Mems元件、电子设备以及mems元件的制造方法
【专利摘要】本发明提供MEMS元件、电子设备以及MEMS元件的制造方法，抑制了MEMS结构体的尺寸精度的变动，特性偏差小。作为解决手段，MEMS元件（100）是具有MEMS振子（3）的MEMS元件，该MEMS振子（3）构成为包含在层叠于晶片基板（1）的主面上的第1基底部（氮化膜12）上层叠形成的多个MEMS结构部（13e、13h、14e、14h），其中，MEMS结构部覆盖形成在氮化膜（12）上的、使层叠有氮化膜（12）的第2基底部（第1氧化膜11）露出的开口部（50）而层叠在第1氧化膜（11）和氮化膜（12）上。
【专利说明】MEMS元件、电子设备以及MEMS元件的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及MEMS元件、电子设备以及MEMS元件的制造方法。
【背景技术】
[0002]通常，已知有如下的电子机械系结构体:其具有利用微细加工技术而形成的、被称作MEMS (Micro Electro Mechanical System:微机电系统)器件的、能够以机械方式动作的结构体。例如，在专利文献I中记载了在半导体基板上与半导体元件一起形成的、由固定电极(下部MEMS结构层)和可动电极(上部MEMS结构层)构成的MEMS振子(MEMS结构体)。这种构造的MEMS振子构成了静电振子，该静电振子的可动电极在与施加于电极间的交流电压相伴地产生的电荷静电力的作用下进行振动，并且在电极之间，输出振子固有的谐振频率信号。
[0003]由于该输出信号的谐振频率和Q值等依赖于作为电极的MEMS结构体的尺寸精度，因此，通过半导体制造中已经发展起来的微细加工技术，能够得到特性稳定、优异的MEMS振子。
[0004]专利文献1:日本特开2009-51005号公报
[0005]但是近年来，随着MEMS器件的不断发展，在专利文献I所述的MEMS振子中，产生了仅仅管理制造工艺中的尺寸精度，无法得到稳定特性这样的问题。具体而言，存在如下问题:由于在层叠于半导体基板上的、形成有由固定电极和可动电极构成的MEMS振子的基底部上残留或者产生的应力的影响，导致固定电极与可动电极之间的间隙(gap)和重叠长度等位置关系发生微小的变动，MEMS振子的输出特性发生变动。
【发明内容】
[0006]本发明正是为了解决上述问题中的至少一部分而完成的，可作为以下方式或应用例来实现。
[0007][应用例I]本应用例的MEMS元件的特征在于，具有:配置在基面上的具有开口部的第I基底部；以及配置在所述第I基底部上的MEMS结构部，在所述开口部中，所述MEMS结构部的一部分与所述基面连接。
[0008]根据本应用例，MEMS元件构成为包含多个MEMS结构部，MEMS结构部覆盖使层叠有第I基底部的基面露出的开口部而层叠于基面和第I基底部上。因此，即使在第I基底部上存在残留应力的情况、或者第I基底部因热应力而膨胀或收缩的情况等中，由于MEMS结构部具有层叠在基面上的部分，因而不容易因第I基底部的应力而移动。也就是说，由于MEMS结构部具有不是仅层叠(悬浮)在第I基底部上、而作为锚(anchor)发挥作用的层叠在基面上的部分，因此抑制了由第I基底部的应力引起的移动。其结果是，在MEMS元件是由多个MEMS结构部构成的情况下，其位置关系不容易因第I基底部的应力而变动，能够维持MEMS元件的规定特性。因此，能够提供特性更稳定的MEMS元件。
[0009][应用例2]本应用例的MEMS元件的特征在于，在基板与所述第I基底部之间具有第2基底部，所述基面是所述第2基底部的表面中位于所述第I基底部侧的表面。
[0010]根据本应用例，MEMS元件构成为包含多个MEMS结构部，MEMS结构部覆盖使层叠有第I基底部的第2基底部露出的开口部而层叠于第2基底部和第I基底部上。因此，即使在第I基底部上存在残留应力的情况、或者第I基底部因热应力而膨胀或收缩的情况等中，由于MEMS结构部具有层叠在第2基底部上的部分，因而不容易因第I基底部的应力而移动。也就是说，由于MEMS结构部具有不是仅层叠(悬浮)在第I基底部上、而作为锚(anchor)发挥作用的层叠在第2基底部上的部分，因此抑制了由第I基底部的应力引起的移动。其结果是，在MEMS元件由多个MEMS结构部构成的情况下，其位置关系不容易因第I基底部的应力而变动，维持了 MEMS元件的规定特性。因此，能够提供特性更稳定的MEMS元件。
[0011][应用例3]在上述应用例的MEMS元件中，其特征在于，俯视所述基板时的所述开口部的面积处于所述MEMS结构部的面积的5%以上95%以下的范围内。
