Mems器件的制作方法

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IC (Integrated 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l: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n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p型阱；当 对MEMS结构体的固定电极施加负电压时，阱为n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p型 基板，上述阱是n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、 Vwel&0， 而且0<|Vp-Vwell|<|Vth|。
通过这样满足上述条件，当半导体基板是p型基板，阱是n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n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Vwdl、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、 VwelgO,
而且0<|Vp-Vwell|<|Vth|。
通过这样满足上述条件，当半导体基板是n型基板，阱是p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p型 基板，上述阱是p型阱，上述分离用阱是n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Vwdl、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<Vth。
通过这样满足上述条件，当半导体基板是p型基板，阱是p型阱， 分离用阱是n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
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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n型 基板，上述阱是n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(KVp-VwelKVth。
通过这样满足上述条件，当半导体基板是n型基板，阱是n型阱， 分离用阱是p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Vwdl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 p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p型阱时的阈值电压Vt。数学式1
K =-ln
)、
乂
'V w'…(1)
此处，k是玻尔兹曼常数、
T是温度、
q是电荷的绝对值、
NA是受体浓度、
ni是本征载流子浓度、
Ci是绝缘膜的每单位面积的电容、
e。是真空中的介电常数、^是绝缘膜的相对介电常数。
根据该式子可知，开始翻转的阈值电压依赖于半导体基板部分的受 体浓度。由于受体浓度可以与阱的载流子浓度大致近似，所以可知载流 子浓度越大，就越可以将MOS电容器维持在耗尽状态直到较高的电压。
并且当考虑不形成阱而原样地使用了 p型硅基板的情况时，由于基 板的载流子浓度与形成阱时相比变小，因而根据式(1)可以理解，产生 翻转层的电压变低，可在耗尽状态下使用的电压范围变窄。通过这样形
成阱，可以在更宽的范围内削减在MEMS器件中的寄生电容。
另外，在形成阱的情况下，可以不依赖于所使用的基板种类(p型
基板或者n型基板)，在MEMS结构体的固定电极下方设置最佳的基板 结构，能够抑制寄生电容而不用在意所使用的基板种类。
如上所述，通过在半导体基板上形成阱，可以提升翻转层的产生电 压，抑制基板表面的信号泄漏。
