖7(D)所示，在絕緣膜11、犧牲膜20以及固定電極12上形成絕緣膜22，絕緣膜22的上面為平坦化。
接著，如圖8(A)所示，在絕緣膜22上形成配線層18、30。若該工序結束，則在基板10上形成有構成MEMS振子的所有的構成要素。
然后，如圖8(B)所示，在絕緣膜22以及配線層18、30上形成配線層絕緣膜34。
接著，如圖8(C)所示，在配線層絕緣膜34上形成保護膜36。
然后，如圖8(D)所示，使MEMS釋放窗開口。MEMS釋放窗從保護膜36上到可動電極14上，是與可動電極14的可動部分大致對應的區域的開口部32A。
然后，如圖6所示，釋放MEMS部。通過MEMS部的釋放，在與開口部32A對應的部分上的犧牲膜20被去除，由此，形成開口部32，以便在可動電極14和固定電極12之間確保預定的縫隙28。在MEMS部的釋放中，使用氫氟酸類的蝕刻液，實施濕式蝕刻，從而去除與開口部32A對應的部分的犧牲膜20。
在本實施方式的MEMS振子的制造方法中，固定電極12的側面部的錐形面42，通過使固定電極12的側面部的截面形狀光滑，防止可動電極14的側壁狀的蝕刻殘留物，因此不會在釋放蝕刻中產生塵垢。對于其它的結構和制造方法，可以應用在第1實施方式中說明的內容。
本發明不限于上述的實施方式，在MEMS-CMOS集成工藝中，可以應用于所有的結構體形成。例如，作為MEMS，可以舉出開關、諧振器、加速度傳感器、致動器等。
權利要求
1.一種MEMS振子，所述MEMS振子包括基板；固定電極，其形成于所述基板上；以及可動電極，其與所述固定電極對置配置，通過作用于該可動電極與所述固定電極之間的縫隙上的靜電引力或靜電斥力進行驅動，所述可動電極在與所述固定電極對置的所述可動電極的支撐梁的內側面具有傾斜面。
2.根據權利要求1所述的MEMS振子，其中，所述傾斜面具有傾斜角。
3.一種MEMS振子，所述MEMS振子包括基板；固定電極，其形成于所述基板上；以及可動電極，其與所述固定電極對置配置，通過作用于該可動電極與所述固定電極之間的縫隙上的靜電引力或靜電斥力進行驅動，所述固定電極在側面部具有錐形面。
4.根據權利要求3所述的MEMS振子，其中，所述錐形面具有傾斜角。
5.根據權利要求1或3所述的MEMS振子，其中，所述縫隙為恒定的間隔。
6.一種MEMS振子的制造方法，所述制造方法包括如下工序在基板上形成固定電極，該固定電極在側面部具有側壁；以及在所述固定電極上方設置縫隙而以對置配置的方式形成可動電極。
7.一種MEMS振子的制造方法，所述制造方法包括如下工序在基板上形成固定電極，該固定電極在側面部具有錐形面；以及在所述固定電極上方設置縫隙而以對置配置的方式形成可動電極。
8.根據權利要求6或7所述的MEMS振子的制造方法，其中，所述可動電極的形成還包括如下工序在所述固定電極上形成犧牲膜；以及之后在所述基板和所述犧牲膜上以與所述固定電極的至少一部分對置配置的方式形成所述可動電極。
全文摘要
本發明的課題是通過防止MEMS結構體部分的側壁狀的蝕刻殘留物來提供可靠性高的MEMS振子及其制造方法。作為解決手段，本發明的MEMS振子包括基板(10)；固定電極(12)，其形成于基板(10)上；以及可動電極(14)，其與固定電極(12)對置配置，通過作用于該可動電極(14)與固定電極(12)之間的縫隙(28)上的靜電引力或靜電斥力進行驅動，可動電極(14)在與固定電極(12)對置的可動電極(14)的支撐梁(24)的內側面具有傾斜面(40)。
文檔編號B81C1/00GK1966392SQ20061014848
公開日2007年5月23日 申請日期2006年11月17日 優先權日2005年11月17日
發明者稻葉正吾, 佐藤彰 申請人:精工愛普生株式會社