[0012]根据本应用例，俯视基板时的开口部的面积为MEMS结构部的面积的5%以上且95%以下。即使是由多个MEMS结构部构成的MEMS元件，也不必为了维持其位置关系而构成为MEMS结构部的所有部分都层叠在第2基底部上。在多个MEMS结构部的位置关系维持在规定部位和规定范围内的情况下，如果作为锚(anchor)发挥作用的层叠在第2基底部上的部分的面积为MEMS结构部的面积的5%以上，则能够在规定范围内得到其效果。此外，出于不使第2基底部露出的目的，在第2基底部上层叠第I基底部的情况下，如果开口部的面积为MEMS结构部的面积的95%以下，则能够利用MEMS结构部得到完全覆盖开口部的充分的覆盖范围。
[0013][应用例4]在上述应用例的MEMS元件中，其特征在于，所述MEMS结构部具有固定下部电极和可动上部电极，在俯视所述基板时，所述固定下部电极与所述可动上部电极具有重合的区域。
[0014]根据本应用例，MEMS结构体是具有作为MEMS结构部的固定下部电极和可动上部电极的MEMS振子，在俯视基板时，固定下部电极与可动上部电极具有重合的区域。在这样构成的MEMS振子的情况下，当固定下部电极与可动上部电极的位置关系发生变动时，MEMS振子的谐振频率特性发生变动。因此，如本应用例那样，固定下部电极与可动上部电极具有不是仅层叠(悬浮)在第I基底部上、而作为锚(anchor)发挥作用的层叠在第2基底部上的部分，因而抑制了由第I基底部的应力引起的移动。其结果是，固定下部电极与可动上部电极的位置关系不容易因第I基底部的应力而变动，能够维持MEMS振子的谐振频率特性。由此，能够得到作为特性更稳定的MEMS结构体的MEMS振子，从而能够提供特性更稳定的MEMS元件。
[0015][应用例5]在上述应用例的MEMS元件中，其特征在于，在俯视所述基板时，所述开口部至少形成在所述固定下部电极与所述可动上部电极重合的区域的周围。
[0016]像本应用例这样，优选的是，在俯视基板时，开口部形成在围着固定下部电极与可动上部电极重合的区域的、第I基底部的区域中。通过将作为锚发挥作用的部分形成在围着固定下部电极与可动上部电极重合的区域的区域中，由此，能够更有效地抑制固定下部电极与可动上部电极重合的区域的位置变动，有效地抑制MEMS振子的谐振频率特性的变动。
[0017][应用例6]在上述应用例的MEMS元件中，其特征在于，在俯视所述基板时，所述开口部至少形成在所述固定下部电极、所述可动上部电极以及所述第I基底部重合的区域中。
[0018]像本应用例这样，优选的是，在俯视基板时，开口部至少形成在第I基底部的与固定下部电极和可动上部电极的重合区域重合的区域中。即，开口部能够抑制固定下部电极与可动上部电极重合的区域中的固定下部电极的位置变动，因而能够更有效地抑制MEMS振子的谐振频率特性的变动。
[0019][应用例7]本应用例的MEMS元件的特征在于，具有:固定下部电极，其配置在基板上；可动上部电极，其具有在俯视所述基板时与所述固定下部电极重合的区域；下部电极布线部，其配置在所述基板上，用于将所述固定下部电极与外部电路电连接；以及上部电极布线部，其配置在所述基板上，用于将所述可动上部电极与所述外部电路电连接，所述下部电极布线部和所述上部电极布线部在延伸方向上具有弯曲部。
[0020]根据本应用例，MEMS元件包含:在层叠于基板主面上的第I基底部上层叠形成的固定下部电极；具有在俯视基板时与固定下部电极重合的区域的可动上部电极；以及将各个电极与外部电路连接的下部电极布线部和上部电极布线部，各个布线部形成为在其延伸方向上包含弯曲部。因此，即使在层叠有各个布线部的第I基底部上存在残留应力的情况、或者第I基底部因热应力而膨胀或收缩的情况等中，这些应力也会在布线的弯曲部处被吸收，减轻了作用于固定下部电极和可动上部电极的比例。即，缓解了使固定下部电极与可动上部电极的位置关系发生变动的第I基底部的应力。其结果是，抑制了 MEMS振子的谐振频率特性的变动。由此，能够得到作为特性更稳定的MEMS结构体的MEMS振子，从而能够提供特性更稳定的MEMS元件。
[0021][应用例8]本应用例的MEMS元件的特征在于，具有:固定下部电极，其配置在基板上；可动上部电极，其具有在俯视所述基板时与所述固定下部电极重合的区域；下部电极布线部，其配置在所述基板上，用于将所述固定下部电极与外部电路电连接；以及上部电极布线部，其配置在所述基板上，用于将所述可动上部电极与所述外部电路电连接，所述下部电极布线部和所述上部电极布线部在与延伸方向交叉的方向上具有切口。
[0022]根据本应用例，MEMS元件具有:在层叠于基板主面上的第I基底部上层叠形成的固定下部电极；具有在俯视基板时与固定下部电极重合的区域的可动上部电极；以及将各个电极与外部电路连接的下部电极布线部和上部电极布线部，各个布线部具有在与其延伸方向交叉的方向上形成的切口。因此，即使在层叠有各个布线部的第I基底部上存在残留应力的情况、或者第I基底部因热应力而膨胀或收缩的情况等中，这些应力也会在布线的切口部分处被吸收，减轻了作用于固定下部电极和可动上部电极的比例。即，缓解了使固定下部电极与可动上部电极的位置关系发生变动的第I基底部的应力。其结果是，抑制了MEMS振子的谐振频率特性的变动。由此，能够得到作为特性更稳定的MEMS结构体的MEMS振子，从而能够提供特性更稳定的MEMS元件。