另外，在n型半导体基板中，也已知根据栅极电压而会产生蓄积状 态、耗尽状态和翻转状态，与上述一样，通过利用耗尽状态，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。
下面叙述在MEMS结构体的固定电极下方为耗尽状态时进行动作的 情况下的具体的器件特性。此处以应用于MEMS振子的情况下的效果为 --个例子来进行说明。
在如上所述在半导体基板为耗尽状态下使MEMS振子动作时，由于 所形成的寄生电容值减小，因而经这些寄生电容而通过的信号部分减少， 所以共振峰变得陡峭。
并且，公知的是在与有源电路连接构成振荡电路的情况下，由于 可以将MEMS振子所包含的寄生电容等效地看作晶体管所包含的寄生电 容，因此由晶体管产生的负电阻会减少。因此，如果MEMS振子的寄生 电容减少，则相对于晶体管的能力，可生成的负电阻值增大，因此可以 实现电路的低耗电化。
另一方面，在不构成阱的情况下，可以施加在MEMS振子上的偏置 电压降低。当对MEMS振子施加大于等于阈值的偏置电压时，由于MEMS
结构体的固定电极下方的基板为翻转状态，所以在基板表面上作为少数 载流子的电子被激发，信号容易向横向流动。并且，由于固定电极与基 板之间的寄生电容也一起增大，因而MEMS振子的寄生电容也会等效地 增大。其结果为，会产生振子的共振峰钝化(Q值恶化)等害处。
以上说明了通过在耗尽状态下使用MEMS结构体的固定电极下方的 基板，可以改善MEMS结构体的电特性的情况。
下面按照

将本发明具体化了的实施方式。 (第一实施方式)
图1表示本实施方式的MEMS器件的结构，图1 (a)是MEMS器 件的局部示意俯视图，图1 (b)是沿着该图1 (a)中的A-A切线的局部 示意剖面图。
MEMS器件1在半导体基板IO上具有MEMS结构体30;形成为 包围MEMS结构体30的布线层27;以及从布线层27的上方连到MEMS 结构体30的上方、并形成有开口部29的钝化膜28。
在由硅构成的p型半导体基板10上形成有氧化硅膜ll，在其上形成 氮化硅膜12。而且，在氮化硅膜12上设有MEMS结构体30。 MEMS结 构体30由多晶硅形成，其具有固定电极20和可动电极26。固定电极20 配置在氮化硅膜12上，其具有输入侧电极21a、 21b和输出侧电极22。 可动电极26的从输入侧电极21a、 21b立起的部分被保持，从而，可动 电极26以双支撑状态保持在空中。
输入侧电极21a的一端延伸向包围MEMS结构体30的布线层27， 并与布线31连接。布线层27中层叠有Si02等绝缘膜，经由布线层27 的布线31从设置在其上部的连接垫连接到铝布线32上。
而且输出侧电极22的一端延伸向包围MEMS结构体30的布线层 27，并与布线33连接，再从设置在布线层27的上部的连接垫连接到铝 布线34上。
而且在布线层27之下形成有Si02等氧化膜24，该氧化膜24是通过 刻蚀来释放MEMS结构体30时的牺牲层。
另外，在MEMS结构体30中的作为固定电极的输入侧电极21a、21b、
输出侧电极22的下方的半导体基板10上，形成有p型的阱13。该阱13 形成在俯视时包含MEMS结构体30的区域中。
并且从布线层27的上方连到MEMS结构体30的上方地形成有钝化 膜28。在钝化膜28上形成有开口部29，通过从该开口部29刻蚀布线层 27、氧化膜24，来释放MEMS结构体30，在钝化膜28和半导体基板10 之间划分出配置MEMS结构体30的空腔部35。并且对阱13施加固定的 电压。
在这种结构的MEMS器件1中，当通过MEMS结构体30的输入侧 电极21a对可动电极26施加直流电压时，在可动电极26与输出侧电极 22之间产生电位差，在可动电极26与输出侧电极22之间作用有静电力。 此处当进一步对可动电极26施加交流电压时，则静电力发生变大变小的 变动，可动电极26向接近输出侧电极22的方向或向离开输出侧电极22 的方向进行振动。此时，在输出侧电极22的电极表面上产生电荷移动， 在输出侧电极22中有电流流过。由于反复进行振动，因而从输出侧电极 22输出固有的共振频率信号。当施加在MEMS结构体30上的电压在阱 的翻转电压以下时，将阱13接地进行使用。
另一方面，当施加在MEMS结构体30上的电压大于等于上述阱的 翻转电压时，对阱13施加能维持耗尽状态的电压进行使用。
例如当MEMS结构体30的驱动电压为8V、在阱13中产生翻转层 的电位为7V时，通过对阱13施加3V的电压，阱13与MEMS结构体 30之间的电位差为5V，半导体基板10的阱13不产生翻转层而维持耗尽 状态。此时，在阱13周围作为保护环构成具有相反极性的阱(n型阱) (未图示)，对该作为保护环的阱施加绝对值大于等于施加在阱13上的 电压值、并且极性与阱13相同的电压进行使用。例如在对阱13施加3V 电压的情况下，对周围的保护环部施加5V的电压进行使用。
下面，说明上述结构的MEMS器件的制造方法。
图2、图3、图4是表示MEMS器件的制造方法的示意局部剖面图。 首先如图2 (a)所示，在由硅构成的半导体基板IO上通过热氧化形成氧 化硅膜11。接着如图2 (b)所示，在预定区域上对半导体基板10进行
注入B离子的离子注入来形成p型阱13。然后如图2 (C)所示，在氧化 硅膜11上形成氮化硅膜12。再如图2 (d)所示，在氮化硅膜12上形成 多晶硅膜，通过形成图案结构来形成作为MEMS结构体的固定电极20 的输入侧电极21a、 21b和输出侧电极22。
然后如图3 (a)所示，从输入侧电极21a、 21b、输出侧电极22之 上形成Si02等氧化膜24。之后如图3 (b)所示，在输入侧电极21a、 21b 上的氧化膜24上形成幵口孔25。接着在氧化膜24上形成多晶硅膜，进 行图案形成，如图3 (c)所示，通过刻蚀形成MEMS结构体的可动电极 26。然后如图3 (d)所示，形成通过Si02等绝缘膜层叠了布线(未图示) 的布线层27。
然后如图4 (a)所示，在布线层27上形成钝化膜28。接下来如图4 (b)所示，在MEMS结构体的上方的钝化膜28上形成开口部29。
之后，如图4 (c)所示，从开口部29接触酸性的刻蚀液来刻蚀布线 层27和氧化膜24，从而释放MEMS结构体30。此时在半导体基板10 和钝化膜28之间形成了空腔部35。这样就制造出图1所示那样的MEMS 器件1。
如上所述，本实施方式的MEMS器件1在MEMS结构体30中的固 定电极20的下方形成有阱13，对MEMS结构体30的固定电极20施加 正电压，用p型阱构成阱13。而且对形成于固定电极20下方的半导体基 板10上的阱13施加固定的电压，以使阱13成为耗尽状态。
这样，通过形成阱13，并对阱13施加固定的电压以使阱13成为耗 尽状态，半导体基板1的表面成为耗尽状态，由于耗尽层，外观上的对 置电极之间的距离增大，因而减少了该部分的寄生电容。因而可以减少 MEMS结构体30与半导体基板10之间的寄生电容，高频信号通过半导 体基板10的表面进行泄漏的情况消失，可以使MEMS器件1的特性变 得稳定。
(变形例1)
下面说明第一实施方式中的半导体基板和阱的极性的组合的变形 例。在本变形例1中，是半导体基板为p型基板、阱为n型阱的情况。
而且在半导体基板上形成有电路元件，半导体基板的电位设定为一般的ov。
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。 MEMS器件5在半导体基板120上具有MEMS结构体(此处省略了 MEMS结构体的可动电极，而仅表示了固定电极的输入侧电极131);形 成在MEMS结构体周围的布线层127;以及形成在布线层127上方的钝 化膜128。
在由硅构成的p型半导体基板120上形成有氧化硅膜121，在其上 形成有氮化硅膜122。而且在氮化硅膜122上设有MEMS结构体。MEMS 结构体与图l中说明的MEMS结构体为相同结构，省略其详细说明。
在MEMS结构体中的作为固定电极的输入侧电极131的下方的半导 体基板120上，形成有n型阱123。该阱123形成在俯视时包含MEMS 结构体的区域中。
而且在阱123的一部分形成有电极125，电极125通过布线126经 过布线层127而连接到钝化膜128的上表面。
并且，通过布线126对阱123施加正电压。另外，对MEMS结构体 的输入侧电极131施加负电压。
此处，设在阱123上产生翻转层的阈值电压为Vth、设施加在MEMS 结构体上的偏置电压为Vp、设施加在MEMS结构体下方的阱123上的 电压为Vwell。
图6是表示该状态下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。