[0023][应用例9]本应用例的电子设备的特征在于，具有应用例7的MEMS元件。
[0024]根据本应用例，能够提供更稳定地得到规定特性的电子设备。
[0025][应用例10]本应用例的MEMS元件的制造方法的特征在于，包含:准备基板的工序，所述基板在主面上配置有第2基底部；在所述第2基底部上配置第I基底部的工序；在所述第I基底部上形成使第2基底部露出的开口部的工序；以及覆盖所述开口部而在所述第2基底部和所述第I基底部上形成MEMS结构部的工序。
[0026]根据本应用例，MEMS元件由多个MEMS结构部构成，MEMS结构部覆盖使层叠有第I基底部的第2基底部露出的开口部而层叠于第2基底部和第I基底部上。因此，即使在第I基底部上存在残留应力的情况、或者第I基底部因热应力而膨胀或者收缩的情况等中，由于MEMS结构部具有层叠在第2基底部上的部分，因而不容易因第I基底部的应力而移动。也就是说，由于MEMS结构部具有不是仅层叠(悬浮)在第I基底部上、而作为锚(anchor)发挥作用的层叠在第2基底部上的部分，因此抑制了由第I基底部的应力引起的移动。其结果是，在MEMS元件由多个MEMS结构部构成的情况下，其位置关系不容易因第I基底部的应力而变动，能够维持MEMS元件的规定特性。因此，能够提供特性更稳定的MEMS元件。
【专利附图】
【附图说明】 [0027]图1的(a)是实施方式I的MEMS元件的俯视图，(b)是A-A剖视图。
[0028]图2的(a)是实施方式I的MEMS振子的俯视图，(b )是C-C剖视图，(c )是D-D剖视图。
[0029]图3的(a)~(g)是示出实施方式I的MEMS元件的制造方法的工序图。
[0030]图4的(a)是实施方式2的MEMS振子的俯视图，(b )是E-E剖视图，(c )是F-F剖视图。
[0031]图5的(a)是实施方式3的MEMS振子的俯视图，(b)是1_1剖视图。
[0032]图6的(a)是示出作为电子设备的一例的移动型个人计算机的结构的立体图，(b)是示出作为电子设备的一例的便携电话的结构的立体图。
[0033]图7是示出作为电子设备的一例的数字静态照相机的结构的立体图。
[0034]图8的(a)、( b )是变形例的MEMS振子的俯视图。
[0035][标号说明]
[0036]I...晶片基板，2...空腔部，3?"MEMS振子，11...第I氧化膜，12...氮化膜，13...第I半导体层，13e…下部电极，13f…第4氧化膜，13g…空隙部，13h…下部电极布线部，14…第2半导体层，14e…上部电极，14h…上部电极布线部，15...第2氧化膜，16...第3氧化膜，17...保护膜，20…侧壁部,21...布线层,2Ia…第I布线层,2Ib…第2布线层,30...第I覆盖层，31…蚀刻孔，32…第2覆盖层，50…开口部，50a、50b、50c、50d…区域，100、101、102…MEMS元件。
【具体实施方式】
[0037]下面，参照附图，对本发明的具体化实施方式进行说明。以下只是本发明的一个实施方式，不对本发明进行限定。此外，在下面的各图中，为了易于理解说明，有时以与实际不同的尺度来进行表示。
[0038](实施方式I)
[0039]图1 (a)是实施方式I的MEMS元件100的俯视图，图1 (b)是图1 (a)的A-A剖视图。此外，图1 (a)是图1 (b)的B-B俯视图。
[0040]MEMS元件100是具有作为MEMS结构体的MEMS振子的MEMS元件，该MEMS结构体配置在通过对层叠在晶片基板的主面上的牺牲层进行蚀刻而形成的空腔部中。[0041]MEMS元件100由晶片基板1、空腔部2、MEMS振子3、作为第2基底部的第I氧化膜11、作为第I基底部的氮化膜12、第I半导体层13、第2半导体层14、第2氧化膜15、第3氧化膜16、保护膜17、侧壁部20、布线层21、第I覆盖层30、蚀刻孔31以及第2覆盖层32等构成。
[0042]晶片基板I是硅基板，MEMS振子3形成在层叠于晶片基板I上的作为基地层的第I氧化膜11、氮化膜12的上部。
[0043]此处，将在晶片基板I的主面上依次层叠第I氧化膜11和氮化膜12的方向设为上方向来进行说明。
[0044]MEMS振子3配置在空腔部2中，具备固定下部电极(下部电极13e)以及具有可动部的可动上部电极(上部电极He)作为MEMS结构部。下部电极13e和上部电极14e是利用光刻对层叠在第I氧化膜11和氮化膜12上的第I半导体层13和第2半导体层14进行构图而形成的。作为优选例，第I半导体层13和第2半导体层14分别由导电性多晶硅构成，但是不限于此。在下部电极13e和上部电极14e之间，形成有构成上部电极14e的可动空间的间隙(空隙部13g)。空腔部2和空隙部13g是通过蚀刻去除(释放蚀刻)了层叠在MEMS振子3上的第2氧化膜15、第3氧化膜16以及形成在下部电极13e与上部电极14e之间的第4氧化膜13f (图示于后述的图3 (C))而形成的。第2氧化膜15、第3氧化膜16和第4氧化膜13f是所谓的牺牲层，通过对该牺牲层进行释放蚀刻而形成了上部电极14e从下部电极13e脱离的悬臂结构的可动电极结构(MEMS结构体)。
[0045]图2 (a)是MEMS振子3的俯视图，图2 (b)是图2 (a)的C-C剖视图，图2 (C)是图2 Ca)的D-D剖视图。
[0046]MEMS振子3由作为MEMS结构部的下部电极13e、上部电极He、下部电极布线部13h以及上部电极布线部14h等构成。
[0047]下部电极13e具有比上部电极14e宽的宽度(在图2 (a)中，在上部电极14e的Y方向的前后长出的宽度)。上部电极He形成为隔着空隙部13g覆盖下部电极13e，在俯视晶片基板I时，下部电极13e与上部电极14e具有重合的区域W。
[0048]下部电极13e通过下部电极布线部13h与外部电路(省略图示)电连接。下部电极13e和下部电极布线部13h是通过光刻对层叠的第I半导体层13进行构图而一体形成的。
[0049]此外，上部电极14e通过上部电极布线部14h与外部电路电连接。上部电极14e和上部电极布线部14h是通过光刻对层叠的第2半导体层14进行构图而一体形成的。
[0050]下部电极13e、下部电极布线部13h、上部电极14e以及上部电极布线部14h以覆盖作为第I基底部的氮化膜12上形成的开口部50的方式进行了层叠。即，开口部50是在层叠第I半导体层13和第2半导体层14之前，利用光刻进行构图而形成的。
[0051 ] 开口部50是以如下方式形成于氮化膜12上的开口区域，即:在层叠第I半导体层13和第2半导体层14时，该开口区域使得第I半导体层13和第2半导体层14各自的一部分区域直接与第I氧化膜11贴紧。在俯视晶片基板I时，开口部50至少形成在围着下部电极13e与上部电极14e重合的区域W的区域中。具体而言，如图2 (a)所示，开口部50形成于Y方向上下部电极13e形成得比上部电极14e长的两边的部分(区域50a)、以及与该两边交叉的两边(其中一边是与下部电极13e的下部电极布线部13h连接的边(区域50b)，另一边是在悬臂状地支撑上部电极He的固定部处与上部电极布线部14h连接的边(区域50c))。此外，开口部50还形成在延伸的下部电极布线部13h和上部电极布线部14h的下方。
[0052]在下部电极13e、上部电极14e的区域中，俯视晶片基板I时的开口部50的面积至少为下部电极13e、上部电极14e的面积的5%以上。此外，第I半导体层13和第2半导体层14以在开口部50中不露出第I氧化膜11的方式，被构图成可靠地覆盖着开口部50。这是为了在后述的释放蚀刻中，防止第I氧化膜11被蚀刻。出于该原因，开口部50的面积为MEMS结构部的俯视时的面积、即下部电极13e、上部电极He、下部电极布线部13h以及上部电极布线部14h的合计面积的95%以下。
[0053]接下来，对MEMS元件100的制造方法进行说明。
[0054]图3 Ca)?图3 (g)是依次示出MEMS元件100的制造方法的工序图。
[0055]MEMS元件100的制造方法包含以下工序:在晶片基板I的主面上层叠第I基底部(氮化膜12);在氮化膜12上形成使得层叠有氮化膜12的第2基底部(第I氧化膜11)露出的开口部50 ;覆盖开口部50，在第I氧化膜11和氮化膜12上层叠作为MEMS结构层的第I半导体层13和第2半导体层14 ;对第I半导体层13和第2半导体层14进行构图成形，形成作为包含第I半导体层13和第2半导体层14的覆盖开口部50的区域在内的MEMS结构部的、下部电极13e、上部电极He、下部电极布线部13h以及上部电极布线部14h ;通过对牺牲层进行蚀刻来构成MEMS振子3。
[0056]下面，参照附图进行具体说明。
[0057]图3 (a):准备晶片基板1，在主面上层叠第2基底部(第I氧化膜11)。作为优选例，第I氧化膜11作为半导体工艺中的元件分离层而由普通的LOCOS (Local Oxidationof Silicon:硅的局部氧化)氧化膜形成，不过，根据半导体工艺的时代，例如也可以是通过STI (Shallow Trench Isolation:浅沟槽隔离)法形成的氧化膜。
[0058]接下来，层叠第I基底部(氮化膜12)。氮化膜12对于作为对牺牲层进行释放蚀刻时使用的蚀刻液的缓冲氢氟酸具有耐受性，发挥蚀刻阻止作用。
[0059]图3 (b):利用光刻对氮化膜12进行构图，由此形成使得第I氧化膜11露出的开口部 50。
[0060]接下来，在第I氧化膜11和氮化膜12上层叠第I半导体层13。第I半导体层13是构成下部电极13e和下部电极布线部13h的多晶硅层，通过在层叠后进行离子注入而具有规定的导电性。