当半导体基板120为p型基板、阱123为n型阱时，阈值电压Vth<0。 当Vp-Vwdl的电压为正的情况下，阱为蓄积状态，MEMS结构体和阱之 间的电容C为大值，寄生电容大。Vp-Vwell的电压的从0到阈值电压 Vth之间是阱为耗尽状态的范围，MEMS结构体和阱之间的电容C随着 从0V到阈值电压Vth而变小，寄生电容也变小。而且当小于阈值电压 Vth时，阱为翻转状态。如上所述，通过在耗尽状态下使用阱，可以减少 MEMS结构体与半导体基板之间的寄生电容，还能使不易在基板表面附
近引起向横向的信号泄漏。
为了使该阱成为耗尽状态，需要满足下列条件Vp<0、 Vwel&0， 而且0<|Vp-Vwell|<|Vth|。
如上所述，通过满足上述条件，在半导体基板120为p型基板、阱 123为n型阱的情况下，形成于固定电极下方的半导体基板120上的阱 123成为耗尽状态。而且由于产生于阱123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120之间的寄生电容，高频信号通过半导体基板120 的表面进行泄漏的情况消失，可以使MEMS器件5的特性变得稳定。而 且如果采用这种结构，将MEMS结构体与IC等电路一体化进行使用变 得容易。
(变形例2)
接着说明第一实施方式中的半导体基板和阱的极性的组合的其他变 形例。在本变形例2中，是半导体基板为n型基板、阱为p型阱的情况。 而且在半导体基板上形成有电路元件，半导体基板的电位设定为一般的 0V。
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。 MEMS器件6在半导体基板140上具有MEMS结构体(此处省略了 MEMS结构体的可动电极，而仅表示了固定电极的输入侧电极151);形 成在MEMS结构体周围的布线层147;以及形成在布线层147上方的钝 化膜148。
在由硅构成的n型半导体基板140上形成有氧化硅膜141，在其上 形成有氮化硅膜142。而且在氮化硅膜142上设有MEMS结构体。MEMS 结构体与图1中说明过的MEMS结构体为相同结构，省略其详细说明。
在MEMS结构体中的作为固定电极的输入侧电极151的下方的半导 体基板140上，形成有p型阱143。该阱143形成在俯视时包含MEMS 结构体的区域中。
而且在阱143的一部分上形成有电极145，电极145通过布线146 经过布线层147而连接到钝化膜148的上表面。
另夕卜，通过布线146对阱143施加负电压。另外对MEMS结构体的 输入侧电极151施加正电压。
此处设在阱143上产生翻转层的阈值电压为Vth、设施加在MEMS 结构体上的偏置电压为Vp、设施加在MEMS结构体下方的阱143上的 电压为Vwell。
图8是表示该状态下Vp与Vwell的差(Vp-Vwdl)和MEMS结构 体与阱之间的电容C的关系的曲线图。
当半导体基板140为n型基板、阱143为p型阱时，阈值电压Vth>0。 当Vp-Vwell的电压为负的情况下，阱为蓄积状态，MEMS结构体和阱之 间的电容C为大值，寄生电容大。Vp-Vwell的电压的从0到阈值电压 Vth之间是阱为耗尽状态的范围，MEMS结构体和阱之间的电容C随着 从0V到阈值电压Vth而变小，寄生电容也变小。而且当大于阈值电压 Vth时，阱为翻转状态。如上所述，通过在耗尽状态下使用阱，可以减少 MEMS结构体与半导体基板之间的寄生电容，还能使不易在基板表面附 近引起向横向的信号泄漏。
为了使该阱成为耗尽状态，需要满足下列条件Vp>0、 VwelgO， 而且0〈IVp-Vwelll〈IVthl。
如上所述，通过满足上述条件，在半导体基板140为n型基板、阱 143为p型阱的情况下，形成于固定电极下方的半导体基板140上的阱 143成为耗尽状态。而且由于产生在阱143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140之间的寄生电容，高频信号通过半导体基板140 的表面进行泄漏的情况消失，可以使MEMS器件6的特性变得稳定。而 且如果采用这种结构，将MEMS结构体与IC等电路一体化进行使用变 得容易。
(第二实施方式)
下面说明第二实施方式中的MEMS器件。
在本实施方式中，与第一实施方式不同之处在于，形成在半导体基 板上的阱在输入侧电极和输出侧电极上分别独立设置。
图9表示本实施方式中的MEMS器件的结构，图9 (a)是MEMS 器件的局部示意俯视图，图9 (b)是沿着该图9中(a)的B-B切线的局 部示意剖面图。
MEMS器件2在半导体基板IO上具有MEMS结构体60;形成为 包围MEMS结构体60的布线层57;以及从布线层57的上方连到MEMS 结构体60的上方、并形成有开口部59的钝化膜58。