[0061]接下来，利用光刻对第I半导体层13进行构图，以覆盖开口部50的方式，形成下部电极13e和下部电极布线部13h。
[0062]图3 (c):对下部电极13e进行热氧化而形成第4氧化膜13f。由热氧化实现的氧化膜的形成是选择性地对第I半导体层13 (多晶硅层)进行的。该第4氧化膜13f作为牺牲层而形成下部电极13e与上部电极14e之间的间隙。此外，第4氧化膜13f也可以由CVD(Chemical Vapor Deposition:化学汽相淀积)氧化膜形成。
[0063]接下来，层叠第2半导体层14。第2半导体层14是构成上部电极He、上部电极布线部14h和侧壁部20 (图1 (a),图1 (b))的最下层的多晶娃层。利用光刻对第2半导体层14进行构图，以覆盖开口部50的方式，形成上部电极He、上部电极布线部14h和侧壁部20的最下层。[0064]在进行层叠后，对构成上部电极14e和上部电极布线部14h的第2半导体层14进行离子注入而使其具有规定的导电性。
[0065]图3 (d):层叠构成牺牲层的第2氧化膜15。第2氧化膜15作为半导体工艺中的层间膜(IMD (Inter Metal Dielectric))而形成，作为优选例，利用TEOS(Tetraethoxysilane:四乙氧基甲硅烷)进行了平坦化。根据半导体工艺的时代，也可通过CMP (Chemical Mechanical Polishing:化学机械抛光)等进行平坦化。
[0066]接下来，在层叠第I布线层21a之前，利用光刻在第2氧化膜15上形成用于使第I布线层21a与第2半导体层14电连接的露出部(孔)。接下来，层叠第I布线层21a，利用光刻进行构图。作为优选例，通过溅射在第I布线层21a上层叠了铝。
[0067]需要说明的是，由于省略了电子电路的图示，因而第I布线层21a仅示出了构成侧壁部20 (图3 Cf))的部分。
[0068]图3 Ce):层叠第3氧化膜16，作为构成牺牲层的第二层。第3氧化膜16作为半导体工艺中的层间膜(ILD(Inter Layer Dielectrics))而形成。根据半导体工艺的时代，也可以通过CMP等进行平坦化。
[0069]接下来，在层叠第2布线层21b之前，利用光刻在第3氧化膜16上形成用于使第I布线层21a与第2布线层21b电连接的露出部(孔)。接下来，层叠第2布线层21b，利用光刻进行构图。第2布线层21b构成侧壁部20的最上层，覆盖牺牲层(第3氧化膜16)，并且具有用于对MEMS元件100的牺牲层进行释放蚀刻的蚀刻孔31。也就是说，第2布线层21b构成了第I覆盖层30。
[0070]此外，作为优选例，通过溅射在第2布线层21b上层叠了铝。
[0071]图3 (f):层叠保护膜17，以使蚀刻孔31露出的方式设置开口区域，利用光刻进行构图。保护膜17可以是半导体工艺中的普通的保护膜(例如SiO2膜和SiN的双层膜)，也可以是聚酰亚胺膜等。
[0072]接下来，将晶片基板I置于蚀刻液中，利用从蚀刻孔31导入的蚀刻液对作为牺牲层的第2氧化膜15、第3氧化膜16和第4氧化膜13f进行释放蚀刻，由此形成作为MEMS结构体的MEMS振子3。
[0073]此外，在图3 (b)所示的工序中通过开口部50而暂时露出的第I氧化膜11已经被第I半导体层13和第2半导体层14覆盖，因而不会暴露于蚀刻液。
[0074]图3 (g):在释放蚀刻结束后，进行清洗，之后层叠第2覆盖层32，以封闭未被保护膜17覆盖的部分的方式，利用光刻进行构图。通过第2覆盖层32，将蚀刻孔31封闭，使得通过释放蚀刻去除了牺牲层后的空间保持为密闭状态。作为优选例，第2覆盖层32使用了铝，但是不限于此，也可以是其它金属层。
[0075]如上所述，根据本实施方式的MEMS元件和MEMS元件的制造方法，能够得到以下效
果O
[0076]MEMS元件100构成为包含下部电极13e、上部电极He、下部电极布线部13h以及上部电极布线部14h这多个MEMS结构部，这些MEMS结构部覆盖使得层叠有第I基底部(氮化膜12)的第2基底部(第I氧化膜11)露出的开口部50而层叠于第I氧化膜11和氮化膜12上。因此，即使在氮化膜12上存在残留应力的情况、或者氮化膜12因热应力而膨胀或收缩的情况等中，由于MEMS结构部(尤其是下部电极13e、上部电极14e)具有层叠在第I氧化膜11上的部分，因而不容易因氮化膜12的应力而移动。也就是说，由于下部电极13e、上部电极He具有不是仅层叠(悬浮)在氮化膜12上、而作为锚(anchor)发挥作用的层叠在第I氧化膜11上的部分，因此抑制了由氮化膜12的应力引起的移动。其结果是，下部电极13e和上部电极14e的位置关系不容易因氮化膜12的应力而变动，并且，不仅能够维持MEMS振子3的谐振频率特性，而且能够维持MEMS元件100的规定特性。因此，能够提供特性更稳定的MEMS元件。此外，即使下部电极13e、上部电极14e具有不是层叠在第I氧化膜11上而是层叠在晶片基板I上的部分，也能够与上述相同地作为锚(anchor)发挥作用。也就是说，只要下部电极13e、上部电极14e具有不仅层叠(悬浮)在氮化膜12上而且层叠在晶片基面(例如，第I氧化膜11或晶片基板I)上的部分即可。
[0077]此外，俯视晶片基板I时的开口部50的面积为MEMS结构部的面积、即俯视时下部电极13e、上部电极He、下部电极布线部13h和上部电极布线部14h的合计面积的5%以上且95%以下。通过以MEMS结构部的面积的至少5%以上的面积形成开口部50，能够更有效地作为锚而发挥作用。
[0078]此外，出于不使第I氧化膜11露出的目的，在将氮化膜12层叠在第I氧化膜11上的情况下，如果开口部50的面积为MEMS结构部的面积的95%以下，则能够通过构成MEMS结构部的第I半导体层13和第2半导体层14，得到完全覆盖开口部50的充分的覆盖范围。
[0079]此外，在俯视晶片基板I时，开口部50形成在氮化膜12的围着下部电极13e与上部电极14e重合的区域W的区域中。通过使作为锚发挥作用的部分形成在围着区域W的区域中，能够更有效地抑制区域W的位置变动，能够有效地抑制MEMS振子3的谐振频率特性的变动。
[0080](实施方式2)
[0081]接下来，对实施方式2的MEMS元件101进行说明。此外，在说明时，对于与上述实施方式相同的结构部位，使用相同的符号，省略重复的说明。
[0082]图4 (a)是MEMS元件101 (省略图示)所具有的MEMS振子3x的俯视图，图4 (b)是图4 (a)的E-E剖视图，图4 (c)是图4 (a)的F-F剖视图。
[0083]实施方式2的特征在于，在俯视晶片基板I时，开口部50形成在第I基底部(氮化膜12)的与下部电极13e和上部电极14e的重合区域W重合的区域中。
[0084]MEMS振子3x具备固定下部电极(下部电极13ex)以及具有可动部的可动上部电极(上部电极14ex)作为MEMS结构部。
[0085]在本实施方式中，相对于实施方式1，开口部50的位置、形状不同。也就是说，作为锚发挥作用的位置、形状不同。此外，与此相伴，下部电极13ex和上部电极14ex的截面形状不同。除了这些点以外，本实施方式与实施方式I相同。
[0086]如图4 (a)所示，开口部50在下部电极13ex的区域中，作为MEMS振子3的开口部50 (区域50a?区域50c)的替代而形成于区域50d中。在俯视晶片基板I时，区域50d形成在氮化膜12的与下部电极13ex重合的区域的大致整个范围(占下部电极13ex的面积的约85%的范围)中。
[0087]作为开口部50，由于在区域50d、即区域W的部分中形成了氮化膜12的开口部，因而如图4 (b)所示，氮化膜12的阶梯部的形状反映为下部电极13ex和上部电极14ex的截面形状。[0088]此外，在本实施方式中，省略了在实施方式I的上部电极14e中形成于区域50c的开口部50。这是因为，区域50d形成在与上部电极布线部14h的下方形成的开口部50的位置接近的位置而充分发挥了锚定效应，因而进行了省略。因此，也可以与实施方式I 一样，在区域50c中形成开口部50。
[0089]根据本实施方式的MEMS元件，在俯视晶片基板I时，开口部50形成在第I基底部(氮化膜12)的与下部电极13ex和上部电极14ex的重合区域W重合的区域50d中。也就是说，通过区域50d的开口部50的锚定作用，能够直接抑制下部电极13ex的位置变动，因此，能够更有效地抑制MEMS振子的谐振频率特性的变动。
[0090](实施方式3)
[0091]接下来，对实施方式3的MEMS元件102进行说明。此外，在说明时，对于与上述实施方式相同的结构部位，使用相同的符号，省略重复的说明。
[0092]图5 (a)是MEMS元件102 (省略图示)所具有的MEMS振子3y的俯视图，图5 (b)是图5 Ca)的1-1剖视图。
[0093]实施方式3的特征在于，不具有实施方式1、2这样的锚定结构，下部电极布线部和上部电极布线部形成为在延伸方向上包含弯曲部。
[0094]MEMS元件102是具有MEMS振子3y的MEMS元件，该MEMS振子3y构成为包含在层叠于晶片基板I的主面上的第I基底部(氮化膜12)上层叠形成的下部电极13ey和上部电极14ey。在俯视晶片基板I时，下部电极13ey与上部电极14ey具有重合的区域。
[0095]下部电极布线部13hy层叠在氮化膜12上，将下部电极13ey与外部电路(省略图示)电连接。上部电极布线部14hy层叠在氮化膜12上，将上部电极14ey与外部电路电连接。如图5 (a)所示，下部电极布线部13hy和上部电极布线部14hy形成为在延伸方向上包含弯曲部Z。
[0096]MEMS元件102不具有开口部50，不具有下部电极13ey、上部电极14ey、下部电极布线部13hy和上部电极布线部14hy分别经由开口部50而层叠于第I氧化膜11上的锚定结构。代替的是，下部电极13ey、上部电极14ey形成为在延伸方向上包含弯曲部Z。除了这些点以外，MEMS元件102与MEMS元件100相同。