在由硅构成的p型半导体基板IO上形成有氧化硅膜ll，在其上形成 氮化硅膜12。而且在氮化硅膜12上设有MEMS结构体60。 MEMS结构 体60由多晶硅形成，其具有固定电极50和可动电极56。固定电极50配 置在氮化硅膜12上，其具有输入侧电极51a、 51b和输出侧电极52。可 动电极56的从输入侧电极51a、 51b立起的部分被保持，从而，该可动 电极以双支撑状态保持在空中。
输入侧电极51a的一端延伸向包围MEMS结构体60的布线层57， 并与布线61连接。布线层57层叠有Si02等绝缘膜，经由布线层57的布 线61从设置在其上部的连接垫连接到铝布线62上。
而且，输出侧电极52的一端延伸向布线层57，并与布线63连接， 再从设置在布线层57的上部的连接垫连接到铝布线64上。
而且在布线层57下面形成有Si02等氧化膜54，该氧化膜54是通过 刻蚀来释放MEMS结构体60时的牺牲层。
另夕卜，在MEMS结构体60上的作为固定电极50的输入侧电极51a、 51b的下方的半导体基板10上，分别形成有p型阱43a、 43b。并且从布 线层57的上方连到MEMS结构体60的上方地形成有钝化膜58。在钝化 膜58上形成有开口部59，通过从该开口部59刻蚀布线层57、氧化膜54， 来释放MEMS结构体60，在钝化膜58和半导体基板10之间划分出配置 MEMS结构体60的空腔部65。并且对阱43a、 43b分别施加固定的电压。
在这种结构的MEMS器件2中，当通过MEMS结构体60的输入侧 电极51a对可动电极56施加直流电压时，在可动电极56与输出侧电极 52之间产生电位差，在可动电极56与输出侧电极52之间作用有静电力。 此处当进一步对可动电极56施加交流电压时，则静电力发生变大变小的 变动，可动电极56向接近输出侧电极52的方向或向离开输出侧电极52 的方向进行振动。此时，在输出侧电极52的电极表面上产生电荷移动， 在输出侧电极52中有电流流过。由于反复进行振动，因而从输出侧电极 52输出固有的共振频率信号。当施加在MEMS结构体60上的电压在阱 的翻转电压以下时，将阱43a、 43b接地进行使用。
另一方面，当施加在MEMS结构体60上的电压大于等于上述阱的 翻转电压时，对阱43a和阱43b施加能维持耗尽状态的电压进行使用。 例如当MEMS结构体60的驱动电压为8V、在半导体基板10上产生翻 转层的电位为7V时，通过对阱43a、 43b施加3V的电压，半导体基板 10与MEMS结构体60之间的电位差为5V，半导体基板10的阱43a、43b 不产生翻转层而维持耗尽状态。
此时，在阱43a、 43b周围作为保护环构成具有相反极性的阱(未图 示)，对该作为保护环的阱施加具有大于等于阱13的绝对值、并且极性 与阱43a、 43b相同的电压进行使用。例如在对阱43a、 43b施加3V电压 的情况下，对周围的保护环部施加5V的电压进行使用。
下面，说明上述结构的MEMS器件的制造方法。
图10、图ll、图12是表示MEMS器件的制造方法的示意局部剖面图。
首先如图IO (a)所示，在由硅构成的半导体基板IO上通过热氧化 形成氧化硅膜11。接着如图10 (b)所示，在预定区域上对半导体基板 10进行注入B离子的离子注入来形成p型阱43a、 43b。然后如图10 (c) 所示，在氧化硅膜ll上形成氮化硅膜12。再如图10 (d)所示，在氮化 硅膜12上形成多晶硅膜，通过形成图案结构来形成作为MEMS结构体 的固定电极50的输入侧电极51 a、 5lb和输出侧电极52。
然后如图ll (a)所示，从输入侧电极51a、 51b、输出侧电极52之 上形成Si02等氧化膜54。之后如图11 (b)所示，在输入侧电极51a、 51b上的氧化膜54上形成开口孔55。接着在氧化膜54上形成多晶硅膜， 进行图案形成，如图11 (c)所示，通过刻蚀形成MEMS结构体的可动 电极56。然后如图11 (d)所示，形成通过Si02等绝缘膜层叠了布线(未 图示)的布线层57。
然后如图12 (a)所示，在布线层57上形成钝化膜58。接下来如图 12 (b)所示，在MEMS结构体的上方的钝化膜58上形成开口部59。
之后，如图12 (c)所示，从开口部59接触酸性的刻蚀液来刻蚀布 线层57和氧化膜54，从而释放MEMS结构体60。此时在半导体基板10 和钝化膜58之间形成了空腔部65。这样就制造出图9所示那样的MEMS 器件2。