[0097]根据本实施方式的MEMS元件，即使在层叠有下部电极布线部13hy和上部电极布线部14hy的氮化膜12上存在残留应力的情况、或者氮化膜12因热应力而膨胀或收缩的情况等中，这些应力也会在布线的弯曲部Z处被吸收，减轻了作用于下部电极13ey和上部电极14ey的比例。即，缓解了使下部电极13ey与上部电极14ey的位置关系发生变动的氮化膜12的应力。其结果是，抑制了 MEMS振子3y的谐振频率特性的变动。由此，得到作为特性更稳定的MEMS结构体的MEMS振子，从而能够提供特性更稳定的MEMS元件。
[0098][电子设备]
[0099]接下来，基于图6 (a)、图6 (b)、图7，对应用了作为本发明的一个实施方式的电子部件的MEMS元件100、101、102的电子设备进行说明。此外，在说明中，示出了使用作为电子部件的MEMS元件100的例子。
[0100]图6 (a)是示出作为具有本发明的一个实施方式的电子部件的电子设备的移动型(或笔记本型)个人计算机的结构概略的立体图。在该图中，个人计算机1100由具有键盘1102的主体部1104以及具有显示部1000的显示单元1106构成,显示单元1106通过铰链构造部以能够转动的方式支承在主体部1104上。在这样的个人计算机1100中内置有作为发挥滤波器、谐振器、基准时钟等的作用的电子部件的MEMS元件100。
[0101]图6 (b)是示出作为具有本发明的一个实施方式的电子部件的电子设备的便携电话(也包括PHS)的结构概略的立体图。在该图中，便携电话1200具有多个操作按钮1202、接听口 1204以及通话口 1206，在操作按钮1202与接听口 1204之间配置有显示部1000。在这样的便携电话1200中内置有作为发挥滤波器、谐振器、角速度传感器等的作用的电子部件(定时装置)的MEMS元件100。
[0102]图7是示出作为具有本发明的一个实施方式的电子部件的电子设备的数字静态照相机的结构概略的立体图。此外，在该图中，还简单地示出了与外部设备之间的连接。数字静态照相机1300通过CCD (Charge Coupled Device:电荷稱合器件)等摄像元件对被摄体的光像进行光电转换而生成摄像信号(图像信号)。
[0103]在数字静态照相机1300的外壳(机身)1302的背面设置有显示部1000，构成为根据CCD的摄像信号进行显示，显示部1000作为将被摄体显示为电子图像的取景器发挥功能。并且，在外壳1302的正面侧(图中背面侧)设置有包含光学镜头(摄像光学系统)和CXD等的受光单元1304。
[0104]摄影者确认显示部1000中显示的被摄体像，当按下快门按钮1306时，该时刻的CCD的摄像信号被传输到存储器1308内进行存储。并且，在该数字静态照相机1300中，在外壳1302的侧面设置有视频信号输出端子1312和数据通信用的输入输出端子1314。而且，如图所示，根据需要，在视频信号输出端子1312上连接电视监视器1430，在数据通信用的输入输出端子1314上连接个人计算机1440。而且，构成为通过规定的操作，将存储在存储器1308中的摄像信号输出到电视监视器1430或个人计算机1440。在这样的数字静态照相机1300中内置有作为发挥滤波器、谐振器、角速度传感器等的作用的电子部件的MEMS元件 100。
[0105]此外，除了图6 (a)的个人计算机(移动型个人计算机)、图6 (b)的便携电话、图7的数字静态照相机以外，作为本发明的一个实施方式的电子部件的MEMS元件100例如还可以应用于喷墨式排出装置(例如喷墨打印机)、膝上型个人计算机、电视、摄像机、车载导航装置、寻呼机、电子记事本(也包含带通信功能的电子记事本)、电子词典、计算器、电子游戏设备、工作站、视频电话、防范用电视监视器、电子望远镜、POS终端、医疗设备(例如电子体温计、血压计、血糖计、心电图计测装置、超声波诊断装置、电子内窥镜)、鱼群探测器、各种测定设备、计量仪器类(例如车辆、飞机、船舶的计量仪器类)、飞行模拟器等电子设备。
[0106]此外，本发明不限于上述实施方式，可以对上述实施方式实施各种变更和改良等。下面对变形例进行描述。此处，对于与上述的实施方式相同的结构部位，使用相同的符号，省略重复的说明。
[0107](变形例I)
[0108]图8 (a)、(b)是示出实施方式3中的MEMS元件102的变形例的MEMS振子3ya、MEMS振子3yb的俯视图。
[0109]关于在MEMS元件102中的MEMS振子3y，说明了如下例子:如图5 (a)所示，下部电极布线部13hy和上部电极布线部14hy形成为在延伸方向上包含弯曲部Z，由氮化膜12产生的应力在布线的弯曲部Z处被吸收，减轻了作用于下部电极13ey和上部电极14ey的比例。但是，利用布线的形状来缓解应力的方法不限于该结构。本变形例的MEMS振子的特征在于，在下部电极布线部和上部电极布线部上分别具有在与各自的延伸方向交叉的方向上形成的切口。
[0110]MEMS振子3ya、MEMS振子3yb具有下部电极13ey、上部电极14ey以及作为布线部的下部电极布线部13hya、下部电极布线部13hyb、上部电极布线部14hya、上部电极布线部14hyb。MEMS振子3ya、MEMS振子3yb除了布线部的图案形状不同这一点以外，与MEMS振子3y相同。
[0111]MEMS振子3ya所具有的下部电极布线部13hya和上部电极布线部14hya具有在与各自的延伸方向交叉的方向上形成的多个切口 Ka。
[0112]关于切口 Ka，通过对第I半导体层13和第2半导体层14进行光刻构图，由此从布线图案的侧边朝向布线图案的中央，相对地形成了下部电极布线部13hya和上部电极布线部14hya的宽度的大约三分之一左右的切口。即，例如下部电极布线部13hya和上部电极布线部14hya被构图成鱼骨状。
[0113]MEMS振子3yb所具有的下部电极布线部13hyb和上部电极布线部14hyb具有在与各自的延伸方向交叉的方向上形成的多个切口 Kb。
[0114]关于切口 Kb，通过对第I半导体层13和第2半导体层14进行光刻构图，由此从布线图案的侧边朝向布线图案的中央而交错地形成了下部电极布线部13hyb和上部电极布线部14hyb的宽度的大约二分之一左右的切口。即，例如下部电极布线部13hyb和上部电极布线部14hyb被构图成蛇腹状。
[0115]像这些变形例这样，即使在由层叠有各个布线部的氮化膜12产生了应力作用的情况下，该应力也会被各个布线部中形成的切口 Ka、切口 Kb的部分所吸收，减轻了作用于固定下部电极(下部电极13ey)和可动上部电极(上部电极14ey)的比例。即，缓解了使固定下部电极与可动上部电极的位置关系发生变动的氮化膜12的应力。其结果是，抑制了 MEMS振子3ya、MEMS振子3yb的谐振频率特性的变动。由此，能够得到作为特性更稳定的MEMS结构体的MEMS振子，从而能够提供特性更稳定的MEMS元件。
【权利要求】
1.一种MEMS元件，该MEMS元件具有: 配置在基面上的具有开口部的第I基底部；以及 配置在所述第I基底部上的MEMS结构部， 在所述开口部内，所述MEMS结构部的一部分与所述基面连接。
2.根据权利要求1所述的MEMS元件，其特征在于， 在基板与所述第I基底部之间具有第2基底部， 所述基面是所述第2基底部的表面中位于所述第I基底部侧的表面。
3.根据权利要求1或2所述的MEMS元件，其特征在于， 俯视所述基板时的所述开口部的面积处于所述MEMS结构部的面积的5%以上95%以下的范围内。
4.根据权利要求1或2所述的MEMS元件，其特征在于， 所述MEMS结构部具有固定下部电极和可动上部电极， 在俯视所述基板时，所述固定下部电极与所述可动上部电极具有重合的区域。
5.根据权利要求4所述的MEMS元件，其特征在于， 在俯视所述基板时，所述开口部至少形成在所述固定下部电极与所述可动上部电极重合的区域的周围。
6.根据权利要求4所述的MEMS元件，其特征在于， 在俯视所述基板时，所述开口部至少形成在所述固定下部电极、所述可动上部电极以及所述第I基底部重合的区域中。
7.一种MEMS元件，其特征在于，该MEMS元件具有: 固定下部电极，其配置在基板上； 可动上部电极，其具有在俯视所述基板时与所述固定下部电极重合的区域； 下部电极布线部，其配置在所述基板上，用于将所述固定下部电极与外部电路电连接；以及 上部电极布线部，其配置在所述基板上，用于将所述可动上部电极与所述外部电路电连接， 所述下部电极布线部和所述上部电极布线部在延伸方向上具有弯曲部。
8.一种MEMS元件，其特征在于，该MEMS元件具有: 固定下部电极，其配置在基板上； 可动上部电极，其具有在俯视所述基板时与所述固定下部电极重合的区域； 下部电极布线部，其配置在所述基板上，用于将所述固定下部电极与外部电路电连接；以及 上部电极布线部，其配置在所述基板上，用于将所述可动上部电极与所述外部电路电连接， 所述下部电极布线部和所述上部电极布线部在与延伸方向交叉的方向上具有切口部。
9.一种电子设备,其特征在于， 该电子设备具有权利要求8所述的MEMS元件。
10.一种MEMS元件的制造方法，其特征在于，该MEMS元件的制造方法包含: 准备基板的工序，所述基板在主面上配置有第2基底部；在所述第2基底部上配置第I基底部的工序；在所述第I基底部上形成使第2基底部露出的开口部的工序；以及覆盖所述开口部而在所述第2 基底部和所述第I基底部上形成MEMS结构部的工序。
【文档编号】H03H3/007GK103569940SQ201310331547
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年8月1日 优先权日:2012年8月3日
【发明者】松泽勇介 申请人:精工爱普生株式会社