如上所述，本实施方式的MEMS器件2在MEMS结构体60中的固 定电极50的下方形成有阱43a、 43b，对MEMS结构体60的固定电极 50施加正电压，用p型阱构成阱43a、 43b。而且对形成于固定电极50 下方的半导体基板10上的阱43a、 43b施加固定的电压，以使阱43a、 43b 成为耗尽状态。
这样，通过形成阱43a、 43b，并对阱43a、 43b施加固定的电压以使 阱43a、 43b成为耗尽状态，半导体基板10的表面成为耗尽状态，由于 耗尽层，外观上的对置电极之间的距离增大，因而减少了该部分的寄生 电容。因而可以减少MEMS结构体60与半导体基板10之间的寄生电容， 高频信号通过半导体基板10的表面进行泄漏的情况消失，可以使MEMS 器件2的特性变得稳定。
并且，在本实施方式中，由于MEMS部的输入侧电极和输出侧电极 各自下方的基板结构彼此独立，所以能进一步削减基板横向的信号泄漏。 其结果为，可以进一步提高输入侧电极51a、 51b和输出侧电极52的绝 缘性，可以使MEMS器件2的特性变得稳定。 (第三实施方式)
接着说明第三实施方式中的MEMS器件。
在本实施方式中，与第一、第二实施方式的不同之处在于形成与半 导体基板的阱结构。而且，MEMS结构体的结构与第二实施方式相同。
图13表示本实施方式中的MEMS器件的结构，图13 (a)是MEMS 器件的局部示意俯视图，图13 (b)是沿着该图13 (a)中的C-C切线的 局部示意剖面图。并且在这些图中，省略了在上述实施方式中说明了的 包围MEMS结构体的布线层等，仅示意性地表示出了特征部分。
MEMS器件3在半导体基板10上具有由固定电极80和可动电极86 构成的MEMS结构体90。
在由硅构成的p型半导体基板10上形成有氧化硅膜ll，在其上形成 氮化硅膜12。而且在氮化硅膜12上设有MEMS结构体90。 MEMS结构 体90由多晶硅形成，其具有固定电极80和可动电极86。固定电极80配 置在氮化硅膜12上，其具有输入侧电极81、驱动电极82和输出侧电极 83。可动电极86的从输入侧电极81立起的部分被保持，从而，该可动 电极86以单支撑纵状态保持在空中。
并且，在MEMS结构体90中的作为固定电极80的输入侧电极81 、 驱动电极82和输出侧电极83的下方的半导体基板10上，形成有与半导 体基板10极性相同的p型阱70，并且以包围该阱70的方式形成有与阱 70极性相反的n型分离用阱71。该阱70、分离用阱71形成在俯视时包 含MEMS结构体90的区域上。
另外，对阱70施加固定的电压Vwp、对分离用阱施加固定的电压 Vwn，并设定成Vwp〈Vwn的关系。
此时，作为施加在阱70上的电压，施加能够使阱70维持耗尽状态 的电压。例如当MEMS结构体90的驱动电压为IOV、在半导体基板10 上产生翻转层的电位为7V时，通过对阱70施加Vwp:5V的电压，阱70 与MEMS结构体90之间的电位差为5V，半导体基板10的阱70不产生 翻转层而维持耗尽状态。并且对分离用阱71施加Vwn=6V的电压，以使 相邻的n型阱、p型阱之间为反向偏置的方式施加电压。
如上所述，本实施方式的MEMS器件3在MEMS结构体90的固定 电极80的下方形成有阱70，并对MEMS结构体90的固定电极80施加 正电压，阱70由p型阱构成。而且，对形成在固定电极80的下方的半 导体基板10上的阱70施加固定的电压，以使阱70成为耗尽状态。
这样，阱70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，因而减少了该部分的寄生电容。因而可以减少MEMS结 构体90与半导体基板10之间的寄生电容，高频信号通过半导体基板10
的表面进行泄漏的情况消失，可以使MEMS器件3的特性变得稳定。
并且，形成有包围阱70的分离用阱71，并构成为施加在分离用阱 71上的电压高于施加在阱70上的电压。由此，在以更高的电压使MEMS 结构体90的可动电极86动作的情况下，不会有电流从阱70流向分离用 阱71 ，可以将形成有MEMS结构体90的部分的电位与其他部分的电位 隔离。而且如果采用这种结构，提供一种将MEMS结构体90与IC等电 路一体化了的器件变得容易。 (变形例3)
下面说明第三实施方式的变形例。在本变形例3中，为半导体基板 是p型基板、阱是p型阱、分离用阱是n型阱的情况，并且是不对分离 用阱施加电压的实施方式。而且在半导体基板上形成有电路元件，半导 体基板的电位设定为一般的0V。
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。 MEMS器件7在半导体基板160上具有MEMS结构体(此处省略了 MEMS结构体的可动电极，而仅表示了固定电极的输入侧电极171);在 MEMS结构体的周围形成的布线层167;以及形成在布线层167上方的 钝化膜168。
在由硅构成的p型半导体基板160上形成有氧化硅膜161，在其上 形成有氮化硅膜162。而且，在氮化硅膜162上设有MEMS结构体。MEMS 结构体与图1中说明过的MEMS结构体为相同结构，省略其详细说明。
在MEMS结构体中的输入侧电极171的下方的半导体基板160上形 成有与半导体基板160极性相同的p型阱163。该阱163形成在俯视时包 含MEMS结构体的区域中。另外，以包围阱163的方式，在半导体基板 160上形成有与阱163极性相反的n型的分离用阱164。而且，对MEMS 结构体的输入侧电极171施加正电压。
另外，在阱163的一部分上形成有电极165，电极165通过布线166 经过布线层167而连接到钝化膜168的上表面。通过对该电极165施加 正或负的电压，分离用阱164与半导体基板160之间成为反向偏置的状 态。
此处，设在阱163上产生翻转层的阈值电压为Vth、设施加在MEMS 结构体上的偏置电压为Vp、设施加在MEMS结构体下方的阱163上的 电压为Vwell。
该状态下Vp与Vwell的差(Vp-Vwell)和MEMS结构体与阱之间 的电容C的关系与图8所示的曲线图相同。
由此，在半导体基板160为p型基板、阱163为p型阱、分离用阱 164为n型阱时，阈值电压VthX)。
当Vp-Vwdl的电压为负的情况下，阱为蓄积状态，MEMS结构体和 阱之间的电容C为大值，寄生电容大。Vp-Vwell的电压的从O到阈值电 压Vth之间是阱为耗尽状态的范围，MEMS结构体和阱之间的电容C随 着从OV到阈值电压Vth而变小，寄生电容也变小。而且当大于阈值电压 Vth时，阱为翻转状态。如上所述，通过在耗尽状态下使用阱，可以减少 MEMS结构体与半导体基板之间的寄生电容，另外能使得不易在基板表 面附近产生向横向的信号泄漏。
为了使该阱成为耗尽状态，需要满足下列条件Vp>0，而且 0<Vp-Vwell<Vth。此时，不管Vwell是正电压还是负电压，只要是满足 上述条件的值即可。
如上所述，通过满足上述条件，在半导体基板160为p型基板、阱 163为p型阱、分离用阱164为n型阱的情况下，形成于固定电极下方的 半导体基板160上的阱163成为耗尽状态。而且，由于产生于阱163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160之间的寄生电容， 高频信号通过半导体基板160的表面进行泄漏的情况消失，可以使MEMS 器件7的特性变得稳定。而且如果釆用这种结构，由于阱的电位不会对 半导体基板的电位产生影响，因而将MEMS结构体与IC等电路一体化 进行使用变得容易。 (变形例4)
下面说明第三实施方式的半导体基板和阱的极性的组合的其他变形 例。在本变形例4中，为半导体基板是n型基板、阱是n型阱、分离用
阱是P型阱的情况。而且在半导体基板上形成有电路元件，半导体基板 的电位设定为一般的OV。
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。 MEMS器件8在半导体基板180上具有MEMS结构体(此处省略了 MEMS结构体的可动电极，而仅表示了固定电极的输入侧电极191);形 成在MEMS结构体周围的布线层187;以及形成在布线层187上方的钝 化膜188。
在由硅构成的n型半导体基板180上形成有氧化硅膜181，在其上 形成有氮化硅膜182。而且在氮化硅膜182上设有MEMS结构体。MEMS 结构体与图1中说明过的MEMS结构体为相同结构，省略其详细说明。
在MEMS结构体中的输入侧电极191的下方的半导体基板180上， 形成有与半导体基板180极性相同的n型阱183。该阱183形成在俯视时 包含MEMS结构体的区域中。而且，以包围阱183的方式，在半导体基 板180上形成有与阱183极性相反的p型的分离用阱184。而且对MEMS 结构体的输入侧电极191施加负电压。
另外，在阱183的一部分上形成有电极185，电极185通过布线186 经过布线层187而连接到钝化膜188的上表面。通过对该电极185施加 负或正的电压，分离用阱184与半导体基板180之间成为反向偏置的状 态。
此处，设在阱183上产生翻转层的阈值电压为Vth、设施加在MEMS 结构体上的偏置电压为Vp、设施加在MEMS结构体下方的阱183上的 电压为Vwell。
该状态下Vp与Vwell的差(Vp-Vwdl)和MEMS结构体与阱之间 的电容C的关系与图6所示的曲线图相同。
由此，在半导体基板180为n型基板、阱183为n型阱、分离用阱 184为p型阱时，阈值电压Vth<0。
当Vp-Vwdl的电压为正的情况下，阱为蓄积状态，MEMS结构体和 阱之间的电容C为大值，寄生电容大。Vp-Vwell的电压的从O到阈值电 压Vth之间是阱为耗尽状态的范围，MEMS结构体和阱之间的电容C随
着从OV到阈值电压Vth而变小，寄生电容也变小。而且，当小于阈值电 压Vth时，阱为翻转状态。如上所述，通过在耗尽状态下使用阱，可以
减少MEMS结构体与半导体基板之间的寄生电容，并且还能使得不易在
基板表面附近产生向横向的信号泄漏。
为了使该阱成为耗尽状态，需要满足下列条件Vp<0，而且
(KVp-VwelKVth。此时，不管Vwell是正电压还是负电压，只要是满足 上述条件的值即可。
如上所述，通过满足上述条件，在半导体基板180为n型基板、阱 183为n型阱、分离用阱184为p型阱的情况下，形成于固定电极下方的 半导体基板180上的阱183成为耗尽状态。而且，由于产生于阱183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180之间的寄生电容， 高频信号通过半导体基板180的表面进行泄漏的情况消失，可以使MEMS 器件8的特性变得稳定。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，因而将MEMS结构体与IC等电路一体化 进行使用变得容易。
权利要求
1.一种MEMS器件，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n型阱。
2. 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。
3. 根据权利要求2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n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Vwdl、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、 Vwel&0，而且<formula>formula see original document page 2</formula>
4. 根据权利要求2所述的MEMS器件，其特征在于， 上述半导体基板是n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、 Vwel匕O，而且0<|Vp-VweU|<|Vth|。
5. —种MEMS器件，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。2
6. 根据权利要求5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p型阱，上述分离用阱是n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(KVp-VwelKVth。
7. 根据权利要求5所述的MEMS器件，其特征在于， 上述半导体基板是n型基板，上述阱是n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<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B81B7/00GK101168434SQ20071018194
公开日2008年4月30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